永磁電機系列(共十篇)介紹九——圓筒型永磁直線發電機

2021-01-20 旺材永磁電機


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直線電機可以理解為把傳統旋轉電機的圓柱面氣隙與相鄰的定子齒極、轉子磁極展開成為平面，的確有不少直線電機採用這種方案，其工作原理、定子轉子結構與繞線都與旋轉電機相同，這種結構的直線電機就不再介紹了，本節介紹一種圓筒型永磁直線發電機，其工作原理與傳統旋轉電機相同，但結構不同，特別是繞線方式完全不同。


圖1 圓筒型直線電機的定子鐵芯軸線剖面圖，鐵芯呈圓筒形，圓筒內圓柱面有多個圓環形槽，這些槽用來嵌裝定子繞組，槽之間的間隔稱為齒，槽與齒的用途與傳統電機相同。


圖1 圓筒型直線電機的定子鐵芯


圖2是嵌裝了繞組的定子，繞組是環形的，繞組所在平面與定子軸線垂直，左面4個繞組被剖去半邊。


圖2 圓筒型直線電機的定子鐵芯與繞組


直線電機中運動的部件稱為動子，圖3上圖是圓筒型直線電機的動子，動子由動子磁軛與多個永磁體磁極組成，安裝在直軸上。磁軛是覆在直軸上的良導磁體，是磁極間的磁通路，環狀磁極的厚度與定子齒寬相同，磁極安裝在磁軛外周，間隔安裝，間距與定子齒距相同。

圖3下圖是動子安裝到筒狀定子內，動子磁極與定子齒之間留有氣隙，動子沿定子軸線方向往復運動。


圖3 圓筒型直線電機的動子與定子鐵芯


圖4是圓筒型直線電機的剖面圖，圖中沒有顯示電機的機座與機殼。


圖4  圓筒型永磁直線發電機剖面圖



下面介紹圓筒型永磁直線發電機的工作原理，在圖5顯示了圓筒型永磁直線發電機的正視剖面圖，構成動子磁極的永磁體磁通方向都是垂直於電機軸線的，也就是徑向的，從永磁體安裝上屬表面安裝。

我們設定所有藍色磁極的磁通方向是背離軸線的，所有紅色磁極的磁通方向是朝向軸線的，得到磁力線的走向圖（圖5）。磁力線由藍色磁極向外經過氣隙進入定子鐵芯，在定子鐵芯內繞過線圈繞組向內經過氣隙到紅色磁極，再經過動子磁軛回到藍色磁極，形成迴路。


圖5 圓筒型永磁直線發電機磁通走向（1）


當動子向左移動一個齒距，雖然磁力線仍然從藍色磁極向外穿過氣隙，在定子鐵芯內繞過線圈再穿過氣隙到紅色磁極，但對於每個線圈的環繞磁通方向與圖5相反。當動子連續運動時通過線圈的磁通方向將翻轉變化，在線圈會感應出交流電勢。


圖6 圓筒型永磁直線發電機磁通走向（2）



相鄰線圈的感應電勢的相反的，按極性把所有線圈頭尾相連，留下一頭一尾引出線即組成一個單相交流直線發電機。


如果需要發出三相交流電，動子環形磁極要加高，高度約為2個齒寬加2個槽寬，磁極排列間距（不是磁極間隔）為3個齒寬加3個槽寬，見圖7、圖8。


圖7 三相圓筒型永磁直線發電機



圖8中標出了各線圈的序號，並標出各線圈的相序A、B、C，有負號的線圈與沒有負號的線圈感應電勢方向相反。


A相繞組由線圈1、線圈4、線圈7串接而成，其中線圈4要反接；B相繞組由線圈2、線圈5、線圈8串接而成，其中線圈2與線圈8要反接；C相繞組由線圈3、線圈6、線圈9串接而成，其中線圈6要反接。


圖8 三相圓筒型永磁直線發電機繞組連接


圓筒型永磁直線發電機主要用在海洋能發電，特別是在振蕩浮子波浪能發電裝置中得到應用；圓筒型永磁直線發電機還應用在斯特林發電裝置中。

（來源：鵬梵科技）

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永磁電機系列（共十篇）介紹八——12槽10極分數槽集中繞組永磁電機


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