圆筒型永磁直线发电机

Tubular Permanent Magnet Linear Generator

直线电机可以理解为把传统旋转电机的圆柱面气隙与相邻的定子齿极、转子磁极展开成为平面，的确有不少直线电机采用这种方案，其工作原理、定子转子结构与绕线都与旋转电机相同，这种结构的直线电机就不再介绍了，本节介绍一种圆筒型永磁直线发电机，其工作原理与传统旋转电机相同，但结构不同，特别是绕线方式完全不同。

图1 圆筒型直线电机的定子铁芯轴线剖面图，铁芯呈圆筒形，圆筒内圆柱面有多个圆环形槽，这些槽用来嵌装定子绕组，槽之间的间隔称为齿，槽与齿的用途与传统电机相同。

图1 圆筒型直线电机的定子铁芯

图2是嵌装了绕组的定子，绕组是环形的，绕组所在平面与定子轴线垂直，左面4个绕组被剖去半边。

图2 圆筒型直线电机的定子铁芯与绕组

直线电机中运动的部件称为动子，图3上图是圆筒型直线电机的动子，动子由动子磁轭与多个永磁体磁极组成，安装在直轴上。磁轭是覆在直轴上的良导磁体，是磁极间的磁通路，环状磁极的厚度与定子齿宽相同，磁极安装在磁轭外周，间隔安装，间距与定子齿距相同。

图3下图是动子安装到筒状定子内，动子磁极与定子齿之间留有气隙，动子沿定子轴线方向往复运动。

图3 圆筒型直线电机的动子与定子铁芯

图4是圆筒型直线电机的剖面图，图中没有显示电机的机座与机壳。

图4  圆筒型永磁直线发电机剖面图

下面介绍圆筒型永磁直线发电机的工作原理，在图5显示了圆筒型永磁直线发电机的正视剖面图，构成动子磁极的永磁体磁通方向都是垂直于电机轴线的，也就是径向的，从永磁体安装上属表面安装。

我们设定所有蓝色磁极的磁通方向是背离轴线的，所有红色磁极的磁通方向是朝向轴线的，得到磁力线的走向图（图5）。磁力线由蓝色磁极向外经过气隙进入定子铁芯，在定子铁芯内绕过线圈绕组向内经过气隙到红色磁极，再经过动子磁轭回到蓝色磁极，形成回路。

图5 圆筒型永磁直线发电机磁通走向（1）

当动子向左移动一个齿距，虽然磁力线仍然从蓝色磁极向外穿过气隙，在定子铁芯内绕过线圈再穿过气隙到红色磁极，但对于每个线圈的环绕磁通方向与图5相反。当动子连续运动时通过线圈的磁通方向将翻转变化，在线圈会感应出交流电势。

图6 圆筒型永磁直线发电机磁通走向（2）

相邻线圈的感应电势的相反的，按极性把所有线圈头尾相连，留下一头一尾引出线即组成一个单相交流直线发电机。

如果需要发出三相交流电，动子环形磁极要加高，高度约为2个齿宽加2个槽宽，磁极排列间距（不是磁极间隔）为3个齿宽加3个槽宽，见图7、图8。

图7 三相圆筒型永磁直线发电机

图8中标出了各线圈的序号，并标出各线圈的相序A、B、C，有负号的线圈与没有负号的线圈感应电势方向相反。

A相绕组由线圈1、线圈4、线圈7串接而成，其中线圈4要反接；B相绕组由线圈2、线圈5、线圈8串接而成，其中线圈2与线圈8要反接；C相绕组由线圈3、线圈6、线圈9串接而成，其中线圈6要反接。

图8 三相圆筒型永磁直线发电机绕组连接

圆筒型永磁直线发电机主要用在海洋能发电，特别是在振荡浮子波浪能发电装置中得到应用；圆筒型永磁直线发电机还应用在斯特林发电装置中。