一种往复式液态金属磁流体发电机用组合式两极永磁磁体的制作方法
【专利摘要】一种往复式液态金属磁流体发电机用组合式两极永磁磁体。该磁体采用对称结构，主要由两个磁极、四个立轭和两个轭铁组件组成。磁极沿磁场方向齐平布置，磁极间为矩形气隙；磁极的外侧与磁场平行方向对称布置两个轭铁组件，磁极通过胶和无磁不锈钢沉头螺钉及螺母联接固定在轭铁组件的内表面，形成磁极组件；四个立轭沿磁场垂直方向对称布置在两个轭铁组件之间。
【专利说明】一种往复式液态金属磁流体发电机用组合式两极永磁磁体
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种永磁磁体，特别是一种用于往复式液态金属磁流体发电机的组合式两极永磁磁体。
【背景技术】
[0002]往复式液态金属磁流体(liquidmetal magnetohydrodynamic, LMMHD)发电机是1995年提出的一种新型单相流LMMHD发电设备，采用交替的外力，如汽车内燃冲程直接驱动液态金属在发电通道内往复直线运动，切割磁力线，产生交流电能。与传统LMMHD发电系统相比，如两相流发电系统和单相流发电系统，往复式LMMHD发电机采用直接驱动和单相的高电导率的液态金属发电工质，无需额外的能量和设备来维持工作流体良好的导电性，结构简单、功率密度大、效率高，因此在混合动力汽车、分布式供电电源和波浪能直接发电系统中有广泛的应用前景。
[0003]磁体是往复式LMMHD发电机的核心部件之一，它的性能指标直接关系到发电机的输出功率、成本、安装和维护。磁体可采用超导磁体、电磁体和永磁体。其中永磁体运行可靠、无需辅助维护超低温的设备，节约能源，且售价、运行维护费用较低，是首选。
[0004]目前，用于往复式LMMHD发电机的磁体为两极永磁磁体；为了便于电流引出，多采用开放式结构，磁路通过C形轭铁闭合。US7166927B2公开的LMMHD波浪能发电机采用两块磁极和组合式C形轭铁，形成一个四面开放的磁场空间。然而，其磁极直接嵌入发电通道壁、与外部的C形轭铁无直接机械固定，使得发电通道结构复杂且加工难度大；另一方面，外部波浪的垂直往复运动极易使其磁极发生振动，影响磁场的稳定性和整个装置的强度；再者，装配过程中，磁极和轭铁之间存在极大的吸力，磁极和轭铁未采取机械固定，势必增加整个发电机装配的难度、复杂性和成本。此外，其C形轭铁虽然采用组合式和分体结构，然而其形状复杂，在电极引线侧存在空间曲面，增加了加工难度和成本。更甚者，C形轭铁的各部件采用胶粘接固定，在实际运行中很容易震开，将磁体系统分成上下两部分，影响整个磁体乃至发电装置的机械强度。
[0005]因此，随着往复式LMMHD发电机及磁流体波浪能直接发电技术的实用化，如何提高其关键部件一两极永磁磁体的稳定性、可靠性以及安装的简洁性成为重要的技术问题。
实用新型内容
[0006]为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提出一种适用于往复式液态金属磁流体发电机的组合式两极永磁磁体。
[0007]本实用新型采用对称结构，主要由两个磁极、四个立轭和两个轭铁组件组成。磁体采用对称结构；磁体中心为矩形工作气隙；磁极沿磁场方向齐平布置，磁极间为矩形气隙。在矩形工作气隙的外侧与磁场平行方向对称布置两个方形磁极，与磁场垂直方向对称布置四个方形立轭；在磁极的外侧，沿磁场方向对称布置两个轭铁组件，四个立轭沿与磁场垂直的方向对称布置在两个轭铁组件之间。[0008]磁极为长方体，两个，一个为N极，另一个为S极；磁极的材料为钕铁硼，表面镀镍铜环氧以保证外观及内在性能的长期稳定和较长的使用寿命。
[0009]立轭为长方体，四个，均为高导磁材料制作，表面镀镍铜环氧。
[0010]轭铁组件由两个高导磁且表面镀镍铜环氧的梯形轭铁和一个矩形非导磁、耐腐蚀隔磁板组成；两个梯形轭铁垂直对称布置，且其下底面间放置隔磁板，以削弱位于磁体气隙中的发电通道内的周期性低频大电流产生的感应磁场在梯形轭铁上产生的涡流损耗；两个梯形轭铁和隔磁板通过无磁不锈钢螺栓联接固定。
[0011]磁极通过胶和无磁不锈钢沉头螺钉和螺母联接固定在轭铁组件的内表面，形成两个磁极组件。四个立轭通过高导磁的内六角沉头螺钉与两个磁极组件联接固定，形成两极永磁磁体。具体装配过程是:可先将四个立轭与其中的一个磁极组件联接固定，形成N或S极组件，另外一个磁极组件为S或N极组件；然后将S和N极组件按要求布置在发电通道的外侧，联接固定，形成一个四面开放的磁场空间。
[0012]本实用新型通过N、S磁极组件及轭铁组件与N、S磁极的组合，解决了磁极安装固定、磁体与整个发电机装配及磁体运行稳定性和可靠性的问题。此外，本实用新型提供了一个四面开放的磁场空间，为往复式液态金属磁流体发电机大电流的电流引线提供了足够的安装空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型【具体实施方式】的三维立体图。图中1为磁极；2为立轭；3为轭铁组件，3-1为隔磁板，3-2为上梯形轭铁，3-3为下梯形轭铁；
[0014]图2是工作气隙中心的磁场强度沿轴向的分布。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本实用新型。
[0016]图1为本实用新型的具体实施例。
[0017]如图1所示，本实用新型采用对称结构，主要由磁极1、立轭2和轭铁组件3组成。磁极1沿磁场方向齐平布置，磁极1之间为矩形气隙；磁极1的外侧与磁场平行方向对称布置两个轭铁组件3，四个立轭2沿与磁场垂直方向对称布置在两个轭铁组件3之间。
[0018]磁极1为长方体，两个，图1中的箭头为磁极的充磁方向；磁极1的材料为钕铁硼，表面镀镍铜环氧以保证外观及内在性能的长期稳定和较长的使用寿命。
[0019]立轭2为长方体，四个，四个立轭均采用高导磁材料制作、如电工纯铁，且表面镀镍铜环氧。
[0020]轭铁组件3由隔磁板3-1、上梯形轭铁3-2和下梯形轭铁3_3组成；隔磁板3_1为矩形薄板，采用非导磁且耐腐蚀材料制作，如无磁不锈钢；上梯形轭铁3-2和下梯形轭铁3-3为高导磁材料制作，如电工纯铁，且轭铁表面镀镍铜环氧；上梯形轭铁3-2和下梯形轭铁3-3垂直对称布置，隔磁板3-1位于上梯形轭铁3-2的下底面及下梯形轭铁3-3的下底面之间，以削弱位于磁体气隙中的发电通道内的周期性低频大电流产生的感应磁场在上梯形轭铁3-2和下梯形轭铁3-3上产生的涡流损耗；上梯形轭铁3-2、下梯形轭铁3-3和隔磁板3-1通过无磁不锈钢螺栓联接固定。[0021]磁极1通过胶和无磁不锈钢沉头螺钉和螺母联接固定在轭铁组件3的内表面，形成两个磁极组件。四个立轭2通过高导磁的内六角沉头螺钉与上述两个磁极组件联接固定，形成两极永磁磁体。
[0022]当磁极1的距离为26mm、材料为钕铁硼N48，气隙中心磁场强度沿轴向的分布如图2所示，气隙轴向中间100mm范围内磁密分布均匀，磁感应强度约为1T。
【权利要求】
1.一种往复式液态金属磁流体发电机用组合式两极永磁磁体，其特征在于:所述的永磁磁体主要由磁极(1 )、立轭(2)和轭铁组件(3)组成；磁体采用对称结构；磁体中心为矩形工作气隙；矩形工作气隙的外侧与磁场平行方向对称布置两个方形磁极(1)，与磁场垂直方向对称布置四个方形立轭(2),磁极(1)的外侧与磁场平行方向对称布置两个轭铁组件(3);磁极(1)通过胶和无磁不锈钢沉头螺钉及螺母联接固定在所述轭铁组件(3)的内表面，形成磁极组件；四个立轭(2)通过高导磁的内六角沉头螺钉与两个轭铁组件(3)联接固定。
2.按照权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于:所述的轭铁组件(3)由隔磁板(3-1)、上梯形轭铁(3-2)和下梯形轭铁(3-3)组成；隔磁板(3-1)为矩形薄板，采用非导磁且耐腐蚀材料制作；上梯形轭铁(3-2)和下梯形轭铁(3-3)的结构规则，采用高导磁材料制作，且轭铁表面镀镍铜环氧；上梯形轭铁(3-2)和下梯形轭铁(3-3)垂直对称布置，隔磁板(3-1)位于上梯形轭铁(3-2)的下底面以及下梯形轭铁(3-3)的下底面之间；上梯形轭铁(3-2),下梯形轭铁(3-3)和隔磁板(3-1)通过无磁不锈钢螺栓联接固定。
3.按照权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于:所述的磁极(1)为长方体，磁极(1)的材料为钕铁硼，且磁极(1)的表面镀镍铜环氧。
4.按照权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于:所述的立轭(2)为长方体，为导磁材料制作，立轭(2)的表面镀镍铜环氧。
5.按照权利要求1所述的永磁磁体，其特征在于:当磁极(1)的距离为26mm、材料为钕铁硼N48，气隙中心磁感应强度约为1T。
【文档编号】H02K44/10GK203482075SQ201320639899
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】赵凌志, 彭爱武, 董增仁, 李建, 许玉玉, 贾龙 申请人:中国科学院电工研究所