專利名稱：低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Halbach低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，屬于波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水體蘊(yùn)藏著巨大的能量，在世界能源日益緊張的今天，波浪發(fā)電成為發(fā)展新能源的重要方向。而傳統(tǒng)波浪發(fā)電機(jī)所采用的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在低速時(shí)效率低、耐久性差，成為制約波浪發(fā)電發(fā)展的重要因素。近年來，我國學(xué)者提出采用直線電機(jī)直接利用波浪的上下垂直位移作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)次級直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能，可使整個(gè)系統(tǒng)效率提高、壽命增長等。 但是由于波浪運(yùn)動(dòng)速度較低，傳統(tǒng)采用齒輪箱作為中間環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)速，以增加電機(jī)次級速度，而齒輪箱使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)體積和重量增加，同時(shí)還有噪聲、磨損、響應(yīng)時(shí)間長等問題。若采用Halbach低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，通過初級鐵芯上磁通調(diào)制極的引入，省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的高速側(cè)以及獨(dú)立的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單， 既可以調(diào)節(jié)速度，又解決了機(jī)械齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲高、效率低、傳輸精度低、響應(yīng)慢、機(jī)械磨損等問題。因此，有必要提出一種的直線電機(jī)裝置以推動(dòng)波浪發(fā)電的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對波浪發(fā)電現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，利用電機(jī)初級鐵芯上磁通調(diào)制極的調(diào)制作用，省去傳統(tǒng)磁齒輪結(jié)構(gòu)中的調(diào)磁環(huán)以及磁齒輪高速側(cè)，將磁齒輪低速側(cè)作為電機(jī)次級永磁體，使結(jié)構(gòu)更加簡單，并減少了電機(jī)損耗、體積和重量，提高了效率和耐久性。同時(shí)次級永磁體采用特殊的Halbach陣列，可以提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，減少動(dòng)子鐵芯磁軛的磁通密度，降低鐵芯損耗。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)初級、與電極初級隔有氣隙的電機(jī)次級；
電機(jī)初級包括圓柱狀的初級鐵芯、初級繞組、磁通調(diào)制極；初級鐵芯的外周設(shè)有突出其表面的凸齒，在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極，初級繞組嵌入初級鐵芯的相鄰?fù)过X之間的線槽內(nèi)， 初級鐵芯固定于水底；
電機(jī)次級包括永磁體、圓筒狀的動(dòng)子鐵芯、浮筒；低速側(cè)的永磁體沿圓筒狀的動(dòng)子鐵芯表面軸向等間距分布，動(dòng)子鐵芯固定在浮筒內(nèi)，動(dòng)子鐵芯和浮筒作為一個(gè)整體漂浮在水面上。優(yōu)選的，動(dòng)子鐵芯與初級繞組之間有氣隙。優(yōu)選的，永磁體的材料為釹鐵硼，每塊永磁體分成三份，每份充磁方向不同，使磁場沿軸向按正弦分布。優(yōu)選的，電機(jī)初級鐵芯和動(dòng)子鐵芯材料均為硅鋼片。優(yōu)選的，浮筒材料為不導(dǎo)磁材料。
優(yōu)選的，永磁體極對數(shù)與初級繞組極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極的個(gè)數(shù)ns。有益效果
(1)省去了機(jī)械變速齒輪箱，不存在齒輪箱的機(jī)械磨損、維護(hù)和噪音問題，提高了電機(jī)可靠性。同時(shí)提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小了電機(jī)的體積、重量和制造成本；
(2)電機(jī)為單氣隙結(jié)構(gòu)，加工工藝簡單，穩(wěn)定性及可靠性得到提高；
(3)電機(jī)中有更多的磁力線通過氣隙，因此氣隙磁通密度的有效諧波成份值比普通磁場調(diào)制式永磁電機(jī)高，輸出轉(zhuǎn)矩增大；
(4)電機(jī)動(dòng)子鐵芯磁軛磁通密度可以大量減少，這將減少動(dòng)子鐵芯磁軛鐵芯損耗，縮小動(dòng)子鐵芯軛部大小，節(jié)省材料；
(5)電機(jī)次級永磁體之間通過鐵心隔離，阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動(dòng)，降低了永磁體中的渦流損耗；
(6)動(dòng)子鐵芯采用高磁能積釹鐵硼勵(lì)磁，沒有滑環(huán)和電刷，無需外加電源勵(lì)磁，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕、功率密度高、效率高以及可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意其中有初級鐵芯1、初級繞組2、磁通調(diào)制極3、永磁體4、動(dòng)子鐵芯5、浮筒6、水面7 ；
圖2為本發(fā)明磁齒輪低速側(cè)局部永磁體充磁方向示意其中有初級鐵芯1、初級繞組2、磁通調(diào)制極3、永磁體4、動(dòng)子鐵芯5。永磁體4每個(gè)極被分成三份，圖中箭頭所指方向?yàn)樵摲萦来朋w的充磁方向，每份永磁體的寬度和充磁方向均可調(diào)節(jié)，以達(dá)到最大的功率輸出。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明涉及一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，它通過電機(jī)初級鐵芯上磁通調(diào)制極的磁場調(diào)制作用，能在保證磁齒輪電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)省去傳統(tǒng)磁齒輪結(jié)構(gòu)中的調(diào)磁環(huán)以及磁齒輪的高速側(cè)，解決了波浪發(fā)電中所用電機(jī)裝置體積大、系統(tǒng)復(fù)雜、效率低等缺點(diǎn)。它將傳統(tǒng)磁齒輪的高速側(cè)省去，實(shí)現(xiàn)了磁齒輪與直線電機(jī)的整合。參見圖1，圖2，本發(fā)明提供的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，電機(jī)初級、與電極初級隔有氣隙的電機(jī)次級；
電機(jī)初級包括圓柱狀的初級鐵芯1、初級繞組2、磁通調(diào)制極3 ；初級鐵芯1的外周設(shè)有突出其表面的凸齒，在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極3，初級繞組2嵌入初級鐵芯1的相鄰?fù)过X之間的線槽內(nèi)，初級鐵芯(1)固定于水底；
電機(jī)次級包括永磁體4、圓筒狀的動(dòng)子鐵芯5、浮筒6 ；低速側(cè)的永磁體4沿圓筒狀的動(dòng)子鐵芯5表面軸向等間距分布，動(dòng)子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi)，動(dòng)子鐵芯5和浮筒6作為一個(gè)整體漂浮在水面7上。動(dòng)子鐵芯5與初級繞組2之間有氣隙。永磁體4的材料為釹鐵硼，每塊永磁體分成三份，每份充磁方向不同，使磁場沿軸向按正弦分布。
電機(jī)初級鐵芯1和動(dòng)子鐵芯5材料均為硅鋼片。浮筒6材料為不導(dǎo)磁材料。 永磁體4極對數(shù)r^與初級繞組2極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極3的個(gè)數(shù)ns。磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體4，永磁體沿圓筒軸向均勻貼在動(dòng)子鐵芯5表面，動(dòng)子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi)，它們作為一個(gè)整體漂浮在水面7上。永磁體極對數(shù)與初級繞組極對數(shù) 之和為磁通調(diào)制極3的個(gè)數(shù)ns。初級繞組磁場極對數(shù)與次級永磁體極對數(shù)之比即為該電機(jī)可實(shí)現(xiàn)的速度變比。電機(jī)動(dòng)子鐵芯5上采用新的Halbach陣列，和徑向充磁普通磁場調(diào)制式永磁電機(jī)相比，由于可以利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向， 所以它能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，降低動(dòng)子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。本發(fā)明提出的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)用于離岸波浪發(fā)電，利用波浪起伏運(yùn)動(dòng)直接推動(dòng)浮筒上下運(yùn)動(dòng)，使固定在浮筒內(nèi)的次級永磁體產(chǎn)生的磁場經(jīng)過磁通調(diào)制極的調(diào)制作用，切割處于靜止?fàn)顟B(tài)的初級繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。由于磁通調(diào)制極的調(diào)制作用，可以調(diào)節(jié)磁場的大小，因此可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于使動(dòng)子增速的作用，達(dá)到動(dòng)子低速時(shí)初級繞組內(nèi)感應(yīng)高電動(dòng)勢的效果，再用變頻裝置將產(chǎn)生的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)化為工頻，就可以將電能輸送給用戶或電網(wǎng)。本發(fā)明的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，該電機(jī)將包括電機(jī)初級、電機(jī)次級；電機(jī)初級包括圓柱狀的初級鐵芯、初級繞組、磁通調(diào)制極；初級鐵芯采用凸極嵌入式游標(biāo)結(jié)構(gòu)，初級鐵芯上凸極的小齒部分即為磁通調(diào)制極，初級繞組嵌入初級鐵芯的線槽內(nèi)，初級鐵芯固定于水底；電機(jī)次級包括永磁體、圓筒狀的動(dòng)子鐵芯、浮筒；磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體，它沿圓筒狀的動(dòng)子鐵芯表面軸向均勻分布，動(dòng)子鐵芯固定在浮筒內(nèi)，它們作為一個(gè)整體漂浮在水面上。所述的永磁體是由多個(gè)徑向充磁的釹鐵硼制成的環(huán)，沿軸向分布構(gòu)成圓筒形，并均勻貼在動(dòng)子鐵芯表面，每塊永磁體按一定比例分成三份，每份充磁方向不同，使磁場沿軸向按正弦分布。所述的永磁體采用特殊的Halbach陣列，利用有限元可以優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向，和徑向充磁普通磁場調(diào)制式永磁電機(jī)相比，它能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，降低動(dòng)子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。當(dāng)波浪推動(dòng)浮筒以速度h 上下直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過磁通調(diào)制極的磁場調(diào)制作用，在初級氣隙中調(diào)制出的磁場的速度為 -V2 ,該磁場與電機(jī)初級繞組產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)發(fā)出電能。本發(fā)明是低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，磁通調(diào)制極3代替了調(diào)磁環(huán)來進(jìn)行磁場調(diào)制，磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體4，它沿圓筒軸向均勻貼在動(dòng)子鐵芯5表面，動(dòng)子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi)，它們作為一個(gè)整體漂浮在水面7上。永磁體極對數(shù)與初級繞組極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極3的個(gè)數(shù)ns，初級繞組磁場極對數(shù)與永磁體極對數(shù)之比即為該電機(jī)可實(shí)現(xiàn)的速度變比。所述的初級繞組2采用分布式繞組，以減少感應(yīng)電動(dòng)勢諧波分量。所述的永磁體4是由多個(gè)徑向充磁的釹鐵硼制成的環(huán)，沿軸向分布構(gòu)成圓筒形，并均勻貼在動(dòng)子鐵芯表面，每塊永磁體按一定比例分成三份，每份充磁方向不同，使磁場沿軸向按正弦分布。本發(fā)明基于磁通調(diào)制極的空間磁場調(diào)制原理，利用空間諧波傳遞磁場和能量，電機(jī)的磁路形式為圓筒環(huán)向磁路。當(dāng)波浪推動(dòng)浮筒以速度、上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定在浮筒內(nèi)的永磁體產(chǎn)生的磁場經(jīng)過磁通調(diào)制極的調(diào)制作用，在靠近初級繞組的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿圓筒軸向平移的調(diào)制波磁場，其速度為- ,該磁場與電機(jī)初級繞組產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢發(fā)出電能。速度變比等于磁齒輪低速側(cè)永磁體數(shù)r^與初級繞組磁場極對數(shù)np之比。 通常情況下，永磁體數(shù)r^大于初級繞組磁場極對數(shù)np，所以這可實(shí)現(xiàn)電機(jī)在低速條件下發(fā)電運(yùn)行。該電機(jī)次級永磁體采用特殊的Halbach陣列，利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向，可以提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，降低動(dòng)子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括電機(jī)初級、與電極初級隔有氣隙的電機(jī)次級；電機(jī)初級包括圓柱狀的初級鐵芯(1)、初級繞組O)、磁通調(diào)制極⑶；初級鐵芯(1)的外周設(shè)有突出其表面的凸齒，在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極(3)，初級繞組( 嵌入初級鐵芯 (1)的相鄰?fù)过X之間的線槽內(nèi)，初級鐵芯(1)固定于水底；電機(jī)次級包括永磁體G)、圓筒狀的動(dòng)子鐵芯(5)、浮筒(6)；低速側(cè)的永磁體⑷沿圓筒狀的動(dòng)子鐵芯(5)表面軸向等間距分布，動(dòng)子鐵芯(5)固定在浮筒(6)內(nèi)，動(dòng)子鐵芯(5) 和浮筒(6)作為一個(gè)整體漂浮在水面(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于動(dòng)子鐵芯(5)與初級繞組(2)之間有氣隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于永磁體 (4)的材料為釹鐵硼，每塊永磁體分成三份，每份充磁方向不同，使磁場沿軸向按正弦分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于電機(jī)初級鐵芯(1)和動(dòng)子鐵芯(5)材料均為硅鋼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于浮筒 (6)材料為不導(dǎo)磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，其特征在于永磁體 (4)極對數(shù)與初級繞組(2)極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極(3)的個(gè)數(shù)ns。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標(biāo)直線波浪發(fā)電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)初級、與電極初級隔有氣隙的電機(jī)次級；電機(jī)初級包括圓柱狀的初級鐵芯(1)、初級繞組(2)、磁通調(diào)制極(3)；初級鐵芯(1)的外周設(shè)有突出其表面的凸齒，在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極(3)，初級繞組(2)嵌入初級鐵芯(1)的相鄰?fù)过X之間的線槽內(nèi)，初級鐵芯(1)固定于水底；電機(jī)次級包括永磁體(4)、圓筒狀的動(dòng)子鐵芯(5)、浮筒(6)；低速側(cè)的永磁體(4)沿圓筒狀的動(dòng)子鐵芯(5)表面軸向等間距分布，動(dòng)子鐵芯(5)固定在浮筒(6)內(nèi)。本發(fā)明能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩，降低動(dòng)子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。
文檔編號(hào)H02K35/02GK102570770SQ201210013808
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者張麗, 樊英, 程明, 魏夢颯 申請人:東南大學(xué)