CN101237177A - 分离式海浪直线发电机 - Google Patents

Abstract

分离式海浪直线发电机是用于海浪发电的新型永磁直线同步电机。利用海浪运动经能量转换器带动直线发电机动子运动，动子切割直线发电机定子绕组，产生感生交流电。因此此设备是一种利用直线运动将海浪运动能转化为电能的设备该发电机在初级铁心(1)内侧设有初级三相绕组(2)；次级动子包括次级铁心(4)、次级右上永磁体(5)、次级左上永磁体(6)、次级非导磁材料(7)、次级右下永磁体(8)、次级左下永磁体(9)；次级右上永磁体(5)与次级右下永磁体(8)、次级左上永磁体(6)与次级左下永磁体(9)分别组成一对极，并分别位于次级铁心(4)外侧，两边的磁路由次级非导磁材料(7)隔开。

Description

分离式海浪直线发电机

技术领域

本发明是用于海浪发电的新型永磁直线同步电机。利用海浪运动经能量转换器带动直线发电机动子运动。动子切割直线发电机定子绕组，产生感生交流电。因此此设备是一种利用直线运动将海浪运动能转化为电能的设备。本技术可以应用于海浪发电领域。

背景技术

海洋辽阔，占地球表面70.8％。海洋“无风三尺浪”，浪起浪落中蕴藏着巨大的能量。发明先进的海浪发电设备，利用海洋资源对解决世界的能源问题有着重大的意义。永磁直线发电机运用到海浪发电中是一项很有发展前景的新技术。

上世纪70年代起由于石油危机，各国科学家开始探索海浪发电，研制出几种不同类型的海浪发电站。海浪发电系统由海浪能量、能量转换器、发电机系统、变电设备组成。其中能量转换器是将海浪能量转换为发电设备可以吸收的能量，直接关系到海浪发电的效果，因此它是重要的发电设备；发电机系统包括旋转机构和传统发电机，目前人们开始研究用直线电机发电，减少中间旋转机构；变电设备的功能是将发电机发出的不同频率的电转变为工频电，供用户使用。经过30多年的研究，科学家设计出几十种不同的发电装置，以提高发电效率。这种形式的发电站已经在英国使用，发出的电已经接入电网。

海浪发电有两种方式：一、岸边海浪发电站，即将发电设备建在岸边。这种电站容易实现，缺点是获取的海浪小，发电量不大，而且电站容易受到风暴的袭击，抗击风暴能力差。另一种是离岸发电站，将发电设备建在船上或井架上，目前科学家探索将发电站建在水下。这种发电站可以远离海岸，获得更多的海浪能量，发电量大，而且由于发电设备在水下，不易受到风暴的袭击。本发明可以直接应用于这两种电站，不需要中间传动机构，直接由海浪转换器带动直线电机发电。使发电设备简化。

200710021763.4发明人公布了一项发明申请“用于海浪发电的永磁直线同步电机”。包括两个定子铁心、两套定子绕组、一个由N、S交错永磁体组成的动子。随海浪运动发生变化的动子磁场切割定子绕组，产生感生电动势。这一发明动子不用励磁绕组，结构简单，维修少。但是我们在以后的电磁分析中发现，这种永磁体组成动子结构，可以进一步优化，为此我们提出新型的永磁体动子。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种分离式海浪直线发电机，本发明的分离式海浪直线发电机可以直接应用于这两种电站，不需要中间传动机构，直接由海浪转换器带动直线电机发电，使发电设备简化。

技术方案：本发明的分离式海浪直线发电机包括初级铁心、次级动子和气隙。初级铁心位于发电机的两侧，次级动子位于初级铁心的中间，初级铁心与次级动子之间设有气隙(如图1所示)；在初级铁心内侧设有初级三相绕组；次级动子包括次级铁心、次级右上永磁体、次级左上永磁体、次级非导磁材料、次级右下永磁体、次级左下永磁体；次级右上永磁体与次级右下永磁体、次级左上永磁体与次级左下永磁体分别组成一对极，并分别位于次级铁心外侧，两边的磁路由次级非导磁材料隔开。次级右上永磁体、次级左上永磁体具有相同的极性，次级右下永磁体、次级左下永磁体具有相同的极性，并且次级右上永磁体与次级右下永磁体极性相反，这样布局使两边初受到的平行方向的电磁力相等，两边的气隙相等。初级与次级间有0.5-1厘米的气隙。

1)压力随海浪运动而发生变化的海浪转换器，直接带动动子永磁体进行直线运动，使直线电机内部产生一个随时间变化的磁场；

2)磁场上下运动切割永磁直线电机绕组，故在绕组中产生感生电动势。如外电路闭合，海浪动力转化为电能发电；

3)运动的磁体与定子间会产生水平方向的电磁力，为了不使电机的定转子之间被吸在一起，我们采用双初级和双次级绕组来平衡电磁力。

4)分离式永磁构成的次级，在气隙的两边产生各自独立的磁路，磁场分布如图2所示。经过磁场软件分析发现，如果要产生0.7~1.0T的磁场，采用此永磁结构要比图1结构节省1/3~1/4永磁体的用料。此发明减少了很多永磁材料用量，节省成本。

直线电机发出的交流电频率永磁体的运动频率相同，是一个频率变化的电源。需用交-交变频装置将直线发电机频率转化为工频50Hz，输送给用户或者电网。

有益效果：

1)分离式永磁体作为直线电机次级，提高效率，减少永磁体用量，大大节省成本。

2)海浪发电以直线电机发电，减少中间环节，节省成本；

3)海浪发电，不会像火电那样产生有毒气体，污染环境。

4)这种设备的成本低，发出电的成本比太阳能、潮汐能低很多，几乎可以与常规的电能价格相比较，随着海浪能源的开发，海浪发电成本会进一步降低，因此海浪发电无论是从价格还是环保的角度来说都是具有巨大开发潜力的能源。

附图说明

图1是本发明分离式海浪直线发电机的结构示意图。

图2分离式直线发电机磁场发布示意图。

其中有：初级铁心1；初级三相绕组2；气隙3；次级铁心4；次级右上永磁体5；次级左上永磁体6；次级非导磁材料7；次级右下永磁体8；次级左下永磁体9。

具体实施方式

图1是改进后的永磁直线发电机的结构，该发电机包括初级铁心1、次级动子和气隙3，初级铁心1位于发电机的两侧，次级动子位于初级铁心1的中间，初级铁心1与次级动子之间设有气隙3；在初级铁心1内侧设有初级三相绕组2；次级动子包括次级铁心4、次级右上永磁体5、次级左上永磁体6、次级非导磁材料7、次级右下永磁体8、次级左下永磁体9；次级右上永磁体5与次级右下永磁体8、次级左上永磁体6与次级左下永磁体9分别组成一对极，并分别位于次级铁心4外侧，两边的磁路由次级非导磁材料7隔开。

次级右上永磁体5、次级左上永磁体6具有相同的极性，次级右下永磁体8、次级左下永磁体9具有相同的极性，并且次级右上永磁体5与次级右下永磁体8极性相反，这样布局使两边初受到的平行方向的电磁力相等，两边的气隙相等。

图2是分离式永磁海浪直线发电机的磁场分布，从图上可以看出两边磁体相对独立。

在忽略初级齿槽的影响下，次级永磁体提供的励磁磁场分别在两边气隙中产生正弦波气隙磁场。当海浪带动次级动子运动时，动子磁场切割在定子绕组，产生感生电动势。初级与次级间有0.5-1厘米的气隙。

a.直线电机的初级铁心由硅刚片组成，制造工艺与普通直线电机的制造工艺相同。

b.永磁体用稀土永磁钕铁硼组成，同边相邻间的充磁方向相反，构成N、S结构。

c.直线电机次级磁极直接与海浪能量转换器连接在一起，海浪幅度变化引起转换器内的压力发生变化，这种压力变化带动直线电机上下运动。

d.当无海浪时次级磁极未运动，这时直线电机气隙间存在一个静止的磁场，不会在定子绕组中感应电动势。海浪来时，次级磁极未运动被海浪带动，直线电机定子绕组中会产生感生电压，当外部电路闭合时，直线电机向外部电路输送电能。

e.此时由于海浪运动的幅度和波浪频率不规则，发出的电能幅度和频率也不规则，因此需要应用变流技术改善海浪发电质量。

Claims (3)

1.一种分离式海浪直线发电机，其特征在于该发电机包括初级铁心(1)、次级动子和气隙(3)，初级铁心(1)位于发电机的两侧，次级动子位于初级铁心(1)的中间，初级铁心(1)与次级动子之间设有气隙(3)；在初级铁心(1)内侧设有初级三相绕组(2)；次级动子包括次级铁心(4)、次级右上永磁体(5)、次级左上永磁体(6)、次级非导磁材料(7)、次级右下永磁体(8)、次级左下永磁体(9)；次级右上永磁体(5)与次级右下永磁体(8)、次级左上永磁体(6)与次级左下永磁体(9)分别组成一对极，并分别位于次级铁心(4)外侧，两边的磁路由次级非导磁材料(7)隔开。

2.如权利要求1所述的分离式海浪直线发电机，其特征在于次级右上永磁体(5)、次级左上永磁体(6)具有相同的极性，次级右下永磁体(8)、次级左下永磁体(9)具有相同的极性，并且次级右上永磁体(5)与次级右下永磁体(8)极性相反，这样布局使电机动子两边受到的平行方向的电磁力相等，两边的气隙相等。

3.如权利要求1所述的分离式海浪直线发电机，其特征在于初级与次级间有0.5-1厘米的气隙(3)。

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