CN101355285A - 多层组合式直线磁阻发电机及波浪发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层组合式直线磁阻发电机，包括动子和嵌有三相绕组的初极铁芯，其特征在于，所述动子为纵向多层组合结构，每层动子设置在一组齿槽相对的两个初极铁芯之间，每层动子上下端分别连接有夹件，上端部夹件连接一个横向次极上支架；下端部夹件连接一个横向次极下支架，并通过一个弹性部件固定在发电机底座上，使得每层动子构成一个有机的运动整体；每组铁芯背向互相联接，铁芯由硅钢片叠成；所述三相绕组为分布式绕组，运行时同时两相励磁或单相励磁。本发明提出的多层组合式直线磁阻发电机及波浪发电装置具有功率密度高、可靠性好及容易实现不同容量等优点，有着很好的工业化前景。

Description

多层组合式直线磁阻发电机及波浪发电装置
技术领域
本发明涉及一种多层组合式直线磁阻发电机及波浪发电装置。
背景技术
波能利用的主要方式之一是波浪发电，它是通过波浪能转换装置，将波浪能首先转换为机械能，再最终转换成电能。波能的典型波速为0.5～2米/秒，由低速的波运动去直接驱动直线电机发电是波能研究领域的热点。因为用波的运动直接驱动直线运动的发电机，可以省去普通波能转换装置的升速环节，从而解决了二级能量转换效率低的问题，也使的整个波能转换装置大大简化。目前波浪发电中涉及的直线电机种类很多，如永磁直线同步发电机、双边纵向磁通永磁直线电机、横向磁通永磁直线电机等，其各有优缺点。
专利号为“CN101106316A”的专利公开了“用于海浪发电的直线发电机”，涉及一种永磁直线同步电机，包括电机初极铁芯、初极三相绕组、电机次极永磁体通过弹簧安装在浮标上，电机初次极均为长方形结构。利用波浪压力变化直接驱动直线发电机动子永磁体往复运动，切割直线电机初极绕组产生感生电势，再利用变频装置将发出的电能转换为工频，从而供给用户或电网。专利号为“CN1603610A”的专利公开了“基于永磁振子的波浪发电装置”，该波浪发电装置的特征在于：该装置中心有一个重锤，通过钢丝绳连接多个发电机的永磁振子做往复运动，通过电磁感应使安放在发电机定子上的绕组输出电能。永磁类直线电机具有较高的功率密度，但因为永磁体的使用使其造价高，同时永磁体在恶劣环境下容易失磁和锈蚀，影响其长期运行的可靠性和经济性。
发明内容
为了克服上述波能发电装置的不足，避免永磁类直线电机在波能发电装置中失磁、锈蚀和造价等问题，同时提高波能发电装置的功率密度和可靠性，本发明提供了一种多层组合式直线磁阻发电机及波浪发电装置，使得安装有该发电机的波浪发电装置具有功率密度高、可靠性好及可实现不同容量发电等优点，具有较好的工业化前景。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种多层组合式直线磁阻发电机，包括动子和嵌有三相绕组的初极铁芯，其特征在于，所述动子为纵向多层组合结构，每层动子设置在一组齿槽相对的两个初极铁芯之间，每层动子上下端分别连接有夹件，上端部夹件连接一个横向次极上支架；下端部夹件连接一个横向次极下支架，并通过一个弹性部件固定在发电机底座上，使得每层动子构成一个有机的运动整体；每组铁芯背向互相联接，铁芯由硅钢片叠成；所述三相绕组为分布式绕组，运行是同时两相励磁或单相励磁。
上述方案中，所述每个动子包括一个由非导磁合金材料制成的次极杆、多个硅钢片叠成的次极齿，这些次极齿沿纵向等间距嵌于次初杆上。所述上端部夹件与次极上支架的连接、下端部夹件与次极下支架的连接为弹性连接。
一种波浪发电装置，包括一个功率变换器和一个逆变器，功率变换器的输出连接逆变器，逆变器的输出连接电网或用户负载，其特征在于，所述功率变换器的输入连接多层组合式直线磁阻发电机初极三相绕组的输出，实现分布式绕组的同时两相励磁或单相励磁，多层组合式直线磁组发电机的横向次极上支架连接波能吸收装置。
上述方案中，所述功率变换器的电路结构采用全桥结构或不对称半桥结构。
与现有技术相比，本发明直线开关磁阻发电机及波浪发电装置的初、次极为凸极结构，初极集中绕组、次极无绕组，采用多层组合式结构，具有结构简单、造价低、容错性好、功率密度高、维护简单等特点。结合直线开关磁阻发电机动子的多层结构，易于实现功率组合、从而有利于提高波能发电装置的功率密度和长期稳定的运行，有着很好的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明多层组合式直线磁阻发电机的结构示意图。图中：1-由硅钢片叠成的具有齿槽的初极铁芯，2-初级齿，3-初级槽，4-非导磁合金材料制成的次极杆，5-由硅钢片叠成的次极齿，6、7-夹件，8-弹簧，9、10-次极上下支架。
图2为由图1直线磁阻发电机构成的波浪发电装置，图中：11-多层组合式直线磁阻发电机，12-功率变换器，13-逆变器。
图3为图2波浪发电系统的电路拓扑结构图。图中11’-多层组合式直线开关磁阻发电机等效电流源，12’-功率变换器电路拓扑结构(图中为全桥结构，亦可为不对称半桥结构和其他形式)，13’-逆变器电路拓扑结构，14-电网或用户负载。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明用于波浪发电的直线磁阻发电机的结构为多层组合式，其构成部分包括：①由硅钢片叠成的具有齿槽2、3的初极铁芯1；②嵌放于初极槽3内分布的初极三相绕组(图中未画出)，初极三相绕组为分布式绕组，运行时同时两相励磁，以提高发电机功率密度。运行时也可采用单相励磁；③在一组齿槽相对的两个初极铁芯1之间嵌入由非导磁合金材料制成的次极杆4；④为减轻运动部件重量，次极无铁轭，由硅钢片叠成的次极齿5等间距嵌入次极杆4内；⑤依据输出功率的要求，次极杆4在纵向可以由多层组合而成(图1为四层)，每组初极铁芯之间的次级杆4由置于发电机上下两个端部的夹件6、7相连接，下端部的夹件6与次极下支架10相连；上端部的夹件7与次极上支架9相连，使得运动的次极够成一个有机的整体。⑥在每组电机的次极端部的夹件6、7与次极上下支架9、10的连接为弹性连接，其作用是当具有较大波浪时以保护发电机不被损坏。组合而成的磁阻发电机次极通过上端部的上支架9连接波能吸收装置，通过下端部的弹簧8连接发电机底座。
如图2和图3，多层组合式直线开关磁阻发电机构成的波浪发电装置包括多层组合式直线磁阻发电机11、功率变换器12及逆变器13。发电系统所在容器底部安装在海底。功率变换器为全桥结构，此不同于一般的磁阻电机所用功率变换器结构，其特点是更为适宜有两相励磁的运行方式，也可采用单相励磁。依据不同的功率需求，多层组合式直线磁阻发电机11可以自由组合集成。适宜工业化制造和应用。
实施例二
在实施例一的基础上，将图3所示发电机功率变换器12’采用不对称半桥结构。此实施方式的特点，是系统容错性好。
本发明由多层组合式直线磁组发电机构成的波浪发电系统的工作原理为：波浪的运动带动置于水下或水面的波能聚集装置上下运动，由此带动直线磁阻发电机的多层组合式动子上下运动。从而在多层组合式直线开关磁阻发电机的各相绕组中产生电能。幅值和频率变化的电能通过功率变换单元12和逆变单元13变为工频电能，供给电网或用户负载14。

Claims (5)

1.一种多层组合式直线磁阻发电机，包括动子和嵌有三相绕组的初极铁芯，其特征在于，所述动子为纵向多层组合结构，每层动子设置在一组齿槽相对的两个初极铁芯之间，每层动子上下端分别连接有夹件，上端部夹件连接一个横向次极上支架；下端部夹件连接一个横向次极下支架，该次极下支架通过一个弹性部件固定在发电机底座上，使得每层动子构成一个有机的运动整体；每组铁芯背向互相联接，铁芯由硅钢片叠成；所述三相绕组为分布式绕组，运行是同时两相励磁或单相励磁。
2.如权利要求1所述的多层组合式直线磁阻发电机，其特征在于，所述每个动子包括一个由非导磁合金材料制成的次极杆、多个硅钢片叠成的次极齿，这些次极齿沿纵向等间距嵌于次初杆上。
3.如权利要求1或2所述的多层组合式直线磁阻发电机，其特征在于，所述上端部夹件与次极上支架的连接、下端部夹件与次极下支架的连接为弹性连接。
4.一种由权利要求1多层组合式直线磁阻发电机构成的波浪发电装置，包括一个功率变换器和一个逆变器，功率变换器的输出连接逆变器，逆变器的输出连接电网或用户负载，其特征在于，所述功率变换器的输入连接多层组合式直线磁阻发电机初极三相绕组的输出，实现分布式绕组的同时两相励磁或单相励磁，多层组合式直线磁组发电机的横向次极上支架连接波能吸收装置。
5.如权利要求4所述由权利要求1多层组合式直线磁阻发电机构成的波浪发电装置，其特征在于，所述功率变换器的电路结构采用全桥结构或不对称半桥结构。
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