CN101968025B - 基于磁齿轮的直线波浪发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于磁齿轮的直线波浪发电机，它通过将直线电机与磁齿轮复合的方法，解决了波浪发电中所用电机装置体积大、系统复杂、效率低的缺点。它将传统磁齿轮的高速侧省去，实现了磁齿轮与直线电机的整合。该电机包括电机初级、电机次级，电机初级包括初级铁芯(1)、初级绕组(2)、调磁环(3)；调磁环(3)沿圆筒轴向分布在初级绕组(2)和永磁体(4)之间，并固定在初级铁芯(1)上，初级绕组(2)嵌入初级铁芯(1)的线槽内，初级铁芯(1)固定于水底；电机次级包括永磁体(4)、动子铁芯(5)；磁齿轮低速侧即为永磁体(4)，它沿圆筒轴向均匀贴在动子铁芯(5)表面，动子铁芯(5)固定在浮筒(6)内，它们作为一个整体漂浮在水面(7)上。

Description

基于磁齿轮的直线波浪发电机
技术领域
本发明涉及一种基于磁齿轮的新型直线波浪发电机，采用磁齿轮调节速度，属于波浪发电技术领域。
背景技术
水体蕴藏着巨大的能量，在世界能源日益紧张的今天，波浪发电成为了发展新能源的重要方向。传统波浪发电所采用的是旋转电机，在低速时效率低、耐久性差，成为制约波浪发电发展的重要因素。近年来，我国学者提出采用直线电机直接利用波浪的上下垂直位移作为动力，驱动电机次级直线运动产生电能，可使整个系统效率提高、寿命增长等。但是由于波浪运动速度较低，传统采用齿轮箱作为中间环节进行调速，以增加电机次级速度，而齿轮箱使整个传动系统体积和重量增加，同时还有噪声、磨损、响应时间长等问题。若采用磁齿轮传动则既可以调节速度，又可以避免噪声、磨损，减少响应时间。因此，有必要提出一种新型的直线电机装置以推动波浪发电的发展。
发明内容
技术问题：本发明针对波浪发电现有技术的不足与缺陷，提出一种基于磁齿轮的直线波浪发电机，采用磁齿轮取代传统的机械增速齿轮箱，并将磁齿轮与直线电机进行整合，省去了磁齿轮高速侧，将磁齿轮低速侧作为电机动子永磁体，使结构更加简单，并减小了电机损耗、体积和重量，提高了效率和耐久性。
技术方案：本发明的基于磁齿轮的直线波浪发电机用于离岸波浪发电，利用波浪起伏运动直接推动浮筒上下运动，使固定在浮筒内的次级永磁体产生的磁场透过调磁环切割处于静止状态的初级绕组，产生感应电动势。由于调磁环的存在可以调节磁场的大小，因此可以实现相当于使动子增速的作用，达到动子低速时初级绕组内感应高电动势的效果，再用变频装置将产生的电动势转化为工频，就可以将电能输送给用户或电网。
本发明的基于磁齿轮的新型直线波浪发电机，该电机将直线电机与磁齿轮整合在一起，它包括电机初级、电机次级；电机初级包括圆柱状的初级铁芯、初级绕组、调磁环；调磁环沿圆柱状的初级铁芯轴向分布在初级绕组和永磁体之间，并固定在初级铁芯上，初级绕组嵌入初级铁芯的线槽内，初级铁芯固定于水底；电机次级包括永磁体、圆筒状的动子铁芯，磁齿轮低速侧即为永磁体，它沿圆筒状的动子铁芯表面轴向均匀分布，动子铁芯固定在浮筒内，它们作为一个整体漂浮在水面上。
所述的调磁环是由导磁材料与非导磁材料制成的环间隔排列组成，其中导磁块材料为铁磁材料。
所述的永磁体是由多个径向充磁的钕铁硼制成的环，沿轴向分布构成圆筒形，并均匀贴在动子铁芯表面，相邻两个环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
当波浪推动浮筒以速度v1上下直线运动时，由于铁磁材料的调磁环的存在，固定在浮筒内的永磁体产生的磁场将通过轴向方向的调磁环到达初级绕组。在初级气隙中调制出的磁场速度为-v2，该磁场与电机初级绕组产生相对运动发出电能。
有益效果：
(1)省去了机械增速齿轮箱，用磁齿轮替代，不存在齿轮箱的机械磨损、维护和噪音问题，提高了装置可靠性。特别适用于波浪低速时情形，可以实现相当于电机增速的效果，减小了电机的体积、重量和制造成本。
(2)省去了磁齿轮高速侧，将电机与磁齿轮整合在一起，磁齿轮低速侧即为电机动子永磁体，简化了结构，使制造工艺大大简化。
(3)动子永磁体采用高磁能积钕铁硼励磁，没有滑环和电刷，无需外加电源励磁，具有结构简单、体积小重量轻、功率密度高、效率高以及可靠性好等优点。(4)调磁环中导磁块采用沿圆筒轴向分布在永磁体和初级绕组间的结构，并固定在初级铁芯上，安装方便，结构紧凑，提高了机械可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。其中有：初级铁芯1、初级绕组2、调磁环3、永磁体4、动子铁芯5、浮筒6、水面7。
具体实施方式
下面是本发明的具体实施，用来进一步描述：
本发明是一种基于磁齿轮的直线波浪发电机，它包括电机初级、电机次级，电机初级包括初级铁芯1、初级绕组2、调磁环3；调磁环3沿圆筒轴向分布在初级绕组2和永磁体4之间，并固定在初级铁芯1上，初级绕组2嵌入初级铁芯1的线槽内，初级铁芯1固定于水底；电机次级包括永磁体4、动子铁芯5；磁齿轮低速侧即为永磁体4，它沿圆筒轴向均匀贴在动子铁芯5表面，动子铁芯5固定在浮筒6内，它们作为一个整体漂浮在水面7上。
所述的初级绕组2采用分布式绕组，以减少感应电动势谐波分量。
所述的调磁环3是由导磁材料与非导磁材料制成的环间隔排列组成，其中导磁块材料为铁磁材料。
所述的永磁体4是由多个径向充磁的钕铁硼制成的环，沿轴向分布构成圆筒形，并均匀贴在动子铁芯表面，相邻两个环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。永磁体4与调磁环3之间有气隙、调磁环3与初级绕组2之间有气隙。永磁体4是由多个径向充磁的钕铁硼制成的环，沿轴向分布构成圆筒形，相邻两个环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
本发明的基本原理为调磁环的空间磁场调制原理，利用空间谐波传递磁场和能量，电机的磁路形式为圆筒环向磁路。磁通由初级永磁体4产生，穿过永磁体4与调磁环3之间的径向气隙到达调磁环3，经调磁环3和初级绕组之间的径向气隙到达初级绕组的齿部，再经调磁环3沿径向回到动子永磁体4构成回路。
当波浪推动浮筒以速度v1上下运动时，固定在浮筒内的永磁体产生的磁场经过调磁环调制作用，在靠近初级绕组的气隙中产生一个沿圆筒轴向平移的调制波磁场，其速度为-v2，该磁场与电机初级绕组产生相对运动，切割产生感应电动势发出电能。

Claims (2)

1.一种基于磁齿轮的直线波浪发电机，其特征在于该磁齿轮的直线波浪发电机将直线电机与磁齿轮整合在一起，它包括电机初级、电机次级；电机初级包括圆柱状的初级铁芯(1)、初级绕组(2)、调磁环(3)；调磁环(3)沿圆柱状的初级铁芯(1)轴向分布在初级绕组(2)和永磁体(4)之间，并固定在初级铁芯(1)上，初级绕组(2)嵌入初级铁芯(1)的线槽内，初级铁芯(1)固定于水底；电机次级包括永磁体(4)、圆筒状的动子铁芯(5)，磁齿轮低速侧即为永磁体(4)，它沿圆筒状的动子铁芯(5)表面轴向均匀分布，动子铁芯(5)固定在浮筒(6)内，它们作为一个整体漂浮在水面(7)上；
永磁体(4)与调磁环(3)之间有气隙、调磁环(3)与初级绕组(2)之间有气隙；
永磁体(4)是由多个径向充磁的钕铁硼制成的环，沿轴向分布构成圆筒形，相邻两个环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
2.根据权利要求1所述的基于磁齿轮的直线波浪发电机，其特征在于调磁环(3)是分别由导磁材料与非导磁材料制成的环轴向间隔排列组成，其中导磁材料为铁磁材料。
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