CN109067132A - 一种模块化永磁直线发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模块化永磁直线发电装置，包括动子模块、定子模块、缓冲模块和连接模块。所述的动子模块包括硅钢片组、铜线绕组、固定框、气隙调节片、盖板以及限位器，用于产生电能。所述的定子模块包括铝合金夹板、钕铁硼磁铁和磁铁挡块，用于产生磁感线。所述的缓冲模块由缓冲器组成，用于吸收动子系统运动时产生的撞击动能。所述的连接模块包括直线轴承、直线导轨、导轨支座、连接角件和弹簧，用于将动子模块、定子模块和缓冲模块连接在一起，组成完整的模块化永磁直线发电装置。本发明的直线发电机具有气隙可调节，环境适应能力强，能量转换效率高，系统的可靠性高、便于海上和陆上安装维护，生产建造成本低的特点。
Description
技术领域
本发明属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种模块化永磁直线发电装置。
背景技术
能源是经济和社会发展的动力。伴随着石油、天然气、煤炭等不可再生能源的消耗，人们逐渐考虑如何充分利用海洋上的能源，而海洋上的风能、潮流能、波浪能属于无穷无尽的可再生资源，而且属于无污染的绿色能源。波浪能发电装置经过多年的发展，已经发展出了多种PTO(power take off)装置。其中典型的PTO装置主要有：空气透平、水轮机、机械驱动系统。对于振荡浮子式波浪能发电装置而言，机械驱动系统是更加适用的PTO装置。
机械驱动PTO系统可以根据电机形式分为2种类型：一是直线电机，二是旋转电机。相比于旋转电机，直线电机具有以下优点：
1.由于直线电机和运动部件之间不需要齿轮，丝杠，液压等中间传动机构，直线电机具有较高的转换效率。
2.直线电机机构本身比较简单，且无需中间连接机构，简化了系统的运动结构，系统的稳定性、安全性和鲁棒性能较高。
3.直线电机的初级和次级都具有较规则形状，安装的初级绕组后的线圈和粘贴永磁体的次级等部件可以用环氧树脂或高分子聚乙烯材料进行密封，使其不受海水、化学气体和液体的侵蚀，可应用于恶劣环境中。
永磁体和电磁学方面取得一定发展后，促进了直线发电机的发展。因此选取直线发电机作为PTO装置成为了热门趋势。经检索发现，公布号为CN207368856U的发明专利文件中公开了一种利用惯性的直线电机装置，其利用滑座的惯性性质，使滑座通过滑槽在滑台上滑动，通过线圈绕组切割密封磁条产生的磁感线发电。
发明内容
本发明提供的是能直接应用于垂荡浮子式、摆式浮子式等波浪能装置上，可有效节约单位发电成本，提高能量利用效率和传输效率的一种模块化永磁直线发电装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种模块化永磁直线发电装置，包括动子模块、定子模块、连接模块和缓冲模块，所述的连接模块包括导轨支座和直线轴承，所述的导轨支座两侧分别安装有两条直线导轨，导轨支座上端安装有弹簧；所述的直线轴承套在两条直线导轨上，直线轴承与动子模块相连，直线轴承通过连接绳与弹簧相连；所述的缓冲模块包括缓冲器，缓冲模块安装在导轨支座上；所述的定子模块通过连接角件与导轨支座相连。
本发明还可以包括：
所述的定子模块包括钕铁硼磁铁组，所述的钕铁硼磁铁组内所有的钕铁硼磁铁均通过NS-SN方式布置，每两块钕铁硼磁铁间由间隔板隔开；钕铁硼磁铁组夹在两侧的铝合金夹板之间，钕铁硼磁铁组首尾两端由磁铁挡块固定，磁铁挡块固定在铝合金夹板上；铝合金夹板通过连接角件与导轨支座相连。
所述的动子模块包括铜线、硅钢片组、固定框、盖板以及限位器；所述的固定框包括上下固定框和前后固定框，上下固定框与前后固定框相连；所述的盖板包括上下盖板和侧盖板，上下盖板与上下固定框相连，上下盖板与上下固定框之间填有气隙调节片，侧盖板与前后固定框相连；所述的硅钢片组由裁剪成倒T台的硅钢片摞成，硅钢片组安装在上下固定框中；所述的铜线缠绕于硅钢片组的所有倒T台上；所述的限位器安装在侧盖板上。
所述的限位器包括螺纹轴和深沟球轴承；深沟球轴承安装在螺纹轴上；螺纹轴装在侧盖板上；深沟球轴承下端紧贴铝合金夹板上。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种具有较好机械结构，方便生产、制造、安装和调试，适合工程应用的高性能发电装置。与公布号为CN207368856U的发明专利相比，本发明专利所涉及的模块化永磁直线发电装置在提高能量转换效率、可靠性、可维性、以及降低制造和运维成本方面都取得了显著的效果。区别于现有直线发电机冗杂的连接系统。本发明中将所述的永磁直线发电机连接机构大大简化，有利于永磁直线发电装置的模块化生产、故障排查以及降低成本。区别于现有直线发电机动子系统不可调的气隙调节方式，本发明中所述永磁直线发电机动子系统通过增加气隙调节片的数量来达到调整气隙的目的，可有效降低单位发电成本，提高能量利用率和传输效率。
附图说明
图1是一种模块化永磁直线发电装置的正视图。
图2是一种模块化永磁直线发电装置的永磁直线发电机动子系统的剖面图。
图3是一种模块化永磁直线发电装置的侧视图。
图4(a)是一种模块化永磁直线发电装置的限位器的正视图。
图4(b)是一种模块化永磁直线发电装置的限位器的俯视图。
图5(a)是一种模块化永磁直线发电装置用于垂荡式浮子的布置图。
图5(b)是一种模块化永磁直线发电装置用于摆式浮子的布置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
图1为本发明永磁直线发电装置正视图，如图1所示。本实施例的装置可以包括：动子模块、定子模块、连接模块和缓冲模块。
动子模块包括：上下盖板101、侧盖板102、上下固定框103、气隙调节片104、硅钢片组105、前后固定框106、限位器107、铜线绕组108。铜线圈108缠绕于硅钢片组105上，每多个线圈不间断相连为1相，可计多相。硅钢片组105通过上下固定框103和气隙调节片104与上下盖板101相连。限位器107通过通孔拧螺母的方式与侧盖板102相连。两块侧盖板102通过前后固定框106相连。上下盖板101和侧盖板102上设有螺纹孔，通过螺丝拧紧的方式相连。
定子模块包括：磁铁挡块201、钕铁硼磁铁202、铝合金夹板203、间隔板204。所述钕铁硼磁铁202通过NS—SN的方式布置，钕铁硼磁铁之间通过所述间隔板204隔开。布置成列的钕铁硼磁铁两端通过所述磁铁挡块201限制位移。所述铝合金夹板203将磁铁挡块201、钕铁硼磁铁202、间隔板204固定住。铝合金夹板203和磁铁挡块201上开有连接通孔。
连接模块包括：连接角件301、导轨支座302、直线导轨303、弹簧304、连接绳305、直线轴承306。直线轴承306套在直线导轨303上，导轨支座302上开有通孔。直线导轨303安装在导轨支座的通孔中并通过螺丝拧紧进固定。连接角件301通过螺丝安装在导轨支座302上。
缓冲模块包括缓冲器401，缓冲器401通过螺纹孔安置在安装在导轨支座302上。动子模块通过直线轴承306与连接模块相连。定子模块通过连接角件301与连接模块相连。缓冲模块通过导轨支座302与连接模块相连。
所述限位器107包括深沟球轴承110以及螺纹轴109。深沟球轴承110安装在螺纹轴109上，螺纹轴109通过螺纹安装在侧盖板102上，深沟球轴承110下端紧贴铝合金夹板203上。在永磁直线发电装置运行过程中，限位器107可以有效防止钕铁硼磁铁201与硅钢片组105因为强大的吸引力吸附在一起。
本发明的工作过程：
浮子通过锚泊装置系泊于海域中的某一位置，浮子在波浪的作用下开始做多自由度的摇荡运动，摇荡运动的浮子通过弹簧304将外力传递至永磁直线发电机动子系统上。永磁直线发电机动子模块由于受到惯性力的作用与永磁直线发电机定子系统发生相对运动，从而使永磁直线发电机动子模块切割磁感线产生电能，最终完成将海洋中波浪的能量转化为电能的过程。
本发明所要解决的技术问题是：提供一种直线发电机方案，此直线发电机可以直接应用于垂荡浮子式、摆式浮子式等波浪能装置上。可有效节约单位发电成本，提高能量利用效率、传输效率。
本发明专利的技术方案是：一种可应用于振荡浮子式波浪能的一种模块化永磁直线发电装置。包括动子模块、定子模块、连接模块以及缓冲模块。本发明用于将机械能转换为电能。
所述动子模块，包括铜线绕组、硅钢片组、固定框、气隙调节片、盖板以及限位器。固定框、气隙调节片、盖板由铝合金制成。铜线绕组缠绕在硅钢片组上，进而通过固定框与气隙调节片和盖板相连。固定框一方面用于固定硅钢片组与盖板的位置，另一方面通过固定框加强盖板之间的结构稳定性。气隙调节片由不导磁材料制成，限位器与盖板相连。
硅钢片组由多片硅钢片摞成，硅钢片覆有环氧树脂镀层。硅钢片组长度方向上分别裁剪出多个用于缠绕铜线的倒T台。
铜线缠绕于硅钢片组的倒T台上为一个铜线绕组，多个铜线绕组之间不间断连接为一相，可计多相。
所述定子模块，由铝合金夹板、磁铁挡块、钕铁硼磁铁以及间隔板组成。钕铁硼磁铁通过异性方式布置，即第一块磁铁的放置方式为上半部为N极，下半部为S极；第二块磁铁的放置方式为上半部为S极，下半部为N极；第三块磁铁的放置方式为上半部为N极，下半部为S极；以此类推。每块钕铁硼磁铁间由间隔板隔开，形成长条状钕铁硼磁铁组。钕铁硼磁铁组由两根铝合金夹板夹住，两端由磁铁挡块限制住钕铁硼磁铁组的位置。磁铁挡块由铝合金等不导磁材料制成，间隔板由不导磁材料制成。
所述连接模块，由直线轴承、直线导轨、导轨支座、连接角件以及弹簧组成。直线轴承套于直线导轨上，直线导轨固定在导轨支座上，连接角件与导轨支座相连，弹簧与导轨支座相连。直线轴承和弹簧与动子模块相连，连接角件与定子模块相连。直线导轨由轴承钢制成，导轨支座由铝合金制成。
缓冲模块由缓冲器组成，缓冲器布置在导轨支座上。
一种模块化永磁直线发电装置，可以通过增加气隙调节片的数量来达到调整气隙的目的。动子模块可以通过限位器来限制与定子模块之间的距离，使得动子模块与定子模块不会因为硅钢片组与钕铁硼磁铁之间巨大的吸引力而吸附在一起。
本发明在正常检修、定期大修和部件更换时能够直接拆取所需模块，不需要全部拆卸，检修完成后可快速复原。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种模块化永磁直线发电装置，包括动子模块、定子模块、连接模块和缓冲模块，其特征在于：所述的连接模块包括导轨支座和直线轴承，所述的导轨支座两侧分别安装有两条直线导轨，导轨支座上端安装有弹簧；所述的直线轴承套在两条直线导轨上，直线轴承与动子模块相连，直线轴承通过连接绳与弹簧相连；所述的缓冲模块包括缓冲器，缓冲模块安装在导轨支座上；所述的定子模块通过连接角件与导轨支座相连。
2.根据权利要求1所述的一种模块化永磁直线发电装置，其特征在于：所述的定子模块包括钕铁硼磁铁组，所述的钕铁硼磁铁组内所有的钕铁硼磁铁均通过NS-SN方式布置，每两块钕铁硼磁铁间由间隔板隔开；钕铁硼磁铁组夹在两侧的铝合金夹板之间，钕铁硼磁铁组首尾两端由磁铁挡块固定，磁铁挡块固定在铝合金夹板上；铝合金夹板通过连接角件与导轨支座相连。
3.根据权利要求1所述的一种模块化永磁直线发电装置，其特征在于：所述的动子模块包括铜线、硅钢片组、固定框、盖板以及限位器；所述的固定框包括上下固定框和前后固定框，上下固定框与前后固定框相连；所述的盖板包括上下盖板和侧盖板，上下盖板与上下固定框相连，上下盖板与上下固定框之间填有气隙调节片，侧盖板与前后固定框相连；所述的硅钢片组由裁剪成倒T台的硅钢片摞成，硅钢片组安装在上下固定框中；所述的铜线缠绕于硅钢片组的所有倒T台上；所述的限位器安装在侧盖板上。
4.根据权利要求2所述的一种模块化永磁直线发电装置，其特征在于：所述的动子模块包括铜线、硅钢片组、固定框、盖板以及限位器；所述的固定框包括上下固定框和前后固定框，上下固定框与前后固定框相连；所述的盖板包括上下盖板和侧盖板，上下盖板与上下固定框相连，上下盖板与上下固定框之间填有气隙调节片，侧盖板与前后固定框相连；所述的硅钢片组由裁剪成倒T台的硅钢片摞成，硅钢片组安装在上下固定框中；所述的铜线缠绕于硅钢片组的所有倒T台上；所述的限位器安装在侧盖板上。
5.根据权利要求4所述的一种模块化永磁直线发电装置，其特征在于：所述的限位器包括螺纹轴和深沟球轴承；深沟球轴承安装在螺纹轴上；螺纹轴装在侧盖板上；深沟球轴承下端紧贴铝合金夹板上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date of registration: 20231009 Address after: 510641 No. five, 381 mountain road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Applicant after: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY Address before: 150001 Intellectual Property Office, Harbin Engineering University science and technology office, 145 Nantong Avenue, Nangang District, Harbin, Heilongjiang Applicant before: HARBIN ENGINEERING University |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20231107 Address after: 150001 No. 145, Nantong Avenue, Nangang District, Heilongjiang, Harbin Applicant after: HARBIN ENGINEERING University Address before: 510641 No. five, 381 mountain road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Applicant before: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY |
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| GR01 | Patent grant | ||
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