CN112532010A - 一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机 - Google Patents

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王长坤
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Abstract

本发明公开一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构，还包括浮筒，动子结构固定在浮筒内部，随着浮筒做上下往复运动，所述动子结构内部设有腔体，定子结构设置在所述腔体内，所述永磁体部分的排布采用Halbach阵列。外壳固定于浮筒内壁上，跟随波浪起伏带动直线发电机动子结构上下往复运动，使处于静止状态的定子结构中的线圈绕组切割磁场线，从而产生感应电动势。本发明的永磁直线发电机具有结构简单紧凑，体积小重量轻，功率密度高，发电效率高等优势。

Description

一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机
技术领域
本发明属于直线发电机技术领域，特别涉及一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机。
背景技术
海洋波浪能作为一种清洁、无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，针对波浪能的开发和利用可有效缓解当今社会所面临的能源危机和环境污染等问题。目前，常见的波浪能发电系统多依靠中间传动装置将波浪的起伏直线运动转换为旋转运动，进而采用旋转电机实现能量转换。中间转换装置的存在导致该类发电系统能量转换效率较低，且面临结构复杂、制造和维修成本高等问题，制约了波浪发电技术的发展。
直驱式波浪发电装置可有效解决上述问题，通过采用直线发电机将波浪的起伏直线运动直接转换为电能输出，取消中间传动环节，提升能量转换效率。但现有的直驱式波浪发电用直线发电机普遍存在着体积大、功率密度低、不易控制等技术问题，机构性能有待进一步提升。
发明内容
针对现有直线发电机存在的体积大、功率密度低、不易控制等不足，本发明提供一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，该发明采用外侧永磁体部分作为动子与浮筒直接相连，使系统结构简单，体积与重量降低；并且永磁体部分采用具有聚磁效应的阵列方式，有效提高了直线发电机的功率密度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术解决方案为：一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构，其特征在于，还包括浮筒，动子结构固定在浮筒内部，随着浮筒做上下往复运动，所述动子结构内部设有腔体，定子结构设置在所述腔体内，定子结构与动子结构之间形成气隙。
进一步改进在于，所述定子结构包括定子铁芯、定子轴、轴套和线圈绕组，所述定子铁芯外圆周上设置有多个环形凹槽，线圈绕组放置在每个环形凹槽内，定子铁芯中心贯穿有轴孔，定子轴固定在定子铁芯轴孔内，在定子轴两端固定有轴套。
进一步改进在于，所述动子结构包括上端盖、下端盖、滑动轴承和永磁体部分，永磁体部分安装于外壳内侧壁面，外壳上下两端分别安装在上端盖和下端盖上，滑动轴承固定于上端盖和下端盖中心的轴向通孔中，定子轴分别穿过并受两个滑动轴承的支撑，固定在定子轴上的轴套与滑动轴承连接，所述外壳固定在浮筒内部。
进一步改进在于，所述上端盖、下端盖和定子铁芯之间安装有复位弹簧。
进一步改进在于，所述定子铁芯采用硅钢片堆叠而成，定子轴采用非导磁材料，外壳材质为软磁材料。
进一步改进在于，定子结构、动子结构与外壳均为圆筒形。
进一步改进在于，环形凹槽内相邻的线圈绕组绕向相反并串联在一起。
进一步改进在于，所述永磁体部分的排布采用Halbach阵列。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
一、直线发电机动子结构与浮筒直接相连，取消中间传动环节，提升能量转换效率；二、直线发电机动子结构中永磁体部分采用具有聚磁效应的阵列方式，提升发电机功率密度；三、该直线发电机结构简单紧凑、体积小重量轻，便于生产制造和后期维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立体剖视示意图。
其中，1-轴套，2-滑动轴承，3-上端盖， 4-浮筒，5-外壳，6-永磁体部分，7-线圈绕组，8-定子铁芯，9-复位弹簧，10-气隙，11-下端盖，12-定子轴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，说明书中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例，参照图1-2, 一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，包括直线发电机定子结构、动子结构和浮筒4，其中直线发电机定子结构包括定子铁芯8、定子轴12和线圈绕组7，定子铁芯8的外圆周上设置有多个环形凹槽，每一个凹槽内均放置一组线圈绕组7，定子铁芯8中心有贯穿的轴孔，所述的定子轴12为空心轴，与定子铁芯8的轴孔固定；定子结构与动子结构之间形成气隙10，直线发电机动子结构包括上端盖3、下端盖11、外壳5和永磁体部分6，外壳5的内侧壁面装有永磁体部分6，外壳上下两端分别安装在上端盖3和下端盖11上，滑动轴承2固定在上端盖3和下端盖11中心通孔处，定子轴12分别穿过并受两个滑动轴承2的支撑，固定在定子轴12上的轴套1与滑动轴承2直接接触；外壳5固定于浮筒4内壁上；浮筒4跟随波浪起伏带动直线发电机动子结构上下往复运动，使处于静止状态的定子结构中线圈绕组切割磁场线，从而产生感应电动势。
所述的定子铁芯8采用硅钢片堆叠而成，以减小发电机工作过程的涡流损耗，所述的定子轴12采用非导磁材料，以减小发电机内部的磁阻力。所述的外壳5为圆筒形，材质为软磁材料，固定于浮筒4内壁。相邻的线圈绕组7绕向相反并串联在一起，组成直线发电机的单相绕组，以降低控制难度。所述上端盖3、下端盖11和定子铁芯8之间安装有复位弹簧9。
直线发电机的动子结构和定子结构均为圆筒形，可消除普通直线电机的边端效应，增加电机效率。所述复位弹簧9可在动子结构处于端部时，提供一个反力使其回归中部位置，同时提供一个缓冲力，防止动子结构与定子结构的碰撞。进一步的，所述的永磁体部分6采用具有聚磁效应的Halbach阵列方式。本发明提出的方案将波浪的起伏直线运动直接转换为电能输出，取消中间传动环节，提升能量转换效率。
使用原理：永磁直线发电机动子部分的外壳5固定于浮筒4内壁，波浪的起伏带动浮筒4做上下往复直线运动，从而带动直线发电机的动子结构运动，导致永磁体部分6产生的磁场在空间内发生变化，使处于静止状态的定子结构中的线圈绕组7切割磁场线，从而产生感应电动势，线圈绕组7外接负载形成回路，便会在线圈绕组7中产生感应电流。根据应用场合需求，可改变永磁体部分6的阵列方式，可以是Halbach阵列方式，也可以是轴向充磁交替阵列或者径向充磁交替阵列布置方式。可以改变定子铁芯8中的环形凹槽数量，以实现发电效率的最优化。本发明针对有的直驱式波浪发电用直线发电机普遍存在着体积大、功率密度低、不易控制等不足，提供一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，采用外侧永磁体部分作为动子与浮筒直接相连，相对于现有技术而言，不仅系统结构简单，体积与重量降低，而且具有较高的发电效率。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构，其特征在于，还包括浮筒（4），动子结构固定在浮筒（4）内部，随着浮筒（4）做上下往复运动，所述动子结构内部设有腔体，定子结构设置在所述腔体内，定子结构与动子结构之间形成气隙（10）。
2.如权利要求1所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，所述定子结构包括定子铁芯（8）、定子轴（12）、轴套（1）和线圈绕组（7），所述定子铁芯（8）外圆周上设置有多个环形凹槽，线圈绕组（7）放置在每个环形凹槽内，定子铁芯（8）中心贯穿有轴孔，定子轴（12）固定在定子铁芯（8）轴孔内，在定子轴（12）两端固定有轴套（1）。
3.如权利要求2所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，所述动子结构包括上端盖（3）、下端盖（11）、滑动轴承（2）和永磁体部分（6），永磁体部分（6）安装于外壳（5）内侧壁面，外壳（5）上下两端分别安装在上端盖（3）和下端盖（11）上，滑动轴承（2）固定于上端盖（3）和下端盖（11）中心的轴向通孔中，定子轴（12）分别穿过并受两个滑动轴承（2）的支撑，固定在定子轴（12）上的轴套（1）与滑动轴承（2）连接，所述外壳（5）固定在浮筒（4）内部。
4.如权利要求3所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，所述上端盖（3）、下端盖（11）和定子铁芯（8）之间安装有复位弹簧（9）。
5.如权利要求4所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，所述定子铁芯（8）采用硅钢片堆叠而成，定子轴（12）采用非导磁材料，外壳（5）材质为软磁材料。
6.如权利要求5所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，定子结构、动子结构与外壳（5）均为圆筒形。
7.如权利要求6所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，环形凹槽内相邻的线圈绕组（7）绕向相反并串联在一起。
8.如权利要求7所述的一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，所述永磁体部分（6）的排布采用Halbach阵列。
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