CN211239652U - 一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机。采用内外层双定子结构，两套绕组绕制方向相垂直，分别沿周向、轴向绕制；圆轴与防水外壳间通过直线运动轴承内嵌旋转轴承连接，实现动子直线、旋转相对运动；动子内嵌永磁体，沿轴向相邻永磁体充磁方向相反，沿周向斜极排列；通过浮子将波浪能转换为动子直线运动机械能，沿轴向产生翻转磁场，在周向线圈内感生电动势，实现波浪能发电；通过叶轮将潮汐能转换为动子旋转机械能，由于永磁体斜极，沿周向产生翻转磁场，在轴向线圈内感生电动势，实现潮汐能发电；斜极降低了齿槽定位力，提高发电质量。本实用新型同时利用波浪能、潮汐能，具有发电效率高的特点，适于推广应用。

Description

一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机

技术领域

本实用新型涉及直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，具体是一种通过采用双定子、动子斜极结构，通过动子直线、旋转双自由度运动直接同时利用波浪能、潮汐能发电的永磁发电机。

背景技术

海洋能是目前最受关注的新能源发电领域之一。我国大陆海岸线长达1.8万公里，合理利用海洋能发电，能有有效解决我国能源短缺问题，具有重大市场前景。

波浪能与潮汐能是海洋能中最主要组成部分。目前，针对波浪能与潮汐能发电系统及发电机已有较多研究工作。但由于直驱波浪能发电机主要为直线电机，只能利用直线运动机械能；直驱式潮汐发电机主要为旋转电机，只能利用旋转运动机械能；目前单台发电机只能利用两种海洋能中的一种，限制了能量利用效率。

永磁发电机由于采用永磁体励磁，具有高效、高功率密度的特点，近年来在新能源发电领域受到了广泛关注与高度重视。结合波浪能、潮汐能以及永磁电机的特点，开发可以直接同时利用波浪能直线运动、潮汐能旋转运动的永磁发电机具有重要意义与价值。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，采用双定子、动子斜极结构，其中动子受波浪能、潮汐能直接驱动，具有直线、旋转双自由度运动能力，同时利用波浪能、潮汐能发电。

技术方案

一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，包括防水外壳(1)、外层定子铁心(2)、内层定子铁心(3)、外层线圈绕组(4)、内层线圈绕组(5)、动子铁心(6)、永磁体(7)、圆轴(8)、直线运动轴承(9)、旋转轴承(10)、浮子(11)和叶轮(12)，其特征在于：防水外壳(1)包裹圆筒形双定子永磁发电机；电机内采用两套定子铁心(2)和(3)、两套绕组(4)和(5)，两套定子铁心分别安装在动子铁心内、外侧，两套绕组绕制方向相垂直，可外层绕组(4)周向绕制、内层绕组(5)轴向绕制，亦可外层绕组(4)轴向绕制、内层绕组(5)周向绕制；动子铁心(6)内嵌沿径向充磁永磁体(7)，永磁体沿周向斜极排列；动子铁心(6)与圆轴(8)固定，随圆轴直线、旋转运动；直线运动轴承(9)内嵌旋转轴承(10)，旋转轴承安装于圆轴(8)外侧，直线运动轴承安装于防水外壳(1)内侧；圆轴(8)与浮子(11)固定，浮子外圆安装叶轮(12)。

优点及效果

与现有技术相比，本实用新型的优点与积极效果为：

本实用新型通过浮子接收波浪能转换为动子直线运动机械能，通过浮子外圆安装的叶轮接收潮汐能转换为动子旋转机械能。通过直线运动轴承内嵌旋转轴承实现圆轴直线、旋转双自由度运动与静止防水外壳间的配合。通过沿周向斜极排列永磁体，一方面降低了运动过程齿槽定位力，提高了发电质量；一方面无论直线运动、旋转运动均能产生翻转磁场，其中周向线圈通过永磁体直线运动翻转磁场、轴向线圈通过永磁体旋转运动翻转磁场感生电动势，实现直线运动波浪能、旋转运动潮汐能的高效利用。

附图说明

图1为直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机系统基本结构。

图2为外层绕组周向绕制、内层绕组轴向绕制直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机基本结构。其中，(a)为外层绕组周向绕制、内层绕组轴向绕制结构；(b)为外层绕组轴向绕制、内层绕组周向绕制结构。

图3为动子展开图。

附图标记说明：

1.防水外壳、2.外层定子铁心、3.内层定子铁心、4.外层线圈绕组、5.内层线圈绕组、6.动子铁心、7.永磁体、8.圆轴、9.直线运动轴承、10.旋转轴承、11.浮子、12.叶轮、13.单块永磁体、 14.永磁体(13)轴向相邻单块永磁体、15.永磁体(13)周向相邻单块永磁体。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，防水外壳(1)包裹圆筒形双定子永磁发电机，防水外壳(1)与外界固定保持静止；电机外层定子铁心(2)、内层定子铁心(3)固定于防水外壳(1)；永磁体(7)嵌放在动子铁心(6) 内，动子铁心(6)与圆轴(8)上端相联结，三者可同步运动；直线运动轴承(9)内嵌旋转轴承(10)，旋转轴承安装于圆轴(8)外侧，直线运动轴承安装于防水外壳(1)内侧；由于圆轴(8)和防水外壳 (10)间通过直线运动轴承(9)及旋转轴承(10)连接，定子铁心(6)、永磁体(7)和圆轴(8)可以与防水外壳(1)间存在直线、旋转相对运动；圆轴(8)下端与浮子(11)相联结，浮子外圆安装叶轮(12)；在波浪能作用下，浮子(11)上下运动，带动圆轴(8)、动子铁心(6)、永磁体(7)直线运动；在潮汐能作用下，叶轮(12) 旋转，带动浮子(11)、圆轴(8)、动子铁心(6)、永磁体(7) 旋转运动。

如图2所示，电机采用外层定子铁心(2)及内层定子铁心(3) 两套定子铁心，内、外层铁心槽内分别安放外层线圈绕组(4)、内层线圈绕组(5)；内、外层定子铁心间安放动子铁心(6)，永磁体 (7)嵌于动子铁心(6)内；外层线圈绕组(4)与内层线圈绕组(5) 绕制方向始终相垂直，可采用外层周向绕制、内层轴向绕制(如图2 (a))或外层轴向绕制、内层周向绕制(如图2(b))。

如图3所示，永磁体(13)、(14)充磁方向相反，可永磁体(13) 径向充磁、永磁体(14)径向反方向充磁，亦可永磁体(14)径向充磁、永磁体(13)径向反方向充磁；因此，当动子铁心(6)直线运动时，沿轴向产生翻转磁场，周向绕制线圈内感生电动势，实现波浪能发电。永磁体(13)、永磁体(15)沿轴向错开，实现沿轴向的斜极；动子斜极一方面降低了齿槽定位力，改善了动子运动特性进而改善了发电质量，另一方面在动子铁心(6)旋转时沿周向产生翻转磁场，在轴向绕制线圈内感生电动势，实现潮汐能发电。

Claims (4)

1.一种直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，总体结构包括防水外壳(1)、外层定子铁心(2)、内层定子铁心(3)、外层线圈绕组(4)、内层线圈绕组(5)、动子铁心(6)、永磁体(7)、圆轴(8)、直线运动轴承(9)、旋转轴承(10)、浮子(11)和叶轮(12)，其特征在于：防水外壳(1)包裹圆筒形双定子永磁发电机；动子铁心(6)内嵌沿径向充磁永磁体(7)；动子铁心(6)与圆轴(8)固定，随圆轴直线、旋转运动；直线运动轴承(9)内嵌旋转轴承(10)，旋转轴承安装于圆轴(8)外侧，直线运动轴承安装于防水外壳(1)内侧；圆轴(8)与浮子(11)固定，浮子外圆安装叶轮(12)。

2.根据权利要求1所述的直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，其特征在于：电机将外层定子铁心(2)、内层定子铁心(3)组合使用，外层定子铁心(2)、内层定子铁心(3)开槽方向相垂直；外层定子铁心(2)安装在动子铁心(6)外侧，内层定子铁心(3)安装在动子铁心(6)内侧；外层线圈绕组(4)绕制在外层定子铁心(2)开设的槽内、内层线圈绕组(5)绕制在内层定子铁心(3)开设的槽内，外层线圈绕组(4)、内层线圈绕组(5)绕制方向相垂直，可外层绕组(4)周向绕制、内层绕组(5)轴向绕制，亦可外层绕组(4)轴向绕制、内层绕组(5)周向绕制。

3.根据权利要求1所述的直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，其特征在于：转子铁心(6)、永磁体(7)、圆轴(8)通过直线运动轴承(9)及其内嵌的旋转轴承(10)与防水外壳相连，转子铁心(6)、永磁体(7)、圆轴(8)可相对防水外壳进行直线、旋转双自由度运动。

4.根据权利要求1所述的直驱式海洋能发电用双定子斜极双自由度永磁发电机，其特征在于：永磁体(13、14)充磁方向相反，可永磁体(13)径向充磁、永磁体(14)径向反方向充磁，亦可永磁体(14)径向充磁、永磁体(13)径向反方向充磁，永磁体(13)、永磁体(15)沿轴向错开。

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