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低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機的制作方法

文檔序號:5205941閱讀:225來源:國知局
專利名稱:低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及ー種Halbach低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,屬于波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
水體蘊藏著巨大的能量,在世界能源日益緊張的今天,波浪發(fā)電成為發(fā)展新能源的重要方向。而傳統(tǒng)波浪發(fā)電機所采用的是旋轉(zhuǎn)電機,在低速時效率低、耐久性差,成為制約波浪發(fā)電發(fā)展的重要因素。近年來,我國學者提出采用直線電機直接利用波浪的上下垂直位移作為動力,驅(qū)動電機次級直線運動產(chǎn)生電能,可使整個系統(tǒng)效率提高、壽命增長等。但是由于波浪運動速度較低,傳統(tǒng)采用齒輪箱作為中間環(huán)節(jié)進行調(diào)速,以增加電機次級速度,而齒輪箱使整個傳動系統(tǒng)體積和重量増加,同時還有噪聲、磨損、響應(yīng)時間長等問題。若采用Halbach低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,通過初級鐵芯上磁通調(diào)制極的引入,省去了傳統(tǒng)磁齒輪中的高速側(cè)以及獨立的調(diào)磁環(huán)結(jié)構(gòu),使得電機結(jié)構(gòu)更為簡單,既可以調(diào)節(jié)速度,又解決了機械齒輪傳動系統(tǒng)噪聲高、效率低、傳輸精度低、響應(yīng)慢、機械磨損等問題。因此,有必要提出一種的直線電機裝置以推動波浪發(fā)電的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型針對波浪發(fā)電現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提出ー種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,利用電機初級鐵芯上磁通調(diào)制極的調(diào)制作用,省去傳統(tǒng)磁齒輪結(jié)構(gòu)中的調(diào)磁環(huán)以及磁齒輪高速側(cè),將磁齒輪低速側(cè)作為電機次級永磁體,使結(jié)構(gòu)更加簡單,并減少了電機損耗、體積和重量,提高了效率和耐久性。同時次級永磁體采用特殊的Halbach陣列,可以提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩,減少動子鐵芯磁軛的磁通密度,降低 鐵芯損耗。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題,本實用新型提供了ー種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,該電機包括電機初級、與電機初級隔有氣隙的電機次級;電機初級包括圓柱狀的初級鐵芯、初級繞組、磁通調(diào)制極;初級鐵芯的外周設(shè)有突出其表面的凸齒,在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極,初級繞組嵌入初級鐵芯的相鄰凸齒之間的線槽內(nèi),初級鐵芯固定于水底;電機次級包括永磁體、圓筒狀的動子鐵芯、浮筒;低速側(cè)的永磁體沿圓筒狀的動子鐵芯表面軸向等間距分布,動子鐵芯固定在浮筒內(nèi),動子鐵芯和浮筒作為ー個整體漂浮在水面上。優(yōu)選的,動子鐵芯與初級繞組之間有氣隙。優(yōu)選的,永磁體的材料為釹鐵硼,每塊永磁體分成三份,每份充磁方向不同,使磁場沿軸向按正弦分布。優(yōu)選的,電機初級鐵芯和動子鐵芯材料均為硅鋼片。優(yōu)選的,浮筒材料為不導磁材料。[0012]優(yōu)選的,永磁體極對數(shù)も與初級繞組極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極的個數(shù)ns。有益效果(I)省去了機械變速齒輪箱,不存在齒輪箱的機械磨損、維護和噪音問題,提高了電機可靠性。同時提高了電機轉(zhuǎn)速,減小了電機的體積、重量和制造成本;(2)電機為單氣隙結(jié)構(gòu),加工エ藝簡單,穩(wěn)定性及可靠性得到提高;(3)電機中有更多的磁力線通過氣隙,因此氣隙磁通密度的有效諧波成份值比普通磁場調(diào)制式永磁電機高,輸出轉(zhuǎn)矩增大;(4)電機動子鐵芯磁軛磁通密度可以大量減少,這將減少動子鐵芯磁軛鐵芯損耗,縮小動子鐵芯軛部大小,節(jié)省材料; (5)電機次級永磁體之間通過鉄心隔離,阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動,降低了永磁體中的渦流損耗;(6)動子鐵芯采用高磁能積釹鐵硼勵磁,沒有滑環(huán)和電刷,無需外加電源勵磁,具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕、功率密度高、效率高以及可靠性好等優(yōu)點。

圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖;其中有初級鐵芯I、初級繞組2、磁通調(diào)制極3、永磁體4、動子鐵芯5、浮筒6、水面7 ;圖2為本實用新型磁齒輪低速側(cè)局部永磁體充磁方向示意圖;其中有初級鐵芯I、初級繞組2、磁通調(diào)制極3、永磁體4、動子鐵芯5。永磁體4每個極被分成三份,圖中箭頭所指方向為該份永磁體的充磁方向,每份永磁體的寬度和充磁方向均可調(diào)節(jié),以達到最大的功率輸出。
具體實施方式
下面將參照附圖對本實用新型進行說明。本實用新型涉及ー種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,它通過電機初級鐵芯上磁通調(diào)制極的磁場調(diào)制作用,能在保證磁齒輪電機優(yōu)點的同時省去傳統(tǒng)磁齒輪結(jié)構(gòu)中的調(diào)磁環(huán)以及磁齒輪的高速側(cè),解決了波浪發(fā)電中所用電機裝置體積大、系統(tǒng)復雜、效率低等缺點。它將傳統(tǒng)磁齒輪的高速側(cè)省去,實現(xiàn)了磁齒輪與直線電機的整合。參見圖1,圖2,本實用新型提供的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,電機初級、與電機初級隔有氣隙的電機次級;電機初級包括圓柱狀的初級鐵芯I、初級繞組2、磁通調(diào)制極3 ;初級鐵芯I的外周設(shè)有突出其表面的凸齒,在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極3,初級繞組2嵌入初級鐵芯I的相鄰凸齒之間的線槽內(nèi),初級鐵芯(I)固定于水底;電機次級包括永磁體4、圓筒狀的動子鐵芯5、浮筒6 ;低速側(cè)的永磁體4沿圓筒狀的動子鐵芯5表面軸向等間距分布,動子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi),動子鐵芯5和浮筒6作為一個整體漂浮在水面7上。動子鐵芯5與初級繞組2之間有氣隙。永磁體4的材料為釹鐵硼,每塊永磁體分成三份,每份充磁方向不同,使磁場沿軸向按正弦分布。電機初級鐵芯I和動子鐵芯5材料均為硅鋼片。浮筒6材料為不導磁材料。永磁體4極對數(shù)A與初級繞組2極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極3的個數(shù)ns。磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體4,永磁體沿圓筒軸向均勻貼在動子鐵芯5表面,動子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi),它們作為ー個整體漂浮在水面7上。永磁體極對數(shù)與初級繞組極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極3的個數(shù)ns。初級繞組磁場極對數(shù)與次級永磁體極對數(shù)之比即為該電機可實現(xiàn)的速度變比。電機動子鐵芯5上采用新的Halbach陣列,和徑向充磁普通磁場調(diào)制式永磁電機相比,由于可以利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向,所以它能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩,降低動子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。 本實用新型提出的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機用于離岸波浪發(fā)電,利用波浪起伏運動直接推動浮筒上下運動,使固定在浮筒內(nèi)的次級永磁體產(chǎn)生的磁場經(jīng)過磁通調(diào)制極的調(diào)制作用,切割處于靜止狀態(tài)的初級繞組,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于磁通調(diào)制極的調(diào)制作用,可以調(diào)節(jié)磁場的大小,因此可以實現(xiàn)相當于使動子增速的作用,達到動子低速時初級繞組內(nèi)感應(yīng)高電動勢的效果,再用變頻裝置將產(chǎn)生的電動勢轉(zhuǎn)化為エ頻,就可以將電能輸送給用戶或電網(wǎng)。本實用新型的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,該電機將包括電機初級、電機次級;電機初級包括圓柱狀的初級鐵芯、初級繞組、磁通調(diào)制極;初級鐵芯采用凸極嵌入式游標結(jié)構(gòu),初級鐵芯上凸極的小齒部分即為磁通調(diào)制極,初級繞組嵌入初級鐵芯的線槽內(nèi),初級鐵芯固定于水底;電機次級包括永磁體、圓筒狀的動子鐵芯、浮筒;磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體,它沿圓筒狀的動子鐵芯表面軸向均勻分布,動子鐵芯固定在浮筒內(nèi),它們作為ー個整體漂浮在水面上。所述的永磁體是由多個徑向充磁的釹鐵硼制成的環(huán),沿軸向分布構(gòu)成圓筒形,并均勻貼在動子鐵芯表面,姆塊永磁體按一定比例分成三份,姆份充磁方向不同,使磁場沿軸向按正弦分布。所述的永磁體采用特殊的Halbach陣列,利用有限元可以優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向,和徑向充磁普通磁場調(diào)制式永磁電機相比,它能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩,降低動子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。當波浪推動浮筒以速度V1上下直線運動時,通過磁通調(diào)制極的磁場調(diào)制作用,在
初級氣隙中調(diào)制出的磁場的速度為-V2,該磁場與電機初級繞組產(chǎn)生相對運動發(fā)出電能。本實用新型是低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,磁通調(diào)制極3代替了調(diào)磁環(huán)來進行磁場調(diào)制,磁齒輪低速側(cè)即為次級永磁體4,它沿圓筒軸向均勻貼在動子鐵芯5表面,動子鐵芯5固定在浮筒6內(nèi),它們作為ー個整體漂浮在水面7上。永磁體極對數(shù)與初級繞組極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極3的個數(shù)ns,初級繞組磁場極對數(shù)與永磁體極對數(shù)之比即為該電機可實現(xiàn)的速度變比。所述的初級繞組2采用分布式繞組,以減少感應(yīng)電動勢諧波分量。所述的永磁體4是由多個徑向充磁的釹鐵硼制成的環(huán),沿軸向分布構(gòu)成圓筒形,并均勻貼在動子鐵芯表面,每塊永磁體按一定比例分成三份,每份充磁方向不同,使磁場沿軸向按正弦分布。本實用新型基于磁通調(diào)制極的空間磁場調(diào)制原理,利用空間諧波傳遞磁場和能量,電機的磁路形式為圓筒環(huán)向磁路。當波浪推動浮筒以速度V1上下運動吋,固定在浮筒內(nèi)的永磁體產(chǎn)生的磁場經(jīng)過磁通調(diào)制極的調(diào)制作用,在靠近初級繞組的氣隙中產(chǎn)生ー個沿圓筒軸向平移的調(diào)制波磁場,其速度為-h ,該磁場與電機初級繞組產(chǎn)生相對運動,切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢發(fā)出電能。速度變比等于磁齒輪低速側(cè)永磁體數(shù)も與初級繞組磁場極對數(shù)np之比。通常情況下,永磁體數(shù)大于初級繞組磁場極對數(shù)np,所以這可實現(xiàn)電機在低速條件下發(fā)電運行。該電機次級永磁體采用特殊的Halbach陣列,利用有限元優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度比以及充磁方向,可以提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩,降低動子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式,本實用新型的保護范圍并不以上述實施方式為限,但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實用新型所掲示內(nèi)容所作的等效修飾或變化,皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于該電機包括電機初級、與電機初級隔有氣隙的電機次級; 電機初級包括圓柱狀的初級鐵芯(I)、初級繞組(2)、磁通調(diào)制極(3);初級鐵芯⑴的外周設(shè)有突出其表面的凸齒,在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極(3),初級繞組(2)嵌入初級鐵芯(I)的相鄰凸齒之間的線槽內(nèi),初級鐵芯(I)固定于水底; 電機次級包括永磁體(4)、圓筒狀的動子鐵芯(5)、浮筒(6);低速側(cè)的永磁體⑷沿圓筒狀的動子鐵芯(5)表面軸向等間距分布,動子鐵芯(5)固定在浮筒(6)內(nèi),動子鐵芯(5)和浮筒(6)作為一個整體漂浮在水面(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于動子鐵芯(5)與初級繞組⑵之間有氣隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于永磁體(4)的材料為釹鐵硼,每塊永磁體分成三份,每份充磁方向不同,使磁場沿軸向按正弦分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于電機初級鐵芯(I)和動子鐵芯(5)材料均為娃鋼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于浮筒(6)材料為不導磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,其特征在于永磁體(4)極對數(shù)\與初級繞組(2)極對數(shù)np之和為磁通調(diào)制極(3)的個數(shù)ns。
專利摘要本實用新型涉及一種低速大轉(zhuǎn)矩永磁游標直線波浪發(fā)電機,該電機包括電機初級、與電機初級隔有氣隙的電機次級;電機初級包括圓柱狀的初級鐵芯(1)、初級繞組(2)、磁通調(diào)制極(3);初級鐵芯(1)的外周設(shè)有突出其表面的凸齒,在凸齒上設(shè)有磁通調(diào)制極(3),初級繞組(2)嵌入初級鐵芯(1)的相鄰凸齒之間的線槽內(nèi),初級鐵芯(1)固定于水底;電機次級包括永磁體(4)、圓筒狀的動子鐵芯(5)、浮筒(6);低速側(cè)的永磁體(4)沿圓筒狀的動子鐵芯(5)表面軸向等間距分布,動子鐵芯(5)固定在浮筒(6)內(nèi)。本實用新型能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出轉(zhuǎn)矩,降低動子鐵芯磁軛的磁通密度及鐵芯損耗。
文檔編號F03B13/14GK202405989SQ201220020328
公開日2012年8月29日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者張麗, 樊英, 程明, 魏夢颯 申請人:東南大學
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