專利名稱：多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)及波浪發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)及波浪發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
波能利用的主要方式之一是波浪發(fā)電，它是通過波浪能轉(zhuǎn)換裝置，將波
浪能首先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再最終轉(zhuǎn)換成電能。波能的典型波速為0.5 2米/秒， 由低速的波運動去直接驅(qū)動直線電機(jī)發(fā)電是波能研究領(lǐng)域的熱點。因為用波 的運動直接驅(qū)動直線運動的發(fā)電機(jī)，可以省去普通波能轉(zhuǎn)換裝置的升速環(huán)節(jié), 從而解決了二級能量轉(zhuǎn)換效率低的問題，也使的整個波能轉(zhuǎn)換裝置大大簡化。 目前波浪發(fā)電中涉及的直線電機(jī)種類很多，如永磁直線同步發(fā)電機(jī)、雙邊縱 向磁通永磁直線電機(jī)、橫向磁通永磁直線電機(jī)等，其各有優(yōu)缺點。
專利號為"CN101106316A"的專利公開了"用于海浪發(fā)電的直線發(fā)電機(jī)"， 涉及一種永磁直線同步電機(jī)，包括電機(jī)初極鐵芯、初極三相繞組、電機(jī)次極 永磁體通過彈簧安裝在浮標(biāo)上，電機(jī)初次極均為長方形結(jié)構(gòu)。利用波浪壓力 變化直接驅(qū)動直線發(fā)電機(jī)動子永磁體往復(fù)運動，切割直線電機(jī)初極繞組產(chǎn)生 感生電勢，再利用變頻裝置將發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為工頻，從而供給用戶或電網(wǎng)。 專利號為"CN1603610A"的專利公開了 "基于永磁振子的波浪發(fā)電 裝置"，該波浪發(fā)電裝置的特征在于該裝置中心有一個重錘，通過鋼絲繩連 接多個發(fā)電機(jī)的永磁振子做往復(fù)運動，通過電磁感應(yīng)使安放在發(fā)電機(jī)定子上 的繞組輸出電能。永磁類直線電機(jī)具有較高的功率密度，但因為永磁體的使 用使其造價高，同時永磁體在惡劣環(huán)境下容易失磁和銹蝕，影響其長期運行 的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述波能發(fā)電裝置的不足，避免永磁類直線電機(jī)在波能發(fā)電裝 置中失磁、銹蝕和造價等問題，同時提高波能發(fā)電裝置的功率密度和可靠性， 本發(fā)明提供了一種多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)及波浪發(fā)電裝置，使得安裝有 該發(fā)電機(jī)的波浪發(fā)電裝置具有功率密度高、可靠性好及可實現(xiàn)不同容量發(fā)電 等優(yōu)點，具有較好的工業(yè)化前景。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 一種多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)，包括動子和嵌有三相繞組的初極鐵芯， 其特征在于，所述動子為縱向多層組合結(jié)構(gòu)，每層動子設(shè)置在一組齒槽相對 的兩個初極鐵芯之間，每層動子上下端分別連接有夾件，上端部夾件連接一
個橫向次極上支架；下端部夾件連接一個橫向次極下支架，并通過一個彈性 部件固定在發(fā)電機(jī)底座上，使得每層動子構(gòu)成一個有機(jī)的運動整體；每組鐵 芯背向互相聯(lián)接，鐵芯由硅鋼片疊成；所述三相繞組為分布式繞組，運行是 同時兩相勵磁或單相勵磁。
上述方案中，所述每個動子包括一個由非導(dǎo)磁合金材料制成的次極桿、 多個硅鋼片疊成的次極齒，這些次極齒沿縱向等間距嵌于次初桿上。所述上 端部夾件與次極上支架的連接、下端部夾件與次極下支架的連接為彈性連接。
一種波浪發(fā)電裝置，包括一個功率變換器和一個逆變器，功率變換器的 輸出連接逆變器，逆變器的輸出連接電網(wǎng)或用戶負(fù)載，其特征在于，所述功 率變換器的輸入連接多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)初極三相繞組的輸出，實現(xiàn) 分布式繞組的同時兩相勵磁或單相勵磁，多層組合式直線磁組發(fā)電機(jī)的橫向 次極上支架連接波能吸收裝置。
上述方案中，所述功率變換器的電路結(jié)構(gòu)采用全橋結(jié)構(gòu)或不對稱半橋結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明直線開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及波浪發(fā)電裝置的初、次 極為凸極結(jié)構(gòu)，初極集中繞組、次極無繞組，采用多層組合式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)
構(gòu)簡單、造價低、容錯性好、功率密度高、維護(hù)簡單等特點。結(jié)合直線開關(guān) 磁阻發(fā)電機(jī)動子的多層結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)功率組合、從而有利于提高波能發(fā)電 裝置的功率密度和長期穩(wěn)定的運行，有著很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
圖1為本發(fā)明多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-由硅
鋼片疊成的具有齒槽的初極鐵芯，2-初級齒，3-初級槽，4-非導(dǎo)磁合金材料 制成的次極桿，5-由硅鋼片疊成的次極齒，6、 7-夾件，8-彈簧，9、 10-次極 上下支架。
圖2為由圖l直線磁阻發(fā)電機(jī)構(gòu)成的波浪發(fā)電裝置，圖中11-多層組合 式直線磁阻發(fā)電機(jī)，12-功率變換器，13-逆變器。
圖3為圖2波浪發(fā)電系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖中l(wèi)l'-多層組合式直線 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等效電流源，12'-功率變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖中為全橋結(jié) 構(gòu)，亦可為不對稱半橋結(jié)構(gòu)和其他形式)，13'-逆變器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，14-電 網(wǎng)或用戶負(fù)載。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 實施例一
如圖1所示，本發(fā)明用于波浪發(fā)電的直線磁阻發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)為多層組合 式，其構(gòu)成部分包括①由硅鋼片疊成的具有齒槽2、 3的初極鐵芯1;②嵌 放于初極槽3內(nèi)分布的初極三相繞組(圖中未畫出)，初極三相繞組為分布式 繞組，運行時同時兩相勵磁，以提高發(fā)電機(jī)功率密度。運行時也可采用單相 勵磁；③在一組齒槽相對的兩個初極鐵芯1之間嵌入由非導(dǎo)磁合金材料制成 的次極桿4;④為減輕運動部件重量，次極無鐵軛，由硅鋼片疊成的次極齒5 等間距嵌入次極桿4內(nèi)；(D依據(jù)輸出功率的要泉次極桿4在縱向可以由多層 組合而成(圖1為四層)，每組初極鐵芯之間的次級桿4由置于發(fā)電機(jī)上下兩 個端部的夾件6、 7相連接，下端部的夾件6與次極下支架10相連；上端部 的夾件7與次極上支架9相連，使得運動的次極夠成一個有機(jī)的整體。⑥在 每組電機(jī)的次極端部的夾件6、 7與次極上下支架9、 IO的連接為彈性連接， 其作用是當(dāng)具有較大波浪時以保護(hù)發(fā)電機(jī)不被損壞。組合而成的磁阻發(fā)電機(jī) 次極通過上端部的上支架9連接波能吸收裝置，通過下端部的彈簧8連接發(fā) 電機(jī)底座。
如圖2和圖3，多層組合式直線開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)構(gòu)成的波浪發(fā)電裝置包括 多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)11、功率變換器12及逆變器13。發(fā)電系統(tǒng)所在 容器底部安裝在海底。功率變換器為全橋結(jié)構(gòu)，此不同于一般的磁阻電機(jī)所 用功率變換器結(jié)構(gòu)，其特點是更為適宜有兩相勵磁的運行方式，也可采用單 相勵磁。依據(jù)不同的功率需求，多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)ll可以自由組合 集成。適宜工業(yè)化制造和應(yīng)用。
實施例二
在實施例一的基礎(chǔ)上，將圖3所示發(fā)電機(jī)功率變換器12'采用不對稱半 橋結(jié)構(gòu)。此實施方式的特點，是系統(tǒng)容錯性好。
本發(fā)明由多層組合式直線磁組發(fā)電機(jī)構(gòu)成的波浪發(fā)電系統(tǒng)的工作原理
為波浪的運動帶動置于水下或水面的波能聚集裝置上下運動，由此帶動直
線磁阻發(fā)電機(jī)的多層組合式動子上下運動。從而在多層組合式直線開關(guān)磁阻
發(fā)電機(jī)的各相繞組中產(chǎn)生電能。幅值和頻率變化的電能通過功率變換單元12 和逆變單元13變?yōu)楣ゎl電能，供給電網(wǎng)或用戶負(fù)載14。
權(quán)利要求
1.一種多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)，包括動子和嵌有三相繞組的初極鐵芯，其特征在于，所述動子為縱向多層組合結(jié)構(gòu)，每層動子設(shè)置在一組齒槽相對的兩個初極鐵芯之間，每層動子上下端分別連接有夾件，上端部夾件連接一個橫向次極上支架；下端部夾件連接一個橫向次極下支架，該次極下支架通過一個彈性部件固定在發(fā)電機(jī)底座上，使得每層動子構(gòu)成一個有機(jī)的運動整體；每組鐵芯背向互相聯(lián)接，鐵芯由硅鋼片疊成；所述三相繞組為分布式繞組，運行是同時兩相勵磁或單相勵磁。
2. 如權(quán)利要求1所述的多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述 每個動子包括一個由非導(dǎo)磁合金材料制成的次極桿、多個硅鋼片疊成的次極 齒，這些次極齒沿縱向等間距嵌于次初桿上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于， 所述上端部夾件與次極上支架的連接、下端部夾件與次極下支架的連接為彈 性連接。
4. 一種由權(quán)利要求1多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)構(gòu)成的波浪發(fā)電裝置， 包括一個功率變換器和一個逆變器，功率變換器的輸出連接逆變器，逆變器 的輸出連接電網(wǎng)或用戶負(fù)載，其特征在于，所述功率變換器的輸入連接多層 組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)初極三相繞組的輸出，實現(xiàn)分布式繞組的同時兩相勵 磁或單相勵磁，多層組合式直線磁組發(fā)電機(jī)的橫向次極上支架連接波能吸收 裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述由權(quán)利要求1多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)構(gòu)成的波 浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述功率變換器的電路結(jié)構(gòu)采用全橋結(jié)構(gòu)或不對 稱半橋結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)，包括動子和嵌有三相繞組的初極鐵芯，其特征在于，所述動子為縱向多層組合結(jié)構(gòu)，每層動子設(shè)置在一組齒槽相對的兩個初極鐵芯之間，每層動子上下端分別連接有夾件，上端部夾件連接一個橫向次極上支架；下端部夾件連接一個橫向次極下支架，并通過一個彈性部件固定在發(fā)電機(jī)底座上，使得每層動子構(gòu)成一個有機(jī)的運動整體；每組鐵芯背向互相聯(lián)接，鐵芯由硅鋼片疊成；所述三相繞組為分布式繞組，運行時同時兩相勵磁或單相勵磁。本發(fā)明提出的多層組合式直線磁阻發(fā)電機(jī)及波浪發(fā)電裝置具有功率密度高、可靠性好及容易實現(xiàn)不同容量等優(yōu)點，有著很好的工業(yè)化前景。
文檔編號H02K29/00GK101355285SQ200810018349
公開日2009年1月28日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者倪賽賽, 婁建勇, 李雙鳳, 梁得亮, 趙東東 申請人:西安交通大學(xué)