專利名稱：分離式海浪直線發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是用于海浪發(fā)電的新型永磁直線同步電機。利用海浪運動經能量轉換 器帶動直線發(fā)電機動子運動。動子切割直線發(fā)電機定子繞組，產生感生交流電。 因此此設備是一種利用直線運動將海浪運動能轉化為電能的設備。本技術可以應 用于海浪發(fā)電領域。
背景技術：
海洋遼闊，占地球表面70.8%。海洋"無風三尺浪"，浪起浪落中蘊藏著巨 大的能量。發(fā)明先進的海浪發(fā)電設備，利用海洋資源對解決世界的能源問題有著 重大的意義。永磁直線發(fā)電機運用到海浪發(fā)電中是一項很有發(fā)展前景的新技術。上世紀70年代起由于石油危機，各國科學家開始探索海浪發(fā)電，研制出幾 種不同類型的海浪發(fā)電站。海浪發(fā)電系統(tǒng)由海浪能量、能量轉換器、發(fā)電機系統(tǒng)、 變電設備組成。其中能量轉換器是將海浪能量轉換為發(fā)電設備可以吸收的能量， 直接關系到海浪發(fā)電的效果，因此它是重要的發(fā)電設備；發(fā)電機系統(tǒng)包括旋轉機 構和傳統(tǒng)發(fā)電機，目前人們開始研究用直線電機發(fā)電，減少中間旋轉機構；變電 設備的功能是將發(fā)電機發(fā)出的不同頻率的電轉變?yōu)楣ゎl電，供用戶使用。經過 30多年的研究，科學家設計出幾十種不同的發(fā)電裝置，以提高發(fā)電效率。這種 形式的發(fā)電站已經在英國使用，發(fā)出的電已經接入電網。海浪發(fā)電有兩種方式 一、岸邊海浪發(fā)電站，即將發(fā)電設備建在岸邊。這種 電站容易實現(xiàn)，缺點是獲取的海浪小，發(fā)電量不大，而且電站容易受到風暴的襲 擊，抗擊風暴能力差。另一種是離岸發(fā)電站，將發(fā)電設備建在船上或井架上，目 前科學家探索將發(fā)電站建在水下。這種發(fā)電站可以遠離海岸，獲得更多的海浪能 量，發(fā)電量大，而且由于發(fā)電設備在水下，不易受到風暴的襲擊。本發(fā)明可以直 接應用于這兩種電站，不需要中間傳動機構，直接由海浪轉換器帶動直線電機發(fā) 電。使發(fā)電設備簡化。200710021763. 4發(fā)明人公布了一項發(fā)明申請"用于海浪發(fā)電的永磁直線同步電機"。包括兩個定子鐵心、兩套定子繞組、 一個由N、 S交錯永磁體組成的動 子。隨海浪運動發(fā)生變化的動子磁場切割定子繞組，產生感生電動勢。這一發(fā)明 動子不用勵磁繞組，結構簡單，維修少。但是我們在以后的電磁分析中發(fā)現(xiàn)，這 種永磁體組成動子結構，可以進一步優(yōu)化，為此我們提出新型的永磁體動子。發(fā)明內容技術問題本發(fā)明的目的是提供一種分離式海浪直線發(fā)電機，本發(fā)明的分離 式海浪直線發(fā)電機可以直接應用于這兩種電站，不需要中間傳動機構，直接由海 浪轉換器帶動直線電機發(fā)電，使發(fā)電設備簡化。技術方案本發(fā)明的分離式海浪直線發(fā)電機包括初級鐵心、次級動子和氣隙。 初級鐵心位于發(fā)電機的兩側，次級動子位于初級鐵心的中間，初級鐵心與次級動 子之間設有氣隙(如圖1所示)；在初級鐵心內側設有初級三相繞組；次級動子 包括次級鐵心、次級右上永磁體、次級左上永磁體、次級非導磁材料、次級右下 永磁體、次級左下永磁體；次級右上永磁體與次級右下永磁體、次級左上永磁體 與次級左下永磁體分別組成一對極，并分別位于次級鐵心外側，兩邊的磁路由次 級非導磁材料隔開。次級右上永磁體、次級左上永磁體具有相同的極性，次級右 下永磁體、次級左下永磁體具有相同的極性，并且次級右上永磁體與次級右下永 磁體極性相反，這樣布局使兩邊初受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙相 等。初級與次級間有0.5 - l厘米的氣隙。1) 壓力隨海浪運動而發(fā)生變化的海浪轉換器，直接帶動動子永磁體進行直 線運動，使直線電機內部產生一個隨時間變化的磁場；2) 磁場上下運動切割永磁直線電機繞組，故在繞組中產生感生電動勢。如 外電路閉合，海浪動力轉化為電能發(fā)電；3) 運動的磁體與定子間會產生水平方向的電磁力，為了不使電機的定轉子 之間被吸在一起，我們釆用雙初級和雙次級繞組來平衡電磁力。4) 分離式永磁構成的次級，在氣隙的兩邊產生各自獨立的磁路，磁場分布 如圖2所示。經過磁場軟件分析發(fā)現(xiàn)，如果要產生0. 7 1. OT的磁場，采用此永 磁結構要比圖1結構節(jié)省1/3 1/4永磁體的用料。此發(fā)明減少了很多永磁材料用 量，節(jié)省成本。直線電機發(fā)出的交流電頻率永磁體的運動頻率相同，是一個頻率變化的電源。需用交-交變頻裝置將直線發(fā)電機頻率轉化為工頻50Hz,輸送給用戶或者電 網。有益效果1) 分離式永磁體作為直線電機次級，提高效率，減少永磁體用量，大大節(jié) 省成本。2) 海浪發(fā)電以直線電機發(fā)電，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)省成本；3) 海浪發(fā)電，不會像火電那樣產生有毒氣體，污染環(huán)境。4) 這種設備的成本低，發(fā)出電的成本比太陽能、潮汐能低很多，幾乎可以與 常規(guī)的電能價格相比較，隨著海浪能源的開發(fā)，海浪發(fā)電成本會進一步降低，因 此海浪發(fā)電無論是從價格還是環(huán)保的角度來說都是具有巨大開發(fā)潛力的能源。


圖1是本發(fā)明分離式海浪直線發(fā)電機的結構示意圖。圖2分離式直線發(fā)電機磁場發(fā)布示意圖。其中有初級鐵心l ;初級三相繞組2 ;氣隙3 ;次級鐵心4 ;次級右上 永磁體5;次級左上永磁體6 ;次級非導磁材料7 ;次級右下永磁體8 ;次級 左下永磁體9 。
具體實施方式
圖l是改進后的永磁直線發(fā)電機的結構，該發(fā)電機包括初級鐵心l、次級動子和氣隙3，初級鐵心1位于發(fā)電機的兩側，次級動子位于初級鐵心1的中間，初級鐵心1與次級動子之間設有氣隙3;在初級鐵心1內側設有初級三相繞組2;次級動子包括次級鐵心4、次級右上永磁體5、次級左上永磁體6、次級非導磁 材料7、次級右下永磁體8、次級左下永磁體9;次級右上永磁體5與次級右下 永磁體8、次級左上永磁體6與次級左下永磁體9分別組成一對極，并分別位于 次級鐵心4外側，兩邊的磁路由次級非導磁材料7隔開。次級右上永磁體5、次級左上永磁體6具有相同的極性，次級右下永磁體8、 次級左下永磁體9具有相同的極性，并且次級右上永磁體5與次級右下永磁體8 極性相反，這樣布局使兩邊初受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙相等。圖2是分離式永磁海浪直線發(fā)電機的磁場分布，從圖上可以看出兩邊磁體相 對獨立。在忽略初級齒槽的影響下，次級永磁體提供的勵磁磁場分別在兩邊氣隙中產 生正弦波氣隙磁場。當海浪帶動次級動子運動時，動子磁場切割在定子繞組，產 生感生電動勢。初級與次級間有0.5 - l厘米的氣隙。a. 直線電機的初級鐵心由硅剛片組成，制造工藝與普通直線電機的制造工藝 相同。b. 永磁體用稀土永磁釹鐵硼組成，同邊相鄰間的充磁方向相反，構成N、 S 結構。c. 直線電機次級磁極直接與海浪能量轉換器連接在一起，海浪幅度變化引起 轉換器內的壓力發(fā)生變化，這種壓力變化帶動直線電機上下運動。d. 當無海浪時次級磁極未運動，這時直線電機氣隙間存在一個靜止的磁場， 不會在定子繞組中感應電動勢。海浪來時，次級磁極未運動被海浪帶動，直線電 機定子繞組中會產生感生電壓，當外部電路閉合時，直線電機向外部電路輸送電 能。e. 此時由于海浪運動的幅度和波浪頻率不規(guī)則，發(fā)出的電能幅度和頻率也不 規(guī)則，因此需要應用變流技術改善海浪發(fā)電質量。
權利要求
1.一種分離式海浪直線發(fā)電機，其特征在于該發(fā)電機包括初級鐵心(1)、次級動子和氣隙(3)，初級鐵心(1)位于發(fā)電機的兩側，次級動子位于初級鐵心(1)的中間，初級鐵心(1)與次級動子之間設有氣隙(3)；在初級鐵心(1)內側設有初級三相繞組(2)；次級動子包括次級鐵心(4)、次級右上永磁體(5)、次級左上永磁體(6)、次級非導磁材料(7)、次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)；次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8)、次級左上永磁體(6)與次級左下永磁體(9)分別組成一對極，并分別位于次級鐵心(4)外側，兩邊的磁路由次級非導磁材料(7)隔開。
2. 如權利要求1所述的分離式海浪直線發(fā)電機，其特征在于次級右上永磁體 (5)、次級左上永磁體(6)具有相同的極性，次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)具有相同的極性，并且次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8) 極性相反，這樣布局使電機動子兩邊受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙 相等。
3. 如權利要求1所述的分離式海浪直線發(fā)電機，其特征在于初級與次級間有 0.5 - l厘米的氣隙(3)。
全文摘要
分離式海浪直線發(fā)電機是用于海浪發(fā)電的新型永磁直線同步電機。利用海浪運動經能量轉換器帶動直線發(fā)電機動子運動，動子切割直線發(fā)電機定子繞組，產生感生交流電。因此此設備是一種利用直線運動將海浪運動能轉化為電能的設備該發(fā)電機在初級鐵心(1)內側設有初級三相繞組(2)；次級動子包括次級鐵心(4)、次級右上永磁體(5)、次級左上永磁體(6)、次級非導磁材料(7)、次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)；次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8)、次級左上永磁體(6)與次級左下永磁體(9)分別組成一對極，并分別位于次級鐵心(4)外側，兩邊的磁路由次級非導磁材料(7)隔開。
文檔編號H02K35/02GK101237177SQ200810020658
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權日2008年2月19日
發(fā)明者余海濤, 胡敏強, 顧玉田 申請人:東南大學