專利名稱：用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種使用磁齒輪傳動的海浪直線發(fā)電機，具體是一種應(yīng)用于海浪
發(fā)電的圓筒型永磁直線同步發(fā)電機，本發(fā)明涉及電工、電機領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球人口不斷膨脹，能源問題和環(huán)境問題日益嚴峻，人們不得不尋找新能源解決 目前的危機。海洋面積約占全球地表面積的70%，海洋能源是地球上儲量最豐富的能源之 一。海洋能是指依附在海水中的可再生能源，通過潮汐、海浪等各種形式儲存、交換能量。 經(jīng)過將近40年的研究，國內(nèi)外學者提出了多種海浪發(fā)電的方式，但多為利用各類機械裝置 將海浪的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，進而由旋轉(zhuǎn)電機進行能量轉(zhuǎn)換，近年來有學者提 出采用直線電機直接將海浪的直線運動轉(zhuǎn)換成電能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，效率得 以提高。但不管是采用旋轉(zhuǎn)電機還是直線電機，由于海浪運動速度較慢，發(fā)電機體積和質(zhì)量 一般較大，制造成本較高，若使用傳統(tǒng)齒輪箱進行增速，增加發(fā)電機動子速度，必然會帶來 系統(tǒng)效率降低，需要定期維護等問題。采用磁齒輪傳動，既可以解決海浪起伏運動速度與 發(fā)電機體積之間的矛盾，又可以避免傳統(tǒng)齒輪箱直接接觸引起的損耗、發(fā)熱等問題，無需潤 滑，無機械磨損，無噪音，并且具有很好的抗過載能力，可以有效降低大風浪對系統(tǒng)造成的 破壞。

發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足進行設(shè)計，目的在于降低海浪發(fā)電系 統(tǒng)的運行損耗，提高系統(tǒng)效率，結(jié)合海浪往復(fù)直線運動并且運動速度慢的特點，提出了一種 用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，應(yīng)用于海浪發(fā)電。 技術(shù)方案本實用新型的用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機用于離海岸海浪發(fā) 電，利用海浪起伏運動由浮筒帶動磁齒輪低速側(cè)，并由磁齒輪帶動直線發(fā)電機的次級，提高 由海浪提供的低速直線往復(fù)運動速度。直線電機初級及繞組固定于海底，直線電機次級永 磁體進行往復(fù)運動時切割處于靜止狀態(tài)的初級繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于海浪起伏的頻 率、速度都不恒定，所以本發(fā)明通過變換器將產(chǎn)生的電動勢變換成工頻，即可將電能傳輸給 電網(wǎng)或直接給用電器使用。 該發(fā)電機包括一臺圓筒型永磁同步直線電機及一臺圓筒型直線磁齒輪，永磁同步 直線電機包括電機初級、電機次級，該電機初級包括初級鐵心、初級繞組，初級鐵心固定于 海底，初級繞組嵌入初級鐵心的線槽內(nèi)；電機次級包括高速側(cè)；直線磁齒輪包括高速側(cè)、中 間調(diào)磁環(huán)、低速側(cè)及鐵心，其中，高速側(cè)、低速側(cè)均為永磁體，在鐵心的外側(cè)設(shè)有低速側(cè)，在 低速側(cè)的外側(cè)設(shè)有中間調(diào)磁環(huán)，在中間調(diào)磁環(huán)的外側(cè)設(shè)有高速側(cè)，在高速側(cè)的外側(cè)為初級 鐵心，中間調(diào)磁環(huán)固定于海底；低速側(cè)與浮筒相連，浮筒漂浮在海面上；初級鐵心與高速側(cè) 之間設(shè)有第一氣隙；高速側(cè)與中間調(diào)磁環(huán)之間設(shè)有第二氣隙；中間調(diào)磁環(huán)與低速側(cè)設(shè)有第 三氣隙。[0006] 所述的高速側(cè)、低速側(cè)分別是由多個徑向充磁的永磁材料制成的環(huán)，沿軸向依次 排列構(gòu)成圓筒型，相鄰兩個徑向充磁的永磁材料制成的環(huán)其充磁方向相反，使磁場沿軸向 按正弦分布。 所述的中間調(diào)磁環(huán)由鐵磁材料和非導(dǎo)磁材料制成的環(huán)沿軸向依次間隔排列構(gòu)成 圓筒型。 有益效果用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機具有下列有益效果 1)海浪能為可循環(huán)清潔能源，本發(fā)明不產(chǎn)生污染，無噪聲； 2)以直線電機取代傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機，省去了將海浪的往復(fù)直線運動變換成旋轉(zhuǎn)運動 的部分，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，功率密度高； 3)磁齒輪低速側(cè)的運動速度由磁齒輪加速，以減小發(fā)電機體積，避免了傳統(tǒng)齒輪 箱傳動直接接觸引起的損耗、發(fā)熱等問題，無需潤滑，無機械磨損，無噪音，并且具有很好的 抗過載能力，有效降低大風浪對系統(tǒng)造成的破壞。 4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度大。 5)采用稀土永磁體釹鐵硼，并利用調(diào)磁環(huán)調(diào)制氣隙磁場，推力密度高。
圖1是用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機中的內(nèi)低速外高速結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)一 )， 圖2是用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機中的外低速內(nèi)高速結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)二 )， 圖中有初級鐵心1 ，初級繞組2，高速側(cè)3，中間調(diào)磁環(huán)4，低速側(cè)5，鐵心6，連軸7， 浮筒8，海面9，第一氣隙10、第二氣隙11、第三氣隙12。
具體實施方式第一種結(jié)構(gòu) 本實用新型的用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，該發(fā)電機包括一臺圓筒型永磁 同步直線電機及一臺圓筒型直線磁齒輪，永磁同步直線電機包括電機初級、電機次級，該電 機初級包括初級鐵心1、初級繞組2，初級繞組2嵌入初級鐵心1的線槽內(nèi)，初級鐵心1固定 于海底；電機次級包括高速側(cè)3 ;直線磁齒輪包括高速側(cè)3、中間調(diào)磁環(huán)4、低速側(cè)5及鐵心 6，其中，高速側(cè)3、低速側(cè)5均為永磁體，在鐵心6的外側(cè)設(shè)有低速側(cè)5，在低速側(cè)5的外側(cè) 設(shè)有中間調(diào)磁環(huán)4，在中間調(diào)磁環(huán)4的外側(cè)設(shè)有高速側(cè)3，在高速側(cè)3的外側(cè)為初級鐵心1， 中間調(diào)磁環(huán)4固定于海底；低速側(cè)5與浮筒8相連，浮筒8漂浮在海面9上；初級鐵心1與 高速側(cè)3之間設(shè)有第一氣隙10 ;高速側(cè)3與中間調(diào)磁環(huán)4之間設(shè)有第二氣隙11 ;中間調(diào)磁 環(huán)4與低速側(cè)5設(shè)有第三氣隙12。 第二種結(jié)構(gòu)無鐵心6和連軸7部分。 所述的初級鐵心1由普通硅鋼片材料構(gòu)成，與普通直線電機制造工藝相同。 所述初級繞組2采用分布式繞組，減少感生電動勢諧波分量。 所述的次級即磁齒輪的高速側(cè)3由徑向充磁的稀土永磁體釹鐵硼材料制成的環(huán)， 沿軸向依次排列構(gòu)成圓筒型，相鄰兩個永磁環(huán)的充磁方向相反，使磁場沿軸向按正弦分布。 所述的磁齒輪中間調(diào)磁環(huán)4，由鐵磁材料和非導(dǎo)磁材料制成的環(huán)沿軸向依次間隔 排列，構(gòu)成圓筒型。[0024] 所述的磁齒輪低速側(cè)5由徑向充磁的稀土永磁體釹鐵硼材料制成的環(huán)，沿軸向依
次排列構(gòu)成圓筒型，相鄰兩個永磁環(huán)的充磁方向相反，使磁場沿軸向按正弦分布。 所述的結(jié)構(gòu)一中，直線電機初級鐵心1、初級繞組2在發(fā)電機夕卜側(cè)，磁齒輪在內(nèi)側(cè)，
為內(nèi)低速外高速結(jié)構(gòu)。電機初級與磁齒輪調(diào)磁環(huán)固定于海底靜止不動，磁齒輪低速側(cè)中間
鐵心6為鐵磁材料，通過連桿7與浮筒8連接，輸入機械能。通過磁齒輪提速，直線電機次
級作直線往復(fù)運動，永磁體切割初級繞組2，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 所述的結(jié)構(gòu)二中，直線電機初級鐵心1、初級繞組2在發(fā)電機內(nèi)偵U，磁齒輪在外偵U， 為外低速內(nèi)高速結(jié)構(gòu)。電機初級與磁齒輪調(diào)磁環(huán)固定于海底靜止不動，磁齒輪低速側(cè)5直 接安裝于浮筒8內(nèi)，構(gòu)成一個整體，輸入機械能。通過磁齒輪提速，直線電機次級作直線往 復(fù)運動，永磁體切割初級繞組2，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
權(quán)利要求一種用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，其特征是該發(fā)電機包括一臺圓筒型永磁同步直線電機及一臺圓筒型直線磁齒輪，永磁同步直線電機包括電機初級、電機次級，該電機初級包括初級鐵心(1)、初級繞組(2)，初級繞組(2)嵌入初級鐵心(1)的線槽內(nèi)，初級鐵心(1)固定于海底；電機次級包括高速側(cè)(3)；直線磁齒輪包括高速側(cè)(3)、中間調(diào)磁環(huán)(4)、低速側(cè)(5)及鐵心(6)，其中，高速側(cè)(3)、低速側(cè)(5)均為永磁體，在鐵心(6)的外側(cè)設(shè)有低速側(cè)(5)，在低速側(cè)(5)的外側(cè)設(shè)有中間調(diào)磁環(huán)(4)，在中間調(diào)磁環(huán)(4)的外側(cè)設(shè)有高速側(cè)(3)，在高速側(cè)(3)的外側(cè)為初級鐵心(1)，中間調(diào)磁環(huán)(4)固定于海底；低速側(cè)(5)與浮筒(8)相連，浮筒(8)漂浮在海面(9)上；初級鐵心(1)與高速側(cè)(3)之間設(shè)有第一氣隙(10)；高速側(cè)(3)與中間調(diào)磁環(huán)(4)之間設(shè)有第二氣隙(11)；中間調(diào)磁環(huán)(4)與低速側(cè)(5)設(shè)有第三氣隙(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，其特征是磁齒輪低速側(cè) 與浮筒(8)相連，輸入海浪能，通過磁齒輪提高永磁同步直線電機次級運動速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，其特征是所述的高速 側(cè)(3)、低速側(cè)(5)分別是由多個徑向充磁的永磁材料制成的環(huán)，沿軸向依次排列構(gòu)成圓筒 型，相鄰兩個徑向充磁的永磁材料制成的環(huán)其充磁方向相反，使磁場沿軸向按正弦分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，其特征是所述的中間調(diào) 磁環(huán)(4)由鐵磁材料和非導(dǎo)磁材料制成的環(huán)間隔構(gòu)成圓筒型。
專利摘要本實用新型涉及一種用于海浪發(fā)電的磁齒輪直線發(fā)電機，該發(fā)電機包括一臺圓筒型永磁同步直線電機及一臺圓筒型直線磁齒輪，永磁同步直線電機包括電機初級、電機次級，該電機初級包括初級鐵心(1)、初級繞組(2)，初級繞組(2)嵌入初級鐵心(1)的線槽內(nèi)，初級鐵心(1)固定于海底；電機次級包括高速側(cè)(3)；直線磁齒輪包括高速側(cè)(3)、中間調(diào)磁環(huán)(4)、低速側(cè)(5)及鐵心(6)，其中，高速側(cè)(3)、低速側(cè)(5)均為永磁體，在鐵心(6)的外側(cè)設(shè)有低速側(cè)(5)，在低速側(cè)(5)的外側(cè)設(shè)有中間調(diào)磁環(huán)(4)，在中間調(diào)磁環(huán)(4)的外側(cè)設(shè)有高速側(cè)(3)，在高速側(cè)(3)的外側(cè)為初級鐵心(1)，中間調(diào)磁環(huán)(4)固定于海底；低速側(cè)(5)與浮筒(8)相連，浮筒(8)漂浮在海面(9)上。
文檔編號H02K7/18GK201549978SQ200920230679
公開日2010年8月11日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者杜懌, 樊英, 程明, 鄒國棠 申請人:東南大學