專(zhuān)利名稱(chēng)：一種岸基海浪發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于海浪發(fā)電的岸基海浪發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
海浪具有十分巨大的能量，從海嘯能把輪船沖上陸地，甚至能推翻岸邊的建筑物就不難看出其中能量的巨大，海浪能是以動(dòng)能形式表現(xiàn)的水能資源。有科學(xué)家曾經(jīng)估測(cè)， 在ι平方千米的海面上，海浪能的功率高達(dá)2. 0 X 100000千瓦，如果我們能將海浪能合理利用，將海浪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這能源不僅儲(chǔ)量大、無(wú)污染，而且是可再生能源，取之不盡， 用之不竭，加之我國(guó)是海洋大國(guó)，可利用的海洋資源極為豐富。海浪發(fā)電機(jī)是利用海浪的上下垂直位移作為動(dòng)力，推動(dòng)發(fā)電機(jī)動(dòng)子使水能轉(zhuǎn)化為電能，其所產(chǎn)生的電能先被送到岸邊的變電站，升壓后送入電網(wǎng)。在傳統(tǒng)直線電機(jī)里，永磁體的磁化方向垂直氣隙并且相鄰磁體間磁化方向旋轉(zhuǎn)， 因?qū)ΨQ(chēng)性，磁場(chǎng)在永磁陣列兩側(cè)是對(duì)稱(chēng)的。用Halbach型永磁體陣列，可以很容易得到在空間按較理想的正弦分布的磁場(chǎng)，可大大減弱電機(jī)的齒槽效應(yīng)力矩。即使采用每極較少的永磁體段數(shù)(例如3段，甚至2段)，也可以很容易得到和理想Halbach型永磁體陣列類(lèi)似的磁場(chǎng)分布。上述特點(diǎn)使得采用Halbach型永磁體陣列的電機(jī)的齒槽效應(yīng)力矩幾乎可以忽略不計(jì)，有利于提高電機(jī)的性能。該特點(diǎn)也說(shuō)明要制造此種高性能電機(jī)的成本不高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)采用較少段數(shù)的Halbach型陣列，以及采用簡(jiǎn)單繞組和定、轉(zhuǎn)子非斜槽結(jié)構(gòu)，就可以得到理想的正弦分布的磁場(chǎng)。圓筒型永磁直線發(fā)電機(jī)按動(dòng)子永磁體排列不同可分為徑向充磁結(jié)構(gòu)，軸向充磁結(jié)構(gòu)和海爾貝克陣列(Halbach)充磁結(jié)構(gòu)；
徑向充磁結(jié)構(gòu)永磁陣列需要?jiǎng)幼佣蟛繉?dǎo)磁，并且效率較低，而且其磁密主要集中在永磁體處所示。很難得到正弦磁場(chǎng)。軸向充磁結(jié)構(gòu)永磁陣列的磁場(chǎng)是在徑向的上下兩個(gè)方向是均勻分布的，軸向充磁結(jié)構(gòu)對(duì)氣隙的要求較高，當(dāng)氣隙較小時(shí)永磁體有較高的利用率，當(dāng)氣隙加大時(shí)漏磁會(huì)顯著增大，功率密度、效率等性能指標(biāo)明顯減小，因此，軸向充磁結(jié)構(gòu)不適合應(yīng)用到大氣隙直線電機(jī)中，同時(shí)其氣隙磁密也很難達(dá)到正弦。在實(shí)際應(yīng)用中很難做到理想Halbach充磁陣列，所以實(shí)際應(yīng)用中用分段磁體構(gòu)成，每極下永磁體每塊按一定的方向排列近似等效理想Halbach陣列。專(zhuān)利號(hào)201020163714的專(zhuān)利“一種永磁直線發(fā)電機(jī)”的動(dòng)子由動(dòng)子鐵心和置于動(dòng)子鐵心槽內(nèi)的非導(dǎo)磁材料組成，但其磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與正弦性存在不足。電勵(lì)磁直線電機(jī)有勵(lì)磁損耗產(chǎn)生，降低了綜合效率；無(wú)鐵永磁直線電機(jī)具有磁阻力小、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，并可同時(shí)提供水平和垂直驅(qū)動(dòng)力，但因沒(méi)有鐵磁物質(zhì)構(gòu)成磁路， 存在氣隙磁通密度低、脈動(dòng)力不足的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種使磁場(chǎng)具有更好的正弦性以及更強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的岸基海浪發(fā)電機(jī)。技術(shù)方案一種岸基海浪發(fā)電機(jī)，包括豎向設(shè)置的環(huán)形的定子和設(shè)置在所述定子軸線上的動(dòng)子，定子的外表面上設(shè)置有定子線圈槽，定子線圈槽內(nèi)嵌有初極三相繞組，動(dòng)子包括動(dòng)子軸、環(huán)繞動(dòng)子軸的基板和環(huán)繞基板的海爾貝克陣列永磁體；海爾貝克陣列永磁體包括至少一組永磁體陣列，每組永磁體陣列包括四個(gè)沿動(dòng)子軸向依次排列的環(huán)形永磁體， 各組永磁體陣列的充磁方向排列順序相同，每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為徑向向內(nèi)、軸向向上、徑向向外、軸向向下，或軸向向上、徑向向外、軸向向下、徑向向內(nèi)，或徑向向外、軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上，或軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上、徑向向外；定子的內(nèi)表面與海爾貝克陣列永磁體之間設(shè)有氣隙。本發(fā)明中，氣隙是定子的內(nèi)表面與海爾貝克陣列永磁體之間0. 5至1厘米的間隙。本發(fā)明的用于海浪發(fā)電的永磁直線同步電機(jī)以岸基海浪發(fā)電站為基礎(chǔ)，利用海浪沖擊發(fā)電機(jī)永磁體動(dòng)子作上下運(yùn)動(dòng)，切割直線電機(jī)定子繞組產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，再用變頻裝置將直線發(fā)電機(jī)頻率轉(zhuǎn)化為工頻，就可以將電輸送給用戶(hù)或者電網(wǎng)；
本發(fā)明在次極繞組未運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線電機(jī)氣隙間存在一個(gè)由永磁體產(chǎn)生的靜止磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)按直線方向呈正弦分布，定子繞組沒(méi)有電流通過(guò)，當(dāng)海浪來(lái)時(shí)，推動(dòng)永磁體作上下運(yùn)動(dòng)，原理上與旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本相似，不同之處在于直線電機(jī)的磁場(chǎng)沿直線方向平移，定子繞組切割磁感線就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)外電路閉合時(shí)，直線電機(jī)就向外部電路輸送電能。有益效果本發(fā)明的磁場(chǎng)由永磁體提供，因此沒(méi)有勵(lì)磁電流通過(guò)，降低了銅耗；因?yàn)闊o(wú)勵(lì)磁繞組、滑環(huán)和電刷，因而提高了可靠性，使得發(fā)生短路或開(kāi)路的概率減??；因?yàn)橛来烹姍C(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)無(wú)需繞組和絕緣工作，因而磁極占據(jù)的空間大幅度地減小，在較小的空間區(qū)域內(nèi)可以獲得更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度；因?yàn)榇穗姍C(jī)工作在海浪中，因而電機(jī)的散熱和冷卻非常高效。由于此永磁直線同步電機(jī)使用了永磁體取代電勵(lì)磁，且無(wú)勵(lì)磁損耗。因此，永磁直線同步電機(jī)的效率要比電勵(lì)磁直線同步電機(jī)高，而且無(wú)需從電網(wǎng)中吸取滯后的勵(lì)磁電流， 從而極大地提高了電動(dòng)機(jī)的綜合效率；
本發(fā)明的次極永磁體是由海爾貝克陣列永磁體組成，海爾貝克陣列永磁體的永磁體陣列按圖2所示方向充磁，使磁場(chǎng)正弦性更好、磁感應(yīng)強(qiáng)度更強(qiáng)，可提高氣隙磁通密度；因強(qiáng)側(cè)磁場(chǎng)不存在3次諧波，可大幅降低電磁力的脈動(dòng)。本發(fā)明以直線電機(jī)取代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，無(wú)需接觸式驅(qū)動(dòng)，減少介質(zhì)損耗，提高發(fā)電效率；并且以Halbach永磁體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的永磁體，不但減少了永磁體材料的成本，同時(shí)也使產(chǎn)生的磁場(chǎng)正弦性更好、磁感應(yīng)強(qiáng)度更強(qiáng)。本發(fā)明動(dòng)子采用基板外套永磁體結(jié)構(gòu)，沒(méi)有采用鐵心材料。由于Halbach磁鐵自屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生的單邊磁場(chǎng)分布不再需要?jiǎng)幼硬捎么判圆牧蠟槠涮峁┩?，使系統(tǒng)有較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較好的快速響應(yīng)性能；
相對(duì)于傳統(tǒng)永磁電機(jī)架構(gòu)，由于Halbach磁環(huán)分解后的平行磁場(chǎng)與徑向磁場(chǎng)的相互迭加使得另一側(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大幅度提升，這樣可有效地減小電機(jī)的體積，提升電機(jī)的功率密度；
在傳統(tǒng)永磁電機(jī)中，由于氣隙磁場(chǎng)不可避免的存在諧波，一般在定動(dòng)子架構(gòu)上采取斜槽削弱其影響。在Halbach電機(jī)中，由于氣隙磁場(chǎng)正弦分布程度較高，諧波含量小，故定動(dòng)
4子無(wú)需斜槽；
由于Halbach永磁體的永磁工作點(diǎn)較高，一般均超過(guò)0. 9，提升永磁的利用率； 傳統(tǒng)永磁電機(jī)中往往采用分布式繞組來(lái)削弱諧波磁動(dòng)勢(shì)的影響，在Halbach電機(jī)中由于其磁場(chǎng)正弦分布程度較高，諧波磁場(chǎng)影響較小，故本發(fā)明的海浪發(fā)電機(jī)可采用集中式繞組；
本發(fā)明采用Halbach電機(jī)磁鐵排列，對(duì)電機(jī)的軸承要求大大的減??；能承受海浪的沖擊，不易損壞；不產(chǎn)生有毒氣體，無(wú)附加噪聲，環(huán)保健康。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明永磁直線電機(jī)軸向剖面示意圖。圖2為本發(fā)明永磁直線電機(jī)立體剖面圖，圖中箭頭所示為永磁體充磁方向。圖3為Halbach永磁體徑向充磁結(jié)構(gòu)。圖4為Halbach永磁體軸向充磁結(jié)構(gòu)。圖5為Halbach永磁體理想充磁結(jié)構(gòu)。圖6為本發(fā)明所采用的Halbach永磁體充磁結(jié)構(gòu)。圖中有定子1，定子線圈槽2，海爾貝克陣列永磁體3，動(dòng)子軸4，基板5，氣隙6， 初極三相繞組7。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該岸基海浪發(fā)電機(jī)主要包括以下幾部分定子1，定子線圈槽2，海爾貝克陣列永磁體3，動(dòng)子軸4，基板5，氣隙6，初極三相繞組7。實(shí)施例1 本發(fā)明的岸基海浪發(fā)電機(jī)，包括豎向設(shè)置的環(huán)形的定子1和設(shè)置在定子 1軸線上的動(dòng)子，定子1采用導(dǎo)磁鋼片疊壓形成，以增強(qiáng)氣隙中磁場(chǎng)密度，定子1的外表面上設(shè)置有定子線圈槽2，定子線圈槽2內(nèi)嵌有平行放置的初極三相繞組7，初級(jí)三相繞組7采用漆包線繞制成集中繞組；動(dòng)子包括動(dòng)子軸4、環(huán)繞動(dòng)子軸4的基板5和環(huán)繞基板5的海爾貝克陣列永磁體3，海爾貝克陣列永磁體3用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼在基板5上，基板采用非導(dǎo)磁不銹鋼沖壓形成，以增強(qiáng)動(dòng)子工作時(shí)的堅(jiān)固性和可靠性；海爾貝克陣列永磁體3包括至少一組永磁體陣列，每組永磁體陣列包括四個(gè)沿動(dòng)子軸向依次排列的環(huán)形永磁體，各組永磁體陣列的充磁方向排列順序都是相同的，每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為徑向向內(nèi)、軸向向上、徑向向外、軸向向下，海爾貝克陣列永磁體3與定子1的內(nèi)表面之間有0.5厘米的間隙。實(shí)施例2 每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為軸向向上、徑向向夕卜、軸向向下、徑向向內(nèi)，海爾貝克陣列永磁體3與定子1的內(nèi)表面之間有0. 8厘米的間隙，其他同實(shí)施例1。實(shí)施例3 每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為徑向向外、軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上，海爾貝克陣列永磁體3與定子1的內(nèi)表面之間有0. 6厘米的間隙，其他同實(shí)施例1。實(shí)施例4 每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上、徑向向外，海爾貝克陣列永磁體3與定子1的內(nèi)表面之間有1厘米的間隙，另外在發(fā)電機(jī)底部?jī)蓚?cè)設(shè)置兩個(gè)排水槽，通過(guò)氣隙等漏到動(dòng)子上方的海水便通過(guò)此排水槽漏出，不影響設(shè)備的使用，其他同實(shí)施例1。 本發(fā)明安裝就位后，發(fā)電機(jī)底部固定在相應(yīng)管道內(nèi)，海水上漲時(shí)，海水通過(guò)管道上漲到一定位置繼而推動(dòng)動(dòng)子向上運(yùn)動(dòng)；海水下落時(shí)，動(dòng)子通過(guò)自身重力下落，從而動(dòng)子隨著海水的上漲和下落作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在作上下運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于定子線圈在切割磁感線。定子線圈中產(chǎn)生電流，此電流因?yàn)楹Ｋ蠞q和下落的頻率不穩(wěn)定等因素影響，所以并不是一定頻率的電流，需通過(guò)變頻裝置將其頻率轉(zhuǎn)換為工頻，轉(zhuǎn)換后的電流就可以輸送給用戶(hù)使用或者送入電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種岸基海浪發(fā)電機(jī)，其特征在于，該海浪發(fā)電機(jī)包括豎向設(shè)置的環(huán)形的定子(1) 和設(shè)置在所述定子(1)軸線上的動(dòng)子，定子(1)的外表面上設(shè)置有定子線圈槽(2)，定子線圈槽(2)內(nèi)嵌有初極三相繞組(7)，所述動(dòng)子包括動(dòng)子軸(4)、環(huán)繞所述動(dòng)子軸(4)的基板 (5)和環(huán)繞所述基板(5)的海爾貝克陣列永磁體(3)；所述海爾貝克陣列永磁體(3)包括至少一組永磁體陣列，所述每組永磁體陣列包括四個(gè)沿動(dòng)子軸向依次排列的環(huán)形永磁體，各組永磁體陣列的充磁方向排列順序相同，每個(gè)永磁體陣列中四個(gè)環(huán)形永磁體的充磁方向從下向上依次為徑向向內(nèi)、軸向向上、徑向向外、軸向向下，或軸向向上、徑向向外、軸向向下、 徑向向內(nèi)，或徑向向外、軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上，或軸向向下、徑向向內(nèi)、軸向向上、 徑向向外；定子(1)的內(nèi)表面與海爾貝克陣列永磁體(3)之間設(shè)有氣隙(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的岸基海浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述的氣隙(6)是定子(1) 的內(nèi)表面與海爾貝克陣列永磁體(3)之間0. 5至1厘米的間隙。
全文摘要
一種岸基海浪發(fā)電機(jī)，包括豎向設(shè)置的環(huán)形的定子和設(shè)置在定子軸線上的動(dòng)子，定子的外表面上設(shè)置有定子線圈槽，定子線圈槽內(nèi)嵌有初極三相繞組，動(dòng)子包括動(dòng)子軸、環(huán)繞所述動(dòng)子軸的基板和環(huán)繞所述基板的海爾貝克陣列永磁體，海爾貝克陣列永磁體包括至少一組永磁體陣列，每組永磁體陣列包括四個(gè)軸向依次排列的環(huán)形永磁體，定子的內(nèi)表面與海爾貝克陣列永磁體之間設(shè)有氣隙。本發(fā)明以海爾貝克陣列永磁體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的永磁體，不但減少了永磁體材料的成本，同時(shí)也使產(chǎn)生的磁場(chǎng)正弦性更好、磁感應(yīng)強(qiáng)度更強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02K35/02GK102437701SQ20111044395
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者余海濤, 周贛, 洪麗, 蔣浩 申請(qǐng)人:東南大學(xué)