專利名稱：直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)低速直驅(qū)發(fā)電的裝置，屬于海浪發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海浪能源是一種無污染的可再生潔凈能源。傳統(tǒng)的海浪發(fā)電系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)與機(jī)械齒輪傳動機(jī)構(gòu)組成，將海浪的低速直線運(yùn)動通過齒輪傳動轉(zhuǎn)換成高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。然而，采用齒輪箱作為中間環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)速，會使整個傳動系統(tǒng)體積和重量增加，同時還有噪 聲、磨損、響應(yīng)慢、效率低等問題。磁場調(diào)制式永磁電機(jī)是一種最近提出的直驅(qū)式電機(jī)，它的核心思想是磁齒輪實(shí)現(xiàn)無接觸傳動的應(yīng)用，磁齒輪作為一種新型齒輪結(jié)構(gòu)，具有無噪聲、低速大推力、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然而，其雙氣隙的結(jié)構(gòu)，存在氣隙磁阻較大，制造需較高工藝水平，將這種結(jié)構(gòu)直接用于海浪發(fā)電實(shí)現(xiàn)起來較困難。因此，有必要提出一種新型直驅(qū)海浪發(fā)電用直線電機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型針對傳統(tǒng)機(jī)械齒輪傳動運(yùn)行速度與海浪發(fā)電系統(tǒng)速度不匹配，提出了一種直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，解決了現(xiàn)有傳動裝置中的機(jī)械增速齒輪箱功率密度低、機(jī)械磨損和噪音等問題，同時解決了獨(dú)立調(diào)磁環(huán)的雙氣隙結(jié)構(gòu)，簡化了裝置制作工藝，減小了電機(jī)的體積、重量，降低了制造成本，提高了效率及電機(jī)的容量，改善裝置的發(fā)電能力。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)長初級和電機(jī)短次級；電機(jī)長初級包括定子的定子鐵芯、三相繞組、定子永磁體和設(shè)置在定子外周的定子齒；定子鐵芯采用開口槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯上開設(shè)有定子槽；定子永磁體分布在相鄰的兩個定子齒之間，三相繞組嵌入定子鐵芯的定子槽之內(nèi)；電機(jī)短次級包括動子的動子鐵芯，動子永磁體；動子永磁體軸向間隔且等距離地嵌放在動子鐵芯上，動子鐵芯固定在浮筒內(nèi)，浮筒漂浮在海面上。優(yōu)選的，定子鐵芯與動子鐵芯之間有氣隙。優(yōu)選的，定子永磁體材料和動子永磁體材料均為永磁材料稀土釹鐵硼，定子永磁體和動子永磁體均米用徑向充磁，定子永磁體和動子永磁體在氣隙兩側(cè)的極性相反。優(yōu)選的，定子齒與定子槽組合用于進(jìn)行磁場調(diào)制，滿足相同長度為L的定子齒個數(shù)ns為動子永磁體極對數(shù)與三相繞組極對數(shù)np之和。優(yōu)選的,動子永磁體極對數(shù)= 27,三相繞組極對數(shù)np=4。優(yōu)選的，定子鐵芯和動子鐵芯的材料均為硅鋼片。有益效果(I)直接驅(qū)動，無中間機(jī)械齒輪傳動結(jié)構(gòu)，簡化了發(fā)電系統(tǒng)，特別適用于海浪低速時的工況，可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于電機(jī)增速的效果，減小了電機(jī)的體積，提高了發(fā)電效率。(2)定子和動子都有永磁體且在氣隙兩側(cè)的極性相反，提高了氣隙磁密，減小了漏磁，經(jīng)定子調(diào)制后行波切割磁場的有效諧波成份值比普通磁場調(diào)制式永磁直線電機(jī)高，可抑制行波切割磁場的波動，同時圓筒形裝置的設(shè)計(jì)，消除了邊端效應(yīng)，從而提高了發(fā)電機(jī)的控制精度，改善了電能質(zhì)量。(3)動子永磁體之間通過鐵芯隔離，阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動，降低了轉(zhuǎn)子永磁體中的渦流損耗。(4)電機(jī)為緊湊型單氣隙結(jié)構(gòu)，有效減小磁阻阻抗，加工工藝簡單，穩(wěn)定性及可靠性得到提聞。 (5)動子和定子上永磁體的設(shè)計(jì)，使電機(jī)漏磁減少，從而減少了損耗。(6)動子永磁體采用高磁能積釹鐵硼勵磁，替代電勵磁，不存在滑環(huán)和電刷裝置，具有損耗小以及電氣控制更為簡單等優(yōu)點(diǎn)。(7)動子永磁體采用表面插入式結(jié)構(gòu)，能使直線電機(jī)運(yùn)行速度范圍廣，實(shí)行弱磁控制，獲得良好的運(yùn)行性能。(8)無接觸的變速傳動機(jī)構(gòu)，可有效抑制行波磁場畸變，保證較高的發(fā)電效率。

圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。其中有動子鐵芯I、動子永磁體2、氣隙3、定子永磁體4、定子齒5、三相繞組6、定子槽7、定子鐵芯8、浮筒9、海面10。圖2為圖I的A-A剖視圖。其中有動子鐵芯I、動子永磁體2、氣隙3、定子永磁體4、定子槽7、定子鐵芯8、浮筒9、固定軸11。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。本實(shí)用新型公開一種磁場調(diào)制式的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，利用海浪起伏推動浮筒做上下直線運(yùn)動，使固定在浮筒內(nèi)的次級永磁體產(chǎn)生低速行波磁場，再經(jīng)過長初級定子齒的磁場調(diào)制后形成高速行波磁場，切割相對靜止的初級三相電樞繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于初級定子齒具有磁場調(diào)制作用，可以實(shí)現(xiàn)行波磁場的增速，同時定子上嵌入的永磁體增大了氣隙磁密，減小了漏磁，達(dá)到動子低速時初級繞組內(nèi)感應(yīng)高電動勢的效果，再用逆變器裝置將游標(biāo)式直線電機(jī)發(fā)出的三相電轉(zhuǎn)化為工頻電，就可以將電能輸送給用戶或電網(wǎng)。本實(shí)用新型的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)包括圓柱狀定子鐵芯、電樞繞組、定子永磁體、圓筒狀動子鐵芯、動子永磁體。動子永磁體沿軸向間隔地、均勻地嵌放在動子鐵芯上，定子鐵芯采用開口槽結(jié)構(gòu)，三相繞組嵌入定子鐵芯的線槽內(nèi)，定子永磁體嵌放在兩個定子齒之間；長初級定子鐵芯通過錨固定在水底，短次級動子鐵芯固定在浮筒內(nèi)，漂浮在海面上。當(dāng)海浪推動浮筒以速度V1上下直線運(yùn)動時，產(chǎn)生速度V1的低速行波磁場，通過定子齒的調(diào)磁作用后，在定子齒槽內(nèi)形成速度為6. 75Vl的高速調(diào)制行波磁場，切割定子電樞繞組后發(fā)出電能。該裝置單氣隙兩側(cè)都有永磁體，利用有限元可以優(yōu)化調(diào)整永磁體寬度和厚度，與傳統(tǒng)的雙氣隙磁齒輪復(fù)合發(fā)電機(jī)相比，它能提供更大的有效磁場諧波成份，適合直驅(qū)發(fā)電場合。參見圖1，圖2，本實(shí)用新型提供的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)長初級和電機(jī)短次級；電機(jī)長初級包括定子的定子鐵芯8、三相繞組6、定子永磁體4和設(shè)置在定子外周的定子齒5 ;定子鐵芯8采用開口槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯8上開設(shè)有定子槽7 ;定子永磁體4分布在相鄰的兩個定子齒5之間，三相繞組6嵌入定子鐵芯8的定子槽7之內(nèi)；電機(jī)短次級包括動子的動子鐵芯1，動子永磁體2 ;動子永磁體2軸向間隔且等距離地嵌放在動子鐵芯I上，動子鐵芯I固定在浮筒9內(nèi)，浮筒9漂浮在海面10上。定子鐵芯8與動子鐵芯I之間有氣隙3。定子永磁體4材料和動子永磁體2材料均為永磁材料稀土釹鐵硼，定子永磁體4和動子永磁體2均米用徑向充磁,定子永磁體4和動子永磁體2在氣隙兩側(cè)的極性相反。定子齒5與定子槽7組合用于進(jìn)行磁場調(diào)制，滿足相同長度為L的定子齒5個數(shù)ns為動子永磁體2極對數(shù)與三相繞組6極對數(shù)np之和。動子永磁體2極對數(shù)1=27,三相繞組6極對數(shù)np=4。定子鐵芯8和動子鐵芯I的材料均為娃鋼片。本實(shí)用新型是一種基于磁場調(diào)制的新型直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，它包括電機(jī)長初級和電機(jī)短次級。電機(jī)長初級包括圓柱狀的定子鐵芯8、三相繞組6、定子永磁體
4;電機(jī)短次級包括圓筒狀的動子鐵芯1，動子永磁體2。定子鐵芯8采用開口槽結(jié)構(gòu)，定子永磁體4均勻分布在兩個定子齒5之間，三相繞組6嵌入定子鐵芯8的定子槽7之內(nèi)，動子永磁體2沿軸向均勻、間隔地嵌放在動子鐵芯I上，動子鐵芯固定在浮筒9內(nèi)，浮筒漂浮在海面10上。所述的初級定子三相繞組6采用分布式繞組，減小感應(yīng)電動勢諧波含量。所述的單氣隙兩側(cè)永磁體材料均為稀土釹鐵硼，每塊永磁體均采用徑向充磁，動子永磁體2和定子永磁體4在氣隙兩側(cè)的極性相反。定子鐵芯齒5與定子鐵芯槽7組合替代磁齒輪中的調(diào)磁環(huán)進(jìn)行磁場調(diào)制，且要滿足相同長度為L的短初級定子齒個數(shù)ns為長次級動子永磁體極對數(shù)K與短初級電樞繞組極對數(shù)np之和，本實(shí)用新型按nr=27，np=4的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)海浪推動浮筒以速度V1上下直線運(yùn)動時，產(chǎn)生速度V1的低速行波磁場，通過定子齒的調(diào)磁作用后，在定子齒槽內(nèi)形成速度為6. 75Vl的高速調(diào)制行波磁場，切割定子電樞繞組后發(fā)出電能。上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型所揭示內(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(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括電機(jī)長初級和電機(jī)短次級； 電機(jī)長初級包括定子的定子鐵芯(8)、三相繞組￠)、定子永磁體(4)和設(shè)置在定子外周的定子齒(5);定子鐵芯(8)采用開口槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯(8)上開設(shè)有定子槽(7);定子永磁體(4)分布在相鄰的兩個定子齒(5)之間，三相繞組(6)嵌入定子鐵芯(8)的定子槽(7)之內(nèi)； 電機(jī)短次級包括動子的動子鐵芯(I)，動子永磁體(2);動子永磁體(2)軸向間隔且等距離地嵌放在動子鐵芯(I)上，動子鐵芯(I)固定在浮筒(9)內(nèi)，浮筒(9)漂浮在海面(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于定子鐵芯(8)與動子鐵芯⑴之間有氣隙⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于定子永磁體(4)材料和動子永磁體(2)材料均為永磁材料稀土釹鐵硼，定子永磁體(4)和動子永磁體(2)均采用徑向充磁，定子永磁體(4)和動子永磁體(2)在氣隙兩側(cè)的極性相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于定子齒(5)與定子槽(7)組合用于進(jìn)行磁場調(diào)制，滿足相同長度為L的定子齒(5)個數(shù)ns為動子永磁體(2 )極對數(shù)與三相繞組(6 )極對數(shù)np之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于動子永磁體(2 )極對數(shù)\ = 27,三相繞組(6 )極對數(shù)np=4。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，其特征在于定子鐵芯(8)和動子鐵芯(I)的材料均為硅鋼片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直驅(qū)海浪發(fā)電用游標(biāo)式直線電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)長初級和電機(jī)短次級；電機(jī)長初級包括定子的定子鐵芯(8)、三相繞組(6)、定子永磁體(4)和設(shè)置在定子外周的定子齒(5)；定子鐵芯(8)采用開口槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵心(8)上開設(shè)有定子槽(7)；定子永磁體(4)分布在相鄰的兩個定子齒(5)之間，三相繞組(6)嵌入定子鐵芯(8)的定子槽(7)之內(nèi)；電機(jī)短次級包括動子的動子鐵芯(1)，動子永磁體(2)。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)1:6.75的無接觸傳動速比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的傳遞推力和功率，可應(yīng)用于海浪發(fā)電的低速直驅(qū)場合，簡化了發(fā)電系統(tǒng)，提高了裝置的可靠性。
文檔編號H02K35/02GK202503419SQ201120553850
公開日2012年10月24日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者於鋒, 樊英, 程明, 鄒國棠 申請人:東南大學(xué)