一种径向充磁的永磁海洋波动发电装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种径向充磁的永磁海洋波动发电装置，该发电装置的组成包括永磁定子、第一线圈、第二线圈、线圈骨架、保护外壳、浮标、导向筒、第一刚性连接杆、球头关节轴承、第二刚性连接杆、平衡配重箱和电能处理模块；所述的永磁定子的组成包括永磁体和磁材盒，所述的永磁体由10块相同大小的弧度为36°的径向充磁扇形磁瓦拼接组成，呈环形柱体结构，形成内外径辐射型永磁体，扇形磁瓦材质为钕铁硼（Nd2Fe14B）。本发明结构简单，便于维护，发电效率高，克服了太阳能与风能在海上应用受限的缺点。
【专利说明】一种径向充磁的永磁海洋波动发电装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源开发领域，特别涉及一种以钕铁硼N38永磁材料的径向充磁波动 发电装置，结构简单，效率高。
【背景技术】
[0002] 海洋波动发电需要将海水波动的能量转化为电能，根据能量转换的形式不同，目 前波动发电方案可以被归纳为四类：气压式、液压式、机械式和直驱式。这四类能量转换装 置（Wave Energy Converter, WEC)都需经过一个媒介跟海水接触和互相作用。
[0003] 气压式WEC利用空气作为转换的介质，在波浪的升沉作用下，将波浪能转换成空 气的压能和动能，利用气流驱动透平旋转并带动发电机发电，其缺点是：采用三级能量转 换，其能量转化效率较低；发电机噪声大，安装位置有限，对陆地影响较大；岸式和近岸式 的海洋波浪能密度比较低。
[0004] 液压式WEC利用波浪能驱动液压装置对液压涡轮机做功，继而带动传统电机发 电，根据捕获方式，典型的液压式波浪发电可分为：摆式和筏式。摆式WEC受安装位置的限 制，仅适用于岸边或浅海地区，适用性有限；筏式装置由铰接的筏体和液压系统组成，其缺 点是在同等发电量下筏式波能转换装置一般体积较大，建造成本较高而且铰链部位容易损 坏。
[0005] 机械式WEC主要由离合器齿轮箱等机械机构组成，采用密封的驱动轴通过齿轮箱 将波浪沉浮的能量转换为旋转电机的机械能，进而产生电能，缺点：齿轮箱等机械结构的使 用，增加了系统能量转换次数，降低了系统的能量转换效率和可靠性，维护成本高。
[0006] 直驱式WEC -般米用永磁发电装置直接将波浪的机械能转换为电能，相对于现时 的其他波浪能发电装置，直驱式WEC所需的离岸维护最少。
[0007] 现有的永磁海洋波动发电装置种类繁多，典型的永磁发电装置可分为以下两类： 轴向充磁永磁发电装置、径向充磁发电装置。轴向充磁结构发电装置的永磁体极化方向与 永磁体相对线圈的振动方向平行，而径向充磁结构发装置的永磁体极化方向与永磁体相对 线圈的振动方向相垂直。
[0008] 永磁直线发电机作为典型永磁发电装置多为圆筒形，即圆筒形永磁直线发电机 (TPMLM)。TPMLM中比较常见的动子结构主要有三种，即轴向充磁结构、径向充磁结构和 Halbach结构：（1)轴向充磁方式的TPMLM不仅气隙磁密大，且在开槽后的基波磁密也大，谐 波含量适中。从结构参数对该种充磁方式的影响来看，受结构参数的影响较大。（2)径向充 磁方式的TPMLM气隙磁密偏小，且开槽后对该种充磁方式影响较大，谐波含量高。但受结构 参数影响较小，在一些简单快速的场合比较适用。（3)Halbach动子电机不仅可以获得较大 的气隙磁场，还可以获得比较接近正弦形或矩形的气隙磁场波形，且在这种充磁方式下开 槽影响不大，谐波含量小。但是在设计时结构复杂，对参数的选取要合理准确。
[0009] 永磁体是海洋波动发电装置的核心部分，其材料和设计结构的好坏直接影响发电 装置的性能，永磁材料性能主要考察指标：剩磁与最大磁能积，在实际工程应用中则本着永 磁体在气隙中产生磁场强度越大越好的原则。材料的最大磁能积与剩磁决定着工作气隙最 大的磁场强度。永磁材料有铁氧体、稀土钐钴、铝镍钴、钕铁硼等众多种类，其中铁氧体矫 顽力高，剩磁较低，温度系数大，温差大的环境中不宜使用。铝镍钴剩磁较大矫顽力小，铸 造加工非常复杂。稀土钐钴性能优异而成本过高。目前钕铁硼是磁性能最佳的永磁材料， 其机械强度大。钕铁硼永磁材料，是1983年问世的第三代高性能永磁材料，其主要成分是 Nd2Fel4B，是目前磁性能最强的永磁材料，它的最大磁能积可达398kJ/m3,剩磁最高可达 1. 47T，矫顽力最高可超过1000kA/m，由于其组成元素资源丰富，价格低廉，可参见公知材料 (刘亚丕，何时金，包大新，任旭余.永磁材料的发展趋势.磁性材料及器件.2003, 34 (2): 33-36.)
[0010] 表1钕铁硼N38的磁性参数
[0011]
【权利要求】
1. 一种径向充磁的永磁海洋波动发电装置，其特征为该发电装置的组成包括永磁定 子、第一线圈、第二线圈、线圈骨架、保护外壳、浮标、导向筒、第一刚性连接杆、球头关节轴 承、第二刚性连接杆、平衡配重箱和电能处理模块； 其连接关系为： 永磁定子下端面固定于第一刚性连接杆的上端，第一刚性连接杆穿过导向筒，下端与 球头关节轴承连接，第二刚性连接杆上端通过球头关节轴承与第一刚性连接杆下端连接， 第二刚性连接杆下端固定有平衡配重箱；导向筒固定于浮标中心处，永磁定子的外侧设置 有线圈骨架，第一线圈和第二线圈固定于线圈骨架上；线圈骨架外侧设置有密闭的保护外 壳，线圈骨架和保护外壳固定浮标上表面；电能处理模块固定于保护外壳的内壁；第一线 圈和第二线圈串联后，与电能处理模块连接； 所述的永磁定子的组成包括永磁体和磁材盒，其中，永磁体放入磁材盒中密封； 所述的永磁体由8-12块相同大小和弧度相同的径向充磁扇形磁瓦拼接组成，呈环形 柱体结构，形成内外径辐射型永磁体，扇形磁瓦材质为钕铁硼（Nd2Fe 14B )。
2. 如权利要求1所述的径向充磁的永磁海洋波动发电装置，其特征为第一线圈和第二 线圈的中心间距与永磁定子的厚度相同，装置静态时第一线圈和第二线圈中心分别位于永 磁定子上端面与下端面处。
3. 如权利要求1所述的径向充磁的永磁海洋波动发电装置，其特征为所述的第一线圈 和第二线圈相同，匝数为300-500匝。
4. 如权利要求1所述的径向充磁的永磁海洋波动发电装置，其特征为所述的永磁体由 10块相同大小的弧度为36°的径向充磁扇形磁瓦拼接组成。
【文档编号】H02K35/04GK104410244SQ201410833567
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】赵智忠, 张鹏亮, 王博文 申请人:河北工业大学