专利名称：直驱海浪发电用游标式直线电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直驱海浪发电用游标式直线电机，可实现低速直驱发电的装置，属于海浪发电领域。
背景技术：
海浪能源是一种无污染的可再生洁净能源。传统的海浪发电系统主要由旋转发电机与机械齿轮传动机构组成，将海浪的低速直线运动通过齿轮传动转换成高速旋转运动。然而，采用齿轮箱作为中间环节进行调速，会使整个传动系统体积和重量增加，同时还有噪 声、磨损、响应慢、效率低等问题。磁场调制式永磁电机是一种最近提出的直驱式电机，它的核心思想是磁齿轮实现无接触传动的应用，磁齿轮作为一种新型齿轮结构，具有无噪声、低速大推力、过载保护等优点。然而，其双气隙的结构，存在气隙磁阻较大，制造需较高工艺水平，将这种结构直接用于海浪发电实现起来较困难。因此，有必要提出一种新型直驱海浪发电用直线电机。
发明内容技术问题本实用新型针对传统机械齿轮传动运行速度与海浪发电系统速度不匹配，提出了一种直驱海浪发电用游标式直线电机，解决了现有传动装置中的机械增速齿轮箱功率密度低、机械磨损和噪音等问题，同时解决了独立调磁环的双气隙结构，简化了装置制作工艺，减小了电机的体积、重量，降低了制造成本，提高了效率及电机的容量，改善装置的发电能力。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直驱海浪发电用游标式直线电机，该电机包括电机长初级和电机短次级；电机长初级包括定子的定子铁芯、三相绕组、定子永磁体和设置在定子外周的定子齿；定子铁芯采用开口槽结构，即定子铁芯上开设有定子槽；定子永磁体分布在相邻的两个定子齿之间，三相绕组嵌入定子铁芯的定子槽之内；电机短次级包括动子的动子铁芯，动子永磁体；动子永磁体轴向间隔且等距离地嵌放在动子铁芯上，动子铁芯固定在浮筒内，浮筒漂浮在海面上。优选的，定子铁芯与动子铁芯之间有气隙。优选的，定子永磁体材料和动子永磁体材料均为永磁材料稀土钕铁硼，定子永磁体和动子永磁体均米用径向充磁，定子永磁体和动子永磁体在气隙两侧的极性相反。优选的，定子齿与定子槽组合用于进行磁场调制，满足相同长度为L的定子齿个数ns为动子永磁体极对数与三相绕组极对数np之和。优选的,动子永磁体极对数= 27,三相绕组极对数np=4。优选的，定子铁芯和动子铁芯的材料均为硅钢片。有益效果(I)直接驱动，无中间机械齿轮传动结构，简化了发电系统，特别适用于海浪低速时的工况，可以实现相当于电机增速的效果，减小了电机的体积，提高了发电效率。(2)定子和动子都有永磁体且在气隙两侧的极性相反，提高了气隙磁密，减小了漏磁，经定子调制后行波切割磁场的有效谐波成份值比普通磁场调制式永磁直线电机高，可抑制行波切割磁场的波动，同时圆筒形装置的设计，消除了边端效应，从而提高了发电机的控制精度，改善了电能质量。(3)动子永磁体之间通过铁芯隔离，阻断了各永磁体中涡流电流的相互流动，降低了转子永磁体中的涡流损耗。(4)电机为紧凑型单气隙结构，有效减小磁阻阻抗，加工工艺简单，稳定性及可靠性得到提闻。 (5)动子和定子上永磁体的设计，使电机漏磁减少，从而减少了损耗。(6)动子永磁体采用高磁能积钕铁硼励磁，替代电励磁，不存在滑环和电刷装置，具有损耗小以及电气控制更为简单等优点。(7)动子永磁体采用表面插入式结构，能使直线电机运行速度范围广，实行弱磁控制，获得良好的运行性能。(8)无接触的变速传动机构，可有效抑制行波磁场畸变，保证较高的发电效率。
图I为本实用新型结构示意图。其中有动子铁芯I、动子永磁体2、气隙3、定子永磁体4、定子齿5、三相绕组6、定子槽7、定子铁芯8、浮筒9、海面10。图2为图I的A-A剖视图。其中有动子铁芯I、动子永磁体2、气隙3、定子永磁体4、定子槽7、定子铁芯8、浮筒9、固定轴11。
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型进行说明。本实用新型公开一种磁场调制式的直驱海浪发电用游标式直线电机，利用海浪起伏推动浮筒做上下直线运动，使固定在浮筒内的次级永磁体产生低速行波磁场，再经过长初级定子齿的磁场调制后形成高速行波磁场，切割相对静止的初级三相电枢绕组，产生感应电动势。由于初级定子齿具有磁场调制作用，可以实现行波磁场的增速，同时定子上嵌入的永磁体增大了气隙磁密，减小了漏磁，达到动子低速时初级绕组内感应高电动势的效果，再用逆变器装置将游标式直线电机发出的三相电转化为工频电，就可以将电能输送给用户或电网。本实用新型的直驱海浪发电用游标式直线电机包括圆柱状定子铁芯、电枢绕组、定子永磁体、圆筒状动子铁芯、动子永磁体。动子永磁体沿轴向间隔地、均匀地嵌放在动子铁芯上，定子铁芯采用开口槽结构，三相绕组嵌入定子铁芯的线槽内，定子永磁体嵌放在两个定子齿之间；长初级定子铁芯通过锚固定在水底，短次级动子铁芯固定在浮筒内，漂浮在海面上。当海浪推动浮筒以速度V1上下直线运动时，产生速度V1的低速行波磁场，通过定子齿的调磁作用后，在定子齿槽内形成速度为6. 75Vl的高速调制行波磁场，切割定子电枢绕组后发出电能。该装置单气隙两侧都有永磁体，利用有限元可以优化调整永磁体宽度和厚度，与传统的双气隙磁齿轮复合发电机相比，它能提供更大的有效磁场谐波成份，适合直驱发电场合。参见图1，图2，本实用新型提供的直驱海浪发电用游标式直线电机，该电机包括电机长初级和电机短次级；电机长初级包括定子的定子铁芯8、三相绕组6、定子永磁体4和设置在定子外周的定子齿5 ;定子铁芯8采用开口槽结构，即定子铁芯8上开设有定子槽7 ;定子永磁体4分布在相邻的两个定子齿5之间，三相绕组6嵌入定子铁芯8的定子槽7之内；电机短次级包括动子的动子铁芯1，动子永磁体2 ;动子永磁体2轴向间隔且等距离地嵌放在动子铁芯I上，动子铁芯I固定在浮筒9内，浮筒9漂浮在海面10上。定子铁芯8与动子铁芯I之间有气隙3。定子永磁体4材料和动子永磁体2材料均为永磁材料稀土钕铁硼，定子永磁体4和动子永磁体2均米用径向充磁,定子永磁体4和动子永磁体2在气隙两侧的极性相反。定子齿5与定子槽7组合用于进行磁场调制，满足相同长度为L的定子齿5个数ns为动子永磁体2极对数与三相绕组6极对数np之和。动子永磁体2极对数1=27,三相绕组6极对数np=4。定子铁芯8和动子铁芯I的材料均为娃钢片。本实用新型是一种基于磁场调制的新型直驱海浪发电用游标式直线电机，它包括电机长初级和电机短次级。电机长初级包括圆柱状的定子铁芯8、三相绕组6、定子永磁体
4;电机短次级包括圆筒状的动子铁芯1，动子永磁体2。定子铁芯8采用开口槽结构，定子永磁体4均匀分布在两个定子齿5之间，三相绕组6嵌入定子铁芯8的定子槽7之内，动子永磁体2沿轴向均匀、间隔地嵌放在动子铁芯I上，动子铁芯固定在浮筒9内，浮筒漂浮在海面10上。所述的初级定子三相绕组6采用分布式绕组，减小感应电动势谐波含量。所述的单气隙两侧永磁体材料均为稀土钕铁硼，每块永磁体均采用径向充磁，动子永磁体2和定子永磁体4在气隙两侧的极性相反。定子铁芯齿5与定子铁芯槽7组合替代磁齿轮中的调磁环进行磁场调制，且要满足相同长度为L的短初级定子齿个数ns为长次级动子永磁体极对数K与短初级电枢绕组极对数np之和，本实用新型按nr=27，np=4的参数进行设计。当海浪推动浮筒以速度V1上下直线运动时，产生速度V1的低速行波磁场，通过定子齿的调磁作用后，在定子齿槽内形成速度为6. 75Vl的高速调制行波磁场，切割定子电枢绕组后发出电能。上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于该电机包括电机长初级和电机短次级； 电机长初级包括定子的定子铁芯(8)、三相绕组￠)、定子永磁体(4)和设置在定子外周的定子齿(5);定子铁芯(8)采用开口槽结构，即定子铁芯(8)上开设有定子槽(7);定子永磁体(4)分布在相邻的两个定子齿(5)之间，三相绕组(6)嵌入定子铁芯(8)的定子槽(7)之内； 电机短次级包括动子的动子铁芯(I)，动子永磁体(2);动子永磁体(2)轴向间隔且等距离地嵌放在动子铁芯(I)上，动子铁芯(I)固定在浮筒(9)内，浮筒(9)漂浮在海面(10)上。
2.根据权利要求I所述的直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于定子铁芯(8)与动子铁芯⑴之间有气隙⑶。
3.根据权利要求2所述的直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于定子永磁体(4)材料和动子永磁体(2)材料均为永磁材料稀土钕铁硼，定子永磁体(4)和动子永磁体(2)均采用径向充磁，定子永磁体(4)和动子永磁体(2)在气隙两侧的极性相反。
4.根据权利要求I所述的直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于定子齿(5)与定子槽(7)组合用于进行磁场调制，满足相同长度为L的定子齿(5)个数ns为动子永磁体(2 )极对数与三相绕组(6 )极对数np之和。
5.根据权利要求4所述的直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于动子永磁体(2 )极对数\ = 27,三相绕组(6 )极对数np=4。
6.根据权利要求I所述的直驱海浪发电用游标式直线电机，其特征在于定子铁芯(8)和动子铁芯(I)的材料均为硅钢片。
专利摘要本实用新型涉及一种直驱海浪发电用游标式直线电机，该电机包括电机长初级和电机短次级；电机长初级包括定子的定子铁芯(8)、三相绕组(6)、定子永磁体(4)和设置在定子外周的定子齿(5)；定子铁芯(8)采用开口槽结构，即定子铁心(8)上开设有定子槽(7)；定子永磁体(4)分布在相邻的两个定子齿(5)之间，三相绕组(6)嵌入定子铁芯(8)的定子槽(7)之内；电机短次级包括动子的动子铁芯(1)，动子永磁体(2)。本实用新型可实现1:6.75的无接触传动速比，实现稳定高效的传递推力和功率，可应用于海浪发电的低速直驱场合，简化了发电系统，提高了装置的可靠性。
文档编号H02K35/02GK202503419SQ201120553850
公开日2012年10月24日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者於锋, 樊英, 程明, 邹国棠 申请人:东南大学