风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机

本发明涉及永磁电机，特别是涉及一种风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机。

背景技术：

1、波浪能是最具吸引力的可再生能源之一，同时波浪能受海上风能因素影响较大，如果可以充分利用波浪能与风能发电，将给全球带来广泛的效益。直线旋转电机是一种可以同时实现直线与旋转的电磁设备。通过直线旋转发电机可以有效的将波浪能与风能都有效合理的利用，实现波浪能与风能联合发电。

2、目前开发的发电装置基本上面向单一能源。为此有研发人员提出一种风能和波浪能发电装置，cn104819100a的中国专利公开了一种直线旋转的两自由度的发电机，通过浮筒与电机的上下往复运动、垂直风力机的旋转轴与电动转子的旋转运动实现风能和波浪能的同时利用，提高了能量的采集效率。

3、但该专利公开的直线旋转的两自由度的发电机也存在一下不足：该专利中提出的电机结构，直线运动与旋转运动是同一个运动单元，当两种运动相结合进而产生螺旋运动，该运动方式较为复杂，直线与旋转运动的解耦、端部效应、动态响应成为发电装置控制系统的瓶颈与难点；同时，常规永磁电机效率较低、转矩密度低，动态响应差，不能很快的适应负载变化与系统需求的变化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，解决现有的两自由度传统直线旋转电机复杂螺旋运动的运动方式导致的电磁和运动的解耦困难的问题，并提高电机的转换效率、转矩密度与动态响应。

2、一种风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，包括定子、调磁环动子和永磁转子，所述定子包括定子铁心、径向调制绕组、轴向调制绕组、若干轴向励磁的定子永磁体与第一导磁块；

3、所述定子铁心表面设置有多个轴向与径向均匀分布的开口槽，开口槽内放置所述径向调制绕组与所述轴向调制绕组，所述径向调制绕组与所述轴向调制绕组的极对数不相等，作为电机的两个电端口；

4、所述定子置于所述调磁环动子与永磁转子外部，所述调磁环动子设置在所述定子和所述永磁转子之间；

5、所述电机有两种运动，调磁环动子作为直线运动单元，永磁转子作为旋转运动单元；直线运动单元下端部与浮筒相连，利用波浪能发电；旋转运动单元上端与垂直风力机相连，利用风能发电；

6、所述调磁环动子具有双调制性能，既能调制径向磁场，也能调制轴向磁场，径向调制绕组极对数pa1等于调磁环动子径向截面上的导磁铁心极数z1和永磁转子极对数pm1的和或差的绝对值，使得径向调制绕组、调磁环动子和永磁转子构成磁场调制旋转电机结构；轴向调制绕组极对数pa2等于调磁环动子轴向截面上的导磁铁心极数z2和定子铁心上的定子永磁体极对数pm2的和或差的绝对值，使轴向调制绕组、调磁环动子和定子铁心上的定子永磁体构成磁场调制直线电机结构。

7、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，所述调磁环动子用于充当直线电机结构与旋转电机结构的和调制，或充当直线电机结构与旋转电机结构的差调制、或充当直线电机结构的差调制与旋转电机结构的和调制、或充当直线电机结构的和调制与旋转电机的差调制。

8、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，所述电机具有两种磁通路径，分别为磁场调制旋转电机的径向磁通路径与磁场调制直线电机的轴向磁通路径，径向调制绕组和轴向调制绕组分别产生的磁场可通过空间解耦，构成混合磁通电机结构，并通过定子上两个电端口的单独控制，实现调磁环动子和永磁转子转矩、转速的解耦。

9、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，所述调磁环动子与所述永磁转子均为圆筒形结构，所述永磁转子为表贴式结构，所述永磁转子包括切向励磁的永磁体、第二导磁块与内铁轭，切向励磁的永磁体和第二导磁块相间排列，所述调磁环动子包括由硅钢片构成的沿径向与轴向均匀分布的若干个呈环状的导磁铁心以及置于导磁铁心中间的不导磁结构。

10、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，其特征在于，所述定子上的励磁模块由轴向励磁的定子永磁体与第一导磁块构成，轴向励磁的定子永磁体充磁方向朝第一导磁块向里。

11、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，所述定子、所述调磁环动子和所述永磁转子为同轴套设计。

12、上述风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其中，所述径向调制绕组为三相绕组或n相绕组，所述轴向调制绕组为三相绕组或n相绕组，其中n>3。

13、本发明提出的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机主要应用于风浪联合发电领域，在风力作用下，垂直风力机使永磁转子旋转，永磁转子做旋转运动切割磁感线，定子上的径向调制绕组产生感应电动势；在波浪的作用下，调磁环动子上下运动切割磁感线，定子上的轴向调制绕组产生感应电动势。通过风能与波浪能的同时回收和利用，减少了发电装置的建造费用并增加了能量转换效率。本发明提出的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，相比现有技术，还具有以下优点：

14、(1)该电机在保证能产生两种极对数的电枢磁场的前提下，仅用一个定子槽即可实现永磁转子与调磁环动子转矩、转速的解耦，使电机结构得到较大的简化，减小了发电装置的体积；

15、(2)将直线运动和旋转运动组合集成为一体，简化了发电系统，使结构更加紧凑；

16、(3)直线运动单元与旋转单元相互独立，运动方式简单，端部效应较小，动态响应快，可以分别进行电磁设计和优化；

17、(4)该电机是一种调制式电机，拥有更高的转矩密度与电机转换效率，且能够能很快的适应负载变化与系统需求的变化。

技术特征：

1.一种风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，包括定子、调磁环动子和永磁转子，所述定子包括定子铁心、径向调制绕组、轴向调制绕组、若干轴向励磁的定子永磁体与第一导磁块；

2.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述调磁环动子用于充当直线电机结构与旋转电机结构的和调制，或充当直线电机结构与旋转电机结构的差调制、或充当直线电机结构的差调制与旋转电机结构的和调制、或充当直线电机结构的和调制与旋转电机的差调制。

3.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述电机具有两种磁通路径，分别为磁场调制旋转电机的径向磁通路径与磁场调制直线电机的轴向磁通路径，径向调制绕组和轴向调制绕组分别产生的磁场可通过空间解耦，构成混合磁通电机结构，并通过定子上两个电端口的单独控制，实现调磁环动子和永磁转子转矩、转速的解耦。

4.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述调磁环动子与所述永磁转子均为圆筒形结构，所述永磁转子为表贴式结构，所述永磁转子包括切向励磁的永磁体、第二导磁块与内铁轭，切向励磁的永磁体和第二导磁块相间排列，所述调磁环动子包括由硅钢片构成的沿径向与轴向均匀分布的若干个呈环状的导磁铁心以及置于导磁铁心中间的不导磁结构。

5.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述定子上的励磁模块由轴向励磁的定子永磁体与第一导磁块构成，轴向励磁的定子永磁体充磁方向朝第一导磁块向里。

6.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述定子、所述调磁环动子和所述永磁转子为同轴套设计。

7.根据权利要求1所述的风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，其特征在于，所述径向调制绕组为三相绕组或n相绕组，所述轴向调制绕组为三相绕组或n相绕组，其中n>3。

技术总结
一种风浪联合发电用和差复合双调制混合磁通双机电端口电机，包括定子、调磁环动子和永磁转子，定子包括定子铁心、径向调制绕组、轴向调制绕组、若干轴向励磁的定子永磁体与第一导磁块；定子置于调磁环动子与永磁转子外部，调磁环动子设置在定子和永磁转子之间；电机有两种运动，调磁环动子作为直线运动单元，永磁转子作为旋转运动单元；直线运动单元下端部与浮筒相连，利用波浪能发电；旋转运动单元上端与垂直风力机相连，利用风能发电。本发明能解决现有的两自由度传统直线旋转电机复杂螺旋运动的运动方式导致的电磁和运动的解耦困难的问题，提高电机的转换效率、转矩密度与动态响应。

技术研发人员：王均刚,郑铮,墨蕊娜,余才富
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9