用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，属于波浪发电技术。
【背景技术】
[0002]地球上70.8%的面积被海洋覆盖。海洋能是一种可再生能源，对于全世界日益增长的用电需求来说具有巨大开发潜能。传统的旋转型发电系统不可避免地需要复杂的机械装置，比如水轮机或液压泵，将直线往复式的波浪运动转变为旋转运动，从而驱动旋转电机发出电能。由于采用了中间转换装置，旋转发电系统有以下一些问题:常规维护、低效率、低功率密度、高成本。
[0003]直线永磁发电系统则直接利用波浪运动，去除了庞大的直线一一旋转传动装置和由此产生的功率损耗。但是波浪运动速度低，直驱式直线发电机需要采用低速设计，会增加发电系统研发成本，也增大了设备制造和安装的难度。为了降低发电成本，必须设法提高由波浪引起的速度，驱动高速直线电机发电。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服直驱式直线永磁发电机体积大、功率密度低、成本高的缺点，本发明提出一种圆筒式变速直线永磁发电机，将磁齿轮和直线永磁发电机进行磁路和机械上的有机融合，提高由波浪引起的速度，驱动高速直线永磁发电机发电，从而极大提升功率密度和效率。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，包括圆筒结构的、由外至内依次套设的高速动子、低速动子和电机定子，高速动子和低速动子之间形成第一气隙，低速动子和电机定子之间形成第二气隙；所述高速动子包括高速动子铁心，在高速动子铁心内表面表贴或内嵌有高速永磁极片，沿轴向所有高速永磁极片形成交错的N磁极圈和S磁极圈；所述低速动子包括沿轴向交错间隔排列的导磁体和非导磁体；所述电机定子包括定子铁心，在定子铁心外表面的定子铁心齿槽内嵌置有定子绕组，在定子绕组外表面表贴有定子永磁极片，沿轴向所有定子永磁极片形成交错的N磁极圈和S磁极圈。
[0007]上述圆筒式变速直线永磁发电机将磁齿轮和直线永磁发电机进行磁路和机械的耦合，高速动子、低速动子和电机定子均具有双重功能，具体为:高速动子既充当磁齿轮中的高速运动部件，同时也作为直线永磁发电机的次级(动子)；电机定子在磁齿轮中充当磁极对数较多的电枢，同时也作为直线永磁发电机的初级(定子)；低速动子既充当波浪能转化的运动部件，又能作为调磁环对高速永磁极片和定子永磁极片产生的磁场进行调制；高速永磁极片运动过程中产生的磁场与电机定子绕组之间产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势，完成波浪能向电能转换的过程。
[0008]该圆筒式变速直线永磁发电机用于波浪发电系统中，与浮筒连接的低速动子跟随波浪以低速运行，在磁齿轮变速功能作用下，永磁极对数少的高速动子按照速比以高速运行，驱动直线永磁电机发出电能。整个波浪发电系统不需要额外增设庞大增速装置、体积较小、捕能以及发电效率高。
[0009]具体的，所述高速动子和低速动子的运动速度符合磁齿轮的传动比，且高速动子和低速动子的运动方向相同，电机定子保持固定。
[0010]具体的，所述电机定子采用环氧树脂密封，高速动子铁心、定子铁心和导磁体采用硅钢片叠压而成，定子绕组采用三相集中绕组的形式。
[0011]具体的，所述高速动子的永磁磁极对数为N1,电机定子的永磁磁极对数为N2，低速动子的导磁体片数为Ns= NJN2，其中N1和N2为自然数，且N1〈N2。
[0012]具体的，该圆筒式变速直线永磁发电机中的永磁体的充磁方式为径向充磁和Halbach 充磁。
[0013]具体的，低速动子由导磁片材叠压形成基块，垂直于轴向、在基块上均匀间隔设置有凹槽，低速动子的非导磁体设置在凹槽内，相邻非导磁体之间的基块部分形成低速动子的导磁体；低速动子的导磁体的材料为环氧树脂或聚甲醛。
[0014]该圆筒式变速直线永磁发电机，采用外动子结构(即从内至外发电机三部件排列方式依次为电机定子一低速动子一高速动子)，与内动子结构(即从内至外发电机三部件依次为高速动子一低速动子一电机定子)相比，能够提供更高的功率密度。
[0015]有益效果:本发明提供的用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，，相对于现有技术，具有如下优势:
[0016]1、圆筒式变速直线永磁发电机通过磁齿轮与直线永磁电机的耦合，有效利用了二者的优势。磁齿轮具有非接触性的特点，具有无机械磨损、低噪音、活动部件之间物理绝缘和固有的过负载保护等优势。直线永磁发电机直接利用波浪运动，不需要先将波浪的直线运动转化为旋转再驱动旋转发电机的中间转换装置，由此产生的功率损耗也随之消失。
[0017]2、圆筒式变速直线永磁发电机的低速动子与浮筒连为一体，能够直接俘获低速波浪运动，通过磁齿轮变速功能实现了高速直线永磁发电机设计，克服了由于波浪本身速度较低所造成的功率密度低的缺点，减小了发电机体积，降低了制造成本。
[0018]3、相比于传统的基于旋转电机的波浪能发电装置，圆筒式变速直线永磁发电机能够直接利用波浪的往复直线运动将其转化为电能，去除了庞大的直线一一旋转中间转换装置，结构简单，大大减小了系统的复杂性，转换效率高，从而提高了整个发电系统的发电效率。
[0019]4、圆筒式变速直线永磁发电机采用外动子结构，与内动子结构相比，本发明提出的外动子结构能够提供更高的功率密度。
【附图说明】
[0020]图1为圆筒式变速直线永磁发电机原理图；
[0021]图2为圆筒式变速直线永磁发电机结构图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023]在对直线磁齿轮和直线永磁同步电机工作原理进行深入分析的基础上，对二者进行磁路和机械结构上的耦合，得到如图1所示为一种圆筒式变速直线永磁发电机，具体为:包括圆筒结构的、由外至内依次套设的高速动子1、低速动子2和电机定子3，高速动子I和低速动子2之间形成第一气隙，低速动子2和电机定子3之间形成第二气隙；所述高速动子I包括高速动子铁心11，在高速动子铁心11内表面表贴或内嵌有高速永磁极片12，沿轴向所有高速永磁极片12形成交错的N磁极圈和S磁极圈；所述低速动子2包括沿轴向交错间隔排列的导磁体21和非导磁体22 ;所述电机定子3包括定子铁心31，在定子铁