心31外表面的定子铁心齿槽内嵌置有定子绕组32，在定子绕组32外表面表贴有定子永磁极片33，沿轴向所有定子永磁极片33形成交错的N磁极圈和S磁极圈。
[0024]直线磁齿轮高速动子与直线永磁电机次级(动子)合为一体；圆筒式变速直线永磁发电机定子在磁齿轮中相当于磁极对数较多的电枢，同时也是直线永磁发电机的定子(初级)；圆筒式变速直线永磁发电机的低速动子既充当波浪能转化的运动部件，也担任了磁齿轮中调磁环的作用，能够对高速动子和定子永磁体产生的磁场进行调制。
[0025]所述电机定子3采用环氧树脂密封，高速动子铁心11、定子铁心31和导磁体21采用硅钢片叠压而成，定子绕组32采用三相集中绕组的形式。
[0026]低速动子2包括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22设置在凹槽内，相邻非导磁体22之间的基块部分形成低速动子的导磁体21 ;低速动子非导磁体22的材料为环氧树脂或聚甲醛。
[0027]圆筒式变速直线永磁发电机中实现运动速度变换的核心部分就是直线磁齿轮。直线磁齿轮有三部分组成，分别拥有不同永磁极对数的电枢以及对电枢永磁产生的磁场进行调制的调磁环。通常，磁齿轮中永磁极对数少的电枢为高速动子(磁极对数为N1)，若永磁极对数多的电枢(磁极对数为N2)保持固定，则推力传递至调磁环，调磁环将成为低速运动部件，调磁环导磁体片数为Ns，三者之间满足:NS= NfN2，其中N1和N2为自然数，且N1〈N2。在此种运动模式下，磁齿轮高速和低速动子之间传动比为4= Ns/Ni。可以根据实际需求，对高、低速动子永磁体极对数进行合理设计。
[0028]所述高速动子I和低速动子2的运动速度符合磁齿轮的传动比，且高速动子I和低速动子2的运动方向相同，电机定子保持固定。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。
[0029]圆筒式变速直线永磁发电机的工作原理为:变速直线永磁发电机为磁齿轮与永磁同步直线电机的复合结构，浮筒与发电机的低速运动部件连接为一体，从而最大限度的获取波浪能，在波浪的作用下，浮筒带动低速运动部件跟随波浪做上下的往复运动，通过磁齿轮的变速功能，实现直线永磁发电机次级(高速动子)的增速目的，高速动子进行上下往复运动，从而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。
[0030]简而言之，波浪的低速往复运动由低速动子直接俘获后，经磁齿轮传动比放大后，高速动子去驱动发电机，由此产生较高的输出电压，提供更高的功率密度和效率。采用磁齿轮技术实现直驱式波浪发电系统的能量传递，可实现低速至高速传动的转变，在不增加甚至减小系统体积的情况下，改善直驱式波浪发电系统功率密度低下、电磁力波动大的缺点，极大地降低波浪发电成本。由于波浪具有随机性，为了让给海洋观测设备等海上用电设备提供持续的电能，一般采用电池储能的形式，发电机产生的三相交流电经过滤波、整流、逆变后给蓄电池进行充电，再由蓄电池对用电设备进行供电。
[0031]基于本案的思想，变速直线永磁发电机采用圆筒结构，如图2所示。和平板结构相比，圆筒结构具有很多优势:空间利用率高、漏磁少、力密度高、无边端绕组、无施加在轴承上的径向力。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，其特征在于:包括圆筒结构的、由外至内依次套设的高速动子(I)、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)，在定子铁心(31)外表面的定子铁心齿槽内嵌置有定子绕组(32)，在定子绕组(32)外表面表贴有定子永磁极片(33)，沿轴向所有定子永磁极片(33)形成交错的N磁极圈和S磁极圈。
2.根据权利要求1所述的用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，其特征在于:所述高速动子(I)和低速动子(2)的运动速度符合磁齿轮的传动比，且高速动子(I)和低速动子(2)的运动方向相同，电机定子保持固定。
3.根据权利要求1所述的用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，其特征在于:所述电机定子⑶采用环氧树脂密封，高速动子铁心(11)、定子铁心(31)和导磁体(21)采用硅钢片叠压而成，定子绕组(32)采用三相集中绕组的形式。
4.根据权利要求1所述的用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，其特征在于:所述高速动子⑴的永磁磁极对数为N1，电机定子(3)的永磁磁极对数为N2，低速动子(2)的导磁体(21)片数为Ns= NJN2，其中旧02为自然数，且^〈队。
5.根据权利要求1所述的用于波浪发电的圆筒式变速直线永磁发电机，其特征在于: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。
【专利摘要】本发明公开了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；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。采用发明电机，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。
【IPC分类】H02K35-02, F03B13-14
【公开号】CN104578672
【申请号】CN201510033550
【发明人】余海涛, 封宁君
【申请人】东南大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日