一种岸基海浪发电机.pdf

《一种岸基海浪发电机.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种岸基海浪发电机.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102437701 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 7 7 0 1 A *CN102437701A* (21)申请号 201110443953.1 (22)申请日 2011.12.27 H02K 35/02(2006.01) (71)申请人东南大学 地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号 (72)发明人蒋浩 余海涛 周赣 洪丽 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人柏尚春 (54) 发明名称 一种岸基海浪发电机 (57) 摘要 一种岸基海浪发电机，包括竖向设置的环形 的定子和设置在定子。

2、轴线上的动子，定子的外表 面上设置有定子线圈槽，定子线圈槽内嵌有初极 三相绕组，动子包括动子轴、环绕所述动子轴的 基板和环绕所述基板的海尔贝克阵列永磁体，海 尔贝克阵列永磁体包括至少一组永磁体阵列，每 组永磁体阵列包括四个轴向依次排列的环形永磁 体，定子的内表面与海尔贝克阵列永磁体之间设 有气隙。本发明以海尔贝克阵列永磁体代替传统 的永磁体，不但减少了永磁体材料的成本，同时也 使产生的磁场正弦性更好、磁感应强度更强。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102437709 A 1/1页 2 。

3、1. 一 种 岸 基 海 浪 发 电 机， 其 特 征 在 于， 该 海 浪 发 电 机 包 括 竖 向 设 置 的 环 形 的 定 子 （1） 和 设 置 在 所 述 定 子 （1） 轴 线 上 的 动 子， 定 子 （1） 的 外 表 面 上 设 置 有 定 子 线 圈 槽 （2） ， 定 子 线 圈 槽 （2） 内 嵌 有 初 极 三 相 绕 组 （7） ， 所 述 动 子 包 括 动 子 轴 （4） 、 环 绕 所 述 动 子 轴 （4） 的 基 板 （5） 和环绕所述基板 （5） 的海尔贝克阵列永磁体 （3） ；所述海尔贝克阵列永磁体 （3） 包括至 少 一 组 永 磁 体 阵 列，。

4、 所 述 每 组 永 磁 体 阵 列 包 括 四 个 沿 动 子 轴 向 依 次 排 列 的 环 形 永 磁 体， 各 组 永 磁 体 阵 列 的 充 磁 方 向 排 列 顺 序 相 同， 每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向 上 依 次 为 径 向 向 内、 轴 向 向 上、 径 向 向 外、 轴 向 向 下， 或 轴 向 向 上、 径 向 向 外、 轴 向 向 下、 径 向 向 内， 或 径 向 向 外、 轴 向 向 下、 径 向 向 内、 轴 向 向 上， 或 轴 向 向 下、 径 向 向 内、 轴 向 向 上、 径向向外 ；定子 （。

5、1） 的内表面与海尔贝克阵列永磁体 （3） 之间设有气隙 （6） 。 2. 根据权利要求 1所 述的岸基海浪发电装置， 其特征在于， 所述的气隙 （6） 是定子 （1） 的内表面与海尔贝克阵列永磁体 （3） 之间 0.5至 1厘米的间隙。 权 利 要 求 书CN 102437701 A CN 102437709 A 1/4页 3 一种岸基海浪发电机 技术领域 0001 本发明涉及一种用于海浪发电的岸基海浪发电机。 背景技术 0002 海 浪 具 有 十 分 巨 大 的 能 量， 从 海 啸 能 把 轮 船 冲 上 陆 地， 甚 至 能 推 翻 岸 边 的 建 筑 物 就 不 难 看 出 其 中。

6、 能 量 的 巨 大， 海 浪 能 是 以 动 能 形 式 表 现 的 水 能 资 源。 有 科 学 家 曾 经 估 测， 在 1平方千米的海面上， 海浪能的功率高达 2.0100000千瓦， 如果我们能将海浪能合理利 用， 将 海 浪 的 动 能 转 化 为 电 能， 这 能 源 不 仅 储 量 大、 无 污 染， 而 且 是 可 再 生 能 源， 取 之 不 尽， 用之不竭， 加之我国是海洋大国， 可利用的海洋资源极为丰富。 0003 海 浪 发 电 机 是 利 用 海 浪 的 上 下 垂 直 位 移 作 为 动 力， 推 动 发 电 机 动 子 使 水 能 转 化 为 电能 , 其所产生。

7、的电能先被送到岸边的变电站， 升压后送入电网。 0004 在 传 统 直 线 电 机 里， 永 磁 体 的 磁 化 方 向 垂 直 气 隙 并 且 相 邻 磁 体 间 磁 化 方 向 旋 转， 因对称性， 磁场在永磁阵列两侧是对称的。 用 Halbach型永磁体阵列， 可以很容易得到在空 间 按 较 理 想 的 正 弦 分 布 的 磁 场， 可 大 大 减 弱 电 机 的 齿 槽 效 应 力 矩。 即 使 采 用 每 极 较 少 的 永 磁体段数 (例如 3段， 甚至 2段 )， 也可以很容易得到和理想 Halbach型永磁体阵列类似的 磁场分布。 上述特点使得采用 Halbach型永磁体阵列。

8、的电机的齿槽效应力矩几乎可以忽略 不计， 有利于提高电机的性能。 该特点也说明要制造此种高性能电机的成本不高， 因为通过 采 用 较 少 段 数 的 Halbach型 阵 列， 以 及 采 用 简 单 绕 组 和 定、 转 子 非 斜 槽 结 构， 就 可 以 得 到 理 想的正弦分布的磁场。 0005 圆 筒 型 永 磁 直 线 发 电 机 按 动 子 永 磁 体 排 列 不 同 可 分 为 径 向 充 磁 结 构， 轴 向 充 磁 结 构和海尔贝克阵列 （Halbach） 充磁结构 ； 径 向 充 磁 结 构 永 磁 阵 列 需 要 动 子 扼 部 导 磁， 并 且 效 率 较 低， 而 。

9、且 其 磁 密 主 要 集 中 在 永 磁体处所示。 很难得到正弦磁场。 轴向充磁结构永磁阵列的磁场是在径向的上下两个方向 是 均 匀 分 布 的， 轴 向 充 磁 结 构 对 气 隙 的 要 求 较 高， 当 气 隙 较 小 时 永 磁 体 有 较 高 的 利 用 率， 当 气 隙 加 大 时 漏 磁 会 显 著 增 大， 功 率 密 度、 效 率 等 性 能 指 标 明 显 减 小， 因 此， 轴 向 充 磁 结 构 不 适 合 应 用 到 大 气 隙 直 线 电 机 中， 同 时 其 气 隙 磁 密 也 很 难 达 到 正 弦。 在 实 际 应 用 中 很 难 做 到 理 想 Halba。

10、ch充 磁 阵 列， 所 以 实 际 应 用 中 用 分 段 磁 体 构 成， 每 极 下 永 磁 体 每 块 按 一 定 的 方 向排列近似等效理想 Halbach阵列。 0006 专利号 201020163714的专利 “一种永磁直线发电机 ”的动子由动子铁心和置于动 子铁心槽内的非导磁材料组成， 但其磁场的磁感应强度与正弦性存在不足。 0007 电 励 磁 直 线 电 机 有 励 磁 损 耗 产 生， 降 低 了 综 合 效 率 ；无 铁 永 磁 直 线 电 机 具 有 磁 阻 力 小、 定 位 精 度 高 等 优 点， 并 可 同 时 提 供 水 平 和 垂 直 驱 动 力， 但 因 。

11、没 有 铁 磁 物 质 构 成 磁 路， 存在气隙磁通密度低、 脉动力不足的缺点。 发明内容 0008 技 术 问 题 ：本 发 明 针 对 现 有 技 术 的 不 足 与 缺 陷， 提 供 一 种 使 磁 场 具 有 更 好 的 正 弦 说 明 书CN 102437701 A CN 102437709 A 2/4页 4 性以及更强的磁感应强度的岸基海浪发电机。 0009 技 术 方 案 ：一 种 岸 基 海 浪 发 电 机， 包 括 竖 向 设 置 的 环 形 的 定 子 和 设 置 在 所 述 定 子 轴 线 上 的 动 子， 定 子 的 外 表 面 上 设 置 有 定 子 线 圈 槽， 。

12、定 子 线 圈 槽 内 嵌 有 初 极 三 相 绕 组， 动 子 包 括 动 子 轴、 环 绕 动 子 轴 的 基 板 和 环 绕 基 板 的 海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 ；海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 包 括 至 少 一 组 永 磁 体 阵 列， 每 组 永 磁 体 阵 列 包 括 四 个 沿 动 子 轴 向 依 次 排 列 的 环 形 永 磁 体， 各 组 永 磁 体 阵 列 的 充 磁 方 向 排 列 顺 序 相 同， 每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向 上 依 次 为 径 向 向 内、 轴 向 向 上、 径 向 向 。

13、外、 轴 向 向 下， 或 轴 向 向 上、 径 向 向 外、 轴 向 向 下、 径 向 向 内， 或 径 向 向 外、 轴 向 向 下、 径 向 向 内、 轴 向 向 上， 或 轴 向 向 下、 径 向 向 内、 轴 向 向 上、 径向向外 ；定子的内表面与海尔贝克阵列永磁体之间设有气隙。 0010 本发明中， 气隙是定子的内表面与海尔贝克阵列永磁体之间 0.5至 1厘米的间隙。 0011 本 发 明 的 用 于 海 浪 发 电 的 永 磁 直 线 同 步 电 机 以 岸 基 海 浪 发 电 站 为 基 础， 利 用 海 浪 冲 击 发 电 机 永 磁 体 动 子 作 上 下 运 动， 切 。

14、割 直 线 电 机 定 子 绕 组 产 生 感 生 电 动 势， 再 用 变 频 装 置将直线发电机频率转化为工频， 就可以将电输送给用户或者电网 ； 本 发 明 在 次 极 绕 组 未 运 动 时， 直 线 电 机 气 隙 间 存 在 一 个 由 永 磁 体 产 生 的 静 止 磁 场， 这 个 磁 场 按 直 线 方 向 呈 正 弦 分 布， 定 子 绕 组 没 有 电 流 通 过， 当 海 浪 来 时， 推 动 永 磁 体 作 上 下 运 动， 原 理 上 与 旋 转 电 机 基 本 相 似， 不 同 之 处 在 于 直 线 电 机 的 磁 场 沿 直 线 方 向 平 移， 定 子 绕 。

15、组 切割磁感线就会产生感生电动势， 当外电路闭合时， 直线电机就向外部电路输送电能。 0012 有 益 效 果 ：本 发 明 的 磁 场 由 永 磁 体 提 供， 因 此 没 有 励 磁 电 流 通 过， 降 低 了 铜 耗 ；因 为 无 励 磁 绕 组、 滑 环 和 电 刷， 因 而 提 高 了 可 靠 性， 使 得 发 生 短 路 或 开 路 的 概 率 减 小 ；因 为 永 磁 电 机 的 励 磁 磁 场 无 需 绕 组 和 绝 缘 工 作， 因 而 磁 极 占 据 的 空 间 大 幅 度 地 减 小， 在 较 小 的 空 间 区 域 内 可 以 获 得 更 大 的 磁 场 强 度 ；因。

16、 为 此 电 机 工 作 在 海 浪 中， 因 而 电 机 的 散 热 和 冷 却 非 常高效。 0013 由于此永磁直线同步电机使用了永磁体取代电励磁， 且无励磁损耗。 因此， 永磁直 线 同 步 电 机 的 效 率 要 比 电 励 磁 直 线 同 步 电 机 高， 而 且 无 需 从 电 网 中 吸 取 滞 后 的 励 磁 电 流， 从而极大地提高了电动机的综合效率 ； 本 发 明 的 次 极 永 磁 体 是 由 海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 组 成， 海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 的 永 磁 体 阵 列 按 图 2所 示 方 向 充 磁， 使 磁 场 正 弦 性 更 好、 磁。

17、 感 应 强 度 更 强， 可 提 高 气 隙 磁 通 密 度 ；因 强 侧 磁 场 不 存 在 3次 谐 波， 可 大 幅 降 低 电 磁 力 的 脉 动。 本 发 明 以 直 线 电 机 取 代 传 统 的 旋 转 发 电 机， 无 需 接 触 式 驱 动， 减 少 介 质 损 耗， 提 高 发 电 效 率 ；并 且 以 Halbach永 磁 体 代 替 传 统 的 永 磁 体， 不 但 减 少 了 永 磁 体 材 料 的 成 本， 同 时 也 使 产 生 的 磁 场 正 弦 性 更 好、 磁 感 应 强 度 更 强。 0014 本 发 明 动 子 采 用 基 板 外 套 永 磁 体 结 。

18、构， 没 有 采 用 铁 心 材 料。 由 于 Halbach磁 铁 自 屏 蔽 效 应 产 生 的 单 边 磁 场 分 布 不 再 需 要 动 子 采 用 磁 性 材 料 为 其 提 供 通 路， 使 系 统 有 较 低 的 转动惯量和较好的快速响应性能 ； 相 对 于 传 统 永 磁 电 机 架 构， 由 于 Halbach磁 环 分 解 后 的 平 行 磁 场 与 径 向 磁 场 的 相 互 迭 加 使 得 另 一 侧 的 磁 场 强 度 大 幅 度 提 升， 这 样 可 有 效 地 减 小 电 机 的 体 积， 提 升 电 机 的 功 率 密 度 ； 在 传 统 永 磁 电 机 中， 。

19、由 于 气 隙 磁 场 不 可 避 免 的 存 在 谐 波， 一 般 在 定 动 子 架 构 上 采 取 斜 槽 削 弱 其 影 响。 在 Halbach电 机 中， 由 于 气 隙 磁 场 正 弦 分 布 程 度 较 高， 谐 波 含 量 小， 故 定 动 说 明 书CN 102437701 A CN 102437709 A 3/4页 5 子无需斜槽 ； 由于 Halbach永磁体的永磁工作点较高， 一般均超过 0.9， 提升永磁的利用率 ； 传 统 永 磁 电 机 中 往 往 采 用 分 布 式 绕 组 来 削 弱 谐 波 磁 动 势 的 影 响， 在 Halbach电 机 中 由 于 其。

20、 磁 场 正 弦 分 布 程 度 较 高， 谐 波 磁 场 影 响 较 小， 故 本 发 明 的 海 浪 发 电 机 可 采 用 集 中 式 绕 组 ； 本 发 明 采 用 Halbach电 机 磁 铁 排 列， 对 电 机 的 轴 承 要 求 大 大 的 减 小 ；能 承 受 海 浪 的 冲 击， 不易损坏 ；不产生有毒气体， 无附加噪声， 环保健康。 附图说明 0015 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0016 图 1是本发明永磁直线电机轴向剖面示意图。 0017 图 2为本发明永磁直线电机立体剖面图， 图中箭头所示为永磁体充磁方向。 0018 图 3为 Halbac。

21、h永磁体径向充磁结构。 0019 图 4为 Halbach永磁体轴向充磁结构。 0020 图 5为 Halbach永磁体理想充磁结构。 0021 图 6为本发明所采用的 Halbach永磁体充磁结构。 0022 图 中 有 ：定 子 1， 定 子 线 圈 槽 2， 海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 3， 动 子 轴 4， 基 板 5， 气 隙 6， 初极三相绕组 7。 具体实施方式 0023 如 图 1所 示， 该 岸 基 海 浪 发 电 机 主 要 包 括 以 下 几 部 分 ：定 子 1， 定 子 线 圈 槽 2， 海 尔 贝克阵列永磁体 3， 动子轴 4， 基板 5， 气隙 6， 初极。

22、三相绕组 7。 0024 实施例 1：本发明的岸基海浪发电机， 包括竖向设置的环形的定子 1和设置在定子 1轴线上的动子， 定子 1采用导磁钢片叠压形成， 以增强气隙中磁场密度， 定子 1的外表面上 设 置 有 定 子 线 圈 槽 2， 定 子 线 圈 槽 2内 嵌 有 平 行 放 置 的 初 极 三 相 绕 组 7， 初 级 三 相 绕 组 7采 用漆包线绕制成集中绕组 ；动子包括动子轴 4、 环绕动子轴 4的基板 5和环绕基板 5的海尔 贝克阵列永磁体 3， 海尔贝克阵列永磁体 3用环氧树脂粘贴在基板 5上， 基板采用非导磁不 锈 钢 冲 压 形 成， 以 增 强 动 子 工 作 时 的 。

23、坚 固 性 和 可 靠 性 ；海 尔 贝 克 阵 列 永 磁 体 3包 括 至 少 一 组 永 磁 体 阵 列， 每 组 永 磁 体 阵 列 包 括 四 个 沿 动 子 轴 向 依 次 排 列 的 环 形 永 磁 体， 各 组 永 磁 体 阵 列 的 充 磁 方 向 排 列 顺 序 都 是 相 同 的， 每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向上依次为径向向内、 轴向向上、 径向向外、 轴向向下， 海尔贝克阵列永磁体 3与定子 1的内 表面之间有 0.5厘米的间隙。 0025 实 施 例 2：每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 。

24、磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向 上 依 次 为 轴 向 向 上、 径向向外、 轴向向下、 径向向内， 海尔贝克阵列永磁体 3与定子 1的内表面之间有 0.8厘 米的间隙， 其他同实施例 1。 0026 实 施 例 3：每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向 上 依 次 为 径 向 向 外、 轴向向下、 径向向内、 轴向向上， 海尔贝克阵列永磁体 3与定子 1的内表面之间有 0.6厘 米的间隙， 其他同实施例 1。 0027 实 施 例 4：每 个 永 磁 体 阵 列 中 四 个 环 形 永 磁 体 的 充 磁 方 向 从 下 向 上 。

25、依 次 为 轴 向 向 说 明 书CN 102437701 A CN 102437709 A 4/4页 6 下、 径向向内、 轴向向上、 径向向外， 海尔贝克阵列永磁体 3与定子 1的内表面之间有 1厘米 的 间 隙， 另 外 在 发 电 机 底 部 两 侧 设 置 两 个 排 水 槽， 通 过 气 隙 等 漏 到 动 子 上 方 的 海 水 便 通 过 此排水槽漏出， 不影响设备的使用， 其他同实施例 1。 0028 本 发 明 安 装 就 位 后， 发 电 机 底 部 固 定 在 相 应 管 道 内， 海 水 上 涨 时， 海 水 通 过 管 道 上 涨 到 一 定 位 置 继 而 推 动。

26、 动 子 向 上 运 动 ；海 水 下 落 时， 动 子 通 过 自 身 重 力 下 落， 从 而 动 子 随 着 海 水 的 上 涨 和 下 落 作 上 下 往 复 运 动， 从 而 使 永 磁 体 产 生 的 磁 场 在 作 上 下 运 动， 相 当 于 定 子 线 圈 在 切 割 磁 感 线。 定 子 线 圈 中 产 生 电 流， 此 电 流 因 为 海 水 上 涨 和 下 落 的 频 率 不 稳 定 等 因 素 影 响， 所 以 并 不 是 一 定 频 率 的 电 流， 需 通 过 变 频 装 置 将 其 频 率 转 换 为 工 频， 转 换 后 的 电 流 就可以输送给用户使用或者送入电网。 说 明 书CN 102437701 A CN 102437709 A 1/2页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 102437701 A CN 102437709 A 2/2页 8 图 3 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图CN 102437701 A 。