專利名稱：分離式海浪直線發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于海浪發(fā)電的新型永磁直線同步電機(jī)。利用海浪運(yùn)動經(jīng)能量轉(zhuǎn)換 器帶動直線發(fā)電機(jī)動子運(yùn)動。動子切割直線發(fā)電機(jī)定子繞組，產(chǎn)生感生交流電。 因此此設(shè)備是一種利用直線運(yùn)動將海浪運(yùn)動能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。本技術(shù)可以應(yīng) 用于海浪發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海洋遼闊，占地球表面70.8%。海洋"無風(fēng)三尺浪"，浪起浪落中蘊(yùn)藏著巨 大的能量。發(fā)明先進(jìn)的海浪發(fā)電設(shè)備，利用海洋資源對解決世界的能源問題有著 重大的意義。永磁直線發(fā)電機(jī)運(yùn)用到海浪發(fā)電中是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的新技術(shù)。上世紀(jì)70年代起由于石油危機(jī)，各國科學(xué)家開始探索海浪發(fā)電，研制出幾 種不同類型的海浪發(fā)電站。海浪發(fā)電系統(tǒng)由海浪能量、能量轉(zhuǎn)換器、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、 變電設(shè)備組成。其中能量轉(zhuǎn)換器是將海浪能量轉(zhuǎn)換為發(fā)電設(shè)備可以吸收的能量， 直接關(guān)系到海浪發(fā)電的效果，因此它是重要的發(fā)電設(shè)備；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)和傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，目前人們開始研究用直線電機(jī)發(fā)電，減少中間旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；變電 設(shè)備的功能是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的不同頻率的電轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl電，供用戶使用。經(jīng)過 30多年的研究，科學(xué)家設(shè)計(jì)出幾十種不同的發(fā)電裝置，以提高發(fā)電效率。這種 形式的發(fā)電站已經(jīng)在英國使用，發(fā)出的電已經(jīng)接入電網(wǎng)。海浪發(fā)電有兩種方式 一、岸邊海浪發(fā)電站，即將發(fā)電設(shè)備建在岸邊。這種 電站容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是獲取的海浪小，發(fā)電量不大，而且電站容易受到風(fēng)暴的襲 擊，抗擊風(fēng)暴能力差。另一種是離岸發(fā)電站，將發(fā)電設(shè)備建在船上或井架上，目 前科學(xué)家探索將發(fā)電站建在水下。這種發(fā)電站可以遠(yuǎn)離海岸，獲得更多的海浪能 量，發(fā)電量大，而且由于發(fā)電設(shè)備在水下，不易受到風(fēng)暴的襲擊。本發(fā)明可以直 接應(yīng)用于這兩種電站，不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，直接由海浪轉(zhuǎn)換器帶動直線電機(jī)發(fā) 電。使發(fā)電設(shè)備簡化。200710021763. 4發(fā)明人公布了一項(xiàng)發(fā)明申請"用于海浪發(fā)電的永磁直線同步電機(jī)"。包括兩個定子鐵心、兩套定子繞組、 一個由N、 S交錯永磁體組成的動 子。隨海浪運(yùn)動發(fā)生變化的動子磁場切割定子繞組，產(chǎn)生感生電動勢。這一發(fā)明 動子不用勵磁繞組，結(jié)構(gòu)簡單，維修少。但是我們在以后的電磁分析中發(fā)現(xiàn)，這 種永磁體組成動子結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步優(yōu)化，為此我們提出新型的永磁體動子。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種分離式海浪直線發(fā)電機(jī)，本發(fā)明的分離 式海浪直線發(fā)電機(jī)可以直接應(yīng)用于這兩種電站，不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，直接由海 浪轉(zhuǎn)換器帶動直線電機(jī)發(fā)電，使發(fā)電設(shè)備簡化。技術(shù)方案本發(fā)明的分離式海浪直線發(fā)電機(jī)包括初級鐵心、次級動子和氣隙。 初級鐵心位于發(fā)電機(jī)的兩側(cè)，次級動子位于初級鐵心的中間，初級鐵心與次級動 子之間設(shè)有氣隙(如圖1所示)；在初級鐵心內(nèi)側(cè)設(shè)有初級三相繞組；次級動子 包括次級鐵心、次級右上永磁體、次級左上永磁體、次級非導(dǎo)磁材料、次級右下 永磁體、次級左下永磁體；次級右上永磁體與次級右下永磁體、次級左上永磁體 與次級左下永磁體分別組成一對極，并分別位于次級鐵心外側(cè)，兩邊的磁路由次 級非導(dǎo)磁材料隔開。次級右上永磁體、次級左上永磁體具有相同的極性，次級右 下永磁體、次級左下永磁體具有相同的極性，并且次級右上永磁體與次級右下永 磁體極性相反，這樣布局使兩邊初受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙相 等。初級與次級間有0.5 - l厘米的氣隙。1) 壓力隨海浪運(yùn)動而發(fā)生變化的海浪轉(zhuǎn)換器，直接帶動動子永磁體進(jìn)行直 線運(yùn)動，使直線電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個隨時間變化的磁場；2) 磁場上下運(yùn)動切割永磁直線電機(jī)繞組，故在繞組中產(chǎn)生感生電動勢。如 外電路閉合，海浪動力轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電；3) 運(yùn)動的磁體與定子間會產(chǎn)生水平方向的電磁力，為了不使電機(jī)的定轉(zhuǎn)子 之間被吸在一起，我們釆用雙初級和雙次級繞組來平衡電磁力。4) 分離式永磁構(gòu)成的次級，在氣隙的兩邊產(chǎn)生各自獨(dú)立的磁路，磁場分布 如圖2所示。經(jīng)過磁場軟件分析發(fā)現(xiàn)，如果要產(chǎn)生0. 7 1. OT的磁場，采用此永 磁結(jié)構(gòu)要比圖1結(jié)構(gòu)節(jié)省1/3 1/4永磁體的用料。此發(fā)明減少了很多永磁材料用 量，節(jié)省成本。直線電機(jī)發(fā)出的交流電頻率永磁體的運(yùn)動頻率相同，是一個頻率變化的電源。需用交-交變頻裝置將直線發(fā)電機(jī)頻率轉(zhuǎn)化為工頻50Hz,輸送給用戶或者電 網(wǎng)。有益效果1) 分離式永磁體作為直線電機(jī)次級，提高效率，減少永磁體用量，大大節(jié) 省成本。2) 海浪發(fā)電以直線電機(jī)發(fā)電，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)省成本；3) 海浪發(fā)電，不會像火電那樣產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。4) 這種設(shè)備的成本低，發(fā)出電的成本比太陽能、潮汐能低很多，幾乎可以與 常規(guī)的電能價格相比較，隨著海浪能源的開發(fā)，海浪發(fā)電成本會進(jìn)一步降低，因 此海浪發(fā)電無論是從價格還是環(huán)保的角度來說都是具有巨大開發(fā)潛力的能源。


圖1是本發(fā)明分離式海浪直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2分離式直線發(fā)電機(jī)磁場發(fā)布示意圖。其中有初級鐵心l ;初級三相繞組2 ;氣隙3 ;次級鐵心4 ;次級右上 永磁體5;次級左上永磁體6 ;次級非導(dǎo)磁材料7 ;次級右下永磁體8 ;次級 左下永磁體9 。
具體實(shí)施方式
圖l是改進(jìn)后的永磁直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，該發(fā)電機(jī)包括初級鐵心l、次級動子和氣隙3，初級鐵心1位于發(fā)電機(jī)的兩側(cè)，次級動子位于初級鐵心1的中間，初級鐵心1與次級動子之間設(shè)有氣隙3;在初級鐵心1內(nèi)側(cè)設(shè)有初級三相繞組2;次級動子包括次級鐵心4、次級右上永磁體5、次級左上永磁體6、次級非導(dǎo)磁 材料7、次級右下永磁體8、次級左下永磁體9;次級右上永磁體5與次級右下 永磁體8、次級左上永磁體6與次級左下永磁體9分別組成一對極，并分別位于 次級鐵心4外側(cè)，兩邊的磁路由次級非導(dǎo)磁材料7隔開。次級右上永磁體5、次級左上永磁體6具有相同的極性，次級右下永磁體8、 次級左下永磁體9具有相同的極性，并且次級右上永磁體5與次級右下永磁體8 極性相反，這樣布局使兩邊初受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙相等。圖2是分離式永磁海浪直線發(fā)電機(jī)的磁場分布，從圖上可以看出兩邊磁體相 對獨(dú)立。在忽略初級齒槽的影響下，次級永磁體提供的勵磁磁場分別在兩邊氣隙中產(chǎn) 生正弦波氣隙磁場。當(dāng)海浪帶動次級動子運(yùn)動時，動子磁場切割在定子繞組，產(chǎn) 生感生電動勢。初級與次級間有0.5 - l厘米的氣隙。a. 直線電機(jī)的初級鐵心由硅剛片組成，制造工藝與普通直線電機(jī)的制造工藝 相同。b. 永磁體用稀土永磁釹鐵硼組成，同邊相鄰間的充磁方向相反，構(gòu)成N、 S 結(jié)構(gòu)。c. 直線電機(jī)次級磁極直接與海浪能量轉(zhuǎn)換器連接在一起，海浪幅度變化引起 轉(zhuǎn)換器內(nèi)的壓力發(fā)生變化，這種壓力變化帶動直線電機(jī)上下運(yùn)動。d. 當(dāng)無海浪時次級磁極未運(yùn)動，這時直線電機(jī)氣隙間存在一個靜止的磁場， 不會在定子繞組中感應(yīng)電動勢。海浪來時，次級磁極未運(yùn)動被海浪帶動，直線電 機(jī)定子繞組中會產(chǎn)生感生電壓，當(dāng)外部電路閉合時，直線電機(jī)向外部電路輸送電 能。e. 此時由于海浪運(yùn)動的幅度和波浪頻率不規(guī)則，發(fā)出的電能幅度和頻率也不 規(guī)則，因此需要應(yīng)用變流技術(shù)改善海浪發(fā)電質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種分離式海浪直線發(fā)電機(jī)，其特征在于該發(fā)電機(jī)包括初級鐵心(1)、次級動子和氣隙(3)，初級鐵心(1)位于發(fā)電機(jī)的兩側(cè)，次級動子位于初級鐵心(1)的中間，初級鐵心(1)與次級動子之間設(shè)有氣隙(3)；在初級鐵心(1)內(nèi)側(cè)設(shè)有初級三相繞組(2)；次級動子包括次級鐵心(4)、次級右上永磁體(5)、次級左上永磁體(6)、次級非導(dǎo)磁材料(7)、次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)；次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8)、次級左上永磁體(6)與次級左下永磁體(9)分別組成一對極，并分別位于次級鐵心(4)外側(cè)，兩邊的磁路由次級非導(dǎo)磁材料(7)隔開。
2. 如權(quán)利要求1所述的分離式海浪直線發(fā)電機(jī)，其特征在于次級右上永磁體 (5)、次級左上永磁體(6)具有相同的極性，次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)具有相同的極性，并且次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8) 極性相反，這樣布局使電機(jī)動子兩邊受到的平行方向的電磁力相等，兩邊的氣隙 相等。
3. 如權(quán)利要求1所述的分離式海浪直線發(fā)電機(jī)，其特征在于初級與次級間有 0.5 - l厘米的氣隙(3)。
全文摘要
分離式海浪直線發(fā)電機(jī)是用于海浪發(fā)電的新型永磁直線同步電機(jī)。利用海浪運(yùn)動經(jīng)能量轉(zhuǎn)換器帶動直線發(fā)電機(jī)動子運(yùn)動，動子切割直線發(fā)電機(jī)定子繞組，產(chǎn)生感生交流電。因此此設(shè)備是一種利用直線運(yùn)動將海浪運(yùn)動能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備該發(fā)電機(jī)在初級鐵心(1)內(nèi)側(cè)設(shè)有初級三相繞組(2)；次級動子包括次級鐵心(4)、次級右上永磁體(5)、次級左上永磁體(6)、次級非導(dǎo)磁材料(7)、次級右下永磁體(8)、次級左下永磁體(9)；次級右上永磁體(5)與次級右下永磁體(8)、次級左上永磁體(6)與次級左下永磁體(9)分別組成一對極，并分別位于次級鐵心(4)外側(cè)，兩邊的磁路由次級非導(dǎo)磁材料(7)隔開。
文檔編號H02K35/02GK101237177SQ200810020658
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者余海濤, 胡敏強(qiáng), 顧玉田 申請人:東南大學(xué)