[发明专利]低速大转矩永磁游标直线波浪发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种Halbach低速大转矩永磁游标直线波浪发电机，属于波浪发电技术领域。

背景技术

水体蕴藏着巨大的能量，在世界能源日益紧张的今天，波浪发电成为发展新能源的重要方向。而传统波浪发电机所采用的是旋转电机，在低速时效率低、耐久性差，成为制约波浪发电发展的重要因素。近年来，我国学者提出采用直线电机直接利用波浪的上下垂直位移作为动力，驱动电机次级直线运动产生电能，可使整个系统效率提高、寿命增长等。但是由于波浪运动速度较低，传统采用齿轮箱作为中间环节进行调速，以增加电机次级速度，而齿轮箱使整个传动系统体积和重量增加，同时还有噪声、磨损、响应时间长等问题。

若采用Halbach低速大转矩永磁游标直线波浪发电机，通过初级铁芯上磁通调制极的引入，省去了传统磁齿轮中的高速侧以及独立的调磁环结构，使得电机结构更为简单，既可以调节速度，又解决了机械齿轮传动系统噪声高、效率低、传输精度低、响应慢、机械磨损等问题。因此，有必要提出一种的直线电机装置以推动波浪发电的发展。

发明内容

技术问题：本发明针对波浪发电现有技术的缺陷，提出一种低速大转矩永磁游标直线波浪发电机，利用电机初级铁芯上磁通调制极的调制作用，省去传统磁齿轮结构中的调磁环以及磁齿轮高速侧，将磁齿轮低速侧作为电机次级永磁体，使结构更加简单，并减少了电机损耗、体积和重量，提高了效率和耐久性。同时次级永磁体采用特殊的Halbach阵列，可以提供更大的有效磁场谐波成份和输出转矩，减少动子铁芯磁轭的磁通密度，降低铁芯损耗。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种低速大转矩永磁游标直线波浪发电机，该电机包括电机初级、与电极初级隔有气隙的电机次级；

电机初级包括圆柱状的初级铁芯、初级绕组、磁通调制极；初级铁芯的外周设有突出其表面的凸齿，在凸齿上设有磁通调制极，初级绕组嵌入初级铁芯的相邻凸齿之间的线槽内，初级铁芯固定于水底；

电机次级包括永磁体、圆筒状的动子铁芯、浮筒；低速侧的永磁体沿圆筒状的动子铁芯表面轴向等间距分布，动子铁芯固定在浮筒内，动子铁芯和浮筒作为一个整体漂浮在水面上。

优选的，动子铁芯与初级绕组之间有气隙。

优选的，永磁体的材料为钕铁硼，每块永磁体分成三份，每份充磁方向不同，使磁场沿轴向按正弦分布。

优选的，电机初级铁芯和动子铁芯材料均为硅钢片。

优选的，浮筒材料为不导磁材料。

优选的，永磁体极对数n_r与初级绕组极对数n_p之和为磁通调制极的个数n_s。

有益效果：

（1）    省去了机械变速齿轮箱，不存在齿轮箱的机械磨损、维护和噪音问题，提高了电机可靠性。同时提高了电机转速，减小了电机的体积、重量和制造成本；

（2）    电机为单气隙结构，加工工艺简单，稳定性及可靠性得到提高；

（3）    电机中有更多的磁力线通过气隙，因此气隙磁通密度的有效谐波成份值比普通磁场调制式永磁电机高，输出转矩增大；

（4）    电机动子铁芯磁轭磁通密度可以大量减少，这将减少动子铁芯磁轭铁芯损耗，缩小动子铁芯轭部大小，节省材料；

（5）    电机次级永磁体之间通过铁心隔离，阻断了各永磁体中涡流电流的相互流动，降低了永磁体中的涡流损耗；

（6）    动子铁芯采用高磁能积钕铁硼励磁，没有滑环和电刷，无需外加电源励磁，具有结构简单、体积小重量轻、功率密度高、效率高以及可靠性好等优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中有：初级铁芯1、初级绕组2、磁通调制极3、永磁体4、动子铁芯5、浮筒6、水面7；

图2为本发明磁齿轮低速侧局部永磁体充磁方向示意图；

其中有：初级铁芯1、初级绕组2、磁通调制极3、永磁体4、动子铁芯5。

永磁体4每个极被分成三份，图中箭头所指方向为该份永磁体的充磁方向，每份永磁体的宽度和充磁方向均可调节，以达到最大的功率输出。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。