CN204733060U - 一种波浪发电用永磁直线发电机 - Google Patents

一种波浪发电用永磁直线发电机 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种波浪发电用永磁直线发电机。解决的技术问题：针对现有直驱式波浪发电用永磁直线电机在低速运行时电机内磁阻力较大、输出电能效率低、输出电能质量较差、谐波含量较高的问题。采取的技术方案是，包括定子结构和动子结构；动子结构位于定子结构内，且两者之间留有间隙；动子结构包括空心动子铁芯的外表面上交替设置N极性永磁体环和S极性永磁体环；定子结构包括定子铁芯轭部和设置在定子铁芯轭部上的定子齿槽内的绕组线圈。优点，本直线发电机具有电机磁阻力小、抖动小、输出电能质量高、效率高、成本低，用于直接驱动的波浪能发电或者采用直线运动驱动的发电装置中。

Description

一种波浪发电用永磁直线发电机
技术领域
本实用新型涉及一种直线发电机，特别涉及一种波浪发电用永磁直线发电机。
背景技术
由于波浪能发电机技术中波浪能源的清洁性、可再生性，该项技术已经得到广泛的应用。国内外常用的波浪能发电装置多采用能量转换装置，首先向波浪的起伏直线运动转换成旋转运动，再通过旋转发电机将动能转换成电能。由于中间转换装置的存在，使得整个装置***的能量转换效率不高；此外，***装置的投资成本和维修成本较大；最后，此种类型发电装置对安装的场地和自然条件有很严格的要求。
直驱式波浪发电装置利用直线发电机将波浪的直线运动直接转换成电能，整个***的能量转换效率提高，但普通的直线发电机在直驱波浪发电中应用存在如下缺点：首先电机内永磁体与电机齿槽结构间作用力(又称磁阻力)波动偏大，导致电机启动时功耗较大且运行稳定性差；其次普通直线发电机在不规则波浪运动的驱动下，输出电能质量较差，谐波含量较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有直驱式波浪发电用永磁直线电机在低速运行时电机内磁阻力较大、输出电能效率低、输出电能质量较差、谐波含量较高的问题。
本实用新型的设计思想是，采用不对称半开口的定子齿槽结构，有效地解决电机内磁阻力偏大、电机运行时抖动幅度较大、运行不稳定的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：
一种波浪发电用永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构；动子结构位于定子结构内，且两者之间留有间隙；
动子结构包括空心动子铁芯；空心动子铁芯的外表面上交替设置N极性永磁体环和S极性永磁体环；每相邻两个N极性永磁体环和S极性永磁体环等间隔设置，间隔距离为n13.5mm；n为大于等于1的正整数；
定子结构包括：
定子铁芯轭部；定子铁芯轭部的中心处设置有用于贯穿动子结构的中心内腔；定子铁芯轭部的中空内腔的两端处分别外凸设置有环形边端齿，定子铁芯轭部的中空内腔的中间处外凸设置有环形中心齿，位于环形中心齿与环形边端齿之间的中空内腔外凸设置有环形T型齿；环形中心齿的截面形状为矩形，环形中心齿的截面形状为矩形，环形T型齿的截面形状为“T”字型；环形边端齿的宽度D1与环形T型齿齿端的宽度D2与环形中心齿的宽度D3之间的比值关系为：5：12：10；环形边端齿与环形T型齿之间以及环形T型齿与环形中心齿之间均构成定子齿槽，且定子齿槽的槽宽均相等，槽宽范围为：7mm～15mm；
设置在定子齿槽内的绕组线圈。
本实用新型直线发电机，动子结构内的N极性永磁体环和S极性永磁体环采用表贴式结构贴于空心动子铁芯的外圆周表面上空心动子铁芯采用现有技术中的导磁性硅钢片叠成；永磁体环结构采用现有技术中的钕铁硼稀土永磁材料制成。
对上述技术方案的改进，定子结构和动子结构均为圆筒型结构。本实用新型中的定子结构和动子结构均采用圆筒型结构其目的是，使得本发电机的内动子和定子间的径向作用力相互抵消，外动子和定子间的径向作用力相互抵消。此外，本发电机的筒型设计结构也降低了平板式等其他普通直线电机在运动时出现的抖动现象，增加了电机的稳固性和效率；所以，本电机在启动与运行时阻力小，耗能少，能量转换率高。
对上述技术方案的进一步改进，绕组线圈为饼型绕组线圈。本实用新型采用的饼型绕组线圈，提高了绕组利用率，提高电机电能转换效率。
对上述技术方案的更进一步改进，动子结构和定子结构之间的间隙为2mm～5mm。
本实用新型与现有技术相比的优点：
1、本直线发电机的定子齿槽结构采用非对称半开口结构，有效解决电机内磁阻力偏大、电机运行时抖动幅度较大、运行不稳定的技术问题。
2、本直线发电机定子槽距τs与动子永磁体极距τP之比k(k＝τs/τP)在0.5～0.75时，使得电机电枢绕组输出端电压幅值达到最大，输出电能质量提高。
3、本直线发电机的定子电枢绕组采用集中式绕组且采用饼式线圈，提高了绕组利用率，提高电机电能转换效率。
4、本直线发电机结构简单、制作与维修成本低、电机磁阻力小、抖动小、效率高，可用于点吸收式直驱式波浪能发电装置中，用于孤岛的沿海发电***。
附图说明
图1为本实施例发电机的二维结构剖视图。
图2为本实施例定子结构的三维结构示意图。
图3为本实施例动子结构的三维结构示意图。
图4为本实施例发电机磁链波形。
图5为本实施例发电机电动势波形与永磁体高度变化曲线。
图6为本实施例发电机磁阻力波形与永磁体高度变化曲线。
其中，1、环形边端齿，2、环形T型齿，3、环形中心齿，4、绕组线圈，5、定子铁芯轭部，6、空心动子铁芯，7、N极性永磁体环，8、S极性永磁体环，9、中空内腔，10、定子齿槽。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图6和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例：
图1是本实施例本实施例发电机的二维结构剖视图，如图1所示，本实施例的波浪发电用永磁直线发电机，包括定子结构和动子结构。动子结构位于定子结构内，且两者之间留有的优选间隙为3mm。
本实施例中的定子结构和动子结构均为圆筒型结构。
本实施例中的动子结构包括空心动子铁芯6为空心筒型结构，并采用现有技术中的导磁性能材料制成。截面为矩形的N极性永磁体环7和S极性永磁体环8采用表贴式结构交替贴于空心动子铁芯6的外圆周表面上，将充磁方向相差180°的两个永磁体环组成一对磁极。N极性永磁体环7和S极性永磁体环8采用现有技术中的采用钕铁硼永磁材料制成。如图3所示。
本实施例中的N极性永磁体环7和S极性永磁体环8的宽度可以相同也可不同。本实施例中的每相邻两个N极性永磁体环7和S极性永磁体环8等间隔设置，间隔距离优选为13.5mm。
本实施例中的定子结构包括：定子铁芯轭部5和设置在定子铁芯轭部5上的定子齿槽10内的绕组线圈4。如图1、2所示。本实施例中的绕组线圈4采用现有技术中的饼型绕组线圈，提高了绕组利用率，提高电机电能转换效率。
定子铁芯轭部5的中心处设置有用于贯穿动子结构的中心内腔9；定子铁芯轭部5的中空内腔9的两端处分别外凸设置有环形边端齿1，定子铁芯轭部5的中空内腔9的中间处外凸设置有环形中心齿3，位于环形中心齿3与环形边端齿1之间的中空内腔9外凸设置有环形T型齿2。环形边端齿1的宽度；环形边端齿1与环形T型齿2之间以及环形T型齿2与环形中心齿3之间均构成定子齿槽10，且定子齿槽10的槽宽均相等。
如图4所示，本实施例的发电机动子在恒速V＝0.3m/s运动时，电机内磁链变化波形，磁链变化幅值达到-0.8Wb～-0.9Wb。
如图5所示，本实施例的发电机动子在恒速V＝0.3m/s运动时，电机输出电动势幅值随着永磁高度的增加而增大，在永磁体高度为6mm时，电机电动势幅值达到60V，且具有较好的正弦性。
如图6所示，本实施例的发电机动子在恒速V＝0.3m/s运动时，当电机槽距与极距比K＝1时，所述发电机磁阻力波动幅值达到最小为22.5N，故所述发电机抖动小，启动功耗小，效率高。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (4)

1.一种波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，包括定子结构和动子结构；动子结构位于定子结构内，且两者之间留有间隙；
动子结构包括空心动子铁芯(6)；空心动子铁芯(6)的外表面上交替设置N极性永磁体环(7)和S极性永磁体环(8)；每相邻两个N极性永磁体环(7)和S极性永磁体环(8)等间隔设置，间隔距离为n 13.5mm；n为大于等于1的正整数；
定子结构包括：
定子铁芯轭部(5)；定子铁芯轭部(5)的中心处设置有用于贯穿动子结构的中心内腔(9)；定子铁芯轭部(5)的中空内腔(9)的两端处分别外凸设置有环形边端齿(1)，定子铁芯轭部(5)的中空内腔(9)的中间处外凸设置有环形中心齿(3)，位于环形中心齿(3)与环形边端齿(1)之间的中空内腔(9)外凸设置有环形T型齿(2)；环形中心齿(3)的截面形状为矩形，环形中心齿(3)的截面形状为矩形，环形T型齿(2)的截面形状为“T”字型；环形边端齿(1)的宽度D1与环形T型齿(2)齿端的宽度D2与环形中心齿(3)的宽度D3之间的比值关系为：5：12：10；环形边端齿(1)与环形T型齿(2)之间以及环形T型齿(2)与环形中心齿(3)之间均构成定子齿槽(10)，且定子齿槽(10)的槽宽均相等，槽宽范围为：7mm～15mm；
设置在定子齿槽(10)内的绕组线圈(4)。
2.如权利要求1所述的波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，定子结构和动子结构均为圆筒型结构。
3.如权利要求1所述的波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，绕组线圈(4)为饼型绕组线圈。
4.如权利要求1所述的波浪发电用永磁直线发电机，其特征在于，动子结构和定子结构之间的间隙为2mm～5mm。
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