本发明专利技术公开了一种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，是一种将直线磁齿轮和永磁直线电机串联相结合的发电装置，包括永磁直线电机部分、直线磁齿轮部分、浮筒、浮子、外部封装装置和底座；通过驱动马达和机械传动部带动外动子在一定速度范围内运动，达到传动比可变的目的，整套装置具有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、无终端绕组，没有径向力施加在轴承上等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置
本专利技术涉及一种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，尤其涉及一种综合 利用直线磁齿轮与永磁直线电机的圆筒型波浪能发电装置。
技术介绍
随着全球人口的不断膨胀，生化能源的日益减少以及环境污染的加剧，人们不得 不寻找无污染、清洁、可持续发展的可再生能源来解决目前的危机。海洋能作为一种储量 大、可再生的清洁能源，受到了国内外专家学者的关注。海洋能包括海洋风能、潮汐能、波浪 能、海洋生物质能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等，波浪能属于海洋能其中的一种，与 风能、太阳能相比，波浪能又具有功率密度大、可预测性强等优点，我国作为一个海洋大国， 海岸线长超过1. 8万千米，海岛岸线1. 4万千米，波浪能资源丰富，根据中国沿海海洋观测 站台的资料估算，中国沿海理论波浪年平均功率约为1. 3X 107kW，若将其合理充分的利用， 将会使得我国能源的结构更加合理，资源利用更加的充分。经过几十年的研究，国内外学者 提出了多种波浪能转换技术，但是利用波浪能发电一直没有出现革命性的突破。 在以往利用波浪能发电的系统中，多采用各种机械或液压装置将波浪的上下往复 直线运动转换为旋转运动，从而利用旋转电机来进行能量的转换，这势必就存在转换过程 中能量的损失，同时，旋转电机在低速的条件下存在效率低下、耐久性差的问题，这就严重 的制约了波浪发电技术的发展。近几年来，有学者提出直接采用直线电机直接利用波浪的 直线运动并将其转化为电能。然而，由于波浪上下振动的速度比较缓慢，所以不论是采用旋 转电机还是直线电机，发电机的体积与质量一般较大，从而会带来制造成本高、安装调试维 护困难等一系列的问题；如果采用传统齿轮箱或是液压系统来进行增速达到增加发电机动 子速度的目的，必然会带来整体系统效率降低，维护复杂等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于串联直线磁齿 轮电机的波浪能发电装置，是一种综合利用直线磁齿轮与永磁直线电机的圆筒型波浪能发 电装置，能够解决由于波浪运动速度缓慢带来的一系列问题，完成增速传动的目的，并且能 够实现传动比可调，可以有效的减小电机的尺寸，更好的吸收波浪能，具有更好的经济效 应。 技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： -种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，包括永磁直线电机部分、直线 磁齿轮部分、浮筒、浮子、外部封装装置和底座； 所述永磁直线电机部分包括电机定子铁心、电机绕组和电机转换器；电机转换器 包括筒状的电机转换器永磁和筒状的电机转换器铁心，电机转换器永磁贴合电机转换器铁 心外壁固定套设；电机绕组嵌置在电机定子铁心内表面的齿槽中，电机转换器套设在电机 定子铁心内侧，电机转换器和电机定子铁心之间形成电机气隙； 所述直线磁齿轮部分包括驱动马达、机械传动部、磁齿轮内动子、磁齿轮外动子和 调磁环；磁齿轮内动子包括筒状的内动子铁心和筒状的内动子永磁，内动子永磁贴合内动 子铁心外壁固定套设；磁齿轮外动子包括筒状的外动子永磁和筒状的外动子铁心，外动子 永磁贴合外动子铁心内壁固定套设；所述调磁环包括导磁环（比如铁磁材料的导磁环）和 非导磁环（比如低温超导材料的非导磁环，以大大减小漏磁现象），导磁环和非导磁环交 错间隔叠放形成筒状；调磁环套设在磁齿轮内动子外侧，磁齿轮外动子套设在调磁环外侧； 驱动马达的固定端安装在调磁环的上端部，驱动马达的动作端通过机械传动部与磁齿轮外 动子相连，驱动磁齿轮外动子沿轴向往复运动，通过驱动马达控制磁齿轮外动子在一定范 围内速度可调，以实现磁齿轮传动比可调的目的；磁齿轮内动子和调磁环之间形成第一气 隙，调磁环和磁齿轮外动子之间形成第二气隙； 所述电机转换器铁心和内动子铁心同轴固定（比如通过铸连的方式），且内动子 铁心位于电机转换器铁心上方，除电机转换器铁心和内动子铁心端部相连外，永磁直线电 机部分和直线磁齿轮部分其余部分不相干涉； 所述永磁直线电机部分和直线磁齿轮部分均置于外部封装装置内，电机定子铁心 贴合外部封装装置内壁，磁齿轮外动子与外部封装装置内壁存在间隙；底座固定安装在外 部封装装置底部，浮筒固定安装在调磁环顶部，浮子通过连杆机构与浮筒连接。 本专利技术的波浪能发电装置是直线磁齿轮与永磁直线电机的串联式结构，底座固定 在海底，浮子漂浮在海面，浮子随波浪起伏上下运动，带动浮筒运动，进而带动调磁环上下 做直线运动，由于电机转换器铁心和内动子铁心固连，因此实现了通过磁齿轮增速提高电 机转换器的运动速度的目的 优选的，在电机定子铁心的两端分别设置有额外固定轴承，额外固定轴承内圈与 电机转换器永磁连接，额外固定轴承外圈与外部封装装置内壁固定。通过额外固定轴承对 电机转换器进行进一步的位置固定，保证其工作的稳定性。 优选的，所述电机定子铁心与电机绕组组成的电机定子部分采用环氧树脂密封； 所述电机定子部分可采用凸定子与辅助槽结构。 优选的，该波浪能发电装置中的所有永磁部分（包括电机转换器永磁、内动子永 磁、外动子永磁和导磁环）均采用具有自屏蔽效应的准Halbach结构的永磁体（比如具 有自屏蔽效应的准Halbach结构的钕铁硼永磁体）；该波浪能发电装置中的所有铁心部分 (包括电机定子铁心、电机转换器铁心、内动子铁心、外动子铁心）均采用硅钢片叠加结构； 该波浪能发电装置中的所有绕组部分（包括电机绕组）均采用三相集中绕组结构（比如新 型的模块化饼式结构）。 有益效果：本专利技术提供的基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，与现有技 术相比，具有如下优点： 1、相比于传统的基于旋转电机的波浪能发电装置，本专利技术的发电装置能够直接利 用波浪的上下起伏将其转化为电能，不需要先将波浪的直线运动通过转化为旋转再驱动旋 转发电机发电的中间转换装置，结构简单，大大减小了系统的复杂性，转换效率高，从而提 高了整个发电系统的发电效率； 2、相比于单一基于直线电机的波浪发电装置，本专利技术的发电装置由于直线磁齿轮 的增速作用，从而能够大大减小直线电机的尺寸，进而减小制造的成本以及安装调试的复 杂程度； 3、相比于平行并联式的直线磁齿轮复合电机，直线磁齿轮和永磁直线同步电机的 串联式结构中，齿轮和电机公用一个轴，他们的磁路可以分开独立设计，减轻了复合磁路设 计的复杂性； 4、采用圆筒式的结构，具有高空间使用率、少漏磁、大推力密度、无终端绕组以及 无径向力施加在轴承上的优点； 5、将直线磁齿轮与永磁同步电机相串联的结构，磁齿轮的调磁环与浮筒相连接， 在波浪的作用下做直线运动，通过直线磁齿轮部分进行增速，减小发电机的体积的同时，也 避免了传统装置中发电机前另外增设齿轮箱或者液压系统来增速所引起的损耗以及发热 等问题，同时，相比于将直线磁齿轮内外动子作为输入输出的结构，将调磁环作为低速动子 的结构在相同永磁体极对数的条件下会得到更大的传动比； 6、采用磁力传动方案，因为其为非接触传动，所以不存在润滑以及机械磨损等问 题，同时磁齿轮具有很好的扛过在能力，能够有效的降低大风浪对系统造成的破坏； 7、绕组采用模块化饼式结构，具有绕线结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，其特征在于：包括永磁直线电机部分(1)、直线磁齿轮部分(2)、浮筒(3)、浮子(4)、外部封装装置(5)和底座(6)；所述永磁直线电机部分(1)包括电机定子铁心(11)、电机绕组(12)和电机转换器(13)；电机转换器(13)包括筒状的电机转换器永磁(131)和筒状的电机转换器铁心(132)，电机转换器永磁(131)贴合电机转换器铁心(132)外壁固定套设；电机绕组(12)嵌置在电机定子铁心(11)内表面的齿槽中，电机转换器(13)套设在电机定子铁心(11)内侧，电机转换器(13)和电机定子铁心(11)之间形成电机气隙(15)；所述直线磁齿轮部分(2)包括驱动马达(21)、机械传动部(22)、磁齿轮内动子(23)、磁齿轮外动子(24)和调磁环(25)；磁齿轮内动子(23)包括筒状的内动子铁心(231)和筒状的内动子永磁(232)，内动子永磁(232)贴合内动子铁心(231)外壁固定套设；磁齿轮外动子(24)包括筒状的外动子永磁(241)和筒状的外动子铁心(242)，外动子永磁(241)贴合外动子铁心(242)内壁固定套设；所述调磁环(25)包括导磁环(251)和非导磁环(252)，导磁环(251)和非导磁环(252)交错间隔叠放形成筒状；调磁环(25)套设在磁齿轮内动子(23)外侧，磁齿轮外动子(24)套设在调磁环(25)外侧；驱动马达(21)的固定端安装在调磁环(25)的上端部，驱动马达(21)的动作端通过机械传动部(22)与磁齿轮外动子(24)相连，驱动磁齿轮外动子(24)沿轴向往复运动；磁齿轮内动子(23)和调磁环(25)之间形成第一气隙(26)，调磁环(25)和磁齿轮外动子(24)之间形成第二气隙(27)；所述电机转换器铁心(132)和内动子铁心(231)同轴固定，且内动子铁心(231)位于电机转换器铁心(132)上方，除电机转换器铁心(132)和内动子铁心(231)端部相连外，永磁直线电机部分(1)和直线磁齿轮部分(2)其余部分不相干涉；所述永磁直线电机部分(1)和直线磁齿轮部分(2)均置于外部封装装置(5)内，电机定子铁心(11)贴合外部封装装置(5)内壁，磁齿轮外动子(24)与外部封装装置(5)内壁存在间隙；底座(6)固定安装在外部封装装置(5)底部，浮筒(3)固定安装在调磁环(25)顶部，浮子(4)通过连杆机构与浮筒(3)连接。...
【技术特征摘要】
1. 一种基于串联直线磁齿轮电机的波浪能发电装置，其特征在于：包括永磁直线电机 部分（1)、直线磁齿轮部分（2)、浮筒（3)、浮子（4)、外部封装装置（5)和底座（6); 所述永磁直线电机部分（1)包括电机定子铁心（11)、电机绕组（12)和电机转换 器（13);电机转换器（13)包括筒状的电机转换器永磁（131)和筒状的电机转换器铁心 (132)，电机转换器永磁（131)贴合电机转换器铁心（132)外壁固定套设；电机绕组（12)嵌 置在电机定子铁心（11)内表面的齿槽中，电机转换器（13)套设在电机定子铁心（11)内 侦!|，电机转换器（13)和电机定子铁心（11)之间形成电机气隙（15); 所述直线磁齿轮部分（2)包括驱动马达（21)、机械传动部（22)、磁齿轮内动子（23)、磁 齿轮外动子（24)和调磁环（25);磁齿轮内动子（23)包括筒状的内动子铁心（231)和筒状 的内动子永磁（232)，内动子永磁（232)贴合内动子铁心（231)外壁固定套设；磁齿轮外动 子（24)包括筒状的外动子永磁（241)和筒状的外动子铁心（242)，外动子永磁（241)贴合 外动子铁心（242)内壁固定套设；所述调磁环（25)包括导磁环（251)和非导磁环（252)， 导磁环（251)和非导磁环（252)交错间隔叠放形成筒状；调磁环（25)套设在磁齿轮内动子 (23)外侧，磁齿轮外动子（24)套设在调磁环（25)外侧；驱动马达（21)的固定端安装在调 磁环（25)的上端部，驱动马达（21)的动作端通过机械传动部（22)与磁齿轮外动子（24) 相连，驱动磁齿轮外动子（24...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海涛，陈洁琳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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