本发明专利技术公开了一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，属于磁齿轮和电机技术领域。本发明专利技术由场调制磁力丝杠和发电机构成，场调制器驱动电机转子，磁齿轮实现多重增速效应，解决了现有直驱式波浪发电机功率密度低、成本高的问题。在轴向磁通电机的基础上，通过改变第一控制绕组和第二控制绕组产生的磁场极对数实现对发电机转子的控制，解决现有发电机波浪捕获范围窄、应对不同海况的调节形式单一导致系统功率密度和效率低下的问题。一导致系统功率密度和效率低下的问题。一导致系统功率密度和效率低下的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机
[0001]本专利技术涉及一种多端口轴向磁通场调制发电机，具体涉及一种用于波浪发电的多端口场调制丝杠轴向磁通发电机，属于磁齿轮和电机
技术介绍
[0002]直驱式波浪发电装置将波浪能直接转化成电能，省去了传动环节，具有结构简单、效率较高、稳定性强的优点。然而，由于直驱式波浪发电机的直驱速度较低，造成直线发电机的功率密度较小，同时大功率直线发电机往往造成电机的定位力较大，影响电机的运动性能，而且直驱式波浪发电机的低速直驱造成电机体积庞大，成本高。除此之外，由于波浪的幅度和频率的变化较大，造成直驱式波浪发电装置输出瞬时功率波动频繁、且波动范围大，短时间尺度内，使得波浪发电的瞬时功率不断波动。这种输出功率长时间尺度波动和短时间尺度波动的叠加波动，使得输出稳定较为困难。此外，现有波浪发电机只能在额定的波浪速度范围内才能正常运转，波浪能利用系数较低，大量的波浪能未能得到充分的捕捉和转化，整个系统的能量转化效率低下。
[0003]基于上述，现有技术中存在的问题是：直驱式波浪发电固有机械速度低，电机体积大，功率密度低，传统螺旋形磁力丝杠虽然可以提高部分能量转换效率，但是由于没有磁齿轮的增速效果，系统的功率密度相对较低，同时，现有直驱式波浪发电机波浪捕获范围窄，应对不同海况的调节形式单一，波浪能利用率低下。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的缺陷而提出一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，在保证可靠性和经济性的前提下，解决了直驱式波浪发电机功率密度低的问题，同时解决了现有发电系统应对不同海况的调节形式单一而导致的系统效率低下的问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，主要由场调制磁力丝杠和发电机构成，包括转轴、电工钢、非导磁材料、外环形永磁体、内丝杠永磁体、定子外壳、定子铁芯I、定子铁芯II、转子铁芯I、转子铁芯II、发电绕组I、永磁体I、第一控制绕组、调制器、发电绕组II、第二控制绕组、永磁体II、轴承；
[0006]所述场调制磁力丝杠部分，内丝杠永磁体安装于转轴外，并绕转轴旋转，外环形永磁体静止，电工钢和非导磁材料在波浪作用下作直线运动。
[0007]所述的发电机部分，定子外壳与定子铁芯I、定子铁芯II连接，并处于静止状态，定子铁芯I装设发电绕组I。转子铁芯I轴向两侧分别装设永磁体I和第一控制绕组，转子铁芯I与转轴连接，做旋转运动。定子铁芯II沿径向方向从内往外分别为调制器、发电绕组II。转子铁芯II沿径向方向从内往外分别是轴承、第二控制绕组、永磁体II。
[0008]所述的电工钢和非导磁材料起到调制作用，同一轴向长度，所述的外环形永磁体极对数为N
so
，内丝杠永磁体的极对数为N
si
，电工钢的个数为N
st
，外环形永磁体在轴向方向
产生的磁密为B
zo
(r,z)，其通过(1)计算：
[0009][0010]式(1)中外环形永磁体在轴向方向产生的磁密为B
zo
(r,z)，包含B
zo11
、B
zo12
和B
zo13
三个分量，Λ(z)为轴向总磁导，F
zo
(r,z)为轴向总磁动势，Λ0和Λ
m
分别为磁导平均分量和磁导交变分量的幅值，t为时间，z
so
和z
st
分别为外环形永磁体和电工钢的轴向位置，F
2m
为外环形永磁体产生的磁动势幅值，v
st
为电工钢在轴向方向的直线运动速度，v
so
为外环形永磁体的直线轴向运动速度，根据磁场分量B
zo12
可知，当N
st
＝N
so
+N
si
时，外环形永磁体和内丝杠永磁体产生的磁场互相耦合，这是磁场调制的基本理论。
[0011]所述的外环形永磁体固定，电工钢在波浪作用下沿轴向方向做直线运动，因此，内丝杠永磁体受到磁场作用做直线运动，但由于本专利技术将内丝杠永磁体固定在转轴上，不可以直线运动，但内丝杠永磁体可以在旋转时产生磁场轴向运动的效果，因此内丝杠永磁体可以在磁场作用下旋转。
[0012]所述的内丝杠永磁体的导程为λ，内丝杠永磁体与电工钢的运动速度满足：推导得内丝杠永磁体的旋转速度满足：因此当N
st
>N
si
时，内丝杠永磁体可以高速旋转，可以将电工钢的低速直线运动转化成内丝杠永磁体的高速旋转运动，形成磁齿轮效果；
[0013]所述的外环形永磁体和内丝杠永磁体均采用Halbach充磁方式，进一步提高功率密度；
[0014]所述的外环形永磁体静止，电工钢外接浮子，在波浪外力作用下在位移距离内沿轴向做直线运动，内丝杠永磁体做高速旋转运动，将动力传输至发电机部分；
[0015]所述的定子铁芯I和定子铁芯II均与定子外壳连接，处于静止状态，所述的转轴与转子铁芯I连接，当转子铁芯I与转轴作周向旋转运动时，发电绕组I作为基础发电端口向外输出电能；
[0016]所述的永磁体I和第一控制绕组分别装设在转子铁芯I的轴向两侧，且分别位于转子铁芯I的径向外侧和径向内侧；
[0017]所述的转子铁芯I径向中部镂空，通过支撑杆连接径向外侧的铁芯部分，这是为了减小转子整体的质量，提高系统的动态响应性能；
[0018]所述的定子铁芯II沿径向方向从内往外分别装设有调制器和发电绕组II；
[0019]所述的转子铁芯II沿径向方向从内往外分别装设有轴承、第二控制绕组和永磁体II，转子铁芯II可以绕转轴作周向旋转运动，也可以处于静止状态；
[0020]所述的第一控制绕组产生的磁场极对数为N
ko
，调制器的齿数为N
kt
，第二控制绕组的极对数为N
ki
，第一控制绕组的磁场在圆周方向的磁密为B
ri
(r,θ)，其通过(2)计算：
[0021][0022]式(2)中，第一控制绕组的磁场在圆周方向的磁密B
ri
(r,θ)包含B
ri11
、B
ri12
和B
ri13
三个分量，Λ(θ)为周向总磁导，F
θi
(r,θ)为周向总磁动势，Λ0和Λ
m
分别为磁导平均分量和磁导交变分量的幅值，和分别为第一控制绕组产生的磁场在圆周方向的相对位置和调制器的相对位置，t为时间，F
1m
为第一控制绕组产生的磁场磁动势幅值，ω
kt
为调制器在圆周方向的旋转角速度，ω
ko
为第一控制绕组产生的磁场在圆周方向的旋转角速度，根据磁场分量B
ri12
可知，当N
kt...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，其特征在于：包括转轴(1)、电工钢(2)、非导磁材料(3)、外环形永磁体(4)、内丝杠永磁体(5)、定子外壳(6)、定子铁芯I(7)、定子铁芯II(8)、转子铁芯I(9)、转子铁芯II(10)、发电绕组I(11)、永磁体I(13)、第一控制绕组(14)、调制器(15)、发电绕组II(16)、第二控制绕组(17)、永磁体II(18)和轴承(19)；所述内丝杠永磁体(5)安装于转轴(1)外，并绕转轴(1)旋转，外环形永磁体(4)静止，电工钢(2)和非导磁材料(3)在波浪作用下作直线运动；所述定子外壳(6)与定子铁芯I(7)、定子铁芯II(8)连接，并处于静止状态，定子铁芯I(7)装设发电绕组I(11)；转子铁芯I(9)轴向两侧分别装设永磁体I(13)和第一控制绕组(14)，转子铁芯I(9)与转轴(1)连接，做旋转运动；定子铁芯II(8)沿径向方向从内往外分别为调制器(15)、发电绕组II(16)；转子铁芯II(10)沿径向方向从内往外分别是轴承(19)、第二控制绕组(17)、永磁体II(18)。2.根据权利要求1所述的一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，其特征在于：所述外环形永磁体(4)的极对数为N
so
，内丝杠永磁体(5)的极对数为N
si
，电工钢(2)的个数为N
st
，同一轴向长度内，满足N
st
＝N
so
+N
si
，且N
so
>N
si
，外环形永磁体(4)和内丝杠永磁体(5)均采用Halbach充磁方式。3.根据权利要求1所述的一种用于波浪发电的场调制丝杠多端口发电机，其特征在于：所述第一控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，李渊，陈珉烁，杨建龙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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