本发明专利技术提供一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置及方法。本发明专利技术波浪能发电装置由端盖、整流滤波稳压器、电机定子、复合转子、磁调制定子、低速转子和底座沿轴向装配而成。本发明专利技术基于磁通解耦原理，将无槽盘式电机的转子和轴向磁通磁齿轮的高速转子复合为一体，用于实现两种电磁机构之间结构的耦合及磁通的解耦，保证两种电磁机构的磁路互不干扰，使组成的磁齿轮复合电机具有稳定的工作性能。本发明专利技术利用磁齿轮的增速和失步效应，在内置偏心摆的驱动下，无需与海水直接接触便可实现波浪能的高效发电，且具备过载自保护功能，能够为海面无人航行器长期连续供电，结构牢固、体积紧凑且使用寿命长，具有良好的实用价值。具有良好的实用价值。具有良好的实用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置及方法
[0001]本专利技术涉及波浪能发电
，具体而言，尤其涉及一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置及方法。
技术介绍
[0002]海面无人航行器是一类搭载多种传感器并进行远洋作业的小型海上无人平台，通常由太阳能光伏板或小容量的锂电池进行供电，续航能力欠佳。波浪能发电装置是一类能够高效收集并转化海洋中高密度波浪能的机电设备，将其应用于海面无人航行器的供电系统中，能够解决海面无人航行器的长期稳定供电问题，具有良好的研究和应用前景。
[0003]常见的波浪能发电装置主要由俘能振子、传动机构和永磁电机组成。其中，传动机构普遍利用机械齿轮副来匹配俘能振子与永磁电机转子的运动，齿廓间的摩擦损耗不仅会减少传动机构的工作寿命，而且会降低发电装置的能量转换效率。
[0004]磁齿轮复合电机是一类结构上由磁齿轮和传统永磁电机复合而成的新型永磁电机，既能高效发电，又具备磁齿轮的无接触传动与过载保护功能，能够降低摩擦损耗并规避电机过载损毁，从而适应复杂多变的海洋环境。然而，现有的磁齿轮复合电机通常存在着磁齿轮与电机间的磁通耦合，不仅会降低其发电和传动效率，而且难以实现过载自保护功能。同时，复合电机的定子磁轭通常使用开槽结构，在电机转子转动时会产生较高幅值的周期性齿槽转矩，不利于复合电机的启动和平稳运转。
[0005]因此，研制高性能的磁齿轮复合电机并将其应用于波浪能发电装置上，能够打破以往电力供应问题对海面无人航行器使用范围的桎梏，保证航行器的供电系统具有良好的使用寿命和工作效率，对于提高海面无人航行器的续航能力具有重要意义。
技术实现思路
[0006]根据上述提出的技术问题，提供一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置及方法。本专利技术装置分别以偏心摆和无齿槽解耦式磁齿轮复合电机作为俘能和发电单元，并将各零件沿轴向紧密装配为一体。本专利技术利用磁齿轮的增速和失步效应，在内置偏心摆的驱动下，无需与海水直接接触便可实现波浪能的高效发电，且具备过载自保护功能，能够为海面无人航行器长期连续供电，结构牢固、体积紧凑且使用寿命长，具有良好的实用价值。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置，包括海面无人航行器和波浪能发电装置，波浪能发电装置固定连接在海面无人航行器表面的支座上，波浪能发电装置的电能输出端连接海面无人航行器的电源端，其中：
[0009]所述波浪能发电装置，由端盖、整流滤波稳压器、电机定子、复合转子、磁调制定子、低速转子和底座沿轴向装配而成；所述复合转子采用分离的双磁轭结构，将无槽盘式电机的转子和轴向磁通磁齿轮的高速转子复合为一体，用于实现两种电磁机构之间结构的耦合及磁通的解耦。
[0010]进一步地，所述电机定子包括定子外壳、角接触球轴承、定子磁轭和三相集中绕组，其中：
[0011]所述定子外壳由导热尼龙制成，端部设置有导线引出孔；
[0012]所述角接触球轴承正装安置在定子外壳的轴承座内；
[0013]所述定子磁轭由硅钢片叠压而成，并通过外壳端面流道内的环氧树脂和环槽与外壳固定；
[0014]所述三相集中绕组包括9个旋向相同的铜制圆线圈，按照3对极连接并固定在磁轭上，形成无槽定子结构。
[0015]进一步地，所述复合转子包括角接触球轴承、高速轴、发电机转子磁极、发电机转子磁轭、复合转子外壳、磁齿轮高速转子磁轭和磁齿轮高速转子磁极，其中：
[0016]所述角接触球轴承正装安置在复合转子外壳的轴承座内；
[0017]所述高速轴采用过盈配合的方式安插在复合转子外壳的轴孔内；
[0018]所述发电机转子磁极设置为3对，所述磁齿轮高速转子磁极设置为2对，且均由轴向充磁的扇形铷磁铁制成，按顺序固定在对应磁轭端面以组成励磁磁环，使得相邻磁极的充磁方向相反；励磁磁环均通过复合转子外壳的端面流道内的环氧树脂和环槽与复合转子外壳固定，两块磁轭由两侧槽底间距自然隔开，以实现发电机与磁齿轮磁通的解耦；
[0019]所述发电机转子磁轭和磁齿轮高速转子磁轭均由硅钢片叠压而成；
[0020]所述复合转子外壳由导热尼龙制成。
[0021]进一步地，所述磁调制定子包括调制铁极、固定轴、磁调制定子外壳和固定轴环，其中：
[0022]所述调制铁极设置有7块且均由硅钢片叠压而成，嵌入在外壳的扇形槽内并由流道内的环氧树脂固定；
[0023]所述固定轴和所述固定轴环均由不锈钢制成，采用过盈配合的方式安插在磁调制定子外壳的轴孔内。
[0024]所述磁调制定子外壳由导热尼龙制成。
[0025]进一步地，所述低速转子包括角接触球轴承、磁齿轮低速转子磁极、低速转子外壳、偏心摆和低速轴，其中：
[0026]所述角接触球轴承正装安置在低速转子外壳的轴承座内。
[0027]所述磁齿轮低速转子磁极由扇形铷磁铁制成，包括10块轴向充磁和10块切向充磁，10块轴向充磁和10块切向充磁组成5对极的环形Halbach阵列，并通过低速转子外壳的端面流道内的环氧树脂和环槽与低速转子外壳固定；
[0028]低速转子外壳由导热尼龙制成；
[0029]所述铅制偏心摆安插在低速转子外壳的凸轴上；
[0030]所述低速轴采用过盈配合的方式安插在偏心摆的轴孔内；
[0031]进一步地，所述底座包括角接触球轴承和底座外壳，其中：
[0032]所述角接触球轴承正装安置在底座外壳的轴承座内；
[0033]所述底座外壳由导热尼龙制成。
[0034]本专利技术还提供了一种基于上述用于海面无人航行器的波浪能发电装置的波浪能发电方法，包括：
[0035]在所述波浪能发电装置中，除所述偏心摆外，其余轴上零件的总体重心位于轴线上，即只有所述偏心摆的重力能够产生轴向转矩；
[0036]在外部波浪的作用下，所述波浪能发电装置将跟随所述海面无人航行器做无规则摇荡，使得所述偏心摆的重心位置不断变化，所述偏心摆的重力在重心运动轨迹上的切向分量将对轴线产生驱动力矩，带动低速转子转动；
[0037]通过磁齿轮的增速效应，低速转子的转速将被放大并传递给复合转子，进而在所述电机定子上产生高频磁场并激励绕组产生高幅感应电动势；
[0038]不考虑所述波浪能发电装置内的摩擦和涡流损耗，所述波浪能发电装置将俘获的波浪能高效转化为电能并经过整流、滤波和稳压后为所述海面无人航行器的电源充电。
[0039]进一步地，在设计复合电机的性能参数时，保证磁齿轮高速转子的最大静态转矩低于电机的极限转矩，利用磁齿轮的失步效应对复合电机进行过载保护。
[0040]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0041]1、本专利技术提供的用于海面无人航行器的波浪能发电装置，利用磁齿轮取代了传统波浪能发电装置中的机械齿轮结构，能够实现无接触传动和过载保护功能，提升了发电装置的能量转化效率和使用寿命。
[0042]2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于海面无人航行器的波浪能发电装置，包括海面无人航行器(1)和波浪能发电装置(2)，其特征在于，波浪能发电装置(2)固定连接在海面无人航行器(1)表面的支座上，波浪能发电装置(2)的电能输出端连接海面无人航行器(1)的电源端，其中：所述波浪能发电装置(2)由端盖(3)、整流滤波稳压器(4)、电机定子(5)、复合转子(6)、磁调制定子(7)、低速转子(8)和底座(9)沿轴向装配而成；所述复合转子(6)采用分离的双磁轭结构，将无槽盘式电机的转子和轴向磁通磁齿轮的高速转子复合为一体，用于实现两种电磁机构之间结构的耦合及磁通的解耦。2.根据权利要求1所述的用于海面无人航行器的波浪能发电装置，其特征在于，所述电机定子(5)包括定子外壳(11)、角接触球轴承(12)、定子磁轭(13)和三相集中绕组(14)，其中：所述定子外壳(11)由导热尼龙制成，端部设置有导线引出孔；所述角接触球轴承(12)正装安置在定子外壳(11)的轴承座内；所述定子磁轭(13)由硅钢片叠压而成，并通过外壳端面流道内的环氧树脂和环槽与外壳固定；所述三相集中绕组(14)包括9个旋向相同的铜制圆线圈，按照3对极连接并固定在磁轭上，形成无槽定子结构。3.根据权利要求1所述的用于海面无人航行器的波浪能发电装置，其特征在于，所述复合转子(6)包括角接触球轴承(12)、高速轴(15)、发电机转子磁极(16)、发电机转子磁轭(17)、复合转子外壳(18)、磁齿轮高速转子磁轭(19)和磁齿轮高速转子磁极(20)，其中：所述角接触球轴承(12)正装安置在复合转子外壳(18)的轴承座内；所述高速轴(15)采用过盈配合的方式安插在复合转子外壳(18)的轴孔内；所述发电机转子磁极(16)设置为3对，所述磁齿轮高速转子磁极(20)设置为2对，且均由轴向充磁的扇形铷磁铁制成，按顺序固定在对应磁轭端面以组成励磁磁环，使得相邻磁极的充磁方向相反；励磁磁环均通过复合转子外壳(18)的端面流道内的环氧树脂和环槽与复合转子外壳(18)固定，两块磁轭由两侧槽底间距自然隔开，以实现发电机与磁齿轮磁通的解耦；所述发电机转子磁轭(17)和磁齿轮高速转子磁轭(19)均由硅钢片叠压而成；所述复合转子外壳(18)由导热尼龙制成。4.根据权利要求1所述的用于海面无人航行器的波浪能发电装置，其特征在于，所述磁调制定子(7)包括调制铁极(21)、固定轴(22)、磁调制定子外壳(23)和固定轴环(24)，其中：所述调制铁极(21)设置有7块且均由硅钢片叠压而成，嵌入在外壳的扇...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永欣，张翔宇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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