磁齿轮传动的海浪直线发电机 【技术领域】
本发明涉及一种使用磁齿轮传动的海浪直线发电机，具体是一种应用于海浪发电的圆筒型永磁直线同步发电机，本发明涉及电工、电机领域。
背景技术
全球人口不断膨胀，能源问题和环境问题日益严峻，人们不得不寻找新能源解决目前的危机。海洋面积约占全球地表面积的70％，海洋能源是地球上储量最丰富的能源之一。海洋能是指依附在海水中的可再生能源，通过潮汐、海浪等各种形式储存、交换能量。经过将近40年的研究，国内外学者提出了多种海浪发电的方式，但多为利用各类机械装置将海浪的往复直线运动转换成旋转运动，进而由旋转电机进行能量转换，近年来有学者提出采用直线电机直接将海浪的直线运动转换成电能，而不需要任何中间转换机构，效率得以提高。但不管是采用旋转电机还是直线电机，由于海浪运动速度较慢，发电机体积和质量一般较大，制造成本较高，若使用传统齿轮箱进行增速，增加发电机动子速度，必然会带来系统效率降低，需要定期维护等问题。采用磁齿轮传动，既可以解决海浪起伏运动速度与发电机体积之间的矛盾，又可以避免传统齿轮箱直接接触引起的损耗、发热等问题，无需润滑，无机械磨损，无噪音，并且具有很好的抗过载能力，可以有效降低大风浪对系统造成的破坏。
【发明内容】
技术问题：本发明针对现有技术的不足进行设计，目的在于降低海浪发电系统的运行损耗，提高系统效率，结合海浪往复直线运动并且运动速度慢的特点，提出了一种磁齿轮传动的圆筒型永磁同步直线发电机，应用于海浪发电。
技术方案：本发明的磁齿轮传动的海浪发电机用于离海岸海浪发电，利用海浪起伏运动由浮筒带动磁齿轮低速侧，并由磁齿轮带动直线发电机的次级，提高由海浪提供的低速直线往复运动速度。直线电机初级及绕组固定于海底，直线电机次级永磁体进行往复运动时切割处于静止状态的初级绕组，产生感应电动势。由于海浪起伏的频率、速度都不恒定，所以本发明通过变换器将产生的电动势变换成工频，即可将电能传输给电网或直接给用电器使用。
该发电机包括一台圆筒型永磁同步直线电机及一台圆筒型直线磁齿轮，永磁同步直线电机包括电机初级、电机次级，该电机初级包括初级铁心、初级绕组，初级铁心固定于海底，初级绕组嵌入初级铁心的线槽内；电机次级包括高速侧；直线磁齿轮包括高速侧、中间调磁环、低速侧及铁心，其中，高速侧、低速侧均为永磁体，在铁心的外侧设有低速侧，在低速侧的外侧设有中间调磁环，在中间调磁环的外侧设有高速侧，在高速侧的外侧为初级铁心，中间调磁环固定于海底；低速侧与浮筒相连，浮筒漂浮在海面上；初级铁心与高速侧之间设有第一气隙；高速侧与中间调磁环之间设有第二气隙；中间调磁环与低速侧设有第三气隙。
所述的高速侧、低速侧分别是由多个径向充磁的永磁材料制成的环，沿轴向依次排列构成圆筒型，相邻两个径向充磁的永磁材料制成的环其充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
所述的中间调磁环由铁磁材料和非导磁材料制成的环沿轴向依次间隔排列构成圆筒型。
有益效果：磁齿轮传动的海浪直线发电机具有下列有益效果：
1)海浪能为可循环清洁能源，本发明不产生污染，无噪声；
2)以直线电机取代传统旋转电机，省去了将海浪的往复直线运动变换成旋转运动的部分，结构简单、紧凑，功率密度高；
3)磁齿轮低速侧的运动速度由磁齿轮加速，以减小发电机体积，避免了传统齿轮箱传动直接接触引起的损耗、发热等问题，无需润滑，无机械磨损，无噪音，并且具有很好的抗过载能力，有效降低大风浪对系统造成的破坏。
4)系统结构紧凑，功率密度大。
5)采用稀土永磁体钕铁硼，并利用调磁环调制气隙磁场，推力密度高。
【附图说明】
图1是磁齿轮传动的海浪发电机之一——内低速外高速结构(结构一)
图2是磁齿轮传动的海浪发电机之二——外低速内高速结构(结构二)
图中有：初级铁心1，初级绕组2，高速侧3，中间调磁环4，低速侧5，铁心6，连轴7，浮筒8，海面9，第一气隙10、第二气隙11、第三气隙12
【具体实施方式】
第一种结构：
本发明的磁齿轮传动的海浪直线发电机，该发电机包括一台圆筒型永磁同步直线电机及一台圆筒型直线磁齿轮，永磁同步直线电机包括电机初级、电机次级，该电机初级包括初级铁心1、初级绕组2，初级绕组2嵌入初级铁心1的线槽内，初级铁心1固定于海底；电机次级包括高速侧3；直线磁齿轮包括高速侧3、中间调磁环4、低速侧5及铁心6，其中，高速侧3、低速侧5均为永磁体，在铁心6的外侧设有低速侧5，在低速侧5的外侧设有中间调磁环4，在中间调磁环4的外侧设有高速侧3，在高速侧3的外侧为初级铁心1，中间调磁环4固定于海底；低速侧5与浮筒8相连，浮筒8漂浮在海面9上；初级铁心1与高速侧3之间设有第一气隙10；高速侧3与中间调磁环4之间设有第二气隙11；中间调磁环4与低速侧5设有第三气隙12。
第二种结构无铁心6和连轴7部分。
所述的初级铁心1由普通硅钢片材料构成，与普通直线电机制造工艺相同。
所述初级绕组2采用分布式绕组，减少感生电动势谐波分量。
所述的次级即磁齿轮的高速侧3由径向充磁的稀土永磁体钕铁硼材料制成的环，沿轴向依次排列构成圆筒型，相邻两个永磁环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
所述的磁齿轮中间调磁环4，由铁磁材料和非导磁材料制成的环沿轴向依次间隔排列，构成圆筒型。
所述的磁齿轮低速侧5由径向充磁的稀土永磁体钕铁硼材料制成的环，沿轴向依次排列构成圆筒型，相邻两个永磁环的充磁方向相反，使磁场沿轴向按正弦分布。
所述的结构一中，直线电机初级铁心1、初级绕组2在发电机外侧，磁齿轮在内侧，为内低速外高速结构。电机初级与磁齿轮调磁环固定于海底静止不动，磁齿轮低速侧中间铁心6为铁磁材料，通过连杆7与浮筒8连接，输入机械能。通过磁齿轮提速，直线电机次级作直线往复运动，永磁体切割初级绕组2，产生感应电动势。
所述地结构二中，直线电机初级铁心1、初级绕组2在发电机内侧，磁齿轮在外侧，为外低速内高速结构。电机初级与磁齿轮调磁环固定于海底静止不动，磁齿轮低速侧5直接安装于浮筒8内，构成一个整体，输入机械能。通过磁齿轮提速，直线电机次级作直线往复运动，永磁体切割初级绕组2，产生感应电动势。