一種徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于能源開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種以釹鐵硼N38永磁材料的徑向充磁 波動發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡單，效率高。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋波動發(fā)電需要將海水波動的能量轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的形式不同，目 前波動發(fā)電方案可以被歸納為四類：氣壓式、液壓式、機(jī)械式和直驅(qū)式。這四類能量轉(zhuǎn)換裝 置（Wave Energy Converter, WEC)都需經(jīng)過一個(gè)媒介跟海水接觸和互相作用。
[0003] 氣壓式WEC利用空氣作為轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，在波浪的升沉作用下，將波浪能轉(zhuǎn)換成空 氣的壓能和動能，利用氣流驅(qū)動透平旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其缺點(diǎn)是：采用三級能量轉(zhuǎn) 換，其能量轉(zhuǎn)化效率較低；發(fā)電機(jī)噪聲大，安裝位置有限，對陸地影響較大；岸式和近岸式 的海洋波浪能密度比較低。
[0004] 液壓式WEC利用波浪能驅(qū)動液壓裝置對液壓渦輪機(jī)做功，繼而帶動傳統(tǒng)電機(jī)發(fā) 電，根據(jù)捕獲方式，典型的液壓式波浪發(fā)電可分為：擺式和筏式。擺式WEC受安裝位置的限 制，僅適用于岸邊或淺海地區(qū)，適用性有限；筏式裝置由鉸接的筏體和液壓系統(tǒng)組成，其缺 點(diǎn)是在同等發(fā)電量下筏式波能轉(zhuǎn)換裝置一般體積較大，建造成本較高而且鉸鏈部位容易損 壞。
[0005] 機(jī)械式WEC主要由離合器齒輪箱等機(jī)械機(jī)構(gòu)組成，采用密封的驅(qū)動軸通過齒輪箱 將波浪沉浮的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械能，進(jìn)而產(chǎn)生電能，缺點(diǎn)：齒輪箱等機(jī)械結(jié)構(gòu)的使 用，增加了系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換次數(shù)，降低了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和可靠性，維護(hù)成本高。
[0006] 直驅(qū)式WEC -般采用永磁發(fā)電裝置直接將波浪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，相對于現(xiàn)時(shí) 的其他波浪能發(fā)電裝置，直驅(qū)式WEC所需的離岸維護(hù)最少。
[0007] 現(xiàn)有的永磁海洋波動發(fā)電裝置種類繁多，典型的永磁發(fā)電裝置可分為以下兩類： 軸向充磁永磁發(fā)電裝置、徑向充磁發(fā)電裝置。軸向充磁結(jié)構(gòu)發(fā)電裝置的永磁體極化方向與 永磁體相對線圈的振動方向平行，而徑向充磁結(jié)構(gòu)發(fā)裝置的永磁體極化方向與永磁體相對 線圈的振動方向相垂直。
[0008] 永磁直線發(fā)電機(jī)作為典型永磁發(fā)電裝置多為圓筒形，即圓筒形永磁直線發(fā)電機(jī) (TPMLM)。TPMLM中比較常見的動子結(jié)構(gòu)主要有三種，即軸向充磁結(jié)構(gòu)、徑向充磁結(jié)構(gòu)和 Halbach結(jié)構(gòu)：（1)軸向充磁方式的TPMLM不僅氣隙磁密大，且在開槽后的基波磁密也大，諧 波含量適中。從結(jié)構(gòu)參數(shù)對該種充磁方式的影響來看，受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較大。（2)徑向充 磁方式的TPMLM氣隙磁密偏小，且開槽后對該種充磁方式影響較大，諧波含量高。但受結(jié)構(gòu) 參數(shù)影響較小，在一些簡單快速的場合比較適用。（3)Halbach動子電機(jī)不僅可以獲得較大 的氣隙磁場，還可以獲得比較接近正弦形或矩形的氣隙磁場波形，且在這種充磁方式下開 槽影響不大，諧波含量小。但是在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對參數(shù)的選取要合理準(zhǔn)確。
[0009] 永磁體是海洋波動發(fā)電裝置的核心部分，其材料和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的好壞直接影響發(fā)電 裝置的性能，永磁材料性能主要考察指標(biāo)：剩磁與最大磁能積，在實(shí)際工程應(yīng)用中則本著永 磁體在氣隙中產(chǎn)生磁場強(qiáng)度越大越好的原則。材料的最大磁能積與剩磁決定著工作氣隙最 大的磁場強(qiáng)度。永磁材料有鐵氧體、稀土釤鈷、鋁鎳鈷、釹鐵硼等眾多種類，其中鐵氧體矯 頑力高，剩磁較低，溫度系數(shù)大，溫差大的環(huán)境中不宜使用。鋁鎳鈷剩磁較大矯頑力小，鑄 造加工非常復(fù)雜。稀土釤鈷性能優(yōu)異而成本過高。目前釹鐵硼是磁性能最佳的永磁材料， 其機(jī)械強(qiáng)度大。釹鐵硼永磁材料，是1983年問世的第三代高性能永磁材料，其主要成分是 Nd2Fel4B，是目前磁性能最強(qiáng)的永磁材料，它的最大磁能積可達(dá)398kJ/m3,剩磁最高可達(dá) 1. 47T，矯頑力最高可超過1000kA/m，由于其組成元素資源豐富，價(jià)格低廉，可參見公知材料 (劉亞丕，何時(shí)金，包大新，任旭余.永磁材料的發(fā)展趨勢.磁性材料及器件.2003, 34 (2): 33-36.)
[0010] 表1釹鐵硼N38的磁性參數(shù)[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置，其特征為該發(fā)電裝置的組成包括永磁定 子、第一線圈、第二線圈、線圈骨架、保護(hù)外殼、浮標(biāo)、導(dǎo)向筒、第一剛性連接桿、球頭關(guān)節(jié)軸 承、第二剛性連接桿、平衡配重箱和電能處理模塊； 其連接關(guān)系為： 永磁定子下端面固定于第一剛性連接桿的上端，第一剛性連接桿穿過導(dǎo)向筒，下端與 球頭關(guān)節(jié)軸承連接，第二剛性連接桿上端通過球頭關(guān)節(jié)軸承與第一剛性連接桿下端連接， 第二剛性連接桿下端固定有平衡配重箱；導(dǎo)向筒固定于浮標(biāo)中心處，永磁定子的外側(cè)設(shè)置 有線圈骨架，第一線圈和第二線圈固定于線圈骨架上；線圈骨架外側(cè)設(shè)置有密閉的保護(hù)外 殼，線圈骨架和保護(hù)外殼固定浮標(biāo)上表面；電能處理模塊固定于保護(hù)外殼的內(nèi)壁；第一線 圈和第二線圈串聯(lián)后，與電能處理模塊連接； 所述的永磁定子的組成包括永磁體和磁材盒，其中，永磁體放入磁材盒中密封； 所述的永磁體由8-12塊相同大小和弧度相同的徑向充磁扇形磁瓦拼接組成，呈環(huán)形 柱體結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)外徑輻射型永磁體，扇形磁瓦材質(zhì)為釹鐵硼（Nd2Fe 14B )。
2. 如權(quán)利要求1所述的徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置，其特征為第一線圈和第二 線圈的間距與永磁定子的厚度相同，裝置靜態(tài)時(shí)第一線圈和第二線圈中心分別位于永磁定 子上端面與下端面處。
3. 如權(quán)利要求1所述的徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置，其特征為所述的第一線圈 和第二線圈相同，匝數(shù)為300-500匝。
4. 如權(quán)利要求1所述的徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置，其特征為所述的永磁體由 10塊相同大小的弧度為36°的徑向充磁扇形磁瓦拼接組成。
【專利摘要】本實(shí)用新型為一種徑向充磁的永磁海洋波動發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置的組成包括永磁定子、第一線圈、第二線圈、線圈骨架、保護(hù)外殼、浮標(biāo)、導(dǎo)向筒、第一剛性連接桿、球頭關(guān)節(jié)軸承、第二剛性連接桿、平衡配重箱和電能處理模塊；所述的永磁定子的組成包括永磁體和磁材盒，所述的永磁體由10塊相同大小的弧度為36°的徑向充磁扇形磁瓦拼接組成，呈環(huán)形柱體結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)外徑輻射型永磁體，扇形磁瓦材質(zhì)為釹鐵硼(Nd2Fe14B)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，發(fā)電效率高，克服了太陽能與風(fēng)能在海上應(yīng)用受限的缺點(diǎn)。
【IPC分類】F03B13-16, H02K35-04
【公開號】CN204271876
【申請?zhí)枴緾N201420849759
【發(fā)明人】趙智忠, 張鵬亮, 王博文
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年12月29日