[发明专利]一种径向充磁的永磁海洋波动发电装置

说明书

技术领域

本发明属于能源开发领域，特别涉及一种以钕铁硼N38永磁材料的径向充磁波动发电装置，结构简单，效率高。

背景技术

海洋波动发电需要将海水波动的能量转化为电能，根据能量转换的形式不同，目前波动发电方案可以被归纳为四类：气压式、液压式、机械式和直驱式。这四类能量转换装置(Wave Energy Converter,WEC)都需经过一个媒介跟海水接触和互相作用。

气压式WEC利用空气作为转换的介质，在波浪的升沉作用下，将波浪能转换成空气的压能和动能，利用气流驱动透平旋转并带动发电机发电，其缺点是：采用三级能量转换，其能量转化效率较低；发电机噪声大，安装位置有限，对陆地影响较大；岸式和近岸式的海洋波浪能密度比较低。

液压式WEC利用波浪能驱动液压装置对液压涡轮机做功，继而带动传统电机发电，根据捕获方式，典型的液压式波浪发电可分为：摆式和筏式。摆式WEC受安装位置的限制，仅适用于岸边或浅海地区，适用性有限；筏式装置由铰接的筏体和液压系统组成，其缺点是在同等发电量下筏式波能转换装置一般体积较大，建造成本较高而且铰链部位容易损坏。

机械式WEC主要由离合器齿轮箱等机械机构组成，采用密封的驱动轴通过齿轮箱将波浪沉浮的能量转换为旋转电机的机械能，进而产生电能，缺点：齿轮箱等机械结构的使用，增加了系统能量转换次数，降低了系统的能量转换效率和可靠性，维护成本高。

直驱式WEC一般采用永磁发电装置直接将波浪的机械能转换为电能，相对于现时的其他波浪能发电装置，直驱式WEC所需的离岸维护最少。

现有的永磁海洋波动发电装置种类繁多，典型的永磁发电装置可分为以下两类：轴向充磁永磁发电装置、径向充磁发电装置。轴向充磁结构发电装置的永磁体极化方向与永磁体相对线圈的振动方向平行，而径向充磁结构发装置的永磁体极化方向与永磁体相对线圈的振动方向相垂直。

永磁直线发电机作为典型永磁发电装置多为圆筒形，即圆筒形永磁直线发电机(TPMLM)。TPMLM中比较常见的动子结构主要有三种,即轴向充磁结构、径向充磁结构和Halbach结构：(1)轴向充磁方式的TPMLM不仅气隙磁密大，且在开槽后的基波磁密也大，谐波含量适中。从结构参数对该种充磁方式的影响来看，受结构参数的影响较大。(2)径向充磁方式的TPMLM气隙磁密偏小，且开槽后对该种充磁方式影响较大，谐波含量高。但受结构参数影响较小，在一些简单快速的场合比较适用。(3)Halbach动子电机不仅可以获得较大的气隙磁场，还可以获得比较接近正弦形或矩形的气隙磁场波形，且在这种充磁方式下开槽影响不大，谐波含量小。但是在设计时结构复杂，对参数的选取要合理准确。

永磁体是海洋波动发电装置的核心部分，其材料和设计结构的好坏直接影响发电装置的性能，永磁材料性能主要考察指标：剩磁与最大磁能积，在实际工程应用中则本着永磁体在气隙中产生磁场强度越大越好的原则。材料的最大磁能积与剩磁决定着工作气隙最大的磁场强度。永磁材料有铁氧体、稀土钐钴、铝镍钴、钕铁硼等众多种类，其中铁氧体矫顽力高，剩磁较低，温度系数大，温差大的环境中不宜使用。铝镍钴剩磁较大矫顽力小，铸造加工非常复杂。稀土钐钴性能优异而成本过高。目前钕铁硼是磁性能最佳的永磁材料，其机械强度大。钕铁硼永磁材料，是1983年问世的第三代高性能永磁材料，其主要成分是Nd2Fe14B，是目前磁性能最强的永磁材料，它的最大磁能积可达398kJ/m3，剩磁最高可达1.47T，矫顽力最高可超过1000kA/m，由于其组成元素资源丰富，价格低廉，可参见公知材料(刘亚丕，何时金，包大新，任旭余.永磁材料的发展趋势.磁性材料及器件.2003，34(2)：33-36.)

表1钕铁硼N38的磁性参数

目前应用在海洋波动发电方面的装置主要以永磁直线发电机为主，大部分都引入了能量转化装置，永磁体磁路利用率低，结构复杂，能量转化率降低。因此，综合考虑波动发电装置的要求和上述几种波动发电装置的缺点，本发明提出了一种新型永磁体、结构简单的波动发电装置，它的中间能量转化装置较少，波浪能转化为电能的效率高，特别适用于分布式、小型化海洋波动发电领域。

发明内容