[发明专利]一种直线-旋转两自由度运动波浪发电机

说明书

本发明公开了一种直线‑旋转两自由度运动波浪发电机，包括由内到外同轴嵌套设置的动子、转子和定子，所述动子和转子、转子和定子之间均留有空隙，所述动子包括柱状铁芯以及贴装到柱状铁芯外壁上的动子螺旋式永磁体；转子包括筒状背铁，在所述筒状背铁的内壁上贴装有转子螺旋式永磁体，外壁上沿圆周均匀间隔设置有多个齿条，每个所述齿条的齿根位置均缠绕有启动绕组，各个所述启动绕组用于产生径向向内的磁场，以抑制动子和转子之间的径向力，加速电机启动；定子包括沿圆周均匀间隔设置的多个U形铁芯，每相邻两个U形铁芯之间均设置有定子永磁体，每个定子永磁体和相邻两个U形铁芯的侧齿组成定子凸极齿，每个定子凸极齿上均设置有定子绕组。

技术领域

本发明涉及自动控制的技术领域，具体来说，是一种直线-旋转两自由度运动波浪发电机。

背景技术

随着能源危机日益严重，可持续发展的绿色可再生能源逐渐显现其重要性。相比于风能和太阳能，作为海洋能之一的波浪能有着能量密度大、可预测性强等特点，应用前景非常好。

直驱式波浪发电机具有结构简单的特点，易于制造，省去了中间机械能形式的转化环节，直接将发电机与点吸收式波浪发电系统浮子相连，将浮子的直线机械能转化为所需的电能，有着效率高、稳定性强等优点。但直驱式波浪发电机速度低，体积大，导致其功率密度低。针对此问题，基于磁场调制原理的直线增速波浪发电机被提出，在直驱式电机基础上增加了调磁结构用来提升速度，功率得到提高。但直线增速波浪发电机需要大的直线行程来满足动子的运动，因此存在体积大、制造成本高等缺点，同时结构复杂性高，散热性差，可能引起永磁体的不可逆退磁，降低电机可靠性。

文献IEEE Transactions on Magnetics,51(11):8113604,2015(A NovelMagnetic-Geared Tubular Linear Machine With Halbach Permanent-Magnet Arraysfor Tidal Energy Conversion)提出了一种基于磁场调制原理的有着高集成度的管式直线永磁电机，该电机由低速动子、高速动子和缠绕绕组的调磁定子组成，结构紧凑，空间利用率高。由于其定子位于两动子之间，导致其结构可靠性低，同时其气隙磁通密度低，输出电能质量不高。

文献IEEE Transactions on Magnetics,52(7):8202404,2016(Developments ofan Efficient Analytical Scheme for Optimal Composition Designs of TubularLinear Magnetic-Geared Machines)分析并优化了一种管式直线并联式磁齿轮电机，该电机有四层结构组成，分别为静止永磁层、低速调磁层、高速永磁层和定子绕组层。将低速调磁层与波浪提取器相连，通过调磁原理，带动高速永磁层运动，同时由高速永磁层作为电机励磁层进行发电。该并联式电机层数较多，结构复杂度高，制造和安装成本高。

中国专利CN112532010A提出了一种直驱式波浪发电用永磁直线发电机，该电机属于内定子结构，同时将采用Halbach永磁体阵列的动子固定于作为波浪提取器的浮筒内壁，跟随浮筒作往复运动，使波浪发电系统得到简化。该电机类似于直驱式波浪发电机，因此功率和推力密度仍处于较低水平。同时该结构增加了浮筒重量，将会对波浪的提取产生不必要的影响。

中国专利CN105811738A提出了一种直驱式波浪发电用全超导初级励磁直线发电机，采用超导励磁绕组提高气隙磁通密度，同时可以通过改变绕组电流来调节磁场，有着高的功率因数。但是需要安装复杂的冷却装置，导致整个电机的复杂程度大大增加，电机可靠性降低，同时有着高的生产制造和维护成本。

发明内容