[发明专利]基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置，属于海流发电领域。

背景技术

目前，传统的海流发电系统采用水流推动涡轮机旋转，这样的低速旋转若是采用永磁同步发电机作为能量转换部件，其电机的体积庞大，为了减小系统体积，通常的做法是在涡轮机与永磁同步发电机之间安装机械齿轮箱。依靠机械齿轮将涡轮叶片的低速旋转提升为高速运动，与之匹配的永磁同步发电机的体积可以适当减小。传统的海流发电系统采用涡轮机实现能量捕获，采用机械齿轮进行升速，采用普通的永磁同步发电机进行能量转换，三个部件靠连轴装置彼此连接形成一个发电系统。采用机械齿轮无法避免存在机械损耗及定期维护的问题。该系统存在体积大、重量沉、转换效率和功率密度低等缺点。

发明内容

技术问题：本发明提供一种输入和输出之间没有物理接触，通过磁场间相互耦合作用产生的磁力来实现转速、转矩和功率传递的基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置，具有功率密度高、无需润滑、无噪声、无摩擦能耗、无油污、防水防尘、有过载保护作用等优点。

技术方案：本发明的基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置，包括从内至外依次设置的低速转子、调磁电枢和高速转子；所述低速转子包括低速转子背铁、固定安装在所述低速转子背铁内表面的导流叶片、沿所述低速转子背铁外表面以表贴或内嵌方式排布的低速转子永磁体；所述调磁电枢是由电枢绕组和调磁极片交替排列而成的环状结构；所述高速转子包括高速转子铁心、以表贴或内嵌方式排布在高速转子铁心内表面的高速转子永磁体；所述低速转子和调磁电枢之间有第一气隙，调磁电枢和高速转子之间有第二气隙。

进一步的，本发明装置中，低速转子永磁体(13)极对数为N_l，高速转子永磁体极对数为N_h，调磁电枢的调磁极片的数目为N_p＝N_h+N_l，电机所获得的速比为Gr＝N_l/N_h；所述低速转子和高速转子的旋转方向相反，N_h和N_l均为自然数，且N_h＜N_l。

进一步的，本发明装置中，调磁电枢的调磁极片叠压形成基块，在基块上均匀间隔设置镂空槽，在镂空槽内嵌置电枢绕组，电枢绕组极对数为Nw＝N_h，即电枢绕组的极对数与高速转子永磁体极对数相等。

所述低速转子、调磁电枢和高速转子同轴耦合，保持调磁电枢固定，低速转子和高速转子按照磁通调制原理所形成的速比分别进行旋转运动，低速转子和高速转子运动方向相反。

所述一体化发电装置将传统的海流能发电系统中的涡轮机、机械齿轮箱、发电机等重要部分完美融合，形成一体化结构，结构紧凑，同时实现能量捕获和能量转换功能。

基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置通过改变低速转子永磁体和高速转子永磁体的磁极对数，达到改变电机速比的目的，具体设计为：低速转子永磁体极对数为Nl，高速转子永磁体极对数为Nh，调磁电枢的调磁极片的数目为Np＝Nh+Nl，电机所获得的速比为Gr＝Nl/Nh；并且低速转子和高速转子二者旋转方向相反，Nh和Nl均为自然数，且Nh＜Nl。

基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置导流叶片安装于低速转子背铁的内表面，海流通过时导流叶片旋转，实现能量捕获；导流叶片运动时带动该发电装置的低速转子以速度vl旋转，根据磁通调制原理，高速转子以速度vh＝Gr*vl旋转，高速旋转磁场在固定电枢绕组中感应出高幅值的感应电动势，向负荷提供电能，实现了能量转换的功能。

基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置采用了磁通调制原理，功能上替代了机械齿轮箱却消除了机械齿轮带来的机械磨损。该发电装置低速转子和高速转子之间具有非接触性的特点也能实现变速功能；固有的过负载保护优势在发电装置重负荷运行，负荷转矩超过最大输出转矩时，低速转子和高速转子自动失步，避免对发电装置造成损害。

基于磁通调制复合电机的海流能一体化发电装置中，调磁电枢的调磁体由导磁极片叠压形成基块，在基块上均匀间隔设置镂空槽，在镂空槽内嵌置电枢绕组，相邻电枢绕组之间的导磁极片具有双重功能：既作为电枢绕组的电枢齿，又作为磁通调制极片，调制低速转子永磁体和高速转子永磁体所形成的谐波磁场。

优选的，所述高速转子永磁磁片、低速转子永磁磁片均采用钕铁硼永磁材料，钕铁硼永磁材料具有更优越的性能。