專利名稱：模塊化海浪直驅發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機。特別是涉及一種利用海浪能進行發(fā)電的模塊化海浪直驅發(fā)電機。
背景技術：
海浪能有分布廣泛，總量巨大，清潔無污染的優(yōu)點，波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式，但也有三個難題阻礙著海浪能的開發(fā)利用I、海浪能以垂直運動的波動能為主；2、海浪能呈分散的面狀分布；3、能量密度很低。這三個難題的存在使海浪能的開發(fā)利用不同于一般的水電開發(fā)?，F(xiàn)在廣泛使用的發(fā)電機一般為旋轉電機，不能直接運用于海浪發(fā)電。面狀分布的海浪能要求發(fā)電裝置必須包含富集能量的功能。海浪能的低密度使海浪發(fā)電系統(tǒng)的轉換效率成為最為關鍵的指標。波浪能利用裝置的種類繁多，關于波浪能轉換裝置的發(fā)明專利超過千項。這些裝置主要基于以下幾種基本機理，即利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運動；利用波浪壓力的變化；利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉換成水的勢能等。目前已經開發(fā)研究比較成熟的海浪發(fā)電裝置基本上有三種類形振蕩水拄式、振蕩浮子式和聚波水庫式。如下面的幾種裝置I.振蕩水柱式波浪能轉換裝置其主要原理是利用空氣作為轉換介質，能量的采集通過氣室完成，將波浪能轉換成空氣的壓力勢能和動能，在噴嘴處安裝一個空氣透平并將透平轉軸與發(fā)電機相連，可利用壓縮氣流驅動透平旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電。這類裝置采用空氣傳遞能量，能夠避免波浪對發(fā)電系統(tǒng)的直接打擊。目前，振蕩水柱式波浪能轉換裝置遇到的問題主要有兩點，一是如何設計氣室，盡可能提高裝置內部的振蕩水柱提供的壓力；另一個就是怎樣確定裝置在海面上的放置區(qū)域。2.擺式波浪能轉換裝置擺式波浪能轉換裝置是利用裝置的活動部件，在波浪的推動下，將其從波浪中吸收的能量轉換成機械能或勢能，這種波浪能轉換裝置最先是由日本的度部富治教授提出， 其方式是波浪在水室中形成立波，在立波的駐點處，水質點作往復運動，表現(xiàn)在宏觀上，即水團的往復運動，將波浪能轉換成擺軸的動能，與擺軸相連的通常是液壓裝置，它將擺軸的動能轉換成液力泵的動能，再由液壓馬達帶動發(fā)電機發(fā)電。3.振蕩浮子式波浪能轉換裝置振蕩浮子式波浪能轉換裝置是在振蕩水柱式的基礎上發(fā)展起來的波浪能轉換裝置，它用一個放在港中的浮子作為波浪能的吸收載體，然后將浮子吸收的能量通過一個放在岸上的機械或液壓裝置轉換出去，用來驅動發(fā)電機發(fā)電，由浮子、連桿、液壓傳動機構、發(fā)電機和保護裝置幾部分組成。4.收縮波道式波浪能轉換裝置
收縮波道式波浪能轉換裝置是基于波聚理論的一種波浪能轉換裝置。波聚理論最早由挪威特隆姆大學的Falnes和Budal提出。收縮波道式波浪能轉換裝置具及汽輪葉片設計有一個比海平面高的高位水庫和一個漸收的波道。收縮波道其實就是兩道鋼筋混凝土做成的對數螺旋正交曲面，從海里一直延伸到高位水庫里，兩道墻在高位水庫內相接。當海浪進入收縮波道時，由于收縮波道的波聚作用，使波浪的波高增大，從而使水越過鋼筋混凝土墻進入高位水庫，然后水庫里的水通過一個低水頭的水輪發(fā)電機組用來發(fā)電。除了上述裝置外，目前較為成功的波浪能裝置還有Salter “點頭鴨”式波浪能轉換裝置、筏式與液壓系統(tǒng)的組合式、整流式波浪能轉換裝置等，但其基本原理是相同的。從以上討論可以看出，振蕩水柱式波浪能裝置是在實際中較多采用的波浪能裝置，它的優(yōu)點在于裝置在結構上具有較好的可靠性，但裝置的轉換效率較低，投資費用過高，因此，在一些波浪能密度高的國家，如歐洲、日本、北美得到廣泛應用。但是，在一些波浪能密度較低的國家，如中國，如何降低成本、提高效率是波浪裝置走向市場的關鍵，繼續(xù)采用這種低效、高成本的裝置就顯得不太理想。參考文獻李成魁，廖文俊，王宇鑫《世界海洋波浪能發(fā)電技術研究進展.國內外動態(tài)》2010年第2期。上述這些發(fā)電方式的思路是利用機械裝置收集海浪能量，形成高速水流或氣流， 然后利用高速的水流或氣流推動傳統(tǒng)的旋轉發(fā)電機發(fā)電，即面集能，點發(fā)電的形式。此種發(fā)電模式能量轉化環(huán)節(jié)多，導致其效率低下，結構復雜、維護困難、成本高。這類通過直接富集機械能、運用旋轉電機發(fā)電的方式并不適合海浪能的開發(fā)利用?，F(xiàn)有的海浪發(fā)電系統(tǒng)的能量轉換過程大致分為如下三部分一級轉換即發(fā)電系統(tǒng)收集海浪能量的過程；二級轉換指收集的能量通過機械或液壓裝置轉換為高速水流或氣流的動能的過程；三級轉換即發(fā)電機將輸入的機械能轉換成電能的過程。海浪發(fā)電系統(tǒng)的轉換效率是由這三級轉換效率決定的，定義一級轉換效率為n1，二級轉換效率為η2，三級轉換效率為η3，則傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的轉換效率η = H1X n2X η3。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種部件少、結構簡單，發(fā)電效率高的模塊化海浪直驅發(fā)電機。本發(fā)明所采用的技術方案是一種模塊化海浪直驅發(fā)電機，包括支架，由下向上設置在支架上的浮子和海浪直驅發(fā)電機，其中，所述的海浪直驅發(fā)電機的輸入驅動端連接浮子，所述海浪直驅發(fā)電機的輸出端連接串并聯(lián)模塊。所述的海浪直驅發(fā)電機包括有套筒，設置在套筒內的定子線圈，位于定子線圈內側的動子磁鐵，一端插入到定子線圈內側與所述的動子磁鐵通過柔性連接結構相連的驅動桿，所述驅動桿的另一端位于套筒下方的外側，并與浮子相連，所述的套筒頂端設置有封蓋，所述的封蓋上開有導線出孔。所述的浮子上設置有兩個海浪直驅發(fā)電機。所述的支架包括有底座和上支架，以及連接在底座和上支架之間的兩個導柱，所述的海浪直驅發(fā)電機固定在上支架上，所述的浮子可沿兩個導柱上下滑動的設置在兩個導柱上。
所述的串并聯(lián)模塊包括有多個整流電路，所述的每一個整流電路的輸入端連接一個海浪直驅發(fā)電機的輸出端，所述的每一個整流電路的輸出端都分別連接開關Si的一端和開關S2的一端，其中，所述開關SI的另一端分別連接電容Cl的一端和穩(wěn)壓二極管D9的一端，所述電容Cl的另一端接地，該端還構成輸出負極，所述穩(wěn)壓二極管D9的另一端接地， 所述開關S2的另一端構成輸出正極。所述的整流電路包括有整流橋D1，所述整流橋Dl的腳I和腳3連接海浪直驅發(fā)電機的輸出端，腳4接地，腳2連接二極管D5的一端，二極管D5的另一端構成該整流電路的輸出端。本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機，具有如下特點I、發(fā)電效率分析本發(fā)明利用海浪垂直運動直接驅動發(fā)電機，取消了中間傳動環(huán)節(jié)，整個發(fā)電過程僅有一級轉換過程和三級轉換過程。故其發(fā)電系統(tǒng)的轉換效率為H = H1X n3。富集能量采用收集電能而非機械能，過程中能量損失很小。所以海浪直驅發(fā)電機及模塊化發(fā)電裝置的發(fā)電裝置的發(fā)電效率明顯高于傳統(tǒng)的海浪發(fā)電機。2、壽命周期內的使用成本分析整個發(fā)電系統(tǒng)的設計貫徹了模塊化、低成本的理念。模塊化發(fā)電裝置部件少、結構簡單，十分易于流水線生產組裝。此外由于發(fā)電機陣列工作時沒有作高速復雜運動的部件，故對零部件加工精度要求不高，因此材料成本低。所以總的加工費用低廉。本發(fā)明的發(fā)電陣列的安裝可分為組合布置和獨立布置。發(fā)電陣列可懸掛在鉆井平臺或海上風力發(fā)電機的基礎上，充分降低安裝成本。當條件不允許或海水深度不大時，可將其獨立安置于立柱上。本發(fā)明主要部件位于海面之上，直驅發(fā)電機主要部件封裝于套筒內，減小了其受損的概率。而且整個發(fā)電機只有一個低速運動部件，大大提高了它的抗災害能力，降低了使用期間的磨損。所以模塊化發(fā)電裝置的維護費用低。同時模塊化的設計降低了整個系統(tǒng)的維修與替換的難度。本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機，壽命周期內的使用成本低廉，適合大規(guī)模制造使用，加強海浪能的開發(fā)利用。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖2是圖I的側視圖3是圖I中海浪直驅發(fā)電機的結構示意圖； 圖4是本發(fā)明的串并聯(lián)模塊的電路原理圖。
圖中
海浪直驅發(fā)電機B:浮子
支架D :整流電路
套筒2 :定子線圈
動子磁鐵4 :驅動桿
3
5 :封蓋7 :柔性連接結構9 :底座
6:導線出孔 8 :上支架 10 :導柱
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機做出詳細說明。如圖I、圖2所示，本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機，包括支架C，由下向上設置在支架C上的浮子B和海浪直驅發(fā)電機A，其中，所述的海浪直驅發(fā)電機A的輸入驅動端連接浮子B，所述海浪直驅發(fā)電機A的輸出端連接串并聯(lián)模塊。所述的浮子B上設置有兩個海浪直驅發(fā)電機A。所述的支架C包括有底座9和上支架8，以及連接在底座9和上支架8之間的兩個導柱10，所述的海浪直驅發(fā)電機A固定在上支架8上，所述的浮子B可沿兩個導柱 10上下滑動的設置在兩個導柱10上。如圖3所示，所述的海浪直驅發(fā)電機A包括有套筒1，設置在套筒I內的定子線圈2，位于定子線圈2內側的動子磁鐵3，一端插入到定子線圈2內側與所述的動子磁鐵3 通過柔性連接結構(7)相連的驅動桿4，所述驅動桿4的另一端位于套筒I下方的外側，并與浮子B相連，所述的套筒I頂端設置有封蓋5，所述的封蓋5上開有導線出孔6。所述的海浪直驅發(fā)電機A為直線發(fā)電機。該發(fā)電機的動子磁鐵為銣鐵硼強磁鐵， 它與浮子連接，能隨著海面波動上下浮動。定子線圈為繞在動子磁鐵滑軌上的雙向雙層線圈，上下兩層線圈繞向相反。當動子磁鐵做直線往復運動時，定子線圈中就能產生交變的電流。動子磁鐵和定子線圈都封裝在套筒內，避免海水和鹽霧的侵蝕。演示模型的定子線圈運動幅度12cm。單個發(fā)電機電壓能達到6V。如圖4所示，所述的串并聯(lián)模塊包括有多個整流電路D，所述的每一個整流電路D 的輸入端連接一個海浪直驅發(fā)電機A的輸出端，所述的每一個整流電路D的輸出端都分別連接開關SI的一端和開關S2的一端，其中，所述開關SI的另一端分別連接電容Cl的一端和穩(wěn)壓二極管D9的一端，所述電容Cl的另一端接地，該端還構成輸出負極，所述穩(wěn)壓二極管D9的另一端接地，所述開關S2的另一端構成輸出正極。所述的整流電路D包括有整流橋Dl，所述整流橋Dl的腳I和腳3連接海浪直驅發(fā)電機A的輸出端，腳4接地，腳2連接二極管D5的一端,二極管D5的另一端構成該整流電路D的輸出端。整流電路將海浪直驅發(fā)電機輸出的交流電轉換為單向電流，并將所有電能匯集到一根母線上，達到富集能量的目的。相比匯集機械能，電能的匯集不需要運動部件，而且導線和電器元件的布置十分靈活，使其更適應復雜的海洋環(huán)境。穩(wěn)壓電路為配套的電容。開啟穩(wěn)流電路時，母線為電容充電，然后電容向外供電。 當輸入輸出的時均電流大小相等時，電容兩側的電壓恒定，就能輸出穩(wěn)定的直流，滿足供電的需要。本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機，還可以設置有組合支架，所述的組合支架用于將一定數量的海浪直驅發(fā)電機連成模塊化發(fā)電陣列，其陣列大小和規(guī)模可按用戶需要和環(huán)境條件靈活調整。海浪直驅發(fā)電機的臺數由用戶所需總裝機容量決定。海浪直驅發(fā)電機的安裝密度依據使用地點的海浪能量密度調整。發(fā)電機陣列可安置在立于海床的立柱上，也可以懸掛于轉井平臺或海上風力發(fā)電機的基礎上。組合支架上附有自動升降裝置以適應變化的水深。直驅發(fā)電機和串并聯(lián)模塊都設置于支架上，避免了與海水的直接接觸，提高了裝置的可靠性。本發(fā)明的模塊化海浪直驅發(fā)電機，可按用戶需要和環(huán)境條件靈活的調節(jié)直驅發(fā)電機的數量和陣列的安裝方式。其對環(huán)境的適應性也很強，通過調節(jié)導軌和浮子，可使其適應各種海況。它的運動部件和水下部件較少，大大提高了整個裝置承受惡劣天氣的能力。本發(fā)明相對于其它種類的波浪能轉換裝置的體型更小，在海面上對于景觀和海面航行的影響更小，因此適合安裝在靠近潛在用戶的區(qū)域。海浪直驅發(fā)電機及模塊化發(fā)電裝置應用范圍十分廣泛，小可用于燈塔的鉆井平臺供電，大可用于構建大型海浪發(fā)電站解決沿海和海島地區(qū)能源短缺。
權利要求
1.一種模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，包括支架(C)，由下向上設置在支架(C) 上的浮子(B)和海浪直驅發(fā)電機(A)，其中，所述的海浪直驅發(fā)電機(A)的輸入驅動端連接浮子(B)，所述海浪直驅發(fā)電機(A)的輸出端連接串并聯(lián)模塊。
2.根據權利要求I所述的模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，所述的海浪直驅發(fā)電機(A)包括有套筒(I)，設置在套筒(I)內的定子線圈(2)，位于定子線圈(2)內側的動子磁鐵(3)，一端插入到定子線圈(2)內側與所述的動子磁鐵(3)通過柔性連接結構(7)相連的驅動桿(4)，所述驅動桿(4)的另一端位于套筒(I)下方的外側，并與浮子(B)相連，所述的套筒(I)頂端設置有封蓋(5)，所述的封蓋(5)上開有導線出孔(6)。
3.根據權利要求I所述的模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，所述的浮子(B)上設置有兩個海浪直驅發(fā)電機(A)。
4.根據權利要求I所述的模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，所述的支架(C)包括有底座(9)和上支架⑶，以及連接在底座(9)和上支架⑶之間的兩個導柱(10)，所述的海浪直驅發(fā)電機(A)固定在上支架(8)上，所述的浮子(B)可沿兩個導柱(10)上下滑動的設置在兩個導柱(10)上。
5.根據權利要求I所述的模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，所述的串并聯(lián)模塊包括有多個整流電路(D)，所述的每一個整流電路(D)的輸入端連接一個海浪直驅發(fā)電機(A) 的輸出端，所述的每一個整流電路(D)的輸出端都分別連接開關SI的一端和開關S2的一端，其中，所述開關SI的另一端分別連接電容Cl的一端和穩(wěn)壓二極管D9的一端，所述電容 Cl的另一端接地，該端還構成輸出負極，所述穩(wěn)壓二極管D9的另一端接地，所述開關S2的另一端構成輸出正極。
6.根據權利要求5所述的模塊化海浪直驅發(fā)電機，其特征在于，所述的整流電路(D)包括有整流橋Dl，所述整流橋Dl的腳I和腳3連接海浪直驅發(fā)電機(A)的輸出端，腳4接地， 腳2連接二極管D5的一端，二極管D5的另一端構成該整流電路(D)的輸出端。
全文摘要
一種模塊化海浪直驅發(fā)電機，包括由下向上設置在支架上的浮子和海浪直驅發(fā)電機，其中，海浪直驅發(fā)電機的輸入驅動端連接浮子，海浪直驅發(fā)電機的輸出端連接串并聯(lián)模塊。海浪直驅發(fā)電機包括有套筒，設置在套筒內的定子線圈，位于定子線圈內側的動子磁鐵，一端插入到定子線圈內側與所述的動子磁鐵通過柔性連接結構相連的驅動桿，驅動桿的另一端位于套筒下方的外側，并與浮子相連，套筒頂端設置有封蓋，封蓋上開有導線出孔。本發(fā)明主要部件位于海面之上，直驅發(fā)電機主要部件封裝于套筒內，減小了其受損的概率。本發(fā)明壽命周期內的使用成本低廉，適合大規(guī)模制造使用，加強海浪能的開發(fā)利用。
文檔編號F03B13/16GK102588196SQ20121006874
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權日2012年3月15日
發(fā)明者周劍, 杜榮祥, 查曉琳, 牛亞鋒, 練繼建 申請人:天津大學