CN101202491A - 振子波力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种振子波力发电机。推动振子波力发电机运转的能量为波浪能,即波浪起伏驱动发电机运转。其主要应用特征是:1)波浪是发电机唯一驱动源,无须添加任何其它燃料;2)摆脱了对海洋地质水文特殊要求,直接安装于各种浮体,无须建立固定基础;3)可随浮体移动,适用近海、远海、深海等各种气象、气候和地质条件;4)一次性将海洋波浪能转换成电能;5)结构简单材料易得,便于实现工业化大生产;6)生产、使用过程不对环境造成影响,经济、环保、安全。其主要应用方面:海洋交通导航通讯搜救,海洋气象环境监测预警,海洋地质勘探开采科考,海洋养殖捕捞补给救生,沿海居民生产生活休闲运动娱乐,工作平台人工岛屿,水面水下水底仪器设备等。
Description
技术领域:
海洋资源及新能源开发、电力及机电设备制造和海上交通导航通讯、海洋环境气象水文监测预警、海洋勘探开采科学考察、海上工作平台及人工岛屿、海洋养殖捕捞、海上文化运动休闲娱乐、沿海居民生产生活、海洋安全救生搜救、水面水下仪器设备及工程等应用方向。
背景技术:
保护人类生存环境,探索新型干净能源,充分利用海洋资源是近几十年人类科学技术、经济生活中最为热门的课题之一。波浪作为一种能源动力资源,取之不尽,用之不竭,既廉价、又洁净、又环保、又安全,有着广泛的利用价值和发展前景,因此,长久以来,人们设计过各式各样的、以海洋作为动力能源的发电机和发电方式,如:潮汐发电、海流发电、温差发电、浓差发电、波浪发电等。本专利发明的振子波力发电机,利用的是波浪上下起伏的机械能,即浮力所承载的波峰波谷势差,推动发电机运转。其特点是:1)摆脱了一般发电对海洋地质水文的特殊高要求,无须建立固定基础,适应近海、远海和深海;2)充分利用了海洋能中最广泛的波浪能,其设计、安装、应用所需的基础数据也最容易获得;3)一次性将海洋波浪能转换成电能。
发明目的:
探索新型能源的利用方式,提供一种以波浪波力为能源动力的发电装置基本构造和设计、制造方法。为上述应用领域提供一种经济、廉价、洁净、环保、安全的动力和电源。
发明内容:
本发明的基本原理和依据是:波浪是一种力和能量的表现方式,可以利用它来对物体作功。任何能够随着波浪起伏的物体,不论其大小多少、重量多少,都可以获得相应的动能或势能,同样也可以通过设备、装置将其转化成其它形式的能。
振子波力发电机。顾名思义,本专利中描述的“振子波力发电机”中的运动部件为振子,也即专业上所说的动子,只不过用“振子”一词更能体现其本专利发电机运动特征。推动振子波力发电机运转的能量为波浪能,即波浪波力驱动发电机运转。本专利振子发电机基本特征(见图1)是:①发电机由振子、定子、弹性元件及配重系统、导轨及引导系统、气压平衡及减压系统等关键部件和其它部件组成:②发电机垂直安装于浮体或使其垂直浮在水中,跟随浮体在波浪中上下起伏运动,吸收波浪能并将其转化成电能。其中:
(1)振子——发电机工作重要运动部件,也是波浪动能吸收和电磁能量转换关键部件。按在发电机装配所在位置区分有“内振子”和“外振子”两种方式;按主要组成元件和材料区分有由永磁体-导磁极靴元件组成的“磁振子”和由导磁盘-线圈绕组元件组成的“圈振子”,按成形后的基本形体区分有“筒形”,“柱形”、“锯齿形”和“板块形”等振子。其基本工作特征如下:
①与弹性元件及配重有固定的连接,并接受弹性元件和导轨及引导系统的控制;
②受重力、弹性元件形变力、磁回路作用和与导轨触点间滚动或滑动摩擦作用,其运动为往复直线运动;
③与定子之间有气隙,两者运动不同步,也即与发电机本体运动周相不一致;
④与定子之间轴向上相对位移是造成发电机线圈绕组通过的磁通量变化的原因。
(2)定子——发电机工作重要部件,也是电磁能量转换关键部件。按在发电机装配所在位置区分有“内定子”和“外定子”两种方式;按主要组成元件和材料区分有由永磁体-导磁极靴元件组成的“磁定子”和由导磁盘-线圈绕组元件组成的“圈定子”;按成形后的基本形体区分有“筒形”、“柱形”、“锯齿形”和“板纹形”等定子。其基本工作特征如下:
①固定于发电机壳体或内部支撑构架,相对发电机本体(和发电机所固定的浮体)无运动;
②受浮体(和发电机本体)影响,浮体随波浪运动,定子(和发电机本体)电作相同运动;
③与振子之间轴向上相对位移是造成发电机线圈绕组通过的磁通量变化的原因。
(3)弹性元件及配重系统——发电机工作重要运动部件,也是发电机机械能吸收、平衡和振子运动周相控制关键部件。弹性元件及配重系统包括弹簧、配重、调节装置、连接件等原器件。其中弹簧工作特征如下:
①振子与发电机本体保持相互连接的“桥梁”;
②通过拉伸、回复、压缩、膨胀等方式平衡振子吸收的能量;
③改变振子与发电机本体(即发电机承载浮体随波浪上下起伏)运动周相。
(4)导轨及引导系统——发电机工作重要辅助部件,也是振子直线运动控制关键部件。导轨及引导系统包括轨道、滚珠或滚轮等原器件。其中导轨可以只赋予单一作用,即仅作控制振子直线运动作用;也可以赋予多功能作用,即除作控制运动状态外,还附带起连接、内部支撑、结构强化等作用。
(5)气压平衡及减压系统——发电机工作重要辅助部件,也是减少振子运动气阻的关键部件。根据具体情况选择设置。其选择方式有:
①在振子运动的两端设置连接气道,气道可以是独立的管道,也可以是发电机构造间隙等,作用是:能够快速平衡振子运动时造成两端的气压差;
②在完全密闭的发电机上安装气阀,对发电机抽真空,使其内部处于负压或真空环境,作用是:减轻或消除振子运动时造成两端的气压差。
(6)其它基本部件。包括支撑构架、紧固件、壳体、连接件、导线接口、润滑系统等机械部件和整流、稳压、指示等电子部件。其中电子部件可以根据具体情况和要求设在发电机内部,或另外设立。
根据上述振子波力发电机基本特征,可以衍生出如下各种形式的振子发电机:
a)振子插在定子内或被夹在定子之间,这种结构简称为“内振子”;也可以套在定子外或将定子夹在中间,这种结构简称为“外振子”;
b)振子可以由永磁体-导磁极靴和其它组合件构成,这种方式简称为“动磁式”;也可以由导磁盘-线圈绕组和其它组合件构成,这种方式简称为“动圈式”;
c)定子-振子基本结构形状可以是筒柱形和夹心形。例如振子为柱状,定子为筒状,振子柱插在定子筒内;或者振子为筒状,定子为柱状,振子筒套在定子柱外,这种形状简称为“筒柱形”。筒柱可以是圆筒柱,也可以是方筒柱和其它多边形或异形筒柱。又例如夹心条形,其中夹心外侧为定子,中间为振子;或者夹心外侧为振子,中间为定子;还可以一侧振子一侧定子,以及相互交替组合,这种形状简称“夹心形”。夹心可以是“齿条夹心”,也可以是“板纹夹心”或其它形状夹心。
附图说明
(图1)振子波力发电机示意简图筒柱形内振子动磁式波力发电机,(以圆筒-圆柱形为例)
(图2)筒柱形外振子动磁式波力发电机,(以圆筒-圆柱形为例)示意简图
(图3)筒柱形内振子动圈式波力发电机,(以圆筒-圆柱形为例)示意简图
(图4)筒柱形外振子动圈式波力发电机,(以圆筒-圆柱形为例)示意简图
(图5)夹心式内振子动磁式波力发电机,(以BAB夹心矩齿形为例)示意简图
(图6)夹心式外振子动磁式波力发电机,(以ABA夹心矩齿形为例)示意简图
(图7)夹心式内振子动圈式波力发电机,(以BAB夹心矩齿形为例)示意简图
(图8)夹心式外振子动圈式波力发电机,(以ABA夹心矩齿形为例)示意简图
(图9)波力发电机碟碗形导磁盘(以圆碟碗形为例)示意简图
实心碟碗形导磁盘基本结构形式:
方式一:碗内向上突出(图9-1)
方式二:碗底向下突出(图9-2)
方式三:碗底上下突出(图9-3)
空心碟碗形导磁盘基本结构形式:
方式一:碗内向上翻扣(图9-4)
方式二:碗底向下翻扣(图9-5)
方式三:碗底上下翻扣(图9-6)
(图10)波力发电机齿形导磁条组合形式(以带矩齿平槽为例)示意简图
双面锯齿形导磁条基本结构形式:
形状一:双面对称矩形齿(图10-1)
形状二:双面交错矩形齿(图10-2)
单面锯齿形导磁条基本结构形式:(图10-3)
(图11)波力发电机永磁体-导磁极靴-隔磁件组合形式示意简图
层状排列方式:(图11-1)(图11-2)
齿状排列方式:(图11-3)(图11-4)
(图12)波力发电机导磁条-线圈绕组组合形式(以矩齿为例)示意简图
平行镶嵌(齿槽排列):(图12-1)
垂直镶套(齿根排列):(图12-2)
组合嵌套(交错排列):(图12-3)
(图13)定子(导磁盘-线圈绕组)与振子(永磁体-导磁极靴)极距对应形式示意简图
节高错位:(图13-1)
角度错位:(图13-2)
分布错位:(图13-3)
(图14)定子-振子长度配合形式示意简图
长定子配短振子:(图14-1)(图14-2)
短定子配长振子:(图14-3)(图14-4)
附图字母符号表示说明:
0-轴线(或对称轴),1-发电机外壳,2-发电机振子,3-发电机定子,4-导磁盘或导磁条,5-线圈绕组,6-弹性元件,7-导磁极靴,8-隔磁件或材料,9-永磁体,10-配重,11-轨道↑或↓表示振子运动方向;表示线圈绕组;或⊙表示线圈绕组;Δh表示错位高度,Δφ表示错位角度
附图总说明:
以上各图是振子波力发电机基本结构和基本工作原理示意简图。其具体功率大小、外形尺寸、选用材料、其它装置的增设、装置的安装组合方式等技术要求,应根据实际情况确定。
实施方案:
1.筒柱形内振子动磁式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)(见图1)
(1)发电机基本结构:圆柱形振子插在圆筒形定子内,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或圆形永磁体和整块的圆环或圆形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的振子为圆柱形,柱外径小于定子筒内径,能插入定子筒内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干组空心碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个定子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径(筒内带平槽或斜槽,类似内平螺纹和螺旋纹)圆筒,其盘内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的定子为圆筒形,筒内径大于振子柱外径,能容许振子插入,并固定于壳体或支架。
方筒柱、其它多边形和异形筒柱形内振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
2.筒柱形外振子动磁式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)(见图2)
(1)发电机基本结构:圆筒形振子套在圆柱形定子外,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或弧形永磁体和整块的圆环或弧形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的振子为圆筒形,筒内径大于定子柱外径,能套入定子柱内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干组碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘平嵌一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个定子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径(柱表带平槽或斜槽,类似内平螺纹和螺旋纹)圆柱,其盘内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的定子为圆柱形,柱外径小于振子内径,能容许振子套入,并固定于壳体或支架。
方筒柱、其它多边形和异形筒柱形外振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
3.筒柱形内振子动圈式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)(见图3)
(1)发电机基本结构:圆柱形振子插在圆筒形定子内,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构;
①由若干组碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个振子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径(柱表带平槽或斜槽,类似内平螺纹和螺旋纹)圆柱,其盘内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的振子为圆柱形,柱外径小于定子筒内径,能插入定子筒内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或弧形永磁体和整块的圆环或弧形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的定子为圆筒形,筒内径大于振子柱外径,能容许振子插入,并固定于壳体或支架。
方筒柱、其它多边形和异形筒柱形内振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
4.筒柱形外振子动圈式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)(见图4)
(1)发电机基本结构:圆筒形振子套在圆柱形定子外,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干组碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个振子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径(柱表带平槽或斜槽,类似内平螺纹和螺旋纹)圆柱,其盘内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的振子为圆筒形,筒内径大于定子柱外径,能套入定子柱内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或弧形永磁体和整块的圆环或弧形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的定子为圆柱形,柱外径小于振子筒内径,能容许振子套入,并固定于壳体或支架。
方筒柱、其它多边形和异形筒柱形外振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
5.夹心形内振子动磁式波力发电机(以BAB夹心齿条形为例)(见图5),
(1)发电机基本结构:一条形振子(以字母A表示)夹在两单面齿形定子(以字母B表示)之间,形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的振子为条形,其厚度小于两定子之间夹缝距离,能插入定子夹缝内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由两组单面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向内(面对振子)组合而成。相邻两齿可以构成一个定子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜齿或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的两定子之间夹缝距离大于振子厚度,能容许振子插入,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心式内振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
6.夹心形外振子动磁式波力发电机(以ABA夹心齿条形为例)(见图6).
(1)发电机基本结构:在两条形振子(以字母A表示)之间夹一双面齿形定子(以字母B表示),形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的振子为条形,其两振子之间夹缝距离大于定子厚度,能套入定子内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由一组双面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向外(面对振子)组合而成。相邻两齿可以构成一个定子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成.还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜齿或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的定子厚度小于两振子之间夹缝距离,能容许振子套入,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心式外振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
7.夹心式内振子动圈式波力发电机(以BAB夹心齿条形为例)(见图7)
(1)发电机基本结构:一双面齿形振子(以字母A表示)夹在两条形定子(以字母B表示)之间,形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由一组双面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向外(面对定子)组合而成。相邻两齿可以构成一个振子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜齿或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的振子厚度小于两定子之间夹缝距离,能插入定子夹缝内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①若干节永磁体-隔磁体按一层一层沿对称轴线方向叠合而成。永磁体提供对称轴垂直方向磁场,隔磁体引导磁场方向和减少漏磁发生;
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的定子为条形,其两定子之间夹缝距离大于定子厚度,能容许振子插入,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心式内振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
8.夹心式外振子动圈式波力发电机(以ABA夹心齿条形为例)(见图8)
(1)发电机基本结构:在两单面齿形振子(以字母A表示)中间夹一条形定子(以字母B表示),形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由两组单面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向内(面对定子)组合而成。相邻两齿可以构成一个振子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜齿或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个矩形线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的两振子之间夹缝距离大于定子厚度,能套入定子内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的定子为条形,其两定子之间夹缝距离大于振子厚度,能容许振子插入,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心式内振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
9.波力发电机碟碗形导磁盘(以圆碟碗形为例)
(1)实心碟碗形导磁盘基本结构形式(见图9-1,图9-2,图9-3):
②导磁盘可以整体加工制作,也可以分别加工后拼装。
③导磁盘内可以带辐射状槽,以减少涡流铁损。
所谓“实心”主要是指组装完毕后中间为实心,其中心部位不容许运动柱体通过,它接受的磁场来自外部。但实际制作中还是可以预留连接轴孔、紧固螺栓孔或通过中心部位插入其它导磁件,接通磁路。
(2)空心碟碗形导磁盘基本结构形式(见图9-4,图9-5,图9-6):
①导磁盘为空心碟碗形,中心部位有突出扣边。扣边突出的方式有三种:方式一,在碗内向上翻扣;方式二,在碗底向下翻扣;方式三,穿过碗底上下翻扣。
②导磁盘可以整体加工制作,也可以分别加工后拼装。
③导磁盘内可以带辐射状槽,以减少涡流铁损。
所谓“空心”主要是指组装完毕后中间为空心,其中心部位是容许运动柱体穿插或自身套在柱体上运动,它接受的磁场来自穿插或套在中央部件。
其它方碟碗、多边和异形碟碗形结构基本相似。
10.波力发电机齿形导磁条(以带矩齿平槽为例)
(1)双面齿形导磁条基本结构形式(见图10-1,图10-2):
①导磁条为双面齿形。齿形基本形状有二种:形状一,双面对称矩形齿;形状二,双面交错矩形齿。
②导磁条可以整体加工制作,也可以分段或由薄片、薄条拼装。
(2)单面齿形导磁条基本结构形式(见图10-3):
①导磁条为单面齿形。
②导磁条可以整体加工制作,也可以分段或由薄片、薄条拼装。
其它斜齿、多边和异形齿结构基本相似。
11.波力发电机永磁体-导磁极靴-隔磁件组合形式
(1)层状排列方式(以圆柱体为例)(见图11-1,图11-2):
其中:隔磁件或隔磁材料可以加在相邻两导磁极靴之间或填充在永磁体周围。
此为排列方式适合内振子或内定子结构。
根据情况,层面可以沿轴线(磁场)方向稍加偏转,即组合层面为斜面。
(2)齿状排列方式(以单面矩齿为例)(见图11-3,图11-4):
其中:隔磁件或隔磁材料可以加在两导磁极靴齿间,即填充在永磁体周围。
此为排列方式适合外振子或外定子结构。
根据情况可以沿轴线方向稍加偏转,即磁场方向不变,形成齿槽为斜槽。
12.波力发电机矩形导磁条-线圈绕组组合形式
(1)平行排列(齿上排列)(见图12-1)
即线圈绕组镶嵌在齿槽内(线圈法线垂直于振子运动方向);
(2)垂直排列(齿间排列)(见图12-2)
即线圈绕组嵌套在齿根上(线圈法线平行于振子运动方向);
(3)组合排列(交错排列)(见图12-3)
上述两种方式的组合。
13.导磁盘-线圈绕组与永磁体-导磁极靴极距对应形式
导磁盘-线圈绕组与永磁体-导磁极靴极距对应是保证振子平稳运动,即均衡切割磁场的关键因素之一,其极距的错位基本方式如下:
(1)节高错位(见图13-1)
即导磁盘-线圈绕组平面与永磁体-导磁极靴平面保持平行,但其两者节高(即层厚度)不等;
或导磁条齿槽与永磁体-导磁极靴平面保持平行,但齿距(即槽距)与节高(即层厚度)不等。
(2)角度错位(见图13-2)
即导磁盘-线圈绕组平面与永磁体-导磁极靴平面形成一定角度,其两者节高(即层厚度)可等可不等;
或导磁条齿槽与永磁体-导磁极靴平面形成一定角度,其齿距(即槽距)与节高(即层厚度)可等可不等。
(3)排布错位(图13-3)
相向的两组定子或振子上下不平行。
(4)组合错位
上述三种方法的组合或延伸。
14.定子-振子长短配合形式
定子与振子长短配合关键是保证振子运动行程,以及发电机外形结构是否适合应用空间要求的关键因素,其配合长短基本方式如下:
(1)长定子配短振子(见图14-1,图14-2);
(2)短定子配长振子(见图14-3,图14-4)。
15.建议材料选用和加工工艺
(1)永磁材料:Nd-Fe-B;Ni-Co磁钢
(2)导磁材料:电工纯铁;硅钢;Si-Al-Fe系合金;Ni-Fe系合金
(3)隔磁材料:Cu及合金;Al及合金:Ti及合金。
Claims (10)
1.一种振子波力发电机。推动振子波力发电机运转的能量为波浪能,即波浪波力驱动发电机运转。本专利振子发电机基本特征是:①发电机基本组成单元:由振子、定子、弹性元件及配重系统、导轨及引导系统、气压平衡及减压系统等关键部件和其它部件组成;②发电机基本工作原理:弹性振子吸收波浪机械能,振子与定子产生相对位移,线圈绕组内通过磁通量发生变化并产生感应电势;③发电机基本运行方式:垂直安装于浮体或使其垂直浮在水中,跟随浮体和波浪上下起伏运动,一次性将波浪机械能转换成电能。其中:
(1)振子——发电机工作重要运动部件,也是波浪机械能吸收和电磁能量转换关键部件。按在发电机装配所在位置区分有“内振子”和“外振子”两种方式;按主要组成元件和材料区分有由永磁体-导磁极靴元件组成的“磁振子”和由导磁盘或导磁条块-线圈绕组元件组成的“圈振子”,按成形后的基本形体区分有“筒形”、“柱形”、“条形”、“锯齿形”和“板块形”等振子。其基本工作特征如下:
①与弹性元件及配重有固定的连接,并接受弹性元件和导轨及引导系统的控制;
②受重力、弹性元件形变力、磁回路作用和与导轨触点间滚动或滑动摩擦作用,其运动为往复直线运动;
③与定子之间有气隙,两者运动不同步,也即与发电机本体运动周相不一致;
④与定子之间轴向上相对位移是造成发电机线圈绕组通过的磁通量变化的原因。
(2)定子——发电机工作重要部件,也是电磁能量转换关键部件,按在发电机装配所在位置区分有“内定子”和“外定子”两种方式;按主要组成元件和材料区分有由永磁体-导磁极靴元件组成的“磁定子”和由导磁盘或导磁条块-线圈绕组元件组成的“圈定子”;按成形后的基本形体区分有“筒形”、“柱形”、“条形”、“锯齿形”和“板块形”等定子。其基本工作特征如下:
①固定于发电机壳体或内部支撑构架,相对发电机本体(和发电机所固定的浮体)无运动;
②受浮体(和发电机本体)影响,浮体随波浪运动,定子(和发电机本体)也作相同运动;
③与振子之间轴向上相对位移是造成发电机线圈绕组通过的磁通量变化的原因。
(3)弹性元件及配重系统——发电机工作重要运动部件,也是发电机机械能吸收、平衡和振子运动周相控制关键部件。弹性元件及其系统包括弹簧、配重、调节装置、连接件等原器件。其中弹簧工作特征如下:
①振子与发电机本体保持相互连接的“桥梁”;
②通过拉伸、回复或压缩、膨胀等方式平衡振子吸收的能量;
③改变振子与发电机本体(即发电机承载浮体随波浪上下起伏)运动周相。
(4)导轨及引导系统——发电机工作重要辅助部件,也是振子直线运动控制关键部件。导轨及引导系统包括轨道、滚珠或滚轮等原器件。其中导轨可以只赋予单一作用,即仅作控制振子直线运动作用;也可以赋予多功能作用,即除作控制运动状态外,还附带连接、内部支撑、结构强化等作用。
(5)气压平衡及减压系统——发电机工作重要辅助部件,也是减少振子运动气阻的关键部件。根据具体情况选择设置。其选择方式有:
①在振子运动的两端设置连接气道,气道可以是独立的管道或通道,也可以是发电机内部构造间隙等,作用是:能够快速平衡振子运动时造成两端的气压差;
②在完全密闭的发电机上安装气阀,对发电机抽真空,使其内部处于负压或真空环境,作用是:减轻或消除振子运动时造成两端的气压差。
(6)其它基本部件。包括支撑构架、紧固件、壳体、连接件、导线接口、润滑系统等机械部件和整流、稳压、指示等电子部件。其中电子部件可以根据具体情况和要求设在发电机内部,电可另外设立。
根据上述振子波力发电机基本特征,可以衍生出如下各种形式的振子发电机:
a)振子插在定子内或被夹在定子之间,这种结构简称为“内振子”;也可以套在定子外或将定子夹在中间,这种结构简称为“外振子”;
b)振子可以由永磁体-导磁极靴和其它组合件构成,这种方式简称为“动磁式”;也可以由导磁盘或导磁条块-线圈绕组和其它组合件构成,这种方式简称为“动圈式”;
c)定子-振子基本结构形状可以是筒柱形和夹心形。例如振子为柱状,定子为筒状,振子柱插在定子筒内;或者振子为筒状,定子为柱状,振子筒套在定子柱外,这种形状简称为“筒柱形”。筒柱可以是圆筒柱,也可以是方筒柱和多边形筒柱或异形筒柱。又例如夹心形,其中夹心外侧为定子,中间为振子;或者夹心外侧为振子,中间为定子;还可以一侧振子一侧定子相互交替组合,这种形状简称“夹心形”。夹心可以是条齿夹心,也可以是板纹夹心或其它形状夹心。
2.根据权利要求1,一种筒柱形内振子动磁式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)
(1)发电机基本结构:圆柱形振子插在圆筒形定子内,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或圆形永磁体和整块的圆环或圆形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的振子为圆柱形,柱外径小于定子筒内径,能插在定子筒内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干组空心碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘内平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个定子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径,即筒内带平槽或斜槽,其筒(槽)内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的定子为圆筒形,筒内径大于振子柱外径,能套在振子柱外,并固定于壳体或支架。
方筒柱、多边形筒柱和异形筒柱形内振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
3.根据权利要求1,一种筒柱形外振子动磁式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)
(1)发电机基本结构:圆筒形振子套在圆柱形定子外,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或弧形永磁体和整块的圆环或弧形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的振子为圆筒形,筒内径大于定子柱外径,能套在定子柱外,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干组碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘内平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个定子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径,即柱表带平槽或斜槽,其柱(槽)内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的定子为圆柱形,柱外径小于振子筒内径,能插在振子筒内,并固定于壳体或支架。
方筒柱、多边形筒柱和异形筒柱形外振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
4.根据权利要求1,一种筒柱形内振子动圈式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)
(1)发电机基本结构:圆柱形振子插在圆筒形定子内,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干组碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘内平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个振子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径,即柱表带平槽或斜槽,其柱(槽)内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的振子为圆柱形,柱外径小于定子筒内径,能插在定子筒内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或弧形永磁体和整块的圆环或弧形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的定子为圆筒形,筒内径大于振子柱外径,能套在振子柱外,并固定于壳体或支架。
方筒柱、多边形筒柱和异形筒柱形内振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
5.根据权利要求1,一种筒柱形外振子动圈式波力发电机(以圆筒-圆柱形为例)
(1)发电机基本结构:圆筒形振子套在圆柱形定子外,筒柱共轴线,两者之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由若干组空心碟碗形导磁盘-环形线圈绕组按一层导磁盘内平嵌放一层环形线圈绕组,沿轴线方向叠合而成。相邻两个导磁盘可以构成一个振子磁路,环形线圈绕组产生感应电势;
②碟碗形导磁盘可以整体加工制作,也可以是由数块扇形或其它形状拼接组合而成,还可以整体或分段加工成同轴不同径,即筒内带平槽或斜槽,其筒(槽)内嵌放环形线圈绕组;
③每个环形线圈绕组与导磁盘之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
④组合后的振子为圆筒形,筒内径大于定子柱外径,能套在定子柱外,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由若干节永磁体-导磁极靴按…N-S-导磁极靴-S-N…或…S-N-导磁极靴-N-S…一层一层沿轴线方向叠合而成。永磁体提供轴向磁场,导磁极靴使得磁路转向径向;
②永磁体-导磁极靴节可以由整块的圆环或圆形永磁体和整块的圆环或圆形导磁极靴叠合制作;也可以是由数块扇形或其它形状拼接而成;
③每节或每块永磁体内外周可以加隔磁环或填充隔磁材料,以引导磁场方向和减少漏磁发生;
④组合后的定子为圆柱形,柱外径小于振子筒内径,能插在振子筒内,并固定于壳体或支架。
方筒柱、多边形筒柱和异形筒柱形外振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
6.根据权利要求1,一种夹心形内振子动磁式波力发电机(以BAB夹心齿条形为例)
(1)发电机基本结构:一条形振子(以字母A表示)夹在两单面齿形定子(以字母B表示)之间,形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的振子为条形,其厚度小于两定子之间夹缝距离,能插在定子夹缝内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由两组单面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向内(面对振子)组合而成。相邻两齿可以构成一个定子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜槽或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的两定子之间夹缝距离大于振子厚度,能夹在振子两侧,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心形内振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
7.根据权利要求1,一种夹心形外振子动磁式波力发电机(以ABA夹心齿条形为例)
(1)发电机基本结构:在两条形振子(以字母A表示)之间夹一双面齿形定子(以字母B表示),形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的振子为条形,其两振子之间夹缝距离大于定子厚度,能夹在定子两侧,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
①由一组双面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向外(面对振子)组合而成。相邻两齿可以构成一个定子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜槽或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的定子厚度小于两振子之间夹缝距离,能插在振子夹缝内,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心形外振子动磁式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
8.根据权利要求1,一种夹心形内振子动圈式波力发电机(以BAB夹心齿条形为例)
(1)发电机基本结构:一双面齿形振子(以字母A表示)夹在两条形定子(以字母B表示)之间,形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由一组双面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向外(面对定子)组合而成。相邻两齿可以构成一个振子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜槽或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的振子厚度小于两定子之间夹缝距离,能插在定子夹缝内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的定子为条形,其两定子之间夹缝距离大于定子厚度,能夹在振子两侧,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心形内振子动圈式发电机,以及永磁体-导磁极靴-隔磁件或材料其它排列组合方式其原理一致,结构基本相似。
9.根据权利要求1,一种夹心形外振子动圈式波力发电机(以ABA夹心齿条形为例)
(1)发电机基本结构:在两单面齿形振子(以字母A表示)中间夹一条形定子(以字母B表示),形成BAB夹心排布,AB之间留有气隙。
(2)振子基本结构:
①由两组单面齿形导磁条-若干线圈绕组,齿槽向内(面对定子)组合而成。相邻两齿可以构成一个振子磁路,线圈绕组产生感应电势;
②线圈绕组镶嵌方法。方法一:线圈绕组嵌套在导磁条齿上,即嵌入齿槽内;方法二:线圈绕组套在导磁条相邻两齿之间,即套在齿根上;方法三:方法一和方法二的组合方式;
③齿形导磁条可以整体加工制作,也可以是由数片薄齿条或其它形状叠合而成,还可以整体或分段加工成其它齿形(齿条带矩形平槽、斜槽或燕尾槽等)条,其齿槽或齿根嵌套对应形状线圈绕组;
④每个矩形线圈绕组与导磁条之间可以加绝缘线架、绝缘层或浸漆,以防止漏电;
⑤组合后的两振子之间夹缝距离大于定子厚度,能插在定子夹缝内,并与弹性元件及配重相连接。
(3)定子基本结构:
②永磁体-隔磁体节可以由整块永磁体和整块隔磁体叠合制作;也可以是由数块拼接或组合而成;
③每节或每块永磁体两极可以加导磁极靴,以强化磁路通道;
④组合后的定子为条形,其两定子之间夹缝距离大于振子厚度,能夹在振子两侧,并固定于壳体或支架。
其它多层夹心形内振子动圈式发电机,其原理一致,结构基本相似。
10.根据权利要求2、3、4、5、6、7、8、9,一种振子波力发电机导磁盘或导磁条块-线圈绕组与永磁体-导磁极靴对应极距错位方式,其特征是:
(1)角度错位
①导磁盘-线圈绕组法平面与永磁体-导磁极靴节平面形成一定角度,两者节高(即层厚度)可等可不等;
②导磁条块齿槽与永磁体-导磁极靴节或永磁体-隔磁件节构成的平面形成一定角度,齿距(即槽距)与节高(即层厚度)可等可不等。
(2)排布错位
相向的两组定子或振子对应节面平行,但上下错开不在同一平面,两者节高(即层厚度)可等可不等。
(3)组合错位
上述(1)角度错位与(2)排布错位的组合变形。
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PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080618 |