CN101285449A - 非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置 - Google Patents

非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置 Download PDF

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张大海
李伟
林勇刚
刘宏伟
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Abstract

本发明公开了一种非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置。包括由圆环柱体形永磁体和环形护铁组成的非接触式能量传递系统、外浮筒、内腔体、柔性钢索、导轨、限位支架以及由滚珠丝杠、滚珠螺母、单向离合器和永磁同步发电机组成的动力输出装置等构成。本发明提供的非接触式能量传递系统可以将波浪能产生的直线运动直接高效地转换成简单快速的旋转运动带动永磁同步发电机工作，从而避免了以液压或气压作为中间介质的中间转换环节，也避免了使用技术上还不够成熟的直线电机，提高了整个波浪能量转换装置的可靠性和效率。

Description

非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电装置，尤其是涉及一种具有非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置。
背景技术
波浪能是海洋中分布最广、能量密度最大的可再生能源，成功且高效率的利用波浪能为海洋设备和海岛居民提供电力在海洋勘探、渔业开发和海洋军事方面有着重要的意义。因此，长久以来，人们设计过各式各样的、以波浪作为动力能源的发电装置，如漂浮式波浪能发电装置、浮体下挂液压缸式波浪能发电装置等，而目前这些海洋波浪能利用系统中，其能量转换的工作流程大都是以液压或气压作为中间介质转换的，这种方式在实际运行中易损坏，存在着可靠性不高、维护成本大等问题；而直接使用磁电式或压电式而不借助机械装置或其他中间介质转换的波浪(波动)发电机发电系统，由于中国海域附近波浪能量密度相对较低，同时直线电机技术不够成熟，在实践中同样存在着工作效率低，易损坏，可靠性不高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置。利用非接触式能量传递系统和动力输出装置可以将波浪能产生的直线运动转换成旋转运动，从而避免了以液压或气压作为中间介质的中间转换环节，也避免了使用技术上还不够成熟的直线电机，提高了整个系统的可靠性和效率。
本发明所采用的技术方案是：
在导轨上装有内侧设有环形护铁的外浮筒，外浮筒能在导轨上作上下直线移动，在导轨的内腔体中装有滚珠丝杠，滚珠丝杠的上端连接单向离合器，单向离合器连接永磁同步发电机，滚珠丝杠的下端连接于内腔体底端，内腔体底端通过柔性钢索锚定于海底，在滚珠丝杠外装有圆环柱体形永磁体，在圆环柱体形永磁体两端面分别装有滚珠螺母，滚珠丝杠与滚珠螺母构成螺旋传动的滚珠丝杠副，环形护铁与圆环柱体形永磁体之间形成环形空隙，靠近柔性钢索端的导轨上设置外浮筒限位支架。
所述的外浮筒内的环形护铁为整体环形护铁或间隔分布的环行护铁。
所述的圆环柱体形永磁体为多个轴向排列的永磁体，间隔分布的环形护铁与装在滚珠丝杠中的圆环柱体形永磁体的磁极一一相对应。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的非接触式能量传递系统可以将波浪能产生的直线运动直接高效地转换成简单快速的旋转运动带动永磁同步发电机工作，从而避免了以液压或气压作为中间介质的中间转换环节，也避免了使用技术上还不够成熟的直线电机，提高了整个波浪能量转换装置的可靠性和效率。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是二种不同结构的环形护铁布置图；其中图2.a表示整体环形护铁结构示意图，图2.b表示间隔分布的环形护铁结构示意图。
图中：1、永磁同步发电机，2、单向离合器，3、内腔体，4、环形护铁，5、圆环柱体形永磁体，6、滚珠螺母，7、滚珠丝杠，8、导轨，9、外浮筒，10、限位支架，11、柔性钢索，N和S表示永磁体及其磁极方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明在导轨8上装有内侧设有环形护铁4的外浮筒9，外浮筒9能在导轨8上作上下直线移动，在导轨8的内腔体3中装有滚珠丝杠7，滚珠丝杠7的上端连接单向离合器2，单向离合器2连接永磁同步发电机1，滚珠丝杠的下端连接于内腔体底端，内腔体底端通过柔性钢索11锚定于海底，在滚珠丝杠7外装有圆环柱体形永磁体5，在圆环柱体形永磁体5两端面分别装有滚珠螺母6，滚珠丝杠7与滚珠螺母6构成以丝杠和螺母间以滚珠为滚动体的螺旋传动的滚珠丝杠副，环形护铁4与圆环柱体形永磁体5之间形成环形空隙，靠近柔性钢索11端的导轨8上设置外浮筒9限位支架10。内腔体底端通过柔性钢索11锚定于海底，当外浮筒9随着波浪能浮动时，既可以吸收垂直方向上波浪能的势能，又可以吸收水平方向上波浪能的动能。
本实施例的工作原理是：圆环柱体形永磁体5轴向对立两极压缩磁通量呈辐射状通过环形护铁4。当外浮筒9随着波浪能浮动时，紧密依附在外浮筒的内壁侧的环形护铁4就沿着内腔体3外表面的导轨8而相对滑移，这样在由环形护铁4和多个轴向排列的圆环柱体形永磁体5组成的非接触式能量传递系统的磁场作用下产生的磁场力就会牵动圆环柱体形永磁体5并带动滚珠螺母6跟随运动。这样波浪能作用于外浮筒9上的浮力就在磁场的作用下通过非接触式能量传递系统而作用于滚珠螺母6，滚珠螺母6体上的滚珠经由滚珠丝杠7通过单向离合器2将外浮筒的线性运动转换成滚珠丝杠7轴的旋转运动，从而带动单向离合器2另一端联接的永磁同步发电机1轴作单向旋转工作发电。其中单向离合器2的作用是实现扭矩只朝一个方向传输，保证永磁同步发电机1单向旋转工作发电，而限位支架10的作用是限位托起外浮筒9，保证外浮筒9平稳地运行在一定高度上。
根据本发明所述的一种非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置，其“直接”驱动型是指由滚珠丝杠7和滚珠螺母6构成的滚珠丝杠副、单向离合器2和永磁同步发电机1组成的动力输出装置，其中组成动力输出装置的各部件全都封装密闭于内腔体3中。本发明可以通过滚珠丝杠副和非接触式能量传递系统直接将波浪能作用在外浮筒上的线性速率和推力以旋转运动的形式传递到永磁同步发电机1上而无需经过任何以液压或气压作为中间介质的中间转换环节。
如图2所示，非接触式能量传递系统是由环形护铁4和多个轴向排列的圆环柱体形永磁体5组成，两者之间有环形空隙，是非接触式，故当遇到恶劣的暴风雨而波浪能量转换装置承受极端过载负荷时，间隔分布的环形护铁4就会滑移出非接触式能量传递系统的磁场作用范围而仅受波浪能的上下浮力作用，因此系统不容易损坏。由于在整个能量传递系统中没有导电材料，所以不存在发热效应的问题。其中圆环柱体形永磁体5由烧结钕铁硼(NdFeB)材料制成，环形护铁是由护铁材料制成，环形护铁4和圆环柱体形永磁体5相互作用产生的磁场可实现非接触式的机械推力传递。环形护铁4紧密依附在由聚氯乙烯材料制成的外浮筒9的内壁侧，环形护铁4有整体环形护铁或间隔分布的环形护铁两种结构可供选择。
本发明所述的由滚珠螺母6和滚珠丝杠7构成的滚珠丝杠副，单向离合器均为标准件，可在市场上选购得到。

Claims (3)

1、一种非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置，其特征在于：在导轨(8)上装有内侧设有环形护铁(4)的外浮筒(9)，外浮筒(9)能在导轨(8)上作上下直线移动，在导轨(8)的内腔体(3)中装有滚珠丝杠(7)，滚珠丝杠(7)的上端连接单向离合器(2)，单向离合器(2)连接永磁同步发电机(1)，滚珠丝杠(7)的下端连接于内腔体底端，内腔体底端通过柔性钢索(11)锚定于海底，在滚珠丝杠(7)外装有圆环柱体形永磁体(5)，在圆环柱体形永磁体(5)两端面分别装有滚珠螺母(6)，滚珠丝杠(7)与滚珠螺母(6)构成螺旋传动的滚珠丝杠副，环形护铁(4)与圆环柱体形永磁体(5)之间形成环形空隙，靠近柔性钢索(11)端的导轨(8)上设置外浮筒(9)限位支架(10)。
2、根据权利要求1所述的一种具有非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置，其特征在于：所述的外浮筒(9)内的环形护铁(4)为整体环形护铁或间隔分布的环形护铁。
3、根据权利要求1或2所述的一种具有非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量装置，其特征在于：所述的圆环柱体形永磁体(5)为多个轴向排列的永磁体，间隔分布的环形护铁(4)与装在滚珠丝杠(7)外的圆环柱体形永磁体(5)的磁极一一相对应。
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