CN102297071B - 海流发电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海流发电机及其控制方法，包括浮体（1）、发电机（2）、增速器（3）、叶片（7）、角度传感器（8）、传动轴（9）、导流装置（11）和托架（12）；其特征在于：传动轴（9）上设有单向轴承（4），托架（12）上安装有刹车（5）和步进电动机（10），叶片（7）上安装有多个压力传感器（6）。所述控制方法的核心是通过压力传感器、角度传感器、单向轴承、刹车和步进电机等部件的配合实时控制发电机处于最佳发电状态。本发明涉及的发电机及其控制方法能解决现有电网不能为沿海地区为数众多的岛屿提供电能的技术问题。

Description

海流发电机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种海流发电机及其控制方法，尤其涉及一种利用岛屿之间海水流驱动发电的发电机及其控制方法。
背景技术
海洋能源已成为各海洋国家政府列入本国能源战略框架内的发展计划。发达国家很多年前就已经开始进行海洋能的研究开发。近年来我国也越来越重视对海洋能源的开发，但一方面目前国内外的大型海流发电站造价高昂，安装与维护费用比重很大，而另一方面在我国边远海域与沿海地区有为数众多的岛屿，这些地方电网无法覆盖，一时间也不能建设起大型的海流发电站，因此急需一种小成本的海流发电机来解决当前电力不足的燃眉之急。
另外现有技术中，海流发电机的控制方法较为复杂，实际操作步骤众多，反馈环节过多，导致发电机发电效率降低，而且发电机容易被海流损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种岛间海流发电机，其结构可靠、安装维修方便，能解决现有电网不能为沿海地区为数众多的岛屿提供电能的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种海流发电机，包括浮体、发电机、增速器、叶片、角度传感器、传动轴、导流装置和托架；发电机为潜水式发电机且安装在浮体的下面，发电机的转子与传动轴相连；增速器通过齿轮机构与传动轴相连；传动轴上设有叶片；角度传感器通过托架固定在叶片的下面，并通过齿轮机构与传动轴相连；所述导流装置由两块导流板组成，每块导流板与浮体单独相连，两块导流板互成夹角，导流装置位于叶片的正前方，用于将海流导向叶片的一侧；传动轴上还设有用于防止传动轴反转的单向轴承；所述托架上安装有刹车，刹车的制动机构与传动轴相连；叶片上安装有多个压力传感器；所述托架上还安装有步进电动机，步进电动机的驱动齿轮通过可离合机构与传动轴的末端相连。
本发明的另一种技术解决方案是，提供一种海流发电机的控制方法，它包括以下步骤。
一、当叶片上的压力传感器检测到海流对叶片的冲击压力在适合发电的范围内时，刹车不工作，传动轴正常转动以驱动海流发电机发电。
二、当叶片上的压力传感器检测到海流对叶片的冲击压力大于适合发电的范围时，刹车开始对传动轴进行减速处理，保持传动轴在适合发电的转速范围内驱动海流发电机发电。
三、当叶片上的压力传感器检测到海流对叶片的冲击压力小于适合发电的范围时，海流发电机进入待机状态，不进行发电操作。
四、当角度传感器通过角度运算检测出叶片较长时间停留在与海流方向平行的平面时，角度传感器向步进电动机发出控制信号，使步进电动机驱动叶片转动到与海流方向成夹角的位置。
本发明涉及的海流发电机及其控制方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：一、结构相对简单，易于实现；操作方便，便于普及，可有效解决当前我国现有电网不能为沿海地区为数众多的岛屿提供电能的技术问题。二、本发明涉及的海流发电机上装有多个传感器，能对发电机关键部位实时监控，并进行相应的保护措施，提高了系统的可靠性。三、本发明涉及的海流发电机通过角度传感器与压力传感器加上步进电机的控制系统对发电机的叶片进行自适应调整，大大提高了发电机的发电效率。
附图说明
附图是本发明结构示意图。
图中所示：1、浮体，2、发电机，3、增速器，4、单向轴承，5、刹车，6、压力传感器，7、叶片，8、角度传感器，9、传动轴，10、步进电动机，11、导流装置，12、托架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
一种海流发电机，包括浮体1、发电机2、增速器3、叶片7、角度传感器8、传动轴9和导流装置11；发电机2为潜水式发电机且安装在浮体1的下面，发电机2的转子与传动轴9相连；增速器3通过齿轮机构与传动轴9相连；传动轴9上设有叶片7；角度传感器8通过长托架12固定在叶片7的下面，并通过齿轮机构与传动轴9相连；所述导流装置11由两块导流板组成，每块导流板与浮体1单独相连，两块导流板互成夹角，导流装置11位于叶片7的正前方，用于将海流导向叶片7的一侧，具体实施时可采用夹角度数为60度，两块导流板的中心点间距是叶片7上与传动轴9垂直的边的长度的一半，导流板与传动轴9的距离以在叶片转动时刚好不会碰触到导流装置为宜；传动轴9上还设有用于防止传动轴反转的单向轴承4；所述托架12上安装有刹车5，刹车5的制动机构与传动轴9相连；叶片7上安装有多个压力传感器6，具体实施可安装12个；所述托架12上还安装有步进电动机10，步进电动机10的驱动齿轮通过可离合机构与传动轴9的末端相连。实际运用时海流发电机产生的电能通过连接在浮体上的电缆输送给岛屿上的变电站。同时发电机上的控制机构的电力亦取自发电机本身产生的电能，该电能经过发电机上设置的变压整流和蓄电系统后提供给相应的控制机构。所述给发电机上控制机构的供电系统，在现有技术中已经很成熟，此处不再详述，需要说明的是，本发电机所有部件均需浸泡在海水中，故各部件连接处需要保持水密，同时还需做防海水腐蚀处理。
本发明工作原理：由附图给出，海流经过导流装置将海水导向叶片的一侧，并驱动叶片转动，叶片通过传动轴带动发电机转子转动进行发电，当海流流速过大时，具体实施时可采用流速值30m/s作为流速界限，叶片上的压力传感器将检测到对应的海流冲击压力超限，压力传感器发送给刹车一个运作信号，刹车对传动轴进行减速处理，保持传动轴在适合发电的转速范围，具体实施时此范围可以设置为50～500r/min。当角度传感器通过角度运算检测出叶片较长时间停留在与海流方向平行的平面时，角度传感器向步进电动机发出控制信号，步进电动机驱动叶片转动到与海流方向成夹角的位置，具体实施时可采用转动角度为30度，从而继续在海流的作用下发电。当叶片上的压力传感器检测到海流对叶片的冲击压力小于适合发电的范围最小值时（具体实施时可以将最小值设为0），海流发电机进入待机状态，不进行发电操作。当海流流向混乱，叶片受到反向转动的驱动力时，单向轴承开始动作，阻止叶片反向转动。因为岛间海流流向比较固定，本发明比较适合安装在岛屿之间。
本发明海流发电机的控制方法包括以下步骤。
一、当叶片7上的压力传感器6检测到海流对叶片7的冲击压力在适合发电的范围内时，刹车5不工作，传动轴9正常转动以驱动海流发电机发电。
二、当叶片7上的压力传感器6检测到海流对叶片7的冲击压力大于适合发电的范围时，刹车5开始对传动轴9进行减速处理，保持传动轴9在适合发电的转速范围内驱动海流发电机发电。
三、当叶片7上的压力传感器6检测到海流对叶片7的冲击压力小于适合发电的范围时，海流发电机进入待机状态，不进行发电操作。
四、当角度传感器8通过角度运算检测出叶片7较长时间停留在与海流方向平行的平面时，角度传感器8向步进电动机10发出控制信号，使步进电动机10驱动叶片7转动到与海流方向成夹角的位置。

Claims (2)

1.一种海流发电机，包括浮体（1）、发电机（2）、增速器（3）、叶片（7）、角度传感器（8）、传动轴（9）、导流装置（11）和托架（12）；发电机（2）为潜水式发电机且安装在浮体（1）的下面，发电机（2）的转子与传动轴（9）相连；增速器（3）通过齿轮机构与传动轴（9）相连；传动轴（9）上设有叶片（7）；角度传感器（8）通过托架（12）固定在叶片（7）的下面，并通过齿轮机构与传动轴（9）相连；所述导流装置（11）由两块导流板组成，每块导流板与浮体（1）单独相连，两块导流板互成夹角，导流装置（11）位于叶片（7）的正前方，用于将海流导向叶片（7）的一侧；其特征在于：传动轴（9）上还设有用于防止传动轴反转的单向轴承（4）；所述托架（12）上安装有刹车（5），刹车（5）的制动机构与传动轴（9）相连；叶片（7）上安装有多个压力传感器（6）；所述托架（12）上还安装有步进电动机（10），步进电动机（10）的驱动齿轮通过可离合机构与传动轴（9）的末端相连。
2.一种如权利要求1所述的海流发电机的控制方法，它包括以下步骤：
一、当叶片（7）上的压力传感器（6）检测到海流对叶片（7）的冲击压力在适合发电的范围内时，刹车（5）不工作，传动轴（9）正常转动以驱动海流发电机发电；
二、当叶片（7）上的压力传感器（6）检测到海流对叶片（7）的冲击压力大于适合发电的范围时，刹车（5）开始对传动轴（9）进行减速处理，保持传动轴（9）在适合发电的转速范围内驱动海流发电机发电；
三、当叶片（7）上的压力传感器（6）检测到海流对叶片（7）的冲击压力小于适合发电的范围时，海流发电机进入待机状态，不进行发电操作；
四、当角度传感器（8）通过角度运算检测出叶片（7）较长时间停留在与海流方向平行的平面时，角度传感器（8）向步进电动机（10）发出控制信号，使步进电动机（10）驱动叶片（7）转动到与海流方向成夹角的位置。
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