CN103343726B - 一种浮体绳轮波浪发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮体绳轮波浪发电机，包括固定于海底的锚基，绳索一端固定在锚基上，另一端固定缠绕在卷筒上，卷筒为一圆柱壳体结构，心轴通过支架固定在浮体下方，心轴和电机及卷筒同心，电机包裹于心轴外周，卷筒包裹于电机外周；电机的电枢定子与心轴同心固定，带有永磁铁的动子机壳可在心轴上自由旋转；卷筒两端部均设置有蜗簧，蜗簧的内端固定在心轴上，外端固定在卷筒上；卷筒内部通过超越离合器带动动子机壳旋转，心轴在插入卷筒两侧端面的孔处，套有密封圈。本发明将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量且核心部分均包含在卷筒内部，结构紧凑，易于模块化制造，成本低，利于维护。

Description

一种浮体绳轮波浪发电机
技术领域
本发明涉及一种波浪发电机，特别涉及一种浮体绳轮波浪发电机。
背景技术
现在随着化石能源的减少及其带来的环境污染问题，可再生能源的开发显得越来越重要，波浪能每米可达几Kw～几十Kw，是可再生能源中能量密度很高的一种，因此，在海岛以及沿海城市，波浪发电是一种非常不错的选择。
现有的波浪发电机包括以下几种：
“点头鸭”式
“点头鸭”式波浪能发电装置的得名是由于该装置的形状和运行特性酷似鸭的运动，波浪入射波的运动使得动压力推动转动部分绕轴线旋转，流体静压力的改变使浮体部分做上升和下沉运动，动能和位能同时通过液压装置转化，再通过液力或电力系统把动能转换为电能，由于“点头鸭”式装置很多部件直接与海水接触，极易损坏，因此各国已经基本对其停止使用和研究。
振荡水柱式
振荡水注式波浪能发电装置内的水柱在波浪的作用下做上下往复运动，水柱的作用类似于活塞，水柱的不停运动导致水柱自由表面上部的空气柱产生振荡运动，空气在气室上方的出气孔流经一个往复透平，从而将高速空气的动能转换为电能。振荡水柱式波浪能装置较其他波浪能装置最大的区别就是具有气室。所谓气室就是指一个结构，其下部有一个开口浸在海水里，使海水能够自由地进入气室内。
推摆式
推摆式波浪能发电装置是利用装置的运动部件，在波浪的推动下，通过摆体做前后或上下摆动，将波浪能转换成摆轴的动能。与摆轴相连的是液压装置，它将摆轴的动能转换成液力泵的压能，再带动发电机发电。
聚波蓄能式
聚波蓄能式波浪能发电装置是利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，这是一种提高能量密度的方式，波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直到波峰高过波道的边墙，将波浪能转换成势能贮存在蓄水库中，可利用水轮发电机组进行发电。
振荡浮子式
振荡浮子式波浪能发电装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波浪能发电装置。装置通过振荡浮子将波浪能转换成驱动液压泵的往复机械能，再通过能量缓冲区将不稳定的液压能转换成稳定的旋转机械能，再通过发电机发出稳定的电能。
阀式
阀式波浪能发电装置是波面阀通过铰链相互铰接在一起，能量转换装置于每一个铰接处，波浪的运动使波面阀沿着铰接处弯曲，从而反复压缩液力活塞并输出机械能。当装置的固有频率与波浪的频率相一致或接近时，装置的输出效率最高。
专利“浮体基绳轮海浪发电系统”-200910160518.0，是采用浮体、绳、卷筒发电的波浪发电技术，其结构是：绳索一端固定在水底的锚基上，另一端缠绕在浮体上的卷筒上，卷筒通过超越离合器带动发电机发电。原理是：波浪带动浮体上升，浮体与锚基距离增大导致绳索被拉紧从而驱动卷筒旋转，通过超越离合器带动发电机旋转，这时也收紧了弹簧，在波浪下落过程中，浮体在重力作用下下落，浮体与锚基距离缩短，绳索松弛，弹簧的弹性势能释放驱动卷筒倒转将绳索收回。
这是一种很好的柔性发电方案，但没有充分考虑转动惯量问题，因为波浪的周期一般在3s～10s之间，常见的是4～5秒，。浮体只有在波浪上升的半个周期内发电，也就是说在2s～2.5s内，发电机的转速就要从0增加到最高速然后又降到0，从0到最高转速可能只有1s，而一般发电机需要在3s以上才能达到额定转速，并且每天几万次的重复，这对几Kw的电机来说，是个严峻的考验，发电机用于抵抗惯性而承受扭矩等于转动惯量乘以发电机的角加速度，这个扭矩是脉动的，转动惯量越大，扭矩发电机的扭矩越大，发电机很可能会因为频繁的启停工况而导致损坏，所以为了延长发电机使用寿命，必须尽可能的减少转动惯量。
另外现有方案，超越离合器、发电机等均在浮体腔内，核心部件分散，安装成本高，也不利于维护。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提出一种浮体绳轮波浪发电机，将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量，提高设备整体的使用寿命，且核心部分均包含在卷筒内部，具有结构紧凑，易于模块化制造，成本低，利于维护的特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种浮体绳轮波浪发电机，包括固定于海底的锚基1，绳索2一端固定在锚基1上，另一端固定缠绕在卷筒3上，卷筒3为一圆柱壳体结构，心轴4通过支架5固定在浮体6下方，心轴4和电机及卷筒3同心，电机包裹于心轴4外周，卷筒3包裹于电机外周；电机的电枢定子7与心轴4同心固定，带有永磁铁的动子机壳8可在心轴4上自由旋转；卷筒3两端部均设置有蜗簧9，蜗簧9的内端固定在心轴4上，外端固定在卷筒3上；卷筒3内部通过超越离合器10带动动子机壳8旋转，心轴4在插入卷筒3两侧端面的孔处，套有密封圈11。
所述的电机为一个或两个，双电机结构为双电机并排与心轴4同心轴连，电枢定子7与心轴4同心固定，带有永磁铁的动子机壳8可在心轴4上自由旋转，卷筒3为一中间凹进的哑铃状壳体，绳索2缠绕于卷筒3凹槽部，卷筒3左右膨大部内的左右两电机通过超越离合器10连接卷筒3。
所述的波浪发电机还包括通过导绳器支架12安装在浮体下方的导绳器13，导绳器13为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索2从导绳器13中间穿过。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量，从而提高整个设备的使用寿命。
2、本发明将发电机内嵌入卷筒内部，这样整个波浪发电装置的核心部分均包含在卷筒内部，结构紧凑，易于模块化制造，成本低，需要维护时，直接将卷筒部分拆下进行维修即可，利于维护。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明双电机结构的卷筒电机结构图。
其中1-锚基，2-绳索，3-卷筒，4-心轴，5-支架，6-浮体，7-电枢定子，8-动子机壳，9-蜗簧，10-超越离合器，11-密封圈，12-导绳器支架，13-导绳器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明结构原理及工作原理做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的结构原理为：
一种浮体绳轮波浪发电机，包括固定于海底的锚基1，绳索2一端固定在锚基1上，另一端固定缠绕在卷筒3上，卷筒3为一圆柱壳体结构，心轴4通过支架5固定在浮体6下方，心轴4和电机及卷筒3同心，电机包裹于心轴4外周，卷筒3包裹于电机外周；电机的电枢定子7与心轴4同心固定，带有永磁铁的动子机壳8可在心轴4上自由旋转；卷筒3两端部均设置有蜗簧9，蜗簧9的内端固定在心轴4上，外端固定在卷筒3上；卷筒3内部通过超越离合器10带动动子机壳8旋转，心轴4在插入卷筒3两侧端面的孔处，套有密封圈11，防止海水侵入。
所述的电机为一个或两个，如图2所示，双电机结构为双电机并排与心轴4同心轴连，电枢定子7与心轴4同心固定，带有永磁铁的动子机壳8可在心轴4上自由旋转，卷筒3为一中间凹进的哑铃状壳体，绳索2缠绕于卷筒3凹槽部，卷筒3左右膨大部内的左右两电机通过超越离合器10连接卷筒3。
所述的波浪发电机还包括通过导绳器支架12安装在浮体下方的导绳器13，导绳器13为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索2从导绳器13中间穿过。
如图1所示本发明的工作原理为：
波浪的本质是水质点做圆周运动，浮体6漂浮在海面上，随波浪做圆周运动，锚基1固定在海底，静止不动。当波浪向上浮体6上升时，与浮体6连接的卷筒3与锚基1距离不断增大，这时绳索2便产生拉力，拉动卷筒3旋转，卷筒3内部通过超越离合器10带动动子机壳8旋转，由于发电机的电枢绕组与心轴4固定在一起不动，所以动子机壳8相对于电枢绕组旋转，发电，这个阶段，卷筒3相对于心轴4的旋转也收紧了蜗簧9。当波浪下降浮体6在重力随着下落时，浮体6上的卷筒3与锚基1之间距离不断缩小，这时，绳索2变松，卷筒3在蜗簧9的反向力矩作用下倒转，将绳索2回收。同时为防止由于卷筒3动荡导致绳索2缠绕纠结增加了导绳器13结构，使绳索2始终能从卷筒3中部缠绕，不至纠结卡死。

Claims (3)

1.一种浮体绳轮波浪发电机，其特征在于，包括固定于海底的锚基(1)，绳索(2)一端固定在锚基(1)上，另一端固定缠绕在卷筒(3)上，卷筒(3)为一圆柱壳体结构，心轴(4)通过支架(5)固定在浮体(6)下方，心轴(4)和电机及卷筒(3)同心，电机包裹于心轴(4)外周，卷筒(3)包裹于电机外周；电机的电枢定子(7)与心轴(4)同心固定，带有永磁铁的动子机壳(8)可在心轴(4)上自由旋转；卷筒(3)两端部均设置有蜗簧(9)，蜗簧(9)的内端固定在心轴(4)上，外端固定在卷筒(3)上；卷筒(3)内部通过超越离合器(10)带动动子机壳(8)旋转，心轴(4)在插入卷筒(3)两侧端面的孔处，套有密封圈(11)。
2.如权利要求1所述的一种浮体绳轮波浪发电机，其特征在于，所述的电机为一个或两个，双电机结构为双电机并排与心轴(4)同心轴连，电枢定子(7)与心轴(4)同心固定，带有永磁铁的动子机壳(8)可在心轴(4)上自由旋转，卷筒(3)为一中间凹进的哑铃状壳体，绳索(2)缠绕于卷筒(3)凹槽部，卷筒(3)左右膨大部内的左右两电机通过超越离合器(10)连接卷筒(3)。
3.如权利要求1或2所述的一种浮体绳轮波浪发电机，其特征在于，所述的波浪发电机还包括通过导绳器支架(12)安装在浮体下方的导绳器(13)，导绳器(13)为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索(2)从导绳器(13)中间穿过。
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