CN204283720U - 单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，包括：壳体、安装在壳体顶部的上端盖、连接在壳体下方的可转动的叶轮立杆、以及固定在叶轮立杆底部的叶轮；所述壳体分为上腔、中腔和下腔三个独立腔；下腔内安装有氮气皮囊，中腔内安装有Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备，Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备与壳体之间通过套圈螺接， Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备的下端与叶轮立杆连接，上腔内安装有电性连接的逆变整流器和蓄电池。通过上述方式，本实用新型能够实现海洋能到电能的一级转换和装置自体发电功能，同时可为离岸海洋装备和孤岛供电，且结构小巧简单，便于制造维修。

Description

单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种单体多腔式楔形永磁体Halbach环形阵列的海浪发电装置，属于海洋可再生新能源范畴。

背景技术

随着世界经济不断地高速发展，世界各国对能源的需求量急剧增长，当前出现的全球石油危机以及因危机引发的能源战争，使人们更加清醒地认识到能源在国民经济和社会发展中所起到的重要作用。海洋作为占地球面积 7 0 ％的主体，不仅拥有丰富的水产、石油等资源 ，更蕴藏着巨大的能源，因此也得到各国广泛关注和研究，尤其表现在海洋能发电领域。早在1911年世界上第一台海洋波浪能发电装置研制成功之后，许多国家都致力于研究波浪能发电。2 0世纪 8 0年代以来，各国相继建成了 2 0多个波浪能发电装置或电站。但就目前现存海洋能发电装置、电站以及海洋能发电专利而言，大多都严格遵循三级能量传递形式，并最终通过发电机完成机械能到电能的转变。其装置结构的复杂性和发电机本身局限性，使装置发电效率低且结构复杂，并相继产生制造成本高、安装困难，后期维修成本和任务加剧等困难，这些严重制约了海洋能发电的普遍化、产业化和规模化的发展。因此实现小型化，结构简单，效率高的海洋能发电装置依旧是当前各国研究和开发的重点。

Halbach阵列是1979年美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家 K.Halbach博士提出了一种新颖的永磁结构。其原理是将切向和法向充磁的永磁体结合起来，使得磁力线一侧得以汇聚，另一侧得以削弱，从而获得比较理想的单边强磁场。此结构多应用与电机中，不仅可以增加气隙磁场强度，而且可以降低铁心损耗，减小轭部厚度，提高电机的动态响应性能。

公开号为CN102437701A的中国发明专利，其公开了一种岸基海浪发电机，以Halbach阵列永磁体代替传统的永磁体，其通过动子的上下运动实现切割磁场，产生电流，依靠的是海水的潮涨潮落，此种发电方式容易造成能量损耗、发电效率低等缺陷。且其不能用于离岸海洋装备和孤岛供电。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有海洋能发电装置庞大、制造成本高、安装维修困难、依赖发电机设备、且因结构复杂而产生能量损耗、发电效率低等缺陷，而提供一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，包括：壳体、安装在所述壳体顶部的上端盖、连接在所述壳体下方的可转动的叶轮立杆、以及固定在所述叶轮立杆底部的叶轮；所述壳体的内部分为上腔、中腔和下腔三个独立腔室；所述下腔为沉浮密封室，内部安装有氮气皮囊，通过进出气阀实现装置的沉浮；所述中腔为发电室，内部安装有Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备，且所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备与所述壳体之间通过套圈螺接，所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备的下端与所述叶轮立杆相连接，所述上腔为电源后处理室，内部安装有电性连接的逆变整流器和蓄电池，将Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备产生的电流，通过逆变整流器整流后传递给蓄电池以存储，也可直接提供给负载，实现电流的利用。

在本实用新型一较佳实施例中，所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备包括定子和动子，所述定子和所述动子同轴，所述定子为Halbach环形阵列楔形永磁体，所述动子由圆柱形绕组轴和镶嵌式固定安装于所述圆柱绕组轴上的双层式环形分布绕组组成，所述圆柱形绕组轴与所述叶轮立杆相连接，连接处安装有超越式离合器，所述Halbach环形阵列楔形永磁体通过套圈与所述外壳螺栓连接，且所述Halbach环形阵列楔形永磁体与所述双层式环形分布绕组之间留有空腔。叶轮转动，带动圆柱形绕组轴上的双层式环形分布绕组旋转而切割Halbach环形阵列的楔形永磁体磁场的磁感线产生电流。

在本实用新型一较佳实施例中，所述套圈为正八边形套圈。

在本实用新型一较佳实施例中，所述上端盖通过沉头螺钉安装在所述壳体的顶部。 

在本实用新型一较佳实施例中，所述壳体为圆柱形耐压外壳。

在本实用新型一较佳实施例中，所述下腔与所述中腔之间通过密封橡胶环相隔开。 

在本实用新型一较佳实施例中，所述中腔与所述上腔之间通过工作面板相隔开，所述工作面板与所述壳体通过螺栓相连接。

在本实用新型一较佳实施例中，所述工作面板呈中心镂空结构。

在本实用新型一较佳实施例中，所述上腔内还安装有定位导向的卫星传感装置。

在本实用新型一较佳实施例中，所述叶轮为轴流叶轮；所述叶轮立杆为中空型；所述圆柱形绕组轴为中空型；减少整个装置的质量。

本实用新型的有益效果：利用永磁体Halbach阵列所产生的单边磁场效应，实现装置自体发电，实现海洋能到电能的一级化能量转变。采用卫星传感装置，可为离岸海洋装备和孤岛供电。无需依赖发电机和能量转换装置，整个发电装置结构简单、小巧，便于制造、安装和维修，且具有海洋能利用率高、成本低、独立、持续稳定发电和建设简便等优点。

附图说明

图1为本实用新型一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置一较佳实施例中的结构示意图；

图2是图1所示的A-A剖视图；

图3为图2所示Halbach环形阵列楔形永磁体的结构示意图；

图4为图2所示圆柱形绕组轴上双层式环形分布绕组镶嵌安装的结构示意图；

图5为图2所示Halbach环形阵列楔形永磁体与双层式环形分布绕组的安装截面图；

附图中各部件的标记如下：1、下腔，2、中腔，3、上腔，4、沉头螺钉，5、上端盖，6、螺栓，7、逆变整流器，8、蓄电池，9、卫星传感器，10、工作面板，11、圆柱形耐压外壳，12、Halbach环形阵列楔形永磁体，13、双层式环形分布绕组，14、套圈，15、圆柱形绕组轴，16、密封橡胶环，17、超越式离合器，18、氮气皮囊，19、叶轮立杆，20、叶轮，21、充磁方向，22、磁感线方向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1-图5，本实用新型实施例包括：

一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，包括：圆柱形耐压外壳11、安装在所述圆柱形耐压外壳11顶部的上端盖5、连接在所述圆柱形耐压外壳11下方的可转动的叶轮立杆19、以及固定在所述叶轮立杆19底部的叶轮20；其中，所述上端盖5通过沉头螺钉4可拆卸地安装在所述圆柱形耐压外壳11的顶部，所述圆柱形耐压外壳11的内部分为上腔3、中腔2和下腔1三个独立腔室。

所述下腔1为沉浮密封室，内部安装有氮气皮囊18，通过进出气阀实现装置的沉浮。

所述中腔2为发电室，内部安装有Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备，所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备包括定子和动子，所述定子和所述动子同轴；所述定子为Halbach环形阵列楔形永磁体12，Halbach环形阵列楔形永磁体12产生的磁场为内强外弱型，且磁场平稳；所述动子由圆柱形绕组轴15和镶嵌式固定安装于所述圆柱绕组轴15上的双层式环形分布绕组13组成；所述圆柱形绕组轴15与所述叶轮立杆19相连接，连接处安装有超越式离合器17，实现恶劣天气叶轮立杆19与圆柱形绕组轴15脱离，保护发电装置；所述Halbach环形阵列楔形永磁体12通过套圈14与所述圆柱形耐压外壳11以螺栓6连接，且所述Halbach环形阵列楔形永磁体12与所述双层式环形分布绕组13之间留有空腔。其中，所述套圈14为正八边形套圈。叶轮20转动，带动圆柱形绕组轴15上的双层式环形分布绕组13旋转而切割Halbach环形阵列楔形永磁体12磁场的磁感线产生电流。

所述下腔1与所述中腔2之间通过密封橡胶环16相隔开。

所述上腔3为电源后处理室，内部安装有电性连接的逆变整流器7和蓄电池8，将双层式环形分布绕组13旋转而切割Halbach环形阵列楔形永磁体12磁场的磁感线产生的电流，通过Halbach环形阵列楔形永磁体12与双层式环形分布绕组13之间的空腔传递至上腔3中，通过上腔3中的逆变整流器7整流后传递给蓄电池8以存储，也可直接提供给负载，实现电流的利用（一级化能量转化和装置自体发电机功能）。

所述中腔2与所述上腔3之间通过工作面板10相隔开，所述工作面板10与所述圆柱形耐压外壳11通过螺栓6相连接，可拆卸安装，且所述工作面板10呈中心镂空结构。

所述上腔3内还安装有定位导向的卫星传感装置，所述卫星传感装置为卫星传感器9，用于实现整个设备的定位导向。

所述叶轮20为轴流叶轮；所述叶轮立杆19为中空型；所述圆柱形绕组轴15为中空型；减少整个装置的质量。

由于单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置需要在海域环境中进行作业，所以各个连接之处均采用橡胶圈密封措施。

本实用新型利用永磁体Halbach环形阵列磁场效应，利用Halbach环形阵列楔形永磁体12产生内强外弱稳定磁场，通过正八边形套圈14与圆柱形耐压外壳11以螺栓6连接，作为发电装置的定子，Halbach环形阵列楔形永磁体12的充磁方向21和磁感线方向22参见图2；双层式环形分布绕组13镶嵌式固定安装于圆柱绕组轴15上，并跟随叶轮20的运动一致旋转，作为发电装置的转子，双层式环形分布绕组13的绕线参见图3；海浪的流动推动叶轮20转动，同时带动圆柱形绕阻轴15上的双层式环形分布绕组13旋转而切割磁感线运动而产生电流，形成一级化能量转换；并通过圆柱形绕阻轴15与Halbach环形阵列楔形永磁体12之间的空腔和工作面板10的中心空洞将带电的防腐导线传递给上腔3中的逆变整流器7，电流经逆变整流后传递给蓄电池8或者负载。因采用线圈切割磁感线原理和逆变整理设备，所述叶轮20无论是逆时针还是顺时针转动，都将带动双层式环形分布绕组13切割Halbach环形阵列楔形永磁体12磁场产生磁感线运动，都将激发电流，具有持续发电功用。

当遇到恶劣海上天气，海浪动力过大，位于下腔1中的超越式离合器17将自动脱离叶轮立杆19，以保护整个发电装置。

本实用新型的发电过程为：首先海浪推动叶轮20旋转，通过超越式离合器17带动圆柱形绕组轴15上的双层式环形分布绕组13切割Halbach环形阵列楔形永磁体12磁场运动，产生感应电流，通过圆柱形绕阻轴15与Halbach环形阵列楔形永磁体12之间的空腔和工作面板10的中心空洞将带电的防腐导线传递给上腔3中逆变整流器7，电流经逆变整流后传递给蓄电池8或者负载。因采用线圈切割磁感线原理和逆变整理设备，该过程无需考虑叶轮正反转，并能产生持续电流。

本实用新型揭示了一种单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，通过充分利用永磁体Halbach阵列所产生的单边磁场效应，实现装置自体发电，实现海洋能到电能的一级化能量转变。采用卫星传感装置，可为离岸海洋装备和孤岛供电。无需依赖发电机和能量转换装置，简化了发电装置，且具有海洋能利用率高、体积小、成本低、独立、持续稳定发电和建设简便等优点。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，包括：壳体、安装在所述壳体顶部的上端盖、连接在所述壳体下方的可转动的叶轮立杆、以及固定在所述叶轮立杆底部的叶轮，其特征在于，所述壳体的内部分为上腔、中腔和下腔三个独立腔室，所述下腔内安装有氮气皮囊，所述中腔内安装有Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备，且所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备与所述壳体之间通过套圈螺接，所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备的下端与所述叶轮立杆相连接，所述上腔内安装有电性连接的逆变整流器和蓄电池。

2.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述Halbach环形阵列楔形永磁体发电设备包括定子和动子，所述定子和所述动子同轴，所述定子为Halbach环形阵列楔形永磁体，所述动子由圆柱形绕组轴和镶嵌式固定安装于所述圆柱绕组轴上的双层式环形分布绕组组成，所述圆柱形绕组轴与所述叶轮立杆相连接，连接处安装有超越式离合器，所述Halbach环形阵列楔形永磁体通过套圈与所述外壳螺栓连接，且所述Halbach环形阵列楔形永磁体与所述双层式环形分布绕组之间留有空腔。

3.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述套圈为正八边形套圈。

4.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述上端盖通过沉头螺钉安装在所述壳体的顶部。

5.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述壳体为圆柱形耐压外壳。

6.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述下腔与所述中腔之间通过密封橡胶环相隔开。

7.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述中腔与所述上腔之间通过工作面板相隔开，所述工作面板与所述壳体通过螺栓相连接。

8.根据权利要求7所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述工作面板呈中心镂空结构。

9.根据权利要求1所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特在于，所述上腔内还安装有定位导向的卫星传感装置。

10.根据权利要求2所述的单体多腔式楔形永磁体Halbach阵列海浪发电装置，其特征在于，所述叶轮为轴流叶轮；所述叶轮立杆为中空型；所述圆柱形绕组轴为中空型。