CN206164287U - 一种基于直线发电机的波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于直线发电机的波浪能发电装置，包括浮体、柔性绳、发电机机体、底座，所述浮体通过柔性绳与发电机机体的动子连接；所述发电机机体与底座连接，固定安装在海床上；所述发电机机体为圆筒型结构，其中包括动子、定子和机壳；所述动子上端与柔性绳相连，下端与机壳底部相连，且安装到筒状定子内，动子磁极与定子齿之间留有气隙，动子的长度大于定子的长度，定子位于机壳中间，并与壳体固定在一起，所述机壳内上方和下方分别设置有限位弹簧、恢复弹簧。减少了能量转换中间环节，降低了系统复杂性，同时提高了波浪能利用率；此外，采用复合储能技术，平衡发电端与负载端所需的功率偏差，提高了电能质量与系统运行的稳定性。

Description

一种基于直线发电机的波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及波浪能发电装置技术领域，特别是涉及一种基于直线发电机的波浪能发电装置

背景技术

海洋能是一种清洁可再生的新型能源，蕴含量巨大，波浪发电具有巨大的发展潜力，但目前还处于发展前期。通常情况下，波浪能利用需要经过三级转换，这些发电装置不仅发电效率低，而且成本很高，在使用过程中还会伴随液体可能泄漏污染海水、定期维护等问题。为此，各国科学家围绕提高波浪能发电装置的转换效率和可靠性这一主线，正在努力地开发新型波浪能发电技术。

由于波浪的随机性和不稳定性，会造成能流不稳定，波浪能发电装置大多数情况下所产生的电能是频率和峰值都一直变化的低频交流电。大量海浪电能接入电网可能出现大幅功率波动、电能质量等问题。大幅功率波动会增加功率损耗、提高装置容量从而增加成本。如果能量转换装置连接到弱电网，可能还会产生闪变、电压或频率波动。为了充分发掘海浪发电的价值，协调海浪发电系统与电网之间的矛盾，提高电能质量，有必要对海浪发电系统产生的输出功率采取控制。

实用新型内容

根据波浪能转换形式及其技术特点，提出了一种基于直线发电机的波浪能发电装置，减少了能量转换中间环节，降低了系统复杂性，同时提高了波浪能利用率；此外，采用复合储能技术，平衡发电端与负载端所需的功率偏差，提高了电能质量与系统运行的稳定性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种基于直线发电机的波浪能发电装置，包括浮体、柔性绳、发电机机体、底座，所述浮体通过柔性绳与发电机机体的动子连接；所述发电机机体与底座连接，固定安装在海床上；

所述发电机机体为圆筒型结构，其中包括动子、定子和机壳；所述动子上端与柔性绳相连，下端与机壳底部相连，且安装到筒状定子内，动子磁极与定子齿之间留有气隙，动子的长度大于定子的长度，所述定子位于机壳中间，并与壳体固定在一起，所述机壳内上方和下方分别设置有限位弹簧、恢复弹簧。

所述动子由动子磁轭与多个永磁体磁极组成，所述动子磁轭覆盖在直轴上；所述永磁体磁极的厚度与定子齿宽相同，间隔安装在动子磁轭外周，间距与定子齿距相同。

所述定子铁芯呈圆筒形，圆筒内圆柱面有多个圆环形槽，槽内嵌装有定子绕组，所述定子绕组是环形的，所在平面与定子轴线垂直。

所述恢复弹簧为气体弹簧装置。

本实用新型有如下有益效果：

1、本发明直接把波浪能装换成电能，只需要一级能量装换，省略了二级能量转换所带来的费用、维护和能量损耗，具有可靠性高及维护成本低的优势。

2、采用气体弹簧装置来限定弹力的变化，能够降低能量转化的不均一性。

3、采用复合储能技术，平衡发电端与负载端所需的功率偏差，提高了电能质量与系统运行的稳定性。

4、本发明省去了其它类似波浪能发电装置的液压及气动元件，使装置的结构大大简化，其成本降低，属于一种廉价实用的波浪能发电装置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本发明发电系统整体结构示意图。

图2为本发明动子结构示意图。

图3为本发明定子结构示意图。

图4为本发明发电系统电能后处理电路图。

图中：浮体1、柔性绳2、发电机机体3、限位弹簧4、动子5、永磁体磁极6、动子磁轭7、定子8、机壳9、底座10、恢复弹簧11、电缆12、圆环形槽13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种基于直线发电机的波浪能发电装置及并网功率波动平抑方法，包括浮体1、柔性绳2、发电机机体3、底座10，其特征在于：所述浮体1通过柔性绳2与发电机机体3的动子5连接；所述发电机机体3与底座10连接，固定安装在海床上。

进一步的，所述浮体1起吸收波浪的作用，安装在运作件上部，通过牵引绳2直接驱动发电机运动件；为减小运动部件固有振动频率以匹配波浪频率，所述浮子1设计为上部小于中部的纺锤体形状，以减小水线面积。

进一步的，所述发电机外形结构为圆筒型，具有大推力密度、动子5和定子8间零法向吸引力，并且因为整个饼式绕组都是有效边，没有绕组端部，从而不存在横向边端效应，提高了绕组的利用率。所述发电机有铁心。永磁体置于动子5上有铁心的发电机，其磁力线可以更加集中在动子5内部的绕组上，感应电压是无铁心绕组的3倍。

进一步的，所述恢复弹簧11为气体弹簧装置，由于机械拉伸弹簧的弹力同其伸长量成正比，因此弹簧施加到动子的力在其运动期间有相当大的变化，动子的速度也会因此有相当大的变化，这会造成能量转化的不均一性，所述弹性结构通过限定弹力的变化能够降低这种不均一性。

进一步的，所述发电机机体3用于支撑保护整个装置，发电机机体3具有足够的强度，同时为减少海水腐蚀还要求壳体材料有足够的耐腐蚀性能。

进一步的，所述底座10用于固定设备，通过混凝土基座或其他方式将波能转换装置直接固定在海床上可以很好地实现整个系统的稳定。

进一步的，如图4所示，所述电能处理电路结合超级电容与蓄电池混合储能的直驱波浪发电功率平抑方法，充分利用功率型和能量型储能质各自的优点，用于平衡发电端与负载端所需的功率偏差，对电能波动进行处理，提高了电能质量与系统运行的稳定性。

实施例2：

一种基于直线发电机的波浪能发电装置的电能处理方法，它包括以下步骤：

1、先将定子固定有永磁铁磁极6的动子磁轭7与动子5稳定连接，再放入电机机体3，使其位于限位弹簧4和恢复弹簧11之间，动子5下端与恢复弹簧11固定，保证动子5与发电及机体3保持在同一中心轴线上；

2、将浮体1置于水面，直线发电机放在一定深度的水中，发电机底部连有底座10置于海床上，浮体1通过柔性绳2与发电机中动子5上端连接，浮体1和发电机体3、动子5、柔性绳在同一中心线上；

3、将电能后处理电路与直线发电机输出电缆12相连，构成完整的发电电路系统。

4、组装完成后，调整系统各部件位置，浮体1跟随波浪作用上下运动，通过柔性绳2带动发电机动子5往复运动，从而动子5与定子8做相对运动，切割磁感线，定子线圈便感应产生电能；

5、产生的电能是频率和峰值都一直变化的低频交流电，经过电能后处理电路抑制波浪发电输出电能的波动，从而提高电能质量与系统运行的稳定性。

本发明的装置具体工作原理为：

使用时，浮体1在波浪作用下上下运动，当浮体1向上运动时会拉动发电装置的运动件动子3向上运动，浮体1向下移动时运动件3在重力的作用下会向下运动，也可以采用弹簧等弹性结构辅助运动件向下运动，恢复弹簧11在运动件上升时被拉伸，吸收波浪能，在运动件3下落时释放该部分能量，从而使得直线电机的动子3跟定子8之间产生相对运动，切割磁力线，完成由波浪能向电能的转换过程，接着经过电能后处理电路并入电网。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (4)

1.一种基于直线发电机的波浪能发电装置，其特征在于：包括浮体（1）、柔性绳（2）、发电机机体（3）和底座（10）；所述浮体（1）通过柔性绳（2）与发电机机体（3）的动子（5）连接；所述发电机机体（3）与底座（10）连接，固定安装在海床上；

所述发电机机体（3）为圆筒型结构，其中包括动子（5）、定子（8）和机壳（9）；所述动子（5）上端与柔性绳（2）相连，下端与机壳（9）底部相连，且安装到筒状定子（8）内，动子（5）磁极与定子（8）齿之间留有气隙，动子（5）的长度大于定子（8）的长度，所述定子（8）位于机壳（9）中间，并与壳体固定在一起，所述机壳（9）内上方和下方分别设置有限位弹簧（4）、恢复弹簧（11）。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线发电机的波浪能发电装置，其特征在于：所述动子（5）由动子磁轭（7）与多个永磁体磁极（6）组成，所述动子磁轭（7）覆盖在直轴上；所述永磁体磁极（6）的厚度与定子（8）齿宽相同，间隔安装在动子磁轭（7）外周，间距与定子（8）齿距相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线发电机的波浪能发电装置，其特征在于：所述定子（8）铁芯呈圆筒形，圆筒内圆柱面有多个圆环形槽（13），槽内嵌装有定子绕组，所述定子绕组是环形的，所在平面与定子（8）轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的一种基于直线发电机的波浪能发电装置，其特征在于：所述恢复弹簧（11）为气体弹簧装置。