CN209671131U - 一种伞形浮体式波浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种伞形浮体式波浪发电装置，属于发电设备领域，中心柱通过液压升降柱与固定基座建立连接，中心柱的上部通过轴承与支撑架连接，调向电机安装在中心柱上，调向电机与支撑架连接，支撑架的右侧与调向板刚连接，弧形发电机的定子与支撑架刚连接，弧形发电机的转子与驱动臂刚连接，变流器安装在中心柱上，变流器与弧形发电机的定子建立电气连接，支撑架与驱动臂铰接，浮杆的一端与驱动臂的一端铰接，浮杆的另一端与浮体刚连接。本实用新型所涉及的伞形浮体式波浪发电装置波浪能利用效率高，可实现波浪能最大功率捕获，结构简单、安全可靠、可行性强，对推动新能源产业优化升级具有重要意义。

Description

一种伞形浮体式波浪发电装置

技术领域

本实用新型属于发电设备技术领域，尤其涉及一种伞形浮体式波浪发电装置。

背景技术

随着近年来化石能源危机的出现，开发和利用海水中蕴藏丰富的波浪能已成为世界各国科研人员共同关注的焦点，对缓解能源危机具有十分重要的战略意义。

在政府的大力支持和科研工作者的不懈努力下，波浪能的开发利用技术正在快速发展。目前，波浪能发电装置有鸭式、振荡水柱式、聚波储能式、推摆式、振荡浮子式等多种形式，但是这些波浪发电装置普遍存在波浪能转换成电能的中间环节多、波浪能捕获效率低的问题，尤其是捕获效率低很大程度制约了波浪能大规模开发利用。其中，振荡浮子式技术因其能量转换效率相对较高成为波浪能开发的热点，也是目前种类最丰富的波浪能发电装置，主要通过浮体的垂荡驱动直线电机和液压系统实现发电。但是，浮体垂荡时能量吸收方式属于点吸收方式，最终只有垂直运动的位移驱动了直线电机发电，并不能贴切的反映波浪运动机理和波浪能量变化规律，且受制于机械传动、能量传递介质，随之产生的是效率降低、设备成本提高、故障点增加，因此在能量转换效率、波浪能吸收模式诸多方面仍然有待提高和优化。

因此，研发一种波浪能捕获效率更高、结构更简单的浮子式波浪发电装置尤为重要。

实用新型内容

本实用新型针对现有发电装置波浪能利用率低、结构复杂的缺陷，提供了一种波浪能利用率高、结构简单且安全可靠的伞形浮体式波浪发电装置。

实用新型技术方案：

一种伞形浮体式波浪发电装置，包括浮体、浮杆、驱动臂、支撑架、弧形发电机、中心柱、调向电机、调向板、变流器、液压升降柱和固定基座，所述中心柱与所述液压升降柱刚连接，所述液压升降柱固定安装在固定基座上；

所述支撑架通过轴承安装在所述中心柱的上部，调向电机安装在所述中心柱上，所述调向电机与所述支撑架建立连接，所述支撑架的右侧与所述调向板刚连接；

所述弧形发电机包括转子和定子，所述弧形发电机的定子与所述支撑架刚连接，所述弧形发电机的转子与驱动臂刚连接，所述变流器安装在中心柱上，所述变流器与弧形发电机的定子建立电气连接；

所述支撑架与驱动臂铰接，所述驱动臂的一端与弧形发电机的转子刚连接，所述驱动臂的另一端与浮杆铰接；

所述浮杆的一端与所述驱动臂的一端铰接，所述浮杆的另一端与浮体刚连接。

进一步，所述浮体的上表面为弧面，下表面为波浪面的圆形浮体。

进一步，所述浮杆分为上、下两部分，所述浮杆的上部为倾斜杆，所述浮杆的下部为竖直杆，并在竖直杆内安装有伸缩电机。

进一步，所述驱动臂包括短臂和长臂，所述短臂与所述浮杆的竖直杆铰接，所述长臂与弧形发电机的转子刚连接，支撑架通过铰接点与驱动臂铰接。

进一步，所述弧形发电机的转子为钕铁硼永磁体，所述弧形发电机的定子为弧形，并且由三相绕组绕制而成，所述定子的弧形端与支撑架刚连接，所述定子通过三相绕组输出导线与变流器的输入端电气连接。

进一步，所述调向电机的输出端通过齿轮传动的方式与支撑架转动连接。

进一步，所述液压升降柱包括基柱、一级升降柱和二级升降柱，所述基柱与固定基座固定连接，所述基柱与所述一级升降柱连接，所述一级升降柱与所述二级升降柱连接，所述二级升降柱与所述中心柱刚连接。

进一步，所述固定基座深埋于泥沙层和岩石层中。

本实用新型对于现有技术具有以下有益效果：

1、浮体随波浪运动产生的前后起伏摆动深度契合波浪运动机理，与弧形发电机天然有机耦合，充分捕获波浪的动能和势能，显著提高波浪能捕获效率。

2、以驱动臂作为传动装置，不需要增速齿轮箱，结构简单的同时，有效规避其他机械传动机构，不仅提高机械能量传递效率、减少机械磨损和机械故障点，而且杜绝了因齿轮箱漏油造成的化学污染。

3、本实用新型采用的设备和施工成本较少且运维费用低，但是产出投入比高、安全可靠、可操作性强，具有显著的经济价值和实用价值。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是支撑架示意图；

图3是弧形发电机的定子和转子相对运动示意图；

图4是变流器电路连接示意图；

图中1-浮体，2-浮杆，2-1-倾斜杆，2-2-竖直杆，2-3-伸缩电机，3-驱动臂，3-1-短臂，3-2-长臂，4-支撑架，4-1-铰接点，5-轴承，6-弧形发电机，6-1-转子，6-2-定子，7-中心柱，8-调向电机，9-调向板，10-变流器，11-液压升降柱，11-1-基柱，11-2-一级升降柱，11-3-二级升降柱，12-固定基座，13-三相绕组输出导线，14-泥沙层，15-岩石层。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施方式一：一种伞形浮体式波浪发电装置，包括浮体1、浮杆2、驱动臂3、支撑架4、弧形发电机6、中心柱7、调向电机8、调向板9、变流器10、液压升降柱11和固定基座12，所述中心柱7与所述液压升降柱11刚连接，所述液压升降柱11固定安装在固定基座12上；

所述支撑架4通过轴承5安装在所述中心柱的上部，调向电机8安装在所述中心柱7上，所述调向电机8与所述支撑架4建立连接，所述支撑架4的右侧与所述调向板9刚连接；

所述弧形发电机6包括转子6-1和定子6-2，所述弧形发电机6的定子6-2与所述支撑架4刚连接，所述弧形发电机6的转子6-1与驱动臂3刚连接，所述变流器10安装在中心柱7上，所述变流器10与弧形发电机6的定子6-2建立电气连接；

所述支撑架4与驱动臂3铰接，所述驱动臂3的一端与弧形发电机6的转子6-1刚连接，所述驱动臂3的另一端与浮杆2铰接；

所述浮杆2的一端与所述驱动臂3的一端铰接，所述浮杆2的另一端与浮体1刚连接；如此设置，定子与支撑架刚连接，确保支撑架与弧形发电机的定子不发生相对运动，且所述的支撑架与调向板刚连接，形成支撑架与调向板处于同一平面的形态；当波浪作用于调向板，浮体前侧被动校对波浪主方向，使浮体前侧处于迎浪状态；所述中心柱通过对称内嵌于支撑架的三组轴承与支撑架轴承连接，轴承的外壁固定于支撑架上，轴承的内壁固定在中心柱上，支撑架通过安装的轴承可实现围绕中心柱旋转，减小中心柱与支撑架之间的摩擦力矩，便于调向板跟踪波浪主方向；所述支撑架是结合弧形发电机尺寸、驱动臂尺寸以及浮杆运动范围设计的一体化框架结构，并且支撑架与驱动臂铰连接、与定子弧形端刚连接，形成浮体、浮杆、驱动臂和弧形发电机的支撑和机械约束机构；

所述调向板与支撑架刚连接，跟随支撑架的转动而转动，是整个发电装置的主偏航机构，调向板受到波浪力的作用，使机组处于波浪主方向；所述调向电机安装于中心柱上，其输出转矩通过齿轮传动装置驱动支撑架转动，作为辅助偏航机构，校正机组对准波浪主方向，配合调向板调向实现精确偏航；

所述调向电机的输出端通过齿轮传动的方式与支撑架转动连接，采用这种连接方式，提高机械能量传递效率并且减少机械磨损。

所述固定基座深埋于泥沙层和岩石层中，用于固定整个机组的位置，并且承受系统综合载荷。

实施方式二：所述浮杆2分为上、下两部分，所述浮杆2的上部为倾斜杆2-1，所述浮杆2的下部为竖直杆2-2，并在竖直杆2-2内安装有伸缩电机2-3；如此设置，浮杆的倾斜杆和竖直杆均采用轻质杆，用于支撑浮体，而竖直杆内安装的伸缩电机，动态响应速度快，用于伸长或缩短竖直杆的长度，在一定范围内根据潮汐变化规律配合液压升降柱动态维持浮体始终位于海平面上。

进一步优化，所述浮体1的上表面为弧面，下表面为波浪面的圆形轻质浮体；如此设置，能够实现波浪最大能量的捕获。

实施方式三：所述驱动臂3包括短臂3-1和长臂3-2，所述短臂3-1与所述浮杆2的竖直杆2-2铰接，所述长臂3-2与弧形发电机6的转子6-1刚连接，支撑架4通过铰接点4-1与驱动臂3铰接；如此设置，驱动臂的短臂和长臂，即为杠杆的动力臂和阻力臂，所述短臂与浮杆的竖直杆铰接，是驱动臂的力矩输入端，所述长臂与弧形发电机的转子刚连接，是驱动臂的力矩输出端；驱动臂与支撑架铰接，铰接点即为驱动臂支点，此结构可有效体现波浪运动规律，完成短臂端大力矩低角速度到转子小力矩高角速度的转化。

实施方式四：所述弧形发电机6的转子6-1为钕铁硼永磁体，所述弧形发电机6的定子6-2为弧形，并且由三相绕组绕制而成，所述定子6-2的弧形端与支撑架4刚连接，所述定子6-2通过三相绕组输出导线13与变流器10的输入端电气连接；如此设置，所述转子与长臂刚连接，在杠杆的约束下，以长臂的长度和转子的厚度之和为半径做弧形运动；所述定子的半径为长臂长度、转子厚度和气隙长度之和，弧度为转子处于定子两端点时长臂形成的夹角，弧长即为转子的行程；所述定子与转子相对运动产生的交流电通过三相绕组输出导线传输给变流器，通过变压器升压后传输至电网。

实施方式五：所述液压升降柱11包括基柱11-1、一级升降柱11-2和二级升降柱11-3，所述基柱11-1与固定基座12固定连接，所述基柱11-1与所述一级升降柱11-2连接，所述一级升降柱11-2与所述二级升降柱11-3连接，所述二级升降柱11-3与所述中心柱7刚连接；如此设置，液压升降柱承受整个发电装置载荷，并且能够实现基柱三倍高度的调节，根据潮汐变化规律升降机组高度，使浮体始终位于海面，实现波浪最大能量捕获，还可用于发生台风和巨浪时将整个发电装置缩至海底，确保机组恶劣环境下的安全可靠性；所述的固定基座深埋于泥沙层和岩石层，用于固定机组位置、承受系统综合载荷。

工作过程：波浪作用于所述浮体1时，波浪首先接触浮体1的一侧定义为浮体1前侧，另一侧定义为浮体1后侧，浮体1后侧运动方式与浮体1前侧运动方式相反，运动机理相同，下面以浮体1前侧运动为例进行说明。浮体1前侧受波浪推力和浮力，随波浪一起产生起伏运动，由于浮体1的下表面与所述浮杆2的倾斜杆刚连接，因此驱动浮杆2向上运动，浮杆2的竖直杆2-2与驱动臂3的短臂3-1铰接，迫使驱动臂3的短臂3-1跟随向上运动，而且驱动臂3的长臂3-2与所述弧形发电机6的转子6-1刚连接，驱动弧形发电机的转子向下做弧形运动，形成了以铰接点4-1为支点，以驱动臂3的短臂3-1、转子6-1为两端的跷跷板运动；基于转子6-1与定子6-2的相对运动，所述弧形发电机6的定子6-2产生三相交流电，通过定子三相绕组输出导线13传输至变流器10，然后通过变压器升压后传输至电网。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其布局进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种伞形浮体式波浪发电装置，包括：浮体(1)、浮杆(2)、驱动臂(3)、支撑架(4)、弧形发电机(6)、中心柱(7)、调向电机(8)、调向板(9)、变流器(10)、液压升降柱(11)和固定基座(12)，其特征在于，所述中心柱(7)与所述液压升降柱(11)刚连接，所述液压升降柱(11)固定安装在固定基座(12)上；

所述支撑架(4)通过轴承(5)安装在所述中心柱(7)的上部，调向电机(8)安装在所述中心柱(7)上，所述调向电机(8)与所述支撑架(4)连接，所述支撑架(4)的右侧与所述调向板(9)刚连接；

所述弧形发电机(6)包括转子(6-1)和定子(6-2)，所述弧形发电机(6)的定子(6-2)与所述支撑架(4)刚连接，所述弧形发电机(6)的转子(6-1)与驱动臂(3)刚连接，所述变流器(10)安装在中心柱(7)上，所述变流器(10)与弧形发电机(6)的定子(6-2)建立电气连接；

所述支撑架(4)与驱动臂(3)铰接，所述驱动臂(3)的一端与弧形发电机(6)的转子(6-1)刚连接，所述驱动臂(3)的另一端与浮杆(2)铰接；

所述浮杆(2)的一端与所述驱动臂(3)的一端铰接，所述浮杆(2)的另一端与浮体(1)刚连接。

2.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述浮体(1)的上表面为弧面，下表面为波浪面的圆形浮体。

3.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述浮杆(2)分为上、下两部分，所述浮杆(2)的上部为倾斜杆(2-1)，所述浮杆(2)的下部为竖直杆(2-2)，并在竖直杆(2-2)内安装有伸缩电机(2-3)。

4.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述驱动臂(3)包括短臂(3-1)和长臂(3-2)，所述短臂(3-1)与所述浮杆(2)的竖直杆(2-2)铰接，所述长臂(3-2)与弧形发电机(6)的转子(6-1)刚连接，支撑架(4)通过铰接点(4-1)与驱动臂(3)铰接。

5.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述弧形发电机(6)的转子(6-1)为钕铁硼永磁体，所述弧形发电机(6)的定子(6-2)为弧形，并且由三相绕组绕制而成，所述定子(6-2)的弧形端与支撑架(4)刚连接，所述定子(6-2)通过三相绕组输出导线(13)与变流器(10)的输入端电气连接。

6.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述调向电机(8)的输出端通过齿轮传动的方式与支撑架(4)转动连接。

7.根据权利要求1所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述液压升降柱(11)包括基柱(11-1)、一级升降柱(11-2)和二级升降柱(11-3)，所述基柱(11-1)与固定基座(12)固定连接，所述基柱(11-1)与所述一级升降柱(11-2)连接，所述一级升降柱(11-2)与所述二级升降柱(11-3)连接，所述二级升降柱(11-3)与所述中心柱(7)刚连接。

8.根据权利要求7所述一种伞形浮体式波浪发电装置，其特征在于，所述固定基座(12)深埋于泥沙层(14)和岩石层(15)中。