将不停翻滚的海浪动能直接转换成电能的新型海浪发电装置 |
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| 申请号 | CN202211283849.5 | 申请日 | 2022-10-19 | 公开(公告)号 | CN117948229A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 梅更德; | 发明人 | 梅更德; 邓隐北; 梅建程; | ||||
| 摘要 | 利用 海洋 能源 ，是当今世界能源研究的方向。特别是在能源关系到国家安全，地球矿物能源逐渐枯竭及环境状况日益恶化的形势下，如何有效的利用资源丰富、可再生的清洁能源，显得非常重要。本项 发明 为一种将不停翻滚的海浪 动能 直接转换成 电能 的新型海浪发电装置(参见 摘要 附图 )，包括装置 外圈 (1)、从动 内圈 (2)、起动机/发 电机 (3)、 飞轮 (4)、 主轴 (5)、主 轴承 (6)、辅助轴承(7)等主要部件。起动机/发电机(3)为双功能外 转子 电机，当施加直流电源时，电机以BLDC(无刷直流)方式起动，一旦达到额定转速则自动切断电源，然后在飞轮的驱动下，以PMSM(永磁同步电机)方式运转发电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种将不停翻滚的海浪动能直接转换成电能的新型海浪发电装置(简称：新型海浪发电装置)，由装置外圈(1)、从动内圈(2)、起动机/发电机(3)、飞轮(4)、主轴(5)、主轴承(6)、辅助轴承(7)等部件组成，其特征是起动机/发电机(3)为双功能外转子电机，当施加直流电源时，电机以BLDC(无刷直流)方式起动，一旦达到额定转速则自动切断电源，然后在飞轮的驱动下，以PMSM(永磁同步电机)方式运转发电。 |
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| 说明书全文 | 将不停翻滚的海浪动能直接转换成电能的新型海浪发电装置技术领域背景技术[0002] 海洋波浪能源取之不尽、用之不竭，而且是可再生的清洁能源。开发和利用海浪发电对缓解能源危急和环境污染问题具有重要意义。 [0003] 从20世纪70年代世界范围内的能源危急开始，建立了波浪发电站。以日、美、英、挪威等国为代表，研究了各式集波装置，进行不同规模的波浪发电，其中有点头鸭式、波面筏式、环礁式、海蚌式、软袋式、震荡水柱式、收缩水道式等。1978年日本开始试验了“海明号”消波发电船。到80年代，葡萄牙、荷兰、丹麦和印度等国，积极开展了大型波浪发电系统的研究。 [0004] 我国开始波浪发电研究相对较晚，且主要集中在小型波浪发电装置上。中科院广州能源研究所、国家海洋局等机构相继开展了波浪发电技术的研究，迄至1990年，我国在珠江口大万山岛安装的3kw岸式波浪发电机，已经过试运、发电成功。广州能源所在广东汕尾建成的波浪发电站(固定岸式)，功率已达到100kw。 [0005] 中国近海的开发前景广阔，陆地海岸线长达18000多公里，大小岛屿6960多个。据海洋观测资料统计，沿海海域年平均浪高在2.0m左右，波浪周期平均6s左右。台湾、福建、浙江、广东等沿海沿岸波浪能的密度可达5～8kw/m。波浪能资源十分丰富，总量约有5亿kw，可开发利用的约1亿kw。 [0006] 已经研发比较成熟的波浪发电装置基本上有三种类型：振荡水柱型、机械型、水流型。这三类发电装置各有优缺点，但有一个共同的问题是：波浪能转换成电能的中间环节多，转换的效率低，电力输出波动性大，这是影响波浪发电大规模利用的主要瓶颈，也束缚着商业化批量的投入与发展。把分散的、低密度的、不稳定的波浪能吸收起来，集中、经济、高效的转化为有用的电能，装置及其构筑物能承受灾害性海洋气候的破坏，实现安全运行，是当今波浪能开发的主要课题与方向。 发明内容[0007] 本项发明——新型海浪发电装置(图1)，由装置外圈(1)、从动内圈(2)、起动机/发电机(3)、飞轮(4)、主轴(5)、主轴轴承(6)、辅助轴承(7)等主要部件构成。整个发电装置封闭并固定在混凝土制作的浮箱内，随着翻滚不停的海浪推动着浮箱的上下左右波动，根据陀螺原理，装置内已经起动的飞轮也在不停的旋转，由储能到释能，驱动发电机连续运转发电。这就是本装置工作的基本原理，而且已经过试验的验证。 [0008] 所设计的起动机/发电机，为双功能的外转子电机。当施加直流电源时，电机以无刷直流(BLDC)型式起动，一旦达到额定转速则自动切断电源，在飞轮的驱动下，电机以永磁同步(PMSM)型式运转发电。结构上，电机定子通过空心轴和轴承，固定在主轴上但不随主轴旋转，而转子与飞轮是连成一体的，随主轴的旋转而旋转。 [0009] 图2为海浪发电装置本体的轴向结构。 [0011] 电机(3)和飞轮(4)，通过主轴连接，由两端的轴承嵌置在从动内圈(2)上。内圈(2)上设置6个辅助轴承(7)(4个水平方向、2个垂直方向)，确保从动内圈(2)在装置外圈(1)上的灵活、平稳活动，减少摩擦力，实现功耗最小。 [0013] 图1：新型海浪发电装置的外观结构布置图。 [0014] (1)‑装置外圈；(2)‑从动内圈；(3)‑起动机/发电机；(4)‑飞轮；(5)‑主轴；(6)‑主轴轴承；(7)‑辅助轴承。 [0015] 图2：海浪发电装置本体的轴向结构。 [0017] 图3：起动机/发电机定子冲片与转子磁极配置的优化结构。 [0018] (1)‑定子冲片；(3.3)‑转子磁极；(3.1)‑定子空心轴；(4)‑主轴。 [0019] 图4：起动机/发电机的定子绕组结线示意图。 具体实施方式[0020] 首先将新型海浪发电装置的本体(电机(3)和飞轮(4))，安装在主轴(5)上，然后将主轴两端的主轴承(6)嵌置在从动内圈(2)中，为确保从动内圈(2)在装置外圈(1)内面的活动自如和摩擦力最小，从动内圈(2)配置了6个辅助轴承(4个水平放置、2个垂直放置)。 [0021] 计算机仿真结果显示，电机的主要参数为Pn＝10kw，Un＝400v，f＝200Hz，定子铁芯长72mm，铁芯上开有27个线槽，槽中嵌有三相双层绕组，9槽中的排列如下：AAZBBXCCY[0022] 从图2可知，定子空心轴(3.1)的外径与定子铁芯内径为过盈配合。通过飞轮轴承(7)，确保定子铁芯和空心轴固定在旋转的飞轮内部而保持不动，定子的外周是圆周均布、南北极性相间的6个NdFeB磁极，结构上，磁极与飞轮结合为一体，电机转子及主轴均随飞轮的旋转而转动。定子、转子之间的气隙为1.5mm，飞轮起到储能和释能的作用，随着海浪的汹涌动荡，飞轮宛如绕一支点高速旋转的陀螺，当支撑面(从动内圈(2))上下左右、前后滚动变化时，其转轴定向，具有保持其旋转方向不变的特性。因此，利用这套新型海浪发电装置，可源源不断将翻滚的海浪动能直接转换成旋转的机械能，驱动着发电机运转发电。重要的是，这套原理性样机目前已经过试验的验证。 |
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