蝶式双翼波浪能发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蝶式双翼波浪能发电系统，尤其是一种应用于广阔海洋捕获波浪能量的发电系统。
【背景技术】
[0002]为应对全球能源危机和环境恶化，合理开发完全无污染波浪能已刻不容缓。波浪能是风作用产生的短周期波动的海洋机械能，具有能量密度大，分布广等优点，已获得众多科研工作者关注。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。其中鸭式装置外型设计独特，但“鸭头”俯仰极易导致中心位移变化，影响设备运行频率;振荡水柱式发电装置波浪能转化效率的提升完全受制于压缩空气储能效率;聚波储能发电装置的能效高低取决于设备安装特定区域以及良好的工作水道，安装成本高;浮子式波浪发电装置则具有建造成本低、维修方便、能量转化效率高以及适应性强等特点，是波浪能发电装置的优先发展方向，但依然存在捕获效率相对较低、灵活性差以及抗海浪冲击能力较差等问题。
【发明内容】
[0003]本发明技术任务是针对上述技术中存在的不足，提供一种蝶式双翼波浪能发电系统。
[0004]本发明显著特征是:包括椭球双翼、机械耦合装置、永磁发电机、Boost变流器、并网逆变器、中心球、阻力板以及迎浪方向板等组成，其中蝶式双翼为两只正面迎浪椭球，因海浪工况变化，椭球所受浮力以及激振力随之变化，并在椭球重力以及发电机负载转矩共同作用下作俯仰运动;机械耦合装置将两翼捕获波浪能转矩耦合驱动发电机;Boost变流器动态改变发电机负载转矩，优化调整双翼俯仰频率以获得最大波浪能捕获，同时作为电接口单元与其他波浪能捕获单元直流母线耦合，并经并网逆变器逆变上网，实现波浪能到电能的高效转化；中心浮球用于放置发电机、机械耦合装置，并在迎浪方向板、阻力板以及缆绳共同作用下，确保椭球双翼俯仰基准点的相对稳定;迎浪方向板用于调整波浪能发电装置在水中方位，确保两椭球双翼正面迎浪。
[0005]1、所述椭球双翼是波浪能捕获单元，在波浪作用下作俯仰运动，俯仰角度约束在范围，并在俯仰角度达到上下限时，由弹簧机械结构强制将俯仰速度和俯仰加速度衰减至O;椭球双翼存在上仰和下抑两种状态，上仰时浮力和激振力为驱动力矩，而下抑时浮力和激振力则为阻力矩，但发电机电磁转矩始终为阻力矩;波浪捕获本质是高效吸收浮力和激振力矩，并经变速轮及传动轴传递至中心球内部机械耦合装置。
[0006]2、所述中心球内设置有机械耦合装置、发电机及Boost变流器，其中机械耦合装置包括锥形齿轮、传动轴、棘轮以及行星齿轮，其中锥形齿轮完成椭球双翼运动空间转移，传统轴完成转矩传递以及变速工作；棘轮完成椭球双翼上仰和下抑两运动状态下的转速导向，确保捕获转矩对发电机为驱动力矩;左右两翼经上述机械结构分别和行星齿轮的太阳轮和齿圈相连，并通过行星齿轮行星架和发电机同轴联接，从而完成波浪能到电能转换。
[0007]3、所述Boost变流器优化调整俯仰频率，椭球双翼波浪能捕获功率决定于俯仰频率与波浪频率逼近程度，波浪能捕获本质是高效吸收浮力和激振力力矩;椭球俯仰平均角速度不同，椭球双翼在俯仰上下限的滞留时间不同，尤其在俯仰下限时，合力矩需大于发电机负载转矩才可状态改变。根据椭球双翼工作状态以及海浪频率，动态调节Boost变流器输出电流，改变发电机电磁转矩，促使椭球双翼俯仰频率逼近波浪频率。
[0008]4、所述椭球双翼需正面迎浪以确保两翼工况相同，其是通过中心球下侧迎浪方向板实现。迎浪方向板和中心球刚性联接，而与下侧阻力板则是通过轴承联接，迎浪方向板的运动直接驱动中心球的旋转运动。迎浪方向板在水中主要承受海浪作用，以受力最小为目标调整迎浪方向，从而完成椭球双翼自动迎浪。
[0009]本发明所带来的有益效果:
本发明采用对称性蝶式双翼结构、中心浮球以及阻力板结构有效确保双翼俯仰基准点稳定;采用行星齿轮等独特机械设计完成捕获能量的机械耦合，有效减小了瞬时激振力对系统机械冲击;基于迎浪方向板以及boost变流器椭球俯仰频率控制策略有效提高了波浪能捕获效率;本发明将有效提升系统灵活性、安全性以及波浪能捕获效率，拓宽波浪能发电装置应用范围，降低制造成本和维修费用，极大推动新能源产业发展和能源结构的优化升级。
【附图说明】
[0010]图1为蝶式双翼波浪能发电系统整体结构图。
[0011 ]图2为蝶式双翼波浪能发电装置单体的机械耦合结构示意图。
[0012]本发明所设计的蝶式双翼波浪能发电系统(如图1)包括椭球型双翼(1)、机械传统装置(2)、行星齿轮(3)、永磁发电机(4)、迎浪方向板(5)、阻力板(6)、非可控整流(18、19)、Boost变流器(20、21)、并网逆变器(22)组成。
[0013]机械传动装置(如图2)所示包括变速轮(8，9)、锥形齿轮(10)、棘轮(11、12)、行星齿轮太阳轮(14)、齿圈(13)以及行星架(16)、支撑架(15)。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
本波浪能发电装置的椭球双翼(1、7)在波浪中受浮力、激振力以及重力作用，并自动围绕支撑轴(8 )做俯仰运动，俯仰运动基点由中心球、阻力板(6 )、迎浪方向板(5 )以及椭球双翼对称式结构等相互作用而完成;迎浪方向板与中心球刚性联为一体，即迎浪方向板转动直接驱动中心球旋转，但和阻力板(6)之间则经由转动轴承联接，迎浪方向板在水中受到波浪作用，以寻求受力最小为目标驱动椭球双翼正面迎浪;阻力板用于减缓波浪对中心球水平位移冲击，维持椭球双翼旋转基点稳定。
[0015]椭球双翼为波浪能捕获主体，其在周期性波浪作用下实时捕获激振力矩和浮力力矩，经由变速轮(8、9)将俯仰角速度升速，并由锥形齿轮(10)完成俯仰旋转速度得升速以及旋转方向的改变，经传动轴将捕获转矩传递至两定向棘轮(11、12);两定向棘轮确保椭球上仰/下抑输出转矩方向改变情况下，行星齿轮太阳轮(14)旋转方向的一致性;棘轮(12)和太阳轮之间采用锥形齿轮耦合，完成转速方向空间改变；另外一侧椭球经上述传动机构与行星齿轮齿圈(13)耦合，14和13经转矩耦合由行星架(16)，转矩输出给同轴联接永磁发电机(17)，驱动发电，完成波浪能到电能尚效转化。
[0016]图2发电机(17)经非可控整流(18、19)整流，并经8008七变流器(20、21)与蝶式双翼波浪能单元个体直流母线耦合，并经并网逆变器(22)逆变上网。逆变上网功率的大小是以保持直流母线电压恒定为目标，直流母线电压稳定也为波浪能最大捕获奠定基础;Boost变流器经过实时监测波浪工况、俯仰角度、俯仰状态、俯仰角速度以及发电机输出电流，实时调整Boost变流器占空比，改变发电机负载转矩，改变椭球双翼在俯仰上下限的滞留时间，优化调整椭球俯仰频率，促使椭球双翼俯仰频率逼近波浪频率。
[0017]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非是对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明保护范围以内。
【主权项】
1.本发明公开了一种蝶式双翼波浪能发电系统，该系统包括蝶式双翼、机械耦合装置、中心球、阻力板、迎浪方向板、永磁发电机、Boost变流器、并网逆变器，其中，蝶式双翼为两只正面迎浪椭球，椭球在水中所受浮力以及激振力随波浪变化而变化，并在重力及发电机负载转矩共同作用下作俯仰运动;机械耦合装置将两翼捕获的波浪转矩耦合，并驱动永磁发电机发电；Boost变流器动态改变发电机输出电流，优化控制椭球双翼俯仰频率，同时作为电接口与其他捕获单元直流母线耦合，并经并网逆变器汇流逆变上网，实现波浪能到电能的高效转化。2.权利要求1所述椭球双翼是波浪能捕获单元，在波浪作用下作俯仰运动，俯仰角度约束在范围，并在俯仰角度达到上下限时，由弹簧机械结构强制将俯仰速度和俯仰加速度衰减；.所述Boost变流器通过实时检测椭球双翼工作状态以及海浪状态，优化控制Boost变流器占空比，改变发电机电磁转矩，促使椭球双翼俯仰频率逼近波浪频率，以获取最大波浪能捕获。3.权利要求1所述中心球内设置机械耦合装置、发电机及Boost变流器，其中机械耦合装置包括锥形齿轮、传动轴、棘轮以及行星齿轮，锥形齿轮完成椭球双翼运动空间转移;棘轮完成椭球双翼上仰和下抑两运动状态转速定向，确保捕获转矩对行星齿轮太阳轮方向一致;左右两翼经上述机械结构分别和行星齿轮的太阳轮和齿圈相连，并通过行星齿轮行星架和发电机同轴联接。4.权利要求1所述中心球、阻力板、迎浪方向板共同确保椭球双翼旋转基点稳定;迎浪方向板与中心球刚性联接，但与阻力板通过轴承联接;迎浪方向板在水中受波浪作用，以寻求受力最小为目标自动旋转，驱动椭球双翼旋转并最终正面迎浪。
【专利摘要】本发明公开了一种蝶式双翼波浪能发电系统，包括蝶式双翼、机械耦合装置、中心球、阻力板、迎浪方向板、永磁发电机、Boost变流器以及并网逆变器。其中蝶式双翼为两只正面迎浪椭球，在浮力、激振力、重力以及负载共同作用下作俯仰运动；中心球、阻力板、迎浪方向板构成多位一体结构，确保双翼俯仰基准点稳定；迎浪方向板驱动双翼自动迎浪；机械耦合装置将椭球双翼捕获转矩定向、耦合并驱动发电机发电；Boost变流器实时检测海浪工况，藉此调节俯仰频率以捕获最大能量。本发明将有效提升系统灵活性、安全性以及波浪能捕获效率，拓宽波浪能发电装置应用范围，极大推动新能源产业发展和能源结构的优化升级。
【IPC分类】F03B13/14
【公开号】CN105673306
【申请号】CN201610030896
【发明人】褚晓广, 李向东, 蔡彬, 王乃哲, 郭登鹏
【申请人】曲阜师范大学, 褚晓广
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月18日