专利名称：模块化海浪直驱发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机。特别是涉及一种利用海浪能进行发电的模块化海浪直驱发电机。
背景技术：
海浪能有分布广泛，总量巨大，清洁无污染的优点，波浪发电是波浪能利用的主要方式，但也有三个难题阻碍着海浪能的开发利用I、海浪能以垂直运动的波动能为主；2、海浪能呈分散的面状分布；3、能量密度很低。这三个难题的存在使海浪能的开发利用不同于一般的水电开发。现在广泛使用的发电机一般为旋转电机，不能直接运用于海浪发电。面状分布的海浪能要求发电装置必须包含富集能量的功能。海浪能的低密度使海浪发电系统的转换效率成为最为关键的指标。波浪能利用装置的种类繁多，关于波浪能转换装置的发明专利超过千项。这些装置主要基于以下几种基本机理，即利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。目前已经开发研究比较成熟的海浪发电装置基本上有三种类形振荡水拄式、振荡浮子式和聚波水库式。如下面的几种装置I.振荡水柱式波浪能转换装置其主要原理是利用空气作为转换介质，能量的采集通过气室完成，将波浪能转换成空气的压力势能和动能，在喷嘴处安装一个空气透平并将透平转轴与发电机相连，可利用压缩气流驱动透平旋转并带动发电机发电。这类装置采用空气传递能量，能够避免波浪对发电系统的直接打击。目前，振荡水柱式波浪能转换装置遇到的问题主要有两点，一是如何设计气室，尽可能提高装置内部的振荡水柱提供的压力；另一个就是怎样确定装置在海面上的放置区域。2.摆式波浪能转换装置摆式波浪能转换装置是利用装置的活动部件，在波浪的推动下，将其从波浪中吸收的能量转换成机械能或势能，这种波浪能转换装置最先是由日本的度部富治教授提出， 其方式是波浪在水室中形成立波，在立波的驻点处，水质点作往复运动，表现在宏观上，即水团的往复运动，将波浪能转换成摆轴的动能，与摆轴相连的通常是液压装置，它将摆轴的动能转换成液力泵的动能，再由液压马达带动发电机发电。3.振荡浮子式波浪能转换装置振荡浮子式波浪能转换装置是在振荡水柱式的基础上发展起来的波浪能转换装置，它用一个放在港中的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一个放在岸上的机械或液压装置转换出去，用来驱动发电机发电，由浮子、连杆、液压传动机构、发电机和保护装置几部分组成。4.收缩波道式波浪能转换装置
收缩波道式波浪能转换装置是基于波聚理论的一种波浪能转换装置。波聚理论最早由挪威特隆姆大学的Falnes和Budal提出。收缩波道式波浪能转换装置具及汽轮叶片设计有一个比海平面高的高位水库和一个渐收的波道。收缩波道其实就是两道钢筋混凝土做成的对数螺旋正交曲面，从海里一直延伸到高位水库里，两道墙在高位水库内相接。当海浪进入收缩波道时，由于收缩波道的波聚作用，使波浪的波高增大，从而使水越过钢筋混凝土墙进入高位水库，然后水库里的水通过一个低水头的水轮发电机组用来发电。除了上述装置外，目前较为成功的波浪能装置还有Salter “点头鸭”式波浪能转换装置、筏式与液压系统的组合式、整流式波浪能转换装置等，但其基本原理是相同的。从以上讨论可以看出，振荡水柱式波浪能装置是在实际中较多采用的波浪能装置，它的优点在于装置在结构上具有较好的可靠性，但装置的转换效率较低，投资费用过高，因此，在一些波浪能密度高的国家，如欧洲、日本、北美得到广泛应用。但是，在一些波浪能密度较低的国家，如中国，如何降低成本、提高效率是波浪装置走向市场的关键，继续采用这种低效、高成本的装置就显得不太理想。参考文献李成魁，廖文俊，王宇鑫《世界海洋波浪能发电技术研究进展.国内外动态》2010年第2期。上述这些发电方式的思路是利用机械装置收集海浪能量，形成高速水流或气流， 然后利用高速的水流或气流推动传统的旋转发电机发电，即面集能，点发电的形式。此种发电模式能量转化环节多，导致其效率低下，结构复杂、维护困难、成本高。这类通过直接富集机械能、运用旋转电机发电的方式并不适合海浪能的开发利用。现有的海浪发电系统的能量转换过程大致分为如下三部分一级转换即发电系统收集海浪能量的过程；二级转换指收集的能量通过机械或液压装置转换为高速水流或气流的动能的过程；三级转换即发电机将输入的机械能转换成电能的过程。海浪发电系统的转换效率是由这三级转换效率决定的，定义一级转换效率为n1，二级转换效率为η2，三级转换效率为η3，则传统发电系统的转换效率η = H1X n2X η3。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种部件少、结构简单，发电效率高的模块化海浪直驱发电机。本发明所采用的技术方案是一种模块化海浪直驱发电机，包括支架，由下向上设置在支架上的浮子和海浪直驱发电机，其中，所述的海浪直驱发电机的输入驱动端连接浮子，所述海浪直驱发电机的输出端连接串并联模块。所述的海浪直驱发电机包括有套筒，设置在套筒内的定子线圈，位于定子线圈内侧的动子磁铁，一端插入到定子线圈内侧与所述的动子磁铁通过柔性连接结构相连的驱动杆，所述驱动杆的另一端位于套筒下方的外侧，并与浮子相连，所述的套筒顶端设置有封盖，所述的封盖上开有导线出孔。所述的浮子上设置有两个海浪直驱发电机。所述的支架包括有底座和上支架，以及连接在底座和上支架之间的两个导柱，所述的海浪直驱发电机固定在上支架上，所述的浮子可沿两个导柱上下滑动的设置在两个导柱上。
所述的串并联模块包括有多个整流电路，所述的每一个整流电路的输入端连接一个海浪直驱发电机的输出端，所述的每一个整流电路的输出端都分别连接开关Si的一端和开关S2的一端，其中，所述开关SI的另一端分别连接电容Cl的一端和稳压二极管D9的一端，所述电容Cl的另一端接地，该端还构成输出负极，所述稳压二极管D9的另一端接地， 所述开关S2的另一端构成输出正极。所述的整流电路包括有整流桥D1，所述整流桥Dl的脚I和脚3连接海浪直驱发电机的输出端，脚4接地，脚2连接二极管D5的一端，二极管D5的另一端构成该整流电路的输出端。本发明的模块化海浪直驱发电机，具有如下特点I、发电效率分析本发明利用海浪垂直运动直接驱动发电机，取消了中间传动环节，整个发电过程仅有一级转换过程和三级转换过程。故其发电系统的转换效率为H = H1X n3。富集能量采用收集电能而非机械能，过程中能量损失很小。所以海浪直驱发电机及模块化发电装置的发电装置的发电效率明显高于传统的海浪发电机。2、寿命周期内的使用成本分析整个发电系统的设计贯彻了模块化、低成本的理念。模块化发电装置部件少、结构简单，十分易于流水线生产组装。此外由于发电机阵列工作时没有作高速复杂运动的部件，故对零部件加工精度要求不高，因此材料成本低。所以总的加工费用低廉。本发明的发电阵列的安装可分为组合布置和独立布置。发电阵列可悬挂在钻井平台或海上风力发电机的基础上，充分降低安装成本。当条件不允许或海水深度不大时，可将其独立安置于立柱上。本发明主要部件位于海面之上，直驱发电机主要部件封装于套筒内，减小了其受损的概率。而且整个发电机只有一个低速运动部件，大大提高了它的抗灾害能力，降低了使用期间的磨损。所以模块化发电装置的维护费用低。同时模块化的设计降低了整个系统的维修与替换的难度。本发明的模块化海浪直驱发电机，寿命周期内的使用成本低廉，适合大规模制造使用，加强海浪能的开发利用。
图I是本发明的结构示意图2是图I的侧视图3是图I中海浪直驱发电机的结构示意图； 图4是本发明的串并联模块的电路原理图。
图中
海浪直驱发电机B:浮子
支架D :整流电路
套筒2 :定子线圈
动子磁铁4 :驱动杆
3
5 :封盖7 :柔性连接结构9 :底座
6:导线出孔 8 :上支架 10 :导柱
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的模块化海浪直驱发电机做出详细说明。如图I、图2所示，本发明的模块化海浪直驱发电机，包括支架C，由下向上设置在支架C上的浮子B和海浪直驱发电机A，其中，所述的海浪直驱发电机A的输入驱动端连接浮子B，所述海浪直驱发电机A的输出端连接串并联模块。所述的浮子B上设置有两个海浪直驱发电机A。所述的支架C包括有底座9和上支架8，以及连接在底座9和上支架8之间的两个导柱10，所述的海浪直驱发电机A固定在上支架8上，所述的浮子B可沿两个导柱 10上下滑动的设置在两个导柱10上。如图3所示，所述的海浪直驱发电机A包括有套筒1，设置在套筒I内的定子线圈2，位于定子线圈2内侧的动子磁铁3，一端插入到定子线圈2内侧与所述的动子磁铁3 通过柔性连接结构(7)相连的驱动杆4，所述驱动杆4的另一端位于套筒I下方的外侧，并与浮子B相连，所述的套筒I顶端设置有封盖5，所述的封盖5上开有导线出孔6。所述的海浪直驱发电机A为直线发电机。该发电机的动子磁铁为铷铁硼强磁铁， 它与浮子连接，能随着海面波动上下浮动。定子线圈为绕在动子磁铁滑轨上的双向双层线圈，上下两层线圈绕向相反。当动子磁铁做直线往复运动时，定子线圈中就能产生交变的电流。动子磁铁和定子线圈都封装在套筒内，避免海水和盐雾的侵蚀。演示模型的定子线圈运动幅度12cm。单个发电机电压能达到6V。如图4所示，所述的串并联模块包括有多个整流电路D，所述的每一个整流电路D 的输入端连接一个海浪直驱发电机A的输出端，所述的每一个整流电路D的输出端都分别连接开关SI的一端和开关S2的一端，其中，所述开关SI的另一端分别连接电容Cl的一端和稳压二极管D9的一端，所述电容Cl的另一端接地，该端还构成输出负极，所述稳压二极管D9的另一端接地，所述开关S2的另一端构成输出正极。所述的整流电路D包括有整流桥Dl，所述整流桥Dl的脚I和脚3连接海浪直驱发电机A的输出端，脚4接地，脚2连接二极管D5的一端,二极管D5的另一端构成该整流电路D的输出端。整流电路将海浪直驱发电机输出的交流电转换为单向电流，并将所有电能汇集到一根母线上，达到富集能量的目的。相比汇集机械能，电能的汇集不需要运动部件，而且导线和电器元件的布置十分灵活，使其更适应复杂的海洋环境。稳压电路为配套的电容。开启稳流电路时，母线为电容充电，然后电容向外供电。 当输入输出的时均电流大小相等时，电容两侧的电压恒定，就能输出稳定的直流，满足供电的需要。本发明的模块化海浪直驱发电机，还可以设置有组合支架，所述的组合支架用于将一定数量的海浪直驱发电机连成模块化发电阵列，其阵列大小和规模可按用户需要和环境条件灵活调整。海浪直驱发电机的台数由用户所需总装机容量决定。海浪直驱发电机的安装密度依据使用地点的海浪能量密度调整。发电机阵列可安置在立于海床的立柱上，也可以悬挂于转井平台或海上风力发电机的基础上。组合支架上附有自动升降装置以适应变化的水深。直驱发电机和串并联模块都设置于支架上，避免了与海水的直接接触，提高了装置的可靠性。本发明的模块化海浪直驱发电机，可按用户需要和环境条件灵活的调节直驱发电机的数量和阵列的安装方式。其对环境的适应性也很强，通过调节导轨和浮子，可使其适应各种海况。它的运动部件和水下部件较少，大大提高了整个装置承受恶劣天气的能力。本发明相对于其它种类的波浪能转换装置的体型更小，在海面上对于景观和海面航行的影响更小，因此适合安装在靠近潜在用户的区域。海浪直驱发电机及模块化发电装置应用范围十分广泛，小可用于灯塔的钻井平台供电，大可用于构建大型海浪发电站解决沿海和海岛地区能源短缺。
权利要求
1.一种模块化海浪直驱发电机，其特征在于，包括支架(C)，由下向上设置在支架(C) 上的浮子(B)和海浪直驱发电机(A)，其中，所述的海浪直驱发电机(A)的输入驱动端连接浮子(B)，所述海浪直驱发电机(A)的输出端连接串并联模块。
2.根据权利要求I所述的模块化海浪直驱发电机，其特征在于，所述的海浪直驱发电机(A)包括有套筒(I)，设置在套筒(I)内的定子线圈(2)，位于定子线圈(2)内侧的动子磁铁(3)，一端插入到定子线圈(2)内侧与所述的动子磁铁(3)通过柔性连接结构(7)相连的驱动杆(4)，所述驱动杆(4)的另一端位于套筒(I)下方的外侧，并与浮子(B)相连，所述的套筒(I)顶端设置有封盖(5)，所述的封盖(5)上开有导线出孔(6)。
3.根据权利要求I所述的模块化海浪直驱发电机，其特征在于，所述的浮子(B)上设置有两个海浪直驱发电机(A)。
4.根据权利要求I所述的模块化海浪直驱发电机，其特征在于，所述的支架(C)包括有底座(9)和上支架⑶，以及连接在底座(9)和上支架⑶之间的两个导柱(10)，所述的海浪直驱发电机(A)固定在上支架(8)上，所述的浮子(B)可沿两个导柱(10)上下滑动的设置在两个导柱(10)上。
5.根据权利要求I所述的模块化海浪直驱发电机，其特征在于，所述的串并联模块包括有多个整流电路(D)，所述的每一个整流电路(D)的输入端连接一个海浪直驱发电机(A) 的输出端，所述的每一个整流电路(D)的输出端都分别连接开关SI的一端和开关S2的一端，其中，所述开关SI的另一端分别连接电容Cl的一端和稳压二极管D9的一端，所述电容 Cl的另一端接地，该端还构成输出负极，所述稳压二极管D9的另一端接地，所述开关S2的另一端构成输出正极。
6.根据权利要求5所述的模块化海浪直驱发电机，其特征在于，所述的整流电路(D)包括有整流桥Dl，所述整流桥Dl的脚I和脚3连接海浪直驱发电机(A)的输出端，脚4接地， 脚2连接二极管D5的一端，二极管D5的另一端构成该整流电路(D)的输出端。
全文摘要
一种模块化海浪直驱发电机，包括由下向上设置在支架上的浮子和海浪直驱发电机，其中，海浪直驱发电机的输入驱动端连接浮子，海浪直驱发电机的输出端连接串并联模块。海浪直驱发电机包括有套筒，设置在套筒内的定子线圈，位于定子线圈内侧的动子磁铁，一端插入到定子线圈内侧与所述的动子磁铁通过柔性连接结构相连的驱动杆，驱动杆的另一端位于套筒下方的外侧，并与浮子相连，套筒顶端设置有封盖，封盖上开有导线出孔。本发明主要部件位于海面之上，直驱发电机主要部件封装于套筒内，减小了其受损的概率。本发明寿命周期内的使用成本低廉，适合大规模制造使用，加强海浪能的开发利用。
文档编号F03B13/16GK102588196SQ20121006874
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者周剑, 杜荣祥, 查晓琳, 牛亚锋, 练继建 申请人:天津大学