一种采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统

本发明涉及波浪能发电技术，具体涉及基于磁力耦合传能的能量转换系统。

背景技术：

1、海洋面积占地球总面积的71%，波浪中蕴含了巨大的能量，波浪能发电成为很有潜力的新能源开发方向。波浪能虽然储量大、能流密度高，但是波浪具有极强的随机性（不规则性）和极端天气下的破坏性，导致波浪能发电装置在可靠性和发电效率方面出现很明显的问题。波浪能发电开发初期，主要采取纯机械传能的方式，纯机械传能波浪能发电装置的能量转化过程特点是：波浪能捕获—机械能—电能，其优点在于能量形式转换少，能量传递效率高。但是，由于波浪的不规则性，这种不规则能量的捕获使得机械结构的运行极为不稳定，尤其是使用了齿轮类传能零件的机构，很容易造成机械结构的破坏。目前波浪能发电装置采用最多，也是最成熟的是液压传能，能量转化过程是：波浪能捕获—液压能—机械能—电能，由于液压系统有蓄能缓冲结构，可以将不规则的波浪能输入转化为相对稳定的液压能，所以增强了整个系统的稳定性和可靠性。但是能量传递过程中经历了机械能到液压能的多一次转化，液压系统的能量传输效率只有50%左右，这一环节能量有较大的损失。

2、采用水轮机发电也是人们曾今研究过的技术，水轮机可以直接与发电机连接，带动发电机发电，但是水轮机在波浪的起伏过程中会出现往复转动，发电机始终处于转动-停止-反向转动的不断变换中，这种运动状态极大的降低了发电效率。为了获得发电机单向转动的结果，人们设计了多种方法，包含水轮机变桨技术，但是都因为不可靠或别的缺点，始终也没有得到很好的应用。

3、正是因为现有技术存在的这些问题，才使得波浪能至今还无法与火电比成本，至今无法商业化。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种采用双水轮机的波浪能发电系统，基于传能的能量转换系统，采用磁轮盘、磁外转子发电机、超越离合器等结构部件构成的能量转换系统，通过磁场相互磁力耦合作用实现了将水轮机的往复转动转化为发电机单向转动，提高能量传递效率，提高波浪能发电装置的可靠性和发电效率。

2、为实现本发明上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，包括浮体(1)和能量转化仓(3)，所述能量转化仓（3）设置于浮体（1）上，或者设置在浮体(1)内的浮仓（2）中。在能量转化仓(3)中设置有单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)，在浮体(1)下方设置有两个水轮机组，两个水轮机组的水轮机转动轴同轴空套布置，分别连接单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)的输入端，将各自水轮机的转动传递给各自连接的单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)；所述两个水轮机组的转动叶片的倾斜方向设计为相反，使得两个水轮机的转动方向始终相反。在这种条件下，系统在海浪的作用下上下运动，使得两个水轮机相向转动，一个水轮机的转动通过磁力转动加速系统对另一水轮机的转动进行加速，同时也时一个水轮机将获得的能量传输给拎一个水轮机，并通过转轴传递给单向旋转发电系统，由该系统将机械能转化为电能。这种波浪能发电系统由于有两个相向转动的水轮机，可以自动平衡水轮机转动产生的扭力，并且可以捕获更大的波浪能量。

4、根据本发明的一具体实施例，所述单向旋转发电系统（4）包括磁力转盘(41)、导磁盘(42)、发电机外转子（43）、发电机定子（44）以及机架(45)；所述导磁盘(42)与机架(45)固定，并位于磁力转盘(41)和发电机外转子（43）之间，所述发电机外转子（43）和所述磁力轮盘（41）的盘面上相对应布置有永磁体，构成磁场，所述永磁体的南北极方向与转轴(9)平行，也即磁场的南北极连线方向与转轴(9)平行，每个盘面上相邻布置的永磁体的南北极交替排列，导磁盘（42）上有贯穿盘面的导磁体，所述导磁体按相同半径的圆周轴对称均匀布置，所述永磁体与所述导磁体的布置位置对应；所述磁力转盘（41）和发电机外转子（43）均通过各自的超越离合器与其中一个水轮机组的传动轴连接，使得水轮机转轴(9)在不同的转动方向分别只带动磁力转盘（41）和发电机外转子（43）的其中一个转动，在磁力转盘（41）、导磁盘（42）、发电机外转子（43）的磁力耦合作用下，使得在水轮机转轴(9)在任一方向转动的情况下发电机外转子（43）始终单向转动。

5、根据本发明的一具体实施例，所述导磁盘（42）的盘中心有孔（422），水轮机转轴(9)从孔中穿过，不与之接触。

6、根据本发明的一具体实施例，所述磁力转动加速系统(5)包括两个磁力转盘(51)和（53）、一个导磁盘(52)和机架（54），所述导磁盘(52)布置在两个磁力转盘(51)和（53）之间，并与机架（54）固定；所述磁力转盘(51)、（53）盘面上相对应布置有永磁体，构成磁场，所述永磁体的南北极方向与转轴(9)平行，每个盘面上相邻布置的永磁体的南北极交替排列，所述导磁盘（52）上按相同半径的圆周轴对称均匀布置有导磁体，所述永磁体与所述导磁体的布置位置对应；两个磁力转盘(51)、（53）的旋转中心分别与两个水轮机组的传动轴固接，仅随各自连的传动轴往复转动。

7、根据本发明的一具体实施例，所述磁力转动加速系统(5)的磁力转盘(51)上布置的永磁体个数大于磁力转盘(53)上布置的永磁体个数。

8、根据本发明的一具体实施例，所述永磁体以及柱状导磁体可以采取任何形状，大小及数量可以相同，也可以不相同，根据轮盘转动速度及能量传输大小设计而定制。

9、根据本发明的一具体实施例，两个水轮机组采取同轴心转动形式，水轮机(6)的转动轴(7)是一种空心的转轴，水轮机(8)的转轴（9）在转轴（7）的中间穿过。水轮机（8）的转轴（9）直接与单向旋转发电系统（4)连接，而水轮机（6）的转轴（7）与磁力旋转加速系统（5）连接。

10、根据本发明的一具体实施例，所述的浮体（1）为倒置的圆锥体或倒置的圆锥台外形。

11、由以上的技术方案可见，本发明设计波浪能发电装置，通过磁性部件之间的磁场耦合传输递力矩和能量，具有隔振、无摩擦、无需润滑、结构简单易加工等特点，而且磁力部件之间能量传递效率高，可以同时提高波浪能发电装置的可靠性和发电效率。

技术特征：

1.一种采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，包括浮体(1)和能量转化仓(3)，所述能量转化仓（3）设置于浮体（1）上，或者设置在浮体(1)内的浮仓（2）中；其特征在于，在能量转化仓(3)中设置有单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)，在浮体(1)下方设置有两个水轮机组，两个水轮机组的水轮机转动轴同轴空套布置，分别连接单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)的输入端，将各自水轮机的转动传递给各自连接的单向旋转发电系统(4)和磁力转动加速系统(5)；所述两个水轮机组的转动叶片的倾斜方向设计为相反，使得两个水轮机的转动方向始终相反。

2.根据权利要求1所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，所述单向旋转发电系统（4）包括磁力转盘(41)、导磁盘(42)、发电机外转子（43）、发电机定子（44）以及机架(45)；所述导磁盘(42)与机架(45)固定，并位于磁力转盘(41)和发电机外转子（43）之间，所述发电机外转子（43）和所述磁力轮盘（41）的盘面上相对应布置有永磁体，所述永磁体的南北极方向与转轴(9)平行，每个盘面上相邻的永磁体的南北极交替排列，导磁盘（42）上有贯穿盘面的导磁体，所述导磁体按相同半径的圆周轴对称均匀布置，所述永磁体与所述导磁体的布置位置对应；所述磁力转盘（41）和发电机外转子（43）均通过各自的超越离合器与其中一个水轮机组的传动轴连接，使得水轮机转轴(9)在不同的转动方向分别只带动磁力转盘（41）和发电机外转子（43）的其中一个转动，在磁力转盘（41）、导磁盘（42）、发电机外转子（43）的磁力耦合作用下，使得在水轮机转轴(9)在任一方向转动的情况下发电机外转子（43）始终单向转动。

3.根据权利要求2所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，所述导磁盘（42）的盘中心有孔（422），水轮机转轴(9)从孔中穿过，不与之接触。

4.根据权利要求1所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，所述磁力转动加速系统(5)包括两个磁力转盘(51)和（53）、一个导磁盘(52)和机架（54），所述导磁盘(52)布置在两个磁力转盘(51)和（53）之间，并与机架（54）固定；所述磁力转盘(51)、（53）盘面上相对应布置有永磁体，所述永磁体的南北极方向与转轴(9)平行，每个盘面上相邻的永磁体的南北极交替排列，所述导磁盘（52）上按相同半径的圆周轴对称均匀布置有导磁体，所述永磁体与所述导磁体的布置位置对应；两个磁力转盘(51)、（53）的旋转中心分别与两个水轮机组的传动轴固接，仅随各自连的传动轴往复转动。

5.根据权利要求4所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，所述磁力转动加速系统(5)的磁力转盘(51)上布置的永磁体个数大于磁力转盘(53)上布置的永磁体个数。

6.根据权利要求2-5任一项所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发发电系统，其特征在于，所述永磁体以及柱状导磁体可以采取任何形状，大小及数量可以相同，也可以不相同，根据轮盘转动速度及能量传输大小设计而定制。

7.权利要求1中所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，两个水轮机组采取同轴心转动形式，水轮机(6)的转动轴(7)是一种空心的转轴，水轮机(8)的转轴（9）在转轴（7）的中间穿过，水轮机（8）的转轴（9）直接与单向旋转发电系统（4)连接，而水轮机（6）的转轴（7）与磁力旋转加速系统（5）连接。

8.权利要求1中所述的采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，其特征在于，所述的浮体（1）为倒置的圆锥体或倒置的圆锥台外形。

技术总结
一种采用双水轮机的漂浮式洋流能发电系统，包括浮体和能量转化仓,在能量转化仓中设置有单向旋转发电系统和磁力转动加速系统，在浮体下方设置有两个水轮机，两个水轮机的转轴同轴空套布置，分别连接单向旋转发电系统和磁力转动加速系统的输入端；两个水轮机的转动叶片的倾斜方向设计为相反，这样系统在海浪作用下上下运动，使得两个水轮机相向转动，一水轮机的转动通过磁力转动加速系统对另一水轮机的转动进行加速，并通过转轴传递给单向旋转发电系统，转化为电能。这种波浪能发电系统由于有两个相向转动的水轮机，可以自动平衡水轮机转动产生的扭力，并且可以捕获更大的波浪能量。该系统结构简单，可靠性强，能量传输和转化效率高。

技术研发人员：王维俊,李滨
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13