防纜繩松弛型浮子式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種防纜繩松弛型浮子式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括4個(gè)波能吸收裝置（16）和1個(gè)波能轉(zhuǎn)換裝置（15），4個(gè)波能吸收裝置（16）沿波浪前進(jìn)方向按斜一字分布，同通過(guò)第一傳動(dòng)軸（12）串聯(lián)，相鄰裝置相距1/4海浪波長(zhǎng)，波能吸收裝置包括固定在傳動(dòng)軸上的驅(qū)動(dòng)輪（4）、浮子（10）、平衡物（9）及固定在支架上的兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪和兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪，在驅(qū)動(dòng)輪（4）的外周設(shè)置有兩道分別用于支持兩纜繩的溝槽，一纜繩繞在兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5，7）及驅(qū)動(dòng)輪（4）上，另一道纜繩的一端固定在浮子（10）下端，從下端繞過(guò)一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（8），再交叉繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪（4），之后再?gòu)南露死@過(guò)另一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6）。本實(shí)用新型利用波浪能生產(chǎn)穩(wěn)定且質(zhì)量較高的三相交流電。
【專(zhuān)利說(shuō)明】防纜繩松弛型淳子式波浪能發(fā)電系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于波力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種波浪能發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界性的能源危機(jī)問(wèn)題日益突出，化石能源儲(chǔ)量已經(jīng)不能夠滿足全世界的巨大能 源消耗要求。同時(shí)，環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重、全球氣溫的升高，要求世界各國(guó)減少化石等不 可再生能源的使用。海洋波浪能作為一種清潔的可再生能源已得到了世界各國(guó)的重視。我 國(guó)有18, 000多千米的海岸線，據(jù)計(jì)算，如果將可以利用的海洋能轉(zhuǎn)化為電能，大約能提供 1. 5億kW的電力，相當(dāng)于我國(guó)目前裝機(jī)容量的兩倍多，因此發(fā)展波浪發(fā)電技術(shù)適合我國(guó)的 情況和需要。波浪能發(fā)電技術(shù)是通過(guò)波浪能吸收裝置，將波浪能首先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再轉(zhuǎn) 換成電能。我國(guó)已經(jīng)成功研制了振蕩水柱式和聚波水庫(kù)式等波浪發(fā)電裝置，一些波浪發(fā)電 技術(shù)甚至達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但是上述已有的裝置或者是對(duì)地理位置要求較高，或者是 裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜導(dǎo)致系統(tǒng)的維護(hù)和建造比較困難。目前一些科學(xué)家已提出了一些其它的 浮子式波浪發(fā)電裝置，但是即使有海浪的情況下，也大多存在輸出電能不連續(xù)的情況。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題，提供一種利用波能發(fā)電的裝置，該裝置擬通過(guò)比較簡(jiǎn) 單的結(jié)構(gòu)和部件，利用波浪能生產(chǎn)穩(wěn)定且質(zhì)量較高的三相交流電。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí) 用新型的技術(shù)方案如下：
[0004] 一種防纜繩松弛型浮子式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括4個(gè)波能吸收裝置（16)和1個(gè) 波能轉(zhuǎn)換裝置（15)，其特征在于，4個(gè)波能吸收裝置（16)沿波浪前進(jìn)方向按斜一字分布，同 通過(guò)第一傳動(dòng)軸（12)串聯(lián)一起，相鄰的裝置相距1/4海浪波長(zhǎng)，所述的波能吸收裝置包括 固定在傳動(dòng)軸上的驅(qū)動(dòng)輪（4)、浮子（10)、平衡物（9)及固定在支架上的兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5， 7)和兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6,8)，在所述的驅(qū)動(dòng)輪（4)的外周設(shè)置有兩道分別用于支持第一道纜 繩和第二道纜繩的溝槽，所述的兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5,7)分別位于驅(qū)動(dòng)輪（4)的兩側(cè)，第一道纜 繩繞在兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5,7)及驅(qū)動(dòng)輪（4)的一道溝槽上，所述的第一道纜繩的一端連接浮 子（10)上部，另一端連接平衡物（9)上部；兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6,8)分別位于兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5， 7)的下部，第二道纜繩的一端固定在浮子（10)下端，從下端繞過(guò)一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（8)，再交叉 繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪（4)，之后再?gòu)南露死@過(guò)另一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6)后，另一端固定在平衡物（10)的下 方；所述的波能轉(zhuǎn)換裝置（15)包括雙動(dòng)棘輪（3)、增速齒輪箱（2)、永磁發(fā)電機(jī)（1)，所述的 第一傳動(dòng)軸（12)與雙動(dòng)棘輪（3)相連，將驅(qū)動(dòng)輪的雙向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為棘輪單方向的旋轉(zhuǎn)，雙 動(dòng)棘輪（3)再通過(guò)第二傳動(dòng)軸（13)與增速齒輪箱（2)相連，將傳動(dòng)軸（13)的低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化 為增速齒輪箱（2)內(nèi)齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，增速齒輪箱內(nèi)的高速齒輪通過(guò)第一傳動(dòng)軸（12)與發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)（1)發(fā)電。
[0005] 其中，平衡物的質(zhì)量通常不超過(guò)浮子的一半。
[0006] 本實(shí)用新型提出的利用波能發(fā)電的裝置，實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是：通過(guò)浮子與重物的上下 運(yùn)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)輪上產(chǎn)生力矩，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在海面有波浪時(shí)，海面的起伏會(huì)使浮子 在水面下的體積發(fā)生改變，進(jìn)而浮力發(fā)生改變，從而在驅(qū)動(dòng)輪上產(chǎn)生力矩，同時(shí)海水與浮子 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)給浮子一定的推力，從而在驅(qū)動(dòng)輪上生成力矩。驅(qū)動(dòng)輪上的力矩驅(qū)動(dòng)永磁 直流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，這里將沿海浪前進(jìn)方向相距1/4海浪波長(zhǎng)的4臺(tái)波能吸收裝置并聯(lián)為一 組，用以產(chǎn)生基本恒定的轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)過(guò)電能處理電路產(chǎn)生50Hz的 三相交流電并網(wǎng)。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下：
[0007] 1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備便于安裝和維護(hù)，且可以防止纜繩松弛。
[0008] 2)多臺(tái)波能吸收裝置并列運(yùn)行時(shí)可平穩(wěn)輸出轉(zhuǎn)矩，使輸出電能連續(xù)，且可規(guī)模化 生產(chǎn)，成本較低，利于大規(guī)模發(fā)電。
[0009] 3))由于輸出電壓連續(xù)和平穩(wěn)，使得永磁直流發(fā)電機(jī)發(fā)出電能后續(xù)處理比較簡(jiǎn)單， 可以只有DC-AC環(huán)節(jié)，更加可靠，節(jié)約成本。
[0010] 4)該系統(tǒng)不但適合直接并網(wǎng)發(fā)電，還適合給遠(yuǎn)離陸地的海島單獨(dú)供電，實(shí)用性較 強(qiáng)，應(yīng)用范圍較廣。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖中，1是永磁直流發(fā)電機(jī)，2是變速齒輪箱，3是雙動(dòng)棘輪，4是驅(qū)動(dòng)輪、5、6、7、8是 位置固定的旋轉(zhuǎn)輪，9是平衡物，10是浮子、11為海面、12、13、14是傳動(dòng)軸。
[0013] 圖2是4臺(tái)相聚1/4海浪波長(zhǎng)的波能吸收裝置并聯(lián)示意圖。
[0014] 圖中，15是圖1中波能轉(zhuǎn)換部分，16為圖1中波能吸收部分。
[0015] 圖3是電能處理電路的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0016] 圖中，17是控制中心，18是變壓器，19是負(fù)荷。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。
[0018] 本實(shí)用新型的防纜繩松弛型浮子式波浪能發(fā)電系統(tǒng)主要包括4個(gè)浮子式波浪能 吸收裝置16和一個(gè)浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置15兩部分。
[0019] 浮子式波浪能吸收裝置如圖1中的波能吸收部分所示。平衡物9和浮子10通過(guò) 兩條纜繩繩連接在一起，纜繩通過(guò)四個(gè)位置固定的旋轉(zhuǎn)輪5、6、7、8以及驅(qū)動(dòng)輪4構(gòu)成一個(gè) 環(huán)形索道，一道纜繩從上面連接平衡物9和浮子10,另一道纜繩從下面連接平衡物9和浮子 10。在驅(qū)動(dòng)輪4的外周設(shè)置有兩道分別用于支持兩個(gè)纜繩的溝槽（圖中未畫(huà)出）。圖1為浮 子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖。隨著波浪的起伏，浮子會(huì)發(fā)生上下運(yùn)動(dòng)，纜繩帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪 4旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)輪4通過(guò)傳動(dòng)軸14與雙動(dòng)棘輪3相連，將驅(qū)動(dòng)輪的雙向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為棘輪單方 向的旋轉(zhuǎn)，棘輪再通過(guò)一根傳動(dòng)軸13與增速齒輪箱2相連，將傳動(dòng)軸13的低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為 齒輪箱內(nèi)齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，增速齒輪箱內(nèi)的高速齒輪通過(guò)傳動(dòng)軸12與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，驅(qū) 動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)1發(fā)電。本實(shí)用新型的波浪能轉(zhuǎn)換裝置實(shí)際上還包括圖中未畫(huà)出的支架，用 于固定4個(gè)旋轉(zhuǎn)輪，傳動(dòng)軸也通過(guò)軸承與支架連接。4個(gè)旋轉(zhuǎn)輪，包括兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪5, 7和 兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪6,8。兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪5, 7分別位于驅(qū)動(dòng)輪4的兩側(cè)，第一道纜繩繞在兩個(gè)上旋 轉(zhuǎn)輪5, 7及驅(qū)動(dòng)輪4的一道溝槽上，第一道纜繩的一端連接浮子10上部，另一端連接平衡 物9上部；兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪6,8分別位于兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪5, 7的下部，第二道纜繩的一端固定在 浮子10下端，從下端繞過(guò)一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪，再交叉繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪4,之后再?gòu)南露死@過(guò)另一個(gè)下 旋轉(zhuǎn)輪后，另一端固定在平衡物10的下方。
[0020] 平衡物的質(zhì)量要小于浮子的質(zhì)量，通常質(zhì)量不超過(guò)浮子的一半，結(jié)構(gòu)上都是圓柱 形。
[0021] 參照?qǐng)D1和圖2,將4臺(tái)相距1/4海浪波長(zhǎng)的波能吸收裝置16沿波浪前進(jìn)方向按 斜一字分布并聯(lián)，再通過(guò)波能轉(zhuǎn)換裝置15以及后續(xù)電處理單元組成一套波浪能發(fā)電系統(tǒng)， 如圖3所示。電處理單元：由Buck-Boost升降壓變換電路和DC-AC逆變電路組成，該部分 負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?0Hz交流電。DC-AC逆變器包括穩(wěn)壓器以及逆變器，穩(wěn)壓器部分通過(guò) Buck-Boost升降壓變換電路實(shí)現(xiàn)，逆變器通過(guò)三相全橋逆變電路實(shí)現(xiàn)。由TO、L0和D0組 成的Buck-Boost電路能通過(guò)控制T0的導(dǎo)通時(shí)間使系統(tǒng)具有自適應(yīng)的升壓降壓功能，即當(dāng) 檢測(cè)到發(fā)電機(jī)出口電壓大于額定值時(shí)，通過(guò)減小T0的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比降低到額定值；反 之，檢測(cè)到發(fā)電機(jī)出口電壓小于額定值時(shí)，通過(guò)增大T0的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比使得輸出電壓 升高到額定值，從而保證電容C2兩端的電壓基本恒定。T1、T2、T3、T4、T5和T6組成的可控 逆變電路負(fù)責(zé)將直流母線電壓轉(zhuǎn)化為工頻50Hz的交流電，圖3中所有開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通由控制 中心17控制。由網(wǎng)側(cè)逆變電路輸出的工頻50Hz的交流電經(jīng)過(guò)圖3中的變壓器18將直接 向負(fù)載19供電或通過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)電路S向電網(wǎng)/微電網(wǎng)進(jìn)行送電。
[0022] 本實(shí)用新型的波能吸收部分通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪4,固定輪5、6、7、8及相關(guān)纜繩的相互作 用可以有效防止纜繩松弛狀況的產(chǎn)生。具體的，當(dāng)假設(shè)上半圈的電纜松弛，則在環(huán)形運(yùn)動(dòng)軌 道上浮子到平衡物的逆時(shí)針距離減少，而順時(shí)針時(shí)針距離增加，但下半圈纜繩長(zhǎng)度是一定 的，因此這種情況不能發(fā)生；同理，下半圈纜繩松弛情況也不會(huì)發(fā)生，從而解決了傳統(tǒng)浮子 式纜繩松弛問(wèn)題。由于浮子上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不同位置時(shí)提供的轉(zhuǎn)矩不同，因此單獨(dú)一臺(tái)波能轉(zhuǎn) 換裝置提供的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大，發(fā)電機(jī)輸出電壓波動(dòng)也較大，通過(guò)將4臺(tái)沿海浪前進(jìn)方向相 距1/4海浪波長(zhǎng)的波能吸收裝置并聯(lián)，可以給永磁直流發(fā)電機(jī)提供基本恒定的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 使其定子電壓基本穩(wěn)定，為后續(xù)的電能處理降低難度，以提高電能質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1. 一種防纜繩松弛型浮子式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括4個(gè)波能吸收裝置（16)和1個(gè)波 能轉(zhuǎn)換裝置（15)，其特征在于，4個(gè)波能吸收裝置（16)沿波浪前進(jìn)方向按斜一字分布，同通 過(guò)第一傳動(dòng)軸（12)串聯(lián)一起，相鄰的裝置相距1/4海浪波長(zhǎng)，所述的波能吸收裝置包括固 定在傳動(dòng)軸上的驅(qū)動(dòng)輪（4)、浮子（10)、平衡物（9)及固定在支架上的兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5,7) 和兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6,8)，在所述的驅(qū)動(dòng)輪（4)的外周設(shè)置有兩道分別用于支持第一道纜繩 和第二道纜繩的溝槽，所述的兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5,7)分別位于驅(qū)動(dòng)輪（4)的兩側(cè)，第一道纜繩 繞在兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5,7)及驅(qū)動(dòng)輪（4)的第一道溝槽上，所述的第一道纜繩的一端連接浮 子（10)上部，另一端連接平衡物（9)上部；兩個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6,8)分別位于兩個(gè)上旋轉(zhuǎn)輪（5， 7)的下部，第二道纜繩的一端固定在浮子（10)下端，從下端繞過(guò)一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（8)，再交叉 繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪（4)，之后再?gòu)南露死@過(guò)另一個(gè)下旋轉(zhuǎn)輪（6)后，另一端固定在平衡物（10)的下 方；所述的波能轉(zhuǎn)換裝置（15)包括雙動(dòng)棘輪（3)、增速齒輪箱（2)、永磁發(fā)電機(jī)（1)，所述的 第一傳動(dòng)軸（12)與雙動(dòng)棘輪（3)相連，將驅(qū)動(dòng)輪的雙向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為棘輪單方向的旋轉(zhuǎn)，雙 動(dòng)棘輪（3)再通過(guò)第二傳動(dòng)軸（13)與增速齒輪箱（2)相連，將傳動(dòng)軸（13)的低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化 為增速齒輪箱（2)內(nèi)齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，增速齒輪箱內(nèi)的高速齒輪通過(guò)第一傳動(dòng)軸（12)與發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)（1)發(fā)電。
【文檔編號(hào)】F03B13/16GK203879677SQ201420100711
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】方紅偉, 方思遠(yuǎn), 肖朝霞 申請(qǐng)人:天津大學(xué)