本發(fā)明屬于海洋可再生能源開發(fā)領(lǐng)域，涉及一種潮流發(fā)電機(jī)，具體為一種磁耦合潮流發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

隨著煤炭、石油、天然氣等化石燃料的大規(guī)模開發(fā)和利用，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也造成了大量資源浪費(fèi)及污染物、溫室氣體的排放。自確認(rèn)化石燃料的儲(chǔ)量有限且日益減少以來，開發(fā)新能源、研究新的節(jié)能技術(shù)，走可持續(xù)發(fā)展道路己成為社會(huì)各界的共識(shí)。潮流能作為一種綠色可再生能源，進(jìn)入了大眾的視線。由于其具有可預(yù)測(cè)性、輸出穩(wěn)定、對(duì)周邊環(huán)境及其周邊生物影響較小等優(yōu)點(diǎn)，且與獲能原理相似的風(fēng)能發(fā)電相比，海水密度約為空氣密度的1000倍，相同面積內(nèi)潮流能蘊(yùn)含能量比風(fēng)能高的多。這些優(yōu)點(diǎn)說明開發(fā)利用潮流能能源是一項(xiàng)非常有發(fā)展前景的項(xiàng)目。

潮流能利用的主要形式是潮流能發(fā)電裝置發(fā)電，其原理：潮水沖擊水輪機(jī)，將潮水中流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)的機(jī)械能，水輪機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。潮流發(fā)電裝置可以按水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式來區(qū)分，水平軸式和豎軸式?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)部分的密封要求高，成本昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種磁耦合潮流發(fā)電機(jī)，解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題。

磁耦合潮流發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)、傳動(dòng)裝置、控制裝置、電能控制轉(zhuǎn)換裝置和底座組成。

磁耦合 潮流發(fā)電機(jī)包括葉片盤、葉片、主軸、導(dǎo)流罩、輪盤、磁力耦合聯(lián)軸器、萬向輪、有機(jī)玻璃蓋、金屬縱梁、控制系統(tǒng)、支腳、增速齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)、密封的箱體。所述導(dǎo)流罩包括上半部分導(dǎo)流罩和下半部分導(dǎo)流罩，分別安裝在葉片盤和輪盤上。所述磁力耦合聯(lián)軸器[6]包括主動(dòng)盤和被動(dòng)盤，所述主軸與磁力耦合聯(lián)軸器主動(dòng)盤連接后設(shè)置在密封的箱體的上方，所述磁力耦合聯(lián)軸器被動(dòng)盤位于密封的箱體內(nèi)部上方，與磁力耦合聯(lián)軸器的主動(dòng)盤對(duì)應(yīng)設(shè)置，被動(dòng)盤的輸出端與所述增速齒輪箱的輸入端連接。為了避免不銹鋼的材料影響磁力耦合器的性能，主動(dòng)盤與被動(dòng)盤之間的箱體中用有機(jī)玻璃蓋來保證密封。

水輪機(jī)由金屬葉片盤、葉片、主軸、輪盤等組成。葉片盤、輪盤都是以主軸為中心，圍繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；葉片與支臂之間用軸承連接，葉片則以葉輪上的支臂為中心，圍繞支臂旋轉(zhuǎn)。葉片盤與主軸之間用軸承座連接，通過螺栓固定在軸承座上。葉片盤下的輪盤，其作用是支撐整個(gè)能量捕獲裝置，幫助葉片盤在軸上進(jìn)行向上定位。

葉輪以主軸為中心，均勻分布了四個(gè)扇葉，每個(gè)扇葉繞葉輪上一根支臂旋轉(zhuǎn)。支臂分布在葉片盤的邊緣部分。葉片焊接在支臂上，用軸承連接，能繞支臂旋轉(zhuǎn)。主要考慮到潮流方向的不確定性，葉片在潮流能從一個(gè)方向沖擊葉片的時(shí)候，由于輪盤上設(shè)置有機(jī)構(gòu)擋塊，能阻擋葉片旋轉(zhuǎn)，使得葉片收到?jīng)_擊力，推動(dòng)水輪機(jī)選裝；當(dāng)潮流從相反方向沖擊葉片時(shí)，葉片不會(huì)受到擋塊的作用，會(huì)被吹開。由此達(dá)到了水輪機(jī)在工作側(cè)面誰的阻力最大，非工作側(cè)面阻力最小。

水流從固定方向沖擊葉片時(shí)，由于受到分布在葉片盤上的擋塊作用，阻擋了葉片隨水流轉(zhuǎn)動(dòng)張開，從而水流沖擊力帶動(dòng)了葉片盤整體轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扇葉與水流流向之間的夾角也會(huì)一直變化。當(dāng)扇葉和水流流向之間的夾角從0°到180°變化，即變化區(qū)間是在0°到180°之間時(shí)，推力也是從0°到180°之間變化。水流對(duì)葉片的推力從0°向90°之間以三角函數(shù)的關(guān)系增加，在90°到180°之間以三角函數(shù)的關(guān)系減少，所以水流與扇葉之間夾角為90°時(shí)推力最大。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)過半圈也就是180°后，由于水流沖擊葉片，使其遠(yuǎn)離擋塊，所以這側(cè)扇葉不工作。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，扇葉從0°到180°之間進(jìn)入工作狀態(tài)，又從180°到0°不工作，然后再一次從不工作轉(zhuǎn)為工作，這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述過程，水輪機(jī)就能不停捕獲潮流能。這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了使水流沖擊在工作側(cè)面的阻力大，而非工作側(cè)面阻力小的目的。水輪機(jī)也因此能高效率的捕獲能量。

底座由不銹鋼制成的密封箱體、有機(jī)玻璃蓋和4個(gè)支腳組成。在密封箱體內(nèi)部有發(fā)電裝置、控制裝置和增速裝置等，為了能讓其全部正常工作，隔絕外部海水的侵蝕，密封箱體需要做到完全密封，且抗腐蝕。

聯(lián)軸器作用是傳遞扭矩，在帶動(dòng)軸與軸之間的傳動(dòng)的同時(shí)，還有緩沖作用，避免軸與軸之間的剛性連接，起到保護(hù)軸的作用。磁力耦合器的作用在于無接觸式連接傳遞轉(zhuǎn)矩，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)于這種深海惡劣環(huán)境，能保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。與軸相連的其它區(qū)域分布有磁鐵磁極。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主軸、磁力耦合器、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)組成。能量捕獲裝置即葉輪機(jī)構(gòu)捕獲能量后，將潮流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸通過磁力耦合器將機(jī)械能傳遞給增速齒輪箱。齒輪箱有一對(duì)嚙合的錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)，其作用是將豎直方向的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水平方向的機(jī)械能，這樣的結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省并合理的分布密封箱的空間。齒輪箱內(nèi)有一些嚙合的齒輪組成輪系，能夠通過不同的齒輪嚙合達(dá)到改變輸入輸出的轉(zhuǎn)速，以滿足發(fā)電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。

本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，密封成本低，可靠性高，便于市場(chǎng)推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的水輪機(jī)剖視圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的葉片俯視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的磁力耦合聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖。

圖中標(biāo)注：1-葉片盤，2-葉片，3-主軸，4-導(dǎo)流罩，5-輪盤，6-磁力耦合聯(lián)軸器，7-萬向輪，8-有機(jī)玻璃蓋，9-金屬縱梁，10-控制系統(tǒng)，11-支腳，12-增速齒輪箱，13-聯(lián)軸器，14-發(fā)電機(jī)，15-密封的箱體。

具體實(shí)施方式

磁耦合潮流發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)、傳動(dòng)裝置、控制裝置、電能控制轉(zhuǎn)換裝置和底座組成。

磁耦合潮流發(fā)電機(jī)包括葉片盤[1]、葉片[2]、主軸[3]、導(dǎo)流罩[4]、輪盤[5]、磁力耦合聯(lián)軸器[6]、萬向輪[7]、有機(jī)玻璃蓋[8]、金屬縱梁[9]、控制系統(tǒng)[10]、支腳[11]、增速齒輪箱[12]、聯(lián)軸器[13]、發(fā)電機(jī)[14]、密封的箱體[15]。所述導(dǎo)流罩[4]包括上半部分導(dǎo)流罩[41]和下半部分導(dǎo)流罩[42]，分別安裝在葉片盤[1]和輪盤[5]上。所述磁力耦合聯(lián)軸器[6]包括主動(dòng)盤[61]和被動(dòng)盤[62]，所述主軸[3]與磁力耦合聯(lián)軸器主動(dòng)盤[61]連接后設(shè)置在密封的箱體[15]的上方，所述磁力耦合聯(lián)軸器被動(dòng)盤[62]位于密封的箱體[12]內(nèi)部上方，與磁力耦合聯(lián)軸器的主動(dòng)盤對(duì)應(yīng)設(shè)置，被動(dòng)盤[62]的輸出端與所述增速齒輪箱[12]的輸入端連接。為了避免不銹鋼的材料影響磁力耦合器的性能，主動(dòng)盤與被動(dòng)盤之間的箱體中用有機(jī)玻璃蓋來保證密封。

水輪機(jī)由金屬葉片盤[1]、葉片[2]、主軸[3]、輪盤[5]等組成。葉片盤、輪盤都是以主軸為中心，圍繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；葉片與支臂之間用軸承連接，葉片則以葉輪上的支臂為中心，圍繞支臂旋轉(zhuǎn)。葉片盤與主軸之間用軸承座連接，由圖2可知，通過螺栓固定在軸承座上。葉片盤下的輪盤，其作用是支撐整個(gè)能量捕獲裝置，幫助葉片盤在軸上進(jìn)行向上定位。

葉輪以主軸為中心，均勻分布了四個(gè)扇葉，每個(gè)扇葉繞葉輪上一根支臂旋轉(zhuǎn)。支臂分布在葉片盤的邊緣部分，葉片結(jié)構(gòu)如圖3所示，葉輪底座分布如圖4。葉片焊接在支臂上，用軸承連接，能繞支臂旋轉(zhuǎn)。主要考慮到潮流方向的不確定性，葉片在潮流能從一個(gè)方向沖擊葉片的時(shí)候，由于輪盤上設(shè)置有機(jī)構(gòu)擋塊，能阻擋葉片旋轉(zhuǎn)，使得葉片收到?jīng)_擊力，推動(dòng)水輪機(jī)選裝；當(dāng)潮流從相反方向沖擊葉片時(shí)，葉片不會(huì)受到擋塊的作用，會(huì)被吹開。由此達(dá)到了水輪機(jī)在工作側(cè)面誰的阻力最大，非工作側(cè)面阻力最小。

水流從固定方向沖擊葉片時(shí)，由于受到分布在葉片盤上的擋塊作用，阻擋了葉片隨水流轉(zhuǎn)動(dòng)張開，從而水流沖擊力帶動(dòng)了葉片盤整體轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扇葉與水流流向之間的夾角也會(huì)一直變化。當(dāng)扇葉和水流流向之間的夾角從0°到180°變化，即變化區(qū)間是在0°到180°之間時(shí)，推力也是從0°到180°之間變化。水流對(duì)葉片的推力從0°向90°之間以三角函數(shù)的關(guān)系增加，在90°到180°之間以三角函數(shù)的關(guān)系減少，所以水流與扇葉之間夾角為90°時(shí)推力最大。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)過半圈也就是180°后，由于水流沖擊葉片，使其遠(yuǎn)離擋塊，所以這側(cè)扇葉不工作。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，扇葉從0°到180°之間進(jìn)入工作狀態(tài)，又從180°到0°不工作，然后再一次從不工作轉(zhuǎn)為工作，這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述過程，水輪機(jī)就能不停捕獲潮流能。這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了使水流沖擊在工作側(cè)面的阻力大，而非工作側(cè)面阻力小的目的。水輪機(jī)也因此能高效率的捕獲能量。

底座由316型號(hào)不銹鋼制成的密封箱體[15]、有機(jī)玻璃蓋[8]和4個(gè)支腳[11]組成。在密封箱體內(nèi)部有發(fā)電裝置、控制裝置和增速裝置等，為了能讓其全部正常工作，隔絕外部海水的侵蝕，密封箱體需要做到完全密封，且抗腐蝕。

聯(lián)軸器[13]主要作用是傳遞扭矩，在帶動(dòng)軸與軸之間的傳動(dòng)的同時(shí)，還有緩沖作用，避免軸與軸之間的剛性連接，起到保護(hù)軸的作用。磁力耦合器[6]的作用在于無接觸式連接傳遞轉(zhuǎn)矩，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)于這種深海惡劣環(huán)境，能保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。其剖視圖如圖5所示，與軸相連的其它區(qū)域分布有磁鐵磁極。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主軸[3]、磁力耦合器[6]、增速齒輪箱[12]、發(fā)電機(jī)[14]組成。能量捕獲裝置即葉輪機(jī)構(gòu)捕獲能量后，將潮流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸通過磁力耦合器將機(jī)械能傳遞給增速齒輪箱。齒輪箱有一對(duì)嚙合的錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)，其作用是將豎直方向的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水平方向的機(jī)械能，這樣的結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省并合理的分布密封箱的空間。齒輪箱內(nèi)有一些嚙合的齒輪組成輪系，能夠通過不同的齒輪嚙合達(dá)到改變輸入輸出的轉(zhuǎn)速，以滿足發(fā)電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。