本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域的一種海流發(fā)電機組，具體是涉及了一種大長徑比對稱直驅(qū)式海流發(fā)電機組。

背景技術(shù)：

海流能作為一種海洋可再生能源，具有資源豐富、能量密度大、規(guī)律性強等優(yōu)點，因而成為科學(xué)家重視的學(xué)科前沿和研究熱點。但迄今為止，國內(nèi)外研究多聚焦在高、中流速下海流(或潮流或洋流)能的商業(yè)應(yīng)用上。而事實上，我國廣大海域，如東海外海、南海大部、膠東半島沿海的海流年平均流速僅在1m/s左右，一些時段甚至小于0.5m/s。另外，這些高、中流速下的海流能利用發(fā)電裝置一般都存在著高轉(zhuǎn)速、高慣量及高冗余度密封等特征，很難滿足特用儀器設(shè)備運用的“三低”要求，即低流速、低功耗、低噪聲。因此針對更廣闊的低流速海域的能量提取利用，研究開發(fā)海水流體動能的高效提取與轉(zhuǎn)換技術(shù)，揭示低流速工況的提效機理與方法途徑，形成低速高效型機組，對于海流能發(fā)電裝備充分實現(xiàn)“就地取能”、“海能海用”、軍民兩用、節(jié)能環(huán)保的效果，對于島礁保護(hù)開發(fā)、海洋儀器供電、遠(yuǎn)洋漁業(yè)養(yǎng)殖和海域國防建設(shè)都具有重要的意義。

目前國內(nèi)外對低流速海流能發(fā)電機組的研究整體上處于起步階段。國外鮮有直接涉及中低流速下裝備的研究與報道。其實，在低流速工況下，能量密度低，主要難題在機組的啟動與能量捕獲效率上，傳統(tǒng)的機械傳動中傳動阻力與摩擦損耗的存在，使得低流速啟動難度大，運行效率低。

現(xiàn)有技術(shù)中隨著發(fā)電功率等級的提高，現(xiàn)有發(fā)電機組結(jié)構(gòu)存在著一定的缺陷。海水的密度是空氣的一千多倍，可壓縮性小，要提高能源捕獲效率，則不僅要求海流發(fā)電裝置整機具有良好的流線型外形設(shè)計和流場設(shè)計，還要盡可能減小機身的徑向尺寸以減小無效而有害的擋水面積?，F(xiàn)有技術(shù)有的是采用典型的直驅(qū)電機，一方面其極對數(shù)多，徑向尺寸勢必大，產(chǎn)生的擋流和流場特性問題趨于嚴(yán)重。低流速流場不穩(wěn)定，能量密度相對低，極易遭受破壞，徑向尺寸大，擋流面積大導(dǎo)致的徑向流增加，勢必破壞流場特性。另一方面，徑向尺寸大，在百十瓦級小功率機組上，散熱可能沒有問題，但機組功率上升到一定程度，其內(nèi)部定子由于徑向尺寸大，散熱問題勢必突顯?？傊?，現(xiàn)有的直驅(qū)發(fā)電裝置不利于功率等級的大型化發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述典型直驅(qū)式海流發(fā)電機組存在的問題，本發(fā)明提供了一種大長徑比對稱直驅(qū)式海流發(fā)電機組，采用單葉輪對稱型結(jié)構(gòu)，整體裝置采用“大長徑比約束”優(yōu)化設(shè)計概念，直驅(qū)電機為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)或常規(guī)電機結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)了單葉輪對稱型結(jié)構(gòu)和直接接觸海流的直驅(qū)結(jié)構(gòu)的綜合，能實現(xiàn)大長徑比布置的發(fā)電機組結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明包括由若干片槳葉組成的葉輪、外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)定子繞組、外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架、水潤滑軸承、內(nèi)定子中空支撐軸、輸出電纜和濾網(wǎng)，葉輪以單葉輪面對稱型結(jié)構(gòu)布置，葉輪放置在主軸對稱面的中央位置處，整體結(jié)構(gòu)采用“大長徑比約束”優(yōu)化設(shè)計概念，內(nèi)定子繞組固定繞制在內(nèi)定子中空支撐軸上，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼包在外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架的外側(cè)壁，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架通過水潤滑軸承套在內(nèi)定子中空支撐軸外，葉輪固定安裝在所述外轉(zhuǎn)子磁鋼外表面；輸出電纜置于內(nèi)定子中空支撐軸中空內(nèi)部，輸出電纜一端與內(nèi)定子繞組的輸出端連接，輸出電纜另一端從中空支撐軸穿出后與外部電接收端連接，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架端部設(shè)有用于過濾水流的濾網(wǎng)。

水流推動所述葉輪帶動外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)，使得外轉(zhuǎn)子磁鋼繞所述內(nèi)定子繞組旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子磁鋼與內(nèi)定子繞組發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，形成電磁感應(yīng)通過輸出電纜輸出電能。

所述外轉(zhuǎn)子磁鋼與所述內(nèi)定子繞組均不是置于密封殼體中，而是直接置于水中，水流貫穿流經(jīng)所述發(fā)電機組內(nèi)部。

由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)內(nèi)部是通過海流的，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼與內(nèi)定子繞組采用離心密封防水工藝，即對外轉(zhuǎn)子磁鋼與內(nèi)定子繞組外表面離心澆注有防水樹脂材料，使得外轉(zhuǎn)子磁鋼與內(nèi)定子繞組不與水直接接觸。同時通過防水樹脂材料也能使得機組內(nèi)部可通過海水冷卻，既無需考慮機組密封問題，也解決了散熱問題。

所述的外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架的外側(cè)壁均包覆有外轉(zhuǎn)子磁鋼，葉輪固定安裝在外轉(zhuǎn)子磁鋼沿內(nèi)定子中空支撐軸軸向方向的中間。

所述葉輪包含多個槳葉，組成一個葉輪捕能面。所述葉輪面布置在機組的外轉(zhuǎn)子磁鋼和外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架的中央位置，葉輪面周向安裝若干個所述槳葉，組成葉輪的若干片槳葉沿周向間隔均布，每片槳葉徑向布置。

所述發(fā)電機組作為主體的外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架沿軸向長度與徑向直徑之比大于傳統(tǒng)同類發(fā)電機組的“長徑比”參數(shù)，同等功率情況下，最大可將這一參數(shù)提高1倍。本發(fā)明發(fā)電機組設(shè)計的長徑比范圍為2:1～20:1，甚至最大能達(dá)到20:1及以上。

采用本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、采用直驅(qū)式方案，省略了現(xiàn)有葉輪兩端輸出的齒輪傳動系統(tǒng)，大大減小了啟動摩擦阻力與摩擦損耗，降低啟動流速提高效率，使其適應(yīng)了低流速工況，同時減小了運行噪聲。

采用外轉(zhuǎn)子發(fā)電機結(jié)構(gòu)形式，磁場相對旋轉(zhuǎn)速度更快，電能產(chǎn)生更多，提高了能量效率。其結(jié)構(gòu)簡單，零件少，降低了硬件成本和運行故障率。

2、達(dá)到了大長徑比，減小了機身的橫斷面積，從而減小擋流作用，提高了整機效率和同一地點資源利用率，優(yōu)化了發(fā)電裝置流場設(shè)計及其流體力學(xué)特性。考慮其開放式結(jié)構(gòu)，同等功率下，其長徑比變大，散熱性能更佳，使該結(jié)構(gòu)機組具有大型化的潛力。

3、內(nèi)外轉(zhuǎn)子采用離心密封防水工藝，并使用水潤滑軸承，從根本上去除主軸機械密封阻尼和滲水憂患，既無需考慮密封，還減低了運行阻力，更加適合低速啟動。另外，內(nèi)部可通過海水冷卻，解決了散熱問題。

4、采用單葉輪對稱型結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)，使機組受力更加均衡，減少了沖擊，增加發(fā)電裝置運行的平穩(wěn)性，從整體上提升了可靠性與運行壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明海流發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖中：槳葉1、外轉(zhuǎn)子磁鋼2、內(nèi)定子繞組3、外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4、水潤滑軸承5、內(nèi)定子中空支撐軸6、輸出電纜7、濾網(wǎng)8。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照圖1和圖2，本發(fā)明具體實施包括由三片槳葉1組成的葉輪、外轉(zhuǎn)子磁鋼2、內(nèi)定子繞組3、外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4、水潤滑軸承5、內(nèi)定子中空支撐軸6、輸出電纜7和濾網(wǎng)8。內(nèi)定子繞組3固定繞制在內(nèi)定子中空支撐軸6上，外轉(zhuǎn)子磁鋼2包在外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4的外側(cè)壁，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4通過水潤滑軸承5套在內(nèi)定子中空支撐軸6外，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4的外側(cè)壁均包覆有外轉(zhuǎn)子磁鋼2，葉輪固定安裝在外轉(zhuǎn)子磁鋼2沿內(nèi)定子中空支撐軸6軸向方向的中間，組成葉輪的三片槳葉1沿周向間隔均布，每片槳葉1徑向布置。葉輪捕獲海流動能，帶動外轉(zhuǎn)子磁鋼旋轉(zhuǎn)。

外轉(zhuǎn)子磁鋼2與內(nèi)定子繞組3采用離心密封防水工藝，即對外轉(zhuǎn)子磁鋼2與內(nèi)定子繞組3外表面離心澆注有防水樹脂材料，使得外轉(zhuǎn)子磁鋼2與內(nèi)定子繞組3不與水直接接觸。

參照圖2，濾網(wǎng)8固定在外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4上，可阻擋海流中的垃圾進(jìn)入機組，防止其卡死損壞。而葉輪面，可周向安裝若干個所述槳葉1。

發(fā)電機組工作時，水流推動葉輪帶動外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4旋轉(zhuǎn)，使得外轉(zhuǎn)子磁鋼2繞內(nèi)定子繞組3旋轉(zhuǎn)，形成電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流從內(nèi)定子繞組3輸出供電。輸出電纜7置于內(nèi)定子中空支撐軸6中空內(nèi)部，輸出電纜7一端與內(nèi)定子繞組3的輸出端連接，輸出電纜7另一端輸出電能從中空支撐軸6穿出后可與儲電裝置連接。

外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支架4兩端的端面設(shè)有用于過濾水流的濾網(wǎng)8，可阻擋海流中的垃圾進(jìn)入機組，防止其卡死損壞。

本發(fā)明中作為內(nèi)外轉(zhuǎn)子的外轉(zhuǎn)子磁鋼2與內(nèi)定子繞組3采用離心密封防水工藝，并使用所述水潤滑軸承5，從根本上去除主軸機械密封阻尼和滲水憂患，既無需考慮密封，還減低了運行阻力，更加適合低速啟動。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，任何基于本發(fā)明原理的擴展或者改進(jìn)均視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。