防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统，包括4个波能吸收装置（16）和1个波能转换装置（15），4个波能吸收装置（16）沿波浪前进方向按斜一字分布，同通过第一传动轴（12）串联，相邻装置相距1/4海浪波长，波能吸收装置包括固定在传动轴上的驱动轮（4）、浮子（10）、平衡物（9）及固定在支架上的两个上旋转轮和两个下旋转轮，在驱动轮（4）的外周设置有两道分别用于支持两缆绳的沟槽，一缆绳绕在两个上旋转轮（5，7）及驱动轮（4）上，另一道缆绳的一端固定在浮子（10）下端，从下端绕过一个下旋转轮（8），再交叉绕过驱动轮（4），之后再从下端绕过另一个下旋转轮（6）。本发明利用波浪能生产稳定且质量较高的三相交流电。
【专利说明】防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统
所属【技术领域】
[0001]本发明属于波力发电领域，具体涉及一种波浪能发电系统。
【背景技术】
[0002]世界性的能源危机问题日益突出，化石能源储量已经不能够满足全世界的巨大能源消耗要求。同时，环境污染问题日趋严重、全球气温的升高，要求世界各国减少化石等不可再生能源的使用。海洋波浪能作为一种清洁的可再生能源已得到了世界各国的重视。我国有18，000多千米的海岸线，据计算，如果将可以利用的海洋能转化为电能，大约能提供
1.5亿kW的电力，相当于我国目前装机容量的两倍多，因此发展波浪发电技术适合我国的情况和需要。波浪能发电技术是通过波浪能吸收装置，将波浪能首先转换为机械能，再转换成电能。我国已经成功研制了振荡水柱式和聚波水库式等波浪发电装置，一些波浪发电技术甚至达到了世界先进水平。但是上述已有的装置或者是对地理位置要求较高，或者是装置结构比较复杂导致系统的维护和建造比较困难。目前一些科学家已提出了一些其它的浮子式波浪发电装置，但是即使有海浪的情况下，也大多存在输出电能不连续的情况。
【发明内容】
[0003]本发明针对以上问题，提供一种利用波能发电的装置，该装置拟通过比较简单的结构和部件，利用波浪能生产稳定且质量较高的三相交流电。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0004]一种防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统，包括4个波能吸收装置(16)和I个波能转换装置(15)，其特征在于，4个波能吸收装置(16)沿波浪前进方向按斜一字分布，同通过第一传动轴(12)串联一起，相邻的装置相距1/4海浪波长，所述的波能吸收装置包括固定在传动轴上的驱动轮(4)、浮子(10)、平衡物(9)及固定在支架(图中未画出)上的两个上旋转轮(5，7)和两个下旋转轮(6，8)，在所述的驱动轮(4)的外周设置有两道分别用于支持第一道缆绳和第二道缆绳的沟槽，所述的两个上旋转轮(5，7)分别位于驱动轮(4)的两侧，第一道缆绳绕在两个上旋转轮(5，7)及驱动轮(4)的一道沟槽上，所述的第一道缆绳的一端连接浮子(10)上部，另一端连接平衡物(9)上部；两个下旋转轮(6，8)分别位于两个上旋转轮(5，7)的下部，第二道缆绳的一端固定在浮子(10)下端，从下端绕过一个下旋转轮
(8)，再交叉绕过驱动轮(4)，之后再从下端绕过另一个下旋转轮(6)后，另一端固定在平衡物(10)的下方；所述的波能转换装置(15)包括双动棘轮(3)、增速齿轮箱(2)、永磁发电机
(1)，所述的第一传动轴(12)与双动棘轮(3)相连，将驱动轮的双向旋转转化为棘轮单方向的旋转，双动棘轮(3)再通过第二传动轴(13)与增速齿轮箱(2)相连，将传动轴(13)的低速运动转化为增速齿轮箱(2)内齿轮的高速旋转，增速齿轮箱内的高速齿轮通过第一传动轴(12 )与发电机转子连接，驱动永磁发电机(I)发电。
[0005]其中，平衡物的质量通常不超过浮子的一半。
[0006]本发明提出的利用波能发电的装置，实质性特点是:通过浮子与重物的上下运动，在驱动轮上产生力矩，从而带动发电机发电。在海面有波浪时，海面的起伏会使浮子在水面下的体积发生改变，进而浮力发生改变，从而在驱动轮上产生力矩，同时海水与浮子的相对运动也会给浮子一定的推力，从而在驱动轮上生成力矩。驱动轮上的力矩驱动永磁直流发电机旋转，这里将沿海浪前进方向相距1/4海浪波长的4台波能吸收装置并联为一组，用以产生基本恒定的转矩，从而产生稳定的直流电压，经过电能处理电路产生50Hz的三相交流电并网。本发明的技术效果如下:
[0007]I)系统结构简单，设备便于安装和维护，且可以防止缆绳松弛。
[0008]2)多台波能吸收装置并列运行时可平稳输出转矩，使输出电能连续，且可规模化生产，成本较低，利于大规模发电。
[0009]3?由于输出电压连续和平稳，使得永磁直流发电机发出电能后续处理比较简单，可以只有DC-AC环节，更加可靠，节约成本。
[0010]4)该系统不但适合直接并网发电，还适合给远离陆地的海岛单独供电，实用性较强，应用范围较广。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是浮子式波浪能转换装置结构示意图。
[0012]图中，I是永磁直流发电机，2是变速齿轮箱，3是双动棘轮，4是驱动轮、5、6、7、8是位置固定的旋转轮，9是平衡物，10是浮子、11为海面、12、13、14是传动轴。
[0013]图2是4台相聚1/4海浪波长的波能吸收装置并联示意图。
[0014]图中，15是图1中波能转换部分，16为图1中波能吸收部分。
`[0015]图3是电能处理电路的对应结构原理图。
[0016]图中，17是控制中心，18是变压器，19是负荷。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。
[0018]本发明的防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统主要包括4个浮子式波浪能吸收装置16和一个浮子式波浪能转换装置15两部分。
[0019]浮子式波浪能吸收装置如图1中的波能吸收部分所示。平衡物9和浮子10通过两条缆绳绳连接在一起，缆绳通过四个位置固定的旋转轮5、6、7、8以及驱动轮4构成一个环形索道，一道缆绳从上面连接平衡物9和浮子10，另一道缆绳从下面连接平衡物9和浮子
10。在驱动轮4的外周设置有两道分别用于支持两个缆绳的沟槽(图中未画出)。图1为浮子式波浪能转换装置结构示意图。随着波浪的起伏，浮子会发生上下运动，缆绳带动驱动轮4旋转。驱动轮4通过传动轴14与双动棘轮3相连，将驱动轮的双向旋转转化为棘轮单方向的旋转，棘轮再通过一根传动轴13与增速齿轮箱2相连，将传动轴13的低速运动转化为齿轮箱内齿轮的高速旋转，增速齿轮箱内的高速齿轮通过传动轴12与发电机转子连接，驱动永磁发电机I发电。本发明的波浪能转换装置实际上还包括图中未画出的支架，用于固定4个旋转轮，传动轴也通过轴承与支架连接。4个旋转轮，包括两个上旋转轮5，7和两个下旋转轮6，8。两个上旋转轮5，7分别位于驱动轮4的两侧，第一道缆绳绕在两个上旋转轮5，7及驱动轮4的一道沟槽上，第一道缆绳的一端连接浮子10上部，另一端连接平衡物9上部；两个下旋转轮6，8分别位于两个上旋转轮5，7的下部，第二道缆绳的一端固定在浮子10下端，从下端绕过一个下旋转轮，再交叉绕过驱动轮4，之后再从下端绕过另一个下旋转轮后，另一端固定在平衡物10的下方。
[0020]平衡物的质量要小于浮子的质量，通常质量不超过浮子的一半，结构上都是圆柱形。
[0021]参照图1和图2，将4台相距1/4海浪波长的波能吸收装置16沿波浪前进方向按斜一字分布并联，再通过波能转换装置15以及后续电处理单元组成一套波浪能发电系统，如图3所示。电处理单元:由Buck-Boost升降压变换电路和DC-AC逆变电路组成，该部分负责将直流电转变为50Hz交流电。DC-AC逆变器包括稳压器以及逆变器，稳压器部分通过Buck-Boost升降压变换电路实现，逆变器通过三相全桥逆变电路实现。由TO、LO和DO组成的Buck-Boost电路能通过控制TO的导通时间使系统具有自适应的升压降压功能，即当检测到发电机出口电压大于额定值时，通过减小TO的驱动信号的占空比降低到额定值；反之，检测到发电机出口电压小于额定值时，通过增大TO的驱动信号的占空比使得输出电压升高到额定值，从而保证电容C2两端的电压基本恒定。T1、T2、T3、T4、T5和Τ6组成的可控逆变电路负责将直流母线电压转化为工频50Hz的交流电，图3中所有开关管的导通由控制中心17控制。由网侧逆变电路输出的工频50Hz的交流电经过图3中的变压器18将直接向负载19供电或通过并网开关电路S向电网/微电网进行送电。
[0022]本发明的波能吸收部分通过驱动轮4，固定轮5、6、7、8及相关缆绳的相互作用可以有效防止缆绳松弛状况的产生。具体的，当假设上半圈的电缆松弛，则在环形运动轨道上浮子到平衡物的逆时针距离减少，而顺时针时针距离增加，但下半圈缆绳长度是一定的，因此这种情况不能发生；同理，下半圈缆绳松弛情况也不会发生，从而解决了传统浮子式缆绳松弛问题。由于浮子上下运动时不同位置时提供的转矩不同，因此单独一台波能转换装置提供的转矩波动很大，发电机输出电压波动也较大，通过将4台沿海浪前进方向相距1/4海浪波长的波能吸收装置并联，可以给永磁直流发电机提供基本恒定的驱动转矩，使其定子电压基本稳定，为后续的电能处理降低难度，以提高电能质量。
【权利要求】
1.一种防缆绳松弛型浮子式波浪能发电系统，包括4个波能吸收装置(16)和I个波能转换装置(15)，其特征在于，4个波能吸收装置(16)沿波浪前进方向按斜一字分布，同通过第一传动轴(12)串联一起，相邻的装置相距1/4海浪波长，所述的波能吸收装置包括固定在传动轴上的驱动轮(4)、浮子(10)、平衡物(9)及固定在支架上的两个上旋转轮(5，7)和两个下旋转轮(6，8)，在所述的驱动轮(4)的外周设置有两道分别用于支持第一道缆绳和第二道缆绳的沟槽，所述的两个上旋转轮(5，7)分别位于驱动轮(4)的两侧，第一道缆绳绕在两个上旋转轮(5，7)及驱动轮(4)的第一道沟槽上，所述的第一道缆绳的一端连接浮子(10)上部，另一端连接平衡物(9)上部；两个下旋转轮(6，8)分别位于两个上旋转轮(5，7)的下部，第二道缆绳的一端固定在浮子(10)下端，从下端绕过一个下旋转轮(8)，再交叉绕过驱动轮(4)，之后再从下端绕过另一个下旋转轮(6)后，另一端固定在平衡物(10)的下方；所述的波能转换装置(15)包括双动棘轮(3)、增速齿轮箱(2)、永磁发电机(1)，所述的第一传动轴(12)与双动棘轮(3)相连，将驱动轮的双向旋转转化为棘轮单方向的旋转，双动棘轮(3)再通过第二传动轴(13)与增速齿轮箱(2)相连，将传动轴(13)的低速运动转化为增速齿轮箱(2)内齿轮的高速旋转，增速齿轮箱内的高速齿轮通过第一传动轴(12)与发电机转子连接，驱动永磁发电机(I)发电。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，平衡物的质量通常不超过浮子的一半。
【文档编号】F03B13/16GK103867379SQ201410080424
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】方红伟, 方思远, 肖朝霞 申请人:天津大学