一种基于往复丝杠的海浪发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于往复丝杠的海浪发电装置，往复丝杠设置在所述内浮筒中，通过单向离合器连接至旋转发电机；往复丝杠上套设有能够沿其往复移动的丝杠螺母，丝杠螺母固定至活塞，活塞外侧固定所述环形永磁体，内浮筒与海底连接；外浮筒套设在内浮筒外侧，内圈固定有所述环形护铁；外浮筒在海浪激励作用下与内浮筒发生相对运动，通过环形永磁体带动所述丝杠螺母往复运动，驱动往复丝杠旋转，当往复丝杠沿设定方向旋转时通过单向离合器带动旋转发电机的转子旋转，进而产生电能。本发明专利技术使用丝杠传动装置，可靠性和效率提升；电机单向旋转，简化了电机的驱动和控制。只需要一个丝杠结构，一个发电机，大大降低了成本、提升了设备利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于往复丝杠的海浪发电装置
本专利技术涉及海浪发电
，尤其涉及一种基于往复丝杠的海浪发电装置。
技术介绍
随着能源危机与环境污染问题的日益加剧，更多种类、更大规模的对可再生能源的利用成为人类发展的必然趋势。海浪能具有清洁无污染、功率密度大、可预测性好、不占用土地等显著优点，具有广阔良好的研究与应用前景。我国沿海地区及海上岛屿具有丰富的海浪能资源，若能够通过有效的海浪能提取装置使其得到充分利用，将进一步促进能源结构转形，对长期经济发展具有重大意义。现有的海浪发电技术按照能量传递方式可分为气动式、液压式、直驱式和机械式。1.各类气动式海浪发电装置，其将波浪能转换成空气的压能和动能，在气室和大气的通路上安装空气透平并将透平转轴与旋转发电机相连。各类气动式方案的主要缺陷在于：a.采用三级能量转换设计，能量转化效率较低；b.发电机噪声大，安装位置有限，对陆地影响较大；c.岸基型和近岸型的海洋波浪能密度比较低。2.各类液压式海浪发电装置，其利用波浪能驱动液压装置对液压涡轮机做功，继而带动发电机发电。各类液压式方案的主要缺陷在于：a.液压系统面临海水腐蚀和海洋微生物附着淤塞的问题，维护困难；b.存在液体泄露污染海水的潜在危险。3.各类机械式海浪发电装置，其使用齿轮箱传动，将浮体的直线运动转换为电机转子的旋转运动。各类采用齿轮传动的机械式方案的主要缺陷在于：a.齿轮箱结构的使用增加了系统能量转换环节，降低了系统的能量转换效率和可靠性；b.维护成本高。4.各类直驱式海浪发电装置。其使用浮体直接带动直线电机，取消了能量转换的中间环节。各类直驱式方案的主要缺陷在于：a.直线电机动子随浮体作往复直线运动，运行在四象限下，控制算法复杂；b.直线电机面临旋转电机所没有的端部效应，对应建模复杂；c.直线电机体积较大，且在海浪工况下的可靠性低于旋转电机。一种基于双滚珠丝杠传动的海浪发电装置(公开号CN110725772A)。该方案使用两个螺纹方向相反的滚珠丝杠，配合离合器、传动齿轮及飞轮等部件，实现浮子往复直线运动到电机单向旋转运动的转换。主要缺陷在于：a.需要使用两个滚珠丝杠，在运行中总有一个得不到利用；b.使用了包括离合器和齿轮在内的运动整流装置，结构复杂。一种基于永磁式磁力丝杠传动的直驱式海浪发电装置(公开号CN110307115A)。该方案使用永磁丝杠进行直线运动到旋转运动的转换，经变速器直接与发电机转轴相连从而进行发电。主要缺陷在于：a.永磁丝杠传动效率较低；b.永磁丝杠使用永磁体，降低了装置的可靠性，增加了维护成本；c.该装置将浮体的起伏运动转换为电机转子的双向交替旋转运动，电机工作在四象限下，优化控制算法复杂。一种基于永磁式磁力丝杠的海浪发电装置(公开号CN110454317A)。该方案同样使用永磁丝杠，但与发电机转子间通过齿轮传动；且需要使用两个发电机。主要缺陷在于：a.永磁丝杠传动效率较低；b.永磁丝杠使用永磁体，降低了装置的可靠性，增加了维护成本；c.为了使每个电机为单向旋转，需要两个发电机，增加了成本。一种基于运动整流的海浪发电装置(公开号CN110374785A)。该方案使用滚珠丝杠外加由齿轮及离合器等组成的运动整流器，将浮子往复直线运动转换为发电机转子的单相旋转运动。主要缺陷在于：a.需要使用机械整流器作为传动装置，结构复杂；b.装置整体可靠性较低。一种基于磁场能量传递的直驱海浪发电装置(公开号CN101285449A)。该方案利用磁铁的吸引作用使浮子运动能够带动封闭套筒内部件的运动，且在套筒内采用了滚珠丝杠作为机械传动部件，经离合器带动电机转子。主要缺陷在于：a.使用单向离合器进行传动，则浮体在某方向上运动时所吸收的海浪能无法传送至发电机。
技术实现思路
针对海浪发电中的运动形式转换问题，特别是从浮体往复直线运动到电机转子单向旋转运动的转换问题，提出一种基于往复丝杠的海浪发电装置，通过往复丝杠将浮体的往复直线运动转换为发电机转轴的单向旋转运动，与现有的其他机械式装置相比，本专利技术具有结构简单、转换效率高、电机控制方便等显著优点，具有良好的应用前景。为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于往复丝杠的海浪发电装置，包括：往复丝杠、浮体以及旋转发电机；所述往复丝杠具有正反向两条螺纹；所述浮体能够在海中漂浮，限位为能够沿往复丝杠往复运动，并在返回时切换螺纹，使得往复丝杠单向旋转；所述浮体在海浪激励作用下驱动所述往复丝杠旋转，所述往复丝杠带动所述旋转发电机的转子旋转，进而产生电能。进一步地，还包括单向离合器，所述往复丝杠通过单向离合器带动所述旋转发电机的转子旋转。进一步地，所述往复丝杠上设置与其匹配的丝杠螺母，所述浮体与所述丝杠螺母通过运动耦合装置耦合。进一步地，所述浮体包括外浮筒和环形护铁；所述往复丝杠设置在所述内浮筒中，一端通过单向离合器连接至旋转发电机，另一端可旋转地连接至所述内浮筒；往复丝杠上套设有能够沿其往复移动的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定至所述活塞，活塞外侧固定所述环形永磁体；所述内浮筒与海底连接；所述外浮筒套设在内浮筒外侧，内圈固定有所述环形护铁，与所述环形永磁体相互吸引；所述外浮筒在海浪激励作用下与所述内浮筒发生相对运动，通过环形永磁体带动所述丝杠螺母往复运动，驱动所述丝杠螺母往复运动，所述丝杠螺母返回时切换轨道，使得往复丝杠单向旋转。所述运动耦合装置包括环形护铁和环形永磁体。进一步地，所述往复丝杠具有两条对称设置正反向两条螺纹，两条螺纹一端通过过渡螺纹连接；所述丝杠螺母内设置滑舌沿其中一条螺纹轨道移动至端部，经过渡螺纹切换至另一条螺纹轨道上；当所述丝杠螺母返回时，滑舌沿另一条螺纹轨道返回，所述丝杠螺母移动至端部和返回过程中所述往复丝杠旋转方向保持不变，经所述单向离合器带动所述旋转发电机的转子旋转。进一步地，所述丝杠螺母内滚珠沿其中一条螺纹轨道未移动至端部就沿当前螺纹返回时，所述往复丝杠反向转动，所述单向离合器避免所述往复丝杠带动所述旋转发电机的转子反向旋转。进一步地，所述往复丝杠的两端设置限位器，限制所述活塞及所述丝杠螺母的位移范围。进一步地，所述环形护铁和环形永磁体长度相同。进一步地，所述内浮筒为圆筒形密封结构，材质为聚氯乙烯，与海底通过系泊链连接。进一步地，所述内浮筒两端设置限位器，限制外浮筒的运动范围。进一步地，所述往复丝杠上设置与其匹配的丝杠螺母，所述浮体与所述丝杠螺母通过运动耦合装置钢性连接。本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：(1)本专利技术使用往复丝杠而非永磁丝杠，可靠性和效率提升；电机单向旋转而非双向旋转，简化了电机的驱动和控制。本专利技术只需要一个丝杠结构，降低了成本；只需要一个发电机而非两个，大大降低了成本、提升了设备利用率。(2)本专利技术不需要基于齿轮与离合器的运动整流装置，丝杆沿设定方向旋转时才能驱动电机转子转动，因此不需要使用机械整流装置，结构简单。(3)本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于往复丝杠的海浪发电装置，其特征在于，包括：往复丝杠(5)、浮体以及旋转发电机(2)；/n所述往复丝杠(5)具有正反向两条螺纹；/n所述浮体能够在海中漂浮，限位为能够沿往复丝杠(5)往复运动，并在返回时切换螺纹，使得往复丝杠单向旋转；/n所述浮体在海浪激励作用下驱动所述往复丝杠(5)旋转，所述往复丝杠(5)带动所述旋转发电机的转子旋转，进而产生电能。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于往复丝杠的海浪发电装置，其特征在于，包括：往复丝杠(5)、浮体以及旋转发电机(2)；
所述往复丝杠(5)具有正反向两条螺纹；
所述浮体能够在海中漂浮，限位为能够沿往复丝杠(5)往复运动，并在返回时切换螺纹，使得往复丝杠单向旋转；
所述浮体在海浪激励作用下驱动所述往复丝杠(5)旋转，所述往复丝杠(5)带动所述旋转发电机的转子旋转，进而产生电能。


2.根据权利要求1所述的基于往复丝杠的海浪发电装置，其特征在于，还包括单向离合器(3)，所述往复丝杠(5)通过单向离合器(3)带动所述旋转发电机的转子旋转。


3.根据权利要求2所述的基于往复丝杠的海浪发电装置，其特征在于，所述往复丝杠(5)上设置与其匹配的丝杠螺母(53)，所述浮体与所述丝杠螺母(53)通过运动耦合装置耦合。


4.根据权利要求3所述的基于往复丝杠的海浪发电装置，其特征在于，所述浮体包括外浮筒(7)和环形护铁(8)；
所述往复丝杠(5)设置在所述内浮筒(1)中，一端通过单向离合器(3)连接至旋转发电机(2)，另一端可旋转地连接至所述内浮筒(1)；往复丝杠(5)上套设有能够沿其往复移动的丝杠螺母(53)，所述丝杠螺母固定至所述活塞(6)，活塞(6)外侧固定所述环形永磁体(9)；所述内浮筒(1)与海底连接；
所述外浮筒(7)套设在内浮筒(1)外侧，内圈固定有所述环形护铁(8)，与所述环形永磁体(9)相互吸引；所述外浮筒(7)在海浪激励作用下与所述内浮筒发生相对运动，通过环形永磁体(9)带动所述丝杠螺母(53)往复运动，驱动所述丝杠螺母往复运动，所述丝杠螺母返回时切换轨道，使得往复丝杠单向旋转；
所述运动耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖曦，林泽川，黄宣睿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11