充气胶囊式海浪发电机及其海浪发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种可充气橡胶气囊的海浪发动机及以此种海浪发电机的海浪发电网络系统。所述海浪发电机由波能捕获器（1）和感生电机组成。波能捕获器（1）是用可充气的橡胶胶囊制成，其璧内镶嵌了矽钢片加强骨架的。胶囊由上下两个半部组成，以内外气压差维持形状。感生电机由中心轴（3）、永磁体磁极（4）、滚动轴承（2）、摆锤（5）及发电线圈（6）组成。摆锤（5）可驱动中心轴（3）和发电线圈（6）产生相对旋转，产生电流。电流经整流后对蓄电池充电，形成输出稳定的直流电源。直流电变流后变为工频交流电。多个所述海浪发动机以绳缆与锚链约束，组建大功率海浪发电网络。所述的海浪发电机造价低、效率高，耐冲撞，适合大规模产业化。

【技术实现步骤摘要】
充气胶囊式海浪波能发电机
本专利技术属于海洋能源利用与可再生能源发电领域，涉及利用潮汐能与海浪波能发电的设备。
技术介绍
海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，可分为波浪能、潮汐能、海流能、温差能和盐差能。其中波浪能、潮汐能、海流能属于流体机械能，海洋能发电是常见的海洋能利用过程。我国有大陆海岸线长达18000多千米，拥有6500多个大小岛屿，海岛岸线总长约14000多千米，海域面积470多万平方千米，海洋能资源十分丰富。波能发电是通过波浪能捕获装置将波浪能转换为往复机械能，再通过动力摄取系统转换为所需的电能。目前已有多种波能技术，实现波能转换。根据国际上最新的分类方式，波能技术分为振荡水柱技术、振荡浮子技术和越浪技术。波浪能转换过程是海洋能转换中最复杂的过程。按照传统的海浪发电技术，其主要科学问题在于：（1）波浪具有的随机性造成能流不稳定，设计者难以确定波浪能装置各级转换的设计点；（2）波浪的多向往复性运动，使设计者难以设计出合理的能量俘获系统和动力摄取系统；（3）波浪能装置工作在波浪最大的地方，波浪的随机性和不稳定性导致波浪能装置的各种突发性波浪载荷；恶劣的海洋环境造成的腐蚀、海生物附着又可能造成装置某些环节的失效。因此，提高波浪能装置的转换效率和可靠性是波浪能发电技术的难题。现有的波浪能技术有一个共同的特征：需要一个将随机的波浪能转换成稳定的往复机械能的中间环节，这个中间环节有机械摩擦，降低了波能发电的效率与波能发电机的可靠性，提高了系统的造价。由于未解决低效率、低可靠性问题，波浪能技术目前还处于摸索阶段，无法形成设备生产规模，并导致高昂的制造费用问题。低效率、低可靠性、高造价这三个问题是波浪能发电技术产业化的主要障碍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种充气橡胶气囊式海浪发电机以及以此橡胶气囊式海浪发电机组成的发电网络系统，所述的橡胶气囊式海浪发电机由可充气的橡胶密封气囊构成波能捕获器，所述波能捕获器就是海浪发电机的与海浪直接接触并在海浪的作用下获取海浪波能的部分，在本专利技术中，波能捕获器也就是海浪发电机的外壳部分：橡胶胶囊。所述橡胶胶囊内部通过支撑机构组装由发电线圈以及滚动轴承、中心轴和安装在中心轴上的摆锤与永磁体磁极对等组成感生电机。所述橡胶胶囊漂浮在海面随波振动，则使所述摆锤摆动，从而驱动中心轴上的永磁体磁极与发电线圈产生相对旋转，产生感生电流，感生电流经桥式整流和升压电路对输出电压升压后对蓄电池充电，如此产生输出功率稳定的直流电源，直流电压经变流电路变流后可转变为工频交流电。以多个如此胶囊发电机构成海浪发电网络，可以产生大功率的电能输出。这种以波能直接激励发电线圈的发电方式无需中间环节，因而摩擦小，效率高、造价低。所述波能捕获器可以设计成圆柱体、长方体、球体、球锥体组合体、棱锥体或其他以基本几何形状为回转面的回转体。制造波能捕获器的材料中用尼龙丝绳网加强，使之具有接近于或类似于汽车轮胎的强度与弹性，并以内嵌矽钢片加强骨架的支撑波能捕获器。所述橡胶胶囊充气以内外气压差维持形状，因而具有较好的弹性，耐冲击和碰撞，并在橡胶胶囊朝向天空的一面喷涂不透明的塑料膜，防止阳光的照射使胶囊老化。发电机及整流电路、变流电路、充电电路、蓄电池等密封在胶囊内部，所产生的直流电通过导线引出。通过为胶囊电机配置合适的比重（小于海水的比重）和重心结构，使其能象不倒翁一样漂浮在海面上随波浪的作用而往复运动，从而使摆锤摆动并驱动磁极的磁力线与发电线圈相互切割发电。磁电切割运动有两种可选设计方案，其一是中心轴可旋转（即磁极可旋转）而发电线圈固定，其二是中心轴固定（即磁极固定）而发电线圈可旋转。如图1所示，在特定海域内，将单个的橡胶气囊发电机通过海底锚链和网架与缆索约束，组成网格，气囊发电机内部集成整流电路、升压充电电路和储能蓄电池。储能蓄电池的电能输给潜舱中的变流与汇流系统，发电网络的电流经过变流后转变为工频电流，经潜舱中的变压器变压后由海底电缆传输到陆地电网。所述胶囊式发电机抗腐蚀，耐冲撞，由于没有机械能换能的中间环节，制造成本低，摩擦小，发电效率高，波能捕获器起振容易，浪高比较小的海浪也能使发电机产生感生电流，因而适合于大规模的产业化。所述胶囊式发电机的运动系统只有滚动摩擦，橡胶胶囊有弹性，且耐海水腐蚀，易腐蚀部分密封在胶囊内，与海水隔离开了，因而使用寿命长。如本专利技术实施例采用的波能捕获器是一个下半面为半圆，上半面为等腰三角形的平面为回转面旋转而成的球锥组合体，这是可选形状中一种比较高效一种，但不只限于此。而内部发电部分的结构则基本相似。附图说明图1为本专利技术之海浪发电网络功能框图图2为本专利技术实施例之波能捕获器下半部加强骨架主视图（中心剖）图3为本专利技术实施例之波能捕获器下半部加强骨架俯视图图4为本专利技术实施例之波能捕获器上半部加强骨架主视图（中心剖）图5为本专利技术实施例之波能捕获器上半部加强骨架俯视图图6为本专利技术实施例之发电机结构设计方案一主视图（中心剖）图7为本专利技术实施例之发电机结构设计方案一俯视图图8为本专利技术实施例之发电机结构设计方案一：A-A向剖视图图9为本专利技术实施例之发电机结构设计方案二主视图（中心剖）具体实施方式本专利技术之实施例结合附图予以描述，本专利技术实施例所涉充气胶囊式海浪发电机按功能与结构分为两部分：波能捕获器与感生电机。所述波能捕获器由可充气的橡胶胶囊制成，并作为所述海浪发电机的外壳。为了便于对电机进行检修和更换劣化的零部件，所述橡胶胶囊由上下两个部分装配而成，其制成材料橡胶用内嵌纤维绳网的方法加强，除此之外，还为其设计了内嵌的加强骨架，加强骨架在橡胶胶囊浇铸时镶嵌于胶囊璧内，用以加强其机械强度。所述加强骨架用制造电机用的矽钢片（如武钢600）层压和焊接而成。如图2所示是波能捕获器下半部加强骨架主视图（中心剖），图3是波能捕获器下半部加强骨架俯视图。如图4所示是波能捕获器上半部加强骨架主视图（中心剖），图5所示为波能捕获器上半部加强骨架俯视图。图3与图5中设有波能捕获器上下两部分装配用的螺丝孔（10）。如图3、图4、图4、图5中13所示为感生电机中心轴的支撑架，用以安装时支撑感生电机，并承受感生电机运动中的作用力。波能捕获器上下两部分通过螺丝孔（10）用螺纹紧固件装配，然后可通过充气嘴（图中未画出）充气，使波能捕获器内部的气压大于外部大气压，从而维持波能捕获器的形状。所述感生电机用以跟随波能捕获器的随波往复运动，并驱动永磁体磁极（4）切割发电线圈（6），产生感生电压。感生电机由滚动轴承（2）、中心轴（3）、永磁体磁极（4）、摆锤（5）、发电线圈（6）等组成。感生电机的结构提供了两种可选设计方案。如图6，7，8所示是设计方案一，设计方案一中，感生电机的中心轴（3）通过滚动轴承（2）安装在波能捕获器（1）璧内的支撑部分（14），所述永磁体磁极（4）和摆锤（5）固定在中心轴（3）上，发电线圈（6）通过支撑条（9）固定在波能捕获器（1）内壁上。当波能捕获器（1）随波浪起伏振动，高度发生改变，由于摆锤（5）具有惯性，当波能捕获器（1）的重心位置发生改变时，摆锤（5）获得一定的重力势能，因而发生摆动，从而驱动中心轴（3）转动，使得永磁体磁极（4）的磁力线切割发电线圈（6）中的绕匝（7）产生感生电流。设计方案一适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充气胶囊式海浪发电机，其特征在于它由可充气的橡胶胶囊组成的波能捕获器（1）和感生电机组成，波能捕获器由上下两个半部组成，朝向天空的部分喷涂不透明的塑料膜以防止阳光的照射使橡胶老化，上下两个半部以螺纹紧固件装配和密封、方便维护与检修，可充气以内外气压差维持形状，波能捕获器橡胶材料以纤维绳加强，并嵌装有矽钢片加强骨架。

【技术特征摘要】
1.一种充气胶囊式海浪波能发电机，其特征在于它由可充气的橡胶胶囊组成的波能捕获器(1)和感生电机组成，波能捕获器上下两个半球组成，朝向天空的部分喷涂不透明的塑料膜以防止阳光的照射使橡胶老化，上下两个半球以螺纹紧固件装配和密封、方便维护和检修，可充气以内外气压差维持形状，波能捕获器橡胶材料以纤维绳加强，并嵌装矽钢片加强骨架。2.根据权利要求1所述的充气胶囊式海浪波能发电机，其特征在于：所述的感生电机由滚动轴承(2)、中心轴(3)、永磁体磁极(4)、摆锤(5)和发电线圈(6)组成，所述永磁体磁极(4)固定在中心轴(3)上，当波能捕获器随波振动时，永磁体磁极(4)的磁力线切割发电线圈的绕匝(7)产生感生电流。3.根据权利要求2所述的充气胶囊式海浪波能发电机，其特征在于磁极与线圈的相对运动有两种设计方案，设计方案一是将中心轴(3)通过滚动轴承(2)固定在波能捕获器...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇坚，
申请(专利权)人：胡勇坚，
类型：发明
国别省市：