水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統的制作方法
【專利摘要】一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發電機艙，發電機艙通過連接于浮體內側成對角線設置的多條繩索與浮體連接，所述發電機艙垂直下方的海底固定有錨基，發電機艙與錨基通過繩索連接，浮體四周設有多個固定的浮體錨基，浮體錨基通過鎖鏈連接浮體外側；能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發電，能量利用率高，且將發電機內嵌入卷筒內部，卷筒通過超越離合器驅動發動子機殼旋轉，可以最大程度的減少轉動慣量，提高設備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內部，具有結構緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護的特點。
【專利說明】水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統【技術領域】
[0001]本發明涉及波浪發電領域，特別涉及一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統。【背景技術】
[0002]現在隨著化石能源的減少及其帶來的環境污染問題，可再生能源的開發顯得越來越重要，波浪能每米可達幾Kw?幾十Kw，是可再生能源中能量密度很高的一種，因此，在海島以及沿海城市，波浪發電是一種非常不錯的選擇。
[0003]現有的波浪發電機包括以下幾種:
[0004]“點頭鴨”式
[0005]“點頭鴨”式波浪能發電裝置的得名是由于該裝置的形狀和運行特性酷似鴨的運動，波浪入射波的運動使得動壓力推動轉動部分繞軸線旋轉，流體靜壓力的改變使浮體部分做上升和下沉運動，動能和位能同時通過液壓裝置轉化，再通過液力或電力系統把動能轉換為電能，由于“點頭鴨”式裝置很多部件直接與海水接觸，極易損壞，因此各國已經基本對其停止使用和研究。
[0006]振蕩水柱式
[0007]振蕩水注式波浪能發電裝置內的水柱在波浪的作用下做上下往復運動，水柱的作用類似于活塞，水柱的不停運動導致水柱自由表面上部的空氣柱產生振蕩運動，空氣在氣室上方的出氣孔流經一個往復透平，從而將高速空氣的動能轉換為電能。振蕩水柱式波浪能裝置較其他波浪能裝置最大的區別就是具有氣室。所謂氣室就是指一個結構，其下部有一個開口浸在海水里，使海水能夠自由地進入氣室內。
`[0008]推擺式
[0009]推擺式波浪能發電裝置是利用裝置的運動部件，在波浪的推動下，通過擺體做前后或上下擺動，將波浪能轉換成擺軸的動能。與擺軸相連的是液壓裝置，它將擺軸的動能轉換成液力泵的壓能，再帶動發電機發電。
[0010]聚波蓄能式
[0011]聚波蓄能式波浪能發電裝置是利用狹道把廣范圍的波能聚集在很小的范圍內，這是一種提高能量密度的方式，波浪在逐漸變窄的波道中，波高不斷地被放大，直到波峰高過波道的邊墻，將波浪能轉換成勢能貯存在蓄水庫中，可利用水輪發電機組進行發電。
[0012]振蕩浮子式
[0013]振蕩浮子式波浪能發電裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎上發展起來的波浪能發電裝置。裝置通過振蕩浮子將波浪能轉換成驅動液壓泵的往復機械能，再通過能量緩沖區將不穩定的液壓能轉換成穩定的旋轉機械能，再通過發電機發出穩定的電能。
[0014]閥式
[0015]閥式波浪能發電裝置是波面閥通過鉸鏈相互鉸接在一起，能量轉換裝置于每一個鉸接處，波浪的運動使波面閥沿著鉸接處彎曲，從而反復壓縮液力活塞并輸出機械能。當裝置的固有頻率與波浪的頻率相一致或接近時，裝置的輸出效率最高。[0016]現有技術中沒有充分考慮轉動慣量問題，因為波浪的周期一般在3s?IOs之間，常見的是4?5秒。浮體只有在波浪上升的半個周期內發電，也就是說在2s?2.5s內，發電機的轉速就要從O增加到最高速然后又降到0，從O到最高轉速可能只有ls，而一般發電機需要在3s以上才能達到額定轉速，并且每天幾萬次的重復，這對幾Kw的電機來說，是個嚴峻的考驗，發電機用于抵抗慣性而承受扭矩等于轉動慣量乘以發電機的角加速度，這個扭矩是脈動的，轉動慣量越大，扭矩發電機的扭矩越大，發電機很可能會因為頻繁的啟停工況而導致損壞，所以為了延長發電機使用壽命，必須盡可能的減少轉動慣量。
[0017]另外現有方案核心部件分散，安裝成本高，也不利于維護，現有技術的浮體繩輪發電系統只有豎直一根繩索，在水平方向上沒有約束，容易導致受到風海流的作用偏離允許范圍，且現有技術只是利用波浪豎直起落做功發電，能量利用率較低。

【發明內容】

[0018]為解決上述現有技術存在的問題，本發明提出一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發電，能量利用率高，且將發電機內嵌入卷筒內部，卷筒通過超越離合器驅動發動子機殼旋轉，可以最大程度的減少轉動慣量，提高設備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內部，具有結構緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護的特點。
[0019]為達到上述目的，本發明的技術方案為:
[0020]一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發電機艙，發電機艙通過連接于浮體內側成對角線設置的多條繩索與浮體連接，所述發電機艙垂直下方的海底固定有錨基，發電機艙與錨基通過繩索連接，浮體四周設有多個固定的浮體錨基，浮體錨基通過鎖鏈連接浮體外側；
[0021]所述發電機艙包括在繩索對應位置開孔的外殼及內部纏繞各繩索的卷筒發電機，垂直于海底的錨基及各個方向與浮體連接的繩索皆纏繞于對應方向的卷筒發電機上，卷筒發電機固定于發電機艙外殼上。
[0022]所述卷筒發電機包括卷筒，卷筒為一圓柱殼體結構，貫穿于卷筒發電機芯部的主軸將卷筒發電機固定于發電機艙外殼上，主軸和電機及卷筒同心，電機包裹于主軸外周，卷筒包裹于電機外周；電機的電樞定子與主軸同心固定，帶有永磁鐵的動子機殼可在主軸上自由旋轉；卷筒兩端部均設置有蝸簧，蝸簧的內端固定在主軸上，外端固定在卷筒上；卷筒內部通過超越離合器帶動動子機殼旋轉，主軸在插入卷筒兩側端面的孔處，套有密封圈。
[0023]所述發電機艙外殼外部繩索出口處還通過支架固定有導繩器，導繩器為一對緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索從導繩器中間穿過。
[0024]所述中空的浮體為環形或具有偶數條邊的正多邊型。
[0025]所述發電機艙中卷筒發電機的設置為，中間一個為豎直繩輪單元，四周兩兩對應設置2N個為水平繩輪單元，N為正整數。
[0026]相對于現有技術，本發明的有益效果為:能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發電，能量利用率高，且將發電機內嵌入卷筒內部，卷筒通過超越離合器驅動發動子機殼旋轉，可以最大程度的減少轉動慣量，提高設備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內部，具有結構緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護的特點。【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例的整體結構示意圖。
[0028]圖2為本發明實施例的發電機艙內五發電機設置的發電機位置結構示意圖。
[0029]圖3為本發明實施例的卷筒發電機結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
[0031]如圖1所示為本發明的整體結構示意圖，為了描述清楚，僅對本發明技術方案相關結構進行描述，一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，包括中空的浮體1，與浮體I同一平面位于浮體中心的發電機艙2，發電機艙2通過連接于浮體I內側成對角線設置的多條繩索3與浮體I連接，所述發電機艙2垂直下方的海底固定有錨基4，發電機艙2與錨基4通過繩索3連接，浮體I四周設有多個固定的浮體錨基5，浮體錨基5通過鎖鏈6連接浮體I外側；
[0032]所述發電機艙2包括在繩索3對應位置開孔的外殼21及內部纏繞各繩索3的卷筒發電機22，垂直于海底的錨基4及各個方向與浮體I連接的繩索3皆纏繞于對應方向的卷筒發電機22上,卷筒發電機22固定于發電機艙外殼21上。
[0033]如圖3所示，所述卷筒發電機22包括卷筒221，卷筒221為一圓柱殼體結構，貫穿于卷筒發電機22芯部的主軸222將卷筒發電機22固定于發電機艙外殼21上，主軸222和電機及卷筒221同心，電機包裹于主軸222外周，卷筒221包裹于電機外周；電機的電樞定子223與主軸222同心固定，帶有永磁鐵的動子機殼224可在主軸222上自由旋轉；卷筒221兩端部均設置有蝸簧225，蝸簧225的內端固定在主軸222上，外端固定在卷筒221上；卷筒221內部通過超越離合器226帶動動子機殼224旋轉，主軸222在插入卷筒221兩側端面的孔處，套有密封圈227。
[0034]所述發電機艙外殼21外部繩索出口處還通過支架211固定有導繩器212，導繩器212為一對緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索3從導繩器212中間穿過。
[0035]所述中空的浮體I為環形或具有偶數條邊的正多邊型。
[0036]如圖2所示，所述發電機艙2中卷筒發電機22的設置為，中間一個為豎直繩輪單元，四周兩兩對應設置2N個為水平繩輪單元，N為正整數。
[0037]本發明的工作原理為:波浪的本質是水質點做圓周運動，浮體I漂浮在海面上，隨波浪做圓周運動，錨基4固定在海底，靜止不動。
[0038]在豎直方向上，當波浪向上浮體I上升時，連接錨基4的卷筒發電機22與錨基4距離不斷增大，這時繩索3便產生拉力，拉動卷筒221旋轉，卷筒221內部通過超越離合器226帶動動子機殼224旋轉，由于發電機的電樞繞組與主軸222固定在一起不動，所以動子機殼224相對于電樞繞組旋轉，發電，這個階段，卷筒221相對于主軸222的旋轉也收緊了蝸簧225。當波浪下降浮體I在重力隨著下落時，浮體I上的卷筒221與錨基4之間距離不斷縮小，這時，繩索3變松，卷筒221在蝸簧225的反向力矩作用下倒轉，將繩索3回收。同時為防止由于卷筒221動蕩導致繩索3纏繞糾結，增加了在發電機艙的外殼21上通過支架211固定的導繩器212，使繩索3始終能從卷筒221中部纏繞，不至糾結卡死。[0039]在水平方向上，由于整個發電機艙2通過繩索3與浮體I內側活動連接，因此當發電機艙2與浮體I在波浪中產生橫向位移時，相應方向的繩索3拉動卷筒發電機22發電，原理與豎直方向相同，提高了對波浪能的整體利用率。同時由于通過四周浮體錨基5及鎖鏈6將浮體I連接，增加了整個系統的穩定性。
【權利要求】
1.一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，其特征在于，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發電機艙，發電機艙通過連接于浮體內側成對角線設置的多條繩索與浮體連接，所述發電機艙垂直下方的海底固定有錨基，發電機艙與錨基通過繩索連接，浮體四周設有多個固定的浮體錨基，浮體錨基通過鎖鏈連接浮體外側； 所述發電機艙包括在繩索對應位置開孔的外殼及內部纏繞各繩索的卷筒發電機，垂直于海底的錨基及各個方向與浮體連接的繩索皆纏繞于對應方向的卷筒發電機上，卷筒發電機固定于發電機艙外殼上。
2.根據權利要求1所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，其特征在于，所述卷筒發電機包括卷筒，卷筒為一圓柱殼體結構，貫穿于卷筒發電機芯部的主軸將卷筒發電機固定于發電機艙外殼上，主軸和電機及卷筒同心，電機包裹于主軸外周，卷筒包裹于電機外周；電機的電樞定子與主軸同心固定，帶有永磁鐵的動子機殼可在主軸上自由旋轉；卷筒兩端部均設置有蝸簧，蝸簧的內端固定在主軸上，外端固定在卷筒上；卷筒內部通過超越離合器帶動動子機殼旋轉，主軸在插入卷筒兩側端面的孔處，套有密封圈。
3.根據權利要求2所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，其特征在于，所述發電機艙外殼外部繩索出口處還通過支架固定有導繩器，導繩器為一對緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索從導繩器中間穿過。
4.根據上述任一權利要求所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，其特征在于，所述中空的浮體為環形或具有偶數條邊的正多邊型。
5.根據上述任一權利要求所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發電系統，其特征在于，所述發電機艙中卷筒發電機的設置為，中間一個為豎直繩輪單元，四周兩兩對應設置2N個為水平繩輪單元，N為正整數。
【文檔編號】F03B13/18GK103437944SQ201310363311
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】朱林森, 李保國, 曲言明, 王延剛, 楊澤, 劉彬, 蘇斌 申請人:山東大學（威海）