數控浪泳發電裝置的製作方法

2023-06-22 09:45:06

專利名稱：數控浪泳發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種再生能源的利用裝置，確切地說，涉及一種利用海洋潮汐、浪泳發電的數控發電裝置。
在人類發明使用熱動力機之前，一直是以大自然的再生能源獲取動力的。中世紀時代，風車、水磨和歐洲大陸應用相當普遍。甚至在五十年代和六十年代的初期，黃河岸邊的水車還比比皆是。但隨著工業化程度的提高，這些動力裝置逐漸失去了它們的使用價值，被逐漸興起的使用一次燃料的熱機所替代。雖然在水力資源的應用上還保留著獲取再生能源，也往往只限於對高水頭的水力資源加以應用。然而，在科學技術不斷發展和推動下，一些被人們所遺棄的傳統技術手段，在新技術的支持下獲得新生，重新在技術進步的競爭中取得優勢而再次回歸使用。例如太陽能、風力、地熱等再生能源的開發應用都已取得可觀的成績。
隨著工業的發展，能源的消耗日趨劇烈，能源資源的枯竭日趨緊張，而且，因一次能源的大量消耗所帶來的日益嚴重的溫室效應環境汙染也逼迫人們努力尋求新的純淨能源。雖然，大自然蘊含的再生能源的資源是極其豐富的，可謂取之不盡，用之不竭。但其共同的特點是品位極低，且很不穩定，必須採用先進科技和高效換能裝置，才能將這種低品位能源賦以實用化。
本發明的目的是提供一種利用稀土全速同步電機作為發電機，再輔以數控電子調壓逆變器構成的數控浪泳發電裝置。
本發明是這樣實現的它包括有浮子、轉動連接機構、發電機和控制裝置，其特徵在於處在海洋裡的浮子與傳動機構的一端相連，該傳動機構的另一端與增速器相連，與增速器同軸的是用稀土全速同步電機製成的發電機，發電機的饋電經微型計算機控制的電力電子調壓器和逆變電源組成的數控逆變器和不間斷電源後接入用戶負載。採用稀土永磁材料製成轉子磁極的數控全速稀土同步電機是實現本發明的關鍵，它是把海洋浪泳這種低品位水能加以實際應用的核心部件。
海洋的浪泳中蘊含了極大的水的動能和勢能資源，只是其品位很低，且很不穩定，在有潮汐或颳風時，浪泳又高又急，但在風平浪靜的時刻，就只有速度很低和高度極有限的水頭可以利用了，因此，水力部件必須高效，其能量轉換裝置則應在浪泳的各種可能範圍內都能正常工作，並具有令人滿意的轉換效率。本發明所提供的發電機是在申請人的另兩件已授權中國專利「數控全速稀土同步電機」(專利號CN91203427.0)和「環形轉子稀土同步電機」(專利號CN91217200.2)基礎上的改進和再創造，具有能適應低品位海洋浪泳水力資源利用的需要，同時再輔以結構簡單、實用的浪泳水力驅動機構和數控電子調壓、逆變裝置和不間斷電源，整個設備造價低，機械效率和電能轉換效率高，維護使用方便，是一種頗具應用前景的再生能源發電裝置。
下面結合附圖，具體介結本發明。


圖1是本發明的結構示意圖。
參見圖1本發明是由放置在海洋裡承受浪泳推力而上下起伏擺動的浮子與傳動機構4的一端相連接，傳動機構4的另一端與增速器2相連接，以把浮子3的起伏擺動傳遞給增速器2，用稀土全速同步電機1作為發電機，並與增速器同軸，由此把浮子的能量轉化為電能。這種稀土同步電機的轉子是在鋼管制成的外殼內壁上環襯有用導磁性能良好的軟鋼製成的基體和在環繞基體的圓周上鑲嵌有用稀土永磁材料製成的磁極而構成(參閱中國專利CN91217200.2)。磁極是用釹鐵硼或性能更好的稀土材料成，可為6～12極，視實際應用的浪泳水力資源而在該範圍內選擇。轉子的中間是與普通繞線式電機的轉子結構相同的圓柱狀定子，定子是用矽鋼片迭合而成的芯體和其外緣嵌裝的繞組構成，並由其兩端的支撐軸固裝在電機框架上。由於該電機要長期浸泡在海水中工作，所有外露部件都要作強化的防腐處理，並採用潛水電機結構，從電機的定子軸端引出的饋電線再經由電力電子調壓器5、數控逆變器6和不間斷電源7接入用戶負載9，而上述調壓器5、逆變器6和不間斷電源7都由微型計算機8通過其接口實現數字控制。
由於稀土全速同步電機可以在低速到超高速範圍的任何一個運動狀態下將機械能量的90%～95%轉換成電能，這一點尤其適合低品位的浪泳發電。因為浪泳能量的輸入是呈衝擊、脈動式的，從而使接收浮子傳遞過來的能量而轉動的發電機運動狀態(轉動方向和轉速)都不穩定。而本發明採用的發電機恰好具有這種性能，無論它的轉子以什麼方向、什麼速度轉動，即使不能作定向旋轉運動而只能來回往復擺動，也能照常保持高效發電。當然，這時相應的單個定子繞組的輸出電壓也會相應隨之變化，這部分的功能補償和調整就由裝置中的電子調壓器、逆變器和不間斷電源來協調完成，而上述電子設備在微型計算機8的統一指令控制下，先將輸出電壓由電子調壓器5調至220伏或380伏，再經逆變電源6和不間斷電源7後供給負載9。這裡的電子調壓器、逆變電源、不同斷電源都是市場通用產品，可以根據發電機使用場合、功率，選擇合適產品與之配套即可。
增速器2可以選用擺線式增速器，也可以採用行星齒輪增速器，還可以採用申請從研製的「一種大速比差動增速器」(CN91103848.5)。傳動機構2可以採用如圖1所示的簡單的連杆構件，把浮子的運動直接經過增速器2傳遞給電機1，這種傳動方式結構簡單，但電機必須長期沉浸在海水中工作，因而需採用潛水電機的結構。也可以採用曲柄、連杆機構作為傳動部件，或者採用鋼絲繩、滾筒作間接傳動或鏈條與鏈輪作間接傳動的傳動機構，這樣，雖然傳動機構複雜些，但可以使電機不與海水接觸，因為，在後面幾種傳動方式中都可以把電機放置在脫離海水的礁石或水泥基礎上。
由于波浪能量的品位特別低，加之變化幅度也大，因此本發明裝置的單臺電機的容量不可能作得較大，每臺電機的容量至多在1～40千瓦之間。為了獲得比較穩定的電源輸出，可以採用風力發電那樣，採用多臺電機並聯成網供電，以便把電能積小成多。同時，為了減少投資和方便維護管理，對於群體的浪泳發電機，可以若干個單機公用一個電子調壓、逆變器，再由一臺微機對該網中的若干臺電子調壓器、逆變器進行統一協調控制。
本發明可以用作燈塔、航標、海洋觀測站、漁船、海防哨所、漁村、海濱民用電站供電的小型獨立電源，也可以在海灘做成大面積的陣列，組成具有相當容量的發電站。如以適當的陣列布置到港口與海洋的交界部位，可以把海浪的衝擊能量吸收掉相當部分，以化為電站的動力，其產生的付作用是相當於在港口圍築的防波堤所起到的平息港內波浪的作用，所以本發明若在港口建立這種電站群體，可謂一舉兩得。
由於浪泳發電的能量極不穩定(受季風、潮汐影響甚重)，因此，本發明應該採取若干種併網方式，方能更好地發揮本發明作為獨立電源的作用，如與熱機為動力的發電機組聯合運行，用熱機電能來滿足發電能力與負荷需求的平衡。又如採用貯能方式，可以在逆變器的直流迴路中併入一定容量的蓄電池以貯存發電高峰時候富餘的電能，以濟發電低峰時候的負荷需求，也可以在交流電網中並聯貯能機組來平衡電能的收支。總之，本發明儘管其輸出功率變化大、不穩定，但是其不消耗一次能源，沒有環境汙染，可以在海洋裡或海岸邊、港口旁就地供電，結構也比較簡單，可以作為一種補充能源而應用，其前景還是相當誘人的。
權利要求
1.一種數控浪泳發電裝置，包括有浮子、傳動連接機構、發電機和控制裝置，其特徵在於處在海洋裡的浮子與傳動機構的一端相連，該傳動機構的另一端與增速器要連接，與增速器同軸的是用稀土全速同步電機製成的發電機，發電機的饋電經微型計算機控制的電力電子調壓器和逆變電源組成的數控逆變器和不間斷電源後接入用戶負載。
2.如權利要求1所述數控浪泳發電裝置，其特徵在於所述的傳動機構可以是簡單的連杆構件、或曲柄連杆機構、或鋼絲繩和滾筒傳動機構、或鏈輪與鏈條傳動機構。
全文摘要
一種數控浪泳發電裝置，是把設放在海洋裡的浮子隨波浪上下起伏擺動的能量，通過傳動機構傳遞給增速器及與其同軸的發電機，使電機產生相應的運動而發電的。該裝置採用數控稀土全速同步電機作發電機，再輔以微型計算機控制的電子調壓器、逆變器和不間斷電源構成的一種再生能源利用裝置。可作為補充能源與以熱機為動力的發電機組、配有蓄電池或貯能機組併網應用，如在港口形成陣列電站，可兼具發電和防波堤的作用。
文檔編號H02P9/00GK1090949SQ93100989
公開日1994年8月17日 申請日期1993年2月11日 優先權日1993年2月11日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠