阅读说明：本技术 点头鸭式波浪能发电系统及其工作方法 (Nodding duck type wave energy power generation system and working method thereof ) 是由 王志明 胡匡银 许光锐 林扬翔 缪澳华 蒋嘉林 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种点头鸭式波浪能发电系统及其工作方法,该系统的系统单元包括鸭式发电装置,鸭式发电装置包括水滴型的壳体、永磁电机、内圈支架、控制皮带、输电管道,壳体贯穿设置输电管道,并两者相对摆转,永磁电机内定子线圈固定于壳体内输电管道,永磁电机内转子部分随内圈支架往复摆转时形成单向转动,内圈支架于壳体之间设有联动两者转动,并限制两者间相对转动行程的具有弹性伸缩的控制皮带。工作方法为：当壳体随波浪运动形成摆转时,壳体通过控制皮带联动内圈支架摆转,内圈支架联动永磁电机实现发电,并通过输电管道内的发电输出引线引出至壳体外部,作为电气部分的供电使用。上述结构较为简单,机械传动稳定、可靠,电能转化效率较高。(The invention relates to a nodding duck-type wave energy power generation system and a working method thereof, wherein a system unit of the system comprises a duck-type power generation device, the duck-type power generation device comprises a water drop-shaped shell, a permanent magnet motor, an inner ring bracket, a control belt and a power transmission pipeline, the shell is provided with the power transmission pipeline in a penetrating way and swings and rotates relatively, an inner stator coil of the permanent magnet motor is fixed on the power transmission pipeline in the shell, an inner rotor part of the permanent magnet motor forms unidirectional rotation when swinging and rotating reciprocally along with the inner ring bracket, and the inner ring bracket is provided with the control belt which is linked with the shell and rotates and limits the relative rotation stroke between the shell and has elastic expansion. The working method comprises the following steps: when the shell swings and rotates along with wave motion, the shell is linked with the inner ring support through the control belt, the inner ring support is linked with the permanent magnet motor to realize power generation, and the power generation output lead wire in the power transmission pipeline is led out to the outside of the shell to be used as power supply of an electric part. The structure is simple, the mechanical transmission is stable and reliable, and the electric energy conversion efficiency is high.)

点头鸭式波浪能发电系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及海洋发电领域，是一种点头鸭式波浪能发电系统及其工作方法。

背景技术

现有的波浪能转换为电能，大都以两种原理为基础：一种是通过让物体受波浪力的作用产生上下沉浮和左右摇摆的动作，再由此转化为机械能和电能；另一种则是通过高低坡道，将波浪的动能转换成波浪的势能，再由势能转化为机械能和电能。现有的鸭式发电装置即采用了上述第一种原理，但现有鸭式发电装置大都采用液压驱动液压缸活塞往复运动，转化为液压油的液压能冲击液压马达单向旋转，带动旋转电机发电。以上结构主要缺点在于，结构较为复杂，成本较高，机械误差较大，导致能力转换效率不高，且由于整体结构大都为固定不可调节，导致耐海浪冲击性与抗海水腐蚀性较差，使用寿命相对较短。为此，有待对现有的鸭式波浪能发电装置进行改进。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种点头鸭式波浪能发电系统及其工作方法，使其解决现有同类装置或系统存在结构复杂，成本较高，机械误差较大，转换效率较低，耐海浪冲击与抗海水腐蚀性较差，使用寿命较短的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种点头鸭式波浪能发电系统，该波浪能发电系统的系统单元包括机械部分，其结构要点在于所述机械部分的主体为鸭式发电装置，鸭式发电装置包括水滴型的壳体、永磁电机、内圈支架、输电管道，所述永磁电机、内圈支架均位于壳体内，所述输电管道贯穿于壳体，且壳体相对于输电管道呈定位摆转，输电管道作为永磁电机内定子线圈的固定支架，定子线圈的发电输出引线由输电管道引出至壳体外部；永磁电机内转子部分与所述内圈支架之间为单向传动配合，即永磁电机的转子部分随所述内圈支架往复摆转时形成单向转动，所述内圈支架相对于所述壳体呈定位摆转，且内圈支架的外圈与壳体之间设有联动两者转动，并限制两者间相对转动行程的具有弹性伸缩的控制皮带，控制皮带一端固定于内圈支架的外圈，另一端固定于壳体内部。通过上述结构，依靠壳体摆转，即可实现永磁电机的旋转发电，机械结构相对较为简单，能量转换效率较高，实现更好的发电效果。且其中的控制皮带起到对壳体摆转缓冲和限位的作用，通过控制皮带的拉伸变形，有效抵消波浪过大的冲击，从而防止壳体出现过位摆转、倾覆失效的问题，保证鸭式发电装置工作的稳定性和可靠性。

所述永磁电机转子部分的外圈设有棘轮结构，所述内圈支架设有转动时与棘轮结构配合的棘爪结构，即由棘轮结构和棘爪结构组合形成所述单向传动配合。该种结构是作为内圈支架往复摆转带动永磁电机单向转动的一种实施例结构。

所述输电管道内设有电气部分，电气部分包括整流滤波电路、稳压电路和逆变电路，所述永磁电机的发电输出引线连接至整流滤波电路，整流滤波电路连接至稳压电路，稳压电路连接蓄电池和所述逆变电路，逆变电路耦接变压器，变压器输出作为负载的供电。通过该电路结构，实现可靠、稳定的电能输出。

所述整流滤波电路为三相桥式整流滤波电路，所述稳压电路为12V稳压电路，所述变压器将逆变电路输出电压变压至220V。该结构作为具体电路的一种实施结构。

所述机械部分包括平台装置，平台装置包括水平伸缩部分和垂直升降部分，水平伸缩部分的主体为水平设置的圆规型的支架本体，即两根对称的水平支架各一端铰接于支座形成水平方向的摆转，支座中部沿水平方向集成设有位于两根水平支架之间的弹簧支撑架，弹簧支撑架水平方向的两侧与对应水平支架之间均连接设有弹力位于水平方向的复位弹簧；所述垂直升降部分包括立杆和浮桩，立杆上端固定连接所述支座，下端与所述浮桩设有的套孔柱形成伸缩配合，且套孔柱沿周向阵列分布设有与套孔柱内套孔径向导通的开槽，且开槽的长度与套孔柱内立杆伸缩行程一致；所述鸭式发电装置通过所述输电管道固定于所述水平支架。通过该结构，使该波浪能发电系统随海况高低，以及海平面高低变化，实现自适应的波浪迎面角度和工作水面高度的调节，从而提升发电系统的能源转换效率和整体工作的稳定性和安全性，耐海浪冲击性和抗海水腐蚀性较好，有效降低维护成本，延长使用寿命。

所述水平支架沿水平方向固定排列设有至少一个所述鸭式发电装置，各鸭式发电装置均通过共用一根所述输电管道固定于所述水平支架。通过该结构，提高发电效率。

所述支架本体的支座中设有用于收集或使用所述鸭式发电装置电能的电能存储装置、电能转换装置、电能传输装置的任一种或多种组合。通过该结构，便于鸭式发电装置电能的有效输出使用。

该波浪能发电系统为多机并联结构，即由一个以上的所述系统单元并联形成发电平台。通过该结构，实现更好的发电应用。

该波浪能发电系统的工作方法为：所述平台装置中的水平伸缩部分随高海况时，对称的水平支架压缩所述复位弹簧，形成角度收缩；低海况时，对称的水平支架随复位弹簧弹开，形成角度增大；所述垂直升降部分随海平面高低变化时，立杆相对于浮桩形成伸缩，保持所述鸭式发电装置位于工作水面；当所述鸭式发电装置的壳体随波浪运动形成摆转时，壳体通过所述控制皮带联动所述内圈支架摆转，内圈支架联动所述永磁电机的转子部分转动，并与定子线圈部分形成磁感线切割，产生感应电动势，实现发电，最终通过输电管道内的发电输出引线引出至壳体外部，作为外部负载的供电使用。

当所述壳体通过控制皮带联动所述内圈支架摆转时，在所述内圈支架摆转阻力和重力惯性力作用下，所述控制皮带形成弹性伸缩变形，当控制皮带伸长时，对所述壳体形成拉力，为壳体提供摆转复位力，实现壳体摆转限位的目的。通过该方式，有效防止壳体过位摆转，出现倾覆失效的问题。

本发明整体结构较为简单，机械传动较为稳定、可靠，电能转化效率较高，且具有自适应海况和海平面的功能，从而有效改善耐海浪冲击与抗海水腐蚀性，降低维护成本，提高使用寿命，适合作为海洋发电的发电系统使用，或同类发电系统的结构改进。

附图说明

图1是本发明的具体实施例立体结构示意图。

图2是本发明的鸭式发电装置内部结构示意简图。

图3是图1的部分拆分结构示意图。

图4是本发明的电气部分电路示意图。

图5是本发明的多机并联电路参考图。

图中序号及名称为：1、鸭式发电装置，101、壳体，1011、凸柱，102、内圈支架，103、永磁电机，104、控制皮带，105、输电管道，2、支架本体，201、支座，202、水平支架，203、弹簧支撑架，3、复位弹簧，4、立杆，5、浮桩，501、套管柱，502、开槽，503、套孔，6、整流滤波电路，7、稳压电路，8、逆变电路，9、蓄电池。

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1-图3所示，该点头鸭式波浪能发电系统的系统单元包括机械部分，机械部分包括鸭式发电装置1和平台装置。鸭式发电装置包括水滴型的壳体101、永磁电机103、内圈支架102、控制皮带104、输电管道105，永磁电机、内圈支架、控制皮带均位于壳体内。输电管道贯穿于壳体，且壳体相对于输电管道定位摆转形成点头鸭式结构，且定位摆转处设置相应的旋转密封件。永磁电机内的定子线圈套接固定于所述壳体的输电管道，且定子线圈的发电输出引线由输电管道引出至壳体外部。永磁电机内转子部分与内圈支架之间为单向传动配合，即永磁电机转子部分的外圈设有棘轮结构，内圈支架设有转动时与棘轮结构配合的棘爪结构，由棘轮结构和棘爪结构组成单向传动配合，实现永磁电机的转子部分随内圈支架往复摆转时形成单向转动。内圈支架相对于壳体呈定位摆转，且内圈支架的外圈与壳体内部之间设有限制两者间相对转动行程的具有弹性伸缩的控制皮带，具体为：控制皮带一端固定于内圈支架的外圈，另一端沿内圈支架的外圈绕接四分之三圈后与壳体内部的凸柱固定，即控制皮带的伸缩形变行程与壳体摆转的行程相适配，达到限制壳体摆转行程的目的。

上述输电管道105内设有电气部分，如图4所示，电气部分包括整流滤波电路6、稳压电路7和逆变电路8，永磁电机的发电输出引线连接至整流滤波电路，整流滤波电路连接至稳压电路，稳压电路连接蓄电池9和逆变电路，逆变电路耦接变压器，变压器输出作为负载的供电。图3中的整流滤波电路为三相桥式整流滤波电路，稳压电路为12V稳压电路，变压器将逆变电路输出电压变压至220V。具体工作原理为：整流滤波电路由于接收了三相感应电流，整流电路中二极管周期性的导通截止，使得电压变成单相脉动电压，电流、波形也只有正半周期。从鸭式发电装置传输的电流导入至所述整流滤波电路中进行滤波，将相位不同的交流电流梳理成直流电后与稳压电路连接。稳压电路将不同时刻大小不一的电能统一转换成所需的设定值进行储存转换。由于不同时刻波浪能所采集到的电能大小不同，无法进行收集储存，故需要通过上述稳压电路，将杂乱不同的电压稳定成所需的设定值电压进行存储转换。逆变电路与整流电路相反，电能通过逆变电路时，直流电变成交流电，再通过变压器把电压升到220V提供给负载，过多的电能则储蓄在蓄电池中。而逆变电路是由BG2和BG3组成的多谐振荡器推动，再通过BG1和BG4驱动，来控制BG6和BG7工作。其中振荡电路由BG5与DW组的稳压电源供电，这样使输出频率较为稳定。逆变电路与变压器耦接，实现电能输出。

上述波浪能发电系统的平台装置包括水平伸缩部分和垂直升降部分，水平伸缩部分的主体为水平设置的圆规型的支架本体2，由两根对称的水平支架202各一端铰接于支座201形成水平方向的摆转，支座中部沿水平方向集成设有位于两根水平支架之间的弹簧支撑架203，弹簧支撑架水平方向的两侧与对应水平支架之间均连接设有弹力位于水平方向的复位弹簧3。垂直升降部分包括立杆4和浮桩5，立杆上端固定连接支座，下端与浮桩设有的套孔柱501形成伸缩配合，即套孔柱内设有套孔503，且套孔柱沿周向阵列分布设有与套孔径向导通的开槽502，开槽的长度与套孔柱内立杆伸缩行程一致。上述鸭式发电装置1通过输电管道105两端沿水平方向固定于水平支架，即构成该波浪能发电系统的系统单元。

为了提高发电效果，上述水平支架202亦可沿水平方向固定一排鸭式发电装置1，各鸭式发电装置均通过共用一根输电管道105固定于水平支架。

为了方便鸭式发电装置的应用，上述支架本体2的支座201中设有用于收集或使用鸭式发电装置1电能的电能存储装置、电能转换装置、电能传输装置的任一种或多种组合。

该波浪能发电系统亦可设计为多机并联结构，即由一个以上的上述系统单元并联形成发电平台。如图5所示，为多机并联的系统电路图，作为实施参考。

该波浪能发电系统的工作方法为：平台装置中的水平伸缩部分随高海况时，对称的水平支架202压缩复位弹簧3，形成角度收缩，实现耐海水冲击的目的，起到有效的防护作用。低海况时，对称的水平支架随复位弹簧弹开，形成角度增大，从而提高波浪能的转化效率；垂直升降部分随海平面高低变化时，立杆4相对于浮桩5形成伸缩，保持鸭式发电装置1位于工作水面，保证工作的可靠、稳定。当鸭式发电装置的壳体1随波浪运动形成摆转时，壳体通过控制皮104带联动内圈支架102摆转，内圈支架联动永磁电机103的转子部分转动，并与定子线圈部分形成磁感线切割，产生感应电动势，实现发电，最终通过输电管道105内的发电输出引线引出至壳体外部，作为上述电气部分或外部负载的供电使用。

当壳体1通过控制皮带104联动内圈支架102摆转时，在内圈支架摆转阻力和重力惯性力作用下，控制皮带形成弹性伸缩变形。例如，当海浪对壳体冲击过大时，壳体瞬间摆转角度较大，而内圈支架因摆转阻力和重力惯性力的作用下并非立刻跟转，故此时的控制皮带被拉伸，对壳体形成反向拉力，即为壳体提供摆转复位力（限位拉力），从而防止壳体摆转过位，保证壳体摆转时的可靠、稳定，不易倾覆失效。

以上内容旨在说明本发明的技术手段，并非限制本发明的技术范围。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进或替换，亦落入本发明权利要求的保护范围内。