[發明專利]一種基于往復絲杠的海浪發電裝置

在審

• 申請號: 202010820778.2
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111878290A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 肖曦;林澤川;黃宣睿
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F03B13/16
• 分類號: F03B13/16;F03B11/00
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發明涉及一種基于往復絲杠的海浪發電裝置，往復絲杠設置在所述內浮筒中，通過單向離合器連接至旋轉發電機；往復絲杠上套設有能夠沿其往復移動的絲杠螺母，絲杠螺母固定至活塞，活塞外側固定所述環形永磁體，內浮筒與海底連接；外浮筒套設在內浮筒外側，內圈固定有所述環形護鐵；外浮筒在海浪激勵作用下與內浮筒發生相對運動，通過環形永磁體帶動所述絲杠螺母往復運動，驅動往復絲杠旋轉，當往復絲杠沿設定方向旋轉時通過單向離合器帶動旋轉發電機的轉子旋轉，進而產生電能。本發明使用絲杠傳動裝置，可靠性和效率提升；電機單向旋轉，簡化了電機的驅動和控制。只需要一個絲杠結構，一個發電機，大大降低了成本、提升了設備利用率。

技術領域

本發明涉及海浪發電技術領域，尤其涉及一種基于往復絲杠的海浪發電裝置。

背景技術

隨著能源危機與環境污染問題的日益加劇，更多種類、更大規模的對可再生能源的利用成為人類發展的必然趨勢。海浪能具有清潔無污染、功率密度大、可預測性好、不占用土地等顯著優點，具有廣闊良好的研究與應用前景。我國沿海地區及海上島嶼具有豐富的海浪能資源，若能夠通過有效的海浪能提取裝置使其得到充分利用，將進一步促進能源結構轉形，對長期經濟發展具有重大意義。

現有的海浪發電技術按照能量傳遞方式可分為氣動式、液壓式、直驅式和機械式。

1.各類氣動式海浪發電裝置，其將波浪能轉換成空氣的壓能和動能，在氣室和大氣的通路上安裝空氣透平并將透平轉軸與旋轉發電機相連。各類氣動式方案的主要缺陷在于：a.采用三級能量轉換設計，能量轉化效率較低；b.發電機噪聲大，安裝位置有限，對陸地影響較大；c.岸基型和近岸型的海洋波浪能密度比較低。

2.各類液壓式海浪發電裝置，其利用波浪能驅動液壓裝置對液壓渦輪機做功，繼而帶動發電機發電。各類液壓式方案的主要缺陷在于：a.液壓系統面臨海水腐蝕和海洋微生物附著淤塞的問題，維護困難；b.存在液體泄露污染海水的潛在危險。

3.各類機械式海浪發電裝置，其使用齒輪箱傳動，將浮體的直線運動轉換為電機轉子的旋轉運動。各類采用齒輪傳動的機械式方案的主要缺陷在于：a.齒輪箱結構的使用增加了系統能量轉換環節，降低了系統的能量轉換效率和可靠性；b.維護成本高。

4.各類直驅式海浪發電裝置。其使用浮體直接帶動直線電機，取消了能量轉換的中間環節。各類直驅式方案的主要缺陷在于：a.直線電機動子隨浮體作往復直線運動，運行在四象限下，控制算法復雜；b.直線電機面臨旋轉電機所沒有的端部效應，對應建模復雜；c.直線電機體積較大，且在海浪工況下的可靠性低于旋轉電機。

一種基于雙滾珠絲杠傳動的海浪發電裝置(公開號CN110725772A)。該方案使用兩個螺紋方向相反的滾珠絲杠，配合離合器、傳動齒輪及飛輪等部件，實現浮子往復直線運動到電機單向旋轉運動的轉換。主要缺陷在于：a.需要使用兩個滾珠絲杠，在運行中總有一個得不到利用；b.使用了包括離合器和齒輪在內的運動整流裝置，結構復雜。

一種基于永磁式磁力絲杠傳動的直驅式海浪發電裝置(公開號CN110307115A)。該方案使用永磁絲杠進行直線運動到旋轉運動的轉換，經變速器直接與發電機轉軸相連從而進行發電。主要缺陷在于：a.永磁絲杠傳動效率較低；b.永磁絲杠使用永磁體，降低了裝置的可靠性，增加了維護成本；c.該裝置將浮體的起伏運動轉換為電機轉子的雙向交替旋轉運動，電機工作在四象限下，優化控制算法復雜。

一種基于永磁式磁力絲杠的海浪發電裝置(公開號CN110454317A)。該方案同樣使用永磁絲杠，但與發電機轉子間通過齒輪傳動；且需要使用兩個發電機。主要缺陷在于：a.永磁絲杠傳動效率較低；b.永磁絲杠使用永磁體，降低了裝置的可靠性，增加了維護成本；c.為了使每個電機為單向旋轉，需要兩個發電機，增加了成本。