[發明專利]基于磁力齒輪的水下航行器隨體式波浪能發電系統

在審

• 申請號: 202011125418.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112769262A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 方紅偉;王瑜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K7/18;F03B13/20;F03B11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于磁力齒輪的水下航行器隨體式波浪能發電系統，包括外殼、波浪能捕獲裝置、磁齒輪復合發電機和電能后處理模塊，其特征在于，波浪能捕獲裝置，包括獲能偏心擺和中心主軸；磁齒輪復合發電機，包括低速轉子，調磁環，高速轉子與電機定子獲能偏心擺連接在中心主軸上；將獲能偏心擺的安裝位置視為水平放置；中心主軸與水平放置的磁齒輪復合電機低速轉子固定連接，磁齒輪復合電機由五個同心部件組成，從外至內依次為低速轉子，調磁環，高速轉子與電機內定子；低速轉子、調磁環與高速轉子共同構成磁力齒輪，電機定子同心放置于磁力齒輪內部，沿圓周方向開有定子槽，嵌放于定子槽的電樞繞組即為電機的電力輸出端口。

技術領域

本發明屬于波浪能發電技術和海洋裝備領域，具體涉及一種基于磁力齒輪的水下航行器隨體式波浪能發電系統。

背景技術

自主式水下航行器(AUV)作為海洋中的移動平臺可以進行水下觀測、數據采集、遙控作戰等任務，其主要的動力源為自身攜帶的蓄電池，然而，航行器的體積有限，攜帶的電池續航能力弱，需要定期進行充電或更換電池組，不能滿足長航時、遠航程的工作需求。能源供給技術成為制約AUV持續工作的關鍵因素。波浪能能量密度與可開發容量較大，且不受時空限制，航行器采用波浪能進行發電可以實現全天候作業，對解決AUV的電力補給問題具有重要的現實意義。

波浪能發電存在能量分散、不穩定性較大、現有波浪能發電裝置轉換效率不高等問題，因此，更多地吸收波浪能量，簡化能量轉換過程，降低能量傳遞損失，提高轉換效率成為波浪能在水下航行器上應用的關鍵。采用磁力齒輪代替齒輪箱等機械傳動機構進行增速，避免了機械磨損、振動噪聲等問題，降低了系統體積，提升了發電效率。目前對AUV隨體式波浪發電的研究尚不成熟，其發電量也較小，如何將波浪發電系統與水下航行器進行有效結合，提升AUV波浪能隨體發電系統的效率與發電量，為AUV持續航行和深海作業提供電力支持仍需進一步研究。

發明內容

本發明提供一種基于磁力齒輪的水下航行器隨體式波浪發電系統，以期解決AUV的能源供給問題，采用磁力齒輪代替機械齒輪箱，降低能量損失，提升轉換效率，有效地利用波浪能，實現AUV長航時、遠航程的清潔穩定作業。技術方案如下：

一種基于磁力齒輪的水下航行器隨體式波浪發電系統，包括外殼、波浪能捕獲裝置、磁齒輪復合發電機和電能后處理模塊，其特征在于，

波浪能捕獲裝置，包括獲能偏心擺和中心主軸；磁齒輪復合發電機，包括低速轉子，調磁環，高速轉子與電機定子獲能偏心擺連接在中心主軸上；將獲能偏心擺的安裝位置視為水平放置；中心主軸與水平放置的磁齒輪復合電機低速轉子固定連接，磁齒輪復合電機由五個同心部件組成，從外至內依次為低速轉子，調磁環，高速轉子與電機內定子；低速轉子、調磁環與高速轉子共同構成磁力齒輪，電機定子同心放置于磁力齒輪內部，沿圓周方向開有定子槽，嵌放于定子槽的電樞繞組即為電機的電力輸出端口。

進一步地，所述的磁齒輪復合電機采用混合充磁方式：在低速轉子內側以中心主軸為軸沿圓周方向均勻分布的低速轉子永磁體采用分段式Halbach陣列充磁，而高速轉子的內、外兩側以中心主軸為軸均勻表貼的永磁體采用徑向充磁。

調磁環的圓周方向上均勻分布著由疊合的硅鋼片構成的調磁鐵塊，在調磁鐵塊的空隙及調磁環的外端面是由環氧樹脂材料澆注制成的環氧樹脂卡套，非導磁材料制成的緊固螺栓穿過環氧樹脂卡套將調磁環固定到電機端蓋上。

本發明的技術效果如下：

1)本系統利用清潔、綠色、可持續的波浪能為AUV的長航時、遠航程作業提供能源支持，降低海洋污染問題。

2)本系統可以捕獲波浪橫搖、縱搖、垂蕩等方向的運動，提高波浪能的利用率。

3)本系統僅有一個機械運動部件，且集成于水下航行器內部，有效避免海水腐蝕問題，可以在惡劣海況下工作，系統穩定性與可靠性高。

4)磁力齒輪采用混合充磁，具有更高的轉矩密度與功率密度。