一種波浪能發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將波浪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，特別涉及圓柱形直線式發(fā)電裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，具體是一種波浪能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]波動(dòng)的河水或海水等自然環(huán)境中蘊(yùn)藏著豐富的波浪能，而水面上常常需要分布大量的氣象、航道等浮標(biāo)，而這些浮標(biāo)常常需要一定的電氣設(shè)備，如衛(wèi)星信號(hào)收發(fā)器、傳感器、雷達(dá)等，為這些分布式海洋用電設(shè)備供電需要長(zhǎng)距離鋪設(shè)電纜，供電成本高，后期維護(hù)比較繁瑣。對(duì)于采用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，由于太陽(yáng)能電池板裸露在外，存在易腐蝕和損壞等缺陷。而采用永磁體的機(jī)電轉(zhuǎn)換技術(shù)等發(fā)展已日益成熟，成本逐漸降低，因此，可將海浪中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能解決這些電氣設(shè)備的供電問(wèn)題，且基于該發(fā)電技術(shù)的發(fā)電裝置可采用全密封設(shè)計(jì)，具有耐用性、環(huán)境適應(yīng)性更好的優(yōu)點(diǎn)，可固定在浮標(biāo)的錨鏈上等，安裝方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了發(fā)電機(jī)的適用范圍。
[0003]河北工業(yè)大學(xué)之前有兩項(xiàng)海洋波動(dòng)發(fā)電裝置的發(fā)明:一種徑向充磁的永磁海洋波動(dòng)發(fā)電裝置，申請(qǐng)?zhí)?01410833567 ;多級(jí)同軸串并聯(lián)海洋波動(dòng)發(fā)電裝置，申請(qǐng)?zhí)?01510217979。上述兩種發(fā)電裝置中沒(méi)有閉合磁路，與感應(yīng)線圈交鏈的磁力線少，感應(yīng)線圈主要通過(guò)切割部分磁力線產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，輸出電能大小取決于動(dòng)子與定子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，而由于波浪頻率低，速度慢，因此上述兩種發(fā)電裝置輸出功率有限。本發(fā)明采用直線發(fā)電機(jī)原理，構(gòu)建了良好的閉合磁路，磁力線集中在感應(yīng)線圈中通過(guò)，線圈中的磁通量大，較小的動(dòng)子與定子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)使得感應(yīng)線圈中有較大的磁通變化，即使在低頻的波浪驅(qū)動(dòng)下，也可輸出較大電功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種波浪能發(fā)電裝置，采用柔性橡膠密封外殼，定子、動(dòng)子和繞組均采用圓柱形結(jié)構(gòu)。由于波浪的驅(qū)動(dòng)力可以通過(guò)調(diào)整橡膠密封外殼的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此這里采用較小氣隙的直線發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)磁路的良好封閉，定位力較大，發(fā)電效率較高。由于工作頻率低，渦流效應(yīng)不明顯，磁軛由整塊兒硅鋼制作，易于加工和裝配。在設(shè)計(jì)時(shí)將動(dòng)子和定子采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)組合不同數(shù)量的動(dòng)子和定子陣列實(shí)現(xiàn)不同功率的電能輸出。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種波浪能發(fā)電裝置，包括直線式發(fā)電機(jī)和包裹在其外部的柔性橡膠密封外殼；O
[0007]所述的直線式發(fā)電機(jī)為圓柱體結(jié)構(gòu)，包括下端蓋、側(cè)板、支撐筒、塔式拾振彈簧、直線軸承一、頂桿、動(dòng)子軛鐵、永磁體、定子軛鐵、繞組、直線軸承二、上端蓋；下端蓋固定在側(cè)板底部；
[0008]上端蓋固定在圓筒狀側(cè)板頂部，直線軸承二固定在上端蓋下部；
[0009]支撐筒焊接在下端蓋上；直線軸承一固定在支撐筒上半部?jī)?nèi)側(cè)；塔式拾振彈簧放置在支撐筒的內(nèi)部，塔式拾振彈簧的下端部緊貼在下端蓋上端面，塔式拾振彈簧的的上端和頂桿下端面緊貼；
[0010]所述的頂桿包括頂桿軸一段、頂桿軸二段、頂桿軸三段和頂桿蓋，頂桿軸一段和頂桿軸三段直徑相同，頂桿軸二段直徑較頂桿軸一段和頂桿軸三段直徑要小，頂桿蓋的直徑與側(cè)板外徑相同；頂桿軸二段的長(zhǎng)度、動(dòng)子軛鐵長(zhǎng)度、定子軛鐵長(zhǎng)度相同；頂桿軸三段的長(zhǎng)度為兩倍的發(fā)電裝置的最大輸入位移、上端蓋的厚度、直線軸承二的高度三者之和，頂桿軸三段在直線軸承二上端面上部的長(zhǎng)度為最大輸入位移；
[0011]動(dòng)子軛鐵粘接在頂桿二段上，永磁體粘接在動(dòng)子軛鐵上；定子軛鐵粘接在側(cè)板內(nèi)偵U，繞組放置在定子軛鐵的槽內(nèi)，繞組的引出線通過(guò)定子出線孔、側(cè)板線槽和發(fā)電機(jī)出線孔之后與負(fù)載連接。
[0012]所述的永磁體的數(shù)量?jī)?yōu)選為3?12個(gè)，且為了實(shí)現(xiàn)2相或3相輸出，永磁體個(gè)數(shù)應(yīng)為2或3的公倍數(shù)；厚度為2?5毫米。
[0013]所述的多個(gè)繞組為單相電輸出、2相輸出或3相電輸出，每相對(duì)應(yīng)繞組均為串聯(lián)。
[0014]所述的柔性橡膠外殼采用氫化丁腈橡制成，厚度為4?10mm。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0016](I)采用柔性橡膠全封閉外殼，柔性橡膠外殼耐腐蝕性好，可適應(yīng)河水、江水、海水等自然環(huán)境，不但可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電裝置的良好保護(hù)，提高發(fā)電裝置的可靠性，也具有波浪能傳遞作用，可根據(jù)發(fā)電裝置所在水域的波浪強(qiáng)度加長(zhǎng)或縮短外殼長(zhǎng)度，使動(dòng)子與定子在工作時(shí)的相對(duì)位移達(dá)到最大。
[0017](2)安裝方便，由浮標(biāo)懸浮在水面即可，便于與氣象浮標(biāo)等水面用電設(shè)備配合使用；
[0018](3)設(shè)計(jì)了具有良好閉合磁路的動(dòng)子和定子結(jié)構(gòu)，并且動(dòng)子永磁體、定子軛鐵、繞組采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)功率需要實(shí)現(xiàn)將相應(yīng)數(shù)量的永磁體、定子軛鐵、繞組沿軸向依次疊加在一起，本波浪能發(fā)電裝置具有更廣的適應(yīng)性；
[0019](4)動(dòng)子永磁體與定子軛鐵之間的氣隙為小氣隙，間距可小于2mm，采用薄片圓環(huán)狀永磁體，圓環(huán)狀永磁體的厚度小于5mm，使得磁導(dǎo)率較低的永磁體不會(huì)明顯增加整個(gè)磁路的磁阻，綜合上述優(yōu)勢(shì)可將漏磁率降低到5%以下，大大提高發(fā)電效率；
[0020](5)采用塔式拾振彈簧，相對(duì)于普通的圓柱螺旋彈簧，塔式彈簧具有良好的軸向指向性，防止在過(guò)大的波浪壓力作用下使彈簧發(fā)生側(cè)向彎曲，可協(xié)助維持頂桿軸向運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，提高了發(fā)電裝置的穩(wěn)定性和可靠性；
[0021](6)采用圓環(huán)狀動(dòng)子永磁體、定子軛鐵、繞組結(jié)構(gòu)，由于相位相差180度的徑向磁力互相抵消，使得動(dòng)子與定子之間的徑向磁力趨于零，從而也不用增加專門的限位裝置防止由于動(dòng)子在磁力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)而與定子碰撞，不但簡(jiǎn)化了發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)，也提高了發(fā)電裝置工作的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的剖視圖。
[0023]其中，1-柔性橡膠密封外殼，2-發(fā)電機(jī)出線孔，3-下端蓋，4-過(guò)孔一，5-螺紋孔一，6-過(guò)孔二，7-螺紋孔二，8-側(cè)板，9-支撐筒，10-塔式拾振彈簧，11-直線軸承一，12-頂桿，13-側(cè)板線槽，14-定子出線孔，15-動(dòng)子軛鐵，16-永磁體，17-定子軛鐵，18-繞組，19-直線軸承二，20-上端蓋，21-螺紋孔三，22-過(guò)孔三，23-過(guò)孔七，24-過(guò)孔八，25-螺紋孔四，26-過(guò)孔四，27-過(guò)孔六。
[0024]圖2為本發(fā)明的頂桿的結(jié)構(gòu)圖。其中，12a-頂桿軸一段，12b_頂桿軸二段，12c_頂桿軸三段，12d-頂桿蓋。
[0025]圖3為本發(fā)明的每層定子軛鐵的結(jié)構(gòu)圖，圖3(1)為定子軛鐵三維視圖，圖3(11)為定子軛鐵剖視圖。其中，17a-定子極靴。
[0026]圖4為本發(fā)明的側(cè)板三維結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖5為發(fā)電裝置剖面的磁力線對(duì)比圖。其中，圖5(1)為一種徑向充磁的永磁海洋波動(dòng)發(fā)電裝置的磁力線分布；圖5(11)為多級(jí)同軸串并聯(lián)海洋波動(dòng)發(fā)電裝置的磁力線分布；圖5(111)為本發(fā)明的磁力線分布。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明采用一體式密閉柔性橡膠外殼，具有防水防腐蝕的作用且易于被波浪壓縮變形，以頂桿傳遞波浪能和固定直線發(fā)電機(jī)定子，以塔式拾振彈簧為拾振機(jī)構(gòu)，以永磁體為磁場(chǎng)激發(fā)器件，定子和動(dòng)子軛鐵均由整塊硅鋼加工，且采用模塊設(shè)計(jì)，可根據(jù)功率需要串接不通數(shù)量的動(dòng)子和定子，該波浪能發(fā)電裝置一般包括:柔性橡膠密封外殼，下端蓋，側(cè)板，支撐筒，塔式拾振彈簧，直線軸承，頂桿，動(dòng)子軛鐵，永磁體，定子軛鐵，繞組，上端蓋。
[0029]隨著波浪的波動(dòng)，懸浮在水面的波浪能發(fā)電裝置的柔性橡膠外殼受到不斷擠壓，由于外殼為柔性橡膠，外殼也會(huì)被不斷伸縮，由于發(fā)電裝置只有頂桿可以上下運(yùn)動(dòng)，側(cè)板、上端蓋和下端蓋均為剛性，柔性橡膠外殼被波浪擠壓時(shí)驅(qū)動(dòng)頂桿向下運(yùn)動(dòng)，塔式拾振彈簧被壓縮，當(dāng)柔性橡膠外殼不被波浪壓縮時(shí)，塔式拾振彈簧驅(qū)動(dòng)頂桿向上運(yùn)動(dòng)，依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)在波浪驅(qū)動(dòng)下頂桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)子軛鐵和永磁體均固定在頂桿上，動(dòng)子軛鐵和永磁體也隨著頂桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，永磁體的運(yùn)動(dòng)使得定子軛鐵中的磁場(chǎng)不斷變換，繞組中的磁通也相應(yīng)地不斷變換，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)外接負(fù)載時(shí)即可實(shí)現(xiàn)電能輸出。
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但它們不對(duì)本發(fā)明作任何限制。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本發(fā)明所述的波浪能發(fā)電裝置的剖面圖如圖1所示，該裝置為圓柱體結(jié)構(gòu)，包括直線式發(fā)電機(jī)和包裹在其外部的柔性橡膠密封外殼I;圓柱體柔性橡膠密封外殼I的下端內(nèi)側(cè)，與下端蓋3緊密接觸，柔性橡膠密封外殼I上端內(nèi)側(cè)與頂桿蓋12d上側(cè)緊密接觸，柔性橡膠密封外殼I側(cè)面內(nèi)側(cè)與直線式發(fā)電機(jī)側(cè)板8外側(cè)、上端蓋20外側(cè)、下端蓋3外側(cè)、頂桿蓋12d外側(cè)緊密接觸。
[0033]所述的直線式發(fā)電機(jī)為圓柱體結(jié)構(gòu)，包括下端蓋3、側(cè)板8、支撐筒9、塔式拾振彈簧10、直線軸承一 11、頂桿12、動(dòng)子軛鐵15、永磁體16、定子軛鐵17、繞組18、直線軸承二19、上端蓋20 ;下端蓋3通過(guò)螺絲固定在側(cè)板8底部，螺絲穿過(guò)過(guò)孔一 4擰入螺紋孔一 5，螺絲穿過(guò)過(guò)孔二 6擰入螺紋孔二 7 ；
[0034]上端蓋20通過(guò)螺絲固定在圓筒狀側(cè)板8頂部，螺絲穿過(guò)過(guò)孔三22擰入螺紋孔三21，螺絲穿過(guò)過(guò)孔四26擰入螺紋孔四25 ;螺栓分別穿過(guò)過(guò)孔七23、過(guò)孔八24直線軸承二 19法蘭盤的對(duì)應(yīng)過(guò)孔，將直線軸承二 19固定在上端蓋20下部；
[0035]支撐筒9焊接在下端蓋3上(整個(gè)發(fā)電裝置是圓柱體，相關(guān)部件為軸心對(duì)稱分布)；直線軸承一 11通過(guò)緊密配合固定在支撐筒9上半部?jī)?nèi)側(cè)；塔式拾振彈簧10放置在支撐筒9的內(nèi)部，在頂桿12的壓力作用下，塔式拾振彈簧10的下端部緊貼在下端蓋3上端面，塔式拾振彈簧10的的上端和頂桿12下端面緊貼；
[0036]所述的頂桿12如圖2所示，頂桿12包括頂桿軸一段12a、頂桿軸二段12b、頂桿軸三段12c和頂桿蓋12d，頂桿軸一段12a和頂桿軸三段12c直徑相同，頂桿軸二段12b直徑較頂桿軸一段12a和頂桿軸三段12c直徑要小，用于嵌入動(dòng)子軛鐵，頂桿蓋12d的直徑與側(cè)板8外徑相同；平衡狀態(tài)時(shí)，頂桿軸一段12a下端略微伸出直線軸承一 11的下端面，頂桿軸一段12a高出直線軸承一 11上端面的長(zhǎng)度與發(fā)電裝置的最大輸入位移相同；頂桿軸二段12b的長(zhǎng)度取決于發(fā)電裝置的功率需要，其長(zhǎng)度與