本發(fā)明屬于海浪發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種直線電機直驅(qū)海浪發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源和環(huán)境是當今社會的兩個熱門的話題，波浪能作為儲量非常豐富的可再生綠色能源，與較容易利用且已有許多商業(yè)化產(chǎn)品的太陽能和風能相比，波浪能具有其特殊的優(yōu)勢。不僅能源分布廣，而且平均能流密度遠遠大于太陽能和風能。因此對于波浪能的研究具有很好的開發(fā)前景和開發(fā)意義。

此前的海浪發(fā)電裝置大多采用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機將海浪的機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出，但是海浪運動作為一種直線運動，旋轉(zhuǎn)電機要將直線運動轉(zhuǎn)換成電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，中間必然需要增設(shè)轉(zhuǎn)換裝置，這也就導致轉(zhuǎn)換效率比較低，而且像液壓泵等裝置還容易造成水體污染的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有海浪發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換效率低下的不足，提供一種新型結(jié)構(gòu)的直線電機直驅(qū)式海浪發(fā)電系統(tǒng)，用直線電機代替旋轉(zhuǎn)電機，利用海浪的垂直運動直接帶動電機動子上下切割，提高了能量的利用效率；能夠使得四級能量轉(zhuǎn)換過程簡化為三級轉(zhuǎn)換過程，提高能量利用效率；同時由于省略了液壓泵等裝置，還可保證發(fā)電系統(tǒng)清潔無污染。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種直線電機直驅(qū)海浪發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由機械能量提取模塊、直線發(fā)電機組模塊、電能后處理模塊組成；其中，機械能量提取模塊直接放置在近海岸的海浪中，并與直線發(fā)電機組模塊相連，直線發(fā)電機組模塊和電能后處理模塊相連；所述機械能量提取模塊通過提取海浪上下浮動的機械能轉(zhuǎn)換成直線發(fā)電機組模塊中動子鐵芯上下運動的機械能；所述直線發(fā)電機組模塊由動子鐵芯上下運動導致電機內(nèi)部磁鏈路徑不斷發(fā)生周期性變化，從而使得通過外定子鐵芯上銅線圈的磁通量周期性變化，三相繞組中產(chǎn)生并輸出近似正弦的頻率和幅值不斷變化的反電勢波形；所述電能后處理模塊將直線發(fā)電機組模塊輸出的電能通過整流、濾波、儲能、逆變等環(huán)節(jié)進行處理后輸出到近海岸地區(qū)用于供電或者將電能輸送至電網(wǎng)。

進一步地，所述機械能量提取模塊包括：浮筒、主動桿、第一從動桿、第二從動桿、第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈、第六鉸鏈、套筒；浮筒與主動桿通過第一鉸鏈鉸接，浮筒可以繞著第一鉸鏈轉(zhuǎn)動；主動桿尾部與直線發(fā)電機組模塊的發(fā)電機組底座通過第二鉸鏈鉸接，主動桿可以繞著第二鉸鏈轉(zhuǎn)動；第一從動桿一端通過第三鉸鏈與主動桿中間部位鉸接，另一端通過第五鉸鏈與第二從動桿的一端鉸接；第一從動桿可以繞著主動桿轉(zhuǎn)動；套筒套在第一從動桿上，通過第四鉸鏈鉸接在直線發(fā)電機組模塊的發(fā)電機組側(cè)壁上，套筒既可沿著第一從動桿滑動，同時也可以繞著第四鉸鏈轉(zhuǎn)動；第二從動桿的另一端通過第六鉸鏈與動子鐵芯頂部鉸接。

進一步地，直線發(fā)電機組模塊中的電機為槽/極的圓筒型永磁開關(guān)磁鏈直線電機，由動子鐵芯、外定子鐵芯、銅線圈、內(nèi)定子鐵芯、永磁體、彈簧組成；動子鐵芯僅由經(jīng)過倒角后的鐵芯構(gòu)成，動子鐵芯上端與第二從動桿通過第六鉸鏈鉸接，由第二從動桿帶動其上下垂直運動，動子鐵芯下端與彈簧相連，有效減少動子鐵芯上下運動的能量損失；外定子鐵芯的個槽內(nèi)依次放置由銅線圈繞制而成的三相電樞繞組A1/B1/C1/A2/B2/C2，內(nèi)定子鐵芯中嵌入釹鐵硼材料制成的永磁體。

進一步地，所述電能后處理模塊包括：整流器組、直流變換器、蓄電池組及充放電電路、逆變器。整流器組包括若干組三相不控整流濾波單元，整流器組的輸入端與直線發(fā)電機組模塊的交流輸出端一一相連；每個整流濾波單元的輸出電壓疊加后經(jīng)直流變換器處理得到穩(wěn)定的直流電壓；直流變換器通過開關(guān)分別連接蓄電池組及充放電電路和逆變器；蓄電池組及充放電電路通過蓄電池放電電路與逆變器輸入端相連。

本發(fā)明的有益效果是：采用新型結(jié)構(gòu)的雙定子永磁開關(guān)磁鏈直線電機，實現(xiàn)了海浪運動和發(fā)電機動子鐵芯之間的直接驅(qū)動，省略了一級能量轉(zhuǎn)換過程，從而將有效地提高海浪能源轉(zhuǎn)換效率。圓筒型雙定子永磁開關(guān)磁鏈直線電機具有構(gòu)造簡單、成本較低、維修方便、散熱效果較好、無橫向邊端效應(yīng)等等優(yōu)點；機械結(jié)構(gòu)方面，在浮筒和動子鐵芯之間采用三根聯(lián)桿連接的形式，不僅能夠收集海浪各個方向運動的能量，而且能有效地減少動子鐵芯和定子之間的摩擦損耗。這樣一種框架結(jié)構(gòu)的固定式海浪發(fā)電站將能夠用于近海岸地區(qū)電能的直接供應(yīng)，為緩解局部能源壓力提供解決方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為機械能量提取模塊示意圖；

圖3為圓筒型雙定子永磁開關(guān)磁鏈直線電機結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為直線電機磁鏈變化原理圖；

圖5為電能后處理模塊示意圖；

圖6為發(fā)電機組模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，機械能量提取模塊1、直線發(fā)電機組模塊2、電能后處理模塊3、浮筒4、第一鉸鏈5、第二鉸鏈6、主動桿7、第三鉸鏈8、第一從動桿9、套筒10、第四鉸鏈11、第五鉸鏈12、第二從動桿13、第六鉸鏈14、彈簧15、動子鐵芯16、外定子鐵芯17、銅線圈18、內(nèi)定子鐵芯19、永磁體20、整流器組21、直流變換器22、蓄電池組及充放電電路23、逆變器24、發(fā)電機組側(cè)壁25、發(fā)電機組底座26。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖、對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的表述。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-5所示，本發(fā)明提出了一種直線電機直驅(qū)海浪發(fā)電系統(tǒng)，包括機械能量提取模塊1、直線發(fā)電機組模塊2、電能后處理模塊3；所述機械能量提取模塊1由浮筒4、第一鉸鏈5、第二鉸鏈6、主動桿7、第三鉸鏈8、第一從動桿9、套筒10、第四鉸鏈11、第五鉸鏈12、第二從動桿13、第六鉸鏈14組成；浮筒4與主動桿7通過第一鉸鏈5鉸接，浮筒4可以繞著第一鉸鏈5轉(zhuǎn)動；主動桿7尾部與直線發(fā)電機組模塊2的發(fā)電機組底座26通過第二鉸鏈6鉸接，主動桿7可以繞著第二鉸鏈6轉(zhuǎn)動；第一從動桿9一端通過第三鉸鏈8與主動桿7中間部位鉸接，另一端通過第五鉸鏈12與第二從動桿13鉸接；第一從動桿9可以繞著主動桿7轉(zhuǎn)動；套筒10套在第一從動桿9上，通過第四鉸鏈11鉸接在直線發(fā)電機組模塊2的發(fā)電機組側(cè)壁25上，套筒10既可沿著第一從動桿9滑動，同時也可以繞著第四鉸鏈11轉(zhuǎn)動；第二從動桿13的另一端通過第六鉸鏈14與動子鐵芯16頂部鉸接；

所述直線發(fā)電機組模塊2，其發(fā)電機組中的電機結(jié)構(gòu)為6槽/5極的圓筒型雙定子永磁開關(guān)磁鏈直線電機結(jié)構(gòu)，由動子鐵芯16、外定子鐵芯17、銅線圈18、內(nèi)定子鐵芯19、永磁體20、彈簧15組成；動子鐵芯16僅由經(jīng)過倒角后的鐵芯構(gòu)成，動子鐵芯16上端與所述機械能量提取模塊1中的第二從動桿13通過鉸鏈14鉸接，由第二從動桿13帶動其上下垂直運動，動子鐵芯16下端與彈簧15相連，有效減少動子上下運動的能量損失；外定子鐵芯17的6個槽內(nèi)依次放置由銅線圈18繞制而成的三相電樞繞組A1/B1/C1/A2/B2/C2，內(nèi)定子鐵芯19中嵌入釹鐵硼材料制成的永磁體20；

所述電能后處理模塊3由整流器組21、直流變換器22、蓄電池組及充放電電路23、逆變器24組成；整流器組21包括若干組三相不控整流濾波單元，整流器組21的輸入端與直線發(fā)電機組模塊2的交流輸出端一一相連；每個整流濾波單元的輸出電壓疊加后經(jīng)直流變換器22處理得到穩(wěn)定的直流電壓；直流變換器22通過傳輸線、蓄電池充電電路與蓄電池組23相連，通過傳輸線與逆變器24輸入端相連；蓄電池組23通過蓄電池放電電路與逆變器24輸入端相連。

本發(fā)明的工作過程如下：

整體發(fā)電系統(tǒng)建造在靠近海岸的地方，海浪運動通過帶動浮筒4浮動將海浪的機械能量輸入到機械能量提取模塊1中，浮筒4上下浮動帶動通過第一鉸鏈5與其相連的主動桿7，主動桿7通過第三鉸鏈8帶動第一從動桿9擺動，第一從動桿9與用第四鉸鏈11固定在發(fā)電機組側(cè)壁25的套筒10帶動第二從動桿13運動，第二從動桿13通過第六鉸鏈14帶動發(fā)電機組動子鐵芯16上下運動，從而將海浪的機械能轉(zhuǎn)換成發(fā)電機組動子鐵芯16上下運動的機械能；

動子鐵芯16上端由第二從動桿13帶動其上下垂直運動，下端與彈簧15相連，當動子鐵芯16往下運動接觸到發(fā)電機組底座26時，動子鐵芯16底部安裝的彈簧15可以有效減少動子上下運動的能量因碰撞摩擦而引起的損失；外定子鐵芯17的6個槽內(nèi)依次放置由銅線圈18繞制而成的三相電樞繞組A1/B1/C1/A2/B2/C2，內(nèi)定子鐵芯19中嵌入釹鐵硼材料制成的永磁體20；如原理圖4所示，隨著電機動子鐵芯16依次上下運動到位置a、b、c、d，電機內(nèi)部永磁體20發(fā)出的磁鏈路徑不斷變化，從而使得通過銅線圈18中的磁通量由位置a時的正向最大，到位置b時磁通量為零，再到位置c時的反向最大，最后到位置d時再次為零，由此形成一個完整的變化周期，銅線圈18產(chǎn)生并輸出三相近似正弦的頻率和幅值不斷變化的反電勢波形；這種圓筒型雙定子結(jié)構(gòu)的直線電機不僅制造工藝簡單、成本較低，而且也能很好地適應(yīng)海浪低速運動的特點，輸出較高的電壓幅值。

由于海浪運動的速度不斷變化，因此發(fā)電機組模塊2輸出的三相交流電的頻率和幅值不斷變化，因此電能后處理模塊3即用于優(yōu)化海浪直線發(fā)電機組2輸出的不穩(wěn)定交流電，提高電能利用率。整流器組21包括若干組三相不控整流濾波單元，整流濾波單元的數(shù)量與直線發(fā)電機數(shù)量一一對應(yīng)，分別對發(fā)電機輸出的三相交流電進行整流濾波處理；每個整流濾波單元的輸出電壓疊加后經(jīng)直流變換器22處理得到穩(wěn)定的、可利用的直流電壓，所得的直流電一方面可通過蓄電池組23儲能備用，另一方面可通過逆變器24直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┴撦d使用或并網(wǎng)輸出。具體地，當發(fā)電機組產(chǎn)生的電能過剩時，直流變換器22輸出的電能一部分用于負載供電，另一部分通過蓄電池組23儲能；當發(fā)電機組產(chǎn)生的電能不足時，由蓄電池組23補充提供電能，用于直流負載供電或經(jīng)逆變器24變換后用于交流負載供電或并網(wǎng)。