[发明专利]一种直驱式海洋能发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种直驱式海洋能发电设备。

技术背景

随着石油资源的日益紧张，可再生能源的利用开发显得尤为重要，海洋能资源作为一种依附于海水的可再生能源，其蕴藏量是十分巨大的。目前，远洋渔船、海上平台等海上作业单元的电力供应都是依靠柴油发电来实现的，这种发电方式不仅经济成本高，而且还会对海洋环境造成污染。利用海洋可再生资源发电是一种可持续发展的发电方式，可以在一定程度上缓解人类对化石能源的依赖。

目前，国内外对洋流能发电的研究还比较少，现有的大多数发电装置都是由涡轮机通过传动轴带动普通发电机发电，发电机需要进行旋转动密封，该系统结构复杂，体积庞大，安装维护困难。法国的研究学者曾提出一种直驱型的永磁同步电机的概念设计，该发电系统将叶片安装于电机之上，但由于系统并未设计聚流装置，其能量捕获密度较低。

海水是一种导电的物质且具有较强的腐蚀性，对于洋流能发电系统而言，系统中所采用的电机应该是一种适应于水下工作的电机。但传统的发电机在设计过程中并没有按水下电机来设计，所以设计人员在设计过程中并未考虑电机定转子密封、防海水腐蚀等特性，且传统的发电系统中的能量捕获装置与发电机为独立设计，这就使得传统的发电机在用于海洋能发电系统时必须将电机外壳整体密封，此外，发电机转子与能量捕获装置之间也必须要通过传动轴等装置才能进行能量传递。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统海洋能发电系统复杂，发电效率低，安装维护困难等缺点，提出了一种集成水力叶片于一体的直驱型发电机。该直驱型发电机是一种全新结构的发电机，与传统海洋能发电机相比，直驱型发电机具有结构简单，体积小，重量轻，发电效率高等优点。伞锚是远洋渔船等海上作业单元用来稳定自身的一种锚，它的结构类似于雨伞形状。本发明对现有的伞锚结构进行改进，在伞锚出水口处安装环形底座和尾翼，充分发挥伞锚对海水的汇集作用，将伞锚出水口处高速流动的海水加以引导和利用，并通过直驱型发电机将海水动能转化为电能输出。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明发电装置由浮子、悬挂钢绳、直驱型发电机、尾翼、伞锚、曳纲、收放绳构成。当海上作业人员将该发电装置放置于大海中后，伞锚出水口处会产生高速流动的水流，直驱型发电机安装于伞锚出水口处的环形底座之上，水流冲击直驱型发电机叶片并使其旋转，直驱型发电机将海水动能转化为电能输出。浮子漂浮于海面上，特点是体积大但重量很轻，浮子通过下端的悬挂纲绳悬挂直驱型发电机，悬挂钢绳具备较强的承重能力，能够承受直驱型发电机和伞锚在竖直方向上的拉力。曳纲也需要具备较强的承重能力，曳纲将整个发电装置连接于船体或其他海上作业单元，并承受装置工作时产生的水平拉力。工作人员可以通过收放绳将发电装置放置于海水中或收回到海上作业单元。

所述直驱型发电机为一种全新结构的发电机，与传统海洋能发电相比，该直驱型发电机把叶片集成于电机转子之上，使叶片与电机集成为一个整体，可以完全去掉传统海洋能发电系统所必须的能量捕获装置和传动机构。同时，直驱型发电机的密封技术为技术成熟、可靠性高的静密封技术，定子套筒和转子套筒的使用也完全避免了传统海洋能发电机所使用的结构复杂、可靠性差的旋转动密封技术。本发明直驱型发电机包括以下部件：定子密封端盖，定子，定子套筒，转子，转子套筒，叶片，轴承，转子支架，旋转主轴，支撑轴等。所述直驱型发电机为外定子内转子结构，叶片与发电机转子为一体化设计。定子密封端盖安装在定子的两个轴向端面上，并对发电机定子进行轴向密封；定子套筒安装在定子的径向内表面上，并对发电机定子进行径向密封；转子为永磁式转子，转子套筒安装在转子径向外表面上，并将转子外表面密封；转子支架的一端安装在定子密度端盖之上，另一端连接有支撑轴，支撑轴安装于定子轴心位置，支撑轴外表面通过轴承连接旋转主轴；叶片的一端安装于转子径向内表面上，另一端安装于旋转主轴上；所述叶片的主要作用除捕获海水动能之外，还能起支撑转子的作用。此外，所述定子密封端盖，定子，定子套筒，转子，转子套筒，叶片，旋转主轴，轴承，转子支架，支撑轴等部件表面都涂有耐海水腐蚀的材料。该直驱型发电机具有低速大转矩特性，并且具有较宽的功率捕获区间，从而使整套装置具备这样一种特性：在洋流流速变化较大时，所述直驱型发电机也能够正常发电。另外，该直驱型发电机还具有良好的密封性能和耐腐蚀性能，较小的体积，较轻的重量以及较高的运行可靠性等优点。