[发明专利]一种基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统及其设计方法，包括圆筒型直线电机、外浮筒和内浮筒，圆筒型直线电机包括初级和次级，初级和次级之间形成气隙，外浮筒套接于初级外，内浮筒设于次级的上方，且与次级之间刚性连接；通过调节外浮筒的配重，使其振动频率和运动速度均接近或等于海洋波浪的振动频率和运动速度；通过调整内浮筒的吃水深度，使其振荡周期远离海洋波浪的振荡周期。本发明的有益效果是：将基于磁齿轮增速效应的圆筒型直线电机和波浪能发电系统相结合，有效克服了由于海浪发电效率不高，发电性价比低的缺点，并且针对此类系统设计提供了一种高效准确的解析计算方法。

技术领域

本发明涉及可再生能源利用技术领域，具体涉及一种基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统及其设计方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人类对于能源消耗的需求必然日益增加。然而，全球大部分的能源消耗来源于化石能源。而化石能源作为一种非可再生能源，其燃烧和使用的过程中引起了一系列问题，譬如温室效应，环境污染和地质生态破坏等。因此，能源消耗和环境的协调可持续发展问题受到当今世界各国的共同关注。新型可再生清洁能源的开发和利用，不仅可以满足人类日益增长能源消耗的需求，而且可以改善环境，实现全球经济的可持续发展。波浪能作为一种新型可再生清洁能源，越来越受到世界各国的瞩目。

从能量传递的角度来讲，波浪能直接来源于风能，而风能是由于地球转动和地球表面大气层受太阳能加热不均引起的。所以，波浪能起源于太阳能，是一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源。在太阳能转换成风能的过程中，平均能量密度得以加强(从太阳能的0.1～0.3kW/m2到风能的0.5kW/m2)；而由风能转换成波浪能的过程中，平均能量密度得到了进一步的聚集(2～3kW/m²)。因此，开发和利用波浪能具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。但具体到我国近海的波浪能分布，其中大部分海洋内的波速较低，这导致波浪转化设备体积庞大，维护费高，从发电成本上来看比陆地火电要高不少，这严重影响了波浪能的开发和实际应用，所以必须提高波浪的转化效率和直线发电机运行速度。

发明内容

发明目的：为了解决我国近海岸海浪波速不高导致发电设备效率不高、性价比低的缺点，本发明提供一种基于磁齿轮增速效应的圆筒型直线电机波浪能发电系统及其设计方法，避免了运用有限元算法对流体动力模型和磁场模型分析计算的高人工和时间成本。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统，包括圆筒型直线电机、外浮筒和内浮筒，圆筒型直线电机包括初级和次级，初级和次级之间形成气隙，外浮筒套接于初级外，内浮筒设于次级的上方，且与次级之间刚性连接；通过调节外浮筒的配重，使其振动频率和运动速度均接近或等于海洋波浪的振动频率和运动速度；通过调整内浮筒的吃水深度，使其振荡周期远离海洋波浪的振荡周期，且内浮筒的底部安装有能使其在海洋内保持静止的阻尼盘；内浮筒的下端通过连接件与海底固定，在海洋波浪的起伏中，内浮筒和外浮筒之间形成了相对速度差和位移差，圆筒型直线电机的初级与次级之间也形成了相对速度差和位移差，次级的次级绕组切割磁场线，感应出电动势产生电能，电能通过AC-DC电路先转化成直流电压，再通过DC-AC电路逆变成工频电源输送到海洋微电网内。

内浮筒的下端通过铰链与置于海底的定位石连接。

内浮筒的内部底端设有配重块，且配重块上方设置有微调仓。

外浮筒内设有若干密闭腔室，密闭腔室包括整流仓、逆变仓、通讯仓和配重仓。

内浮筒通过连杆与次级刚性连接。

基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统的设计方法，基于磁齿轮增速效应的波浪发电系统涉及流体动力学、电磁场理论和最优能量转化理论，其设计方法包括洋面速度计算模型、单双浮筒激振力计算模型、浮筒震荡速度计算模型和磁齿轮增速效应电机磁场计算模型；