一种船用波浪能多自由度发电系统的制作方法

1.本发明涉及船舶工程和波浪能发电技术领域，尤其涉及一种船用波浪能多自由度发电系统。


背景技术：

2.船舶动力系统是船舶的核心部件。随着船舶技术的快速发展，船舶动力系统(例如柴油机或燃气轮机)所排放的尾气对环境带来的污染愈发凸显，因此利用海洋清洁能源作为船舶的动力具有积极的意义。同时，现阶段我国在大力发展无人监测船，通过预先配设储电装置来解决无人监测船的航行动力问题；因储电容量有限，无人监测船需定期回来充电，如此不仅限制了无人监测船的航运范围，还限制了单次航运时间。
3.为了利用海洋中广泛存在的波浪能量进行发电，专利cn107044379b、专利cn202273803u、专利cn109353465b、专利213235314u和专利cn216198615u分别公开了各自的船用波浪能发电方案。其中，专利cn107044379b和专利cn202273803u只能在船舶停泊状态下利用波浪能量进行发电；专利cn109353465b、专利213235314u和专利cn216198615u则是通过一系列机械部件，将浮体在波浪作用下的机械运动(专利cn109353465b涉及浮体的纵摇运动，专利213235314u和专利cn216198615u涉及浮体的垂荡运动)转化为发电机中心轴的旋转运动来进行发电，存在结构复杂、机械阻尼大、发电效率低的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出一种船用波浪能多自由度发电系统，旨在解决现有的船用波浪能发电系统机械部件多、结构复杂的弊端。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种船用波浪能多自由度发电系统，用于水平安装在船舶内部舱室的甲板上，包括水平设置的环形定子铁芯，以及滑动安装在所述环形定子铁芯内部的弧形动子，所述环形定子铁芯的内部为一空腔，所述空腔的内壁沿定子铁芯的轴线方向均匀嵌入多个环形线圈绕组，所述弧形动子包括弧形的中心轴，所述中心轴的截面形状与所述空腔的截面形状匹配，所述中心轴外壁覆盖固定有磁轭，所述磁轭的外周沿其自身的弧度方向均匀嵌入至少两个环形永磁铁磁极，所述线圈绕组的输出端通过整流器与蓄电池进行电连接。
7.在一些实施方式中，所述线圈绕组所在平面垂直于所述环形定子铁芯的轴线。
8.在一些实施方式中，所述空腔为一截面为圆形或多边形的环形空腔。
9.在一些实施方式中，各个所述线圈绕组之间的间距一致，各个所述永磁铁磁极之间的距离与所述间距相同。
10.在一些实施方式中，所述中心轴侧面的两远端分别沿周向均匀设置有至少两个滚珠。
11.在一些实施方式中，所述滚珠为非导磁材料制作。
12.在一些实施方式中，所述线圈绕组的内周与所述空腔的内壁平齐。
13.在一些实施方式中，所述中心轴通过所述滚珠与所述空腔的内壁进行接触，所述永磁铁磁极的外周与所述线圈绕组的内周间隙配合。
14.在一些实施方式中，所述环形定子铁芯包括镜像对称设置的上盖板和下盖板。
15.在一些实施方式中，所述上盖板和所述下盖板通过紧固件连接。
16.本发明的有益效果为：本发明能利用波浪作用下船舶的自身运动(包括纵荡、横荡、横摇、纵摇、艏摇等5个自由度运动)进行发电：通过在船舶内部舱室的甲板上水平设置一环形定子铁芯，以及在该环形定子铁芯内部设置一弧形动子，当船舶在海面上随波浪运动时，弧形动子在惯性力作用下于环形定子铁芯内部进行往复运动，进而线圈绕组切割永磁铁磁极产生的磁感线将弧形动子的动能转换成电能，电能通过整流器输出直流电至蓄电池。本发明结构简单、机械阻尼小，且该装置所有部件均在船舱内部、不会受到海水腐蚀影响；另外，本装置在一定程度上还能起到降低船舶摇、荡幅度的效果。
附图说明
17.图1为本发明实施例公开的船用波浪能多自由度发电系统的结构示意图；
18.图2为图1在a范围内的局部放大图；
19.图3为本发明在使用状态下弧形动子所受惯性力的示意图；
20.其中：1-环形定子铁芯，2-弧形动子，3-整流器，4-蓄电池，101-空腔，102-线圈绕组，201-中心轴，202-磁轭，203-永磁铁磁极，204-滚珠。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
22.本实施例提出了一种船用波浪能多自由度发电系统，如图1、2所示，其中，x轴表示沿船长方向，y轴表示沿船宽方向，用于水平安装在船舶内部舱室的甲板上，包括水平设置的环形定子铁芯1，以及滑动安装在环形定子铁芯1内部的弧形动子2，环形定子铁芯1的内部为一空腔101，空腔101的内壁沿定子铁芯的轴线方向均匀嵌入多个环形线圈绕组102，弧形动子2包括弧形的中心轴201，中心轴201的截面形状与空腔101的截面形状匹配，中心轴201外壁覆盖固定有磁轭202，磁轭202的外周沿其自身的弧度方向均匀嵌入至少两个环形永磁铁磁极203，线圈绕组102的输出端通过整流器3与蓄电池4进行电连接，该蓄电池4的输出端用于连接船舶上的用电端。
23.需要说明的是，上述空腔101的内壁设置有多个环形凹槽，该环形凹槽用于安装线圈绕组102。
24.在本实施例中，通过在船舶内部舱室的甲板上水平设置一环形定子铁芯1，以及在该环形定子铁芯1内部设置一弧形动子2，当船舶在海面上随波浪运动时，弧形动子2在惯性力作用下于环形定子铁芯1内部进行往复运动，进而线圈绕组102切割永磁铁磁极203产生的磁感线将弧形动子2的动能转换成电能，电能通过整流器3输出直流电至蓄电池4。
25.可选的，线圈绕组102所在平面垂直于环形定子铁芯1的轴线，在该方案下，线圈绕
组102垂直切割磁感线，能够最大限度提高发电效率。
26.环形定子铁芯1和空腔101的剖面形状无特殊限制，比如环形定子铁芯1设置为截面为矩形的环状物，空腔101设置为截面为圆形的环状物，但为了最大程度降低材料的使用，环形定子铁芯1和空腔101的截面应同时为圆形或多边形。在其中一种可选的实施例中，空腔101为一截面为圆形或多边形的环形空腔，在此方案下，弧形动子2也应当匹配地设置为圆形或多边形的截面。
27.优选的，各个线圈绕组102之间的间距一致，各个永磁铁磁极203之间的距离与各个线圈绕组102之间的间距相同。在该方案下，每一个线圈绕组102每经过一个永磁铁磁极203都会切割一组磁感线，提高发电效果。
28.可选的，中心轴201侧面的两远端分别沿周向均匀设置有至少两个滚珠204，中心轴201通过滚珠204与空腔101的内壁进行滑动接触，滚珠204为非导磁材料制作。
29.线圈绕组102的内周与空腔101的内壁平齐，通过该设计，弧形动子2在空腔101内的直线运动不受线圈绕组102的干涉，保证中心轴201正常滑动。永磁铁磁极203的外周与线圈绕组102的内周间隙配合。通过永磁铁磁极203和线圈绕组102的间隙配合，中心轴201与空腔101之间留有气隙，避免两者间结合得过于紧密，从而影响中心轴201在空腔101内部滑行。
30.在一些更优的方案中，上述环形定子铁芯1包括镜像对称设置的上盖板和下盖板(图中未详细示意)。上盖板和下盖板通过紧固件连接，比如螺栓或者卡箍，在两个盖板扣合之前，能够进行线圈绕组102和弧形动子2的安装。
31.如图3所示，在船体纵荡和纵摇运动的影响下，弧形动子2所受到的惯性力沿x轴方向；在船体横荡和横摇运动的影响下，弧形动子2所受到的惯性力沿y轴方向；在船体艏摇运动的影响下，弧形动子2所受到的惯性力沿环形定子铁芯1的切线方向。实际中船舶在波浪里的运动往往是多个自由度运动的随机组合，所以弧形动子2的运动方向将由上述随机组合运动下的惯性力来决定。
32.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。