一种应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置转让专利
申请号 : CN202111005308.1
文献号 : CN113623113B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 黄滨 , 王超 , 龚寅晨 , 王鹏忠 , 赵博文
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置,其特征在于,该发电装置包括壳体、位于所述壳体外部的对转叶轮、转向和偏航装置,位于所述壳体内部的机械变速装置和发电机装置,以及用于传递扭矩的磁力联轴装置;
所述壳体包括从前到后依次连接的导流壳体(4)、连接壳体(5)、中部壳体(6)和后壳体(7);
所述对转叶轮包括套接的叶片外轴(12)和叶片内轴(13),以及同轴布置的且旋转方向相反的前叶片组(2)、后叶片组(3);所述前叶片组(2)固定套接在叶片内轴(13)上,所述后叶片组(3)固定套接在叶片外轴(12)上;所述前叶片组(2)旋转带动所述叶片内轴(13)旋转,所述后叶片组(3)旋转带动所述叶片外轴(12)旋转;
所述磁力联轴装置包括轴向传动机构和径向传动机构;
所述轴向传动机构包括轴向联轴器输入轴(15)、轴向联轴器输入转子(17)、轴向联轴器输出转子(19)、轴向联轴器输出轴(21);所述径向传动机构包括径向联轴器输入轴(14)、径向联轴器内转子(16)、径向联轴器外转子(18)、径向联轴器输出轴(20);所述轴向联轴器输入轴(15)一端和叶片内轴(13)连接,外部通过所述径向联轴器输入轴(14)套接,所述径向联轴器输入轴(14)与所述叶片外轴(12)固定连接;所述径向联轴器内转子(16)固定套接在所述径向联轴器输入轴(14)外周,所述径向联轴器外转子(18)一端套接在所述径向联轴器内转子(16)外周,所述径向联轴器外转子(18)为套筒式结构,其两端通过轴承支撑在所述中部壳体(6)中;所述径向联轴器内转子(16)外周与径向联轴器外转子(18)内周相对应的位置均开设有安装槽,镶嵌有对称分布的、扇状形状、极性指向不同的永磁体(37);所述径向联轴器外转子(18)的另一端内部固定套接径向联轴器输出轴(20);所述径向联轴器输出轴(20)内部开设通孔;所述轴向联轴器输入轴(15)的另一端固定套接轴向联轴器输入转子(17);沿着整个发电装置的径向方向,所述轴向联轴器输出轴(21)与所述轴向联轴器输入轴(15)相对布置,两者共轴;所述轴向联轴器输出转子(19)与轴向联轴器输入转子(17)相对布置,且两者相对的面上均开设有凹槽,凹槽中安装对称分布、扇状形状、极性指向不同的永磁体(37);所述轴向联轴器输出轴(21)套设在所述径向联轴器输出轴(20)的通孔中;
所述叶片外轴(12)带动径向联轴器输入轴(14)、径向联轴器内转子(16)转动,然后通过磁力耦合带动径向联轴器外转子(18)、径向联轴器输出轴(20)转动;所述叶片内轴(13)带动轴向联轴器输入轴(15)、轴向联轴器输入转子(17)转动,然后通过磁力耦合带动轴向联轴器输出转子(19)、轴向联轴器输出轴(21)转动;
所述机械变速装置包括由第一锥齿轮(36)、第二锥齿轮(35)、第三锥齿轮(32)、中心轴(33)、轴承座(34)组成的力矩耦合装置和由第一齿轮(22)、第二齿轮(30)、第三齿轮(29)、第四齿轮(23)、增速轴(28)、第一轴承座(31)、第二轴承座(27)组成的增速装置;所述轴向联轴器输出轴(21)穿过所述第一锥齿轮(36)中心孔与中心轴(33)固定连接,第一锥齿轮(36)位于所述轴向联轴器输出轴(21)和径向联轴器输出轴(20)之间,且第一锥齿轮(36)固定套接在径向联轴器输出轴(20)上,所述第三锥齿轮(32)固定套接在所述中心轴(33)的端部;第二锥齿轮(35)分别与第一锥齿轮(36)和第三锥齿轮(32)啮合,第二锥齿轮(35)的中心轴线与所述中心轴垂直,第二锥齿轮(35)通过轴承与轴承座(34)连接,由轴承座(34)支撑在所述中部壳体(6)内壁;所述轴向联轴器输出轴(21)力矩直接作用在中心轴(33),径向联轴器输出轴(20)的力矩通过锥齿轮作用在中心轴(33)上,实现力矩耦合;
所述第一齿轮(22)固定套接在力矩耦合装置中心轴(33)上,所述第二齿轮(30)与第三齿轮(29)固定套接在增速轴(28)上,所述增速轴(28)两端支撑在第一轴承座(31)与第二轴承座(27)上,所述第一轴承座(31)与第二轴承座(27)平行分布在中心轴(33)的一侧,所述第四齿轮(23)与电机轴(24)固定连接;其中第一齿轮(22)与第二齿轮(30)啮合,第三齿轮(29)与第四齿轮(23)啮合;
所述发电机装置位于所述后壳体(7)内部,通过所述机械变速装置带动发电机转子转动,并通过切割磁感线产生感应电动势能,将机械能转化为电能。
2.根据权利要求1所述的应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置,其特征在于,所述转向和偏航装置包括对流尾舵和由支柱(11)、平台轴承座(10)、装置平台(9)组成的转向装置;所述对流尾舵(8)固定连接在后壳体(7)尾部,调节装置被动偏航实现迎流,进行发电;
所述装置平台(9)固定在所述壳体下方,所述平台轴承座(10)固定在所述支柱(11)上,所述装置平台(9)通过轴承转动支撑在所述支柱(11)上。
3.根据权利要求1所述的应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置,其特征在于,所述前叶片组(2)为三叶片结构,所述后叶片组(3)为四叶片结构,所述前叶片组(2)和后叶片组(3)在工作时旋转方向相反。
4.根据权利要求1所述的应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置,其特征在于,所述装置还包括导流罩(1),所述导流罩(1)为弧形,固定在所述前叶片组(2)之前。
说明书 :
一种应用磁力联轴器的对转桨海流能发电装置
技术领域
背景技术
其中之一。海流能所利用的是海水定向流动所具有的动能,具有可预测性强、能量密度大、
清洁可再生和受风浪影响小的特点。同时我国海流能储量丰富,其开发利用潜力巨大。如果
将海流动能转化为海底观测网中的电能,同时满足其低流速具备良好启动性能和高效动能
转化率的用电需求以及高可靠性,那么将解决海底观测网的电能自给问题,提高水下工作
效率和时间。
杂海况的适应性不强,发电效率低,密封损耗大,可靠性低。
机械结构复杂,密封困难。磁力传动联轴器利用磁场间的相互作用传递扭矩,属于非接触传
动,具有可以隔振、隔噪、对轴系偏差补偿能力强、免维护的特点,适用于这种需要隔离密封
的情况。然而传统的磁力联轴器往往只能传递单轴的扭矩。
发明内容
磁力耦合传动的方式,实现对转动力传输的对转桨海流能发电装置。
以及用于传递扭矩的磁力联轴装置;
片外轴上;所述前叶片组旋转带动所述叶片内轴旋转,所述后叶片组旋转带动所述叶片外
轴旋转;
子、径向联轴器外转子、径向联轴器输出轴;所述轴向联轴器输入轴一端和叶片内轴连接,
外部通过所述径向联轴器输入轴套接,所述径向联轴器输入轴与所述叶片外轴固定连接;
所述径向联轴器内转子固定套接在所述径向联轴器输入轴外周,所述径向联轴器外转子一
端套接在所述径向联轴器内转子外周,所述径向联轴器外转子为套筒式结构,其两端通过
轴承支撑在所述中部壳体中;所述径向联轴器内转子外周与径向联轴器外转子内周相对应
的位置均开设有安装槽,镶嵌有对称分布的、扇状形状、极性指向不同的永磁体;所述径向
联轴器外转子的另一端内部固定套接径向联轴器输出轴;所述径向联轴器输出轴内部开设
通孔;所述轴向联轴器输入轴的另一端固定套接轴向联轴器输入转子;沿着整个发电装置
的径向方向,所述轴向联轴器输出轴与所述轴向联轴器输入轴相对布置,两者共轴;所述轴
向联轴器输出转子与轴向联轴器输入转子相对布置,且两者相对的面上均开设有凹槽,凹
槽中安装对称分布、扇状形状、极性指向不同的永磁体;所述轴向联轴器输出轴套设在所述
径向联轴器输出轴的通孔中;
轴、轴向联轴器输入转子转动,然后通过磁力耦合带动轴向联轴器输出转子、轴向联轴器输
出轴转动;
第二轴承座组成的增速装置;所述中心轴与所述轴向联轴器输出轴共轴固连,第一锥齿轮
固定套接在所述轴向联轴器输出轴和径向联轴器输出轴之间,所述第二锥齿轮固定套接在
所述中心轴的端部;第二锥齿轮分别与第一锥齿轮和第三锥齿轮啮合,第二锥齿轮的中心
轴线与所述中心轴垂直,第二锥齿轮通过轴承与轴承座连接,由轴承座支撑在所述中部壳
体内壁;所述轴向联轴器输出轴力矩直接作用在中心轴,径向联轴器输出轴的力矩通过锥
齿轮作用在中心轴上,实现力矩耦合;
与第二轴承座平行分布在中心轴的一侧,所述第四齿轮与电机轴固定连接。其中第一齿轮
与第二齿轮啮合,第三齿轮与第四齿轮啮合;
电;所述装置平台固定在所述壳体下方,所述平台轴承座固定在所述支柱上,所述装置平台
通过轴承转动支撑在所述支柱上。
其内部构成密封腔体;所述径向联轴器外转子、径向联轴器输出轴、轴向联轴器输出转子、
轴向联轴器输出轴、机械变速装置、发电机装置均位于所述密封腔体内。
流功能;
使海底观测网实现电能自给。
的力矩损耗小。
附图说明
轴,13为叶片内轴,14为径向联轴器输入轴,15为轴向联轴器输入轴,16为径向联轴器内转
子,17为轴向联轴器输入转子,18为径向联轴器外转子,19为轴向联轴器输出转子,20为径
向联轴器输出轴,21为轴向联轴器输出轴,22为第一齿轮,23为第四齿轮,24为电机轴,25为
发电机,26为发电机壳套,27为第二轴承座,28为增速轴,29为第四齿轮,30为第二齿轮,31
为第一轴承座,32为第三锥齿轮,33为中心轴,34为轴承座,35为第二锥齿轮,36为第一锥齿
轮,37为永磁体。
具体实施方式
发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
装置、机械变速装置和发电机装置。
固定套接在叶片外轴12上;所述前叶片组2旋转带动所述叶片内轴13旋转,所述后叶片组3
旋转带动所述叶片外轴12旋转。所述前叶片组2和后叶片组3在工作时旋转方向相反。
输出转子19结构相似,均为有中心轴安装孔的圆盘状,以及沿中心轴均匀分布的永磁体安
装槽,并且两转子同轴套接设置。其中对称分布、扇状形状的永磁体37镶嵌在轴向联轴器输
入转子17与轴向联轴器输入转子19的永磁体安装槽内。其中轴向联轴器输入轴15和轴向联
轴器输出轴21安装在轴向联轴器输入转子17与轴向联轴器输出转子19的中心轴安装孔中,
并固定连接。
并分别套在轴向联轴器输入轴15与轴向联轴器输出轴21上。并且径向联轴器输入输出轴内
孔与轴向联轴器输入输出轴配合为间隙配合够相对运动。其中径向联轴器内转子16套接在
径向联轴器输入轴14一侧,径向联轴器内转子16为圆环状,外侧均匀分布有永磁体条安装
槽,内孔与径向联轴器输入轴14固定连接,其中径向联轴器外转子18套在径向联轴器输出
轴20一侧,径向联轴器外转子18为中部设有孔的盖状,盖缘内侧预留有轴向联轴器转子的
安装槽以及均匀分布的永磁体安装槽,径向联轴器外转子18与轴向联轴器输入输出转子
17,19留有间隙可以相对运动,径向联轴器外转子18内孔与径向联轴器输出轴20固定连接,
径向联轴器外转子18盖缘内侧均匀设置有永磁体条安装槽。其中对称分布的永磁体37镶嵌
在径向联轴器内转子16外侧与轴线联轴器外转子18内侧的安装槽内。
也有该永磁体与其耦合的永磁体的相邻的两永磁体的排斥力的作用。
其中轴向联轴器输出轴21穿过第一锥齿轮36中心孔与中心轴33固定连接。其中第三锥齿轮
32套接在中心轴上固定连接。其中第二锥齿轮35分别与第一锥齿轮36和第三锥齿轮32啮
合,第二锥齿轮35的中心轴线与中心轴33垂直,第二锥齿轮35通过轴承与轴承座34连接。其
中中心轴33接收来自轴向联轴器输出轴21的扭矩,第一锥齿轮36接收来自径向联轴器输出
轴20的扭矩并同第二锥齿轮35与第三锥齿轮32作用在中心轴33上。
22与第二齿轮30啮合。其中第二齿轮30与第三齿轮29套接在增速轴28上固定连接,增速轴
28两端分布通过轴承固定在第一轴承座31与第二轴承座27内并平行放置在中心轴33的一
侧。其中第三齿轮29与第四齿轮23啮合。其中第四齿轮23套接在电机轴24上固定连接。其中
增速装置通过两组齿轮的啮合改变了中心轴33的转速和扭矩并传递给电机轴24。
接。其中电机轴24通过接收由第四齿轮23传递来的扭矩,带动发电机转子转动,并通过转子
切割磁感线产生感应电动势能,将机械能转化为电能。
腔体。前述的径向联轴器外转子18、径向联轴器输出轴20、轴向联轴器输出转子19、轴向联
轴器输出轴21、机械变速装置、发电机装置均位于所述密封腔体内,从而实现对转磁力联轴
器输出与发电机输出的密封隔离。而径向联轴器输入轴14与轴向联轴器输入轴15位于密封
腔体外部,浸没于水中。
电;所述装置平台9固定在所述壳体下方,所述平台轴承座10固定在所述支柱11上,所述装
置平台9通过轴承转动支撑在所述支柱11上。
获效率,并降低设备成本,所述后叶片组3为四叶片结构。为了平衡设备力矩,并减小前叶片
组尾迹流对后叶片组的影响,所述前叶片组2与后叶片组3旋转方向不同。
向上安装方向不同,因此前后两组叶片的旋转方向不同。前叶片组2通过叶片内轴13带动轴
向联轴器输入轴15转动,为轴向联轴器输入扭矩;后叶片组3通过叶片外轴12带动径向联轴
器输入轴14转动,为径向联轴器输入扭矩。轴向联轴器输入轴15转动带动轴向联轴器输入
转子17转动,轴向联轴器输入转子17通过磁力耦合作用带动轴向联轴器输出转子19转动并
通过轴向联轴器输出轴21输出扭矩,即轴向联轴器输入轴15转动时,轴向联轴器输出轴21
同步转动。径向联轴器输入轴14转动带动径向联轴器内转子16转动,径向联轴器内转子16
通过磁力耦合作用带动径向联轴器外转子18转动并通过径向联轴器输出轴20输出扭矩,
即,径向联轴器输入轴14转动时径向联轴器输出轴20同步转动。中心轴33与轴向联轴器输
出轴21固定连接,接收扭矩;第一锥齿轮36与径向联轴器输出轴20固定连接并与第二锥齿
轮35啮合,第一锥齿轮36接收径向联轴器输出轴20的扭矩并传递到第二锥齿轮35上。第三
锥齿轮32套接在中心轴33上固定连接并与第二锥齿轮35啮合,第三锥齿轮32传递第二锥齿
轮35上的扭矩到中心轴33上,即,最终把对转的扭矩同步输入到中心轴上。中心轴33一端套
接有第一齿轮22,第一齿轮22与第二齿轮30啮合,第一齿轮22随中心轴33转动并带动第二
齿轮30转动。第二齿轮30第三齿轮29固定套接在增速轴28上,第二齿轮30通过增速轴28带
动第三齿轮29旋转。第四齿轮23固定套接在电机轴24上并与第三齿轮28啮合,第三齿轮28
传递扭矩到第四齿轮23上并带动电机轴24旋转。电机轴24旋转带动发电机转子转动,并通
过转子切割磁感线产生感应电动势能,从而将海流的动能转化为机械能,再将机械能转化
为电能,供设备使用。
可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡
在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。