基于matlab设计海洋浮子振幅放大传动装置

# 技术文库 2013-04-26 11:01 来源：中国电力电子产业网

　　摘要：波浪能是一种新型的可再生能源，具有广阔的开发前景。将波浪能转化为电能的课题自始至终都吸引着科研人员的目光，但是多数波浪发电装置的效率低而成本高，为提高波浪发电装置的发电效率，设计出一套浮子式波浪能发电装置的浮子振幅放大机构。详述了海洋浮子振幅放大传动装置通过利用海浪水平方向上的动能转化为定子铁心在竖直方向上的动能，增大了波浪能发电装置切割磁感线的有效行程，从而增大了发电效率;利用Matlab仿真不同海况下装置转化情况，模拟仿真分析主要影响因素，证明通过在传统波浪发电装置中安装该机构可以明显提高波浪发电装置的效率，给出工程应用依据。

　　关键词：波浪能传动机构海洋浮子波浪发电

　　The Design of Marine Float Amplitude Amplification Transmission Device Based on Matlab

　　WANG Chao ZHENG Weigang

　　(Wuhan University of Technology, School of energy and power engineering，Wu’han 430063)

　　Abstract:Wave energy is a renewable energy, has broad development prospect. The wave energy into electrical energy topic attracted researchers attention all the time, but the efficiency of most of wave power generation device is low and high cost, in order to improve the power efficiency of wave power generation device, designed to float amplitude a buoy wave power device of the amplifier. Details of marine float amplitude amplification driving device by utilizing the kinetic energy of the waves in the horizontal direction is converted to kinetic energy in the vertical direction of the stator core, increases the effective stroke of wave energy power generation device cuts magnetic induction lines, thereby increasing the efficiency of power generation; transformation of different sea device using Matlab simulation, the simulation analysis of the main factors affecting, proved by installation of the mechanism in the traditional wave power device can significantly improve the efficiency of wave power generation device, gives an application basis.

　　Key word: Wave energy Transmission device Ocean buoy Wave power generation

　　前言

　　在能源越来越紧缺的当今时代，寻找替代能源及新能源开发利用日益为人们所追捧。其中波浪能由于其巨大的蕴藏量更是备受国内外学者专家的关注。然而近年来虽然有众多方案被提出，但由于高投入，低转化，设备复杂等方面原因，导致波浪能开发技术不能广泛的推广和应用到生产生活实际当中，因此开发一种新型的高效节能的波浪能转化装置迫在眉睫，这将会大力促进海洋资源开发，甚至会解决人类日益严重的能源危机。

　　目前波浪能发电装置主要包括：震荡浮子式、震动水柱式、点头鸭式、牡蛎式以及wave dragon式波浪发电装置 .但是这些装置都普遍存在能量转化率小的瓶颈，这也使得波浪能发电装置的推广变的困难。

　　为了克服现有波浪能发电装置发电效率低的缺陷，本文设计出了一套基于海洋浮子式波浪发电装置的浮子振幅放大传动装置，通过该套装置将海水的水平动能转化为竖直方向上的动能，使海洋浮子在竖直方向上的振幅增大，这样使得波浪能发电装置切割磁感线的有效行程增大，由于海水的固有频率不受装置的影响，从而达到了提高波浪能发电装置发电效率的目的。

　　1浮子振幅放大传动机构方案设计

　　本文通过比对传统浮子式波浪发电装置，分析传统浮子式波浪发电装置的发电原理是通过波浪的上下起伏使得承浪浮子做上下往复直线运动，带动动子线圈做往复的切割磁感线运动，从而将波浪的动能转化成电能。但是传统浮子式波浪发电装置仅仅是利用了波浪水平方向上的动能，并没有利用其竖直方向的能量。本文是通过对传统浮子式波浪发电装置的分析研究，设计出了一套浮子振幅放大传动机构。图1为传统浮子式波浪发电装置;图2为装有浮子振幅放大传动机构的新式浮子式波浪发电装置。

　　2浮子振幅放大传动机构工作原理

　　浮子振幅放大传动机构是由水力涡轮、锥齿轮、直齿轮、齿条、蜗杆以及定时推杆组成。图3为浮子振幅放大传动机构。从图3中可以看出水平浪流带动水力涡轮，通过多级齿轮传动，当海洋浮子向下运动时，动子铁杆末端的涡轮与最后一级的齿轮啮合，使得浮子振幅增大，从而波浪能发电装置切割磁感线的有效行程增大;当海洋浮子上行时，动子铁杆触发定时装置，使得最后一级的齿轮而动子铁杆上的涡轮分离。因为浪流波动的固有频率不变，不受装置自身的影响，所以新型浮子式波浪发电装置与传统浮子式波浪发电装置的发电周期相同，而新型浮子式波浪发电装置在一个发电周期内动子线圈切割磁感线的有效行程大，从而新型浮子式波浪发电装置的发电效率得到了提高。

　　3运动建模

　　3.1受力分析

　　海洋浮子和振幅放大传动机构的运动状态与发电线路及海况存在着相互制约的关系。本文从海洋浮子及浮子振幅放大机构的的受力分析着手，根据整体系统对海况的响应，分析各参数之间关系。整体系统在标定工况下运行时，海洋浮子随海浪纵向往复运动，主要受到一个恒力与两个变力的作用：浮子自身的重力G为恒力，海水对浮子的浮力为变力，发电线路的反电磁力为变力，以及振幅放大机构对中心轴的作用力为变力。不考虑G、、对系统的影响。仅从振幅放大机构对中心轴的作用力着手。