CN104696149A - 一种多状态稳定波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：包括：外壳防护部分和固定于所述外壳防护部分内的发电装置部分，所述发电装置部分包括直线发电机模块，所述直线发电机模块包括位于两端的两固定平台（7），设置于两所述固定平台（7）之间中心位置的铁芯（8），所述铁芯（8）的两端均利用微轴（6）穿过所述固定平台（7）后由螺帽（2）固定于所述固定平台（7）上。本发明提供的一种多状态稳定波浪能发电装置，平稳发电，只经过两级能量转换过程，效率较高，运动阻力小，可靠性高，结构简单，电能输出更为稳定，是一种高效可靠利用波浪能的新方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种多状态稳定波浪能发电装置，尤其涉及一种用于竖直工作状态或水平工作状态的稳定波浪能发电装置，属于新能源技术领域。
背景技术
广阔的海洋蕴藏着大量的能量，包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。据估算，全世界波浪能的理论值约为109kW量级，是现在世界发电量的数百倍，应用前景广阔，是各国海洋能研究开发的重点。自20世纪70年代世界石油危机以来，各国不断投入大量资金人力开展波浪能开发利用的研究，日、英、美、澳等国家都研制出应用波浪发电的装置，并应用于波浪发电中。
中国拥有473万km2的海洋，1.8万km绵延的海岸线，有着富饶的海洋能资源，但是我国波浪能利用研究起步较晚，与世界先进水平有一定差距。我国东部沿海地区经济发达，电力负荷密集，电网强大，为大规模海洋能的开发和利用创造了有利条件。与此同时，中国正在实施海洋资源开发和可再生能源等发展战略，海洋能作为一种重要的海洋资源和清洁的能源，其开发和利用是国家发展战略的必然要求。
目前国内外投入使用的波浪发电装置主要采用旋转电机，可分为振荡式、气压式、液动式，其工作稳定性和发电效率普遍较差，装置的安全性也得不到保障，制作和维修成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种平稳发电，只经过两级能量转换过程，效率较高的多状态稳定波浪能发电装置；进一步地，本发明采用微型滑动轴承（即微轴）和直线导轨（即固定轴）相结合的设计，减小了运动阻力，保证了装置工作过程中的可靠性，电能输出更为稳定；更进一步地，本发明装置简单，零件少且易维修维护，故障率少，制作和维修成本低；更进一步地，本发明使用状态多样，能够用于竖直工作状态或水平工作状态。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：包括：外壳防护部分和固定于所述外壳防护部分内的发电装置部分，所述发电装置部分包括直线发电机模块，所述直线发电机模块包括位于两端的两固定平台，设置于两所述固定平台之间中心位置的铁芯，所述铁芯的两端均利用微轴穿过所述固定平台后由螺帽固定于所述固定平台上，所述铁芯外绕制线圈，两所述固定平台之间设置有若干固定轴，动子的中心设置有用于穿过所述线圈和铁芯的第一开孔，所述第一开孔的四周设置有若干用于穿过所述固定轴的第二开孔，所述第二开孔穿过所述固定轴后将所述动子设置在所述线圈和铁芯的中间，所述动子上下两端都连接着弹簧，所述弹簧另一端分别连接两所述固定平台。
所述动子为一环形永磁体，其上有第二开孔，第二开孔可穿过固定轴，动子只能沿固定轴的轴向运动，并产生磁场。
所述固定轴两端固定于固定平台上，弹簧、动子、弹簧依次穿过固定轴被固定住，动子只能沿固定轴的轴向运动。
所述铁芯和线圈为直线发电机模块的定子，线圈缠绕在铁芯外面，随着动子运动切割磁场产生电压。
若干所述第二开孔均均匀分布于所述第一开孔的同心圆上。
所述第二开孔的个数为4个，所述固定轴的个数也为4个。
所述外壳防护部分包括竖直工作状态的外壳防护部分或水平工作状态的外壳防护部分。
所述竖直工作状态的外壳防护部分包括将所述直线发电机模块设置于其内的外壳和与所述外壳顶端固定连接的上盖；所述外壳的形状为子弹头型，所述子弹头型的顶端为平端，所述平端与所述上盖的下表面中心固定连接；所述上盖是由轻质不透水材料做成的圆形盖子；所述微轴穿过位于上端的所述固定平台后与所述上盖的中心固定连接。
轻质不透水材料包括聚乙烯等普通塑材料、铝材或强度大的塑料。
所述子弹头型的地点为尖端。
所述水平工作状态的外壳防护部分包括顶盖、中间壳、底盖和翼型浮子，所述中间壳上下分别连接所述顶盖和底盖，所述中间壳两侧对称连接若干个所述翼型浮子；所述微轴两端穿过所述固定平台后分别与所述顶盖和底盖的中心固定连接。
翼型浮子的个数为至少4个。
所述中间壳为空心圆柱体，所述顶盖和底盖为半球体形状，分别连接于所述中间壳的上下两端，所述顶盖、中间壳、底盖组合后为胶囊型。
所述弹簧穿过固定轴分别位于动子的上下两端，另一端与固定平台相连，竖直工作状态时，在波峰时，下端弹簧受挤压，上端弹簧拉伸，动子位于装置下端，在波谷时，上端弹簧受挤压，下端弹簧拉伸，动子位于装置上端，随着波浪起伏，不断运动。
所述发电装置部分还包括整流电路模块，所述整流电路模块包括RC低通滤波电路、桥式整流电路和三端稳压管稳压输出电路，所述RC低通滤波电路连接所述直线发电机模块，所述三端稳压管稳压输出电路连接用电设备或蓄电池。
所述RC低通滤波电路包括低通滤波器和第一电容器，导线将所述直线发电机模块与所述低通滤波器和第一电容器连接起来，再连接所述桥式整流电路。
所述桥式整流电路包括若干二极管，导线传入的电压经过二极管的单向导通进行整流，输出直流电通过导线传至所述三端稳压管稳压输出电路。
所述三端稳压管稳压输出电路包括三端稳压管、第二电容器、滤波器以及接地装置；所述三端稳压管通过导线连接所述桥式整流电路，对输入电压进行稳压处理并输出至所述第二电容器、滤波器以及接地装置保护，最后稳压输出。
本发明提供的一种多状态稳定波浪能发电装置分为能量收集模块和直线发电机模块，装置又为竖直工作姿态跟水平工作姿态。
（1）能量收集模块：竖直工作姿态时装置整体采用大浮子和低重心的搭配，可保持工作姿态的稳定性，且流线型的外形减少了装置在运动过程中的能量损失（外壳为流线型结构），并根据波浪频率和振幅的变化调整水平装置的排布和距离，从而改变装置的固有频率，达到和波浪共振的目的，最大程度地吸收波浪能。水平工作姿态时，装置整体采用翼型浮子和长胶囊状外壳的搭配，可更好的利用波浪的运动。且长胶囊的外形减少了装置在运动过程的能量损失，两端的翼型浮子则可使装置更易随着波浪的起伏而左右震荡，从而提高能量的吸收效率，最大程度地吸收波浪能。
（2）直线发电机模块：竖直工作姿态时由于外壳体质量较轻，会随着波浪起伏而上下运动，而装置内部动子由于惯性和弹簧力的滞后性与定子产生相对运动，从而切割磁感线发电。水平工作姿态时当装置外壳体随着波浪起伏而左右振荡，装置内部动子由于自身重力会沿着导轨来回滑动，从而切割磁感线发电。
竖直工作姿态跟水平工作姿态的装置都采用直线发电机和弹簧振子相结合，实现了波浪能—电能—机械能的两级能量转化，减少了能量传递环节，降低了能量损耗，从而进一步提高发电效率；且发电机体内部都采用微型轴承进行导引，既减少了装置运动过程中的阻尼损耗，又保证了装置的安全性。
微型轴承将定子固定于两固定平台之间，光滑导轨（即固定轴的表面为光滑表面）对动子进行导引，保证了动子与定子相对运动的稳定性，动子与导轨接触是光滑的，减少运动阻力，阻尼就会减少。
本发明根据海洋中波浪是水平波浪和竖直波浪的状态来调整竖直工作姿态和水平工作姿态，利用本发明可整合姿态，以便获得更多的波浪能。
本发明采用了弹簧振子与直线发电机相结合，提高了装置的安全性和可靠性；装置整体采用流线型外形，大浮子和低重心的搭配使得装置随波浪运动时，能维持较好的稳定性，减少了能量的转化环节，延长了使用寿命；利用光滑导轨和微型轴承进行导引，保证了动子与定子相对运动的稳定性，使永磁体与线圈间的气隙是最优距离，提高了发电效率；装置整合姿态自动控制模块，使装置在复杂的海洋环境中能够自动调整工作姿态，提高了对海洋环境的适应性；装置具有自适应阻尼系统，运动阻尼可根据波浪频率的变化而自动调整，使装置在运动过程中可实现共振聚波，大幅度提高了发电效率；装置可同时应用于水平和竖直两种工作姿态，将两种工作姿态结合使用，进一步提高了波浪能的利用率，保证了装置工作的安全性。此外，本发明装置具有良好的节能减排效果，能够降低煤炭等不可再生能源的消耗，同时也能很好的减少有害气体的排放。
本发明提供的一种多状态稳定波浪能发电装置，将弹簧振子与直线发电机模块结合应用于波浪发电，装置整体随波浪起伏运动，动子绕组由于惯性而与定子产生相对运动，切割磁感线发电，同时压缩弹簧储存部分能量，在下一个工作过程释放弹簧储能，实现平稳发电；本发明克服了传统波浪发电装置电能输出稳定性较差的缺点，且只经过两级能量转换过程，效率较高；此外采用微型滑动轴承和直线导轨相结合，减小了运动阻力，保证了装置工作过程中的可靠性；而且本发明结构简单，电能输出更为稳定，是一种高效可靠利用波浪能的新方式。
附图说明
图1为本发明竖直工作状态的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为本发明水平工作状态的结构示意图；
图4为图3的A-A向剖视图；
图5为本发明中整流电路模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1~5所示，一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：包括：外壳防护部分和固定于所述外壳防护部分内的发电装置部分，所述发电装置部分包括直线发电机模块，所述直线发电机模块包括位于两端的两固定平台7，设置于两所述固定平台7之间中心位置的铁芯8，所述铁芯8的两端均利用微轴6穿过所述固定平台7后由螺帽2固定于所述固定平台7上，所述铁芯8外绕制线圈10，两所述固定平台7之间设置有若干固定轴5，动子9的中心设置有用于穿过所述线圈10和铁芯8的第一开孔，所述第一开孔的四周设置有若干用于穿过所述固定轴5的第二开孔，所述第二开孔穿过所述固定轴5后将所述动子9设置在所述线圈10和铁芯8的中间，所述动子9上下两端都连接着弹簧4，所述弹簧4另一端分别连接两所述固定平台7。
若干所述第二开孔均均匀分布于所述第一开孔的同心圆上。
所述外壳防护部分包括竖直工作状态的外壳防护部分或水平工作状态的外壳防护部分。
所述竖直工作状态的外壳防护部分包括将所述直线发电机模块设置于其内的外壳3和与所述外壳3顶端固定连接的上盖1；所述外壳3的形状为子弹头型，所述子弹头型的顶端为平端，所述平端与所述上盖1的下表面中心固定连接；所述上盖1是由轻质不透水材料做成的圆形盖子；所述微轴6穿过位于上端的所述固定平台7后与所述上盖1的中心固定连接。
所述水平工作状态的外壳防护部分包括顶盖21、中间壳23、底盖24和翼型浮子22，所述中间壳23上下分别连接所述顶盖21和底盖24，所述中间壳23两侧对称连接若干个所述翼型浮子22；所述微轴6两端穿过所述固定平台7后分别与所述顶盖21和底盖24的中心固定连接。
所述中间壳23为空心圆柱体，所述顶盖21和底盖24为半球体形状，分别连接于所述中间壳23的上下两端，所述顶盖21、中间壳23、底盖24组合后为胶囊型。
所述发电装置部分还包括整流电路模块，所述整流电路模块包括RC低通滤波电路31、桥式整流电路32和三端稳压管稳压输出电路33，所述RC低通滤波电路31连接所述直线发电机模块，所述三端稳压管稳压输出电路33连接用电设备或蓄电池。
所述RC低通滤波电路31包括低通滤波器35和第一电容器34，导线将所述直线发电机模块与所述低通滤波器35和第一电容器34连接起来，再连接所述桥式整流电路32。
所述桥式整流电路32包括若干二极管36，导线传入的电压经过二极管36的单向导通进行整流，输出直流电通过导线传至所述三端稳压管稳压输出电路33。
所述三端稳压管稳压输出电路33包括三端稳压管37、第二电容器38、滤波器39以及接地装置40；所述三端稳压管37通过导线连接所述桥式整流电路32，对输入电压进行稳压处理并输出至所述第二电容器38、滤波器39以及接地装置40保护，最后稳压输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：包括：外壳防护部分和固定于所述外壳防护部分内的发电装置部分，所述发电装置部分包括直线发电机模块，所述直线发电机模块包括位于两端的两固定平台（7），设置于两所述固定平台（7）之间中心位置的铁芯（8），微轴（6）贯穿所述铁芯（8）的中心后两端再分别穿过所述固定平台（7）后由螺帽（2）固定于所述固定平台（7）上，所述铁芯（8）外绕制线圈（10），两所述固定平台（7）之间设置有若干固定轴（5），动子（9）的中心设置有用于穿过所述线圈（10）和铁芯（8）的第一开孔，所述第一开孔的四周设置有若干用于穿过所述固定轴（5）的第二开孔，所述第二开孔穿过所述固定轴（5）后将所述动子（9）设置在所述线圈（10）和铁芯（8）的中间，所述动子（9）上下两端都连接着弹簧（4），所述弹簧（4）另一端分别连接两所述固定平台（7）。
2.根据权利要求1所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：若干所述第二开孔均均匀分布于所述第一开孔的同心圆上。
3.根据权利要求1所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述外壳防护部分包括竖直工作状态的外壳防护部分或水平工作状态的外壳防护部分。
4.根据权利要求3所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述竖直工作状态的外壳防护部分包括将所述直线发电机模块设置于其内的外壳（3）和与所述外壳（3）顶端固定连接的上盖（1）；所述外壳（3）的形状为子弹头型，所述子弹头型的顶端为平端，所述平端与所述上盖（1）的下表面中心固定连接；所述上盖（1）是由轻质不透水材料做成的圆形盖子；所述微轴（6）穿过位于上端的所述固定平台（7）后与所述上盖（1）的中心固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述水平工作状态的外壳防护部分包括顶盖（21）、中间壳（23）、底盖（24）和翼型浮子（22），所述中间壳（23）上下分别连接所述顶盖（21）和底盖（24），所述中间壳（23）两侧对称连接若干个所述翼型浮子（22）；所述微轴（6）两端穿过所述固定平台（7）后分别与所述顶盖（21）和底盖（24）的中心固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述中间壳（23）为空心圆柱体，所述顶盖（21）和底盖（24）为半球体形状，分别连接于所述中间壳（23）的上下两端，所述顶盖（21）、中间壳（23）、底盖（24）组合后为胶囊型。
7.根据权利要求1所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述发电装置部分还包括整流电路模块，所述整流电路模块包括RC低通滤波电路（31）、桥式整流电路（32）和三端稳压管稳压输出电路（33），所述RC低通滤波电路（31）连接所述直线发电机模块，所述三端稳压管稳压输出电路（33）连接用电设备或蓄电池。
8.根据权利要求7所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述RC低通滤波电路（31）包括低通滤波器（35）和第一电容器（34），导线将所述直线发电机模块与所述低通滤波器（35）和第一电容器（34）连接起来，再连接所述桥式整流电路（32）。
9.根据权利要求7所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述桥式整流电路（32）包括若干二极管（36），导线传入的电压经过二极管（36）的单向导通进行整流，输出直流电通过导线传至所述三端稳压管稳压输出电路（33）。
10.根据权利要求7所述的一种多状态稳定波浪能发电装置，其特征在于：所述三端稳压管稳压输出电路（33）包括三端稳压管(37）、第二电容器（38）、滤波器（39）以及接地装置（40）；所述三端稳压管（37）通过导线连接所述桥式整流电路（32），对输入电压进行稳压处理并输出至所述第二电容器（38）、滤波器（39）以及接地装置（40）保护，最后稳压输出。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105114239A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-02 | 郭晨 | 一种基于直线发电机的可控姿态波浪发电装置 |
| CN109356771A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-02-19 | 江苏科技大学 | 一种海流能波浪能综合利用发电装置 |
| CN109823479A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-05-31 | 青岛市海洋装备研究所(中国船舶重工集团公司第七一〇研究所青岛海洋装备工程中心) | 一种基于波浪能的argo浮标 |
| CN113586325A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-02 | 中国科学院电工研究所 | 一种深海涡激振动发电装置 |
| CN115076018A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-20 | 江苏科技大学 | 一种自升降杠杆式潮流能发电装置 |
-
2015
- 2015-01-04 CN CN201510001537.4A patent/CN104696149A/zh not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105114239A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-02 | 郭晨 | 一种基于直线发电机的可控姿态波浪发电装置 |
| CN109823479A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-05-31 | 青岛市海洋装备研究所(中国船舶重工集团公司第七一〇研究所青岛海洋装备工程中心) | 一种基于波浪能的argo浮标 |
| CN109356771A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-02-19 | 江苏科技大学 | 一种海流能波浪能综合利用发电装置 |
| CN113586325A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-02 | 中国科学院电工研究所 | 一种深海涡激振动发电装置 |
| CN115076018A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-20 | 江苏科技大学 | 一种自升降杠杆式潮流能发电装置 |
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Application publication date: 20150610 |