CN103939267B - 一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统 - Google Patents

一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统，发电基本单元包括浮在海面上的浮子，浮子正中间固接支撑柱上端，浮子下部有多个上下等距放置的方形永磁铁，支撑柱穿过多个方形永磁铁的正中间且固接多个方形永磁铁，支撑柱为中空的管状，内部空腔中装有弹簧和动子线圈，弹簧上端压在支撑柱顶面上，弹簧下端固接动子线圈上端，在与动子线圈相对应的位置处的支撑柱内壁一圈上紧贴定子永磁铁；每个方形永磁铁上表面上均固设四个相对于支撑柱中心轴两两轴对称的槽口架，每个槽口架的上表面上设有水平的槽口，位于支撑柱同一侧的两个槽口架的槽口之间放置一根水平的铜棒，将海洋的波浪能和平动动能转化为电能。

Description

一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统
技术领域
本发明涉及海洋发电技术领域，具体是同时利用了海洋波浪能和平动动能发电的系统。
背景技术
海洋蕴藏了丰富的能源，在能源渐趋枯竭的背景下，新型可再生能源的研发备受关注。目前，现有海洋发电装置主要利用海洋波浪能发电，存在的缺点如下：1、能源利用单一，如《科学技术与工程》2012年3月第12卷第9期中《基于永磁直线发电机的海洋发电系统概述》一文提到的一种基于直线电机的波浪发电技术，这种技术利用了海洋的波浪上下浮动引起动子线圈和定子永磁铁相对运动，产生动生电动势，将海洋的波浪能转化为电能，而对海洋的平动动能利用尚未涉及。中国专利公开号为CN102185521A的专利文献公开了一种利用海浪发电转置，此装置也是利用海洋的波浪能，通过压电发电技术将海洋的波浪能转换为电能，其对海洋平动动能的利用也尚未涉及。2、结构复杂，体积庞大，能源利用率低，如中国专利公开号为CN102384012A的专利文献公开了海浪发电转置，此装置体积庞大，利用海洋波浪能转换为电能，涉及到机械能、内能、电能之间的相互转化，转化过程复杂，能源损耗量大，能源转换率低。
发明内容
针对现有海洋发电转置存在的不足，考虑到海水在上下波动的同时还具有往复向前运动的特点，本发明提供一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统，综合利用海洋波浪能和平动动能，其发电基本单元结构简单，可以将海洋波浪能和平动动能转换为电能储存起来。
本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明包括发电基本单元，所述发电基本单元包括浮在海面上的浮子，浮子正中间固接支撑柱上端，浮子的下部有多个上下等距放置的方形永磁铁，支撑柱穿过多个方形永磁铁的正中间且固接多个方形永磁铁，支撑柱为中空的管状，支撑柱内部空腔中装有弹簧和动子线圈，弹簧上端压在支撑柱顶面上，弹簧下端固接动子线圈上端，动子线圈下端连接重物，重物通过绳索连接置于海底的锚；在与动子线圈相对应的位置处的支撑柱内壁一圈上紧贴定子永磁铁；每个方形永磁铁上表面上均固设四个相对于支撑柱中心轴两两轴对称的槽口架，每个槽口架的上表面上设有水平的槽口，位于支撑柱同一侧的两个槽口架的槽口之间放置一根水平的铜棒，铜棒可在两个槽口架的两个槽口内来回移动，每根铜棒两端固定套上钢管；每根铜棒的两端用引出线连接外部的第一逆变器，动子线圈也通过引出线连接第一逆变器。
与现有的海洋发电装置相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明利用海水流动的往复性，运用电磁感应的基本原理，综合利用海洋波浪能和平动动能，将海洋的波浪能和平动动能转化为电能，将电能储存起来后给用电装置供电，实现可再生能源的开发与利用。
2.本发明中的发电基本单元综合利用海洋的波浪能和平动动能，提高能源利用率；根据能量守恒定律计算可得，发电基本单元中的单平动动能转化模块的发电功率可达8.4kw。发电基本单元结构简单，工程实施难度较小。
3.本发明中的方形永磁铁采用镂空的设计方案，减小了海水波动给装置施加的力，提高了装置的稳定性和抗损坏能力。
4、本发明可为海水养殖场、海上灯船、海上孤岛、海上气象浮标、石油平台等提供能源，也可并入城市电网提供工业和民用能源。
附图说明
图1是本发明的一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统的连接结构图；
图2是图1中发电基本单元的结构图；
图3是图2中单个方形永磁铁2及其连接部件的俯视放大图；
图中：1.支撑柱；2.方形永磁铁；3.铜棒；4.固定支座；5.槽口架；6.钢管；7.浮子；8.弹簧；9.动子线圈；10.定子永磁铁；11.重物；12.锚。
具体实施方式
参见图1，本发明包括发电基本单元、逆变器、变压器、整流器、蓄电池和控制系统，发电基本单元分别连接控制系统和第一逆变器，第一逆变器的输出依次串接变压器、整流器和第二逆变器，第二逆变器连接电网，整流器的输出连接蓄电池，蓄电池再接控制系统。发电基本单元综合利用海洋波浪能和平动动能，将其转换为电能，通过第一逆变器、变压器、整流器将交流电转换为直流电，一部分的直流电储存在蓄电池中，蓄电池完成电能的储存和缓冲，另一部分电能通过第二逆变器并入电网供使用。同时，发电基本单元向控制系统传输采集到的数据，从而控制系统相应地调节发电基本单元的工作模式。
参见图2，发电基本单元包括支撑柱1、方形永磁铁2、浮子7、动子线圈9以及定子永磁铁10，浮子7浮在海面上，浮子7的正中间固定连接支撑柱1的上端，支撑柱1的下端伸在海水下，并且支撑柱1的下端有重物11，重物11通过绳索连接置于海底的锚12。在浮子7的下部有多个方形永磁铁2，多个方形永磁铁2上下等距放置，支撑柱1穿过多个方形永磁铁2的正中间并且固定连接多个方形永磁铁2。支撑柱1为中空的管状，支撑柱1内部空腔中安装弹簧8和动子线圈9，弹簧8在动子线圈9上部，弹簧8上端压在支撑柱1顶面上，弹簧8下端固定连接动子线圈9上端，动子线圈9下端连接重物11。在与动子线圈9相对应的位置处，在支撑柱1内壁一圈上固定紧贴定子永磁铁10。
参见图3，在每两个方形永磁铁2的中间连接固定支座4，支撑柱1穿过固定支座4上的通孔，与固定支座4固定连接。每一个方形永磁铁2的上表面上均固定设置四个槽口架5，四个槽口架5相对于支撑柱1中心轴两两轴对称，位于支撑柱1同一侧的两个槽口架5两两相对，每个槽口架5都呈工字形，槽口架5的上表面上设有水平的槽口，位于支撑柱1同一侧的两个槽口架5的槽口之间放置一根水平的铜棒3，铜棒3能在两个槽口架5的两个槽口内来回移动，每根铜棒3两端固定套上加厚的钢管6，可通过螺钉和螺母将铜棒3与加厚的钢管6固定。
本发明方形永磁铁2的个数为6至10个。在方形永磁铁2上开有多个相互平行的矩形通槽，使方形永磁铁2成镂空结构。
每根铜棒3的两端用引出线连接外部的第一逆变器，动子线圈9也通过引出线连接第一逆变器。利用电磁感应原理，当海水流过发电基本单元时，海水上下浮动的波浪能会带动浮子7在海面上上下浮动，从而引起动子线圈9和定子永磁铁10产生相对运动，导线切割磁感线产生电动势；同时，当海水在方形永磁铁2下流过时，由于海水流动具有往复性，海水往复向前流动产生平动动能，海水运动会带动铜棒3在槽口架5的槽口内来回移动，上下两个方形永磁铁2之间会产生磁场，在磁场的作用下，铜棒3切割磁感线产生电动势，铜棒3两端产生动生电动势，由此，将海水的波浪能和平动动能转换为电能。通过逆变器、变压器和整流器，将发电基本单元产生的一部分电能通过蓄电池储存起来，另外一部分电能通过逆变器并入电网使用。本发明在使用时，可采用多个发电基本单元，使多个发电基本单元并联，增加海水波浪能和平动动能转换的电能量。

Claims (6)

1.一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统，包括发电基本单元，所述发电基本单元包括浮在海面上的浮子（7），浮子（7）正中间固接支撑柱（1）上端，其特征是：浮子（7）的下部有多个上下等距放置的方形永磁铁（2），支撑柱（1）穿过多个方形永磁铁（2）的正中间且固接多个方形永磁铁（2），支撑柱（1）为中空的管状，支撑柱（1）内部空腔中装有弹簧（8）和动子线圈（9），弹簧（8）上端压在支撑柱（1）顶面上，弹簧（8）下端固接动子线圈（9）上端，动子线圈（9）下端连接重物（11），重物（11）通过绳索连接置于海底的锚（12）；在与动子线圈（9）相对应的位置处的支撑柱（1）内壁一圈上紧贴定子永磁铁（10）；每个方形永磁铁（2）上表面上均固设四个相对于支撑柱（1）中心轴两两轴对称的槽口架（5），每个槽口架（5）的上表面上设有水平的槽口，位于支撑柱（1）同一侧的两个槽口架（5）的槽口之间放置一根水平的铜棒（3），铜棒（3）可在两个槽口架（5）的两个槽口内来回移动，每根铜棒（3）两端固定套上钢管（6）；每根铜棒（3）的两端用引出线连接外部的第一逆变器，动子线圈（9）也通过引出线连接第一逆变器。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征是：第一逆变器的输出依次串接变压器、整流器和第二逆变器，第二逆变器连接电网，整流器的输出连接蓄电池，蓄电池再接控制系统。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征是：在每两个方形永磁铁（2）的中间连接固定支座（4），支撑柱（1）穿过固定支座（4）上的通孔与固定支座（4）固定连接。
4.根据权利要求1所述的发电系统，其特征是：在方形永磁铁（2）上开有多个相互平行的矩形通槽形成镂空结构。
5.根据权利要求1所述的发电系统，其特征是：所述方形永磁铁（2）的个数为6至10个。
6.根据权利要求1所述的发电系统，其特征是：所述发电基本单元有多个，多个发电基本单元并联。
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