CN106655622B - 一种铰接式链条形波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铰接式链条形波浪能发电装置，包括若干永磁体短节和线圈短节，永磁体短节和线圈短节呈链节状且交替铰接成长条状，随波浪运动；永磁体短节两端各设置有一个凸起部，凸起部上设置有垂直于长度方向的转轴；线圈短节两端各设置有一个凹陷部，凹陷部两侧设置有垂直于长度方向的转轴孔；凸起部与凹陷部相适配，并通过转轴和转轴孔的配合实现凸起部与凹陷部的铰接；以转轴为中心轴线，凸起部与凹陷部相面对一侧分别设置有弧形排布的永磁体阵列和线圈阵列，且线圈阵列通过电能处理及储能装置及电缆向外输电。本发明具有结构简单、安全可靠、环保高效、使用灵活等优点，能够适应不同的波浪形状，并进一步提高了能量转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种铰接式链条形波浪能发电装置，属于可再生能源技术领域。
背景技术
经济和社会的发展对能源的需求日益增加，而当今广泛依赖的石油、煤炭、天然气等传统矿物能源有限且不可再生。与此同时，传统能源的使用容易带来环境污染和温室效应等问题，这些都促使人们不断探索可再生新能源。世界各国都将开发利用可再生新能源列入到科学研究的重要位置。在可再生绿色能源中，波浪能十分丰富，是开发利用的重点，其采集技术也吸引了越来越多的研究者。
通常，波浪能量转换可以分为3级转换：第一级为受波体，它将波浪能量以动能的形式吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生稳定的能量，通常是将受波体或者波浪的动能转换为压缩气体内能、液压能或蓄水重力势能；第三级为发电装置，与其他传统的发电装置类似。多级的能量传递，不仅使得系统综合能量回收效率非常低，而且增加了系统的复杂性，使得初期成本和后期维护成本都很高。
与传统的波浪能采集装置不同的是，为了提高能量采集效率，专利CN102287310A提出了一种蛇形波浪能采集装置，通过波浪直接推动永磁短截和线圈短截使其产生相对运动来实现发电，减小了中间转换环节带来的能量损失。同时，其结构简单可靠、更耐冲击，可以抗击极端海况，系泊成本也较低。然而，该结构主要通过波浪驱动下永磁短截和线圈短截的相对位错的变化来改变线圈中的磁链进行发电，这对短截长度与波浪波长的匹配提出了较高要求，同时对短节之间在波浪驱动下的相对转动的动能利用效率仍有提升的空间。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种铰接式链条形波浪能发电装置，具有结构简单、安全可靠、环保高效等特点，其能量转换效率高，且能适应不同的波浪形状。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种铰接式链条形波浪能发电装置，包括至少一个装载有永磁体的永磁体短节和至少一个装载有线圈的线圈短节，所述永磁体短节和线圈短节呈链节状且交替铰接成长条状；该装置长度方向上的一端通过缆绳安装于水底，其另一端为自由端，整个装置随波浪波动。
作为优选，所述永磁体短节中部设置有永磁体短节减重空腔，永磁体短节长度方向上的两端各设置有一个凸起部；凸起部上设置有垂直于长度方向的转轴；所述线圈短节中部设置有线圈短节减重空腔，线圈短节长度方向上的两端各设置有一个凹陷部，凹陷部两侧设置有垂直于长度方向的转轴孔；所述凸起部与凹陷部相适配，并通过转轴和转轴孔的配合实现凸起部与凹陷部的铰接；
以转轴为中心轴线，所述凸起部在其与凹陷部相配合的一侧设置有圆弧形排布的永磁体阵列，所述凹陷部在其与凸起部相配合的一侧设置有圆弧形排布的线圈阵列；
所述线圈短节减重空腔内设置有电能处理及储能装置，电能处理及储能装置与线圈阵列相连；电能处理及储能装置通过电缆向外网输电。
其中，永磁体短节减重空腔和线圈短节减重空腔起到产生浮力的作用；工作过程中，在波浪驱动下，波浪发电链条结构会随波浪起伏，各相邻的永磁体短节和线圈短节之间会通过转轴和转轴孔发生相对转动，使得该永磁体阵列与线圈阵列之间发生交变的相对运动，线圈阵列中的各线圈磁链随着相对转动发生变化，从而产生感应电动势，接入到电能处理及储能装置内，即可回收储能波浪能量；通过输电电缆能够进一步将电能处理及储能装置中储存的电能输送到用电器或者接入电网使用。
优选的，为了增强磁场作用，所述永磁体阵列采用Halbach永磁阵列，使其形成的磁场沿圆弧方向成正弦波分布；线圈的间距与永磁阵列形成的磁场分布有关。
优选的，所述自由端的末端链节呈流线型，能更好地适应水文状况。
优选的，所述永磁体短节和线圈短节的长度设置在所应用领域波浪波长的1/8-1/4之间。永磁体短节和线圈短节的长度可根据具体海洋情况设计，远比波浪的半波长更短，因此能够更好地适应不同的波浪形状，同时能够在有限的波浪能发电装置长度内布置尽可能多的换能系统，进一步提高单位体积的发电量。
有益效果：本发明提供的一种铰接式链条形波浪能发电装置，相对于现有技术，具有结构简单、安全可靠、环保高效、使用灵活等优点，能够更好地适应不同的波浪形状，并进一步提高了能量转换效率。
附图说明
图1为本发明一种铰接式链条形波浪能发电装置的结构示意图；
图2为本发明一种铰接式链条形波浪能发电装置中短节的结构示意图；
图中包括：1、缆绳，2、电缆，3、末端链节，4、永磁体短节，5、线圈短节，4-1、永磁体阵列，4-2、永磁体短节减重空腔，4-3、转轴，5-1、线圈阵列，5-2、线圈短节减重空腔，5-3、转轴孔，5-4、电能处理及储能装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种铰接式链条形波浪能发电装置，包括至少一个装载有永磁体的永磁体短节4和至少一个装载有线圈的线圈短节5(永磁体短节4和线圈短节5的具体数量根据实际需要确定，图中仅示出8个)，永磁体短节4和线圈短节5呈链节状且交替铰接成长条状；该装置长度方向上的一端通过缆绳1安装于海床、河流或者湖泊底，其另一端为自由端，整个装置随波浪波动。
本实施例中，该装置的安装端设置有用于输电的电缆2，自由端的末端链节3呈流线型。
如图2所示，所述永磁体短节4中部设置有永磁体短节减重空腔4-2，永磁体短节4长度方向上的两端各设置有一个凸起部，凸起部上设置有垂直于长度方向的转轴4-3；所述线圈短节5中部设置有线圈短节减重空腔5-2，线圈短节5长度方向上的两端各设置有一个凹陷部，凹陷部两侧设置有垂直于长度方向的转轴孔5-3；所述凸起部与凹陷部相适配，并通过转轴4-3和转轴孔5-3的配合实现凸起部与凹陷部的铰接；
以转轴4-3为中心轴线，凸起部在其与凹陷部相配合的一侧设置有圆弧形排布的永磁体阵列4-1，凹陷部在其与凸起部相配合的一侧设置有圆弧形排布的线圈阵列5-1；
所述线圈短节减重空腔5-2内设置有电能处理及储能装置5-4，电能处理及储能装置5-4与线圈阵列5-1相连；电能处理及储能装置5-4通过电缆2向外网输电。
本实施例中，所述永磁体短节4和线圈短节5长度方向上的端部均呈圆弧状；所述永磁体阵列4-1采用Halbach永磁阵列，使其形成的磁场沿圆弧方向成正弦波分布，线圈阵列5-1中线圈的间距则设置为该正弦波的半波长；所述永磁体短节4和线圈短节5的长度设置在所应用领域波浪波长的1/8-1/4之间。
本发明中铰接式链条形波浪能发电装置的长度、永磁体短节4和线圈短节5的数量、形状、长度，以及末端链节3的构型可根据具体的应用环境进行灵活选择和合理设计。
本发明的具体实施方式如下：
工作过程中，在波浪驱动下，各相邻的永磁体短节4和线圈短节5之间会通过转轴4-3和转轴孔5-3发生相对转动，使得其装载的永磁体阵列4-1和线圈阵列5-1构成的换能系统工作，线圈阵列5-1中的各线圈磁链随着相对转动发生变化，从而产生感应电动势，这个交变电能通过电能处理及储能装置5-4处理成稳定的直流电压信号并储存起来，通过输电电缆2能够进一步将电能处理及储能装置5-4中储存的电能输送到用电器或者接入电网使用。
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 (4)
1.一种铰接式链条形波浪能发电装置，其特征在于，包括至少一个装载有永磁体的永磁体短节(4)和至少一个装载有线圈的线圈短节(5)，所述永磁体短节(4)和线圈短节(5)呈链节状且交替铰接成长条状；该装置长度方向上的一端通过缆绳(1)安装于水底，其另一端为自由端，整个装置随波浪运动；
所述永磁体短节(4)中部设置有永磁体短节减重空腔(4-2)，永磁体短节(4)长度方向上的两端各设置有一个凸起部，凸起部上设置有垂直于长度方向的转轴(4-3)；所述线圈短节(5)中部设置有线圈短节减重空腔(5-2)，线圈短节(5)长度方向上的两端各设置有一个凹陷部，凹陷部两侧设置有垂直于长度方向的转轴孔(5-3)；所述凸起部与凹陷部相适配，并通过转轴(4-3)和转轴孔(5-3)的配合实现凸起部与凹陷部的铰接；
以转轴(4-3)为中心轴线，凸起部在其与凹陷部相配合的一侧设置有圆弧形排布的永磁体阵列(4-1)，凹陷部在其与凸起部相配合的一侧设置有圆弧形排布的线圈阵列(5-1)；
所述线圈短节减重空腔(5-2)内设置有电能处理及储能装置(5-4)，电能处理及储能装置(5-4)与线圈阵列(5-1)相连，且电能处理及储能装置(5-4)通过电缆(2)向外网输电。
2.根据权利要求1所述的一种铰接式链条形波浪能发电装置，其特征在于，所述永磁体阵列(4-1)采用Halbach永磁阵列。
3.根据权利要求1所述的一种铰接式链条形波浪能发电装置，其特征在于，所述自由端的末端链节(3)呈流线型。
4.根据权利要求1所述的一种铰接式链条形波浪能发电装置，其特征在于，所述永磁体短节(4)和线圈短节(5)的长度设置在波浪波长的1/8-1/4之间。
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