CN107131092B - 一种动势能组合海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动势能组合海浪发电装置，包括主体、可旋转地设置于主体内的转动轴承、可轴向移动地插设于转动轴承内的转轴、连接于转轴外端并用于在海浪的冲击下带动其转动的叶轮、用于在转轴的转动下驱动转动轴承同步旋转的磁驱动机构、用于利用转轴在水位变化的驱动下与转动轴承之间的轴向相对位置变化进行发电的势能发电机构、用于利用转动轴承的旋转运动进行发电的动能发电机构，本发明利用动能发电机构可将海浪的动能转化为电能，同时利用势能发电机构可将海面的水位变化产生的势能转化为电能，拓展了海浪蕴含能量的利用方式，提高了对海浪能量的利用率，消除了海浪水位变化带来的负面影响，同时提高了发电效率和经济性。

Description

一种动势能组合海浪发电装置

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，特别涉及一种动势能组合海浪发电装置。

背景技术

随着我国经济的快速增长，人们对能源的依赖性逐渐加大。

在人们所使用的能源中，化石能源占据了很大的比例。但是，现在化石能源的大量使用已经对我们的生存环境带来了严重的影响，对人们的生活健康构成威胁。因此，一些人们开始加大了对新型可再生能源的开发和利用。在人们所开发的新型可再生利用的能源中，水力资源是一种储量丰富极具应用前景的新型能源。此外，我国水能资源丰富，不论是水能资源蕴藏量，还是可开发的水能资源，在世界各国中均居第一位，在我国水力资源中，海洋中的储量占据较大部分，可开发空间较大。

但是，对于现在的水力海洋资源开发，我国还存在较大的问题。在机械的设计、安装和应用前景上都存在不足之处。在现有技术中，海洋发电装备一般通过海浪在涨潮或退潮时的动能进行发电，仅能利用海浪的动能，其问题主要表现在以下几个方面：1、海洋开发水力资源装备利用方式单一；2、海洋中靠近海岸处水面波动较大，发电装备很容易受到水位变化的影响。如此，容易导致发电效率低，经济性不佳。

因此，如何提高对海浪能量的利用率，同时提高发电效率和经济性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种动势能组合海浪发电装置，能够提高对海浪能量的利用率，同时提高发电效率和经济性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种动势能组合海浪发电装置，包括主体、可旋转地设置于所述主体内的转动轴承、可轴向移动地插设于所述转动轴承内的转轴、连接于所述转轴外端并用于在海浪的冲击下带动其转动的叶轮、设置于所述转动轴承内并用于在所述转轴的转动下驱动所述转动轴承同步旋转的磁驱动机构、设置于所述主体内并用于利用所述转动轴承的旋转运动进行发电的动能发电机构，以及设置于所述转动轴承内、用于利用所述转轴在水位变化的驱动下与所述转动轴承之间的轴向相对位置变化进行发电的势能发电机构。

优选地，所述磁驱动机构具体包括环绕固定于所述转轴外壁上的第一磁体环，以及环绕固定于所述转动轴承内壁上并与所述第一磁体环正对的第二磁体环，且所述第一磁体环和第二磁体环上相互正对表面的磁极相反。

优选地，所述磁驱动机构还包括环绕设置在所述转轴外壁上、与所述第二磁体环的表面抵接、用于防止所述转轴在其径向上摆动的若干个滚珠。

优选地，所述第一磁体环的轴向长度小于所述第二磁体环的轴向长度。

优选地，还包括与所述主体相连的螺旋壳体，所述螺旋壳体上沿其旋向设置有若干个进水口，且所述叶轮设置于所述螺旋壳体的中心。

优选地，所述动能发电机构具体包括设置于所述转动轴承外壁上的若干个第一磁体，以及设置于所述主体内壁上并与所述第一磁体正对的第一线圈，且各所述第一磁体在所述转动轴承的带动下转动时，所述第一线圈内产生感应电流。

优选地，所述势能发电机构具体包括固定于所述转动轴承内壁上的若干个第二磁体，以及环绕设置于所述转轴外壁上并与所述第二磁体正对的若干个第二线圈，且各所述第二线圈与所述转轴同步轴向移动并与所述第二磁体形成相对轴向运动时，所述第二线圈内产生感应电流。

优选地，所述转动轴承的出口处的端壁上设置有第三磁体，且所述转轴的外壁上设置有第四磁体，且所述第三磁体与第四磁体相对表面的磁极相同，以避免所述第二线圈撞击所述转动轴承出口处的端壁。

优选地，所述主体的内壁上设置有凹槽，且所述转动轴承的外壁上设置有沿其径向延伸并用于与所述凹槽配合的凸起；所述凸起的周向环绕设置有第三磁体环，所述凹槽的内壁上设置有与所述第三磁体环正对的第四磁体环，且所述第三磁体环与第四磁体环上互相正对表面的磁极相同。

优选地，所述第一线圈和第二线圈内均设置有铁芯。

本发明所提供的动势能组合海浪发电装置，主要包括主体、转动轴承、转轴、叶轮、磁驱动机构、动能发电机构和势能发电机构。其中，转动轴承可旋转地设置在主体内部，转轴插设在转动轴承内，并且可周向移动，当然也可周向旋转。叶轮连接在转轴的外端(内端在转动轴承内)，主要用于在海浪的冲击作用下带动转轴旋转。磁驱动机构设置在转动轴承内，主要用于在转轴转动时，带动转动轴承进行同步转动。当转动轴承进行周向旋转时，动能发电机构可利用转动轴承的旋转运动进行发电，将其旋转的机械能转化为电能。当海面水位发生变化时，叶轮随之上下浮动，带动转轴在转动轴承内进行轴向移动，此时，势能发电机构将转轴与转动轴承产生相对位置变化时的势能转化为电能。如此，本发明所提供的动势能组合海浪发电装置，利用动能发电机构可将海浪的动能转化为电能，同时利用势能发电机构可将海面的水位变化产生的势能转化为电能，拓展了海浪蕴含能量的利用方式，提高了对海浪能量的利用率，消除了海浪水位变化带来的负面影响，同时提高了发电效率和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1中所示的第一线圈的具体结构示意图；

图3为图1中所示的螺旋壳体的一种具体结构示意图。

其中，图1—图3中：

主体—1，转动轴承—2，转轴—3，叶轮—4，第一磁体环—5，第二磁体环—6，滚珠—7，螺旋壳体—8，进水口—9，第一磁体—10，第一线圈—11，第二磁体—12，第二线圈—13，第三磁体—14，第四磁体—15，第三磁体环—16，第四磁体环—17，铁芯—18，正极刷—19，负极刷—20，绝缘层—21。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，动势能组合海浪发电装置主要包括主体1、转动轴承2、转轴3、叶轮4、磁驱动机构、动能发电机构和势能发电机构。

其中，主体1主要用于容纳和承载其余零部件，主体1一般可呈具有空腔的矩形等结构，并且一般竖立着漂浮在海面上。

如图3所示，图3为图1中所示的螺旋壳体的一种具体结构示意图。

在主体1的底部可增设螺旋壳体8，该螺旋壳体8形似“蜗壳”，在螺旋壳体8上沿其周向旋转方向设置有若干个进水口9，并且叶轮4可周向旋转地设置在螺旋壳体8的中心位置。如此，无论海浪从何种方向拍打，总能通过对应方向的进水口9进入到螺旋壳体8内部，从而推动叶轮4旋转。

在主体1内部设置有转动轴承2，且该转动轴承2可轴向旋转，一般的，该转动轴承2可与主体1平行设置，即竖直立设在主体1内。转轴3的一端与螺旋壳体8内的叶轮4连接，另一端插入转动轴承2中，重要的是，转轴3在叶轮4的驱动下进行周向旋转的同时，还可同时在转动轴承2中进行轴向移动。

转动轴承2内设置有空腔，在该空腔中设置有磁驱动机构。该磁驱动机构主要用于在转轴3的转动下带动转动轴承2同步转动。具体的，该磁驱动机构主要包括第一磁体10环5和第二磁体12环6。其中，第一磁体10环5环绕固定在转轴3的外壁上，一般可环绕在转轴3的内端端部附近。第二磁体12环6环绕固定在转动轴承2的空腔内壁上，并且与第一磁体10环5正对。重要的是，第一磁体10环5和第二磁体12环6上互相正对的表面的磁极相反，比如第一磁体10环5的外表面为N极，同时第二磁体12环6的外表面为S极，或两者的磁极刚好相反的情况也可以采用。如此，由于第一磁体10环5与第二磁体12环6之间互相吸引，并且在磁力足够大时，若转轴3在叶轮4的带动下周向旋转，那么首先第一磁体10环5与转轴3同步旋转，而第二磁体12环6由于磁力吸引作用将几乎同步地与第一磁体10环5进行周向旋转，最终第二磁体12环6再带动与其固定的转动轴承2进行周向旋转。

进一步的，考虑到螺旋壳体8在海面上漂浮时，其运动不仅受到海浪的推动，同时还受到海底洋流、洋流温度差、风向等因素的影响，如此，为避免转轴3在旋转时受外力影响而左右摆动撞击到第二磁体12环6或主体1内壁等，本实施例在转轴3的外壁上环绕设置了若干个滚珠7。具体的，该滚珠7的表面与第二磁体12环6的表面抵接，当转轴3在周向旋转时，各个滚珠7也同时进行周向滚动，一方面避免转轴3在径向上摆动，另一方面提高转轴3的周向旋转稳定性，减轻与第二磁体12环6表面间的磨损。

更进一步的，考虑到转轴3不仅可在叶轮4的驱动下进行周向旋转，还可在海浪水位的变化驱动下进行轴向移动，因此，第二磁体12环6必定与第一磁体10环5产生轴向相对位移，针对此，本实施例将第一磁体10环5的轴向长度做得短一些，同时将第二磁体12环6的轴向长度做得长一些，使得转轴3在进行轴向移动的同时，第一磁体10环5的表面总能为第二磁体12环6的表面所覆盖，保证吸引力始终存在。

为利用海浪冲击拍打时的动能进行发电，本实施例在主体1内设置有动能发电机构。该动能发电机构主要包括第一磁体10和第一线圈11。其中，第一磁体10设置在转动轴承2的外壁上，而第一线圈11设置在主体1的内壁上，并且第一磁体10正对着第一线圈11。当然，第一磁体10和第一线圈11可同时设置多对。当转动轴承2周向旋转时，第一磁体10同步旋转，而第一线圈11保持固定，如此，第一磁体10产生的磁场不断发生变化，第一线圈11内由于变化磁场即产生感应电动势，进而在回路中产生感应电流。当然，若第一磁体10和第一线圈11的设置位置调换的情况，也同样可以采用。

如图2所示，图2为图1中所示的第一线圈的具体结构示意图。

具体的，在第一线圈11内可插设铁芯18，该铁芯18可用于增加第一线圈11产生的磁场强度，铁芯18将第一线圈11周围的磁力线都集中，从铁芯18中流通。在铁芯18上还可设置与第一线圈11相连的正极刷19和负极刷20，通过该正极刷19和负极刷20将产生的感应电流导入到主回路中。同时，本实施例在正极刷19与铁芯18之间、负极刷20与铁芯18之间，以及正极刷19与负极刷20之间均增设了绝缘层21，以避免短路等情况。

为利用海浪水位变化时产生的势能进行发电，本实施例在转动轴承2的空腔内设置了势能发电机构。具体的，该势能发电机构主要包括第二磁体12和第二线圈13。其中，第二磁体12固定在转动轴承2的内壁上，而第二线圈13环绕设置在转轴3的外壁上，并且与第二磁体12正对。当然，第二线圈13可在转轴3上同时设置多个，且第二磁体12的轴向长度足够长，能够完全覆盖各第二线圈13。当海浪水位发生变化时，螺旋壳体8和叶轮4上下漂浮，继而带动转轴3进行轴向移动，设置在转轴3上的第二线圈13与转轴3进行同步轴向移动，并与第二磁体12产生轴向相对位移，在位移的过程中，第二线圈13位置处由第二磁体12所产生的磁场产生变化，因此在第二线圈13内由于变化磁场产生感应电动势，进而在回路中产生感应电流。当然，若第二磁体12和第二线圈13的设置位置调换的情况，也同样可以采用。

并且第二线圈13的具体结构可与第一线圈11的具体结构相同，此处不再赘述。

另外，考虑到现有技术中在海洋水利资源开发的装置中，很多零件都是直接接触进行传动，其机械磨损量较大，同时也需要用到大量的润滑剂，容易对水资源造成污染。针对此，本实施例在主体1的内壁设置了凹槽，同时在转动轴承2的外壁上设置了用于与该凹槽配合的凸起。而在该凸起的周向上环绕设置有第三磁体环16，同时在该凹槽的内壁上环绕设置有与该第三磁体16环正对的第四磁体环17，重要的是，第三磁体环16与第四磁体环17上互相正对表面的磁极相同。如此，在第三磁体环16与第四磁体环17正对的表面之间始终存在斥力，该斥力同时位于转动轴承2上的凸起的两端(一般为上下两端)，进而使该凸起及转动轴承2悬浮在主体1内部。同时，在前述滚珠7的作用下，可尽量避免转动轴承2的径向摆动。

基于同样的考虑，本实施例还在转动轴承2出口处的端壁上设置了第三磁体14，同时在转轴3的外壁上设置了第四磁体15。具体的，该第三磁体14和第四磁体15均位于转动轴承2的空腔内，且第四磁体15位于第二线圈13与第三磁体14之间。重要的是，第三磁体14与第四磁体15上互相正对表面的磁极相反，如此，第三磁体14与第四磁体15相对的表面之间始终存在斥力，当该斥力足够大时，即可使转轴3悬浮在转动轴承2的空腔内，可有效避免转轴3上的第二线圈13在轴向移动时撞击到转动轴承2开口处的端壁上。

综上，本实施通过对转轴3的磁悬浮设计，避免了传动和支撑等部件的直接接触，降低了零件的磨损，提高了环保性能，同时也方便后期维护保养。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种动势能组合海浪发电装置，其特征在于，包括主体（1）、可旋转地设置于所述主体（1）内的转动轴承（2）、可轴向移动地插设于所述转动轴承（2）内的转轴（3）、连接于所述转轴（3）外端并用于在海浪的冲击下带动其转动的叶轮（4）、设置于所述转动轴承（2）内并用于在所述转轴（3）的转动下驱动所述转动轴承（2）同步旋转的磁驱动机构、设置于所述主体（1）内并用于利用所述转动轴承（2）的旋转运动进行发电的动能发电机构，以及设置于所述转动轴承（2）内、用于利用所述转轴（3）在水位变化的驱动下与所述转动轴承（2）之间的轴向相对位置变化进行发电的势能发电机构；

所述磁驱动机构具体包括环绕固定于所述转轴（3）外壁上的第一磁体环（5），以及环绕固定于所述转动轴承（2）内壁上并与所述第一磁体环（5）正对的第二磁体环（6），且所述第一磁体环（5）和第二磁体环（6）上相互正对表面的磁极相反；

所述动能发电机构具体包括设置于所述转动轴承（2）外壁上的若干个第一磁体（10），以及设置于所述主体（1）内壁上并与所述第一磁体（10）正对的第一线圈（11），且各所述第一磁体（10）在所述转动轴承（2）的带动下转动时，所述第一线圈（11）内产生感应电流；

所述势能发电机构具体包括固定于所述转动轴承（2）内壁上的若干个第二磁体（12），以及环绕设置于所述转轴（3）外壁上并与所述第二磁体（12）正对的若干个第二线圈（13），且各所述第二线圈（13）与所述转轴（3）同步轴向移动并与所述第二磁体（12）形成相对轴向运动时，所述第二线圈（13）内产生感应电流；

还包括与所述主体（1）相连的螺旋壳体（8），所述螺旋壳体（8）上沿其旋向设置有若干个进水口（9），且所述叶轮（4）设置于所述螺旋壳体（8）的中心。

2.根据权利要求1所述的动势能组合海浪发电装置，其特征在于，所述磁驱动机构还包括环绕设置在所述转轴（3）外壁上、与所述第二磁体环（6）的表面抵接、用于防止所述转轴（3）在其径向上摆动的若干个滚珠（7）。

3.根据权利要求1所述的动势能组合海浪发电装置，其特征在于，所述第一磁体环（5）的轴向长度小于所述第二磁体环（6）的轴向长度。

4.根据权利要求1所述的动势能组合海浪发电装置，其特征在于，所述转动轴承（2）的出口处的端壁上设置有第三磁体（14），且所述转轴（3）的外壁上设置有第四磁体（15），且所述第三磁体（14）与第四磁体（15）相对表面的磁极相同，以避免所述第二线圈（13）撞击所述转动轴承（2）出口处的端壁。

5.根据权利要求4所述的动势能组合海浪发电装置，其特征在于，所述主体（1）的内壁上设置有凹槽，且所述转动轴承（2）的外壁上设置有沿其径向延伸并用于与所述凹槽配合的凸起；所述凸起的周向环绕设置有第三磁体环（16），所述凹槽的内壁上设置有与所述第三磁体环（16）正对的第四磁体环（17），且所述第三磁体环（16）与第四磁体环（17）上互相正对表面的磁极相同。

6.根据权利要求5所述的动势能组合海浪发电装置，其特征在于，所述第一线圈（11）和第二线圈（13）内均设置有铁芯（18）。

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