CN108105019A - 摇荡式波浪能发电机及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

摇荡式波浪能发电机包括：浮子和定子，浮子上有导向板和永磁体，定子上有线圈和锚，其特征在于：机械结构上分成浮子和定子两个可相对运动的刚体，发电部分使用强磁材料，电能升压整流后传输。摇荡式波浪能发电机的使用方法包括：浮子浮在海水表面，定子在海水深处和多个设备并联使用。本发明的有益效果为：结构简单，对海面高度的变化要求不高，对海浪的波动周期、波长、波高、传播方向的要求也都不高，实用性强。

Description

摇荡式波浪能发电机及其使用方法
技术领域
本发明主要使用在新能源领域。
背景技术
海浪是发生在海洋中的一种波动现象。一般地，海浪是由风产生的波动。处于海浪中的每个水分子的运动十分复杂，但是有两点可以确定：1 水分子运动有水平方向上往复运动的分量。2 靠近海水表面运动剧烈，海水深处运动幅度较小。
波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能。通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电。
早期波浪能发电以机械式为主，因为其结构笨重，可靠性差，所以未获实用。目前波浪能发电以气压式的或液压式为主。典型的一种是“点头鸭液压式装置”。其原理是：波浪运动产生的流体动压力和静压力使靠近鸭嘴的浮动前体升沉并绕相对固定的回转轴往复旋转，驱动油压泵工作，将波浪能转换为油的压能，经油压系统输送，再驱动油压发电机组发电。点头鸭装置有较高的波浪能转换效率，但结构复杂，海上工作安全性差，未获实用。
发明内容
本发明是一种机械式波浪能发电装置。其结构简单，对海面高度的变化要求不高，对海浪的波动周期、波长、波高、传播方向 的要求也都不高，实用性强。
本发明的机械部分，由两个相连接的刚体组成：漂浮在水面上的浮子，和在海水以下的定子。因为海浪波动的幅度，随着水深度的增加而减少，浮子、定子位于海水的不同深度，所以浮子摇荡的振幅一般小于定子摇荡的振幅。不管海浪的波高是多少，浮子和定子之间都会有振幅差，从而有个相对运动。因为整个装置是漂浮在海面上的，所以不受海平面和海床之间距离的影响。因为整个装置，只有这两个大部件组成，结构简单，所以使用性较强。
本发明的发电部分，是由固定在浮子上的永磁体，和固定在定子上面的线圈组成的。为了增加发电效果，线圈中间放入软磁体。为了提高产生电压的频率，采用多极永磁体和线圈。
本发明的输变电部分，由交流升压变压器和二极管整流电路。升压是为了减少输电线上的损失，二极管整流成直流电，是为了并联多个设备，形成规模。整流电路不需要电容器。
附图说明
图1 为本发明所述波浪能发电机的结构示意图。图中，1、海水表面；2、海床；3、浮子； 4、定子；5、导向板；6、铰链；7、永磁体； 8、线圈； 9、锚。
图2 为本发明所述波浪能发电机的电路原理图。图中，1、定子线圈；2、升压变压器；3、二极管整流器；4、输出。此电路在波浪能发电机内部。
图3 为本发明所述波浪能发电机的连接示意图。图中，1、海岸线；2、海里；3、岸上；4、波浪能发电机；5、两芯电线；6、逆变器；7、电度表；8、电网。
图4 为本发明所述波浪能发电机的永磁体和线圈示意图。图中，1、浮子下表面仰视图；6、定子上表面俯视图； 2、3、为永磁体（2为N极，3为S极），实际应用比图中分布的密集；4、浮子、定子相对移动方向；5、线圈，实际应用是按图示缠绕方向绕多匝，而且分布更密集（要和永磁体磁极对应），且中间有软磁体。
具体实施
下面结合附图对本发明的技术方案进行描述，很显然的，附图所描述的仅仅是本发明的一部分而不是全部实施例。
如图1所示，本发明包括 浮子3和定子4，他们通过铰链6相互连接。浮子上固定永磁体7，定子上固定线圈8。线圈中间有软磁体。浮子上还有导向板5，其作用是使铰链的轴和海浪平行。
浮子上的永磁体必须使用强磁材料（比如 钕铁硼），线圈的软磁体也必须使用高磁导率的软磁体材料（锰锌铁氧体）。这样设备才能在没有变速箱的情况下工作。实际上机械式波浪能发电机，以前之所以没有广泛使用，就是因为没有现在的强磁材料。而磁性材料发展速度较快，使得机械式波浪能发电机有了实用性。使用强磁材料的意义不仅仅是省去变速箱的成本，而且对设备机械运动的方式要求也不高（普通设备一般是高速低扭矩，而波浪的频率一般比较低，力度却较大）。
在浮子的上面安装导向板，导向板始终在海水以上。导向板 偏向一边可以获得较大的力矩；而且导向板较少的一边为迎风向，保证方向稳定，避免旋转180度。因为海风一般来说是垂直于波浪的。导向板一般是平行于海风的。如图1所示导向板和铰链的轴垂直，所以一般情况下，海浪和铰链的轴平行。从而保证在 海浪向不同方向传播 的时候，设备都可以正常工作。
为了保证整个设备不会飘走，还要加上锚，系锚的绳子的长度大于比海水的深度，这样可以保证设备在海平面上升或者下降时都可以正常工作（但不是潮汐能发电）。
海浪的周期，波长也都不固定，为了得到交流电，以备升压。永磁体和线圈都是多极的。如图4所示，本发明采用多组永磁体和线圈，多组永磁体形成多极永磁体，多组线圈形成多极线圈。这样在浮子和定子相对移动缓慢时，也有足够高的频率。永磁体和线圈级数多，每一个极的尺寸较小。所以浮子和定子之间的间隙也要比较小。多极设计的磁体和线圈，让设备适合多数情况下的海浪周期和波长。
如图2所示，从线圈引出的交流电，为了减少输电线上的损失，必须经过升压电路2升压（也可以通过增加线圈匝数升压，此时线圈漆包线的直径更细）。多个波浪能发电机未必同步，所以必须把交流电整流成直流电才能输出。整流电路3不必使用电容器。当输出接口的电压小于发电电压的时候，设备就输出电流；当接口电压大于等于发电电压时，由整流二极管隔离，没有电流输入。多个设备处于不同步状态下发电，整体上看叠加电压应该是基本稳定的。设备不输出电流的时候，对波浪的阻碍能力较小，不浪费波浪能（正常发电的情况下，波浪幅度是减少的）。
在波浪能发电厂实际建设过程中，投资一般是逐步到位。在吸引进一步投资之前，最好能有小规模的测试。本发明正好适合逐步地扩大规模。因为（如图3所示）多个设备是并联使用的。设备输出电流并联后，引上岸，经过逆变器6和电度表7后送入电网8。

Claims (7)

1.摇荡式波浪能发电机包括：浮子和定子，浮子上有导向板和永磁体，定子上有线圈和锚，其特征在于：机械结构上分成浮子和定子两个可相对运动的刚体。
2.根据权利要求1 所述的摇荡式波浪能发电机，其特征在于：永磁体使用强磁体，软磁体使用高磁导率磁性材料。
3.根据权利要求1 所述的摇荡式波浪能发电机，其特征在于：多组永磁体形成多极永磁体，多组线圈形成多极线圈。
4.根据权利要求1 所述的摇荡式波浪能发电机，其特征在于：浮子上安装导向板，且导向板偏向一边，导向板和铰链的轴垂直。
5.根据权利要求1 所述的摇荡式波浪能发电机，其特征在于：定子上安装锚，系锚的绳子的长度大于海水的深度。
6.摇荡式波浪能发电机的使用方法包括：单台设备 和 多台设备 的使用方法，其特征在于：浮子在海水表面，定子位于海水深处。
7. 根据权利要求6 所述的摇荡式波浪能发电机的使用方法，其特征在于：多个设备并联使用。
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