CN109083803B - 一种点吸式波浪能发电装置 - Google Patents

一种点吸式波浪能发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种点吸式波浪能发电装置，包括波浪能吸收单元和能量转换单元，所述波浪能吸收单元包括中间立柱和嵌套在中间立柱外侧的两层浮筒，所述中间立柱通过锚系固定；所述能量转换单元包括作为动子的磁体组件和作为定子的线圈组件，每层浮筒内都固定设有所述磁体组件，所述线圈组件设在所述磁体组件的磁场中，所述线圈组件与所述中间立柱连接，所述线圈组件包括多个线圈。与现有技术相比，本发明装置中有两个共振频率，能够吸收更广泛的波浪频率，将极大地提高波能的吸收效率，同时应用新设计的能量转换装置，将波浪能转换为机械能再转换为电能，提高能量的转换效率。

Description

一种点吸式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其是涉及一种点吸式波浪能发电装置。
背景技术
直驱式点吸收波浪能发电装置的主要发电设备为直线发电机。振荡浮子和永磁直线电机的动子连接为一体，能最大限度地提取波浪能，其原理是在波浪力的作用下，振荡浮子跟随波浪做上下的往复运动，从而使得直线电机的动子跟定子之间产生相对运动，切割磁力线，完成由波浪能向电能的转换过程。相比旋转发电系统，直驱式波浪发电系统将波浪能直接转换为电能，不需要中间转换装置，具有结构简单、转换效率高等优点。
现如今点吸式波浪能发电装置逐渐成为研究热点，但是面临着波能吸收率低，发电效率低等问题。
现有技术中采用单层浮筒点吸式波浪能发电装置结构及能量转换系统，在中间立柱上只有一个浮筒，能量转换装置布置在内部浮筒中，支撑杆架随外层浮筒的运动而运动，带动固定其上的磁体运动，线圈固定在内部桶中，由磁体和线圈的相对运动使机械能转换为电能，所能够吸收的波浪频率宽度较窄，波浪能吸收效率低，发电效果不理想，具有成本高、效率低、能耗大、使用不便等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种点吸式波浪能发电装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种点吸式波浪能发电装置，包括波浪能吸收单元和能量转换单元，所述波浪能吸收单元包括中间立柱和嵌套在中间立柱外侧的两层浮筒，所述中间立柱通过锚系固定；所述能量转换单元包括作为动子的磁体组件和作为定子的线圈组件，每层浮筒内都固定设有所述磁体组件，所述线圈组件设在所述磁体组件的磁场中，所述线圈组件与所述中间立柱连接，所述线圈组件包括多个线圈。
优选的，还包括支撑架和连接支撑架的线圈杆，所述支撑架设在所述中间立柱的顶部，所述线圈杆竖直设置，其下端连接所述线圈组件，所述线圈组件向下伸入浮筒内的磁体组件的磁场中。
优选的，所述能量转换单元在每层浮筒内分别都设有位置对称的两个。
优选的，其中一个所述浮筒中的两个能量转换单元的位置连线与另一个浮筒中的两个能量转换单元的位置连线相互垂直。
优选的，所述线圈组件还包括线圈框架，所述多个线圈竖直排列在所述线圈框架中。
优选的，所述线圈组件在未切割磁感线的两侧分别设有竖直设置的线圈导轨，所述线圈导轨固定在浮筒中，所述线圈组件通过滚动装置与线圈导轨连接。
优选的，所述线圈导轨包括相互连接的两个导轨支杆，每个导轨支杆在朝向线圈组件的一侧都设有竖直排列的多个第一滚动装置，所述线圈组件的侧边限位在同侧的线圈导轨的两排第一滚动装置之间。
优选的，所述磁体组件包括竖直相对设置的两个磁体载体，所述磁体载体上设有磁体，两个磁体载体之间设有容纳线圈组件的空间。
优选的，所述磁体载体的截面呈凹槽状，两个磁体载体的凹槽开口相对设置，所述磁体设有多个并竖直排列在凹槽的底部，所述线圈组件与磁体平行设置。
优选的，所述浮筒的下端带有伯克利楔。
与现有技术相比，本发明为采用双层浮筒的点吸式波浪能发电装置，具有以下优点：
1、装置中有两个共振频率，能够吸收更广泛的波浪频率，将极大地提高波能的吸收效率，同时双层浮筒受波浪作用产生运动时将会发生耦合作用，进一步提高波能吸收率。
2、应用新设计的能量转换单元，将波浪能转换为机械能再转换为电能，不需要中间转换装置，提高能量的转换效率。
3、两层浮筒中都设有能量转换单元，能够将两层浮筒运动的机械能转换为电能；相比于现有的单组发电组件，设置四个能够较好的协调电磁阻尼和波浪力的平衡，更大限度的激发波浪力对浮筒的作用，同时能够输出更多的电能。
4、每个浮筒中的两个能量转换单元相互垂直设置，有利于装置在受到外界波浪力的作用时具有更好的稳定性。
5、在线圈组件的两侧设置线圈导轨，通过第一滚动装置限制线圈组件位置的同时也限制了浮筒与线圈组件之间相对垂向运动，提高了能量转换效率。
6、通过线圈导轨上的第二滚动装置可以降低线圈导轨与线圈组件之间的摩擦力，不会阻碍浮筒运动，使浮筒充分吸收波浪能。
7、磁体组件中的两个磁体载体与线圈导轨共同形成包围线圈组件的空间，有利于保持线圈组件垂直于磁体组件的磁场。
8、浮筒下端带有伯克利楔，起到降低浮筒运动阻尼的作用。
附图说明
图1为本发明装置的外观示意图；
图2为本发明装置中能量转换单元与中间支柱连接的结构示意图；
图3为实施例中能量转换单元在浮筒中的结构示意图；
图4为实施例中能量转换单元的装配结构示意图；
图5为实施例中能量转换单元的装配结构俯视图。
图中标注：1、中间立柱，2、第一浮筒，3、第二浮筒，4、支撑架，5、线圈杆，6、线圈组件，7、磁体载体，8、线圈导轨，9、固定装置，10、磁体间隔片，11、线圈框架，12、线圈，13、第一滚动装置，14、第二滚动装置，15、插槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种点吸式波浪能发电装置，包括波浪能吸收单元和能量转换单元。
波浪能吸收单元为本装置的机械部分，包括中间立柱1和嵌套在中间立柱1外侧的两层浮筒，中间立柱1通过锚系固定。两层浮筒包括内层的第一浮筒2和外侧的第二浮筒3，两层浮筒随着波浪上下往复运动。浮筒下端带有伯克利楔(Berkeley Wedge)，具体可参照公开论文The“Berkeley Wedge”:an asymmetrical energy-capturing floatingbreakwater of high performance(Madhi F,Sinclair M E,Yeung R W.Marine Systems&Ocean Technology,Journal of SOBENA,2014,9(1):05-16.)，起到降低浮筒运动阻尼的作用。
能量转换单元采用电磁装置将浮筒运动的机械能通过定子和动子的相对运动产生电能进行输出。能量转换单元包括作为动子的磁体组件和作为定子的线圈组件6。每层浮筒内都固定设有磁体组件，浮筒运动带动固定其中的磁体组件运动，从而与线圈组件6产生相对运动，转换为电能。线圈组件6分段连接在支撑杆架上，并设置在浮筒中磁体组件的磁场中，如图2所示。
支撑杆架包括支撑架4和线圈杆5。支撑架4设在中间立柱1的顶部，支撑架4顶部与浮筒顶部之间留有一定的距离，线圈杆5竖直设置并连接在支撑架4上。线圈杆5的下端连接线圈组件6，线圈组件6向下伸入浮筒内的磁体组件中。能量转换单元在浮筒中的结构如图3所示，浮筒的顶部设有用于插入线圈组件6的通孔，磁体组件设在通孔的下方，线圈组件6从通孔插入到磁体组件构成的磁场中。
本实施例中，能量转换单元在每层浮筒内分别都设有位置对称的两个，且第一浮筒2中的两个能量转换单元的位置连线与第二浮筒3中的两个能量转换单元的位置连线相垂直。两个浮筒的能量转换单元相互垂直设置有利于装置在受到外界波浪力的作用时具有更好的稳定性，能够较好的协调电磁阻尼和波浪力的平衡，更大限度的激发波浪力对浮筒的作用，同时四个能量转换单元能够输出更多的电能。本实施例中，支撑架4的顶部的形状为十字架形，在十字架的四个端部连接线圈杆5。
如图4和图5所示，线圈组件6包括线圈框架11和多个线圈12，线圈12通过在线圈支架上缠绕而成。本实施例中，线圈框架11为竖直设置的长方形框架，多个线圈12竖直排列在线圈框架11中。
磁体组件包括竖直相对设置的两个磁体载体7，磁体载体7上设有磁体，两个磁体载体7之间形成磁场，设有容纳线圈组件6的空间。
本实施例中，如图5所示，磁体载体7的截面呈凹槽状，磁体设有多个并竖直排列在凹槽的底部，具体为：磁体载体7中每相隔一定距离设有插槽15，每个插槽15中插入磁体间隔片10，磁体设在两层磁体间隔片10之间的凹槽的底部。磁体载体7和磁体间隔片10由铁制成，磁体的尺寸与两层磁体间隔片10之间凹槽的尺寸相近，处于过渡配合的状态，磁体凭借与磁体载体7和磁体间隔片10的吸力以及过渡配合固定住。线圈框架11与磁体载体7平行设置，并且磁体载体7对称设在线圈组件6的前后两侧，使线圈组件6位于磁场中。磁体载体7的外侧每间隔一定距离设有固定装置9，用于与所在的浮筒固定连接。
为了限制线圈组件6的垂向运动，在线圈组件6未切割磁感线的两侧，即线圈框架11的左右两侧，分别设有线圈导轨8，线圈导轨8固定在浮筒中。线圈框架11的左右两侧通过滚动装置分别与两个线圈导轨8连接。
本实施例中，线圈导轨8包括两个平行设置并相互连接的导轨支杆。每个导轨支杆在朝向线圈框架11的一侧都设有竖直排列的多个第一滚动装置13，两排第一滚动装置13的滚动面分别与线圈框架11竖直侧边的前后侧相接触，使线圈框架11的竖直侧边限位在同侧的线圈导轨8的两排第一滚动装置13之间，限制了线圈框架11的前后移动，使线圈框架11保持垂向运动。两个导轨支杆之间通过多个竖直排列的第二滚动装置14连接，线圈框架11的竖直侧边的外侧与第二滚动装置14的滚动面相贴。本实施例中第一滚动装置13和第二滚动装置14都为滑轮。线圈导轨8、第一滚动装置13和第二滚动装置14共同构成导轨滑轮机构，使线圈框架11被限制在两个线圈导轨8中垂向滑动，从而使线圈组件6始终位于磁体载体7的磁场中。
本装置的工作原理为：
在波浪力的作用下，振荡浮筒跟随波浪做上下的往复运动，从而使得直线电机的动子跟定子之间产生相对运动，切割磁力线，完成由波浪能向电能的转换过程。相比旋转发电系统，直驱式波浪发电系统将波浪能直接转换为电能，不需要中间转换装置，具有结构简单、转换效率高等优点。

Claims (8)

1.一种点吸式波浪能发电装置，包括波浪能吸收单元和能量转换单元，其特征在于，所述波浪能吸收单元包括中间立柱和嵌套在中间立柱外侧的两层浮筒，所述中间立柱通过锚系固定；所述能量转换单元包括作为动子的磁体组件和作为定子的线圈组件，每层浮筒内都固定设有所述磁体组件，所述线圈组件设在所述磁体组件的磁场中，所述线圈组件与所述中间立柱连接，所述线圈组件包括多个线圈；
还包括支撑架和连接支撑架的线圈杆，所述支撑架设在所述中间立柱的顶部，所述线圈杆竖直设置，其下端连接所述线圈组件，所述线圈组件向下伸入浮筒内的磁体组件的磁场中；
所述能量转换单元在每层浮筒内分别都设有位置对称的两个。
2.根据权利要求1所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，其中一个所述浮筒中的两个能量转换单元的位置连线与另一个浮筒中的两个能量转换单元的位置连线相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述线圈组件还包括线圈框架，所述多个线圈竖直排列在所述线圈框架中。
4.根据权利要求1所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述线圈组件在未切割磁感线的两侧分别设有竖直设置的线圈导轨，所述线圈导轨固定在浮筒中，所述线圈组件通过滚动装置与所述线圈导轨连接。
5.根据权利要求4所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述线圈导轨包括相互连接的两个导轨支杆，每个导轨支杆在朝向线圈组件的一侧都设有竖直排列的多个第一滚动装置，所述线圈组件的侧边限位在同侧的线圈导轨的两排第一滚动装置之间。
6.根据权利要求1所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述磁体组件包括竖直相对设置的两个磁体载体，所述磁体载体上设有磁体，两个磁体载体之间设有容纳线圈组件的空间。
7.根据权利要求6所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述磁体载体的截面呈凹槽状，两个磁体载体的凹槽开口相对设置，所述磁体设有多个并竖直排列在凹槽的底部，所述线圈组件与磁体平行设置。
8.根据权利要求1所述的一种点吸式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮筒的下端带有伯克利楔。
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