CN109617357A - 波浪发电装置 - Google Patents

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黄威龙
曾育锋
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Abstract

本发明涉及一种波浪发电装置，用于将波浪能转换为电能，包括：定子组件、漂浮动子组件和调节装置；定子组件包括：保护壳和设于保护壳内的两个线圈，两个线圈间隔设置且能够相对于保护壳调整设置位置；漂浮动子组件包括：磁铁、浮动块和导向杆，磁铁以及浮动块分别连接于导向杆的两端，磁铁伸入保护壳内且能够穿过线圈，磁铁能够随浮动块的浮动而相对于线圈运动，使得线圈切割磁铁的磁感线；调节装置与线圈连接，用于调节两个线圈之间的距离。本发明通过浮动块随着海浪上下运用，带动磁铁进行磁场运动使两个线圈同时切割磁铁两端的磁感应线，产生感应电动势，通过调节两个线圈的相互距离，使线圈能够更加高效的利用海浪的能量。

Description

波浪发电装置
技术领域
本发明涉及电磁感应技术领域，特别是涉及一种波浪发电装置。
背景技术
化石能源的短缺，环境问题的日益突出，人们对于新能源的需求越来越迫切，人们把目光纷纷投向地球上大的能源库——海洋，海洋能作为一种新型的可再生的绿色能源，如何高效利用海浪资源的问题日益受到各个国家的重视。随着波能转换技术日趋成熟，转换效率的逐步提高，海浪发电装置显现出它越来越大的商业价值和生态价值。其中，利用海洋波浪能发电是当前开发海洋资源的重要方式之一。利用波浪发电可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，此外,还可以利用波浪能提供的动力进行海水淡化、从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。随着波能发电技术的日渐成熟还可以使波浪能代替部分常规能源，对于缓解世界所面临的能源紧缺、温室效应和环境污染等都将有着重要的经济社会意义。
目前利用电磁感应发电基本上都是采用强磁在线圈中切割磁感线进行发电。通过各种机械运动使得强磁铁在闭合线圈中运动进行发电，但是这样子的发电有一个弊端就是只能利用其中一部分的能量，因为线圈只能切割强磁铁一端磁感应线，线圈无法同时切割强磁铁两端的磁感应线，降低了能量转换率。
发明内容
基于此，有必要针对强磁铁的两端无法同时对线圈进行切割，能量转换率低问题，提供一种波浪发电装置。
一种波浪发电装置，用于将波浪能转换为电能，包括：定子组件、漂浮动子组件和调节装置；
所述定子组件包括：保护壳和设于所述保护壳内的两个线圈，两个所述线圈间隔设置且能够相对于所述保护壳调整设置位置；
所述漂浮动子组件包括：磁铁、浮动块和导向杆，所述磁铁以及所述浮动块分别连接于所述导向杆的两端，所述磁铁伸入所述保护壳内且能够穿过所述线圈，所述磁铁能够随所述浮动块的浮动而相对于所述线圈运动，使得线圈切割所述磁铁的磁感线；
所述调节装置与所述线圈连接，用于调节两个所述线圈之间的距离。
在其中一个实施例中，还包括检测装置和控制装置，所述检测装置与所述控制装置连接，所述控制装置与所述调节装置相连接；
所述检测装置用于检测所述波浪发电装置的电参数，并将检测结果传递至所述控制装置；
所述控制装置根据所述电参数的变化控制所述调节装置调节两个所述线圈之间的距离。
在其中一个实施例中，两个所述线圈之间设置有隔板，所述隔板开设有供所述磁铁穿过的开口。
在其中一个实施例中，所述磁铁由多个子磁铁叠合而成。
在其中一个实施例中，所述子磁铁的数量依据所述电参数的变化可调。
在其中一个实施例中，所述线圈匝数为1500匝～2500匝。
在其中一个实施例中，还包括整流滤波电路，两个所述线圈相互串联，且每一个所述线圈与所述整流滤波电路连接。
在其中一个实施例中，所述检测装置为电容充放电电路，所述整流滤波电路一端与线圈连接，另一端与所述电容充放电电路连接。
本发明通过浮动块随着海浪上下运用，带动磁铁进行磁场运动使两个线圈同时切割磁铁两端的磁感应线，产生感应电动势，通过调节两个线圈的相互距离，使线圈能够更加高效的利用海浪的能量。
附图说明
图1为本发明一实施例波浪发电装置的结构示意图；
图2为图1波浪发电装置的部分结构示意图；
图3为本发明一实施例磁铁个数与发电电压关系的曲线图；
图4为本发明一实施例线圈距离与发电电压关系的曲线图。
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。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1、图2，图1为本发明一实施例波浪发电装置的结构示意图，所述波浪发电装置在海浪模拟器中，用于将波浪能转换为电能。
在一个实施例中，一种波浪发电装置用于将波浪能转换为电能，包括：定子组件10、漂浮动子组件20、检测装置40、控制装置50和调节装置60。
可选地，所述定子组件10包括：保护壳150和设于所述保护壳150内的两个线圈110。具体地，两个所述线圈110间隔设置且能够相对于所述保护壳150调整设置位置。在一个实施例中，两个所述线圈110之间的间距为2.5厘米。
可选地，所述漂浮动子组件20包括：磁铁120、浮动块210和导向杆220。具体地，所述磁铁120以及所述浮动块210分别连接于所述导向杆220的两端，所述磁铁120伸入所述保护壳150内且能够穿过所述线圈110，所述磁铁120能够随所述浮动块210的浮动而相对于所述线圈110运动，使得线圈110切割所述磁铁120的磁感线。
可选地，所述检测装置40、所述控制装置50连接与所述调节装置60依次连接，所述调节装置60与所述线圈110连接。具体地，所述检测装置40用于检测所述波浪发电装置的电参数，并将检测结果传递至所述控制装置50；所述控制装置50根据所述电参数的变化控制所述调节装置60调节两个所述线圈110之间的距离，提高能量的转换率。在一个实施例中，所述检测装置40检测电容充电时间的长短，将检测结果发送至控制装置50，所述控制装置50根据检测结果控制调节装置60进行调节。
可选地，所述检测装置40为电容充放电电路，所述电容充放电电路与所述整流滤波电路连接。具体地，所述电容充放电电路设置有第一电容和第二电容，且所述第一电容和所述第二电容可容纳的法拉不同。在一个实施例中，所述第一电容的法拉为6600uF，所述第二电容的法拉为14100uF。
可选地，所述检测装置40与所述控制装置50连接，所述控制装置50与所述调节装置60相连接。具体地，所述检测装置40用于检测波浪的能量，并将检测结果传递至所述控制装置50，所述控制装置50根据所述检测结果控制所述调节装置60调节两个所述线圈110之间的距离。在一个实施例中，所述检测装置40检测波浪的势能，并将检测结果发送至控制装置50，所述控制装置50计算出磁铁120的运动速度，调节两个线圈110之间的距离，提高能量的转换率。
可选地，所述线圈110匝数为1500匝～2500匝。在一个实施例中，所述线圈110匝数为2000匝。可以理解，所述线圈匝数也可以为1800、1900、2100、2200、2300或其他数值。
可选地，所述磁铁120由多个子磁铁叠合而成。具体地，所述子磁铁的数量依据所述电参数的变化可调。在一个实施例中，所述磁铁120由22个子磁铁叠合而成。可以理解，所述子磁铁个数也可以为19、20、21、23、24、25或其他数值。
可选地，两个所述线圈110之间设置有隔板130，防止线圈110意外脱落，所述隔板130开设有供所述磁铁120穿过的开口。具体地，所述隔板130材质可以为泡沫、塑料、聚合物或其他材质。在本实施例中，所述隔板130材质为泡沫。
可选地，所述波浪发电装置还包括整流滤波电路。具体地，多个所述线圈110相互串联，所述整流滤波电路与线圈110连接，用于将产生的电流进行滤波。
可选地，所述波浪发电装置还包括π型滤波器。具体地，所述π型滤波器与整流滤波电路相连接，起稳压作用，使输出电压保持平稳。
可选地，所述保护壳150开设有导线孔，所述保护壳150外部的导线140沿所述导线孔进入所述保护壳150内，与多个所述线圈110连接。具体地，多个所述线圈110通过所述导线140与整流滤波电路、电容充放电电路和π型滤波器连接。
在一个实施例中，所述波浪发电装置在海浪模拟器中进行实验。所述海浪模拟器的电机功率为40W，用于模拟海浪，因海浪起伏的势能为定值，根据公式计算出质量不同的磁铁120相应的运动速度。其中，EP为海浪起伏的势能，m磁是强磁的总质量。
根据能量守恒定律，波浪能量一定，质量越大，获得速度越小，从而导致浮子上下的速率降低，速率降低则会导致磁通量变化率减小，从而使得感应电动势降低。根据公式计算线圈110的距离与强磁数量的最优匹配数值。其中，E为电动势、Φ为磁通量和t为时间。
请参阅图3、图4，在线圈110的固定距离下，测试不同质量磁铁120下的发电电压；以及磁铁120质量一定时，测试线圈110不同距离下的发电电压。其中，为了方便控制变量，磁铁120采用多个质量相同的子磁铁。
优选地，当磁铁120个数为22个，两个线圈110间隔为2.5厘米的能量利用率最高。
下表为不同的电容的两端电压与充电时间的实验数据，根据实验数据可得
通过和由已知的电容、电压和充电时间，可得出：功率和功。
下表为计算所得的功率、功和时间。
W(J) P(w) T
0.171 15.435 39.9
0.171 16.827 36.6
0.171 18.060 34.1
0.171 15.873 38.8
0.171 16.080 38.3
0.171 15.406 85.4
0.171 16.676 78.9
0.171 15.334 85.8
0.171 16.446 80.0
0.171 17.380 75.7
σ＝ΔA＝0.7w
其中，ΔA代表A类不确定度，σ代表总不确定度。
因此，
P＝(16.4±0.7)w
因海浪模拟器的电机功率为40瓦，故
η＝(41±2)％
其中，η为能量转换率。
所以海浪发电机的转换效率为
η＝(41±2)％
因此，本实验最后获得发电功率为(16.4±0.7)W能量转换效率为(41±2)％。
本发明通过浮动块随着海浪上下运用，带动磁铁进行磁场运动使两个线圈同时切割磁铁两端的磁感应线，产生感应电动势，通过调节两个线圈的相互距离，使线圈能够更加高效的利用海浪的能量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种波浪发电装置，用于将波浪能转换为电能，其特征在于，包括：定子组件、漂浮动子组件和调节装置；
所述定子组件包括：保护壳和设于所述保护壳内的两个线圈，两个所述线圈间隔设置且能够相对于所述保护壳调整设置位置；
所述漂浮动子组件包括：磁铁、浮动块和导向杆，所述磁铁以及所述浮动块分别连接于所述导向杆的两端，所述磁铁伸入所述保护壳内且能够穿过所述线圈，所述磁铁能够随所述浮动块的浮动而相对于所述线圈运动，使得线圈切割所述磁铁的磁感线；
所述调节装置与所述线圈连接，用于调节两个所述线圈之间的距离。
2.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，还包括检测装置和控制装置，所述检测装置与所述控制装置连接，所述控制装置与所述调节装置相连接；
所述检测装置用于检测所述波浪发电装置的电参数，并将检测结果传递至所述控制装置；
所述控制装置根据所述电参数的变化控制所述调节装置调节两个所述线圈之间的距离。
3.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，两个所述线圈之间设置有隔板，所述隔板开设有供所述磁铁穿过的开口。
4.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述磁铁由多个子磁铁叠合而成。
5.根据权利要求4所述的波浪发电装置，其特征在于，所述子磁铁的数量依据所述电参数的变化可调。
6.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述线圈匝数为1500匝～2500匝。
7.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，还包括整流滤波电路，两个所述线圈相互串联，且每一个所述线圈与所述整流滤波电路连接。
8.根据权利要求7所述的波浪发电装置，其特征在于，所述检测装置为电容充放电电路，所述整流滤波电路一端与线圈连接，另一端与所述电容充放电电路连接。
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