CN110107446B - 磁场耦合波浪能量采集器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁场耦合波浪能量采集器,包括若干磁耦合单元组合和绳索,多个磁耦合单元组合通过绳索连接并呈阵列式排布,磁耦合单元组合由若干中心对齐的磁耦合单元成阵列并排叠加,磁耦合单元包含动磁体以及对称布置于动磁体两侧的抗磁热解石墨板、磁力调节部件和发电部件,动磁体为圆柱形永磁体且磁极方向为厚度方向,动磁体内置于滚动回弹轨道内,且与滚动回弹轨道厚度方向一致,滚动回弹轨道嵌装于外套内且与外套同轴布置,抗磁热解石墨板设于滚动回弹轨道两侧并嵌装于外套内;本发明同现有技术相比,能够提高输出功率,可以在微波下有效工作,适应多方向波浪激励,克服了现有小型化波浪能量采集装置输出功率低的缺点。

Description

磁场耦合波浪能量采集器
[技术领域]
本发明涉及能量采集技术领域,具体地说是一种磁场耦合波浪能量采集器。
[背景技术]
随着新型材料、微纳制造和集成电子等技术的迅速发展,电子器件的能耗大幅降低,利用能量采集技术为微小机电系统长期有效供能,已成为国内外研究的热点问题。地球表面的70%以上由水覆盖,波浪能广泛分布在全球各地,是最丰富的并且可以被大规模应用能源之一。
波浪能量对白天或夜晚的依赖性很小,因此可以被持续有效地转换为电能。将海洋波浪能量转换为电能,可以实现海洋环境自供能传感、控制与驱动,具备灵活、节能环保、可持续的优势,在环境监测和军事侦测等领域均具有广阔的应用前景。然而,目前大部分海洋波浪能量采集装置功率转换效率低,体积大、制造和安装成本高,对环境的影响大,不利于在自供能无线传感领域应用。尽管波浪能量采集装置小型化能降低成本以及对环境的影响,但是输出功率也会降低。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种磁场耦合波浪能量采集器,能够提高输出功率,可以在微波下有效工作,适应多方向波浪激励,克服了现有小型化波浪能量采集装置输出功率低的缺点。
为实现上述目的设计一种磁场耦合波浪能量采集器,包括若干磁耦合单元组合1和绳索2,多个磁耦合单元组合1通过绳索2连接并呈阵列式排布,所述磁耦合单元组合1由若干中心对齐的磁耦合单元3成阵列并排叠加,所述磁耦合单元3包含动磁体4以及对称布置于动磁体4两侧的抗磁热解石墨板5、磁力调节部件6和发电部件7,所述抗磁热解石墨板5、磁力调节部件6、发电部件7由内而外依次布置。
进一步地,所述动磁体4为圆柱形永磁体且磁极方向为厚度方向,所述动磁体4内置于滚动回弹轨道8内,且与滚动回弹轨道8厚度方向一致,所述滚动回弹轨道8嵌装于外套9内且与外套9同轴布置,所述抗磁热解石墨板5设于滚动回弹轨道8两侧并嵌装于外套9内,所述磁力调节部件6安装在外套9外侧,所述发电部件7安装在磁力调节部件6外侧。
进一步地,所述磁力调节部件6顶端为磁吸引力磁体10,所述磁力调节部件6底端为磁排斥力磁体11,所述磁吸引力磁体10与磁排斥力磁体11的规格相同,所述磁吸引力磁体10磁极布置方式与动磁体4相反,所述磁排斥力磁体11磁极布置方式与动磁体4相同。
进一步地,所述发电部件7包含若干感应线圈13,所述感应线圈13、磁吸引力磁体10、磁排斥力磁体11皆嵌入安装在嵌装底板12上。
进一步地,所述磁耦合单元组合1中的若干磁耦合单元3按照动磁体4磁极方向一致阵列,阵列数量至少使得磁耦合单元组合1的长度大于直径。
进一步地,轴向相邻的磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相反,径向相邻磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相同,轴向和径向的磁耦合单元组合1通过绳索2连接水平两端,所述绳索2上缠绕有电缆。
进一步地,所述磁耦合单元组合1两侧对称设有平衡调节磁体14。
本发明同现有技术相比,结构新颖、简单,设计合理,利用抗磁悬浮与滚动机制,减小磁体振子的摩擦力,提高能量采集器对微弱激励的敏感度,并且在强激励下也不会脱离有效工作域失稳,通过磁排斥力和磁吸引力构建低阀值双稳态势能阱,增加磁体振子的振动幅值从而提高输出电压和功率;磁耦合单元组合中磁体振子阵列可以相互吸引协同工作,通过绳索连接阵列使用,使波浪能量采集网具有一定柔性贴合波浪起伏,最大化俘获波浪能量,并且有利于维持能量采集器的姿态。综上:本发明能够提高输出功率,可以在微波下有效工作,适应多方向波浪激励,克服了现有小型化波浪能量采集装置输出功率低的缺点,值得推广应用。
[附图说明]
图1为本发明的立体结构示意图;
图2为本发明磁耦合单元组合的立体结构示意图;
图3为本发明磁耦合单元的立体结构示意图;
图4为本发明磁耦合单元的爆炸示意图;
图5为本发明磁耦合单元永磁体的布置示意图;
图6为本发明磁耦合单元感应线圈的布置示意图;
图7为本发明磁耦合单元组合永磁体的布置示意图;
图8为本发明的磁力调节示意图;
图中:1、磁耦合单元组合2、绳索3、磁耦合单元4、动磁体5、抗磁热解石墨板6、磁力调节部件7、发电部件8、滚动回弹轨道9、外套10、磁吸引力磁体11、磁排斥力磁体12、嵌装底板13、感应线圈14、平衡调节磁体。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明:
如附图所示,本发明包括若干磁耦合单元组合1和绳索2,多个磁耦合单元组合1通过绳索2连接并呈阵列式排布,磁耦合单元组合1由若干中心对齐的磁耦合单元3成阵列并排叠加,磁耦合单元3包含动磁体4以及抗磁热解石墨板5、磁力调节部件6和发电部件7,抗磁热解石墨板5、磁力调节部件6和发电部件7对称布置于动磁体4两侧,抗磁热解石墨板5、磁力调节部件6、发电部件7由内而外依次布置。动磁体4为圆柱形永磁体且磁极方向为厚度方向,动磁体4内置于滚动回弹轨道8内且与滚动回弹轨道8厚度方向一致,滚动回弹轨道8嵌装于外套9内且与外套9同轴布置,抗磁热解石墨板5设于滚动回弹轨道8两侧并嵌装于外套9内,磁力调节部件6安装在外套9外侧,发电部件7安装在磁力调节部件6外侧;磁力调节部件6顶端为磁吸引力磁体10,磁力调节部件6底端为磁排斥力磁体11,磁吸引力磁体10与磁排斥力磁体11的规格相同,磁吸引力磁体10磁极布置方式与动磁体4相反,磁排斥力磁体11磁极布置方式与动磁体4相同,磁吸引力磁体10、磁排斥力磁体11皆安装在嵌装底板12上,发电部件7包含若干感应线圈13,感应线圈13皆嵌入安装在嵌装底板12上。
其中,磁耦合单元组合1中的若干磁耦合单元3按照动磁体4磁极方向一致阵列,阵列数量至少使得磁耦合单元组合1的长度大于直径;轴向相邻的磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相反,径向相邻磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相同,磁耦合单元组合1初始状态应为:吸引力磁体10在顶端,排斥力磁体11在底端,轴向和径向的磁耦合单元组合1通过绳索2连接水平两端,绳索2上缠绕有电缆;磁耦合单元组合1两侧对称设有平衡调节磁体14。
如附图8所示,动磁体4径向受到磁排斥力和磁吸引力抵消重力作用,且轴向受到热解石墨板抗磁力,大幅减小了动磁体4受到的摩擦力,因此动磁体4容易被激励振动;动磁体4受到磁排斥力具有两个稳定位置,受到磁吸引力降低了双稳态势能阱高度,即减少了动磁体4在两个稳定位置跳跃的所需的能量,使动磁体4更容易实现大幅值振动;动磁体4内置于滚动回弹轨道8之内,当受到激励较大,动磁体4会接触滚动回弹轨道8并产生滚动和回弹,也有效减少摩擦力和能量损失,增加了能量转换效率。
此外,磁耦合单元组合1中的若干磁耦合单元3按照动磁体磁极方向一致阵列,使得磁耦合单元3相互吸引,更容易组合装配,通过平衡调节磁体14使得磁耦合单元组合1中所有动磁体4在轴向受到的静磁体合力接近零,且阵列的磁耦合单元3中的动磁体4可以相互牵引协同俘获能量;阵列数量使得长度大于直径,则有利于维持磁耦合单元组合1在水中的姿态;轴向相邻的磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相反,径向相邻磁耦合单元组合1中动磁体4磁极方向相同,使得相邻的磁耦合单元组合1不会吸合;轴向和径向的磁耦合单元组合1通过绳索2连接水平两端,有利于维持磁耦合单元组合1在水中的姿态;通过绳索连接阵列使用,使波浪能量采集网具有一定柔性贴合波浪起伏,最大化俘获波浪能量;绳索2缠绕有电缆,从而将所有单元产生的电能集中处理直接使用或存储备用。
本发明利用抗磁悬浮与滚动机制,减小磁体振子的摩擦力,提高能量采集器对微弱激励的敏感度,并且在强激励下也不会脱离有效工作域失稳,通过磁排斥力和磁吸引力构建低阀值双稳态势能阱,增加磁体振子的振动幅值从而提高输出电压和功率;磁耦合单元组合中磁体振子阵列可以相互牵引协同工作;通过绳索连接阵列使用,使波浪能量采集网具有一定柔性贴合波浪起伏,俘获更多波浪能量,并且有利于维持能量采集器的姿态。
本发明并不受上述实施方式的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:包括若干磁耦合单元组合(1)和绳索(2),多个磁耦合单元组合(1)通过绳索(2)连接并呈阵列式排布,所述磁耦合单元组合(1)由若干中心对齐的磁耦合单元(3)成阵列并排叠加,所述磁耦合单元(3)包含动磁体(4)以及对称布置于动磁体(4)两侧的抗磁热解石墨板(5)、磁力调节部件(6)和发电部件(7),所述抗磁热解石墨板(5)、磁力调节部件(6)、发电部件(7)由内而外依次布置,所述动磁体(4)为圆柱形永磁体且磁极方向为厚度方向,所述动磁体(4)内置于滚动回弹轨道(8)内,且与滚动回弹轨道(8)厚度方向一致,所述滚动回弹轨道(8)嵌装于外套(9)内且与外套(9)同轴布置,所述抗磁热解石墨板(5)设于滚动回弹轨道(8)两侧并嵌装于外套(9)内,所述磁力调节部件(6)安装在外套(9)外侧,所述发电部件(7)安装在磁力调节部件(6)外侧。
2.如权利要求1所述的磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:所述磁力调节部件(6)顶端为磁吸引力磁体(10),所述磁力调节部件(6)底端为磁排斥力磁体(11),所述磁吸引力磁体(10)与磁排斥力磁体(11)的规格相同,所述磁吸引力磁体(10)磁极布置方式与动磁体(4)相反,所述磁排斥力磁体(11)磁极布置方式与动磁体(4)相同。
3.如权利要求2所述的磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:所述发电部件(7)包含若干感应线圈(13),所述感应线圈(13)、磁吸引力磁体(10)、磁排斥力磁体(11)皆嵌入安装在嵌装底板(12)上。
4.如权利要求1所述的磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:所述磁耦合单元组合(1)中的若干磁耦合单元(3)按照动磁体(4)磁极方向一致阵列,阵列数量至少使得磁耦合单元组合(1)的长度大于直径。
5.如权利要求1所述的磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:轴向相邻的磁耦合单元组合(1)中动磁体(4)磁极方向相反,径向相邻磁耦合单元组合(1)中动磁体(4)磁极方向相同,轴向和径向的磁耦合单元组合(1)通过绳索(2)连接水平两端,所述绳索(2)上缠绕有电缆。
6.如权利要求1所述的磁场耦合波浪能量采集器,其特征在于:所述磁耦合单元组合(1)两侧对称设有平衡调节磁体(14)。
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