CN110118150A - 一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,机架主体、悬挂浮体、液压发电系统和直驱发电系统;液压发电系统至少包括依次连接的液压缸、液压控制系统、液压马达,液压缸的数量为3个,3个液压缸以120°的间隔角度均匀铰接于悬挂浮体的上表面;直驱发电系统包括柱状筒和传动杆,柱状筒内设有定子铁芯、动子铁芯、线圈绕组、永磁体和缓冲弹簧,传动杆可沿柱状筒的筒壁孔上下运动,缓冲弹簧连接在动子铁芯和柱状筒之间,直驱发电系统运作时,传动杆带动动子铁芯上下运动,动子铁芯将永磁体产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使绕组线圈产生感应电流。本发明能够提升能量转换效率。

Description

一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域,特别是涉及一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置。
背景技术
能源是人类赖以生存的重要物质基础,现今,随着地球上可利用石化资源的日渐衰竭,及对环境的污染日益加剧,人们逐渐把目光投向清洁能源的开发和利用。其中海洋能蕴藏着巨大的能源,海洋能可分为潮汐能、盐差能、潮流能、温差能、波浪能等,其中波浪能是海洋可再生能源的重要组成部分。对清洁能源的开发和利用已然成为当今世界的主要潮流之一,日本,英国,美国等沿海国家都极其重视对波浪能的利用,通过对自身国家波浪能储存量情况进行调研,结合自身情况研究出了大量形式和运行原理各异的波能发电装置。
在众多的波浪能发电装置中,振荡浮子式和浮力摆式波浪能吸收装置较为常用。振荡浮子式主要吸收波浪竖直方向运动产生的能量,浮力摆式通过波浪作用在摆板上的力,使摆板推动液压缸的活塞,通过液压发电系统使装置吸收的波能转化为电能。目前这两种波浪能发电装置,都只能单独工作,能量转换效率较低。
发明内容
鉴于上述状况,本发明提供一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,以提升能量转换效率。
一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,机架主体、悬挂浮体、液压发电系统和直驱发电系统;
所述液压发电系统至少包括依次连接的液压缸、液压控制系统、液压马达,所述液压马达连接液压发电机,所述液压缸的数量为3个,3个所述液压缸以120°的间隔角度均匀铰接于所述悬挂浮体的上表面;
所述直驱发电系统包括柱状筒和传动杆,所述柱状筒的一端与所述机架主体固定连接,所述柱状筒的另一端与所示传动杆活动连接,所述液压缸远离所述悬挂浮体的一端与所述传动杆铰接,所述柱状筒内设有定子铁芯、动子铁芯、线圈绕组、永磁体和缓冲弹簧,所述定子铁芯与所述动子铁芯之间设有气隙,所述传动杆和所述悬挂浮体通过环链连接,所述定子铁芯和所述永磁体安装于所述柱状筒的内壁上,两相邻所述定子铁芯之间绕有所述线圈绕组,所述传动杆可沿所述柱状筒的筒壁孔上下运动,所述缓冲弹簧连接在所述动子铁芯和所述柱状筒之间,所述直驱发电系统运作时,所述传动杆带动所述动子铁芯上下运动,所述动子铁芯将所述永磁体产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使所述绕组线圈产生感应电流。
根据本发明提供的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,在悬挂浮体受波浪力作用摆动时,液压缸的活塞完成一个吸油和排油周期,当液压控制系统中油液压力达到一定值,液压控制系统阀门开启,油液带动液压马达转动,产生的扭矩传递至液压发电机,带动其发电,能够吸收水平方向的波能,同时由于悬挂浮体与传动杆通过环链连接,悬挂浮体上下运动时,能够带动传动杆上下运动,传动杆进一步带动动子铁芯上下运动,动子铁芯把永磁体产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使绕组线圈产生感应电流,使得竖直方向的波能够通过传动杆的传递被直驱发电系统利用,最终实现了振荡浮子式和浮力摆式这两种波浪能发电装置的耦合,扩大了波能转换的有效频带宽度,从而能够提升能量转换效率,此外,3个液压缸以120°的间隔角度均匀铰接于悬挂浮体的上表面,能够实现360°全方位吸收水平方向的波能,进一步提升了能量转换效率。
另外,根据本发明上述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,还可以具有如下附加的技术特征:
进一步的,所述液压发电系统还包括油箱、单向阀、滤油器,所述液压缸、所述单向阀、所述油箱、所述滤油器循环连接,形成液压回路,所述液压缸的两端分别连接一个所述单向阀。
进一步的,所述液压发电系统还包括蓄能器,所述蓄能器和所述液压控制系统串联。
进一步的,所述液压发电系统还包括溢流阀,所述溢流阀安装在所述蓄能器和所述液压控制系统之间。
进一步的,所述柱状筒与所述机架主体设有连接杆,所述连接杆的一端与所述柱状筒焊接在一起,所述连接杆的另一端与所述机架主体通过螺栓连接在一起,所述机架主体通过桩基进行固定。
进一步的,所述环链分别与所述传动杆和所述悬挂浮体焊接在一起。
进一步的,所述永磁体的充磁方向为竖直向上。
进一步的,所述传动杆和所述动子铁芯采用焊接方式连接。
进一步的,所述液压缸与所述传动杆之间、所述液压缸与所述悬挂浮体之间均设有铰链。
进一步的,所述柱状筒采用不导磁金属材料。
附图说明
图1为本发明实施例的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置的结构示意图;
图2为图1中圈II的放大图;
图3为液压发电系统的电气结构示意图;
图4为柱状筒的内部结构示意图;
图5为空载磁力线方向示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
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“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1至图4,本发明实施例提供的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,包括机架主体1、悬挂浮体7、液压发电系统和直驱发电系统。
所述液压发电系统包括油箱16、液压缸5、单向阀8、单向阀9、蓄能器10、液压控制系统12、溢流阀11、液压马达13、液压发电机14、滤油器15。
其中,液压缸5、液压控制系统12、液压马达14依次连接,液压马达13连接液压发电机14,所述液压缸5的数量为3个,3个所述液压缸5以120°的间隔角度均匀铰接于所述悬挂浮体7的上表面,能够实现360°全方位吸收水平方向的波能。
液压缸5、单向阀8、单向阀9、油箱16、滤油器15循环连接,形成液压回路,液压缸5的两端分别连接一个单向阀,即分别连接单向阀8和单向阀9,保证每个液压缸油路之间不相互干扰。
蓄能器10和液压控制系统12串联,保证油液输出压力稳定。
溢流阀11安装在蓄能器10和液压控制系统12之间。
具体实施时,油箱16、单向阀8、单向阀9、蓄能器10、液压控制系统12、溢流阀11、液压马达13、液压发电机14、滤油器15等装置可以固定在机架主体1,再通过管路将需要连通的零件进行连接。
当悬挂浮体7受波浪力作用摆动时,液压缸5的活塞完成一个吸油和排油周期;当液压控制系统12中油液压力达到一定水平,液压控制系统12阀门开启,油液带动液压马达13转动,产生的扭矩可以通过增速箱传递至液压发电机14,带动其发电。为了保护液压回路,可以在蓄能器10和液压控制系统12之间安装溢流阀11,当液压回路中的油压过高时,溢流阀11开启减少液压系统中的油液压力对液压回路起保护作用。
具体的,对于液压发电系统,当悬挂浮体7在波浪作用下摆动,悬挂浮体7对液压缸5的活塞杆产生推力,从而使得液压回路中蓄能器10油液的压力增高;液压控制系统12在蓄能器10压力达到一定值时开启阀门,油液带动液压马达13转动,从而带动液压发电机14发电,油液流回油箱16,完成一个排油过程,该液压发电系统主要吸收水平方向的波能。
所述直驱发电系统包括柱状筒2和传动杆3,所述柱状筒2的一端与所述机架主体1固定连接,所述柱状筒2的另一端与所示传动杆3活动连接,所述液压缸5远离所述悬挂浮体7的一端与所述传动杆3铰接,所述柱状筒2内设有定子铁芯17、动子铁芯18、线圈绕组19、永磁体20和缓冲弹簧21,所述定子铁芯17与所述动子铁芯18之间设有气隙22,所述传动杆3和所述悬挂浮体7通过环链4连接,所述定子铁芯17和所述永磁体20安装于所述柱状筒2的内壁上,两相邻所述定子铁芯17之间绕有所述线圈绕组19,所述传动杆3可沿所述柱状筒2的筒壁孔上下运动,所述缓冲弹簧21连接在所述动子铁芯18和所述柱状筒2之间,缓冲弹簧21可以对动子铁芯18和柱状筒壁2起保护作用,防止因动子铁芯18的过度运动撞击柱状筒壁2。
所述直驱发电系统运作时,所述传动杆3带动所述动子铁芯18上下运动,所述动子铁芯18将所述永磁体20产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使所述绕组线圈19产生感应电流。需要指出的是,定子铁芯17的对数可根据实际要求增加或减少,附图中定子铁芯17对数不代表该装置在实际设计中的对数。
具体的,对于该直驱发电系统,当悬挂浮体7沿着波浪起伏上下运动时,悬挂浮体7推动传动杆3上下运动,动子铁芯18随着传动杆3一起运动。如图5所示:永磁体20产生的磁场路径为:上定子铁芯→气隙→动子齿→动子铁芯→气隙→下定子铁芯,运动中的动子齿把永磁体20产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使绕组线圈19产生感应电流。
所述柱状筒2与所述机架主体1设有连接杆23,所述连接杆23的一端与所述柱状筒2焊接在一起,所述连接杆23的另一端与所述机架主体1通过螺栓连接在一起,所述机架主体1可以通过桩基进行固定。
所述环链4分别与所述传动杆3和所述悬挂浮体7焊接在一起。
所述永磁体20的充磁方向为竖直向上,空载磁感线方向如图5所示。
所述传动杆3和所述动子铁芯18采用焊接方式连接。
所述液压缸5与所述传动杆3之间、所述液压缸5与所述悬挂浮体7之间均设有铰链6。
所述柱状筒2具体采用不导磁金属材料。
综上,根据本实施例提供的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,在悬挂浮体受波浪力作用摆动时,液压缸的活塞完成一个吸油和排油周期,当液压控制系统中油液压力达到一定值,液压控制系统阀门开启,油液带动液压马达转动,产生的扭矩传递至液压发电机,带动其发电,能够吸收水平方向的波能,同时由于悬挂浮体与传动杆通过环链连接,悬挂浮体上下运动时,能够带动传动杆上下运动,传动杆进一步带动动子铁芯上下运动,动子铁芯把永磁体产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使绕组线圈产生感应电流,使得竖直方向的波能够通过传动杆的传递被直驱发电系统利用,最终实现了振荡浮子式和浮力摆式这两种波浪能发电装置的耦合,扩大了波能转换的有效频带宽度,从而能够提升能量转换效率,此外,3个液压缸以120°的间隔角度均匀铰接于悬挂浮体的上表面,能够实现360°全方位吸收水平方向的波能,进一步提升了能量转换效率。此外,该装置在具体实施时位于海面上方,减少了液压系统漏油污染环境的可能,且主要部件受到海水腐蚀的可能性较小,提高了装置发电的可靠性,且降低了装置的故障率。
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本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 (10)

1.一种浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,包括机架主体、悬挂浮体、液压发电系统和直驱发电系统;
所述液压发电系统至少包括依次连接的液压缸、液压控制系统、液压马达,所述液压马达连接液压发电机,所述液压缸的数量为3个,3个所述液压缸以120°的间隔角度均匀铰接于所述悬挂浮体的上表面;
所述直驱发电系统包括柱状筒和传动杆,所述柱状筒的一端与所述机架主体固定连接,所述柱状筒的另一端与所示传动杆活动连接,所述液压缸远离所述悬挂浮体的一端与所述传动杆铰接,所述柱状筒内设有定子铁芯、动子铁芯、线圈绕组、永磁体和缓冲弹簧,所述定子铁芯与所述动子铁芯之间设有气隙,所述传动杆和所述悬挂浮体通过环链连接,所述定子铁芯和所述永磁体安装于所述柱状筒的内壁上,两相邻所述定子铁芯之间绕有所述线圈绕组,所述传动杆可沿所述柱状筒的筒壁孔上下运动,所述缓冲弹簧连接在所述动子铁芯和所述柱状筒之间,所述直驱发电系统运作时,所述传动杆带动所述动子铁芯上下运动,所述动子铁芯将所述永磁体产生的磁感线调制成不断变化的磁感线,从而使所述绕组线圈产生感应电流。
2.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述液压发电系统还包括油箱、单向阀、滤油器,所述液压缸、所述单向阀、所述油箱、所述滤油器循环连接,形成液压回路,所述液压缸的两端分别连接一个所述单向阀。
3.根据权利要求2所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述液压发电系统还包括蓄能器,所述蓄能器和所述液压控制系统串联。
4.根据权利要求3所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述液压发电系统还包括溢流阀,所述溢流阀安装在所述蓄能器和所述液压控制系统之间。
5.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述柱状筒与所述机架主体设有连接杆,所述连接杆的一端与所述柱状筒焊接在一起,所述连接杆的另一端与所述机架主体通过螺栓连接在一起,所述机架主体通过桩基进行固定。
6.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述环链分别与所述传动杆和所述悬挂浮体焊接在一起。
7.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述永磁体的充磁方向为竖直向上。
8.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述传动杆和所述动子铁芯采用焊接方式连接。
9.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述液压缸与所述传动杆之间、所述液压缸与所述悬挂浮体之间均设有铰链。
10.根据权利要求1所述的浮力摆与振荡浮子组合式波能转换装置,其特征在于,所述柱状筒采用不导磁金属材料。
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