CN112311186A - 一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置 - Google Patents

一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，包括固定螺栓、固定桩、发电球、固定板、链缆、网罩、网罩螺栓，每个网罩内放置一个发电球，网罩通过链缆连接在固定桩上，固定桩通过固定螺栓安装在固定板上。由于采用上述技术方案，可在海岸边安装多个固定桩，通过链缆固定住多个发电球，发电球漂浮在水面上，有波浪时，发电球可在网格中任意方向振动并吸收冲击振动，产生的电流传输至岸边的电力设备，电流最后可传送至用户终端。

Description

一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电 球组网装置
技术领域
本发明涉及振动机械能与电能的转化装置及新型能源领域领域，具体是一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置。
背景技术
随着社会现代化建设的推进，社会总体耗能迅速增加，耗电量提升非常显著，而传统能源日益枯竭，也带来了严重的环境污染。目前，各国都在大力推进新型能源的开发利用，如风能、太阳能、核能等清洁能源，振动能由于能量密度低、收集困难等等原因，并没有得到大规模开发利用。
Halbach阵列是一种新的充磁方式，具有以下特点：对于理想的Halbach阵列，磁场只正弦分布在一侧；不需要轭部，可直接固定在非导磁材料上；没有转矩脉动；在产生相同磁动势时，Halbach阵列所需的磁体体积更少。目前，Halbach阵列电机和Halbach阵列发电机均有应用。
海浪的尺寸变化很大，常见波高分布有数厘米至数十米，海浪能量大，同时也具有相当破坏力，海浪冲击作为振动冲击的一种体现，能量若收集海浪包含的能量，既可以缓解部分地区电力紧张的问题，也可有效保护公共私人财产，具有可观应用前景。
收集振动能量转化为电能已在一些场合得到应用。如申请号201811071660.3公开的一种小振幅发电装置，其安装在共享单车上，利用鞍座的振动为锂电池充电；如申请号201810342255.4公开的一种永磁式水振动能量捕获发电装置，其利用中小型河流中水流的振动能量发电，不需要水位落差；如201810753923.2公开的振动发电系统，其能吸收机动车辆行驶时的振动，产生电能；如申请号20110063127.2公开的一种振动发电机，其利用人在行走时的加减速过程产生的振动发电，在移动通信设备如手机、平板电脑及电动车等领域有应用前景。
把利用振动发电的发电机外形做成球体，使其能吸收更广方向的振动，是一种更高效的发电方式。如201110207596.9公开的一种振动发电机，主要是由底座、电池、半球壳形磁铁、限制缸和振动部分组成，底座上固定电池，电池上部固定两个半球壳形磁铁，所述的两半球壳形磁铁的内表面均匀的分布六个限制缸，两个半球壳形磁铁的内部设有振动部分。其外形为球体，但因其安装在底座上，不能对任意方向的振动均保持高效率转化。
利用海浪的冲击振动发电是一种可行的发电方式。如申请号201810072507.6公开的一种摇杆振钟式海浪发电机，由钟型外壳和内部摆动摇杆两部分构成，内部摆动摇杆末端设有三个尾鳍，摆杆与钟体之间设置振动发电机，共设置七个振动发电机，钟体与摆杆之间靠弹簧连接，钟体顶端与摆杆顶端用万向节连接，振动发电机与摆杆和钟体之间也是通过万向节连接，钟体与外部框架也是通过弹簧连接。但其使用了过多的弹簧，弹簧的安装方式也不尽合理。
鉴于此，拟利用永磁Halbach阵列布置在垂直交叉的多个方向上振动，利用球形外壳接收各方向的波浪振动，本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置。
发明内容
本发明要解决的问题是，针对海岸边具有常见的波浪冲击，但不能高效率地利用、转化波浪的振动能，本发明针对此问题提供一种发电装置，使波浪能为人类所用。
本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，本发明要实现的目的是提供一种能吸收全方向振动、能量转化效率高、使用方便、环境友好、具有社会效应的等优点发电装置及应用方法。
本发明采用以下技术方案来实现上述目的，本发明提供的是一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，包括固定螺栓、固定桩、发电球、固定板、链缆、网罩、网罩螺栓，每个网罩内放置一个发电球，网罩通过链缆连接在固定桩上，固定桩通过固定螺栓安装在固定板上；其中发电球包括中心方块、电磁柱、齿形支座、三防球壳、连接螺栓组件、端盖、紧固螺栓组件，6个电磁柱的一端分别安装在中心方块的六个面上，令一端分别安装在齿形支座上，8个八分之一球面组成的三防球壳包络电磁柱，通过连接螺栓组件相互连接，齿形支座安装在端盖上，6个端盖分别通过紧固螺栓组件与三防球壳连接；其中电磁柱包括绕线轴、导杆、定子叠片组、夹具、螺柱、螺母、螺旋式碟形弹簧、Halbach阵列永磁体，定子叠片内侧开有24个槽，每个槽安装一个Halbach阵列永磁体，近外侧开有12个相同孔径的孔，4个依次相隔90度的孔安装用螺栓螺母安装夹具，4个夹具固定由20个定子叠片组成的定子叠片组，剩下的8个孔安装8根导杆，导杆直径略小于孔径，定子叠片组两端分别安装螺旋式碟形弹簧，定子叠片组可在导杆上自由滑动。
所述的螺纹连接组件均为高强度材质。
所述的螺纹连接处应涂有密封胶。
所述的螺旋式碟形弹簧应至少具有500万次冲程的寿命。
所述的导杆应具备较高刚度，在1千牛力的集中载荷作用下变形不大于千分之一。
所述的导杆表面应比较光滑，粗糙度不大于0.8。
所述的三防球壳应有高强度，具备防锈、防冲击变形、防腐蚀、绝缘的特性。
由于采用上述技术方案，在海岸边安装多个放置格，把多个发电球放置放置格的网格中，发电球漂浮在水面上，有波浪时，发电球可在网格中任意方向振动并吸收冲击振动，产生的电流传输至岸边的电力设备，电流最后可传送至用户终端。
本发明的有益效果是：设计的发电球能以相同的高效率吸收全方向的海浪冲击振动，能把冲击振动转化成电能，可根据实际需要和应用条件自由组装所需规格的装机容量，使用Halbach阵列永磁体，减小整体体积，提高了转化效率；同时也能保护海岸安全。
附图说明
图1为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的总体示意图。
图2为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球外形图。
图3为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的内部示意图。
图4为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球内部部件电磁柱的等轴测图。
图5为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球内部部件电磁柱的正视图和全剖视图。
图6为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球内部部件电磁柱的零件绕线轴的正视图和全剖视图。
图7为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球内部零件齿形支座的等轴测图、正视图和全剖视图。
图8为本发明提供一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置的发电球外部零件端盖的正视图和全剖视图。
图中：
1、固定螺栓 2、固定桩 3、发电球
4、固定板 5、链缆 6、网罩
7、网罩螺栓
31、紧固螺栓组件 32、端盖 33、连接螺栓组件
34、三防球壳 35、齿形支座 36、电磁柱
37、中心方块
361、导杆 362、夹具 363、螺柱和螺母
364、螺旋式碟形弹簧 365、绕线轴 366、Halbach阵列永磁体
367、定子叠片组
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明为一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，包括：固定板4安装在海岸边的浅水区，多个固定桩2固定螺栓1安装在固定板4上，网罩6通过链缆5连接在固定桩2上，固定桩2的长度远小于链缆5的长度，安装完成后，应使得发电球3漂浮在水面上，并且每天涨潮后或者退潮后，仍能使发电球3漂浮于水面上，使得发电球3能全天候吸收振动。每个网罩6内包裹1个发电球3，多个网罩6共同组成发电球网，并可根据当地实际情况和需要自由确定发电球3的数量，组配的网络形状也可自由搭配，以得到合适的装机容量，得到合适的装机容量，本发明以4×1的矩阵网格进行说明。网罩6有两个表面开有多个圆孔的半球面通过网罩螺栓7连接而成，在网罩6的连接处共开有8个孔，其中7个孔有网罩螺栓7，以连接两个半球面，剩下的1个孔用于链缆5连接网罩，网罩6的作用是防止海上的坚硬垃圾硬性冲击发电球进而划伤发电球表面影响其设计寿命，网罩6和其包裹的发电球3应漂浮在海面上，一天中海水水面高度有变化，链缆5对发电球3起限位作用，同时，链缆5的长度应适中，不能过长导致发电球3过度漂移，也不能过短而减小了发电球3自身的振幅，网罩6上开有多个圆孔，以防止海水累积和卡住固体垃圾。当水面有波浪或振动，因发电球3外形为球形，可吸收各方向的波浪振动，发电球3随网罩6可在链缆所确定的范围内随水面波动而振动，进而驱动内部结构同时也发生振动，进而产生电流，产生的电流可传输至岸边的整流器、蓄电瓶、逆变器，最终可输送至用户终端。
如图2至图8所示，本发明为一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，包括：中心方块37的每个面的由外至内开有，8个小盲孔、1个环形槽、1个中心盲孔。中心方块37的6个面分别装有6个电磁柱36，电磁柱36上的8根导杆361的一端分别部分插入中心方块37的6个面上的小盲孔内，导杆361表面光滑，表面粗糙度不超过1.6，6个螺旋式碟形弹簧364的一端也分别插入中心方块37的6个面上的环形槽内，中心方块37的6中心孔安装6根绕线轴365。定子叠片组367由10个定子叠片组成，定子叠片内侧开有24个槽，每个槽安装一个四棱柱Halbach阵列永磁体366，近外侧开有12个相同孔径的孔，4个依次相隔90度的孔安装用螺柱螺母363安装，4个夹具362固定由10个定子叠片组成的定子叠片组367，定子叠片组367上的8个孔与8根导杆配合，其孔内表面粗糙度不超过1.6，其孔径略大于8根导杆的直径，定子叠片组367孔内表面和导杆361表面进行渗氮处理和渗碳处理，能有效提高表面硬度和降低接触摩擦系数，能保证定子叠片组367在8根导杆361上进行500万次以上摩擦而不发生疲劳失效，定子叠片组367的另一端处也有同样规格的螺旋式碟形弹簧364。绕线轴365为阶梯轴，绕线轴365的两个端面上开有圆锥孔，绕线轴365中段开有螺旋槽，螺旋槽上绕有100匝线圈，线圈最外侧与Halbach阵列永磁体366之间有4mm的气隙。齿形支座35四周开有12个锯齿，下端面开有8个小盲孔，导杆361的一端插入中心方块37的中心孔内，另一端插入齿形支座35上的8个小盲孔内，齿形支座35下端面有凸起圆台，该凸起圆台与绕线轴365的端面上的圆锥孔配合，每个齿形支座35和中心方块37共同固定8根导杆和绕线轴365，齿形支座365的中心附近处开有小孔，该小孔用于绕线轴365上的线圈一端通过；齿形支座35安装在端盖32上，端盖32下侧也开有相同规格的齿，能与齿形支座35配合，开齿的目的是避免齿形支座35与端盖32发生周向滑动，对8根导杆361产生扭矩而影响使用寿命甚至破坏，端盖中心开有小孔，用于通过从绕线轴365引出、经过齿形支座35的导线，最后该导线可连接至岸边的整流器、蓄电瓶和逆变器。三防球壳34的雏形是一个八分之一球，在球面切除出一个大凹坑，在其球半径的方向分别切除出3个四分之一圆柱面，8个三防球壳通过连接螺栓组件33连接，组成球体，8个三防球壳34组成后的球体内部有3个相互垂直的球直径方向的圆柱孔，用于安装中心方块37和6个电磁柱36，这样设计三防球壳34的优点是，受到过大的外部冲击时，由于三防球壳34不是完全空心，可避免因导杆361的失效导致定子叠片组36冲击三防球壳34和定子叠片组36的互相冲击导致内部完全破坏。三防球壳34与端盖32的螺纹连接处开有8个螺纹盲孔，每个三防球壳34互相接触连接处开有两个通孔，连接螺栓组件33通过该通孔连接三防球壳34，三防球壳34上的全部接触面涂有高性能密封胶，以达到防水目的，同时三防球壳34具备很高强度和刚度、能有效防止冲击变形。
本发明为一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其详细工作过程是：基于上述的安装方式，当海浪很大或者仅有海面的轻微波动时，均会引起发电球3的振动，由于发电球3内部的6根电磁柱分别两两位于三个相互垂直的球直径上，即位于空间直角坐标系上，并且发电球3内部和外侧中心对称、轴对称、故可以相同的高效率吸收全方向的振动，该振动会驱动内部的定子叠片36在导杆361上反复振动，因定子叠片36和导杆361的接触摩擦系数很小，故可振动多次，振动时，定子叠片36与绕线轴365发生相对运动，绕线轴365上的线圈会切割定子叠片36上四棱柱Halbach阵列永磁体366的一侧的正弦分布的磁感线，四棱柱Halbach阵列永磁体366的特点是，其磁场几乎只会以正弦形式分布在靠近绕线轴365一侧，并且不需要轭部，显著效果是：相比通常两个磁极的磁体，在达到所需场强的磁体体积明显更小。产生的电流会传输至产生的电流传输至岸边的整流器、蓄电瓶和逆变器，电流最后可输送至用户终端。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.本发明提供的是一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装包括固定螺栓1、固定桩2、发电球3、固定板4、链缆5、网罩6、网罩螺栓7，每个网罩6内放置一个发电球3，网罩6通过链缆5连接在固定桩2上，固定桩2通过固定螺栓7安装在固定板2上；其中发电球3包括紧固螺栓组件31、端盖32、连接螺栓组件33、三防球壳34、齿形支座35、电磁柱36、中心方块37，6个电磁柱36的一端分别安装在中心方块37的六个面上，令一端分别安装在齿形支座35上，8个八分之一球面组成的三防球壳包络电磁柱36，通过连接螺栓组件33相互连接，齿形支座35安装在端盖32上，6个端盖32分别通过紧固螺栓组件31与三防球壳34连接；其中电磁柱36包括绕线轴365、导杆361、定子叠片组367、夹具362、螺柱和螺母363、螺旋式碟形弹簧364、Halbach阵列永磁体366，定子叠片内侧开有24个槽，每个槽安装一个Halbach阵列永磁体，近外侧开有12个相同孔径的孔，4个依次相隔90度的孔安装用螺栓螺母安装夹具362，4个夹具362固定由20个定子叠片组成的定子叠片组367，剩下的8个孔安装8根导杆361，导杆361直径略小于孔径，定子叠片组361两端分别安装螺旋式碟形弹簧364，定子叠片组361可在导杆上自由滑动。
2.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：绕线轴365的中段是按螺旋线方向切除出的螺旋凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：定子叠片组367由20个定子叠片堆叠而成，内表面开有24个槽，内外径中间开有12个孔。
4.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：定子叠片组367内侧放置有24个四棱柱Halbach阵列永磁体，定子叠片组367的每相隔一个孔的相邻的两个孔用于穿过导杆。
5.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：定子叠片组367的两个端面各夹有一个用于往复运动的螺旋式碟形弹簧364。
6.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：中心方块37的每个面上的中心处开有大圆槽，大圆槽外侧开有均布的盲孔。
7.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：齿形支座35的外侧切出12个三角齿，一端面的中心处有一个圆锥凸台。
8.根据权利要求1所述的一种全方位吸收波浪冲击振动发电的永磁Halbach阵列发电球组网装置，其特征在于：每个发电球3被网罩6包裹，网罩6通过链缆5连接在固定桩2上，每个固定桩2连接在固定板上。
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