CN112855419A - 一种波浪洋流混合发电装置及方法 - Google Patents

一种波浪洋流混合发电装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波浪洋流混合发电装置及方法，内芯相对外壳可上下运动和旋转运动；纬线圈设置在内芯的轴向外周若干组，经线圈设置在内芯的径向外周一组；大磁铁组和小磁铁组均设置在外壳的内壁上，大磁铁组包括两个纵向磁铁，两个纵向磁铁的长与内芯的高一致，两个纵向磁铁处于外壳的圆柱状的一直径两端，相对设置，且相对面极性相反；小磁铁组与大磁铁组间隔90度，分别在外壳的圆柱状的另一直径两端相对设置若干横向磁铁，同一侧的横向磁铁相邻两个极性相反放置对侧的横向磁铁的相对面极性相同。本发明能够同时利用波浪产生的垂直运动和海流产生的水平运动的动能；采用一体化设计，结构紧凑，布放方便，高效利用海洋能。

Description

一种波浪洋流混合发电装置及方法
技术领域
本发明属于海洋能源领域，特别涉及一种波浪洋流混合发电装置及方法。
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，只能单独的利用波浪能发电或者海流能发电。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种波浪洋流混合发电装置，包括浮体、内芯、外壳、螺旋桨、连接部、经线圈、纬线圈、大磁铁组和小磁铁组，其中，所述浮体与外壳固定连接；内芯、经线圈、纬线圈、大磁铁组和小磁铁组均设置在外壳内；内芯与外壳均为圆柱状，内芯与螺旋桨通过连接部固定连接，内芯相对外壳可上下运动和旋转运动；纬线圈设置在内芯的轴向外周若干组，经线圈设置在内芯的径向外周一组；
大磁铁组和小磁铁组均设置在外壳的内壁上，大磁铁组包括两个纵向磁铁，两个纵向磁铁的长与内芯的高一致，两个纵向磁铁处于外壳的圆柱状的一直径两端，相对设置，且相对面极性相反；小磁铁组与大磁铁组间隔90度，分别在外壳的圆柱状的另一直径两端相对设置若干横向磁铁，同一侧的横向磁铁相邻两个极性相反放置对侧的横向磁铁的相对面极性相同。
优选地，所述纬线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯内部。
优选地，所述经线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯内部。
优选地，所述内芯为非金属材质。
优选地，所述外壳为非金属材质。
优选地，所述小磁铁组设置10-20个磁铁。
优选地，所述连接部包括圆轴和轴承，内芯通过圆轴连接到螺旋桨，圆轴和外壳之间设置轴承。
优选地，所述大磁铁组和小磁铁组嵌入外壳的内壁。
优选地，所述浮体为半球形。
基于上述目的，本发明还提供了一种波浪洋流混合发电方法，采用上述装置，包括以下步骤：
S10，将经线圈和纬线圈的输出端口与外部整流电路连接；
S20，将发电装置置于海水中；
S30，在波浪的作用下，内芯与外壳产生上下相对运动，纬线圈切割小磁铁组的磁感线，在纬线圈中感应出电能，通过输出端口输出；
S40，在海流的作用下，螺旋桨旋转，推动内芯相对外壳产生旋转运动，经线圈切割大磁铁组的磁感线，在经线圈中感应出电能，通过输出端口输出。
与现有技术相比，本发明公开的波浪洋流混合发电装置及方法，至少具有以下有益效果：小磁铁组的磁感线从同一组中相邻磁铁的N极到S极，内芯上设置的纬线圈和经线圈，其数量可以根据实际需求调整；纬线圈切割小磁铁组的磁感线产生电流，经线圈切割大磁铁组的磁感线产生电流。通过线圈切割磁感线将外壳和内芯的相对运动转换成电能。由于相对运动方向不规则，产生的电能通过外部整流电路转换成直流电。能够同时利用波浪产生的垂直运动和海流产生的水平运动的动能，采用一体化设计，结构紧凑，布放方便，高效利用海洋能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例波浪洋流混合发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例波浪洋流混合发电装置的经线圈发电示意图；
图3为本发明实施例波浪洋流混合发电装置的纬线圈发电示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1-3，对装置及发电方法进行了更加形象的阐述，装置包括浮体10、内芯41、外壳42、螺旋桨20、连接部、经线圈52、纬线圈51、大磁铁组62和小磁铁组61，其中，浮体10与外壳42固定连接；内芯41、经线圈52、纬线圈51、大磁铁组62和小磁铁组61均设置在外壳42内；内芯41与外壳42均为圆柱状，内芯41与螺旋桨20通过连接部固定连接，内芯41相对外壳42可上下运动和旋转运动；纬线圈51设置在内芯41的轴向外周若干组，经线圈52设置在内芯41的径向外周一组；
大磁铁组62和小磁铁组61均设置在外壳42的内壁上，大磁铁组62包括两个纵向磁铁，两个纵向磁铁的长与内芯41的高一致，两个纵向磁铁处于外壳42的圆柱状的一直径两端，相对设置，且相对面极性相反；小磁铁组61与大磁铁组62间隔90度，分别在外壳42的圆柱状的另一直径两端相对设置若干横向磁铁，同一侧的横向磁铁相邻两个极性相反放置对侧的横向磁铁的相对面极性相同。
连接部包括圆轴31和轴承30，内芯41通过圆轴31连接到螺旋桨20，圆轴31和外壳42之间设置轴承30。
具体实施例中，大磁铁组62和小磁铁组61嵌入外壳42的内壁。纬线圈51通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯41内部。经线圈52通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯41内部。内芯41为非金属材质。外壳42为非金属材质。小磁铁组61设置10-20个磁铁。浮体10为半球形。
浮体10跟外壳42相连，使该装置保持适当的浮力和在水中的姿态。内芯41采用非金属材料加工，具有适当的浮力，在波浪和海流的作用下，能够相对外壳42进行上下运动和旋转运动。内芯41通过圆轴31连接到螺旋桨20，圆轴31和外壳42之间装有润滑的轴承30。螺旋桨20在海流的推动下产生旋转运动，带动内芯41旋转。
外壳42的内壁上嵌有磁铁阵列，其分布规则如下：大磁铁组62相对面的磁极极性相反，磁感线从一磁铁的N极进入对面磁铁的S极。跟大磁铁组62间隔90度，设置有小磁铁组61，小磁铁组61可视为分为两小组，其数量可以根据实际需要确定。同一侧的小磁铁相邻的两个极性相反，两小组的小磁铁相对的两个磁铁极性相同，参见图2和图3，表示经线圈52和纬线圈51在运动时，切割磁感线。小磁铁组61磁感线611从同一小组中相邻磁铁的N极到S极。内芯41上设置的纬线圈51和经线圈52，其数量可以根据实际需求调整。纬线圈51在波浪作用下，相对运动方向55，切割小磁铁组61磁感线611产生电流，经线圈52在洋流作用下，螺旋桨20连着内芯41旋转，经线圈52相对运动方向55，切割大磁铁组62磁感线622产生电流。
基于上述目的，本发明还提供了一种波浪洋流混合发电方法，采用上述装置，包括以下步骤：
S10，将经线圈和纬线圈的输出端口与外部整流电路连接；
S20，将发电装置置于海水中；
S30，在波浪的作用下，内芯与外壳产生上下相对运动，纬线圈切割小磁铁组的磁感线，在纬线圈中感应出电能，通过输出端口输出；
S40，在海流的作用下，螺旋桨旋转，推动内芯相对外壳产生旋转运动，经线圈切割大磁铁组的磁感线，在经线圈中感应出电能，通过输出端口输出。
方法实施例参见装置实施例，不再赘述。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波浪洋流混合发电装置，其特征在于，包括浮体、内芯、外壳、螺旋桨、连接部、经线圈、纬线圈、大磁铁组和小磁铁组，其中，所述浮体与外壳固定连接；内芯、经线圈、纬线圈、大磁铁组和小磁铁组均设置在外壳内；内芯与外壳均为圆柱状，内芯与螺旋桨通过连接部固定连接，内芯相对外壳可上下运动和旋转运动；纬线圈设置在内芯的轴向外周若干组，经线圈设置在内芯的径向外周一组；
大磁铁组和小磁铁组均设置在外壳的内壁上，大磁铁组包括两个纵向磁铁，两个纵向磁铁的长与内芯的高一致，两个纵向磁铁处于外壳的圆柱状的一直径两端，相对设置，且相对面极性相反；小磁铁组与大磁铁组间隔90度，分别在外壳的圆柱状的另一直径两端相对设置若干横向磁铁，同一侧的横向磁铁相邻两个极性相反放置对侧的横向磁铁的相对面极性相同。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纬线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯内部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述经线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在内芯内部。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内芯为非金属材质。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳为非金属材质。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述小磁铁组设置10-20个磁铁。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接部包括圆轴和轴承，内芯通过圆轴连接到螺旋桨，圆轴和外壳之间设置轴承。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述大磁铁组和小磁铁组嵌入外壳的内壁。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮体为半球形。
10.一种波浪洋流混合发电方法，采用权利要求1-9之一所述装置，其特征在于，包括以下步骤：
S10，将经线圈和纬线圈的输出端口与外部整流电路连接；
S20，将发电装置置于海水中；
S30，在波浪的作用下，内芯与外壳产生上下相对运动，纬线圈切割小磁铁组的磁感线，在纬线圈中感应出电能，通过输出端口输出；
S40，在海流的作用下，螺旋桨旋转，推动内芯相对外壳产生旋转运动，经线圈切割大磁铁组的磁感线，在经线圈中感应出电能，通过输出端口输出。
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