CN113309658B - 并联直驱式波浪发电装置及其测试装置 - Google Patents

并联直驱式波浪发电装置及其测试装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供有一种并联直驱式波浪发电装置，包括：运动平台；设于所述运动平台上方的固定平台；和，两端分别与运动平台和固定平台通过万向机构相连接的直线发电支链；所述直线发电支链至少三组且均匀分布在所述运动平台和固定平台之间；随着波浪的冲击，运动平台接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链上与其相连的一端，并带动直线发电支链发电。基于上述设计，运动平台能够承接多方向的波浪冲击，而多方向的波浪冲击能够随之传递至直线发电支链上，相较于现有技术中单自由度，间歇式发电而言，本申请所提供的技术方案能够实现多维度多方向波浪能吸收转换。

Description

并联直驱式波浪发电装置及其测试装置
技术领域
本公开具体公开一种并联直驱式波浪发电装置及其测试装置。
背景技术
海洋面积占地球表面积的70％，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的海洋能。依附在海水中的海洋能，包括：潮汐能、波浪能、温差能、盐差能、海流能等可再生能源，这些能源可以通过各种物理过程接收、储存，现有技术中已经具备相应的能量转换装置，如：
专利202011147752.2所公开的一种海浪动力发电装置，包括基柱、直线发电机和海浪动力获取装置，所述直线发电机包括定子和动子，所述基柱为圆筒状基柱，所述定子固定安装在基柱内，所述动子固定安装在直轴上，还包括万向连杆组，所述万向连杆组的一端连接直轴，另一端连接海浪动力获取装置。该技术方案通过设置万向连杆组和海浪动力获取装置，可以获取海浪中任意方向的动能和势能，一定程度上有效提高了海浪能源的利用效率，但是，万向连杆组仅由万向节连接，这样万向节不仅要起到万向转向的作用，还要起到连接牵拉的作用，而海浪的冲击力往往很大，长期使用后，难免会损坏万向节，影响整体装置的可靠性。而且，采用万向节并利用其转向实现多角度的能量吸收是非常有限的，仍然会存在间歇式发电的缺点。
专利202011076585.7所公开的一种基于直线发电机的新型波浪发电装置，包括装置外壳，所述装置外壳为锥形结构，且装置外壳的顶端边缘处设置有第一固定环，所述装置外壳的上方设置有上盖，所述上盖的底部对应第一固定环的上方位置处设置有第二固定环，且上盖的底部连接有泡沫环垫，所述装置外壳的内部设置有安装腔，所述安装腔的内部安装有发电组件，所述发电组件包括定子，所述定子的外部通过滑轨滑动连接有动子，所述动子的上下两端部与定子的顶部和底部之间均连接有弹簧组，所述上盖的底部位于安装腔的上方位置处安装有蓄电池。其所实现的技术目的是保证了在不稳定波浪作用下的电力输出更加持续和平稳，并且在发生扰动时能够恢复竖直状态，但是其发电的维度仍然为单自由度，故存在间歇式发电的缺点。
综上所述，现有技术中提供的实现波浪能转换的装置，在具体结构设计中，仍然存在诸多的技术缺陷，使得整体波浪能转换的装置在具体的应用中，无法可靠地吸收多方向的波浪能，亟待改进。
发明内容
第一方面，本申请旨在提供一种相较于现有技术而言，能够可靠地实现多方向波浪能吸收转换的并联直驱式波浪发电装置。
一种并联直驱式波浪发电装置，包括：运动平台；设于所述运动平台上方的固定平台；和，两端分别与运动平台和固定平台通过万向机构相连接的直线发电支链；所述直线发电支链至少三组且均匀分布在所述运动平台和固定平台之间；随着波浪的冲击，运动平台接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链上与其相连的一端，并带动直线发电支链发电。
根据本申请实施例提供的技术方案，单个直线发电支链上两端的万向机构具备如下特征：两端万向机构上分别与相应平台相连的转动副轴线与相应平台的外接圆相切；两端万向机构上的自由转动副轴线相平行；两端万向机构所在的平面相互平行。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述直线发电支链包括：相互耦合设置的动子组件和定子组件；以及设于二者之间且用于限定二者之间预设间隙的限位支撑组件。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述限位支撑组件包括：分别设于动子组件两端的固定端件和跨设在两固定端件之间且与动子组件平行设置的至少一个限位轴件；所述定子组件的外壁设有与所述限位轴件对应滑动连接的至少一组滑动件。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述限位轴件的数量为两个且二者对称分布在所述动子组件两侧；
相应地，所述滑动件的数量为两组且对称分布在所述定子组件两侧。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：套设在所述限位轴件上的弹性元件，所述弹性元件位于所述定子组件与一固定端件之间。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：相互耦合设置的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体顶部与固定平台通过万向机构连接且其底部进入所述第二壳体内；所述第二壳体的底部与运动平台通过万向机构连接；所述定子组件的滑动件与所述第一壳体内壁固接；所述限位支撑组件上相对位于下方的固定端件与所述第二壳体内底部固接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述弹性元件设于定子组件与相对位于下方的固定端件之间。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括:设于所述运动平台上的防护罩壳，所述防护罩壳将所述直线发电支链罩设于其内部且其顶端中部设有连接孔。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：支撑架组件；所述支撑架组件包括：支撑架底座和设于所述支撑架底座上的支撑架；所述支撑架的顶部向一侧弯曲形成连接部且所述连接部的自由端贯穿所述连接孔与所述固定平台中部固接；所述连接部上还设有用于罩设所述连接孔的外罩板。
第二方面，本申请还提供有一种与第一方面所述的并联直驱式波浪发电装置相配合使用的测试装置。
一种适用于上述第一方面所述并联直驱式波浪发电装置的测试装置，包括：测距模块，用于测量动子组件和定子组件之间相对距离；转换模块，用于将动子组件和定子组件之间相对距离信号转换至预设格式的信号；通信模块，用于将预设格式信号传输至智能终端或上位机。
综上所述，本申请公开有一种并联直驱式波浪发电装置,该波浪发电装置利用运动平台与波浪接触，在波浪不断的冲击作用下，仍然保持稳定的状态，避免倾覆；固定平台，位于运动平台之上，且二者之间通过均匀分布的直线发电支链相连接，随着波浪的冲击，运动平台接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链上与其相连的一端，并带动直线发电支链发电。基于上述设计，运动平台能够承接多方向的波浪冲击，而多方向的波浪冲击能够随之传递至直线发电支链上，相较于现有技术中单自由度，间歇式发电而言，本申请所提供的技术方案能够实现多维度多方向波浪能吸收转换。
进一步地，本申请还具体地优化了直线发电支链的具体结构，在耦合设置的动子组件和定子组件之间设置有用于限定二者之间间隙的限位支撑组件，基于此设计，限位支撑组件能够保持动子组件和定子组件之间的预设间隙，避免在直流发电过程中，二者之间间隙改变导致二者之间发生摩擦进而影响发电进程。
进一步地，本申请还在限位支撑组件中增设弹性元件，在此设计下，既能够在耦合设置的动子组件和定子组件之间保持预设间隙，又能够借助弹性元件实现直线发电支链和整个装置的共振，强化直线发电支链的发电效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示是并联直驱式波浪发电装置一种实施方式的结构示意图；
图2a-2e所示是并联直驱式波浪发电装置运动状态变化示意图；
图3所示是并联直驱式波浪发电装置一种实施方式的结构示意图；
图4所示是直线发电支链的一种实施方式的结构示意图；
图5所示是直线发电支链的一种实施方式的结构示意图；
图6所示是并联直驱式波浪发电装置一种实施方式的结构示意图；
图7所示是测试装置的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1所示的一种并联直驱式波浪发电装置，包括：
运动平台10；
设于所述运动平台10上方的固定平台20；
和，两端分别与运动平台10和固定平台20通过万向机构相连接的直线发电支链30；
所述直线发电支链30至少三组且均匀分布在所述运动平台10和固定平台20之间；随着波浪的冲击，运动平台10接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链30上与其相连的一端，并带动直线发电支链30发电。
其中：
运动平台10，与波浪相接触，在波浪不断的冲击作用下，仍然保持稳定的状态，避免倾覆。具体地，其为半球形结构，如图1所示，半球形的设计使得其能够稳定的漂浮在海面上，即使接受来自多方向的海浪冲击仍然能够保持稳定。可选地，所述运动平台10上设有连接支架11，便于通过万向结构与直线发电支链30的底部相连接。具体地,所述连接支架11为等边三角形结构，且其中心投影于所述运动平台10上的位置与运动平台10的中心重合。
当然，在未设置连接支架时，可以将直线发电支链30通过万向机构与运动平台10直接相连，具体地，为保证直线发电支链30均匀分布在运动平台10和固定平台20之间，直线发电支链30与运动平台10之间的万向机构均匀地分布在运动平台10上，均匀分布的万向机构所形成的虚拟图形的中心与运动平台10的中心相重合。
固定平台20，位于运动平台10之上，且二者之间通过均匀分布的直线发电支链30相连接，可选地，其横截面可以为等边三角形，或圆形。可选地，所述固定平台20的边沿与直线发电支链30的顶部相连接。
具体地，所述固定平台20的横截面小于所述运动平台10的横截面，且固定平台20上中心投影于所述运动平台10的中心。基于此设计，整体装置的重心得以下移，能够更容易在海浪的冲击下保持其稳定的状态。
直线发电支链30，为由直流发电组件构成，包括：相互耦合设置的定子组件31和动子组件32，其均匀地分布在固定平台20和运动平台10之间。可选地，其数量为三个，四个，五个，六个。可选地，当固定平台20的横截面小于所述运动平台10的横截面时，直线发电支链30的上端与所述固定平台20的边沿连接，其下端与运动平台10向连接，单根支链呈倾斜结构设计。
随着波浪的冲击，运动平台10接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链30上与其相连的一端，并带动直线发电支链30发电。基于上述设计，运动平台10能够承接多方向的波浪冲击，而多方向的波浪冲击能够随之传递至直线发电支链30上，相较于现有技术中单自由度，间歇式发电而言，本申请所提供的技术方案能够实现多维度多方向波浪能吸收转换。
在如图1所示应用场景下的并联直驱式波浪发电装置，包括：
呈半球形结构的运动平台10，浮于海面之上，接受海浪冲击，海浪的冲击方向是随机的。运动平台10上端面上设有等边三角形结构的连接支架且所述连接支架11的中心投影于所述运动平台10上的位置与运动平台10的中心重合，且所述连接支架的三个夹角处设有万向机构。
呈等边三角形结构的固定平台20，设于运动平台10之上，其三个夹角与所述运动平台10的夹角一一对应设置，且三个夹角处设有万向机构。一一对应设置的连接支架夹角和固定平台20夹角之间设有一直线发电支链30。
在不同方向的波浪冲击下，运动平台10接受不同方向的冲击力，在其晃动中，带动直线发电支链30随之发电。具体请参考如图2a-2e所示：
图2a中，运动平台尚未接受波浪的冲击，整体装置处于初始状态。
图2b中，运动平台接受波浪的冲击，产生向图中左侧的方向偏移，带动与之相连的直线发电支链中的动子组件产生运动，进行使得直线发电支链开始发电。
图2c中，运动平台持续接受波浪的冲击，产生向图中左侧的方向更大的偏移，带动与之相连的直线发电支链中的动子组件产生运动，进行使得直线发电支链持续发电。
图2d中，运动平台持续接受波浪的冲击，产生向图中右侧方向的偏移，带动与之相连的直线发电支链中的动子组件产生运动，进行使得直线发电支链持续发电。
图2e中，运动平台持续接受波浪的冲击，产生向图中右侧的方向更大的偏移，带动与之相连的直线发电支链中的动子组件产生运动，进行使得直线发电支链持续发电。
在另一应用场景下，与上一应用场景不同的是，本场景中并联直驱式波浪发电装置中固定平台20为圆形结构，圆形结构上连接有与所述连接支架的三个夹角对应的万向结构。
请参考图4所示的直线发电支链30的具体结构。
图4中所述直线发电支链30包括：相互耦合设置的动子组件32和定子组件31；以及设于二者之间且用于限定二者之间预设间隙的限位支撑组件33。
其中：
动子组件32，包括：轴状铁芯和间隔地设置在所述轴状铁芯上的永磁体，两相邻的永磁体之间的铁芯上包覆有非导磁体。具体地结构可参考现有结构。
定子组件31，包括：中空柱状结构的磁轭且其内部设有延其轴向分布的定子绕组。具体地结构可参考现有结构。
定子组件31套设在动子组件32上，通过二者之间产生的相对位移根据电磁感应定律，动、定子相对运动，切割磁感线做功，将发电机的往复直线运动动能转换为电能。定子组件31中的定子绕组与外设的电路储存装置相连接，对产生的电能进行储存，并经由电能传输装置将电能输出至外部负载。
鉴于定子组件31套设在动子组件32上，为能够稳定产生电能，二者之间需保持预设的间隙，限位支撑组件33能够保持动子组件32和定子组件31之间的预设间隙，避免在直流发电过程中，二者之间间隙改变导致二者之间发生摩擦进而影响发电进程。具体地，请参考图4，所述限位支撑组件33包括：分别设于动子组件32两端的固定端件331和跨设在两固定端件之间且与动子组件32平行设置的至少一个限位轴件332；所述定子组件31的外壁设有与所述限位轴件对应滑动连接的至少一组滑动件311。
其中：
固定端件331，分别对称地设置在所述动子组件32的两端，并分别与动子组件32相连接，利于在二者之间设置于所述动子组件32平行设置的限位轴件，具体地，限位轴件332为光轴结构，能便于定子组件31上的滑动件延其滑动，使得定子组件31和动子组件32之间产生相对位移的过程中，利用限位轴件的设计，保持二者之间的预设间隙，避免在直流发电过程中，二者之间间隙改变导致二者之间发生摩擦进而影响发电进程。具体地，滑动件与所述限位轴件之间通过设置在滑动件上的直线滑动轴承相连接。
可选地，请参考图4，所述限位轴件332的数量为两个且二者对称分布在所述动子组件32两侧；相应地，所述滑动件311的数量为两组且对称分布在所述定子组件31两侧。图4中两对称分布在动子组件32两侧的限位轴件，能够与相应侧的滑动件相配接，在动子组件32相对于定子组件31移动时，更加对称地限定二者之间的预设间隙，实现了更佳的平衡，在运动平台10随波浪产生的无序的运动下，仍然能够保持定子组件31和动子组件32之间的预设间隙。
请参考图4，所述限位支撑组件33还包括：套设在所述限位轴件上的弹性元件333，所述弹性元件333位于所述定子组件31与一固定端件之间。
图4中定子组件31和固定端件之间设有弹簧，既能够在耦合设置的动子组件32和定子组件31之间保持预设间隙，又能够借助弹性元件实现直线发电支链30和整个装置的共振，强化直线发电支链30的发电效果。具体地，当动子组件32相对于定子组件31产生直线移动时，设于限位轴件之间的弹簧随着动子组件32一端固定端件与定子组件31之间间隙的变化，而产生相应的形变变化，在定子组件31和动子组件32之间振动的过程中，弹簧的形变变化也会加剧二者之间的振动，能促使定子组件31和动子组件32之间实现共振，大幅度地增强电能转换的效率。
请参考图5，所述直线发电支链30还包括：相互耦合设置的第一壳体34和第二壳体35；所述第一壳体顶部与固定平台20通过万向机构连接且其底部进入所述第二壳体内；所述第二壳体的底部与运动平台10通过万向机构连接；所述定子组件31的滑动件与所述第一壳体内壁固接；所述限位支撑组件33上相对位于下方的固定端件与所述第二壳体内底部固接。
图5中，给出了第一壳体和第二壳体之间的相对设置关系，以及，定子组件31与第一壳体之间的连接关系；动子组件32与第二壳体之间的连接关系。
在动子组件32相对定子组件31产生相对直线位移的过程中，第二壳体相对于第一壳体之间产生相对移动，
具体地，所述弹性元件333设于定子组件31与相对位于上方的固定端件之间。图5中，所述弹性元件333设于定子组件31与相对位于下方的固定端件之间。或者基于此设计，当动子组件32上相对位于下方的固定端件靠近定子组件31移动时，动子组件32上相对位于上方的固定端件远离所述定子组件31，此时弹性元件处于较小形变状态，在重力作用下，动子组件32下滑，动子组件32上相对位于上方的固定端件靠近定子组件31，挤压弹性元件产生形变。如此往复，此设计能够提升单条直线发电支链30上的定子组件31和动子组件32的电能转换效率。
具体地，定子组件31的内壁涂覆有密封涂层，能够对定子绕组及其相连接的电子元件进行良好密封。
请参考图6，并联直驱式波浪发电装置还包括:设于所述运动平台上的防护罩壳50，所述防护罩壳50将所述直线发电支链罩设于其内部且其顶端中部设有连接孔51。可选地，所述防护罩壳50呈中空柱状结构，其一端开口并固定在所述运动平台上，其将直线发电支链组合罩设其内，其顶端设有连接孔，便于固定平台与外部连接结构相连接以便于安装整体的并联直驱式波浪发电装置。
请参考图6，并联直驱式波浪发电装置还包括：支撑架组件60；所述支撑架组件60包括：支撑架底座61和设于所述支撑架底座61上的支撑架62；所述支撑架62的顶部向一侧弯曲形成连接部63且所述连接部63的自由端贯穿所述连接孔51与所述固定平台中部固接；所述连接部63上还设有用于罩设所述连接孔的外罩板64。
具体地，支撑架底座可以设置在实际应用场景中的岸边。
支撑架竖直地安装在所述支撑架底座上，顶部向一侧弯曲形成连接部63且所述连接部63的自由端贯穿所述连接孔51与所述固定平台中部固接；以安装并联直驱式波浪发电装置。具体地，所述连接部的长度和高度可以根据实际情况设计，确保运动平台能够与海面波浪相接触。
具体地，所述连接部63上还设有用于罩设所述连接孔的外罩板64。避免雨水进入防护罩壳50。
在一具体应用场景下，请参考图3，其中：
A1，A2，A3，表示的是与固定平台20相连接的万向机构；
B1，B2，B3，表示的是与运动平台10相连接的万向机构；
A1与B1之间设置的为支链1；
A2与B2之间设置的为支链2；
A3与B3之间设置的为支链2。
qi1为支链i万向节中与固定平台20相连接的万向机构转动副轴线；qi2为支链i上相对靠近固定平台20一端的万向机构转动副轴线，其中i＝1,2,3。
qi5为支链i万向节中与运动平台10相连接的转动副轴线；qi4为支链i上相对靠近运动平台10一端的万向机构转动副轴线，其中i＝1,2,3。
αi表示固定平台20上万向机构的十字头所在平面；
βi表示运动平台10上万向机构的十字头所在平面；
αi和βi分别表示固定基座和运动平台10中各自万向节十字头所在平面，下标i表示第i个支链，即i＝1,2,3。
单个直线发电支链30上两端的万向机构具备如下特征：
两端万向机构上分别与相应平台相连的转动副轴线与相应平台的外接圆相切；即：qi1与qi5分别相切于对应平台的外接圆；
两端万向机构上的自由转动副轴线相平行；即：qi2∥qi4；
两端万向机构所在的平面相互平行；即：αi∥βi。
基于图3中万向节结构的设置，计算具体地波能转换率过程如下所示：
固定平台上的三个运动副铰接点组成边长为a的等边三角形A1A2A3，在固定平台上的全局坐标系O-XYZ下，固定平台上的各万向节十字交点坐标可表示为：
Figure GDA0003836707070000111
在移动坐标系P-UVW下，运动平台上的三个运动副铰接点组成边长为b的等边三角形B1B2B3，运动平台上的各万向节十字交点可表示为：
Figure GDA0003836707070000112
每个弹性运动支链的矢量变化可由封闭环方程唯一表示为：
li＝ΑiBi＝-OAi+OP+PBi(i＝1,2,3)
其中：固定坐标系O的坐标为(0,0,0)，i为支链数。
因此可由如下形式唯一确定运动支链的长度：
Figure GDA0003836707070000113
其中：x,y,z为运动平台质心在全局坐标系下的坐标。
通过对上式逆运动学支链长度变化进行复合求导得各支链运动速度的表达式：
Figure GDA0003836707070000114
其中：x′,y′,z′为运动平台质心在全局坐标系下的速度。
每一个弹性支链均会通过弹簧弹力影响支链运动平台的运动，其对平台的作用力表达式为：
Figure GDA0003836707070000115
其中：
l0为运动支链的原长，即非动作状态下长度；
K为弹簧刚度；
i为支链数。
每一个弹性支链均为一条直线发电机，为简化模型，更直观地表达结构对于运动响应的影响，将模型的阻尼视为线性阻尼，其电磁阻尼做功表达式为：
Figure GDA0003836707070000116
其中：
C为电磁阻尼系数
整理得到该系统的运动微分方程为：
Figure GDA0003836707070000121
其中：
Figure GDA0003836707070000122
为运动平台在三个坐标方向上的速度；
Figure GDA0003836707070000123
为运动平台在三个坐标方向上的加速度；
mb为运动平台质量，m∞为附加质量；
fkX为波浪在X方向上对运动平台的作用力；
fkY为波浪在Y方向上对运动平台的作用力；
fkZ为波浪在Z方向上对运动平台的作用力；
K是弹簧刚度；
Figure GDA0003836707070000124
Li＝l0-li,i＝1,2,3。
在一个波浪周期内，所有直线发电支链做功，将波浪所具有的能量转换为电能，可以通过积分表达式表示为：
Figure GDA0003836707070000125
其中：T为波浪周期。
在波长λ范围内，波浪的动能与势能相等，则运动平台宽度域内的波浪输入能量，同时，波浪波动的总能量主要集中在水面附近，小振幅波在一个波长范围作用到运动平台上的总波能为:
Figure GDA0003836707070000126
其中，R为运动平台半径，ρ为海水密度，H为波浪波高，T为波浪周期，g为重力加速度。
由上式的比值可知波能转换率计算表达式：
Figure GDA0003836707070000131
现有的单链结构式直流发电机的波能转换率为：6.439％，(见彭绍宇，罗朋，赵志伟.波浪能圆筒型永磁直线发电机优化设计[J].电子技术与软件工程.2020(02):215-217.)
本申请中并联直驱式波浪发电装置的波能转换率为：33.37％。
本实施方式还提供有一种与上述任一实施方式所述的并联直驱式波浪发电装置相配合使用的测试装置。
请参考图7，一种适用于上述任一实施方式所述并联直驱式波浪发电装置的测试装置40，包括：
测距模块41，用于测量动子组件32和定子组件31之间相对距离；此处相对距离即指二者之间的相对间隙。
转换模块42，用于将动子组件32和定子组件31之间相对距离转换至预设格式的信号；
通信模块43，用于将预设格式信号传输至智能终端或上位机。
具体地，所述测距模块可为红外传感器，其产生的信号为数字模拟信号。
转换模块，具体地可为Arduino控制板，用于将动子组件32和定子组件31之间相对距离模拟信号转换至预设格式的信号，如十进制格式信号。
通信模块，可为蓝牙模块，实现无线传输，将预设格式的信号传输至智能终端或上位机，所述智能终端和上位机，实现显示距离波形并记录数据。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种并联直驱式波浪发电装置，其特征在于，包括：
运动平台；
设于所述运动平台上方的固定平台；
和，两端分别与运动平台和固定平台通过万向机构相连接的直线发电支链；所述直线发电支链包括：相互耦合设置的动子组件和定子组件；以及设于二者之间且用于限定二者之间预设间隙的限位支撑组件；
所述动子组件，包括：轴状铁芯和间隔地设置在所述轴状铁芯上的永磁体，两相邻的永磁体之间的铁芯上包覆有非导磁体；定子组件，包括：中空柱状结构的磁轭且其内部设有延其轴向分布的定子绕组；定子组件套设在动子组件上；
所述限位支撑组件包括：分别设于动子组件轴向两端的固定端件和跨设在两固定端件之间且与动子组件平行设置的限位轴件；所述定子组件的外壁设有与所述限位轴件对应滑动连接的滑动件；所述限位轴件的数量为两个且二者对称分布在所述动子组件两侧；相应地，所述滑动件的数量为两组且对称分布在所述定子组件两侧；还包括：套设在所述限位轴件上的弹性元件，所述弹性元件为弹簧，所述弹性元件位于所述定子组件与一固定端件之间；
所述直线发电支链至少三组且均匀分布在所述运动平台和固定平台之间；
随着波浪的冲击，运动平台接受来自不同方向的冲击力且传递至直线发电支链上与其相连的一端，并带动直线发电支链发电；当动子组件相对于定子组件产生直线移动时，套设在限位轴件之间的弹簧随着动子组件一端固定端件与定子组件之间间隙的变化，而产生相应的形变变化，在定子组件和动子组件之间振动的过程中，弹簧的形变变化也会加剧二者之间的振动，能促使定子组件和动子组件之间实现共振。
2.根据权利要求1所述的一种并联直驱式波浪发电装置，其特征在于：
还包括：相互耦合设置的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体顶部与固定平台通过万向机构连接且其底部进入所述第二壳体内；所述第二壳体的底部与运动平台通过万向机构连接；
所述定子组件的滑动件与所述第一壳体内壁固接；
所述限位支撑组件上相对位于下方的固定端件与所述第二壳体内底部固接。
3.根据权利要求1所述的一种并联直驱式波浪发电装置，其特征在于：
所述弹性元件设于定子组件与相对位于下方的固定端件之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种并联直驱式波浪发电装置，其特征在于：
还包括:设于所述运动平台上的防护罩壳，所述防护罩壳将所述直线发电支链罩设于其内部且其顶端中部设有连接孔。
5.根据权利要求4所述的一种并联直驱式波浪发电装置，其特征在于：
还包括：支撑架组件；所述支撑架组件包括：支撑架底座和设于所述支撑架底座上的支撑架；所述支撑架的顶部向一侧弯曲形成连接部且所述连接部的自由端贯穿所述连接孔与所述固定平台中部固接；
所述连接部上还设有用于罩设所述连接孔的外罩板。
6.一种适用于上述权利要求1-5任一项所述并联直驱式波浪发电装置的测试装置，其特征在于：
测距模块，用于测量动子组件和定子组件之间相对距离；
转换模块，用于将动子组件和定子组件之间相对距离信号进行转换，得到预设格式的信号；
通信模块，用于将预设格式信号传输至智能终端或上位机。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105673310A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 山东科技大学 一种多维浮子式并联海洋能发电装置
CN210977746U (zh) * 2019-12-03 2020-07-10 浙江海洋大学 一种海上作业平台用海洋波浪能辅助供电装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101082076B1 (ko) * 2008-10-08 2011-11-10 신익수 파력 발전 모듈, 그 파력 발전 모듈을 포함하는 파력 발전 유닛 및 그 파력 발전 유닛을 포함하는 파력 발전 장치
CN103009381B (zh) * 2013-01-04 2014-11-05 同济大学 含特殊支链结构的少自由度并联机构的雅可比快速构造方法
CN104440921B (zh) * 2014-11-07 2016-09-07 韩方元 一种多平移自由度平行四边形复杂运动副
CN105856197B (zh) * 2016-05-20 2018-12-28 燕山大学 无不期望转动的纯平动3-upu并联机构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105673310A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 山东科技大学 一种多维浮子式并联海洋能发电装置
CN210977746U (zh) * 2019-12-03 2020-07-10 浙江海洋大学 一种海上作业平台用海洋波浪能辅助供电装置

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