CN113464347A - 一种低流速海流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种低流速海流能发电装置，包括风能捕获机构、发电机构和海流能捕获机构，发电机构包括多个并联连接的发电单元，发电单元包括第一转子和第二转子。该低流速海流能发电装置通过第一转子、第二转子通过轴孔配合的方式与风能捕获机构、海流能捕获机构相连接，并采用风能捕获机构带动第一转子转动且海流能捕获机构带动第二转子与第一转子转动方向相反的方向转动，使得第一转子与第二转子的转动形成差动将海洋环境中的不规则运动转化为规则的机械转动，实现机械能转为电能，能量转化效率高，且该低流速海流能发电装置能够启动流速低的发电机组，解决现有海流能发电装置机组的额定流速大致使发电效率低且不能在低流速海域使用的问题。

Description

一种低流速海流能发电装置
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种低流速海流能发电装置。
背景技术
自然资源给予人们使用的能源是有限的，随着能源不断被使用，人们能够继续使用的能源越来越少，新能源的开发利用成为了趋势。对于从丰富的海洋能资源开发出新能源成为研究新能源的对象之一。
在海洋能源中，海流能具有可预测性好、能量密度高的特点，可实现就地取能，在海上能源供给方面有着天然的优势。目前大多数的海流能发电装置机组的额定流速都在1m/s以上，然而大部分海域都处在低流速区，海流能发电装置机组的年平均流速在1m/s以下。由此为了解决这些海域内孤岛供电及海洋仪器供电的问题，研究低流速下海流能发电技术具有重大意义。
发明内容
本发明实施例提供了一种低流速海流能发电装置，用于解决现有海流能发电装置机组的额定流速大致使发电效率低且不能在低流速海域使用的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种低流速海流能发电装置，包括风能捕获机构、发电机构和海流能捕获机构，所述发电机构包括多个并联连接的发电单元，所述发电单元包括第一转子和第二转子；
所述风能捕获机构，用于在风力作用下，带动所述第一转子转动；
所述海流能捕获机构，用于在海流作用下，带动所述第二转子与所述第一转子转动方向相反的方向转动；
所述发电机构，用于通过所述第一转子和所述第二转子相对旋转摩擦发电和切割磁感线产生电流。
优选地，所述发电单元包括第一电路板、介电元件和第二电路板，所述第一电路板黏贴设置在靠近所述第二转子一侧的所述第一转子上，所述介电元件位于所述第一电路板上方，所述第二电路板位于所述介电元件与所述第二转子之间并黏贴设置在所述第二转子上；
所述介电元件，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转输出负电荷；
所述第二电路板，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转输出正电荷；
所述第一电路板，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转以使所述第一电路板上的电荷转移产生电流。
优选地，所述第一电路板上设置有中心圆孔，黏贴在所述第一转子一侧的所述第一电路板上设置有两组等间距径向排列扇形的第一铜镀层，两组所述第一铜镀层通过环形铜镀线连接形成两个电极。
优选地，黏贴在所述第二转子一侧的所述第二电路板上设置有第二铜镀层，所述第二铜镀层为正电摩擦电材料。
优选地，所述介电元件为FEP或PTFE电负性摩擦电材料制作呈的介电元件。
优选地，所述发电单元包括线圈和磁性元件，所述第一转子上开设有用于安装所述线圈的若干第一安装圆孔，相邻两个所述第一安装圆孔中的所述线圈串联连接；所述第二转子上开设有用于安装所述磁性元件的若干第二安装圆孔。
优选地，所述发电机构包括连杆和第一连接轴，所述连杆的第一端与所述风能捕获机构连接，所述连杆的第二端与所述第一转子连接，所述第一转子上开设有与所述连杆连接的连接孔；所述第一连接轴的第一端与所述海流能捕获机构连接，所述第一连接轴的第二端与所述第二转子连接，所述第二转子上开设有固定安装所述第一连接轴的安装孔。
优选地，连接相邻两个所述发电单元的所述连杆上套接有弹性元件。
优选地，所述风能捕获机构包括若干风斗、连接悬臂和第二连接轴，若干所述风斗与所述连接悬臂连接，所述连接悬臂与所述第二连接轴连接，所述第二连接轴与所述发电机构的第一转子连接。
优选地，所述海流能捕获机构包括叶片、与所述叶片连接的连接杆和与所述连接杆连接的第三连接轴，所述第三连接轴与所述第二转子连接。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本发明实施例提供的低流速海流能发电装置包括风能捕获机构、发电机构和海流能捕获机构，发电机构包括多个并联连接的发电单元，发电单元包括第一转子和第二转子。该低流速海流能发电装置通过设置第一转子、第二转子通过轴孔配合的方式与风能捕获机构、海流能捕获机构相连接，并采用风能捕获机构带动第一转子转动且海流能捕获机构带动第二转子与第一转子转动方向相反的方向转动，使得第一转子与第二转子的转动形成差动将海洋环境中的不规则运动转化为规则的机械转动，实现将机械能转化为电能，能量转化效率高，且该低流速海流能发电装置能够启动流速低的发电机组，解决了现有海流能发电装置机组的额定流速大致使发电效率低且不能在低流速海域使用的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置的立体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置的发电机构结构示意图；
图3为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置海流能捕获机构的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构与发电机构安装的结构示意图；
图6为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构与发电机构安装的结构示意图；
图7为本发明另一实施例所述的低流速海流能发电装置发电机构的结构示意图；
图8为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置第一电路板的结构示意图；
图9为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置组成的双机组的发电机的结构示意图；
图10为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置组成的双机组的发电机的电荷转移示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本申请实施例提供了一种低流速海流能发电装置，用于解决现有海流能发电装置机组的额定流速大致使发电效率低且不能在低流速海域使用的技术问题。
图1为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置的立体结构示意图，图2为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置的发电机构结构示意图。
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种低流速海流能发电装置，包括风能捕获机构1、发电机构2和海流能捕获机构3，发电机构2包括多个并联连接的发电单元22，发电单元22包括第一转子222和第二转子223；
风能捕获机构1，用于在风力作用下，带动第一转子222转动；
海流能捕获机构2，用于在海流作用下，带动第二转子223与第一转子222转动方向相反的方向转动；
发电机构3，用于通过第一转子222和第二转子223相对旋转摩擦发电和切割磁感线产生电流。
在本发明实施例中，风能捕获机构1主要用于在风的作用下，驱动第一转子222转动。
图3为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构的结构示意图。
需要说明的是，如图1和图3所示，风能捕获机构1主要包括若干风斗11、连接悬臂12和第二连接轴13，若干风斗11与连接悬臂12连接，连接悬臂12与第二连接轴13连接，第二连接轴13与发电机构2的第一转子222连接。在本实施例中，若干风斗11通过连接悬臂12汇聚于一点形成第二连接轴13，风能捕获机构1通过连接轴13与发电机构2相连。其中，风能捕获机构1至少包括6个风斗11，在风力的作用下，风斗11转动带动第二连接轴13转动从而带动第一转子222旋转。
在本发明实施例中，海流能捕获机构2主要用于在海流作用下，驱动第二转子223旋转。
图4为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置海流能捕获机构的结构示意图。
需要说明的是，如图1和图4所示，海流能捕获机构3包括叶片31、与叶片31连接的连接杆32和与连接杆32连接的第三连接轴33，第三连接轴33与发电机构2的第二转子223连接。在本实施例中，叶片32通过连接杆32汇聚于一点形成第三连接轴33，海流能捕获机构3通过第三连接轴33与发电机构2的第二转子223相连。其中，在海流作用下，叶片31转动，通过第三连接轴33带动第二转子223朝与第一转子222转动反向相反的方向转动。
在本发明实施例中，发电机构2分别设置第一转子222、第二转子223通过轴孔配合的方式与风能捕获机构1、海流能捕获机构3相连接，通过第一转子与第二转子的转动形成差动将海洋环境中的不规则运动转化为规则的机械转动，实现将机械能转化为电能。
本发明提供的一种低流速海流能发电装置包括风能捕获机构、发电机构和海流能捕获机构，发电机构包括多个并联连接的发电单元，发电单元包括第一转子和第二转子。该低流速海流能发电装置通过设置第一转子、第二转子通过轴孔配合的方式与风能捕获机构、海流能捕获机构相连接，并采用风能捕获机构带动第一转子转动且海流能捕获机构带动第二转子与第一转子转动方向相反的方向转动，使得第一转子与第二转子的转动形成差动将海洋环境中的不规则运动转化为规则的机械转动，实现将机械能转化为电能，能量转化效率高，且该低流速海流能发电装置能够启动流速低的发电机组，解决了现有海流能发电装置机组的额定流速大致使发电效率低且不能在低流速海域使用的技术问题。
图5为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构与发电机构安装的结构示意图，图6为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置风能捕获机构与发电机构安装的结构示意图，图7为本发明另一实施例所述的低流速海流能发电装置发电机构的结构示意图。
如图2、图5和图6所示，在本发明的一个实施例中，发电机构2包括连杆21和第一连接轴23，连杆21的第一端与风能捕获机构1连接，连杆21的第二端与第一转子222连接，第一转子222上开设有与连杆21的第二端连接的连接孔，连接孔开设在第一转子222的四角；第一连接轴23的第一端与海流能捕获机构3连接，第一连接轴23的第二端与第二转子223连接，第二转子223上开设有固定安装第一连接轴23的安装孔，安装孔设置在第二转子的中心。
需要说明的是，如图5所示，连杆21主要是由四个连接柱形成第二端、一个连接柱形成第一端组成的。连杆21的顶端汇聚形成连接中心的第一端并与风能捕获机构1的第二连接轴13相连，连杆21的第一端与第二连接轴13匹配安装。在本实施例中，如图5所示，连杆21的第一端上开设有与第二连接轴13匹配安装的第一连接孔。如图6所示，第一连接轴23与第三连接轴33匹配安装连接，第一连接轴23上开设有安装第三连接轴33的第二连接孔。其中，连杆21的第二端插入连接孔并固定安装在第一转子222上，以使风能捕获机构1在风力作用下带动第一转子222同步转动。
如图5和图7所示，在本发明的一个实施例中，连接相邻两个发电单元22的连杆21上套接有弹性元件221，发电单元22包括线圈224、磁性元件225、第一电路板227、介电元件226和第二电路板228，第一电路板227黏贴设置在靠近第二转子223一侧的第一转子222上，介电元件226位于第一电路板227上方，第二电路板228位于介电元件226与第二转子223之间并黏贴设置在第二转子223上；
介电元件226，用于根据第一转子222与第二转子223相对旋转输出负电荷；
第二电路板228，用于根据第一转子222与第二转子223相对旋转输出正电荷；
第一电路板227，用于根据第一转子222与第二转子223相对旋转以使第一电路板227上的电荷转移产生电流。
需要说明的是，介电元件226优先选为FEP或PTFE电负性摩擦电材料制作呈的介电元件。介电元件226作为电负性摩擦电材料粘在第一电路板227上，保证同步运动。在本实施例中，弹性元件221可以选为弹簧，磁性元件225可以选为磁铁。套在连杆21上的弹性元件221两端固定在相邻发电单元22的第一转子222上，保证第二电路板228与介电元件226之间留有一定空隙，使压力不致过大阻碍第一转子222与第二转子223之间的相对旋转。
图8为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置第一电路板的结构示意图。
如图8所示，在本发明实施例中，第一电路板227上设置有中心圆孔，黏贴在第一转子222一侧的第一电路板227上设置有两组等间距径向排列扇形的第一铜镀层227-1，两组第一铜镀层227-1通过环形铜镀线连接形成两个电极。黏贴在第二转子223一侧的第二电路板228上设置有第二铜镀层，第二铜镀层为正电摩擦电材料。
需要说明的是，第二电路板228上涂覆铜镀层作为正电摩擦电材料，且粘在第二转子223上靠近第一转子222的一侧，保证同步运动。
如图7所示，在本发明实施例中，第一转子222上开设有用于安装线圈224的若干第一安装圆孔，相邻两个第一安装圆孔中的线圈224串联连接；第二转子223上开设有用于安装磁性元件225的若干第二安装圆孔。
需要说明的是，磁性元件225固定安装在第二安装圆孔上，第二安装圆孔位于第二转子223的圆周处。线圈224固定在第一安装圆孔上，相邻两个线圈224以相同的缠绕方向串联连接，实现发电电压的叠加。
在本发明实施例中，第二连接轴13、第三连接轴33、安装孔、第一电路板227、第二电路板228和介电元件226这些部件的中心线在同一条直线上。
该低流速海流能发电装置的工作原理：
实际使用时，将该低流速海流能发电装置放置于海上，在风力作用下，风斗11转动，通过第二连接轴13和连杆21带动第一转子222转动；在海流作用下，叶片31转动，通过第三连接轴33和第一连接轴23带动第二转子223朝与第一转子222转动方向相反的方向转动，实现风能和海流能转换为机械能。该低流速海流能发电装置通过第一转子222与第二转子223之间相对旋转摩擦起电，以使第一转子222上的介电元件226带负电，第二转子223上第二电路板228的铜镀层带正电；随着第一转子222与第二转子223之间的相对旋转，第一电路板227上的两个电极之间引起电荷转移，产生电流。第一转子222与第二转子223之间的相对运动引起线圈224和磁性元件225的相对运动，通过切割磁感线，线圈感应出强电流进行直驱式发电，实现相对旋转产生的机械能转换为电能。
该低流速海流能发电装置的工作机制基于摩擦起电和静电感应的相结合，主要是通过第一转子222与第二转子223之间的相对旋转摩擦起电，通过带负电的介电元件226的静电感应，在其下方第一电路板227不同的电极上产生相反的净电荷。当风能捕获机构1带动第一转子222顺时针旋转，海流能捕获机构3带动第二转子223逆时针转动，第二转子223相对第一转子222逆时针转动。在第一转子222和第二转子223转动期间，第一电路板227上的自由电子被驱动通过外部电路从左电极流向右电极，产生从右电极流向左电极的电流。在第二转子223转动后，自由电子通过第一电路板227的电极后，电子回流到左电极，产生反向电流脉冲，形成一个完整的电子流循环。
实施例二
图9为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置组成的双机组的发电机的结构示意图，图10为本发明实施例所述的低流速海流能发电装置组成的双机组的发电机的电荷转移示意图。
如图9所示，本发明实施例还提供一种双机组的发电机，包括两个连接的上述低流速海流能发电装置。
两个连接的低流速海流能发电装置主要是将发电机构2置于空心圆柱外壳内，其上下表面中心分别固定有轴承，连接轴通过联轴器与轴承固定。两装置的圆柱外壳通过连杆相连，当左侧的低流速海流能发电装置顺时针转动时，由于双机组的发电机对称，右侧的低流速海流能发电装置逆时针方向转动，两者形成的径向力等值反向，使整个双机组的发电机保持平衡状态。如图10所示，该双机组的发电机的电荷从左侧的低流速海流能发电装置流向右侧的低流速海流能发电装置，再由右侧的低流速海流能发电装置的电荷流向左侧的低流速海流能发电装置形成一个顺时针电子流循环。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低流速海流能发电装置，其特征在于，包括风能捕获机构、发电机构和海流能捕获机构，所述发电机构包括多个并联连接的发电单元，所述发电单元包括第一转子和第二转子；
所述风能捕获机构，用于在风力作用下，带动所述第一转子转动；
所述海流能捕获机构，用于在海流作用下，带动所述第二转子与所述第一转子转动方向相反的方向转动；
所述发电机构，用于通过所述第一转子和所述第二转子相对旋转摩擦发电和切割磁感线产生电流。
2.根据权利要求1所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述发电单元包括第一电路板、介电元件和第二电路板，所述第一电路板黏贴设置在靠近所述第二转子一侧的所述第一转子上，所述介电元件位于所述第一电路板上方，所述第二电路板位于所述介电元件与所述第二转子之间并黏贴设置在所述第二转子上；
所述介电元件，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转输出负电荷；
所述第二电路板，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转输出正电荷；
所述第一电路板，用于根据所述第一转子与所述第二转子相对旋转以使所述第一电路板上的电荷转移产生电流。
3.根据权利要求2所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述第一电路板上设置有中心圆孔，黏贴在所述第一转子一侧的所述第一电路板上设置有两组等间距径向排列扇形的第一铜镀层，两组所述第一铜镀层通过环形铜镀线连接形成两个电极。
4.根据权利要求2所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，黏贴在所述第二转子一侧的所述第二电路板上设置有第二铜镀层，所述第二铜镀层为正电摩擦电材料。
5.根据权利要求2所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述介电元件为FEP或PTFE电负性摩擦电材料制作呈的介电元件。
6.根据权利要求1所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述发电单元包括线圈和磁性元件，所述第一转子上开设有用于安装所述线圈的若干第一安装圆孔，相邻两个所述第一安装圆孔中的所述线圈串联连接；所述第二转子上开设有用于安装所述磁性元件的若干第二安装圆孔。
7.根据权利要求1所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述发电机构包括连杆和第一连接轴，所述连杆的第一端与所述风能捕获机构连接，所述连杆的第二端与所述第一转子连接，所述第一转子上开设有与所述连杆连接的连接孔；所述第一连接轴的第一端与所述海流能捕获机构连接，所述第一连接轴的第二端与所述第二转子连接，所述第二转子上开设有固定安装所述第一连接轴的安装孔。
8.根据权利要求7所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，连接相邻两个所述发电单元的所述连杆上套接有弹性元件。
9.根据权利要求1所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述风能捕获机构包括若干风斗、连接悬臂和第二连接轴，若干所述风斗与所述连接悬臂连接，所述连接悬臂与所述第二连接轴连接，所述第二连接轴与所述发电机构的第一转子连接。
10.根据权利要求1所述的低流速海流能发电装置，其特征在于，所述海流能捕获机构包括叶片、与所述叶片连接的连接杆和与所述连接杆连接的第三连接轴，所述第三连接轴与所述第二转子连接。
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