CN114400857A - 基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置 - Google Patents
基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，包括箱体前板，箱体前板与箱体后板上均开有通孔，两个通孔相对且通孔均位于靠近箱体顶板处，箱体前板与箱体后板之间配设有横轴，横轴的两端分别套接在两个通孔内，横轴的中部固接有连接杆a，箱体顶板上开有活动槽，活动槽贯穿箱体顶板，连接杆a远离横轴的一端穿过活动槽后伸出箱体顶板，连接杆a远离横轴的一端固接有舞动件，连接杆a的另一端固接有连接杆b，连接杆b远离连接杆a的一端固接有磁铁盘，磁铁盘上嵌有若干磁铁，箱体前板与箱体后板的内壁上均设置有线圈组，两个线圈组均与磁铁盘相对。为潮汐能、海流能等低速水流能的开发和利用提供新方案。
Description
技术领域
本发明属于潮汐能发电技术领域，涉及基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置。
背景技术
随着社会不断发展，环境问题日益突出，人们对潮汐能等可再生资源的关注日益提高。潮汐能是清洁无污染的能源，有望成为我国以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。
潮汐能的开发主要以潮汐电站为主，潮汐电站需要筑坝，对地形要求高；旋转涡轮机械长期在水下运行，容易受到海水腐蚀，设备制造、维护成本高。自建国以来，我国只修建过42座潮汐能电站，目前在运行的只有8座，总装机不到6000千瓦，开发利用程度不高，开发利用技术亟待创新。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，为潮汐能、海流能等低速水流能的开发和利用提供新方案。
本发明所采用的技术方案是，基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，包括箱体侧板a、箱体底板、箱体后板、箱体顶板、箱体侧板b、箱体前板，箱体前板与箱体后板上均开有通孔，两个通孔相对且通孔均位于靠近箱体顶板处，箱体前板与箱体后板之间配设有横轴，横轴的两端分别套接在两个通孔内，横轴的中部固接有连接杆a，箱体顶板上开有活动槽，活动槽贯穿箱体顶板，连接杆a远离横轴的一端穿过活动槽后伸出箱体顶板，连接杆a远离横轴的一端固接有舞动件，连接杆a的另一端固接有连接杆b，连接杆b远离连接杆a的一端固接有磁铁盘，磁铁盘上嵌有若干磁铁，箱体前板与箱体后板的内壁上均设置有线圈组，两个线圈组均与磁铁盘相对。
本发明的特点还在于：
线圈组固接在线圈基板上，箱体前板与箱体后板的内壁上均设置有支架，线圈基板固接在支架上。
连接杆a上沿长度方向均匀设置有若干螺孔，连接杆b靠近连接杆a的一端上固接有螺钉，螺钉与螺孔相匹配，连接杆b与连接杆a通过螺钉与螺孔相连接。
箱体侧板a、箱体底板、箱体后板、箱体顶板、箱体侧板b、箱体前板组成一个箱体，箱体侧板a、箱体底板、箱体后板、箱体顶板、箱体侧板b、箱体前板均采用有机玻璃。
箱体底板上配设有配重块。
箱体前板与箱体后板的外壁均配设有分流件，分流件呈流线型。
横轴的两端均固接有轴承，两个轴承分别固接箱体前板上的通孔与箱体后板上的通孔内。
磁铁盘的底部固接有限位器，箱体底板上固接有两个弹簧座，两个弹簧座相对，两个弹簧座相对的面上均设置有限位弹簧，两个限位弹簧分别位于限位器的两侧。
磁铁呈扇形，若干磁铁采用海尔贝克阵列排布。
磁铁呈矩形，若干磁铁采用海尔贝克阵列排布。
本发明的有益效果是：本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，为潮汐能、海流能等低速水流能的开发和利用提供了新方案。具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置的爆炸视图；
图2为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置主视图和左视图；
图3为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置的流线型分流装置示意图；
图4为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置第一种方案磁铁的扇形海尔贝克阵列图；
图5为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置第二种方案磁铁分区示意图；
图6为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置第二种方案磁铁的矩形海尔贝克阵列图；
图7为本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置中限位结构细节图。
图中，1.箱体侧板a，2.箱体底板，3.弹簧座，4.配重块，5.磁铁，6.线圈基板，7.线圈组，8.箱体后板，9.横轴，10.舞动体，11.连接杆a，12.箱体顶板，13.箱体侧板b，14.连接杆b，15.磁铁盘，16.箱体前板，17.支架，18.分流件，19.限位弹簧，20.限位器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，如图1所示，包括箱体侧板a1、箱体底板2、箱体后板8、箱体顶板12、箱体侧板b13、箱体前板16，箱体前板16与箱体后板8上均开有通孔，两个通孔相对且通孔均位于靠近箱体顶板12处，箱体前板16与箱体后板8之间配设有横轴9，横轴9的两端分别套接在两个通孔内，横轴9的中部固接有连接杆a11，箱体顶板12上开有活动槽，活动槽贯穿箱体顶板12，连接杆a11远离横轴9的一端穿过活动槽后伸出箱体顶板12，如图2所示，连接杆a11远离横轴9的一端固接有舞动件10，连接杆a11的另一端固接有连接杆b14，连接杆b14远离连接杆a11的一端固接有磁铁盘15，磁铁盘15上嵌有若干磁铁5，箱体前板16与箱体后板8的内壁上均设置有线圈组7，两个线圈组7均与磁铁盘15相对。线圈组7固接在线圈基板6上，箱体前板16与箱体后板8的内壁上均设置有支架17，线圈基板6固接在支架17上。连接杆a11上沿长度方向均匀设置有若干螺孔，连接杆b14靠近连接杆a11的一端上固接有螺钉，螺钉与螺孔相匹配，连接杆b14与连接杆a11通过螺钉与螺孔相连接。连接杆b14相对于磁铁盘、横轴位置不变，通过调节连接杆a11与连接杆b14的连接螺孔从而调节连接杆a11与连接杆b14的相对位置。箱体侧板a1、箱体底板2、箱体后板8、箱体顶板12、箱体侧板b13、箱体前板16组成一个箱体，箱体侧板a1、箱体底板2、箱体后板8、箱体顶板12、箱体侧板b13、箱体前板16均采用有机玻璃。箱体底板2上配设有配重块4。如图3所示，箱体前板16与箱体后板8的外壁均配设有分流件18，分流件18呈流线型。横轴9的两端均固接有轴承，两个轴承分别固接箱体前板16上的通孔与箱体后板8上的通孔内。
如图4所示，磁铁5呈扇形，若干磁铁5采用海尔贝克阵列排布。由多个(图4以四个为例)磁极方向不同的扇形磁铁拼成，图中箭头方向为磁铁磁极方向(体积较大时，可用小磁块拼接而成，保证磁极方向即可)，此方式下磁铁盘体积较小，未覆盖线圈的全部区域，但磁铁排布较为密集，在局部存在更高的磁通密度，磁铁盘摆动时，线圈切割磁感线，在局部会产生更高的感应电压，此方式需要较大的摆动幅度，以满足大部分线圈均产生较大电压。
如图5和图6所示，磁铁5呈矩形，若干磁铁5采用海尔贝克阵列排布。线圈与磁铁相对距离小于2mm；此方式下磁铁盘较大，覆盖线圈的全部区域，磁铁盘根据线圈排布分为若干个矩形磁铁区(图5中是六个，对应六列线圈)，每个磁铁分区独立采用海尔贝克阵列，磁铁磁极方向如图6所示，每个磁铁分区与对应位置的线圈形成发电单元，此方式下，线圈均处在较强的磁场中，磁铁盘不需要较大摆幅，每个线圈组都可产生较高的电压。
如图7所示，磁铁盘15的底部固接有限位器20，箱体底板2上固接有两个弹簧座3，两个弹簧座3相对，两个弹簧座3相对的面上均设置有限位弹簧19，两个限位弹簧19分别位于限位器20的两侧。
本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，箱体材料采用有机玻璃(或其他稳定耐用的材料，不排除钢材)制成，连接杆a11上沿长度方向均与设置有若干螺孔，连接杆b14靠近连接杆a11的一端上固接有螺钉，螺钉与螺孔相匹配，连接杆b14与连接杆a11通过螺钉与螺孔相连接。可调整连接杆b14与连接杆a11的相对位置，分流件18和配重块4以减小来流对箱体的冲击，以保证装置稳定，线圈组7采用铜线圈，线圈组7与磁铁5相对距离小于2mm；磁铁盘下端装有限位弹簧(如图7所示)，用以防止来流流速不稳定，破坏装置结构，增加装置耐久性；对于不同的流速环境，可以通过调节连接杆1a11和连接杆b14的相对位置用以调整磁铁盘受到的力矩；箱体密封处理用以防水，箱体内部装置均做有防水处理；舞动体采用光敏树脂3D打印，选用横截面为椭圆(长轴长度跟短轴长度5:2，亦可选其他截面形状)的柱体作为舞动体，除了截面为椭圆的柱体可产生较大的力矩之外，另一个原因就是椭圆是对称的，正向来流和反向来流都可产生较大的力矩，能够较好的采集海流能、潮汐能等。
本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置的工作原理为，将本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置置于海底，潮汐水流流过舞动体，在涡激振动和驰振作用下，舞动体表面产生交替相间的流体力，从而引起舞动体往复摆动，进而带动通过连接杆b14与连接杆a11连接的磁铁盘发生往复摆动，镶嵌在磁铁盘上的磁铁与固定在箱体上的线圈组发生相对位移，线圈所处的磁场发生变化，进而发生电磁感应，铜制线圈产生电能；磁铁盘下端装有限位装置(结构如图7所示)，限位装置一方面防止流速过大，舞动体摆幅过大，对装置造成破坏，一方面帮助舞动体(磁铁盘)完成往复运动。
本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置中，对于磁铁的两种排布方案，第一种排布方式采用扇形海尔贝克排列，磁铁没有覆盖线圈的全部区域，但在局部存在更高的磁场，即在局部存在更高的感应电压；另一种排布方式，是根据线圈的排布，将磁铁盘分区，每个分区的磁铁按照海尔贝克排列，磁铁覆盖了线圈的全部区域，每个线圈组都可产生较高的电压。
本发明基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，为潮汐能、海流能等低速水流能的开发和利用提供新方案。具有广阔的应用前景。
Claims (10)
1.基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，包括箱体侧板a(1)、箱体底板(2)、箱体后板(8)、箱体顶板(12)、箱体侧板b(13)、箱体前板(16)，所述箱体前板(16)与箱体后板(8)上均开有通孔，两个所述通孔相对且通孔均位于靠近箱体顶板(12)处，所述箱体前板(16)与箱体后板(8)之间配设有横轴(9)，所述横轴(9)的两端分别套接在两个通孔内，所述横轴(9)的中部固接有连接杆a(11)，所述箱体顶板(12)上开有活动槽，所述活动槽贯穿箱体顶板(12)，所述连接杆a(11)远离横轴(9)的一端穿过活动槽后伸出箱体顶板(12)，所述连接杆a(11)远离横轴(9)的一端固接有舞动件(10)，所述连接杆a(11)的另一端固接有连接杆b(14)，所述连接杆b(14)远离连接杆a(11)的一端固接有磁铁盘(15)，所述磁铁盘(15)上嵌有若干磁铁(5)，所述箱体前板(16)与箱体后板(8)的内壁上均设置有线圈组(7)，两个线圈组(7)均与磁铁盘(15)相对。
2.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述线圈组(7)固接在线圈基板(6)上，所述箱体前板(16)与箱体后板(8)的内壁上均设置有支架(17)，所述线圈基板(6)固接在支架(17)上。
3.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述连接杆a(11)上沿长度方向均匀设置有若干螺孔，所述连接杆b(14)靠近连接杆a(11)的一端上固接有螺钉，所述螺钉与螺孔相匹配，所述连接杆b(14)与连接杆a(11)通过螺钉与螺孔相连接。
4.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述箱体侧板a(1)、箱体底板(2)、箱体后板(8)、箱体顶板(12)、箱体侧板b(13)、箱体前板(16)组成一个箱体，所述箱体侧板a(1)、箱体底板(2)、箱体后板(8)、箱体顶板(12)、箱体侧板b(13)、箱体前板(16)均采用有机玻璃。
5.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述箱体底板(2)上配设有配重块(4)。
6.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述箱体前板(16)与箱体后板(8)的外壁均配设有分流件(18)，所述分流件(18)呈流线型。
7.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述横轴(9)的两端均固接有轴承，两个所述轴承分别固接箱体前板(16)上的通孔与箱体后板(8)上的通孔内。
8.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述磁铁盘(15)的底部固接有限位器(20)，所述箱体底板(2)上固接有两个弹簧座(3)，两个所述弹簧座(3)相对，两个所述弹簧座(3)相对的面上均设置有限位弹簧(19)，两个限位弹簧(19)分别位于限位器(20)的两侧。
9.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述磁铁(5)呈扇形，若干所述磁铁(5)采用海尔贝克阵列排布。
10.如权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的潮汐能涡流无叶片电磁发电装置，其特征在于，所述磁铁(5)呈矩形，若干所述磁铁(5)采用海尔贝克阵列排布。
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