CN1603610A - 基于永磁振子的波浪发电装置 - Google Patents

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Abstract

基于永磁振子的漂浮式波浪发电装置属于波浪能发电技术领域，其特征在于：该装置的中心有一个重锤，通过钢丝绳连接着多个发电机的永磁振子，随着波浪的起伏，重锤拉动各发电机的永磁振子做往复运动，通过电磁感应使安放在发电机定子上的绕组输出电能。它具有结构简单、使用灵活、成本低的优点。

Description

基于永磁振子的波浪发电装置
技术领域
本发明属于海洋波浪能利用技术领域。
背景技术
科学技术的发展和现代化进程的加快，人类对能源的需求与日俱增，造成一次能源消耗直线上升，尤其是石油、天然气和煤炭等资源日益枯竭。
海洋波浪能是一种取之不尽、用之不竭的无污染可再生能源。海洋波浪能转换成电能之后，可向海上航标灯、沿海居民、海岛居民或守卫海岛的战士提供电力，故本发明有广阔的应用前景。
从国内外研究状况来看，传统的波浪能发电装置主要有三种：(1)聚波水库式发电站。如挪威于1986年建造了一座装机容量为350kW的聚波水库式电站，电站建有一个开口的喇叭形聚波器和逐渐变窄的楔形导槽，当波浪进入楔形导槽宽阔的一端向里传播时，波高不断地被放大，直至波峰溢过边墙，将波浪能转换成势能。楔形导槽具有聚波器和转换器的作用，与导槽相连通的是一个与海平面具有3-8米落差的水库，其发电采用常规水轮机组。这种发电方式的优点在于波能的转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低且出力稳定，不受波高和周期的影响；缺点是建造这种电站对地形要求严格，不易推广。(2)振荡水柱式波浪发电装置。如英国的75kw、500KW岸式波浪发电装置，葡萄牙500KW岸式波浪发电装置，中国在广东的3KW、20KW和100KW岸式振荡水柱波力电站等。其优点在于该类装置以气室里的空气作为媒介传递波能，避免较脆弱的机电部分直接与波浪接触，减少了波浪的破坏性，使装置的可靠性增加。但该类装置的缺点是建造费用昂贵、施工困难，它需要建造气室，建气室所花费用约占总费用的1/3以上，而且该类装置是通过压缩空气驱动空气透平做功，往复流中空气透平的效率较低。因此，振荡水柱式波浪发电装置由于造价昂贵，转换效率较低两大缺点，在价格上用户难以承受，不易形成市场。(3)摆式波浪发电站。与振荡水柱式不同，它是利用波浪推动一个摆板，通过油压传动系统带动发电机发电。如日本在北海道的80kW摆式电站和中国在山东大管岛的30kW摆式电站。同样存在建造费用昂贵、转换效率较低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、使用灵活而且成本低的基于永磁振子的漂浮式波浪发电装置。
本发明的特征在于：它含有纵剖面呈梯形的多边形中空支架；发电机均匀分布地从外侧固定在上述支架的各个斜面上；永磁振子非导磁材料制的振子以及嵌在振子内的永磁体构成，所述永磁体的磁极宽度等于定子齿的宽度；所述永磁振子沿着所述永磁体的宽度方向穿过上述各个发电机的定子铁芯和定子绕组；所述永磁振子的下端分别和一个固定在上述支架的各个斜面外侧的凸出部上的弹簧相连；重锤位于上述多边形中空支架的中心线上，在重锤的周边均匀地固定着钢丝绳，钢丝绳的数量与上述发电机的个数相等，各条钢丝绳分别绕过固定在上述多边形支架各外侧面上的滑轮后与上述各永磁振子的另一端相连。
实验证明，随着波浪的起伏，重锤将拉动各发电机的永磁振子做往复运动，发电机就能产生周期性变化的感应电动势。
附图说明
图1基于永磁振子的漂浮式波浪发电装置：
a.主视图；b.俯视图；
其中：1.发电机；2.滑轮；3.重锤；4.钢丝绳；5.支架；6.弹簧；7.螺栓和铁环。
图2永磁振子和发电机定子的结构示意图：
a.定子与振子相对位置图；b.振子的俯视图；c.定子与振子横向断面图；
其中：8.定子铁芯；9.定子绕组；10.永磁体；11.振子；12.永磁体磁极的S极；13.永磁体磁极的N极。
图3发电机定子绕组端感应电动势的波形图。
具体实施方式
本发明的波浪发电装置是一种基于永磁振子的漂浮式波浪发电装置。该发电装置的特点是中心有一个重锤，通过钢丝绳连接着多个发电机的永磁振子，随着波浪的起伏，重锤拉动各发电机的永磁振子做往复运动，通过电磁感应使安放在发电机定子上的绕组发出电能，显然，它不同于传统聚波水库式、振荡水柱式或摆式波浪发电装置的模式。这种漂浮式波浪发电装置结构简单，易于制造，成本低。由许多这种漂浮式的波浪发电装置一起发电，就构成了波浪发电“田”。而且，当遇到强风暴时，这种漂浮式波浪发电装置就比较灵活，可以用船拉到避风港内，免遭损坏；待强风暴过后，再把波浪发电装置放置到所需的地点。当然若用于航标灯或者其它用途而不能被转移的发电装置，从漂浮体至波浪发电机结构设计时就要考虑经得起强风暴考验而不损坏。本波浪发电装置的主要结构如图1的1a、1b所示。发电装置主要由支架、永磁振子发电机、重锤、滑轮、钢丝绳、弹簧等组成，整个装置放置在密闭的浮体或船舱里。
整个波浪发电装置的核心部件是永磁振子发电机，发电机的定子与振子结构如图2所示。其中，发电机定子是由多个定子模块组成，定子绕组嵌于定子的槽中，定子模块之间相互独立，如图2的2a所示，本图中仅以3个定子模块为例。永磁体嵌于振子上，从振子平面上方看其永磁体，它按S、N极相间排列，永磁体的宽度(即磁极宽度)与定子齿的宽度相等，永磁体可采用磁性能较好的稀土永磁材料，例如钕铁硼永磁材料等，如图2的2b所示；每个永磁体本身的磁极通过定子铁芯构成磁回路，如果永磁体的上方是N极，下方便是S极，通过振子来回移动而发生磁链变化，使嵌于定子铁心槽中的线圈绕组产生感应电动势，如图2的2c所示。
随着波浪的起伏，重锤将拉动各发电机的永磁振子做往复运动，通过电磁感应使发电机的定子绕组产生感应电动势，重锤上下运动时感应电动势的仿真波形如图3所示。

Claims (1)

1、于永磁振子的波浪发电装置，其特征在于，它含有：
纵剖面呈梯形的多边形中空支架；
发电机，它均匀分布地从外侧固定在上述支架的各个斜面上；
永磁振子，由非导磁材料制的振子以及嵌在振子内的永磁体构成，所述永磁体的磁极宽度等于定子齿的宽度；所述永磁振子沿着所述永磁体的宽度方向穿过上述各个发电机的定子铁芯和定子绕组；所述永磁振子的下端分别和一个固定在上述支架的各个斜面外侧的凸出部上的弹簧相连；
重锤，位于上述多边形中空支架的中心线上，在重锤的周边均匀地固定着钢丝绳，钢丝绳的数量与上述发电机的个数相等，各条钢丝绳分别绕过固定在上述多边形支架各外侧面上的滑轮后与上述各永磁振子的另一端相连。
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