CN203702445U - 波浪弹力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种波浪弹力发电装置，包括密闭的立式柱状浮筒，所述浮筒内设有电磁感应发电装置，所述浮筒的外壁上沿竖直方向上下固定设有两个限位件，两个所述限位件之间的浮筒外套有盘式浮筒，所述盘式浮筒的内壁与所述浮筒的外壁滑动间隙配合，所述盘式浮筒的内缘与所述浮筒的外壁之间的距离小于所述限位件的外缘与所述浮筒的外壁之间的距离，所述盘式浮筒上连接有固定绳索。本实用新型构造简单、性能可靠且无机械传动部件，可将自然状态下水面不断变化的波浪势能直接转换成电能，本实用新型可以单独使用，也可以多个组合在一起使用，还可以规模化使用，具有使用灵便、用途广泛、成本低廉、维护简便和绿色环保等特点。

Description

波浪弹力发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，尤其涉及一种利用波浪势能发电的波浪弹力发电装置。

背景技术

目前，世界范围内利用海洋能发电的已有技术或需进行大规模地形改造，如潮汐发电站建造的人工大坝；或需建造大型岸基、水底或水面机械采能设备，如已在研发中的波浪发电系统和海流发电系统等，基本都存在着对海洋环境、生态网络系统造成污染、干扰甚至破坏等问题，且成本高、投入大，效能有限。同时，也挤占了人类生活的自然空间（占用海岸资源）。不仅如此，更重要的问题还在于难以解决海洋能所固有的能源密度低且高度分散等问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种波浪弹力发电装置，可以利用波浪的势能进行发电，且结构简单、绿色环保。

本实用新型所采用的技术方案：

一种波浪弹力发电装置，包括用作壳体的立柱式密封浮筒，所述浮筒内设有固定的绕组和可动的永磁体，所述绕组内设有可供所述永磁体往复移动的竖向的磁体通道，所述永磁体设置在所述磁体通道内，所述永磁体上还连有促使所述永磁体复位于所述磁体通道中部的复位弹簧，所述绕组设有输出线。

通常，所述复位弹簧可以为下列任意一种或下列两种的组合：

（1）上端固定、下端连接所述永磁体的悬挂弹簧；

（2）下端固定、上端连接所述永磁体的支撑弹簧。

优选的，本实用新型还设有缓冲装置，当所述复位弹簧为悬挂弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的底部，当所述复位弹簧为支撑弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，所述缓冲装置采用下列任意一种或多种：

（1）所述缓冲装置为竖直的缓冲弹簧；

（2）所述缓冲装置为弹性胶垫；

（3）所述永磁体缓冲装置为缓冲永磁体，所述缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反。

进一步的，本实用新型还可以设有第二缓冲装置，所述第二缓冲装置可以为第二缓冲永磁体，所述第二缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反，当所述复位弹簧为悬挂弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，当所述复位弹簧为支撑弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的底部。

优选的，本实用新型还设有永磁体导向装置，所述永磁体导向装置采用下列任意一种：

（1） 所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为圆柱形光滑内壁，其筒内空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述内套筒外；

（2） 所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为带有一个或多个竖向凹槽的圆柱形内壁，所述绕组位于所述内套筒外，所述永磁体上设有与所述凹槽配合的导向结构；

（3）  所述导向装置为由若干竖向导向杆构成的导向框，所述构成导向框的若干导向杆圆周分布，其围成的空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述导向框外；

（4） 所述导向装置为单一的竖向导向杆，所述永磁体设有竖向中央通孔，套在所述单一的竖向导向杆上；

（5） 所述导向装置为多个竖向导向杆，所述多个竖向导向杆相对于磁体通道轴线旋转对称分布，所述永磁体上设有多个分别与所述各导向杆对应的竖向通孔/凹槽，并通过这些竖向通孔或凹槽套在所述多个竖向导向杆上。

优选的，所述浮筒的外壁上沿竖直方向上下固定设有两个限位件，两个所述限位件之间的浮筒外套有盘式浮筒，所述盘式浮筒的内壁与所述浮筒的外壁滑动间隙配合，所述盘式浮筒的内缘与所述浮筒的外壁之间的距离小于所述限位件的外缘与所述浮筒的外壁之间的距离，所述盘式浮筒上连接有固定绳索。

所述限位件可以为限位环或若干个限位栓。

所述下限位件优选位于所述浮筒的重心的上方。

通常，所述绕组的输出线可以连接整流稳压电路。

通常，所述绕组的数量为若干个，若干个所述绕组并联设置。

本实用新型的有益效果：

本实用新型可以利用海中波浪的起伏带动其本体上下运动进行发电，密闭的浮筒能够防止海水进入浮筒内部影响其发电，永磁体伴随波浪起伏不断上下往复运动，永磁体在上下往复运动的过程中绕组不断切割永磁体的磁力线，从而产生电能，可以有效地利用海浪势能进行发电。

缓冲装置和第二缓冲装置的设置，可以避免永磁体往复运动幅度过大时，永磁体的冲力过大而造成损坏（如永磁体因受到冲击而消磁），缓冲装置和第二缓冲装置对永磁体会产生一定的反作用力，使多余的势能不至于全部被浪费掉，既减少了能量的损失，又可对装置起到保护作用，延长使用寿命。

导向装置的设置，能够限定永磁体的运动轨迹，防止其在运动过程中与磁体通道内壁的碰触，提高能量转化率。

盘式浮筒的设置可以增加浮力，保证本实用新型始终漂浮在海面上，保证其工作效果。上下限位件的设置以及盘式浮筒的内壁与浮筒的外壁滑动间隙配合，使本实用新型的整体在随着海浪做上下起伏运动时，其浮筒在盘式浮筒内也可做上下起伏运动，可有效提高海浪势能的转化率。

下限位件位于所述浮筒的重心的上方，保证在海水中始终保持竖直状态。

采用若干个绕组且并联设置，当其中一个或部分绕组出现故障时，不会影响装置的正常工作。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供了一种波浪弹力发电装置，包括密闭的立式柱状浮筒1，所述浮筒内设有电磁感应发电装置，所述浮筒的外壁上沿竖直方向上下固定设有两个限位件2、3，所述限位件可以为限位环，也可以为若干个限位栓，当所述限位件为若干个限位栓时，若干个限位栓沿所述浮筒的横截面的同一圆周均匀分布，两个所述限位件之间的浮筒外套有盘式浮筒4，所述盘式浮筒的内壁与所述浮筒的外壁滑动间隙配合，所述盘式浮筒的内缘与所述浮筒的外壁之间的距离小于所述限位件的外缘与所述浮筒的外壁之间的距离，以使所述浮筒可以在所述盘式浮筒内自由滑动，且不会从所述盘式浮筒内脱出，所述下限位件优选位于所述浮筒的重心的上方，此外，保证其在海水中始终保持竖直状态（可通过适当的配重等），保证浮筒的重心位于水平面以下，进一步地提高了浮筒在上下起伏过程中，海浪势能的转化率。所述盘式浮筒上连接有固定绳索，所述固定绳索的另一端可以连接在船、钻井平台、航标灯或礁石上，用于本实用新型的固定。本实用新型可以利用海中波浪的起伏带动其本体上下运动进行发电，密闭的浮筒能够防止海水进入浮筒内部对电磁感应发电装置造成影响，盘式浮筒的设置可以保证本实用新型始终漂浮在海面上，保证其工作效果。上下限位件的设置以及盘式浮筒的内壁与浮筒的外壁滑动间隙配合，使本实用新型的整体在随着海浪做上下起伏运动时，其浮筒在盘式浮筒内也可做上下起伏运动，可有效提高海浪势能的转化率。所述下限位件位于所述浮筒的重心的上方，使得本实用新型整体的重心下移，保证其在海水中始终保持竖直状态，进一步地提高了浮筒在上下起伏过程中，海浪势能的转化率。

优选的，所述电磁感应发电装置包括竖向固定的绕组6和可动的永磁体5，所述绕组内设有可供所述永磁体往复移动的竖向的磁体通道，所述永磁体设置在所述磁体通道内，所述永磁体上还连有促使所述永磁体复位于所述磁体通道中部的复位弹簧，所述绕组设有输出线。电磁感应发电装置的独特结构设计，使得本实用型伴随波浪起伏运动时，其内部的永磁体不断上下往复运动，永磁体在上下往复运动的过程中绕组不断切割永磁体的磁力线，从而产生电能，可以有效地利用海浪势能进行发电。

所述绕组为有铁芯绕组或者为无铁芯绕组，当所述绕组为有铁芯绕组时，所述磁体通道设置在所述铁芯内。有铁芯绕组的使用增强了磁场强度，从而提高永磁体移动过程中的能量转化率。

优选的，所述发电装置还设有永磁体导向装置，所述永磁体导向装置采用下列任意一种：

（1）  所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为圆柱形光滑内壁，其筒内空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述内套筒外； 

（2）  所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为带有一个或多个竖向凹槽的圆柱形内壁，所述绕组位于所述内套筒外，所述永磁体上设有与所述凹槽配合的导向结构；凹槽的设置，便于永磁体在作往复运动时其上下空间内的气流置换，从而减小空气阻力对永磁体运动的影响，同时还可减轻装置的自重。

（3）所述导向装置为由若干竖向导向杆构成的导向框，构成所述导向框的若干导向杆圆周分布，其围成的空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述导向框外；

（4） 所述导向装置为单一的竖向导向杆，所述永磁体设有竖向中央通孔，套在所述单一的竖向导向杆上；采用该方式简化本实用新型的结构，节约成本。

（5） 所述导向装置为多个竖向导向杆，所述多个竖向导向杆相对于磁体通道轴线旋转对称分布，所述永磁体上设有多个分别与所述各导向杆对应的竖向通孔/凹槽，并通过这些竖向通孔或凹槽套在所述多个竖向导向杆上。

所述复位弹簧可以为以下几种方式：

（1）   优选上端固定、下端连接所述永磁体的悬挂弹簧9（复位弹簧），所述悬挂弹簧的上端可直接固定在所述导向装置上或间接通过固定横梁8固定在导向装置内，即悬挂弹簧的上端固定连接在固定横梁上，固定横梁固定在所述导向装置上，所述固定横梁位于所述永磁体的上方。采用悬挂弹簧可充分利用永磁体自身的重力，提高电能的转化率。

（2） 下端固定、上端连接所述永磁体的支撑弹簧（复位弹簧），所述支撑弹簧的下端可直接固定连接在所述导向装置的底座7上。

（3）  所述复位弹簧同时包括悬挂弹簧和支撑弹簧，其设置方式分别依照上上面两种方式。

所述发电装置还可以设有缓冲装置，当所述复位弹簧仅为悬挂弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的底部，当所述复位弹簧仅为支撑弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，所述缓冲装置采用下列任意一种或多种：

（1）所述缓冲装置为竖直的缓冲弹簧10；在永磁体的动能较大的情况下，设置缓冲弹簧，永磁体运动使得弹簧拉伸的过程中，永磁体的动能和势能一部分转化为电能，一部分转化为复位弹簧的弹性势能，剩下的转化为缓冲弹簧的弹性势能，直至永磁体的动能为零，然后缓冲弹簧的弹性势能和悬挂弹簧的弹性势能共同作用于永磁体并使永磁体反向运动，转化为永磁体的动能和势能以及电能。缓冲弹簧的设置，能够有效防止永磁体与导向装置底座和上盖的碰撞，避免永磁体消磁，还能够减小永磁体在与缓冲弹簧接触的过程当中的能量的损失，缓冲弹簧的材料优选非铁磁性材料，减小其对永磁体的影响。

（2） 所述缓冲装置为弹性胶垫；弹性胶垫的设置，可以实现永磁体与导向装置的底座和上盖的软碰撞，能够有效防止永磁体消磁状况的出现，但该过程的能量损失较大。弹性胶垫的材料优选尼龙、橡胶等。

（3） 所述永磁体缓冲装置为缓冲永磁体，所述缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反。利用同性磁极互相排斥的原理，在永磁体运动使得复位弹簧拉伸的过程中，受到缓冲永磁体的排斥力，其速度减小，其距离缓冲永磁体距离越近，他们之间的排斥力就越大，直至永磁体速度为零，此时他们之间的排斥力以及悬挂弹簧的弹性势能将推动永磁体反向运动，缓冲永磁体的设置，能够基本完全避免永磁体与底座或上盖的碰撞，避免永磁体消磁，且基本保证永磁体能量基本没有损失。

此外，所述发电装置还设有第二缓冲装置，所述第二缓冲装置为第二缓冲永磁体，所述第二缓冲永磁体优选为环形永磁体，且所述复位弹簧穿过所述第二缓冲永磁体的中心，所述第二缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反，当所述复位弹簧仅为悬挂弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，当所述复位弹簧仅为支撑弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的底部。第二缓冲装置和缓冲装置的设置，可同时避免永磁体与导向转轴的上盖和底座的碰撞，从根本上避免永磁体因动能过大而碰撞造成的永磁体的消磁，延长本实用新型的使用寿命。

当复位弹簧同时包括悬挂弹簧和支撑弹簧时，可参照第二缓冲永磁体的设置方式，同时在导向装置的上盖和底座上设置环形永磁体。

在所述复位弹簧包括悬挂弹簧的情况下，且所述悬挂弹簧通过固定横梁固定在所述导向装置内，其悬挂弹簧的位置可调节。在此仅针对导向装置的第二种方式进行描述：

所述凹槽的数量可以为若干个，均匀分布在所述内套筒的内壁上，每个所述凹槽的上部或下部均可以设有上下排列且数量相同的若干个横梁螺栓孔，每个所述凹槽上的若干个横梁螺栓孔的高度一一对应，所述固定横梁可以通过与所述横梁螺栓孔相配合的螺栓固定安装在所述导轨内。

进一步的，每个所述凹槽的中部均可以设有上下排列且数量相同的若干个绕组螺栓孔，每个所述凹槽上的若干个绕组螺栓孔的高度可以一一对应，所述绕组可以通过与所述绕组螺栓孔相配合的螺栓固定安装在所述内套筒的外侧。

通常，所述固定横梁的中心位置可以设有上下贯穿的螺孔，所述螺孔可以内旋接有与其配合的调节螺栓，所述悬挂弹簧的另一端与所述调节螺栓连接。

凹槽内横梁螺栓孔、绕组螺栓孔的设计，使得可以通过与这些螺栓孔配合的螺栓共同来调整固定横梁及绕组的高度，再配合通过设置在固定横梁中心位置的调节螺栓对悬挂弹簧的微调，可以保证永磁体与绕组在相对静止状态下的位置基本一致（优选永磁体的上表面与绕组的上端面处于同一水平面内），使得永磁体在做往复运动时绕组能够有效切割永磁体的全部或尽可能多的磁力线，从而保证效能。

导向装置的其他设置方式均可以依照上述永磁体调节方式的设置方式进行设置，在此不再敖述。

通常，所述永磁体可以通过吊篮与所述导向装置配合，所述永磁体固定在所述吊篮内部，所述吊篮可以与所述复位弹簧的连接，所述吊篮的上下沿均可以设置成圆角或坡角。将永磁体设置在吊篮内部，可有效保护永磁体，吊篮的上下沿均设置成圆角或坡角，在永磁体的往复运动过程中可以减小与导向装置的摩擦，降低能量损失。

所述吊篮可以为轻质、坚固、防腐、耐磨的非铁磁性材料，如表面做过硬化处理的铝合金或奥氏体不锈钢等。

当然，所述永磁体也可以通过螺栓连接的方式或通过强力胶胶接的方式与所述复位弹簧连接。

优选的，所述绕组的数量为若干个，若干个所述绕组并联设置。采用若干个绕组且并联设置，当其中一个或部分绕组出现故障时，不会影响装置的正常工作。

所述浮筒可以分为上下两部分，其中上部分为倒置的U型罩，上下部分之间可以采用上包下螺口加防水密封垫吻合，接口处成多边形螺帽状，便于紧固密闭接口，也可用多个螺栓连接的固定的盘式防水闭合器连接。此时，可以利用环状接口（凸起部分）作为所述上限位件。浮筒的上下部分均优选为完整的空心柱体（无接缝桶状）结构，浮筒的顶部和底部优选为半球形，坚固、承载力大且可以避免应力集中。

所述浮筒优选玻璃钢、碳纤维、树脂、塑料等轻质、坚固、稳定、防腐、耐磨材料，也可以采用非铁磁性金属材料，如铝合金、奥氏体不锈钢等。浮筒采用非磁性材料能够减小对永磁体运动过程的影响，其外形可以是圆形、椭圆形、方形或多边形；所述盘式浮筒内部可填充发泡塑料，防止盘式浮筒的筒壁破损时进水影响本实用新型的浮力，以及防止盘式浮筒进水引起本实用新型的侧翻，避免能量转化率的低下。

另外，导向装置等采用非磁性材料，能够防止对永磁体运动过程中的影响，永磁体为钕铁硼永磁体或天然磁石，能够增强永磁体的磁场强度，使得永磁体上下运动过程中，增强绕组磁通量的变化程度，提高能量的转化率。

所述整流稳压电路的输出端也可以直接连接延伸至所述浮筒外的输出导线，此时所述浮筒上设有供所述输出导线穿过的通孔，所述输出导线与所述通孔的孔壁之间进行密封处理。

本实用新型构造简单、性能可靠且无机械传动部件，可将自然状态下水面不断变化的波浪势能直接转换成电能，本实用新型可以单独使用，也可以多个组合在一起使用，还可以规模化使用，具有使用灵便、用途广泛、成本低廉、维护简便和绿色环保等特点。既适合固定于某一海域（如近岸海域、岛礁、航标灯、海上油气田钻井平台附近或周边等）使用，又适合船舶等随行携带使用（航行中或停泊时，如在锚地使用）；既可以小型化到为海（空）难坠海人员的电子求救设备提供电力，又可在常年海浪条件优良的海域建造规模化电站。

Claims (10)

1.一种波浪弹力发电装置，其特征在于包括用作壳体的立柱式密封浮筒，所述浮筒内设有固定的绕组和可动的永磁体，所述绕组内设有可供所述永磁体往复移动的竖向的磁体通道，所述永磁体设置在所述磁体通道内，所述永磁体上还连有促使所述永磁体复位于所述磁体通道中部的复位弹簧，所述绕组设有输出线。

2.根据权利要求1所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述复位弹簧为下列任意一种或下列两种的组合：

（1）上端固定、下端连接所述永磁体的悬挂弹簧；

（2）下端固定、上端连接所述永磁体的支撑弹簧。

3.根据权利要求2所述的波浪弹力发电装置，其特征在于还设有缓冲装置，当所述复位弹簧为悬挂弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的底部，当所述复位弹簧为支撑弹簧时，所述缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，所述缓冲装置采用下列任意一种或多种：

（1）所述缓冲装置为竖直的缓冲弹簧；

（2）所述缓冲装置为弹性胶垫；

（3）所述永磁体缓冲装置为缓冲永磁体，所述缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反。

4.根据权利要求3所述的波浪弹力发电装置，其特征在于还设有第二缓冲装置，所述第二缓冲装置为第二缓冲永磁体，所述第二缓冲永磁体的上端和下端的磁极分别与所述永磁体的上端和下端的磁极相反，当所述复位弹簧为悬挂弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的顶端，当所述复位弹簧为支撑弹簧时，所述第二缓冲装置设置在所述磁体通道的底部。

5.根据权利要求4所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述还设有永磁体导向装置，所述永磁体导向装置采用下列任意一种：

（1）所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为圆柱形光滑内壁，其筒内空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述内套筒外；

（2）所述导向装置为内套筒，所述内套筒的内壁为带有一个或多个竖向凹槽的圆柱形内壁，所述绕组位于所述内套筒外，所述永磁体上设有与所述凹槽配合的导向结构；

（3）所述导向装置为由若干竖向导向杆构成的导向框，所述构成导向框的若干导向杆圆周分布，其围成的空间构成所述磁体通道，所述绕组位于所述导向框外；

（4）所述导向装置为单一的竖向导向杆，所述永磁体设有竖向中央通孔，套在所述单一的竖向导向杆上；

（5）所述导向装置为多个竖向导向杆，所述多个竖向导向杆相对于磁体通道轴线旋转对称分布，所述永磁体上设有多个分别与所述各导向杆对应的竖向通孔/凹槽，并通过这些竖向通孔或凹槽套在所述多个竖向导向杆上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述浮筒的外壁上沿竖直方向上下固定设有两个限位件，两个所述限位件之间的浮筒外套有盘式浮筒，所述盘式浮筒的内壁与所述浮筒的外壁滑动间隙配合，所述盘式浮筒的内缘与所述浮筒的外壁之间的距离小于所述限位件的外缘与所述浮筒的外壁之间的距离，所述盘式浮筒上连接有固定绳索。

7.根据权利要求6所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述限位件为限位环或若干个限位栓。

8.根据权利要求7所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述下限位件位于所述浮筒的重心的上方。

9.根据权利要求1所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述绕组的输出线连接整流稳压电路。

10.根据权利要求2所述的波浪弹力发电装置，其特征在于所述绕组的数量为若干个，若干个所述绕组并联设置。