CN108119294A - 一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置 - Google Patents

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肖龙飞
邓博贤
李扬
王彤彤
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，包括能量输出***，所述能量输出***的底部设有垂荡板，在垂荡板上连接有用于将能量输出***固定在海床上的锚泊线，所述能量输出***的顶部通过外连接轴与浮子连接；所述能量输出***包括壳体，在所述壳体内安装有直线发电机，直线发电机包括定子和动子，所述动子的底部通过连接弹簧与蓄电池连接，动子的顶部连接有内连接轴，内连接轴与外连接轴刚性连接，在所述内连接轴上设有固定块、以及若干斜弹簧；所述斜弹簧的两端分别与固定块和壳体的内壁相连，当浮子和动子随波浪上下振动时，斜弹簧通过拉伸和压缩，对动子的运动产生弹力作用产生负刚度，形成非线性***。

Description

一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及可再生能源技术和海洋发电领域，具体地说，特别涉及到一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置。
背景技术
海洋覆盖了地球百分之七十的表面，其可利用的能量大大超过了目前全球能源需求的总合。海洋能是清洁的可再生能源，科学的开发和利用对缓解能源危机和环境污染问题具有重要意义。海洋能的种类多种多样，其中波浪能具有能量密度高、分布面广等优点。相较于风能、太阳能等其他可再生清洁能源，其能量密度最高。然而，在实际应用中波浪能发电装置存在能量捕获效率低，成本高，目前还无法大规模运用于生产实践。
目前利用波浪能的方案有很多种，其中采用直线发电机的振荡浮子式波浪能发电装置减少了能量转换的中间环节，发电效率更高，同时降低了装置的复杂性，便于维护。但现阶段的线性装置存在能量捕获效率低、带宽窄等弊端，即在装置发生共振时捕获能量最多，当入射波频率偏离装置固有频率时，捕获的能量大大降低。然而在实际海况中，波浪频率一般低于装置的固有频率，因此实际能量捕获效率低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，解决了传统线性波浪能发电装置的缺陷，拓宽了能量捕获带宽，增加在低频入射波时的能量捕获，而且在共振时浮子运动幅度相对较小，对发电装置具有保护作用，有利于延长其使用寿命。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，包括能量输出***，所述能量输出***的底部设有垂荡板，在垂荡板上连接有用于将能量输出***固定在海床上的锚泊线，所述能量输出***的顶部通过外连接轴与浮子连接；
所述能量输出***包括壳体，在所述壳体内安装有直线发电机，直线发电机包括定子和动子，所述定子通过导线与安装在壳体底部的蓄电池电连接；
所述动子的底部通过连接弹簧与蓄电池连接，动子的顶部连接有内连接轴，内连接轴与外连接轴刚性连接，在所述内连接轴上设有固定块、以及若干斜弹簧；
所述斜弹簧的两端分别与固定块和壳体的内壁相连，当浮子和动子随波浪上下振动时，斜弹簧通过拉伸和压缩，对动子的运动产生弹力作用产生负刚度，形成非线性***。
进一步的，所述定子上设有感应线圈绕组，动子为带有永磁体的轴。
进一步的，所述斜弹簧沿固定块的外周面均匀分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
引入斜弹簧形成非线性双稳态***，克服线性***的缺点，提高振动能量吸收，尤其是低频时能量的吸收。
附图说明
图1为本发明所述的浮子式波浪能发电装置的结构示意图。
图2为本发明所述的能量输出***的示意图。
图3为本发明所述的能量输出***的A-A剖面图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1、图2和图3，本发明所述的一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，包括能量输出***3，所述能量输出***3的底部设有垂荡板4，在垂荡板4上连接有用于将能量输出***3固定在海床上的锚泊线5，所述能量输出***3的顶部通过外连接轴2与浮子1连接；
所述能量输出***3包括壳体，在所述壳体内安装有直线发电机14，直线发电机14包括定子9和动子10，所述定子9上设有感应线圈绕组，动子10为带有永磁体的轴；
所述定子9通过导线11与安装在壳体底部的蓄电池13电连接；
所述动子10的底部通过连接弹簧12与蓄电池13连接，动子10的顶部连接有内连接轴8，内连接轴8与外连接轴2刚性连接，在所述内连接轴8上设有固定块7、以及若干斜弹簧6，所述斜弹簧6沿固定块7的外周面均匀分布；
所述斜弹簧6的两端分别与固定块7和壳体的内壁相连，当浮子1和动子10随波浪上下振动时，斜弹簧6通过拉伸和压缩，对动子10的运动产生弹力作用产生负刚度，形成非线性***。
本发明的工作原理如下：
将直线发动机简化为感应线圈绕组(定子)和带有永磁体的轴(动子)，当浮子随波浪振动带动永磁体振动，将中心轴与四周连接的斜弹簧随着动子的运动拉伸压缩，对动子的运动产生弹力相互作用，使***出现负刚度，而负刚度可以显著提高振动能量特别是低频振动能量的吸收，使能量输出***势能井(传统装置为单井)呈现双井特性，研究表明双井间跳动可以显著提高能量吸收。通过数值模拟，可以验证本发明能显著提高能量捕获效率，尤其是低频时的能量捕获效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于：包括能量输出***(3)，所述能量输出***(3)的底部设有垂荡板(4)，在垂荡板(4)上连接有用于将能量输出***(3)固定在海床上的锚泊线(5)，所述能量输出***(3)的顶部通过外连接轴(2)与浮子(1)连接；
所述能量输出***(3)包括壳体，在所述壳体内安装有直线发电机(14)，直线发电机(14)包括定子(9)和动子(10)，所述定子(9)通过导线(11)与安装在壳体底部的蓄电池(13)电连接；
所述动子(10)的底部通过连接弹簧(12)与蓄电池(13)连接，动子(10)的顶部连接有内连接轴(8)，内连接轴(8)与外连接轴(2)刚性连接，在所述内连接轴(8)上设有固定块(7)、以及若干斜弹簧(6)；
所述斜弹簧(6)的两端分别与固定块(7)和壳体的内壁相连，当浮子(1)和动子(10)随波浪上下振动时，斜弹簧(6)通过拉伸和压缩，对动子(10)的运动产生弹力作用产生负刚度，形成非线性***。
2.根据权利要求1所述的弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述定子(9)上设有感应线圈绕组，动子(10)为带有永磁体的轴。
3.根据权利要求1所述的弹簧双稳态直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述斜弹簧(6)沿固定块(7)的外周面均匀分布。
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