CN1746486A - 波浪波力发电机 - Google Patents

Abstract

波浪波力发电机一种以波浪波力为能源动力的发电机，波浪的起伏带动浮箱驱动发电机内一个类似活塞机构—动子与定子作相对往复直线运动。动子是一个由数十或更多组永磁体－导磁体按…SN—NS—SN—NS…排列叠合而成部件，它插在由更多组嵌入了线圈绕组的U形或T型导磁轮叠合而成的定子筒内、感应着线圈绕组。当波浪上下起伏推动浮箱运动时，浮箱同时带动动子作往复运动，定子线圈绕组接受的磁通量随之发生变化并产生感应电势，波浪的动能直接转换成电能。同理，定子由永磁体－导磁体叠合、动子由线圈绕组－导磁轮叠合，动子运动时，线圈绕组接受的磁通量也会发生变化、并产生感应电势。前者为动磁式，后者为动圈式。

Description

波浪波力发电机

技术领域：

海洋资源及新能源开发、电力及动力设备制造、新材料及新工艺应用等。

背景技术：

保护人类生存环境，探索新型干净能源，充分利用海洋资源是近几十年人类科学技术、经济生活中最为热门的课题之一。波浪作为一种能源动力资源，取之不尽，用之不竭，既廉价、又干净、又环保，有着广泛的利用价值和发展前景，因此，长久以来，人们设计过各式各样的、以海洋作为动力能源的发电机和发电方式，如：潮汐发电、海流发电机、波浪发电机(利用的是波浪在传播方向上的冲击，与本发明有本质上的不同)、平板压电发电机等。本发明的波浪波力发电机，利用的是波浪上下起伏的机械能，即浮力所承载的波峰波谷势差，推动发电机运转。

发明目的：

探索一种新型能源的利用方式，提供一种以波浪波力为能源动力的发电装置的基本构造和设计、制造方法。

发明内容：

本发明的基本原理和依据是：波浪是一种力的表现方式，可以利用它来对物体作功。任何能够随着波浪起伏的物体，不论其大小多少、重量多少，都可以获得相应的动能或势能，同样也可以通过设备、装置将其转化成其它形式的能。

本发明提供了两种波浪力发电机的基本原形。其构造：(1)关键部件之一——定子。定子是固定在水下基础上的圆环形筒体装置。定子由线圈绕组-导磁轮和壳体组成(动磁式)，或者由永磁体-导磁体和壳体组成(动圈式)；(2)关键部件之二——动子。称为动子而不称转子，因为它的主要运动是上下直线运动而不是旋转。动子是插在定子圆环筒体内、一端连接浮箱、并随浮箱上下运动的圆柱体装置。动子由永磁体-导磁体和轴组成(动磁式)，或者由线圈绕组-导磁轮和轴组成(动圈式)。(3)关键部件之三——浮箱。浮箱是承载动子并推动动子作上下往复运动的装置。它可以是一艘船，也可以是球形、方形或其它形状的壳体，其作用就是产生浮力；(4)关键部件之四——滑轨。滑轨是保证动子在定子筒体内沿固定路线运动的装置。它可以是一根或几根轴，也可以是几根轨道，可以安装在定子筒内，也可以安装在定子外壳上；(5)关键部件之五——平衡气路。平衡气路是连接定子上下两端的通道，其作用是消除动子上下运动时在定子两端产生的气压差阻力；(6)其它部件。如：润滑、密封、电气线路、缓冲装置等。

附图说明

(图1)动磁式波浪波力发电机示意简图

(图2)动磁式波浪波力发电机定子线圈绕组与导磁轮的组合结构和排列方式示意简图：a-U字形导磁轮，b-T字形导磁轮

(图3)动磁式波浪波力发电机动子永磁体与导磁体的组合结构和排列方式示意简图

(图4)动磁式波浪波力发电机动子与定子的组合结构和发电原理示意简图：

上面四个小图从左至右、示意动子处在不同的位置。永磁体磁场对线圈绕组的作用方向，以及磁路对磁通量产生的影响；

下图为对应上图各位置时，相邻两组的磁通量变化。

(图5)动圈式波浪波力发电机示意简图

(图6)U形槽导磁轮示意简图：a定子导磁轮，b动子导磁轮

(图7)T形槽导磁轮示意简图：a定子导磁轮，b动子导磁轮

附图字母符号表示说明：

1-浮箱，2-定子外壳，3-导磁轮，4-线圈绕组，5-滑轨，6-缓冲装置，7-永磁体，8-导磁体，8-动子轴，10-密封装置，11-护环

NS或SN表示永磁体及其磁极方向；箭头表示动子运动方向；虚线表示磁力线，闭合虚线表示工作状态下的磁路；Φ表示磁通量；

附图总说明：

以上各图是波浪波力发电机基本结构和基本工作原理示意简图。其具体功率大小、外形尺寸、选用材料、其它装置的增设、装置的安装组合方式等技术要求，应根据实际情况确定。

实施方案：

1.动磁式波浪波力发电机

所谓动磁式发电机，是指永磁体为该发电机的运动部件。关键部件之一——定子，是固定在水下、由导磁轮和线圈绕组构成的一个圆环形筒体。关键部件之二——动子，是安装在定子圆环形筒体内、由永磁体和导磁体构成的一个圆柱体或者中间可以通轴的圆柱体。动子类似一个活塞，在定子圆环筒体内可以沿轴或滑轨做往复直线运动。动子一端连接在浮箱上，当浮箱随着波浪上下运动时，与浮箱连接的动子永磁体相对定子线圈绕组发生位移，从而使定子线圈绕组内的磁通量发生变化并产生电势。(图1)

(1)发电机定子线圈绕组与导磁轮的组合结构和排列方式

线圈绕组与导磁轮为圆环形，每组线圈是镶嵌在一个U形导磁轮线槽内，或者是两个T形导磁轮叠合形成的U形线或燕尾槽内；由导磁轮构成的线槽是沿圆环形内壁、面向圆心开口；定子是由多组这样的线圈-导磁轮叠合，最后组成一个圆环形筒体。(图2)

(2)发电机动子永磁体与导磁体的组合结构和排列方式

永磁体与导磁体相互叠合，即一层永磁体、一层导磁体叠合，并固定在一根可以上下运动的轴上；永磁体的磁场方向平行于轴线方向，但相邻两层永磁体磁场方向相反，即形成N-S导磁体S-N或者S-N导磁体N-S的排列；夹在两层永磁体之间的导磁体使得磁场磁力线沿着半径向外辐射；动子是由多组这样的永磁体-导磁体叠合，最后组成一个圆柱体。(图3)

(3)发电机动子与定子的组合结构和排列方式

定子的每一组线圈-导磁轮厚度与动子的每一组永磁体-导磁体厚度相等；动子每一组永磁体-导磁体形成向外辐射磁场，通过动子与定子之间的气隙、与定子的导磁体构成一个磁路；动子与定子位置发生位移时，其通过磁路的磁通将发生变化；定子线圈-导磁轮的组数多于动子永磁体-导磁体的组数，使得动子在定子内有一定的往复运动行程。(图4)

2.动圈式波浪波力发电机

所谓动圈式发电机，是指线圈绕组为该发电机的运动部件。关键部件之一——定子，是固定在水下、由永磁体和导磁体构成的一个圆环形筒体。关键部件之二——动子，是安装在定子圆环形筒体内、由导磁轮和线圈绕组构成的一个圆柱体或者中间可以通轴的圆柱体。动子类似一个活塞，在定子圆环筒体内可以沿轴或滑轨做往复直线运动。动子一端连接在浮箱上，当浮箱随着波浪上下运动时，与浮箱连接的动子永磁体相对定子线圈绕组发生位移，从而使定子线圈绕组内的磁通量发生变化并产生电势。(图5)

(1)发电机定子永磁体与导磁体的组合结构和排列方式

永磁体与导磁体相互叠合，即一层导磁体、一层永磁体叠合；永磁体的磁场方向平行于轴线方向，但相邻两层永磁体磁场方向相反，即形成N-S导磁体S-N或者S-N导磁体N-S的排列；夹在两层永磁体之间的导磁体使得磁场磁力线沿着半径向内辐射；定子是由多组这样的永磁体-导磁体叠合，最后组成一个圆环形筒体。(图6)

(2)发电机动子线圈绕组与导磁轮的组合结构和排列方式

线圈绕组与导磁轮为圆环形，每组线圈是镶嵌在一个U形导磁轮线槽内，或者是两个T形导磁轮叠合形成的U形或燕尾线槽内；由导磁轮构成的线槽是沿圆环形外壁、背向圆心开口；动子是由多组这样的线圈-导磁轮叠合，并固定在一根可以上下运动的轴上，最后组成一个圆柱体。(图7)

(3)发电机动子与定子的组合结构和排列方式

定子的每一组永磁体-导磁体厚度与动子的每一组线圈-导磁轮厚度相等；定子每一组永磁体-导磁体形成向内辐射磁场，通过动子与定子之间的气隙、与动子的导磁轮构成一个磁路；动子与定子位置发生位移时，其通过磁路的磁通将发生变化；定子永磁体-导磁体的组数多于动子线圈-导磁轮的组数，使得动子在定子内有一定的往复运动行程。(图8)

3.导磁轮

(1)U形槽导磁轮

圆环形轮状；其截面类似横倒的U字形。动磁式发电机导磁轮在定子上，其U形开口向内；动圈式发电机导磁轮在动子上，其U形开口向外。(图9a，b)

(2)T形槽导磁轮

圆环形轮状；其截面类似横倒的T字形。动磁式发电机导磁轮在定子上，其外侧厚、内侧薄；动圈式发电机导磁轮在动子上，其内侧厚、外侧薄。(图10a，b)

可以根据发电机的需要和加工的经济技术情况直接制作成需要的形状，也可以将其加工成扇形再进行组合拼装。

4.线圈绕组

产生感应电势和感应电流的元件。安装在导磁轮的U形线槽或叠合形成的U形线槽内。各线圈绕组之间根据技术要求进行并联、串联。

5.永磁体、导磁体

可以根据发电机的需要和加工的经济技术情况直接制作成圆环形，也可以将其加工成扇形再进行组合拼装。

6.建议材料选用和加工工艺

(1)永磁体：烧结Nd-Fe-B

(2)导磁轮：Si-Al-Fe系合金，Ni-Fe系合金  粉末冶金

(3)导磁体：DT3\DT4电工铸钢   压铸\粉末冶金\机加工

(4)外壳：

动磁式(小型)铸钢\不锈钢\玻璃钢；(中、大型)钢\外钢筋混凝土

动圈式(小型)铜、铝合金\不锈钢\玻璃钢；(中、大型)铜、铝、钛合金\外钢筋混凝土

Claims (10)

1.一种动磁式波浪波力发电机，其特征是：(1)该发电机是以波力作为驱动力，即利用水的浮力和波浪上下起伏所产生的机械能发电；(2)该发电机将波力机械能转换成电能的关键部件是定子和动子。定子是固定在水下、由导磁轮和线圈绕组等构成的一个圆环形筒体。动子是安装在定子圆环形筒体内、由永磁体和导磁体等构成的一个圆柱体或者中间可以通轴的圆柱体。动子类似一个活塞，在定子圆环筒体内可以沿轴或滑轨做往复直线运动；(3)动子一端连接在浮箱上，当浮箱随着波浪上下运动时，与浮箱连接的动子永磁体相对定子线圈绕组发生位移，从而使定子线圈绕组内的磁通量发生变化并产生电势。

2.一种动圈式波浪波力发电机，其特征是：(1)该发电机是以波力作为驱动力，即利用水的浮力和波浪上下起伏所产生的机械能发电；(2)该发电机将波力机械能转换成电能的关键部件是定子和动子。定子是固定在水下、由永磁体和导磁体等构成的一个圆环形筒体。动子是安装在定子圆环形筒体内、由导磁轮和线圈绕组等构成的一个圆柱体或者中间可以通轴的圆柱体。动子类似一个活塞，在定子圆环筒体内可以沿轴或滑轨做往复直线运动；(3)动子一端连接在浮箱上，当浮箱随着波浪上下运动时，与浮箱连接的动子线圈绕组相对定子永磁体发生位移，从而使动子线圈绕组内的磁通量发生变化并产生电势。

3.根据1，一种动磁式波浪波力发电机定子线圈绕组与导磁轮的组合结构和排列方式，其特征是：(1)线圈绕组与导磁轮为圆环形，每组线圈是镶嵌在一个U形导磁轮线槽内，或者T形导磁轮叠合形成的U形槽或燕尾线槽内；(2)导磁轮的线槽是沿圆环形内壁、面向圆心开口；(3)定子是由多组这样的线圈-导磁轮叠合而成，最后组成一个圆环形筒体。

4.根据1，一种动磁式波浪波力发电机动子永磁体与导磁体的组合结构和排列方式，其特征是：(1)永磁体与导磁体相互叠合，即一层永磁体、一层导磁体叠合，并固定在一根可以上下运动的轴上；(2)永磁体的磁场方向平行于动子运动轴线方向，但相邻两层永磁体磁场方向相反，即形成N-S导磁体S-N或者S-N导磁体N-S的排列；(3)两层永磁体之间的导磁体使得磁场由平行轴线方向转变成垂直轴线方向；(4)动子是由多组这样的永磁体-导磁体叠合而成，最后组成一个圆柱体。

5.根据1，一种动磁式波浪波力发电机动子与定子的组合结构和排列方式，其特征是：(1)动子是插在定子筒内，并且可以沿轴线往复运动；(2)定子的每一组线圈-导磁轮厚度与动子的每一组永磁体-导磁体厚度相等；(3)动子每一组永磁体-导磁体、通过动子与定子之间的气隙、与定子的导磁轮构成一个磁路；(4)动子与定子相对位置发生位移时，其通过该磁路的磁通量将发生变化，并直接影响嵌入定子导磁轮上的线圈绕组；(5)定子线圈-导磁轮的组数多于动子永磁体-导磁体的组数，使得动子在定子内有一定的往复运动行程。

6.根据2，一种动圈式波浪波力发电机定子永磁体与导磁体的组合结构和排列方式，其特征是：(1)永磁体与导磁体相互叠合，即一层导磁体、一层永磁体叠合；(2)永磁体的磁场方向平行于动子运动轴线方向，但相邻两层永磁体磁场方向相反，即形成N-S导磁体S-N或者S-N导磁体N-S的排列；(3)两层永磁体之间的导磁体使得磁场由平行轴线方向转变成垂直轴线方向；(4)定子是由多组这样的永磁体-导磁体叠合而成，最后组成一个圆环形筒体。

7.根据2，一种动圈式波浪波力发电机动子线圈绕组与导磁轮的组合结构和排列方式，其特征是：

(1)线圈绕组与导磁轮为圆环形，每组线圈是镶嵌在一个U形导磁轮线槽内，或者T形导磁轮叠合形成的U形槽或燕尾线槽内；(2)导磁轮的线槽是沿圆环形外壁、背向圆心开口；(3)动子是由多组这样的线圈-导磁轮叠合而成，并固定在一根可以上下运动的轴上，最后组成一个圆柱体。

8.根据2，一种动圈式波浪波力发电机动子与定子的组合结构和排列方式，其特征是：(1)动子是插在定子筒内，并且可以沿轴线往复运动；(2)定子的每一组永磁体-导磁体厚度与动子的每一组线圈-导磁轮厚度相等；(3)定子每一组永磁体-导磁体、通过动子与定子之间的气隙、与动子的导磁轮构成一个磁路；(4)动子与定子相对位置发生位移时，其通过该磁路的磁通量将发生变化，并直接影响嵌入动子导磁轮上的线圈绕组；(5)定子永磁体-导磁体的组数多于动子线圈-导磁轮的组数，使得动子在定子内有一定的往复运动行程。

9.根据3和7，U形导磁轮，其特征是：(1)整体为圆环形轮状；(2)截面类似类似横倒的U字形。作为动子元件，U形开口向外；作为定子元件，U形开口向内；(3)U型槽的作用是嵌入线圈绕组；(4)导磁轮可以作为一个整体制作，也可以将其分解成数个扇形制作、拼装；(5)由导磁材料制作。

10.根据3和7，T形导磁轮，其特征是：(1)整体为圆环形轮状；(2)截面类似类似横倒的T字形，作为动子元件，导磁轮外薄内厚；作为定子元件，导磁轮外厚内薄；(3)导磁轮叠合后可以形成U形槽或燕尾槽，其作用是嵌入线圈绕组；(4)导磁轮可以作为一个整体制作，也可以将其分解成数个扇形制作、拼装；(5)由导磁材料制作。

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