CN205714565U - 非线性直驱浮子式波浪能发电装置 - Google Patents

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肖龙飞
肖晓龙
杨立军
寇雨丰
李扬
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Abstract

本实用新型提供了一种非线性直驱浮子式波浪能发电装置，将该发电装置置于海中，波浪带动浮子上下移动，进而带动第一磁铁上下移动。使感应线圈切割第一磁铁产生的磁场线，实现了利用波浪能发电的功能。同时，位于第一磁铁四周的第二磁铁和第一磁铁产生的磁力与能量输出***中弹簧产生的弹力相互作用，使***出现负刚度，提高振动能量，使能量输出***势能阱呈现双井特性提高能量捕获效率，特别是低频时的能量效率捕获。

Description

非线性直驱浮子式波浪能发电装置
技术领域
本实用新型属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种浮子式波浪能发电装置。
背景技术
目前，发电的方式主要有风能发电、水能发电、波浪能发电等。相比于风能，波浪能是一种更为持久，能量密度更大的清洁能源，如果能得到有效的开发，它将为人类提供充足丰富的清洁能源。波浪能发电装置按照能量转换方式的不同，可以分为振荡浮子式，振荡水柱式和收缩坡道式。振荡浮子式波浪能发电装置是目前发展较好的能量转换装置，该装置主要利用浮子的垂荡运动吸收波浪能量，将波浪能转换为机械能或液压能再驱动发电机发电，或者直接驱动线性发电机发电。
对于当前的线性直驱浮子式波浪能发电装置，其浮子下部连接一个直线发电机，整个发电装置仅有一个固有自振频率，只有当入射波频率与装置固有频率相等时，即共振时捕获能量最多，但当入射波的频率偏离装置的固有频率时，捕获的能量就大大降低，而实际海况中波浪频率远低于波浪能发电装置的固有频率，因此不利于实际海洋波浪能量的捕获。而且传统装置在共振时浮子振动剧烈，容易损坏，减少装置在海洋中使用寿命，同时共振时产生的电压过大，对蓄电池冲击严重。
实用新型内容
为了解决当前波浪能发电装置的缺陷，本实用新型提供一种波浪能发电装置，该装置不仅能够增加波浪在低频时的能量捕获，而且够拓宽能量图谱带宽，同时在共振时浮子振动相对较小，有利于延长发电装置使用寿命。
更具体的，本实用新型提供了一种非线性直驱浮子式波浪能发电装置，包括底座；
能量输出***固定设于底座上表面，且能量输出***的顶部设有让连接轴通过的通孔该通孔设有密封件，且该密封件套设于连接轴上，连接轴能够相对密封件上下滑动；底座固定于海中；
能量输出***内部包括一个可上下移动的第一磁铁以及若干位于第一磁铁四周的第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁的N极方向指向能量输出***的顶部或底部；
第一磁铁的底部通过弹性件与能量输出***的底部相连接，第一磁铁的顶部通过连接轴与浮子相连接，浮子套设于能量输出***的外表面；
感应线圈绕设于第一磁铁四周，且位于第一磁铁和第二磁铁之间，感应线圈的两端与蓄电装置或用电装置相连接；
波浪带动浮子上下移动，进而带动第一磁铁上下移动。
作为优选的，弹性件为弹簧。
作为优选的，底座通过若干锚绳与海底相连接。
作为优选的，底座为垂荡板。
作为优选的，第一磁铁的半径大于能量输出***上方开口的大小。
作为优选的，蓄电装置为蓄电池。
作为优选的，第二磁铁与第一磁铁之间的距离相等。
作为优选的，能量输出***内设有四个第二磁铁；四个第二磁铁均匀分布在第一磁铁的四周。
作为优选的，能量输出***呈圆柱状。
作为优选的，第二磁铁为永磁体。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在由磁铁和感应线圈组成的直线发电机周围增加外部磁铁。其科学原理为，在直线发电机周围增加外部磁铁，则外部磁铁和中心磁铁产生的磁力与能量输出***中弹簧产生的弹力相互作用，使***出现负刚度，该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***势能阱呈现双井特性(传统装置为单井)，可以显著提高能量捕获效率，特别是低频时的能量效率捕获。同时，外部磁铁在中心磁铁振动时，该负刚度能够降低重心磁铁上下振动的幅度，避免共振时产生的电压过大，导致损坏蓄电池或用电设备。
附图说明
图1为本实用新型中一种实施方式的剖面示意图。
图2为本实用新型中一种实施方式中能量输出***的内部结构示意图。
图3为本实用新型中一种实施方式中磁铁分布位置关系俯视图。
具体实施方式
实施方式一
本实用新型的第一种实施方式提供了一种非线性直驱浮子式波浪能发电装置，包括底座，该底座为一块垂荡板4，该垂荡板4通过若干锚绳固定在海中。能量输出***3固定设于垂荡板4上表面，且在该能量输出***3的顶部设有让连接轴2通过的通孔该通孔设有密封件，且该密封件套设于连接轴上，连接轴能够相对密封件上下滑动。在能量输出***3内部设有一个第一磁铁7以及若干第二磁铁6，第二磁铁6排布在第一磁铁7的四周。第一磁铁7与第二磁铁6的N极统一指向能量输出***3的顶部或者底部。第一磁铁7的底部与能量输出***3的底部之间采用弹性件相互连接，该弹性件可以是弹簧9，也可以是橡皮筋等具有弹性的连接件。第一磁铁7的上端通过连接轴2与浮子1相连接，浮子1套设于能量输出***3的外表面；感应线圈8绕设于第一磁铁7的四周，且固定于第一磁铁7和第二磁铁6之间，感应线圈8的两端与蓄电装置或用电装置相连接；波浪带动浮子1上下移动，进而带动第一磁铁7上下移动。
在本实施方式中，能量输出***3呈圆柱状，内部有四个固定设置的永磁体第二磁铁6，在四个第二磁铁6的中心设有一个能够上下振荡的第一磁铁7。该装置浸泡在海水中时，受到海水流动以及浮力的作用，浮子1会上下运动。该浮子的上下运动，通过连接轴2带动能量输出***3内的第一磁铁7上下运动。在该运动过程中，感应线圈8相当于在对磁场线进行往返切割，并产生电流。同时，位于第一磁铁7四周的第二磁铁6对第一磁铁7产生磁力与弹簧力相互作用，使能量输出***产生负刚度，而负刚度可以显著提高振动能量。该感应线圈8可以与用电装置相连接，也可以和蓄电池或者其他蓄电装置相连接，将电力储存起来。
较佳的，连接轴2的末端半径以及第一磁铁7的半径至少有一个大于该密封件的内径，使得在海水上涨时，浮子1不会将第一磁铁7拉出能量输出***，能够有效防止弹簧9过度拉伸导致弹簧9损坏。
上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，包括底座；
能量输出***(3)固定设于所述底座上表面，且所述能量输出***(3)的顶部设有让连接轴(2)通过的通孔，所述通孔设有密封件，且所述密封件套设于所述连接轴(2)上，所述连接轴(2)能够相对所述密封件上下滑动；所述底座固定于海中；
所述能量输出***(3)内部包括一个可上下移动的第一磁铁(7)以及若干位于所述第一磁铁(7)四周的第二磁铁(6)，所述第一磁铁(7)和第二磁铁(6)的N极方向指向所述能量输出***(3)的顶部或底部；
所述第一磁铁(7)的底部通过弹性件与所述能量输出***(3)的底部相连接，所述第一磁铁(7)的顶部通过所述连接轴(2)与浮子(1)相连接；
感应线圈(8)绕设于所述第一磁铁(7)四周，且位于所述第一磁铁(7)和第二磁铁(6)之间，所述感应线圈(8)的两端与蓄电装置或用电装置相连接；
波浪带动所述浮子(1)上下移动，进而带动第一磁铁(7)上下移动。
2.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧(9)。
3.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述底座通过若干锚绳(5)与海底相连接。
4.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述底座为垂荡板(4)。
5.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述第一磁铁(7)的半径大于所述能量输出***上方开口的大小。
6.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述蓄电装置为蓄电池。
7.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述第二磁铁(6)与所述第一磁铁(7)之间的距离相等。
8.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述能量输出***(3)内设有四个所述第二磁铁(6)；四个所述第二磁铁(6)均匀分布在所述第一磁铁(7)的四周。
9.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述能量输出***(3)呈圆柱状。
10.根据权利要求1所述的非线性直驱浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述第二磁铁(6)为永磁体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105697223A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 上海交通大学 非线性直驱浮子式波浪能发电装置
CN107975455A (zh) * 2017-11-24 2018-05-01 浙江大学 一种浮子式波浪能发电装置

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CN105697223A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 上海交通大学 非线性直驱浮子式波浪能发电装置
CN105697223B (zh) * 2016-04-26 2018-02-09 上海交通大学 非线性直驱浮子式波浪能发电装置
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CN107975455B (zh) * 2017-11-24 2019-04-16 浙江大学 一种浮子式波浪能发电装置

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