本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)，尤其涉及一種自然坐標系下的高效波浪能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

地球石化資源有限，而人類對能源需求卻與日俱增，能源危機與日俱增，為了解決這一難題，對可再生能源的研究、開發(fā)和利用勢在必行。海洋能是一種取之不盡用之不竭的綠色可再生能源，地球上海洋波浪蘊藏的電能可達5000gw。我國海岸線長，可利用的波浪能極為豐富，一種新型高效的漂浮式波浪發(fā)電系統(tǒng)應運而生，可為海上智能充電樁供電、可向海上航標燈、沿海居民、海島居民或守衛(wèi)海島的人員和設(shè)備提供電力，可以實現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，因此具有重要的理論和實際意義。但是目前利用波浪能發(fā)電常采用二次能量轉(zhuǎn)化技術(shù)，造成波浪能發(fā)電機功率不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種能提高波浪能發(fā)電機功率的的自然坐標系下的高效波浪能發(fā)電裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種自然坐標系下的高效波浪能發(fā)電裝置，包括三個發(fā)電單元，三個發(fā)電單元分別為x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括嵌套的內(nèi)浮筒和外浮筒，所述內(nèi)浮筒長度大于外浮筒長度，所述內(nèi)浮筒內(nèi)設(shè)置線圈，所述線圈軸線與內(nèi)浮筒軸線平行；所述外浮筒通過支架與永磁鐵連接；所述永磁鐵為多塊磁鐵拼接并采用非導磁材料固定；所述x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元的軸線分別位于自然坐標系下的x軸、y軸和z軸上，其中x向發(fā)電單元和y向發(fā)電單元的軸線均與水平面平行，z向發(fā)電單元的軸線與水平面垂直；所述z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒下方設(shè)置配重；所述x向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒和y向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒兩端均分別設(shè)置配重；所述x向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒一端、y向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒一端和z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒底端連接。

進一步地，所述內(nèi)浮筒長度與外浮筒長度比為(1.5-2.5):1。

進一步地，所述內(nèi)浮筒長度與外浮筒長度比為2:1。

進一步地，所述線圈纏繞在內(nèi)浮筒內(nèi)對稱設(shè)置的一對硅鋼片上，所述硅鋼片與內(nèi)浮筒端蓋固定。

進一步地，所述內(nèi)浮筒和外浮筒均為不導磁材料。

進一步地，整個裝置還包括儲能蓄電池，所述儲能蓄電池位于海面漂浮平臺上，通過導線并分別與x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元連接。

進一步地，所述x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元結(jié)構(gòu)相同。

進一步地，所述z向發(fā)電單元的外浮筒底部采用楔形結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述配重位于海底，用于固定發(fā)電單元的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、由于本發(fā)明將永磁鐵安裝在外浮筒上，將線圈安裝在內(nèi)浮筒上，通過海浪的波動實現(xiàn)了內(nèi)外浮筒的相對運動，并在閉合的線圈回路產(chǎn)生感應電流，實現(xiàn)波浪能的發(fā)電。由于這種發(fā)電方式是一次能源轉(zhuǎn)換方式，減少了現(xiàn)有技術(shù)中二次能源轉(zhuǎn)換過程中的損失，從而提高了波浪能的利用效率。

2、由于本發(fā)明將x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元均按永磁直線發(fā)電機原理設(shè)計，可以同時利用三個方向的波浪能，從而提高了波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電功率。

3、由于本發(fā)明將z向發(fā)電單元的外浮筒底部設(shè)計成楔形結(jié)構(gòu)，既可以保證密封，又提高了波浪能發(fā)電機的功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為z向發(fā)電單元的固定在內(nèi)浮筒端蓋上的磁鐵、線圈、硅鋼片的橫截面示意圖。

圖中：1-外浮筒；2-永磁鐵；3-配重；4-線圈；5-內(nèi)浮筒；6-支架；7-硅鋼片。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明一種自然坐標系下的高效波浪能發(fā)電裝置，包括三個發(fā)電單元，三個發(fā)電單元分別為x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括嵌套的內(nèi)浮筒5和外浮筒1，所述內(nèi)浮筒5長度大于外浮筒1長度，所述內(nèi)浮筒5內(nèi)設(shè)置線圈4，所述線圈4軸線與內(nèi)浮筒5軸線平行；所述外浮筒1通過支架6與永磁鐵2連接；所述永磁鐵2為多塊磁鐵拼接并采用非導磁材料固定；所述x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元的軸線分別位于自然坐標系下的x軸、y軸和z軸上，其中x向發(fā)電單元和y向發(fā)電單元的軸線均與水平面平行，z向發(fā)電單元的軸線與水平面垂直；所述z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5下方設(shè)置配重3；所述x向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5和y向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5兩端均分別設(shè)置配重3；所述x向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5一端、y向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5一端和z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5底端連接。

進一步地，所述內(nèi)浮筒5長度與外浮筒1長度比為(1.5-2.5):1。

進一步地，所述內(nèi)浮筒5長度與外浮筒1長度比為2:1。

進一步地，所述線圈4纏繞在內(nèi)浮筒5內(nèi)對稱設(shè)置的一對硅鋼片7上，所述硅鋼片7與內(nèi)浮筒5端蓋固定。

進一步地，所述內(nèi)浮筒5和外浮筒1均為不導磁材料。

進一步地，整個裝置還包括儲能蓄電池，所述儲能蓄電池位于海面漂浮平臺上，通過導線并分別與x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元連接。

進一步地，所述x向發(fā)電單元、y向發(fā)電單元和z向發(fā)電單元結(jié)構(gòu)相同。

進一步地，所述z向發(fā)電單元的外浮筒1底部采用楔形結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述配重3位于海底，用于固定發(fā)電單元的位置。

本發(fā)明的工作原理如下：在海洋波浪的作用下，z向發(fā)電單元的外浮筒1作上下往復運動，而由于z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5下方設(shè)置有配重3，使得其吃水深度遠遠大于z向發(fā)電單元的外浮筒1的吃水深度，根據(jù)漂浮在波浪中的浮筒運動理論，z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5幾乎保持靜止狀態(tài)，固定在外浮筒1上的永磁鐵2隨z向發(fā)電單元的外浮筒1垂直方向做往復運動，線圈4內(nèi)的磁通量會發(fā)生變化，所以，z向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5和z向發(fā)電單元的外浮筒1永磁鐵2之間的相對運動可驅(qū)動安裝在內(nèi)浮筒5里的線圈4進行發(fā)電，從而把波浪能轉(zhuǎn)換成電能。

x向發(fā)電單元與y向發(fā)電單元工作原理相同，以x向發(fā)電單元為例，x向發(fā)電單元的內(nèi)浮筒5兩側(cè)懸掛配重3，在波浪推動下，內(nèi)浮筒5與外浮筒1相互往復運動，使永磁鐵2與線圈4之間存在相對運動，從而把波浪能轉(zhuǎn)換成電能。

本發(fā)明包括分別設(shè)置在x、y和z軸三個方向的發(fā)電單元，分別用于采集x、y和z軸三個方向的波浪能，提高波浪能發(fā)電機功率。

本發(fā)明基于漂浮在波浪中的浮筒運動理論，根據(jù)法拉第電磁感應定律，通過振蕩運動的形式把波浪能轉(zhuǎn)換成電能，采用永磁直線發(fā)電機原理把波浪能轉(zhuǎn)換成電能。z向發(fā)電單元的外浮筒1底部采用楔形結(jié)構(gòu)，一方面可以保證密封，另一方面提高其發(fā)電功率。

最后要說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自然坐標系下的高效波浪能發(fā)電裝置，包括三個發(fā)電單元，所述發(fā)電單元包括嵌套的內(nèi)浮筒和外浮筒，所述內(nèi)浮筒長度大于外浮筒長度，所述內(nèi)浮筒內(nèi)設(shè)置線圈，所述外浮筒通過支架與永磁鐵連接。由于本發(fā)明將永磁鐵安裝在外浮筒上，將線圈安裝在內(nèi)浮筒上，通過海浪的波動實現(xiàn)了內(nèi)外浮筒的相對運動，并在閉合的線圈回路產(chǎn)生感應電流，實現(xiàn)波浪能的發(fā)電。由于這種發(fā)電方式是一次能源轉(zhuǎn)換方式，減少了現(xiàn)有技術(shù)中二次能源轉(zhuǎn)換過程中的損失，從而提高了波浪能的利用效率。由于本發(fā)明將X向發(fā)電單元、Y向發(fā)電單元和Z向發(fā)電單元均按永磁直線發(fā)電機原理設(shè)計，可以同時利用三個方向的波浪能，從而提高了波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電功率。

技術(shù)研發(fā)人員：魏一;劉彥呈;孫建波;徐嘉欣;薛皓原
受保護的技術(shù)使用者：大連海事大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.07.21