一种水面波动能量回收装置

摘要

本发明属于可再生能源技术领域，公开了一种水面波动能量回收装置，适用于将海洋表面波浪能量回收并转化为电能。它包括固定连接的下浮子体和上浮子体，所述下浮子体设置有配重体和铁锚，所述上浮子体为一腔体，其特征在于，所述腔体内设置有波动能量回收单元，所述波动能量回收单元包含感应线圈、感应线圈支架、板簧、板簧支架、磁铁，所述板簧的一端固定在板簧支架上，其另一端固定所述磁铁，磁铁在水面波浪的作用下垂直感应线圈轴线往复摆动，感应线圈相对磁铁运动，切割磁力线发电。

权利要求

1.一种水面波动能量回收装置，包括固定连接的下浮子体和上浮子体，所述下浮子体设置有配重体和铁锚，所述上浮子体为一腔体，其特征在于，所述腔体内设置有波动能量回收单元，所述波动能量回收单元包含感应线圈、感应线圈支架、板簧、板簧支架、磁铁，所述板簧的一端固定在板簧支架上，其另一端固定所述磁铁，磁铁在水面波浪的作用下垂直感应线圈轴线往复摆动，感应线圈相对磁铁运动，切割磁力线发电。

2.根据权利要求1所述的一种水面波动能量回收装置，其特征在于，所述腔体内设置有两个波动能量回收单元，所述两个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种水面波动能量回收装置，其特征在于，所述腔体内设置有三个波动能量回收单元，所述三个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面相互垂直。

4.根据权利要求1所述的一种水面波动能量回收装置，其特征在于，所述磁铁为永久磁铁，永久磁铁上绕制有励磁线圈。

5.根据权利要求1或2所述的一种水面波动能量回收装置，其特征在于，所述上浮子体的水平截面为椭圆，在椭圆的长轴两端分别安装有前导向板、后导向板，后导向板之后安装有两片张开的尾鳍。

说明书

一种水面波动能量回收装置

技术领域

[0001] 本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种水面波动能量回收装置，适用于将海洋表面波浪能量回收并转化为电能。

背景技术

[0002] 长期以来，人类对石油、煤炭等化石能源的大量使用不仅造成上述资源日渐枯竭，而且引发了全球暖化、环境污染等诸多严重的问题。为了解决能源短缺、全球暖化及日益严重的环境问题，近年来，可再生能源得到世界各国政府的高度重视，并投入了大量经费进行相关理论与技术的研究及开发。

[0003] 海洋波浪发电是可再生能源技术领域重要的研究方向之一。海洋波浪发电利用特定的装置回收波浪中蕴含的动能和势能，并推动发电机产生电能输出，是一种取之不尽，用之不竭的能源。现有技术条件下，海洋波浪发电主要有以下几种形式：1)将波浪能转化为空气压力能发电。该方法利用波浪在空气腔中的起伏交替产生正压和负压，推动涡轮机，进而带动发电机旋转发电，例如日本科学家发明的应用于无供电海洋航标灯上的发电装置；2)将波浪能转化为液压能，通过液压马达带动发电机工作。与此相关的专利较多，例如由英国科学家设计的著名的“海蛇”(Pelamis)波浪发电系统，已经达到实用化水平，且有多套装置投入运营；3)将波浪能转化为机械能。如英国科学家Salter发明的“鸭式”波浪发电装置等。

[0004] 上述海洋波浪发电技术目前存在的主要问题是结构复杂、能量吸收效率相对较低、能量转化环节多，因而，总体能量回收效率低，发电功率小。

发明内容

[0005] 针对当前海洋波浪发电技术中存在的问题，本发明提出了一种水面波动能量回收装置，结构简单，能够高效率地回收波浪能量，大幅提高发电量，并降低发电成本。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

[0007] 一种水面波动能量回收装置，包括固定连接的下浮子体和上浮子体，所述下浮子体设置有配重体和铁锚，所述上浮子体为一腔体，其特征在于，所述腔体内设置有波动能量回收单元，所述波动能量回收单元包含感应线圈、感应线圈支架、板簧、板簧支架、磁铁，所述板簧的一端固定在板簧支架上，其另一端固定所述磁铁，磁铁在水面波浪的作用下垂直感应线圈轴线往复摆动，感应线圈相对磁铁运动，切割磁力线发电。

[0008] 本发明的进一步改进和特点在于：

[0009] 所述腔体内设置有两个波动能量回收单元，所述两个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面(即本装置处于静止状态时平行于自身板簧面的平面)相互垂直。

[0010] 所述腔体内设置有三个波动能量回收单元，所述三个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面相互垂直，以便回收波浪三个方向的波动能量。

[0011] 所述磁铁为永久磁铁，永久磁铁上绕制有励磁线圈。

[0012] 所述上浮子体的水平截面为椭圆，在椭圆的长轴两端分别安装有前导向板、后导向板，后导向板之后安装有两片张开的尾鳍。

[0013] 在本发明中，板簧的一端固定在板簧支架上，其另一端固定磁铁，一方面使用板簧作为弹性元件向磁铁提供振动回复力，另一方面，板簧能够限制磁铁在平面内2个方向及3个旋转方向共5个自由度的运动，为磁铁运动起到导向作用；如使用常见的螺旋弹簧，则必须附加导向机构限制磁铁在上述5个自由度的运动，因此，本发明使用板簧简化了装置结构，降低了制造成本。同时，由于其结构简单，能量转化环节少，能量损耗小，从而波浪能量回收效率高。

[0014] 当上浮子体的水平截面为椭圆，在椭圆的长轴两端分别安装有前导向板、后导向板，后导向板之后安装有两片张开的尾鳍；如果本装置具有两个或三个波动能量回收单元时，其中一个的磁铁往复摆动中分面与椭圆长轴垂直，一个的磁铁往复摆动中分面与铅垂线垂直，以便回收波浪前进方向和垂直方向的波动能量。

附图说明

[0015] 图1为一种水面波动能量回收装置的主视剖面示意图；

[0016] 图2为图1的俯视示意图；

[0017] 图3为具有励磁线圈的波动能量回收单元的俯视示意图；

[0018] 图4为海洋表面波浪俯视示意图；

[0019] 图5为图4的D-D剖面图；

[0020] 图6为一种两方向水面波动能量回收装置的主视剖面图；

[0021] 图7为图6的俯视图；

[0022] 图8为一种三方向水面波动能量回收装置的主视剖面图；

[0023] 图中：1、上浮子体；2、下浮子体；3、配重体；4、缆绳；5、腔体；6、线圈支架；7、感应线圈；8、磁铁；9、板簧支架；10、板簧；11、励磁线圈；12、波峰线；13、前导向板；14、后导向板；15、尾鳍；

[0024] I：波浪x方向波动能量回收单元；

[0025] II：波浪z方向(垂直方向)波动能量回收单元；

[0026] III：波浪y方向波动能量回收单元。

具体实施方式

[0027] 参照图1、图2，为采用本发明的一种水面波动能量回收装置，适用于将海洋表面波浪能量回收并转化为电能。该装置主要包括：固定连接的上浮子体1和下浮子体2。

[0028] 下浮子体2为细长结构，其底部固定有配重体3，使本装置能够在水中保持直立姿态；配重体3的质量应使得上、下浮子体1、2整体能够漂浮在水面，并使水平面淹没上浮子体1约四分之一左右；配重体3下部设置有铁锚，铁锚和配重体3之间通过缆绳4连接，用来将本装置固定在选定位置，防止随波漂离。

[0029] 上浮子体1为一密闭的腔体，腔体5内设置有波动能量回收单元。该波动能量回收单元包含感应线圈7、感应线圈支架6、板簧10、板簧支架9、磁铁8。感应线圈支架6和板簧支架9分别相对置，固定在腔体5的底面，感应线圈7为两个，相互平行并沿同一水平轴线固定在感应线圈支架6的两端；板簧10为钢板弹簧，钢板弹簧的一端固定在板簧支架9上，其另一端固定磁铁8，磁铁8为永久磁铁，永久磁铁轴线与感应线圈轴线平行。永久磁铁在海面波浪上下波动的作用下，在两个感应线圈之间垂直于线圈轴线往复摆动，从而实现感应线圈相对永久磁铁的运动，切割磁力线发电。

[0030] 参照图3，为了进一步提高本发明装置的发电效率，在永久磁铁8外缠绕励磁线圈11。直流励磁电压 在励磁线圈11上产生励磁电流，使得永久磁铁8的磁场强度进一步增强，因而能够提高发电效率。励磁电压 可以由蓄电池提供，也可由本发明装置产生的感生电流经整流、滤波及稳压后得到，因此，励磁线圈11不需要外界供给能量。

[0031] 参照图4、图5，波浪运动过程中，通常波峰会连成波峰线12涌向海岸，在波浪前进方向(x向)波浪能量较大，而在波峰线的切线方向(y向)能量较小。垂直波峰线12的平面(D-D剖面)内，波浪在起伏方向(z向)的能量也较大。为了最大限度地吸收波浪这两个方向的振动能量，本发明装置作如下改进。

[0032] 参照图6、图7，一种两方向水面波动能量回收装置。腔体内设置有两个波动能量回收单元I、II，两个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面(即本装置处于静止状态时平行于自身板簧面的平面)相互垂直。此装置上浮子体1的水平截面为椭圆形，沿椭圆的长轴，其一端固定有前导向板13，另一端依次固定有后导向板14，及两片张开的尾鳍15。同时，波动能量回收单元I的磁铁往复摆动中分面与椭圆长轴垂直，单元II的磁铁往复摆动中分面与铅垂线垂直。当波浪前进方向与椭圆长轴方向不一致时，波浪会对后导向板14和尾鳍15产生较大的冲击力，从而对上浮子体1施加一个逆时针转矩，促使椭圆形浮子体1旋转，只有当长轴与波浪前进方向一致时，转矩才会消失。因此，前、后导向板13、14及尾鳍15能够使椭圆长轴总是与波浪前进方向保持平行，从而最大限度的吸收波浪前进方向(x向)及垂直方向(z向)的能量，提高发电效率。

[0033] 参照图8，一种三方向水面波动能量回收装置，与前述的两方向水面波动能量回收装置相比，再增加了一个波动能量回收单元III，并且三个波动能量回收单元中连接磁铁的板簧面相互垂直，能够实现海面波浪三个方向波动能量的吸收，从而提高能量回收效率。由于波动能量回收单元结构简单，造价较低，所以整个装置的总费用上升不多。