一种自然坐标系下的高效波浪能发电装置的制作方法

本发明涉及发电技术，尤其涉及一种自然坐标系下的高效波浪能发电装置。

背景技术：

地球石化资源有限，而人类对能源需求却与日俱增，能源危机与日俱增，为了解决这一难题，对可再生能源的研究、开发和利用势在必行。海洋能是一种取之不尽用之不竭的绿色可再生能源，地球上海洋波浪蕴藏的电能可达5000gw。我国海岸线长，可利用的波浪能极为丰富，一种新型高效的漂浮式波浪发电系统应运而生，可为海上智能充电桩供电、可向海上航标灯、沿海居民、海岛居民或守卫海岛的人员和设备提供电力，可以实现大规模并网发电，因此具有重要的理论和实际意义。但是目前利用波浪能发电常采用二次能量转化技术，造成波浪能发电机功率不高。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能提高波浪能发电机功率的的自然坐标系下的高效波浪能发电装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自然坐标系下的高效波浪能发电装置，包括三个发电单元，三个发电单元分别为x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元，所述发电单元包括嵌套的内浮筒和外浮筒，所述内浮筒长度大于外浮筒长度，所述内浮筒内设置线圈，所述线圈轴线与内浮筒轴线平行；所述外浮筒通过支架与永磁铁连接；所述永磁铁为多块磁铁拼接并采用非导磁材料固定；所述x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元的轴线分别位于自然坐标系下的x轴、y轴和z轴上，其中x向发电单元和y向发电单元的轴线均与水平面平行，z向发电单元的轴线与水平面垂直；所述z向发电单元的内浮筒下方设置配重；所述x向发电单元的内浮筒和y向发电单元的内浮筒两端均分别设置配重；所述x向发电单元的内浮筒一端、y向发电单元的内浮筒一端和z向发电单元的内浮筒底端连接。

进一步地，所述内浮筒长度与外浮筒长度比为(1.5-2.5):1。

进一步地，所述内浮筒长度与外浮筒长度比为2:1。

进一步地，所述线圈缠绕在内浮筒内对称设置的一对硅钢片上，所述硅钢片与内浮筒端盖固定。

进一步地，所述内浮筒和外浮筒均为不导磁材料。

进一步地，整个装置还包括储能蓄电池，所述储能蓄电池位于海面漂浮平台上，通过导线并分别与x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元连接。

进一步地，所述x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元结构相同。

进一步地，所述z向发电单元的外浮筒底部采用楔形结构。

进一步地，所述配重位于海底，用于固定发电单元的位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明将永磁铁安装在外浮筒上，将线圈安装在内浮筒上，通过海浪的波动实现了内外浮筒的相对运动，并在闭合的线圈回路产生感应电流，实现波浪能的发电。由于这种发电方式是一次能源转换方式，减少了现有技术中二次能源转换过程中的损失，从而提高了波浪能的利用效率。

2、由于本发明将x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元均按永磁直线发电机原理设计，可以同时利用三个方向的波浪能，从而提高了波浪能发电装置的发电功率。

3、由于本发明将z向发电单元的外浮筒底部设计成楔形结构，既可以保证密封，又提高了波浪能发电机的功率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为z向发电单元的固定在内浮筒端盖上的磁铁、线圈、硅钢片的横截面示意图。

图中：1-外浮筒；2-永磁铁；3-配重；4-线圈；5-内浮筒；6-支架；7-硅钢片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明一种自然坐标系下的高效波浪能发电装置，包括三个发电单元，三个发电单元分别为x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元，所述发电单元包括嵌套的内浮筒5和外浮筒1，所述内浮筒5长度大于外浮筒1长度，所述内浮筒5内设置线圈4，所述线圈4轴线与内浮筒5轴线平行；所述外浮筒1通过支架6与永磁铁2连接；所述永磁铁2为多块磁铁拼接并采用非导磁材料固定；所述x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元的轴线分别位于自然坐标系下的x轴、y轴和z轴上，其中x向发电单元和y向发电单元的轴线均与水平面平行，z向发电单元的轴线与水平面垂直；所述z向发电单元的内浮筒5下方设置配重3；所述x向发电单元的内浮筒5和y向发电单元的内浮筒5两端均分别设置配重3；所述x向发电单元的内浮筒5一端、y向发电单元的内浮筒5一端和z向发电单元的内浮筒5底端连接。

进一步地，所述内浮筒5长度与外浮筒1长度比为(1.5-2.5):1。

进一步地，所述内浮筒5长度与外浮筒1长度比为2:1。

进一步地，所述线圈4缠绕在内浮筒5内对称设置的一对硅钢片7上，所述硅钢片7与内浮筒5端盖固定。

进一步地，所述内浮筒5和外浮筒1均为不导磁材料。

进一步地，整个装置还包括储能蓄电池，所述储能蓄电池位于海面漂浮平台上，通过导线并分别与x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元连接。

进一步地，所述x向发电单元、y向发电单元和z向发电单元结构相同。

进一步地，所述z向发电单元的外浮筒1底部采用楔形结构。

进一步地，所述配重3位于海底，用于固定发电单元的位置。

本发明的工作原理如下：在海洋波浪的作用下，z向发电单元的外浮筒1作上下往复运动，而由于z向发电单元的内浮筒5下方设置有配重3，使得其吃水深度远远大于z向发电单元的外浮筒1的吃水深度，根据漂浮在波浪中的浮筒运动理论，z向发电单元的内浮筒5几乎保持静止状态，固定在外浮筒1上的永磁铁2随z向发电单元的外浮筒1垂直方向做往复运动，线圈4内的磁通量会发生变化，所以，z向发电单元的内浮筒5和z向发电单元的外浮筒1永磁铁2之间的相对运动可驱动安装在内浮筒5里的线圈4进行发电，从而把波浪能转换成电能。

x向发电单元与y向发电单元工作原理相同，以x向发电单元为例，x向发电单元的内浮筒5两侧悬挂配重3，在波浪推动下，内浮筒5与外浮筒1相互往复运动，使永磁铁2与线圈4之间存在相对运动，从而把波浪能转换成电能。

本发明包括分别设置在x、y和z轴三个方向的发电单元，分别用于采集x、y和z轴三个方向的波浪能，提高波浪能发电机功率。

本发明基于漂浮在波浪中的浮筒运动理论，根据法拉第电磁感应定律，通过振荡运动的形式把波浪能转换成电能，采用永磁直线发电机原理把波浪能转换成电能。z向发电单元的外浮筒1底部采用楔形结构，一方面可以保证密封，另一方面提高其发电功率。

最后要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种自然坐标系下的高效波浪能发电装置，包括三个发电单元，所述发电单元包括嵌套的内浮筒和外浮筒，所述内浮筒长度大于外浮筒长度，所述内浮筒内设置线圈，所述外浮筒通过支架与永磁铁连接。由于本发明将永磁铁安装在外浮筒上，将线圈安装在内浮筒上，通过海浪的波动实现了内外浮筒的相对运动，并在闭合的线圈回路产生感应电流，实现波浪能的发电。由于这种发电方式是一次能源转换方式，减少了现有技术中二次能源转换过程中的损失，从而提高了波浪能的利用效率。由于本发明将X向发电单元、Y向发电单元和Z向发电单元均按永磁直线发电机原理设计，可以同时利用三个方向的波浪能，从而提高了波浪能发电装置的发电功率。

技术研发人员：魏一;刘彦呈;孙建波;徐嘉欣;薛皓原
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2017.05.18
技术公布日：2017.07.21