专利名称：一种蛇形波浪能采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能量采集装置，尤其涉及一种波浪能采集装置，用于海洋、河流、 湖泊的波浪能量采集。
背景技术：
随着人类社会对能源的消耗增加，水力、风能、太阳能、潮汐能、地热能等无污染、 可再生能源的开发和利用也越来越受到重视，作为无污染能源的一种，波浪能的开发利用技术也得到了一定发展。波浪能采集的原理包括利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动、利用波浪压力的变化，以及利用波浪沿岸爬升时动能与势能的转化等。绝大多数波浪能转换系统由三级能量转换机构组成，其中，一级能量转换机构(波能俘获装置)将波浪能转换成某个载体的机械能；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械(如水力透平、空气透平、液压电动机、齿轮增速机构等)的机械能；三级能量转换通过发电机将旋转机械的机械能转换成电能。多级的能量传递，不仅使得系统综合能量回收效率非常低，而且增加了系统的复杂性，使得初期成本和后期维护成本都很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有波浪能采集系统所存在的不足，提供一种结构简单、能量转换效率高、维护成本低、适应面广的波浪能采集装置。本发明通过以下技术方案解决上述技术问题
一种蛇形波浪能采集装置，包括至少一个装载有永磁体的永磁体短截和至少一个装载有线圈的线圈短截，永磁体短截和线圈短截依次交替地活动连接；永磁体短截中的永磁体磁极同向布置；所述线圈短截内还安装有与该短截内的线圈电连接的储能装置，用于将产生的感应电能储存或输出。该装置由多个短截活动连接而成，整体外形像一条蛇。相邻的永磁体短截和线圈短截之间随波浪相对运动，这种相对运动，使得通过线圈的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律，在线圈中将产生感应电动势。也就是将波浪能通过短截随着波浪的运动，直接转变为电能，转变的电能通过储能装置储存或输出。当整个装置的固有频率和波浪的频率一致时，会发生共振，短截之间的相对运动 (主要是上下的起伏)会放大，幅值变大了，系统的输出电能也高了。但是海浪的频率跟气候和天气关系密切，处于不断变化中。为了能够使能量采集效率最高，本发明进一步采用以下技术方案
所述永磁体短截内还安装有由所述储能装置供能的励磁装置，包括励磁线圈及励磁控制模块；所述励磁控制模块根据波浪的频率自适应地调整励磁电流，使整个蛇形波浪能采集装置的固有频率与波浪频率保持一致。采用上述改进的技术方案，当加载不同的励磁电流，可以改变永磁体短截整体的磁场强度，而磁场强度的不同会使得整个装置的动力学特性发生改变。利用从储能装置获取的反馈信号和电能对励磁电流进行自适应控制，使得整个装置的动力学特性跟随波浪自适应的变化，从而始终工作在共振状态，能量输出达到最大。为了防止永磁体短截与线圈短截之间的相对运动范围过大，以便获得比较稳定的能量输出，进一步地，相邻的永磁体短截和线圈短截之间通过两自由度接头连接，使相邻的短截之间可沿垂直于两者连线的平面方向相对运动。根据本发明的波浪能采集装置，还可得到一种信息采集系统，该系统包括至少一台信息采集仪器，以及为其供电的供电装置，所述供电装置为本发明的蛇形波浪能采集装置。相比现有技术，本发明的蛇形波浪能采集装置具有能量转换效率高、结构简单、制造成本低、使用灵活等优点。
图1是本发明的蛇形波浪能采集装置结构示意图，图中，1为钢缆，2为海底电缆，3 为永磁体短截，4为永磁体，5为励磁线圈，6为励磁控制模块，7为储能装置，8为线圈，9为线圈短截，10为缆绳，11为电气通路，12为凸头，13为凹盘；
图2是具体实施方式
中短截的结构示意图，其中A为主视图，B为右视图，C为立体图； 图3是具体实施方式
中本发明装置的电气部分原理框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的蛇形波浪能采集装置，如图1所示，包括多个装载有永磁体4的永磁体短截 3和多个装载有线圈8的线圈短截9 (短截的具体数量可以根据需要来增减，图中仅示出5 个)，永磁体短截3和线圈短截9依次交替地活动连接；永磁体短截中3的永磁体4的磁极同向布置；所述线圈短截9内还安装有与该短截内的线圈8电连接的储能装置7，用于将产生的感应电能储存或输出。整个装置通过钢缆1固定在海床/河床/湖床上。本具体实施方式
中，各短截的结构如图2所示，其整体为圆筒状，各短截之间通过二自由度接头活动连接，使相邻的短截之间可沿垂直于两者连线的平面方向相对运动。类似的二自由度接头很多，本具体实施方式
中的接头如图1和图2所示，每个短截的两边分别是尺寸相互适应的凸头12和凹盘13，短截之间相互连接时凸头12嵌入凹盘13并可以在凹盘13范围内上下左右活动。为防止波浪过大导致短截跑脱，短截之间还用缆绳10相互连接。随着波浪的起伏，短截之间发生上下方向，左右方向复合的相对运动。圆柱形永磁体4 的磁场穿过线圈8的磁通量不断变化，从而在线圈8中产生感应电动势，这个交变电能由储能装置7整流滤波并DC-DC处理成稳定的直流电压信号，由电气通路11传输汇聚到海底电缆2上，输送至陆地使用。此类储能装置为现有技术，在风力发电、太阳能发电等领域已广泛应用，此处不再赘述。永磁体短截3中还安装有由储能装置7供能的励磁装置，该励磁装置包括励磁线圈5和励磁控制模块6，励磁控制模块6根据波浪的频率自适应地调整励磁线圈5的励磁电流，使整个蛇形波浪能采集装置的固有振动频率与波浪频率保持一致。其控制过程如下过零比较器捕获线圈8输出的交流感应电的频率，该频率的一半即为波浪的频率；单片机计算出让整个装置的固有频率接近波浪的频率所需要的励磁电流(对于特定的波浪能采集装置，其固有频率与励磁电流之间的关系可预先通过实验获得并储存在单片机中，也可以通过建立数学模型的方式实时计算)。因为励磁线圈5阻抗一定，则单片机控制输入励磁线圈 5的电压大小即可，这可以通过A/D、D/A转换，很容易实现闭环控制。整个励磁装置的能量由线圈短截9输出的直流电压经过电气通路11传递过来使用。本发明的电气原理框图如图3所示。通过这样的自适应控制，使得装置的固有频率跟踪波浪的频率，各短截之间相对运动幅值最大，从而使得输出电能达到最大。作为进一步改进方案，本发明的蛇行波浪能采集装置还包括分别安装在各短截表面的太阳能电池板，太阳能电池板产生的电能可并入所述储能装置7储存或输出，也可直接用于为所述励磁装置供能。本发明的蛇行波浪能采集装置的末尾可以根据需要装置一些附属短截，用来放置一些信息采集仪器(例如水文测量仪器、声纳浮标等)，波浪能采集装置输出的电能可以直接供给这些附加的信息采集仪器使用，从而构成本发明的信息采集系统。本发明的蛇形波浪能采集装置的体积、短截数可以根据实际需求灵活选择，短截的长度、形状等参数则可根据装置铺设水域的波浪特征合理的设计。
权利要求
1.一种蛇形波浪能采集装置，其特征在于，该装置包括至少一个装载有永磁体的永磁体短截和至少一个装载有线圈的线圈短截，永磁体短截和线圈短截依次交替地活动连接； 永磁体短截中的永磁体磁极同向布置；所述线圈短截内还安装有与该短截内的线圈电连接的储能装置，用于将产生的感应电能储存或输出。
2.如权利要求1所述蛇形波浪能采集装置，其特征在于，所述永磁体短截内还安装有励磁装置，包括励磁线圈及励磁控制模块；所述励磁控制模块根据波浪的频率自适应地调整励磁电流，使整个蛇形波浪能采集装置的固有频率与波浪频率保持一致。
3.如权利要求1所述蛇形波浪能采集装置，其特征在于，相邻的永磁体短截和线圈短截之间通过两自由度接头连接，使相邻的短截之间可沿垂直于两者连线的平面方向相对运动。
4.如权利要求1所述蛇形波浪能采集装置，其特征在于，该蛇形波浪能采集装置的其中一头还连接有一固定装置。
5.如权利要求1所述蛇形波浪能采集装置，其特征在于，该装置还包括分别安装在各短截表面的太阳能电池板。
6.一种信息采集系统，包括至少一台信息采集仪器，以及为其供电的供电装置，其特征在于，所述供电装置为权利要求1-5任一项所述蛇形波浪能采集装置。
7.如权利要求6所述信息采集系统，其特征在于，所述信息采集仪器为水文信息采集仪器。
全文摘要
本发明涉及一种蛇形波浪能采集装置，用于海洋/河流/湖泊的波浪能量采集。该装置包括至少一个装载有永磁体的永磁体短截和至少一个装载有线圈的线圈短截，永磁体短截和线圈短截依次交替地活动连接；永磁体短截中的永磁体磁极同向布置；所述线圈短截内还安装有与该短截内的线圈电连接的储能装置，用于将产生的感应电能储存或输出。本发明将波浪能通过短截随着波浪的运动，直接转变为电能，减少了能量转换环节，简化了装置结构，提高了能量转换效率。本发明进一步包括励磁装置，根据波浪的频率自适应地调整励磁电流，使整个蛇形波浪能采集装置的固有振动频率与波浪频率保持一致，从而使输出的电能达到最大。
文档编号H02J7/32GK102287310SQ20111020960
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者任龙, 刘祥建, 安兴, 朱莉娅, 陈仁文 申请人:南京航空航天大学