专利名称：平铺式磁流体波浪能发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海洋能技术，特别是涉及一种平铺式磁流体波浪能发电装置的技术。
背景技术：
全世界波浪能的理论值约为109kW量级。波浪能的分布极为广泛，若有效开发利用，这不仅有利于解决社会发展中面临的能源紧缺，气候变化和环境保护问题，也将极大增强海洋资源的开发能力。远离陆地的深海区域比起近海岸基区域蕴藏着更多更丰富的波浪能资源，这也是开发蓝色海洋的任务需求。但是在远海区域进行波浪发电需要克服许多技术难点和恶劣的环境问题。随着社会经济的发展，伴随着日益严峻的能源压力和环境保护的需要，海洋能技术最近几年才刚刚兴起和发力。根据波浪能能源转换原理不同，可以将目前世界上的波能利用技术划分为振荡水柱技术、摆式技术、筏式技术、收缩波道技术、点吸收(振荡浮子)技术、鸭式技术、海蛇技术、波流转子技术、虎鲸技术、波整流技术、波浪旋流技术等。这些波浪能转换系统的共同特点是由三级能量转换机构组成，其中的一级能量转换机构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的机械能，根据能量传递方式的不同，二级能量转换机构的能量转换方式又分为水力透平、空气透平、液压式等，三级能量转换机构将旋转机械的机械能转换成电能。传统的波浪能转换系统都存在一个中间机械能的转换过程，其发电效率较低，而且在海洋环境中维护复杂的机械结构也较为困难，机械结构在复杂的海况中也容易遭到破坏，比如英国科技人员按照仿生学设计的钢铁“海蛇”发电装置在复杂海况下，其刚性机械结构经常会受损，而且传统的波浪能转换系统都必须拥有相对稳定的海洋平台，才能顺利驱动发电机发电，但是相对稳定的海洋平台建设成本十分高昂。目前，也有一些采用磁流体加直线发电机的波浪能发电装置，这些装置的波浪能吸收一级机构仍然建立在传统浮子式结构基础上，都是利用浮子来吸收波浪能，再通过与浮子刚性连接的活塞推动磁流体在管道内流动，来切割固定在管道上的永磁体的磁力线， 从而将浮子吸收的波浪能转化为电能，这些装置虽然采用了磁流体方式减少了中间转化环节，但是浮子与活塞的连接件仍为硬性结构，波浪能有效利用系数仍然较低，而且在复杂的海况下，装置的硬性结构部分很容易受损，装置本身的生存能力依然是个问题，而且浮子本身的体积有限，不容易扩展。综上所述，现有的波浪能转换装置都有同样的局限性，没能从根本上取得突破和解决，都具有以下缺陷1)由于海洋运行环境恶劣，很多装置不但不能在设计状态下发电， 甚至在恶劣的天气和风浪下，不能进行有效的自身保护，容易遭到破坏；2)机械转换结构复杂，系统可靠性差；3)波浪能有效利用系数低；4)很多发电原理建立在有稳定海洋平台的基础之上，成本十分高昂。
实用新型内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种生存能力强，可靠性及波浪能利用系数高，且成本低的平铺式磁流体波浪能发电装置。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种平铺式磁流体波浪能发电装置，包括永磁体和介质容器，所述介质容器的容腔内灌装有导电的液态磁流体，其特征在于还包括一能飘浮在水面的薄板形柔性磁体固定部件，所述柔性磁体固定部件由多个磁轭以平铺方式接合而成，各磁轭之间相互铰接，并留有空隙，所述永磁体有多个，分别固定在各磁轭内；所述介质容器是能飘浮在水面的薄板形柔性浮囊，以层叠方式与柔性磁体固定部件叠合，其容腔整体密封且不透水；所述介质容器的两端各固定有一电极，所述两个电极均与介质容器内的液态磁流体电气连接。进一步的，各永磁体布设成朝向介质容器一侧面磁场强、另一侧面磁场弱的 Halbach面阵列。进一步的，所述柔性磁体固定部件与介质容器的叠合体两侧各固接有能飘浮在水面的浮体。进一步的，所述永磁体呈方块形或六棱柱形，且每个永磁体均能随柔性磁体固定部件的起伏弯曲相对相邻永磁体转动士90度。进一步的，所述液态磁流体是液态金属水银或电解质溶液。进一步的，所述永磁体是稀土永磁钕铁硼。本实用新型提供的平铺式磁流体波浪能发电装置，采用了能飘浮在水面的薄板形柔性浮囊作为液态磁流体的介质容器，并采用了能飘浮在水面的薄板形柔性磁体固定部件作为永磁体的载体，没有硬性结构，可以平铺于海面上，不需要借助于稳定平台，不易因波浪冲击而受损，具有生存能力强、成本低，可靠性高的特点，而且相比现有技术具有更大的波浪能转换面，具有波浪能利用系数高的特点，同时在同一时间同一海域的波动频率是相同的，这为电能后处理也提供了有利条件，磁流体发电也可减少能耗损失，提高波浪能转换效率；另外，将多个永磁体布设成Halbach面阵列能获得单面磁场，能提高输出功率，有利于简化电机结构、改善装置性能、提高功率密度，是开发离岸海洋波浪能一种可行的方式， 其自屏蔽效应可减少漏磁，防止对海洋生态环境的磁污染。
图1是本实用新型实施例的平铺式磁流体波浪能发电装置的主视剖切图；图2是本实用新型实施例的平铺式磁流体波浪能发电装置的立体视图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。如图1-图2所示，本实用新型实施例所提供的一种平铺式磁流体波浪能发电装置，包括永磁体1和介质容器2，所述介质容器2的容腔内灌装有导电的液态磁流体3，其特征在于还包括一能飘浮在水面的薄板形柔性磁体固定部件4，所述柔性磁体固定部件4由多个磁轭以平铺方式接合而成，各磁轭之间相互铰接，并留有空隙，所述永磁体1有多个， 分别固定在各磁轭内；所述介质容器2是能飘浮在水面的薄板形柔性浮囊，以层叠方式与柔性磁体固定部件4叠合，其容腔整体密封且不透水；各永磁体1布设成朝向介质容器2 —侧磁场强、另一侧磁场弱的Halbach面阵列；所述介质容器2的两端各固定有一电极6，所述两个电极6均与介质容器2内的液态磁流体3电气连接，每个电极6均接有导线7，且每个电极6的外周均包覆有绝缘层。本实用新型实施例中，所述柔性磁体固定部件4与介质容器2的叠合体两侧各固接有能飘浮在水面的浮体5。本实用新型实施例中，所述永磁体1呈方块形，且每个永磁体1均能随柔性磁体固定部件4的起伏弯曲相对相邻永磁体1转动士90度，实际应用时，也可以采用六棱柱形的永磁体，以增加整个装置的柔性灵活度。本实用新型实施例中，所述液态磁流体3是液态金属水银，所述浮体5是充气橡胶囊，实际应用时，液态磁流体也可以采用其它导电率高的液体电解质，浮体也可以采用其它能飘浮在水面的物体。本实用新型实施例中，所述永磁体是稀土永磁钕铁硼(Nd2i^el4B)，钕铁硼是目前磁性最强的永磁材料，其最大磁能积可达400kJ/m3，剩磁可达1. 47 T，矫顽力最高可超过 1000 kA/m,而且钕铁硼永磁体的力学性能好，易于进行切割加工。本实用新型实施例中，所述Halbach面阵列为现有技术，永磁体1布设成Halbach 面阵列的方式如下(参见图1)以从左至右布设永磁体为例，每两个左右相邻的永磁体中， 右永磁体相对左永磁体逆时针转动90度，永磁体组成的Halbach面阵列由于切向充磁永磁体产生的磁场与径向充磁永磁体产生的磁场在Halbach面阵列的一侧相互叠加，在 Halbach面阵列的另一侧相互抵消，使得Halbach面阵列的一侧磁场强，另一侧磁场弱。本实用新型实施例的实施方式如下将本实用新型实施例的平铺式磁流体波浪能发电装置折叠后通过工作船运输至部署目的海域后平铺在海面上，并通过绳索将柔性磁体固定部件与介质容器的叠合体与波浪前进方向一致的两侧与工作船相连，在浮体的辅助及波浪能的驱动下，柔性磁体固定部件与介质容器的叠合体随波浪起伏，使得液态磁流体在介质容器内部压力波的作用下，在永磁体组成的Halbach面阵列的磁场空间作切割磁力线运动，从而把低密度且不稳定的波浪能转换为电能，产生的电能通过电极及导线输入到工作船的船载蓄电池充电储存，既可以为就近海洋开发提供能源支持，也可以把储存的电能运送到最近的陆地后再返航。本实用新型实施例在考虑负载系数的情况下，其最大输出功率为P· = 0.25m2B2V ；其中，σ为工作流体电导率，U为磁流体速度，B为有效磁通密度，V为有效电极体积。
权利要求1.一种平铺式磁流体波浪能发电装置，包括永磁体和介质容器，所述介质容器的容腔内灌装有导电的液态磁流体，其特征在于还包括一能飘浮在水面的薄板形柔性磁体固定部件，所述柔性磁体固定部件由多个磁轭以平铺方式接合而成，各磁轭之间相互铰接，并留有空隙，所述永磁体有多个，分别固定在各磁轭内；所述介质容器是能飘浮在水面的薄板形柔性浮囊，以层叠方式与柔性磁体固定部件叠合，其容腔整体密封且不透水；所述介质容器的两端各固定有一电极，所述两个电极均与介质容器内的液态磁流体电气连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于各永磁体布设成朝向介质容器一侧面磁场强、另一侧面磁场弱的Halbach面阵列。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述柔性磁体固定部件与介质容器的叠合体两侧各固接有能飘浮在水面的浮体。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述永磁体呈方块形或六棱柱形。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述液态磁流体是液态金属水银或电解质溶液。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述永磁体是稀土永磁钕铁硼。
专利摘要一种平铺式磁流体波浪能发电装置，涉及海洋能技术领域，所解决的是提高生存能力、波浪能利用系数，及降低成本的技术问题。该装置包括永磁体和介质容器，所述介质容器的容腔内灌装有导电的液态磁流体，其特征在于还包括一能飘浮在水面的薄板形柔性磁体固定部件，所述柔性磁体固定部件由多个磁轭以平铺方式接合而成，各磁轭之间相互铰接，并留有空隙，所述永磁体有多个，分别固定在各磁轭内；所述介质容器是能飘浮在水面的薄板形柔性浮囊，以层叠方式与柔性磁体固定部件叠合，其容腔整体密封且不透水；所述介质容器的两端各固定有一与介质容器内的液态磁流体电气连接的电极。本实用新型提供的装置，可以平铺于海面上，不需要借助于稳定平台。
文档编号H02K44/08GK202285364SQ20112033452
公开日2012年6月27日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者李永国 申请人:上海海洋大学