一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置的製作方法

2023-05-01 14:24:06 3

本發明涉及一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置，屬於可再生能源技術領域。

背景技術：

經濟和社會的發展對能源的需求日益增加，而當今廣泛依賴的石油、煤炭、天然氣等傳統礦物能源有限且不可再生。與此同時，傳統能源的使用容易帶來環境汙染和溫室效應等問題，這些都促使人們不斷探索可再生新能源。世界各國都將開發利用可再生新能源列入到科學研究的重要位置。在可再生綠色能源中，波浪能十分豐富，是開發利用的重點，其採集技術也吸引了越來越多的研究者。

通常，波浪能量轉換可以分為3級轉換：第一級為受波體，它將波浪能量以動能的形式吸收進來；第二級為中間轉換裝置，它優化第一級轉換，產生穩定的能量，通常是將受波體或者波浪的動能轉換為壓縮氣體內能、液壓能或蓄水重力勢能；第三級為發電裝置，與其他傳統的發電裝置類似。多級的能量傳遞，不僅使得系統綜合能量回收效率非常低，而且增加了系統的複雜性，使得初期成本和後期維護成本都很高。

與傳統的波浪能採集裝置不同的是，為了提高能量採集效率，專利CN102287310A提出了一種蛇形波浪能採集裝置，通過波浪直接推動永磁短截和線圈短截使其產生相對運動來實現發電，減小了中間轉換環節帶來的能量損失。同時，其結構簡單可靠、更耐衝擊，可以抗擊極端海況，系泊成本也較低。然而，該結構主要通過波浪驅動下永磁短截和線圈短截的相對位錯的變化來改變線圈中的磁鏈進行發電，這對短截長度與波浪波長的匹配提出了較高要求，同時對短節之間在波浪驅動下的相對轉動的動能利用效率仍有提升的空間。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置，具有結構簡單、安全可靠、環保高效等特點，其能量轉換效率高，且能適應不同的波浪形狀。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置，包括至少一個裝載有永磁體的永磁體短節和至少一個裝載有線圈的線圈短節，所述永磁體短節和線圈短節呈鏈節狀且交替鉸接成長條狀；該裝置長度方向上的一端通過纜繩安裝於水底，其另一端為自由端，整個裝置隨波浪波動。

作為優選，所述永磁體短節中部設置有永磁體短節減重空腔，永磁體短節長度方向上的兩端各設置有一個凸起部；凸起部上設置有垂直於長度方向的轉軸；所述線圈短節中部設置有線圈短節減重空腔，線圈短節長度方向上的兩端各設置有一個凹陷部，凹陷部兩側設置有垂直於長度方向的轉軸孔；所述凸起部與凹陷部相適配，並通過轉軸和轉軸孔的配合實現凸起部與凹陷部的鉸接；

以轉軸為中心軸線，所述凸起部在其與凹陷部相配合的一側設置有圓弧形排布的永磁體陣列，所述凹陷部在其與凸起部相配合的一側設置有圓弧形排布的線圈陣列；

所述線圈短節減重空腔內設置有電能處理及儲能裝置，電能處理及儲能裝置與線圈陣列相連；電能處理及儲能裝置通過電纜向外網輸電。

其中，永磁體短節減重空腔和線圈短節減重空腔起到產生浮力的作用；工作過程中，在波浪驅動下，波浪發電鏈條結構會隨波浪起伏，各相鄰的永磁體短節和線圈短節之間會通過轉軸和轉軸孔發生相對轉動，使得該永磁體陣列與線圈陣列之間發生交變的相對運動，線圈陣列中的各線圈磁鏈隨著相對轉動發生變化，從而產生感應電動勢，接入到電能處理及儲能裝置內，即可回收儲能波浪能量；通過輸電電纜能夠進一步將電能處理及儲能裝置中儲存的電能輸送到用電器或者接入電網使用。

優選的，為了增強磁場作用，所述永磁體陣列採用Halbach永磁陣列，使其形成的磁場沿圓弧方向成正弦波分布；線圈的間距與永磁陣列形成的磁場分布有關。

優選的，所述自由端的末端鏈節呈流線型，能更好地適應水文狀況。

優選的，所述永磁體短節和線圈短節的長度設置在所應用領域波浪波長的1/8-1/4之間。永磁體短節和線圈短節的長度可根據具體海洋情況設計，遠比波浪的半波長更短，因此能夠更好地適應不同的波浪形狀，同時能夠在有限的波浪能發電裝置長度內布置儘可能多的換能系統，進一步提高單位體積的發電量。

有益效果：本發明提供的一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置，相對於現有技術，具有結構簡單、安全可靠、環保高效、使用靈活等優點，能夠更好地適應不同的波浪形狀，並進一步提高了能量轉換效率。

附圖說明

圖1為本發明一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置的結構示意圖；

圖2為本發明一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置中短節的結構示意圖；

圖中包括：1、纜繩，2、電纜，3、末端鏈節，4、永磁體短節，5、線圈短節，4-1、永磁體陣列，4-2、永磁體短節減重空腔，4-3、轉軸，5-1、線圈陣列，5-2、線圈短節減重空腔，5-3、轉軸孔，5-4、電能處理及儲能裝置。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作更進一步的說明。

如圖1所示為一種鉸接式鏈條形波浪能發電裝置，包括至少一個裝載有永磁體的永磁體短節4和至少一個裝載有線圈的線圈短節5(永磁體短節4和線圈短節5的具體數量根據實際需要確定，圖中僅示出8個)，永磁體短節4和線圈短節5呈鏈節狀且交替鉸接成長條狀；該裝置長度方向上的一端通過纜繩1安裝於海床、河流或者湖泊底，其另一端為自由端，整個裝置隨波浪波動。

本實施例中，該裝置的安裝端設置有用於輸電的電纜2，自由端的末端鏈節3呈流線型。

如圖2所示，所述永磁體短節4中部設置有永磁體短節減重空腔4-2，永磁體短節4長度方向上的兩端各設置有一個凸起部，凸起部上設置有垂直於長度方向的轉軸4-3；所述線圈短節5中部設置有線圈短節減重空腔5-2，線圈短節5長度方向上的兩端各設置有一個凹陷部，凹陷部兩側設置有垂直於長度方向的轉軸孔5-3；所述凸起部與凹陷部相適配，並通過轉軸4-3和轉軸孔5-3的配合實現凸起部與凹陷部的鉸接；

以轉軸4-3為中心軸線，凸起部在其與凹陷部相配合的一側設置有圓弧形排布的永磁體陣列4-1，凹陷部在其與凸起部相配合的一側設置有圓弧形排布的線圈陣列5-1；

所述線圈短節減重空腔5-2內設置有電能處理及儲能裝置5-4，電能處理及儲能裝置5-4與線圈陣列5-1相連；電能處理及儲能裝置5-4通過電纜2向外網輸電。

本實施例中，所述永磁體短節4和線圈短節5長度方向上的端部均呈圓弧狀；所述永磁體陣列4-1採用Halbach永磁陣列，使其形成的磁場沿圓弧方向成正弦波分布，線圈陣列5-1中線圈的間距則設置為該正弦波的半波長；所述永磁體短節4和線圈短節5的長度設置在所應用領域波浪波長的1/8-1/4之間。

本發明中鉸接式鏈條形波浪能發電裝置的長度、永磁體短節4和線圈短節5的數量、形狀、長度，以及末端鏈節3的構型可根據具體的應用環境進行靈活選擇和合理設計。

本發明的具體實施方式如下：

工作過程中，在波浪驅動下，各相鄰的永磁體短節4和線圈短節5之間會通過轉軸4-3和轉軸孔5-3發生相對轉動，使得其裝載的永磁體陣列4-1和線圈陣列5-1構成的換能系統工作，線圈陣列5-1中的各線圈磁鏈隨著相對轉動發生變化，從而產生感應電動勢，這個交變電能通過電能處理及儲能裝置5-4處理成穩定的直流電壓信號並儲存起來，通過輸電電纜2能夠進一步將電能處理及儲能裝置5-4中儲存的電能輸送到用電器或者接入電網使用。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。