基於永磁振子的波浪發電裝置的製作方法
2023-12-05 17:34:51 2
專利名稱：基於永磁振子的波浪發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於海洋波浪能利用技術領域。
背景技術：
科學技術的發展和現代化進程的加快，人類對能源的需求與日俱增，造成一次能源消耗直線上升，尤其是石油、天然氣和煤炭等資源日益枯竭。
海洋波浪能是一種取之不盡、用之不竭的無汙染可再生能源。海洋波浪能轉換成電能之後，可向海上航標燈、沿海居民、海島居民或守衛海島的戰士提供電力，故本發明有廣闊的應用前景。
從國內外研究狀況來看，傳統的波浪能發電裝置主要有三種(1)聚波水庫式發電站。如挪威於1986年建造了一座裝機容量為350kW的聚波水庫式電站，電站建有一個開口的喇叭形聚波器和逐漸變窄的楔形導槽，當波浪進入楔形導槽寬闊的一端向裡傳播時，波高不斷地被放大，直至波峰溢過邊牆，將波浪能轉換成勢能。楔形導槽具有聚波器和轉換器的作用，與導槽相連通的是一個與海平面具有3-8米落差的水庫，其發電採用常規水輪機組。這種發電方式的優點在于波能的轉換沒有活動部件，可靠性好，維護費用低且出力穩定，不受波高和周期的影響；缺點是建造這種電站對地形要求嚴格，不易推廣。(2)振蕩水柱式波浪發電裝置。如英國的75kw、500KW岸式波浪發電裝置，葡萄牙500KW岸式波浪發電裝置，中國在廣東的3KW、20KW和100KW岸式振蕩水柱波力電站等。其優點在於該類裝置以氣室裡的空氣作為媒介傳遞波能，避免較脆弱的機電部分直接與波浪接觸，減少了波浪的破壞性，使裝置的可靠性增加。但該類裝置的缺點是建造費用昂貴、施工困難，它需要建造氣室，建氣室所花費用約佔總費用的1/3以上，而且該類裝置是通過壓縮空氣驅動空氣透平做功，往複流中空氣透平的效率較低。因此，振蕩水柱式波浪發電裝置由於造價昂貴，轉換效率較低兩大缺點，在價格上用戶難以承受，不易形成市場。(3)擺式波浪發電站。與振蕩水柱式不同，它是利用波浪推動一個擺板，通過油壓傳動系統帶動發電機發電。如日本在北海道的80kW擺式電站和中國在山東大管島的30kW擺式電站。同樣存在建造費用昂貴、轉換效率較低的缺點。
發明內容
本發明的目的在於提供一種結構簡單、使用靈活而且成本低的基於永磁振子的漂浮式波浪發電裝置。
本發明的特徵在於它含有縱剖面呈梯形的多邊形中空支架；發電機均勻分布地從外側固定在上述支架的各個斜面上；永磁振子非導磁材料制的振子以及嵌在振子內的永磁體構成，所述永磁體的磁極寬度等於定子齒的寬度；所述永磁振子沿著所述永磁體的寬度方向穿過上述各個發電機的定子鐵芯和定子繞組；所述永磁振子的下端分別和一個固定在上述支架的各個斜面外側的凸出部上的彈簧相連；重錘位於上述多邊形中空支架的中心線上，在重錘的周邊均勻地固定著鋼絲繩，鋼絲繩的數量與上述發電機的個數相等，各條鋼絲繩分別繞過固定在上述多邊形支架各外側面上的滑輪後與上述各永磁振子的另一端相連。
實驗證明，隨著波浪的起伏，重錘將拉動各發電機的永磁振子做往復運動，發電機就能產生周期性變化的感應電動勢。
圖1基於永磁振子的漂浮式波浪發電裝置a.主視圖；b.俯視圖；其中1.發電機；2.滑輪；3.重錘；4.鋼絲繩；5.支架；6.彈簧；7.螺栓和鐵環。
圖2永磁振子和發電機定子的結構示意圖a.定子與振子相對位置圖；b.振子的俯視圖；c.定子與振子橫向斷面圖；其中8.定子鐵芯；9.定子繞組；10.永磁體；11.振子；12.永磁體磁極的S極；13.永磁體磁極的N極。
圖3發電機定子繞組端感應電動勢的波形圖。
具體實施例方式
本發明的波浪發電裝置是一種基於永磁振子的漂浮式波浪發電裝置。該發電裝置的特點是中心有一個重錘，通過鋼絲繩連接著多個發電機的永磁振子，隨著波浪的起伏，重錘拉動各發電機的永磁振子做往復運動，通過電磁感應使安放在發電機定子上的繞組發出電能，顯然，它不同於傳統聚波水庫式、振蕩水柱式或擺式波浪發電裝置的模式。這種漂浮式波浪發電裝置結構簡單，易於製造，成本低。由許多這種漂浮式的波浪發電裝置一起發電，就構成了波浪發電「田」。而且，當遇到強風暴時，這種漂浮式波浪發電裝置就比較靈活，可以用船拉到避風港內，免遭損壞；待強風暴過後，再把波浪發電裝置放置到所需的地點。當然若用於航標燈或者其它用途而不能被轉移的發電裝置，從漂浮體至波浪發電機結構設計時就要考慮經得起強風暴考驗而不損壞。本波浪發電裝置的主要結構如圖1的1a、1b所示。發電裝置主要由支架、永磁振子發電機、重錘、滑輪、鋼絲繩、彈簧等組成，整個裝置放置在密閉的浮體或船艙裡。
整個波浪發電裝置的核心部件是永磁振子發電機，發電機的定子與振子結構如圖2所示。其中，發電機定子是由多個定子模塊組成，定子繞組嵌於定子的槽中，定子模塊之間相互獨立，如圖2的2a所示，本圖中僅以3個定子模塊為例。永磁體嵌于振子上，從振子平面上方看其永磁體，它按S、N極相間排列，永磁體的寬度(即磁極寬度)與定子齒的寬度相等，永磁體可採用磁性能較好的稀土永磁材料，例如釹鐵硼永磁材料等，如圖2的2b所示；每個永磁體本身的磁極通過定子鐵芯構成磁迴路，如果永磁體的上方是N極，下方便是S極，通過振子來回移動而發生磁鏈變化，使嵌於定子鐵心槽中的線圈繞組產生感應電動勢，如圖2的2c所示。
隨著波浪的起伏，重錘將拉動各發電機的永磁振子做往復運動，通過電磁感應使發電機的定子繞組產生感應電動勢，重錘上下運動時感應電動勢的仿真波形如圖3所示。
權利要求
1.於永磁振子的波浪發電裝置，其特徵在於，它含有縱剖面呈梯形的多邊形中空支架；發電機，它均勻分布地從外側固定在上述支架的各個斜面上；永磁振子，由非導磁材料制的振子以及嵌在振子內的永磁體構成，所述永磁體的磁極寬度等於定子齒的寬度；所述永磁振子沿著所述永磁體的寬度方向穿過上述各個發電機的定子鐵芯和定子繞組；所述永磁振子的下端分別和一個固定在上述支架的各個斜面外側的凸出部上的彈簧相連；重錘，位於上述多邊形中空支架的中心線上，在重錘的周邊均勻地固定著鋼絲繩，鋼絲繩的數量與上述發電機的個數相等，各條鋼絲繩分別繞過固定在上述多邊形支架各外側面上的滑輪後與上述各永磁振子的另一端相連。
全文摘要
基於永磁振子的漂浮式波浪發電裝置屬于波浪能發電技術領域，其特徵在於該裝置的中心有一個重錘，通過鋼絲繩連接著多個發電機的永磁振子，隨著波浪的起伏，重錘拉動各發電機的永磁振子做往復運動，通過電磁感應使安放在發電機定子上的繞組輸出電能。它具有結構簡單、使用靈活、成本低的優點。
文檔編號F03B13/14GK1603610SQ20041000979
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月12日 優先權日2004年11月12日
發明者邱阿瑞, 陶果, 範航宇, 黃宇淇, 姜新建 申請人:清華大學