專利名稱：浮子異動式波浪發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用海洋波浪能發(fā)電的裝置，特別是涉及一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，屬于新型可再生能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的激增、社會的進(jìn)步，人類對能源的需求日益增長。人類對于傳統(tǒng)能源的開發(fā)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)能源的開發(fā)費(fèi)用已經(jīng)隨著資源的日漸稀少而變得更加昂貴，并且隨著人類的不斷消耗，世界主要能源開發(fā)期已經(jīng)屈指可數(shù)石油、天然氣和鈾大約為30-40年，煤為200年左右。人們不得不轉(zhuǎn)向海洋領(lǐng)域的開發(fā)研究去尋找新的發(fā)展空間。海洋中蘊(yùn)含著豐富的資源，能源科學(xué)和海洋技術(shù)的重新升溫，為解決這一世 界性的能源與環(huán)境問題開辟了新的途徑。波浪發(fā)電作為一種新能源的來源，受到世界各國的重視。我國有18000公里的海岸線、300多萬平方公里的管轄海域，海洋資源十分豐富，其中，近海域波浪能的蘊(yùn)藏量約為1.5億千瓦，可開發(fā)利用量約3000 3500萬千瓦。波浪能利用的裝置種類繁多，關(guān)于波能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明專利成百上千。在上述背景下，波浪能的開發(fā)利用正日益受到關(guān)注，經(jīng)過20世紀(jì)70年代對多種波浪能裝置的試驗(yàn)和研究到80年代的海況試驗(yàn)及應(yīng)用示范研究，國內(nèi)外很多學(xué)者相繼提出了很多不同種類的波能轉(zhuǎn)換裝置，波浪發(fā)電技術(shù)已逐步接近實(shí)用化水平。目前研究最多、應(yīng)用最廣的幾種裝置為“點(diǎn)頭鴨”式波能轉(zhuǎn)換裝置、振蕩水柱式波能裝置、擺式波能裝置、聚波水庫波能裝置、振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置?！包c(diǎn)頭鴨”式波能轉(zhuǎn)換裝置的受能體運(yùn)動主要來自于入射波運(yùn)動產(chǎn)生的動壓力推動鴨身繞軸線旋轉(zhuǎn)，靜壓力推動鴨嘴做起伏運(yùn)動。因?yàn)閮煞N形式的運(yùn)動是同相位的，因此可以將產(chǎn)生的能量同時傳遞出去，從而再轉(zhuǎn)換為電能使用。優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)鴨身質(zhì)心可以使其自由頻率與波浪運(yùn)動頻率相同或接近從而形成共振，達(dá)到最大轉(zhuǎn)換效率；缺點(diǎn)是可靠性較差，裝置易損壞。振蕩水柱式波能裝置是以空氣作為轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，其一級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為氣室，二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為空氣透平。振蕩水柱波能裝置的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)不與海水接觸，防腐性能好，安全可靠，維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是二級能量轉(zhuǎn)換效率較低?，F(xiàn)有振蕩水柱式波能收集轉(zhuǎn)換裝置多用于航標(biāo)燈等微型電力設(shè)備的供電，輸出功率較??；近岸振蕩水柱式波能收集轉(zhuǎn)換裝置對海岸地形要求較高。擺式波能裝置是通過擺體在波浪力的作用下發(fā)生的前后或上下擺動，將波浪能轉(zhuǎn)換為擺軸的動能。擺式裝置的轉(zhuǎn)化效率高，但機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)的維護(hù)較為困難。其另一優(yōu)點(diǎn)是可以方便地與相位控制技術(shù)相結(jié)合。相位控制技術(shù)可以使波能裝置吸收到裝置迎波寬度以外的波浪能，從而大大提高裝置的轉(zhuǎn)換效率。聚波理論最早由挪威特隆姆大學(xué)的Falnes和Budal提出。聚波水庫裝置利用喇叭型的收縮波道，作為一級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。波道與海連通的一面開口寬，然后逐漸收縮通至貯水庫。其優(yōu)點(diǎn)是一級轉(zhuǎn)換沒有活動部件，可靠性好，維護(hù)費(fèi)用低，系統(tǒng)出力穩(wěn)定，幾乎不受波高和周期的影響。不足之處是電站建造對地形有要求，不易推廣。振蕩浮子式波能裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的波能發(fā)電裝置。裝置通過振蕩浮子將波浪能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動液壓泵的往復(fù)機(jī)械能，再通過能量緩沖區(qū)將不穩(wěn)定的液壓能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的液壓能 ，通過液壓馬達(dá)將穩(wěn)定的液壓能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)發(fā)出穩(wěn)定的電能。其優(yōu)點(diǎn)是減少了水下施工，建造容易，成本低廉，缺點(diǎn)浮子受過多的沖擊，易損壞。這些波浪發(fā)電裝置，各有優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)是中間的轉(zhuǎn)換裝置，但有一個共同的問題是波浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多，效率低，電力輸出波動性大，這也是影響波浪發(fā)電大規(guī)模開發(fā)利用的主要原因之一。把分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來，集中、經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用地轉(zhuǎn)化為有用的電能，裝置及其構(gòu)筑物能承受災(zāi)害性海洋氣候的破壞，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，是當(dāng)今波浪能開發(fā)的難題和方向。上述技術(shù)裝置都采用三級環(huán)節(jié)來對波能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，受能體直接接受從波浪中傳來的能量，定體通過與受能體的相對運(yùn)動而產(chǎn)生能量，而中間轉(zhuǎn)換裝置，它在波浪轉(zhuǎn)換裝置中主要起穩(wěn)向、增速和穩(wěn)速的作用，但是綜上所述幾種波能轉(zhuǎn)換裝置，能量的二級轉(zhuǎn)換率較低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，該裝置集高效率、實(shí)用性與可靠性為一體，并且成本低廉，能夠適應(yīng)不同的地形和海況條件。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，包括外浮子和置于其內(nèi)的內(nèi)浮子；所述外浮子包括非磁性絕緣層和置于所述非磁性絕緣層外部的封閉外浮子殼體，在所述封閉外浮子殼體和所述非磁性絕緣層之間形成腔室，所述腔室在所述外浮子中心處的橫截面為圓環(huán)形，所述腔室內(nèi)固定有依據(jù)發(fā)電機(jī)線圈纏繞方法纏繞的電子線圈；所述內(nèi)浮子包括由非磁性耐磨材料制成的內(nèi)浮子殼體，所述內(nèi)浮子殼體內(nèi)沿其橫截面周向均布固定有多個磁鐵和配重，所有所述磁鐵和配重共同形成中空結(jié)構(gòu)，將所述內(nèi)浮子殼體中心處的橫截面沿周向分為2N等份，N為自然數(shù)，每一等份內(nèi)磁鐵的磁極方向相同，相鄰等份內(nèi)磁鐵的磁極方向相反；所述內(nèi)浮子殼體與所述非磁性絕緣層之間通過多套彈性機(jī)構(gòu)連接，所述彈性機(jī)構(gòu)包括彈簧、滾珠支座和滾珠，所述彈簧的一端與所述非磁性絕緣層固接，另一端與所述滾珠支座固接，所述滾珠安裝在所述滾珠支座上，并與所述內(nèi)浮子殼體的外表面滾動連接；所述封閉外浮子殼體通過錨鏈與海底基巖連接；所述電子線圈上連接有輸出導(dǎo)線，所述輸出導(dǎo)線延伸至所述外浮子的外部。所述封閉外浮子殼體和所述內(nèi)浮子殼體的外表面均為球形。所述封閉外浮子殼體和所述內(nèi)浮子殼體的外表面均為柱形。每塊所述磁鐵均被兩橡膠體夾緊固定，所述橡膠體固定在所述內(nèi)浮子殼體內(nèi)。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是采用內(nèi)外雙浮子結(jié)構(gòu)，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)新穎，建造難度和成本較低；能夠更有效地利用波浪能的不確定性和隨機(jī)性，且不需要其他中間的能量轉(zhuǎn)換裝置，能有效提高波浪能的利用率。無論外浮子在波浪的作用下作前后擺動或上下擺動，都可以利用內(nèi)部的彈簧和滾珠使得內(nèi)浮子內(nèi)的磁鐵全方位自由轉(zhuǎn)動，從而和外部線圈形成切割磁力線的效果，直接將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，并通過導(dǎo)線輸出加以利用。內(nèi)置滾珠結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅有效利用了外浮子內(nèi)的空腔，而且限定了磁鐵做相對于線圈的轉(zhuǎn)動，從而減少了其與邊壁碰撞的幾率，并且大大提高了切割磁力線的效率，在內(nèi)懸磁鐵與外浮子做相對運(yùn)動的過程中，提高了機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的效率。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型采用球式結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本實(shí)用新型采用柱式結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中1、外浮子殼體；2、電子線圈；3、非磁性絕緣層；4、彈簧；5、滾珠支座；6、滾珠；7、內(nèi)浮子殼體；8、磁鐵；9、橡膠體；10、配重；11、輸出導(dǎo)線，12、錨鏈；13、海底基巖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下實(shí)施例I :請參閱圖I 圖2，一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，包括外浮子和置于其內(nèi)的內(nèi)浮子；外浮子包括非磁性絕緣層3和置于非磁性絕緣層3外部的封閉外浮子殼體1，在封閉外浮子殼體I和非磁性絕緣層3之間形成腔室，腔室在外浮子中心處的橫截面為圓環(huán)形，腔室內(nèi)固定有依據(jù)發(fā)電機(jī)線圈纏繞方法纏繞的電子線圈2 ;外浮子殼體I保護(hù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被水體破壞。內(nèi)浮子包括由非磁性耐磨材料制成的內(nèi)浮子殼體7，在內(nèi)浮子殼體7內(nèi)沿其橫截面周向均布固定有多個磁鐵8和配重IO，所有磁鐵8和配重10共同形成中空結(jié)構(gòu)，將內(nèi)浮子殼體7中心處的橫截面沿周向分為2N等份，N為自然數(shù)，每一等份內(nèi)磁鐵8的磁極方向相同，相鄰等份內(nèi)磁鐵8的磁極方向相反。例如將內(nèi)浮子殼體中心處的橫截面周向分為4等份，第一、第三部分磁鐵的N極指向圓心,第二、第四部分磁鐵S極指向圓心。內(nèi)浮子殼體7與非磁性絕緣層3之間通過多套彈性機(jī)構(gòu)連接，彈性機(jī)構(gòu)包括彈簧
4、滾珠支座5和滾珠6，彈簧4的一端與非磁性絕緣層3固接，另一端與滾珠支座5固接，滾珠6安裝在滾珠支座5上，并與內(nèi)浮子殼體7的外表面滾動連接；這樣即限制了內(nèi)浮子在外浮子內(nèi)的位置，又使得內(nèi)浮子相對于外浮子可以產(chǎn)生異動，并減少了邊壁的碰撞，電子線圈2上連接有輸出導(dǎo)線11，輸出導(dǎo)線11延伸至外浮子的外部，產(chǎn)生電流后通過輸出導(dǎo)線11依傍錨鏈12輸出。上述彈性機(jī)構(gòu)的數(shù)量可以根據(jù)發(fā)電裝置的規(guī)格確定，彈簧的彈性模量可以根據(jù)裝置實(shí)際材質(zhì)和重量確定。封閉外浮子殼體7通過錨鏈與海底基巖13連接。在本實(shí)施例中，封閉外浮子殼體I和內(nèi)浮子殼體7的外表面均為球形。每塊磁鐵8均被兩橡膠體9夾緊固定，橡膠體9固定在內(nèi)浮子殼體7內(nèi)。本實(shí)施例的工作原理在波浪的推動下，內(nèi)外兩個浮子作前后或上下擺動，通過內(nèi)外兩個浮子將波浪能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動磁鐵3和電子線圈8運(yùn)動的往復(fù)機(jī)械能?；陔姶鸥袘?yīng)定律和電磁力定律，當(dāng)通過電子線圈的磁通量發(fā)生變化，就會產(chǎn)生電流。內(nèi)浮子殼體的大小及磁鐵數(shù)量應(yīng)視情況而定。浮子異動式結(jié)構(gòu)能夠更有效地利用波浪能的不確定性和隨機(jī)性，且不需要其他中間的能量轉(zhuǎn)換裝置，有效提高了波浪能的利用率。無論內(nèi)外雙浮子在波浪的作用下作前后擺動還是上下擺動，都可以將波浪能直接轉(zhuǎn)換為電能。另外，鑒于海面自然條件及本實(shí)施例的物理結(jié)構(gòu)性質(zhì)，為了讓本實(shí)施例更具實(shí)用性和推廣性，提出“浮子異動式波浪發(fā)電裝置群”的概念，即應(yīng)根據(jù)實(shí)際的海洋波浪場情況，設(shè)計不同的浮子異動式波浪發(fā)電裝置的安裝尺寸大小和數(shù)量，對提高波能收集率和轉(zhuǎn)換率都大有裨益。實(shí)施例2 請參閱圖I和圖3，與實(shí)施例I的不同之處僅在于封閉外浮子殼體和內(nèi)浮子殼體的外表面均為柱形，內(nèi)浮子殼體即可為敞口的，也可為封閉的。圖3的橫截面與圖2通過封閉外浮子殼體中心的截面結(jié)構(gòu)相同，如圖I所示。綜上，本實(shí)用新型直接利用波浪運(yùn)動產(chǎn)生的能量，借助于外浮子前后擺動或上下浮動，以及內(nèi)部懸置磁鐵與外浮子的異動，使得通過電子線圈的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生電流，減少了中間環(huán)節(jié)能量的消耗，從而使得波能利用率大幅提高。盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，包括外浮子和置于其內(nèi)的內(nèi)浮子；其特征在于， 所述外浮子包括非磁性絕緣層和置于所述非磁性絕緣層外部的封閉外浮子殼體，在所述封閉外浮子殼體和所述非磁性絕緣層之間形成腔室，所述腔室在所述外浮子中心處的橫截面為圓環(huán)形，所述腔室內(nèi)固定有依據(jù)發(fā)電機(jī)線圈纏繞方法纏繞的電子線圈； 所述內(nèi)浮子包括由非磁性耐磨材料制成的內(nèi)浮子殼體，所述內(nèi)浮子殼體內(nèi)沿其橫截面周向均布固定有多個磁鐵和配重，所有所述磁鐵和配重共同形成中空結(jié)構(gòu)，將所述內(nèi)浮子殼體中心處的橫截面沿周向分為2N等份，N為自然數(shù)，每一等份內(nèi)磁鐵的磁極方向相同，相鄰等份內(nèi)磁鐵的磁極方向相反； 所述內(nèi)浮子殼體與所述非磁性絕緣層之間通過多套彈性機(jī)構(gòu)連接，所述彈性機(jī)構(gòu)包括彈簧、滾珠支座和滾珠，所述彈簧的一端與所述非磁性絕緣層固接，另一端與所述滾珠支座固接，所述滾珠安裝在所述滾珠支座上，并與所述內(nèi)浮子殼體的外表面滾動連接； 所述封閉外浮子殼體通過錨鏈與海底基巖連接； 所述電子線圈上連接有輸出導(dǎo)線，所述輸出導(dǎo)線延伸至所述外浮子的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浮子異動式波浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述封閉外浮子殼體和所述內(nèi)浮子殼體的外表面均為球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浮子異動式波浪發(fā)電裝置，其特征在于，所述封閉外浮子殼體和所述內(nèi)浮子殼體的外表面均為柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浮子異動式波浪發(fā)電裝置，其特征在于，每塊所述磁鐵均被兩橡膠體夾緊固定，所述橡膠體固定在所述內(nèi)浮子殼體內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種浮子異動式波浪發(fā)電裝置，包括外浮子和置于其內(nèi)的內(nèi)浮子；所述外浮子包括非磁性絕緣層和置于其外部的封閉外浮子殼體以及設(shè)置在它們之間的電子線圈；所述內(nèi)浮子包括由非磁性耐磨材料制成的內(nèi)浮子殼體，所述內(nèi)浮子殼體內(nèi)固定有多個均布的磁鐵和配重，所述內(nèi)浮子殼體與所述非磁性絕緣層之間通過多套彈性機(jī)構(gòu)連接；所述封閉外浮子殼體通過錨鏈與海底基巖連接；所述電子線圈上連接有輸出導(dǎo)線。本實(shí)用新型直接利用波浪運(yùn)動產(chǎn)生的能量，借助于外浮子前后擺動或上下浮動，以及內(nèi)部懸置磁鐵與外浮子的異動，使得通過電子線圈的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生電流，減少了中間環(huán)節(jié)能量的消耗，從而使得波能利用率大幅提高。
文檔編號F03B13/16GK202718803SQ201220404218
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者李大鳴, 范玉, 羅浩 申請人:天津大學(xué)