[發明專利]一種漂浮直驅式波浪能裝置

無效

• 申請號: 200910213664.5
• 申請日: 2009-12-08
• 公開（公告）號: CN101737239A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 吳必軍;游亞戈;盛松偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: F03B13/16
• 分類號: F03B13/16
• 代理公司: 廣州科粵專利代理有限責任公司 44001
• 代理人: 余炳和

技術領域

本發明涉及到波浪能裝置技術領域，尤其是一種漂浮直驅式波浪能裝置。

背景技術

漂浮直驅式波浪能裝置是在波浪驅動下使相對運動的部件直接通過電磁作用俘獲波浪能量。為了直接發電，漂浮波能裝置必須分成兩部分，一部分運動幅度大，這一部分稱為運動部件；另一部分因存在某種約束或作用力的原因，保持相對穩定，稱為相對穩定部件；兩相對運動的部件因裝有發電機構而輸出電能。波浪能裝置中運動部件同入射波發生共振(吸收較多的波浪能量、產生較大的線速度)及相對穩定部件的穩定性，兩者對提高波能裝置的轉換效率起到至關重要的作用。

在漂浮式波浪能裝置的一般設計中，由于水線面積大往往導致波能裝置運動部件的固有振動頻率大于可用入射波的頻率范圍，沒有產生共振的條件，運動部件往往速度低、位移幅值小，這對于設計高效的發電機系統帶來了極大的困難；而運動部件過于細小而質量大的設計盡管其固有振動頻率落入了可用入射波的頻率范圍，但其響應頻帶寬度非常窄，在不規則波下出現大速度幅值的幾率也不高，同樣導致波能裝置的轉換效率不高。同時在漂浮裝置中盡可能的使相對穩定部件在波浪的起伏、流動過程中保持穩定，以保證運動部件有相對較高的運動速度，也是提高波能裝置轉換效率的一個重要因素。

目前對于漂浮垂蕩運動的波能裝置，其固有周期小于入射波周期，為了提高其轉換效率，普遍采用相位控制的辦法，這種方法是在波能裝置中設置一個夾緊裝置，當波能裝置運動部分在波浪驅動下運行速度為零時夾緊運動部件，而在下一個波浪力極值前1/4周期(固有振動周期)時間前放開，使運動部件的運動速度同由波浪產生的激勵力同相位。這種控制方法需要必要的控制機械、計算機、控制程序和測波傳感器，具體實施很困難。

發明內容

本發明的目的在于通過減小水線面積設計、彈簧的使用和水下阻尼板達到提高波浪能裝置能量轉換效率的目的，同時彈簧有緩沖功能，通過它可避免過大的沖擊力，對波浪能裝置也是一種保護。

為實現以上目的，本發明采取了以下的技術方案：一種漂浮直驅式波浪能裝置，包括有運動部件，阻尼板，設置于運動部件套筒內的定子軸和彈簧：所述彈簧下端套連接在定子軸上，上端連接在運動部件的上端，所述運動部件為中部相對兩端橫截面積大的紡錘體結構；在所述運動部件的套筒的內壁上置有感應線圈，定子軸的中間部分鑲嵌永磁鐵，在運動部件的套筒內、定子軸的下端連接有定位軸，所述運動部件與定子軸在波浪作用下作相對運動，驅動感應線圈切割磁力線產生感應電動勢，還包括有主柔性繩，所述主柔性繩一端連接到所述定位軸上，另一端與所述阻尼板連接。

作為振動系統的運動部件，由于漂浮在水面上而受到流體的恢復力作用，此恢復力類似一個彈簧作用，其彈性系數同運動部件水線面積(靜水平面切開運動部件得到輪廓線所包圍的面積)成正比，在一般的漂浮波浪能裝置設計中，此恢復力的水線面積使得運動部件的固有振動周期小于可用入射波的周期，運動部件不可能同可用入射波產生共振，這樣運動部件吸收的波浪能量、速度幅值和位移幅值就小，速度幅值小為設計高轉換效率的直線發電機造成了非常大的困難，甚至不可能，結果是波浪能裝置總的轉換效率不高，為了提高運動部件的固有振動周期，減少其水線面是一種方法，本發明改變傳統運動部件的上下橫截面同樣大小的結構，通過設計一個上部相對中部小的紡錘體運動部件結構，使得水線面積減少了；采用水下阻尼板在小浪時能穩定定子軸，在大浪時隨運動部件一起運動，防止相對運動幅度過大，對裝置起到保護作用；通過彈簧的恢復功能使主柔性繩始終處于張弛狀態，穩定定子軸。整個波能裝置采用漂浮結構，不受潮位影響。

所述運動部件為紡錘形的圓柱形部件，其中包括三個不同半徑、長度不同的第一圓筒、第二圓筒、第三圓筒，第二圓筒穿過第一圓筒和第三圓筒，三筒同軸連接并形成一個封閉的復雜圓柱體，所述運動部件中間大、兩頭小，所述定子軸、彈簧、定位軸設置于所述第二圓筒內。該結構通過減少復雜圓柱形部件水線面積的設計，降低了運動部件的固有振動頻率，提高了固有振動周期，同時為彈簧的使用提供了空間。運動部件下部為小圓筒形，主要是為了穩定整個波浪能裝置，同時為定子軸提供足夠長的運動空間。在運動部件水線面積小到一定的情況下，通過彈簧調節運動部件的固有頻率，使運動部件的固有頻率落入入射波可用波頻率范圍內，為運動部件同入射波發生共振創造條件，同時運動部件水下淹沒部分減少，總體質量減少，增大了阻尼因數，也增大了運動部件的頻率響應寬度，為波浪能裝置在不規則波下使用有較高的轉換效率提供了條件。