[发明专利]一种漂浮直驱式波浪能装置

说明书

技术领域

本发明涉及到波浪能装置技术领域，尤其是一种漂浮直驱式波浪能装置。

背景技术

漂浮直驱式波浪能装置是在波浪驱动下使相对运动的部件直接通过电磁作用俘获波浪能量。为了直接发电，漂浮波能装置必须分成两部分，一部分运动幅度大，这一部分称为运动部件；另一部分因存在某种约束或作用力的原因，保持相对稳定，称为相对稳定部件；两相对运动的部件因装有发电机构而输出电能。波浪能装置中运动部件同入射波发生共振(吸收较多的波浪能量、产生较大的线速度)及相对稳定部件的稳定性，两者对提高波能装置的转换效率起到至关重要的作用。

在漂浮式波浪能装置的一般设计中，由于水线面积大往往导致波能装置运动部件的固有振动频率大于可用入射波的频率范围，没有产生共振的条件，运动部件往往速度低、位移幅值小，这对于设计高效的发电机系统带来了极大的困难；而运动部件过于细小而质量大的设计尽管其固有振动频率落入了可用入射波的频率范围，但其响应频带宽度非常窄，在不规则波下出现大速度幅值的几率也不高，同样导致波能装置的转换效率不高。同时在漂浮装置中尽可能的使相对稳定部件在波浪的起伏、流动过程中保持稳定，以保证运动部件有相对较高的运动速度，也是提高波能装置转换效率的一个重要因素。

目前对于漂浮垂荡运动的波能装置，其固有周期小于入射波周期，为了提高其转换效率，普遍采用相位控制的办法，这种方法是在波能装置中设置一个夹紧装置，当波能装置运动部分在波浪驱动下运行速度为零时夹紧运动部件，而在下一个波浪力极值前1/4周期(固有振动周期)时间前放开，使运动部件的运动速度同由波浪产生的激励力同相位。这种控制方法需要必要的控制机械、计算机、控制程序和测波传感器，具体实施很困难。

发明内容

本发明的目的在于通过减小水线面积设计、弹簧的使用和水下阻尼板达到提高波浪能装置能量转换效率的目的，同时弹簧有缓冲功能，通过它可避免过大的冲击力，对波浪能装置也是一种保护。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种漂浮直驱式波浪能装置，包括有运动部件，阻尼板，设置于运动部件套筒内的定子轴和弹簧：所述弹簧下端套连接在定子轴上，上端连接在运动部件的上端，所述运动部件为中部相对两端横截面积大的纺锤体结构；在所述运动部件的套筒的内壁上置有感应线圈，定子轴的中间部分镶嵌永磁铁，在运动部件的套筒内、定子轴的下端连接有定位轴，所述运动部件与定子轴在波浪作用下作相对运动，驱动感应线圈切割磁力线产生感应电动势，还包括有主柔性绳，所述主柔性绳一端连接到所述定位轴上，另一端与所述阻尼板连接。

作为振动系统的运动部件，由于漂浮在水面上而受到流体的恢复力作用，此恢复力类似一个弹簧作用，其弹性系数同运动部件水线面积(静水平面切开运动部件得到轮廓线所包围的面积)成正比，在一般的漂浮波浪能装置设计中，此恢复力的水线面积使得运动部件的固有振动周期小于可用入射波的周期，运动部件不可能同可用入射波产生共振，这样运动部件吸收的波浪能量、速度幅值和位移幅值就小，速度幅值小为设计高转换效率的直线发电机造成了非常大的困难，甚至不可能，结果是波浪能装置总的转换效率不高，为了提高运动部件的固有振动周期，减少其水线面是一种方法，本发明改变传统运动部件的上下横截面同样大小的结构，通过设计一个上部相对中部小的纺锤体运动部件结构，使得水线面积减少了；采用水下阻尼板在小浪时能稳定定子轴，在大浪时随运动部件一起运动，防止相对运动幅度过大，对装置起到保护作用；通过弹簧的恢复功能使主柔性绳始终处于张弛状态，稳定定子轴。整个波能装置采用漂浮结构，不受潮位影响。

所述运动部件为纺锤形的圆柱形部件，其中包括三个不同半径、长度不同的第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒，第二圆筒穿过第一圆筒和第三圆筒，三筒同轴连接并形成一个封闭的复杂圆柱体，所述运动部件中间大、两头小，所述定子轴、弹簧、定位轴设置于所述第二圆筒内。该结构通过减少复杂圆柱形部件水线面积的设计，降低了运动部件的固有振动频率，提高了固有振动周期，同时为弹簧的使用提供了空间。运动部件下部为小圆筒形，主要是为了稳定整个波浪能装置，同时为定子轴提供足够长的运动空间。在运动部件水线面积小到一定的情况下，通过弹簧调节运动部件的固有频率，使运动部件的固有频率落入入射波可用波频率范围内，为运动部件同入射波发生共振创造条件，同时运动部件水下淹没部分减少，总体质量减少，增大了阻尼因数，也增大了运动部件的频率响应宽度，为波浪能装置在不规则波下使用有较高的转换效率提供了条件。