波流发电装置的制作方法

1.本发明涉及发电设备技术领域，具体涉及一种波流发电装置。


背景技术：

2.波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能中最不稳定的一种能源，但其具有能量密度高、分布面广等优点，是一种取之不竭的可再生清洁能源。
3.现有技术中的波流发电装置，多采用升降式发电设计，这些发电装置结构简单，利用波浪的高度变化发电，但无法有效利用波浪水平方向的冲击动能，波流能利用率低。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的波流能利用率低的缺陷，从而提供一种波流发电装置。
5.本发明提供的波流发电装置，包括：
6.平台，所述平台内布置有线圈；
7.永磁环组，转动设置在所述平台内，绕一旋转轴线转动，所述永磁环组包括位于包含所述旋转轴线的水平面下方的至少一个第一永磁半环和位于所述水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环，所述第二永磁半环的内部设置有风浪屏，所述永磁环组由至少一个永磁环组成，所述永磁环包括至少一个所述第一永磁半环和至少一个所述第二永磁半环，所述第二永磁半环与属于同一所述永磁环的所述第一永磁半环的两端相连；
8.在包含所述旋转轴线的竖直平面的同一侧，当所述永磁环组处于不受波浪和风干扰的平衡状态时，各个所述第二永磁半环的所在平面与水平面的夹角不同，夹角越小的所述第二永磁半环，其最大垂直高度越小；
9.所述永磁环适于在波浪或风力的推动下转动，使所述线圈中产生电流。
10.可选的，各个所述永磁环间的运动相互独立。
11.可选的，各个所述永磁环结构关于包含所述旋转轴线的竖直平面对称。
12.可选的，所述永磁环至少有2个，在不受波浪冲击的条件下，其中一个所述永磁环位于包含所述旋转轴线的水平面上方的部分所在平面与水平面垂直。
13.可选的，当所述永磁环至少有2个时，各个所述永磁环间设置有减压垫，所述减压垫设置在所述风浪屏和/或所述永磁环的侧壁上。
14.可选的，所述永磁环位于包含所述旋转轴线的水平面下方的部分设置有重块。
15.可选的，还包括旋转机构，所述旋转机构包括旋转件及驱动件，所述旋转件转动设置在所述平台上，所述永磁环组转动设置在所述旋转件上，所述旋转件的转动轴线与所述旋转轴线不平行。
16.可选的，所述旋转件为基环，所述驱动件为电机，所述平台内部设置有支撑体，所
述基环置于所述支撑体的上方，所述基环的下方和/或所述支撑体的上方设有绕其球心可自由转动的滚珠，所述支撑体的上方和/或所述基环的下方对应地设置有与所述滚珠适配的环形槽，供所述基环在所述平台上转动，所述电机与所述基环传动连接，适于驱动所述基环在所述平台上转动。
17.可选的，所述基环的外周侧均匀布置有齿牙，所述电机的输出轴设置有与所述齿牙适配的齿轮，所述齿轮与所述基环啮合传动。
18.可选的，所述平台为环形结构，所述平台的侧壁间隔设置有固定隔板，所述固定隔板上安装有微型发电机，相邻的所述固定隔板间为连通所述平台的内侧和外侧的镂空流道。
19.可选的，所述平台上安装有整流器，所述整流器安装在所述线圈及所述微型发电机的接出端上，适于将流入的交流电转换为直流电。
20.本发明具有以下优点：
21.1.本发明提供的波流发电装置，永磁环组转动设置在平台内，永磁环组包括位于包含其旋转轴线的水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环，第二永磁半环的内部设置有风浪屏，针对不同高度的波浪，都有第二永磁半环能够高效利用波浪的冲击动能，风浪屏受到冲击带动所在的永磁环摆动后，平台内设置的线圈中有感应电流产生，波浪能利用率高。
22.2.本发明提供的波流发电装置，平台的侧壁间隔设置有固定隔板，相邻的固定隔板间为连通平台的内侧和外侧的镂空流道，便于波流通过，减小波流对平台冲击力，能适应复杂的海洋环境，固定隔板上安装有微型发电机，微型发电机可在小波浪作用下发电，进一步提升了波浪能的利用率。
23.3.本发明提供的波流发电装置，海洋大波流周期较长，旋转机构的设置，可以调整永磁环组的整体朝向，在一个时间段内能够使永磁环组最大限度正对波流来向，充分利用波浪中的冲击动能。
24.4.本发明提供的波流发电装置，平台腿搭配不同的基础可以将平台调整为深海浮式平台或近海固定式平台，使其适用性更强。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例波流发电装置的正视图；
27.图2为本发明实施例波流发电装置的侧视图；
28.图3为本发明实施例波流发电装置的俯视图；
29.图4为本发明实施例波流发电装置的应用示意图。
30.附图标记说明：
31.10、平台；11、桩基；12、锚索；13、支撑体；14、固定隔板；21、线圈；22、微型发电机；23、整流器；30、旋转机构；31、基环；311、固定轴；312、轴承；32、滚珠；33、电机；40、永磁环；
401、第一永磁半环；402、第二永磁半环；41、减压垫；50、风浪屏；60、重块。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.实施例
37.参考图1-图4，本发明实施例提供的波流发电装置，包括：
38.平台10，平台10内布置有线圈21；
39.永磁环组，转动设置在平台10内，绕一旋转轴线转动，永磁环组包括位于包含旋转轴线的水平面下方的至少一个第一永磁半环401和位于水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环402，第二永磁半环402的内部设置有风浪屏50，永磁环组由至少一个永磁环40组成，永磁环40包括至少一个第一永磁半环401和至少一个第二永磁半环402，第二永磁半环402与属于同一永磁环40的第一永磁半环401的两端相连；
40.在包含旋转轴线的竖直平面的同一侧，当永磁环组处于不受波浪和风干扰的平衡状态时，各个第二永磁半环402的所在平面与水平面的夹角不同，夹角越小的第二永磁半环402，其最大垂直高度越小；
41.永磁环40适于在波浪或风力的推动下转动，使线圈21中产生电流。
42.本实施例中，“最大垂直高度”指的是当永磁环组达到无外界干扰的平衡状态时，单个第二永磁半环402上的各点至包含旋转轴线的水平面的距离的最大值。
43.本实施例中，第二永磁半环402的所在平面与水平面的夹角范围应在0
°
至90
°
之间，夹角越小的第二永磁半环402，其最大垂直高度越小，能够减少夹角小的第二永磁半环402遮挡住夹角较大的第二永磁半环402的情况发生，提高波浪能的利用效率。
44.本实施例中，永磁环组转动设置在平台10内，永磁环组包括位于包含其旋转轴线的水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环402，第二永磁半环402的内部设置有风浪屏50，针对不同高度的波浪，都有第二永磁半环402能够高效利用波浪的冲击动能，风浪屏50受到冲击带动所在的永磁环40摆动后，平台10内设置的线圈21中有感应电流
产生，波浪能利用率高。
45.本实施例中，对平台10的结构不作具体限定，内部留有供永磁环组转动的空间即可，作为一种优选的实施方式，参考图3，平台10为环形结构，具体可以是方形结构，平台10的上下平面中空，供永磁环组转动，为便于波流通过，减小波流对平台10冲击力，适应复杂的海洋环境，平台10的侧壁设置有连通平台10的内侧和外侧的镂空流道。
46.进一步的，平台10的侧壁间隔设置有固定隔板14，固定隔板14上安装有微型发电机22，相邻的固定隔板14间为连通平台10的内侧和外侧的镂空流道，平台10侧壁上设置微型发电机22，微型发电机22可在小波浪作用下发电，进一步提升了波浪能的利用率。
47.在上述实施方式的基础上，平台10为上下两块正方形中空板，上下两面四角处焊接。参考图4，平台10四角位置有平台腿，平台腿可根据需要调整尺寸，来适应深海漂浮式或近海固定式基础，前述的基础对于深海环境可以是锚索12，对于近海可以为桩基11，桩基11的一端与地基土(即图4中的b)连接，一端与平台腿连接。通过搭配不同的基础，可以使波流发电装置具有更强的适用性。
48.本实施例中，对线圈21的设置位置不作具体限定，分布在永磁环组的四周，当永磁环组转动时，能够引起线圈21周围磁场发生变化，产生电流即可，具体的，参考图1，其可以是布置在平台10的周侧。
49.本实施例中，线圈21可以是直接由电站引入和引出，也可以是两端与蓄电装置连接。
50.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，平台10上安装有整流器23，整流器23安装在线圈21及微型发电机22的接出端上，适于将流入的交流电转换为直流电。整流器23可将装置产生的不稳定交流电转换为稳定直流电，利于给蓄电装置充电。
51.本实施例中，对风浪屏50的材质不作具体限定，具备一定的抗海水或是河水腐蚀能力且不影响永磁环40正常工作即可，其具体可以是有机玻璃。
52.本实施例中，对永磁环40的形状不作具体限定，其可以是整个结构位于同一平面内，也可以是组成永磁环40的各个半环不都位于同一平面内，永磁环40包括至少一个第一永磁半环401和至少一个第二永磁半环402，永磁环组包括位于包含旋转轴线的水平面下方的至少一个第一永磁半环401和位于前述水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环402，以能高效利用不同波高条件下的波浪能。永磁环组由至少一个永磁环40组成，易于理解的，当永磁环40满足包括位于包含旋转轴线的水平面下方的至少一个第一永磁半环401和位于前述水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环402的条件时，永磁环组可以是单独的该永磁环40。
53.本实施例中，各个永磁环40间可以是相互固定连接，运动统一，也可以是运动相互独立。作为一种优选的实施方式，永磁环40间运动彼此独立，发电更加灵活高效。
54.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，各个永磁环40结构关于包含旋转轴线的竖直平面对称。
55.各个永磁环40结构关于包含旋转轴线的竖直平面对称，利于永磁环40的生产加工，同时也使整个永磁环组结构更加规整，更能充分利于平台10内部空间。
56.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，永磁环40至少有2个，在不受波浪冲击的条件下，其中一个永磁环40位于包含旋转轴线的水平面上方的部分所在平面
与水平面垂直。
57.具体的，参考图1和图2，永磁环组包括三个永磁环40，该三个永磁环40均只含有一个第一永磁半环401，三个永磁环40均关于包含旋转轴线的竖直平面对称且该三个永磁环40的第二永磁半环402的最大垂直高度不同，三个永磁环40的第二永磁半环402均为半圆形环，最高的永磁环40位于旋转轴线上方的部分所在平面与水平面垂直，其第一永磁半环401也为半圆形环，其余两个永磁环40的第一永磁半环401均为半椭圆形环。
58.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，当永磁环40至少有2个时，各个永磁环40间设置有减压垫41，减压垫41设置在风浪屏50和/或永磁环40的侧壁上。
59.本实施例中，对减压垫41的材质不作具体限定，能够在永磁环40与永磁环40间、风浪屏50与风浪屏50间、永磁环40与风浪屏50间起到缓冲作用，避免上述结构间发生剧烈冲撞即可，其可以选用橡胶、泡沫塑料等本身具备一定弹性的材料，通过结构上的调整，如减压垫41设置为弹簧结构，可以拓宽减压垫41的材质选择，如采用金属材质。
60.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，永磁环40位于包含旋转轴线的水平面下方的部分设置有重块60。
61.设置重块60可保证永磁环40重心处于较低的位置，成为一种类似不倒翁的结构，在经过一阵波流冲击后，实现往复摆动。本实施例中，对重块60的材质不作具体限定，具有较大的密度及较低的成本即可，其具体可以是混凝土。
62.进一步的，本实施例提供的波流发电装置还包括旋转机构30，旋转机构30包括旋转件及驱动件，旋转件转动设置在平台10上，永磁环组转动设置在旋转件上，旋转件的转动轴线与前述的旋转轴线不平行。
63.旋转件的转动轴线与永磁环组的旋转轴线不平行，使旋转机构30具有调节永磁环组的整体朝向的功能，作为一种优选的实施方式，旋转件的转动轴线与旋转轴线垂直。
64.海洋大波流周期较长，旋转机构30的设置，可以调整永磁环组的整体朝向，在一个时间段内能够使永磁环组最大限度正对波流来向，充分利用波浪中的冲击动能。
65.在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，旋转件为基环31，驱动件为电机33，平台10内部设置有支撑体13，基环31置于支撑体13的上方，基环31的下方和/或支撑体13的上方设有绕其球心可自由转动的滚珠32，支撑体13的上方和/或基环31的下方对应地设置有与滚珠32适配的环形槽，供基环31在平台10上转动，电机33与基环31传动连接，适于驱动基环31在平台10上转动。
66.本实施例中，为便于基环31转动，基环31与平台10间通过滚珠32实现滚动转动。本实施例中，对滚珠32的设置位置和设置数量均不作具体限定，能够实现基环31在平台10内流畅转动即可。具体的，参考图3，平台10下表面向上凸出一中空正方形环作为支撑体13。支撑体13四边均安装有滚珠32，每边均相较其垂直平分线左右对称设有一个滚珠32，滚珠32一多半处于支撑体13内，保证滚珠32在支撑体13上可绕其球心自由转动，对应地，基环31下方设有环形轨道槽，截面形状为弧形，可实现基环31相对支撑体13转动。
67.参考图3，本实施例中，基环31内侧安装一对固定轴311，固定轴311上设置有轴承312，永磁环40与固定轴311通过轴承312连接，为保证各个永磁环40间的运动相互独立，固定轴311上可以设置数对轴承312，各对轴承312间的转动相互独立，每个永磁环40与一对轴承312连接。易于理解的，固定轴311可以是沿基环31径向左右对称分布的一对悬臂梁，其也
可以是两端均与基环31固定连接的单根支撑梁。
68.本实施例中，基环31连接有永磁环组，其本身具有一定的重量，可以直接放置在支撑体13上，为防止基环31从平台10内脱出，也可以平台10内设置若干挡板，挡板位于基环31的上方，当然，挡板的设置应以不干涉永磁体组旋转和基环31转动为前提。
69.本实施例中，对实现电机33驱动基环31转动的具体传动结构不作具体限定，作为一种具体的实施方式，基环31的外周侧均匀布置有齿牙，电机33的输出轴设置有与齿牙适配的齿轮，齿轮与基环31啮合传动。
70.直接在基环31的外周侧设置齿牙，电机33的输出轴设置与齿牙适配的齿轮，可以使传动结构更加精简，传动效率高且不占用过多的平台10空间。
71.本实施例中，对电机33的设置位置与设置数量不作具体限定，具体的，参考图3，平台10上面四个边均安装有两个电机33，每个边上的两个电机33的垂直平分线均经过基环31的圆心，具体的，电机33可以是伺服电机。
72.基于上述具体实施方式，本实施例波流发电装置的工作原理为：
73.参考图4，平台10周侧布置有线圈21，平台10内转动设置有基环31，永磁环组通过轴承312转动设置在基环31上，且永磁环组的旋转轴线与基环31的转动轴线垂直，基环31能够通过电机33控制转动，调整永磁环组的整体朝向，最大限度正对波流来向，永磁环组包括位于包含旋转轴线的水平面下方的至少一个第一永磁半环401和位于水平面上方的至少两个最大垂直高度不同的第二永磁半环402，第二永磁半环402的内部设置有风浪屏50，针对不同高度的波浪(即图4中的a)，都有第二永磁半环402都能够高效利用波浪的冲击动能，第一永磁半环401上设置重块60，可保证永磁环40重心处于较低的位置，成为一种类似不倒翁的结构，在一次较大波流冲击作用下，永磁环40可往复摆动发电，永磁环组允许平台10在运行过程中存在一定幅度位移，降低了平台10的安装要求，有效降低了建造成本。平台10为环形结构，其侧壁还设置有微型发电机22，与永磁环组结合，可适应不同大小波流冲击发电，进一步提升了波浪能的利用效率，平台腿搭配不同的基础可以将平台10调整为深海浮式平台或近海固定式平台，使其适用性更强。
74.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。