專利名稱：一種蛇形波浪能采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量采集裝置，尤其涉及一種波浪能采集裝置，用于海洋、河流、 湖泊的波浪能量采集。
背景技術(shù)：
隨著人類社會對能源的消耗增加，水力、風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮艿葻o污染、 可再生能源的開發(fā)和利用也越來越受到重視，作為無污染能源的一種，波浪能的開發(fā)利用技術(shù)也得到了一定發(fā)展。波浪能采集的原理包括利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運動、利用波浪壓力的變化，以及利用波浪沿岸爬升時動能與勢能的轉(zhuǎn)化等。絕大多數(shù)波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由三級能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)組成，其中，一級能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)(波能俘獲裝置)將波浪能轉(zhuǎn)換成某個載體的機械能；二級能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)將一級能量轉(zhuǎn)換所得到的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械(如水力透平、空氣透平、液壓電動機、齒輪增速機構(gòu)等)的機械能；三級能量轉(zhuǎn)換通過發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)機械的機械能轉(zhuǎn)換成電能。多級的能量傳遞，不僅使得系統(tǒng)綜合能量回收效率非常低，而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得初期成本和后期維護成本都很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有波浪能采集系統(tǒng)所存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高、維護成本低、適應(yīng)面廣的波浪能采集裝置。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題
一種蛇形波浪能采集裝置，包括至少一個裝載有永磁體的永磁體短截和至少一個裝載有線圈的線圈短截，永磁體短截和線圈短截依次交替地活動連接；永磁體短截中的永磁體磁極同向布置；所述線圈短截內(nèi)還安裝有與該短截內(nèi)的線圈電連接的儲能裝置，用于將產(chǎn)生的感應(yīng)電能儲存或輸出。該裝置由多個短截活動連接而成，整體外形像一條蛇。相鄰的永磁體短截和線圈短截之間隨波浪相對運動，這種相對運動，使得通過線圈的磁通量發(fā)生變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。也就是將波浪能通過短截隨著波浪的運動，直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，轉(zhuǎn)變的電能通過儲能裝置儲存或輸出。當(dāng)整個裝置的固有頻率和波浪的頻率一致時，會發(fā)生共振，短截之間的相對運動 (主要是上下的起伏)會放大，幅值變大了，系統(tǒng)的輸出電能也高了。但是海浪的頻率跟氣候和天氣關(guān)系密切，處于不斷變化中。為了能夠使能量采集效率最高，本發(fā)明進一步采用以下技術(shù)方案
所述永磁體短截內(nèi)還安裝有由所述儲能裝置供能的勵磁裝置，包括勵磁線圈及勵磁控制模塊；所述勵磁控制模塊根據(jù)波浪的頻率自適應(yīng)地調(diào)整勵磁電流，使整個蛇形波浪能采集裝置的固有頻率與波浪頻率保持一致。采用上述改進的技術(shù)方案，當(dāng)加載不同的勵磁電流，可以改變永磁體短截整體的磁場強度，而磁場強度的不同會使得整個裝置的動力學(xué)特性發(fā)生改變。利用從儲能裝置獲取的反饋信號和電能對勵磁電流進行自適應(yīng)控制，使得整個裝置的動力學(xué)特性跟隨波浪自適應(yīng)的變化，從而始終工作在共振狀態(tài)，能量輸出達到最大。為了防止永磁體短截與線圈短截之間的相對運動范圍過大，以便獲得比較穩(wěn)定的能量輸出，進一步地，相鄰的永磁體短截和線圈短截之間通過兩自由度接頭連接，使相鄰的短截之間可沿垂直于兩者連線的平面方向相對運動。根據(jù)本發(fā)明的波浪能采集裝置，還可得到一種信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一臺信息采集儀器，以及為其供電的供電裝置，所述供電裝置為本發(fā)明的蛇形波浪能采集裝置。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的蛇形波浪能采集裝置具有能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、使用靈活等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的蛇形波浪能采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1為鋼纜，2為海底電纜，3 為永磁體短截，4為永磁體，5為勵磁線圈，6為勵磁控制模塊，7為儲能裝置，8為線圈，9為線圈短截，10為纜繩，11為電氣通路，12為凸頭，13為凹盤；
圖2是具體實施方式
中短截的結(jié)構(gòu)示意圖，其中A為主視圖，B為右視圖，C為立體圖； 圖3是具體實施方式
中本發(fā)明裝置的電氣部分原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明的蛇形波浪能采集裝置，如圖1所示，包括多個裝載有永磁體4的永磁體短截 3和多個裝載有線圈8的線圈短截9 (短截的具體數(shù)量可以根據(jù)需要來增減，圖中僅示出5 個)，永磁體短截3和線圈短截9依次交替地活動連接；永磁體短截中3的永磁體4的磁極同向布置；所述線圈短截9內(nèi)還安裝有與該短截內(nèi)的線圈8電連接的儲能裝置7，用于將產(chǎn)生的感應(yīng)電能儲存或輸出。整個裝置通過鋼纜1固定在海床/河床/湖床上。本具體實施方式
中，各短截的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其整體為圓筒狀，各短截之間通過二自由度接頭活動連接，使相鄰的短截之間可沿垂直于兩者連線的平面方向相對運動。類似的二自由度接頭很多，本具體實施方式
中的接頭如圖1和圖2所示，每個短截的兩邊分別是尺寸相互適應(yīng)的凸頭12和凹盤13，短截之間相互連接時凸頭12嵌入凹盤13并可以在凹盤13范圍內(nèi)上下左右活動。為防止波浪過大導(dǎo)致短截跑脫，短截之間還用纜繩10相互連接。隨著波浪的起伏，短截之間發(fā)生上下方向，左右方向復(fù)合的相對運動。圓柱形永磁體4 的磁場穿過線圈8的磁通量不斷變化，從而在線圈8中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個交變電能由儲能裝置7整流濾波并DC-DC處理成穩(wěn)定的直流電壓信號，由電氣通路11傳輸匯聚到海底電纜2上，輸送至陸地使用。此類儲能裝置為現(xiàn)有技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，此處不再贅述。永磁體短截3中還安裝有由儲能裝置7供能的勵磁裝置，該勵磁裝置包括勵磁線圈5和勵磁控制模塊6，勵磁控制模塊6根據(jù)波浪的頻率自適應(yīng)地調(diào)整勵磁線圈5的勵磁電流，使整個蛇形波浪能采集裝置的固有振動頻率與波浪頻率保持一致。其控制過程如下過零比較器捕獲線圈8輸出的交流感應(yīng)電的頻率，該頻率的一半即為波浪的頻率；單片機計算出讓整個裝置的固有頻率接近波浪的頻率所需要的勵磁電流(對于特定的波浪能采集裝置，其固有頻率與勵磁電流之間的關(guān)系可預(yù)先通過實驗獲得并儲存在單片機中，也可以通過建立數(shù)學(xué)模型的方式實時計算)。因為勵磁線圈5阻抗一定，則單片機控制輸入勵磁線圈 5的電壓大小即可，這可以通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換，很容易實現(xiàn)閉環(huán)控制。整個勵磁裝置的能量由線圈短截9輸出的直流電壓經(jīng)過電氣通路11傳遞過來使用。本發(fā)明的電氣原理框圖如圖3所示。通過這樣的自適應(yīng)控制，使得裝置的固有頻率跟蹤波浪的頻率，各短截之間相對運動幅值最大，從而使得輸出電能達到最大。作為進一步改進方案，本發(fā)明的蛇行波浪能采集裝置還包括分別安裝在各短截表面的太陽能電池板，太陽能電池板產(chǎn)生的電能可并入所述儲能裝置7儲存或輸出，也可直接用于為所述勵磁裝置供能。本發(fā)明的蛇行波浪能采集裝置的末尾可以根據(jù)需要裝置一些附屬短截，用來放置一些信息采集儀器(例如水文測量儀器、聲納浮標(biāo)等)，波浪能采集裝置輸出的電能可以直接供給這些附加的信息采集儀器使用，從而構(gòu)成本發(fā)明的信息采集系統(tǒng)。本發(fā)明的蛇形波浪能采集裝置的體積、短截數(shù)可以根據(jù)實際需求靈活選擇，短截的長度、形狀等參數(shù)則可根據(jù)裝置鋪設(shè)水域的波浪特征合理的設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種蛇形波浪能采集裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個裝載有永磁體的永磁體短截和至少一個裝載有線圈的線圈短截，永磁體短截和線圈短截依次交替地活動連接； 永磁體短截中的永磁體磁極同向布置；所述線圈短截內(nèi)還安裝有與該短截內(nèi)的線圈電連接的儲能裝置，用于將產(chǎn)生的感應(yīng)電能儲存或輸出。
2.如權(quán)利要求1所述蛇形波浪能采集裝置，其特征在于，所述永磁體短截內(nèi)還安裝有勵磁裝置，包括勵磁線圈及勵磁控制模塊；所述勵磁控制模塊根據(jù)波浪的頻率自適應(yīng)地調(diào)整勵磁電流，使整個蛇形波浪能采集裝置的固有頻率與波浪頻率保持一致。
3.如權(quán)利要求1所述蛇形波浪能采集裝置，其特征在于，相鄰的永磁體短截和線圈短截之間通過兩自由度接頭連接，使相鄰的短截之間可沿垂直于兩者連線的平面方向相對運動。
4.如權(quán)利要求1所述蛇形波浪能采集裝置，其特征在于，該蛇形波浪能采集裝置的其中一頭還連接有一固定裝置。
5.如權(quán)利要求1所述蛇形波浪能采集裝置，其特征在于，該裝置還包括分別安裝在各短截表面的太陽能電池板。
6.一種信息采集系統(tǒng)，包括至少一臺信息采集儀器，以及為其供電的供電裝置，其特征在于，所述供電裝置為權(quán)利要求1-5任一項所述蛇形波浪能采集裝置。
7.如權(quán)利要求6所述信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集儀器為水文信息采集儀器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蛇形波浪能采集裝置，用于海洋/河流/湖泊的波浪能量采集。該裝置包括至少一個裝載有永磁體的永磁體短截和至少一個裝載有線圈的線圈短截，永磁體短截和線圈短截依次交替地活動連接；永磁體短截中的永磁體磁極同向布置；所述線圈短截內(nèi)還安裝有與該短截內(nèi)的線圈電連接的儲能裝置，用于將產(chǎn)生的感應(yīng)電能儲存或輸出。本發(fā)明將波浪能通過短截隨著波浪的運動，直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑴p少了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，簡化了裝置結(jié)構(gòu)，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明進一步包括勵磁裝置，根據(jù)波浪的頻率自適應(yīng)地調(diào)整勵磁電流，使整個蛇形波浪能采集裝置的固有振動頻率與波浪頻率保持一致，從而使輸出的電能達到最大。
文檔編號H02J7/32GK102287310SQ20111020960
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者任龍, 劉祥建, 安興, 朱莉婭, 陳仁文 申請人:南京航空航天大學(xué)