專利名稱：立體陣列式波能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，特別涉及一種海洋波能、風(fēng)能、水能及振動(dòng)能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
地球上海洋的波浪是一種蘊(yùn)藏著巨大的能量，人們不斷努力尋找各種各樣的方法，去開發(fā)這一巨大的再生能源而實(shí)踐探索，開發(fā)出多種類型的發(fā)電裝置。國內(nèi)外學(xué)者提出了多種海浪發(fā)電方式，大多利用各類機(jī)械裝置將海浪的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而由旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，或者使用直線電機(jī)將進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。但不管是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)還是直線電機(jī)，由于海浪運(yùn)動(dòng)速度較慢，發(fā)電機(jī)體積和質(zhì)量一般較大，制造成本較高，若使用傳統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行增速，增加發(fā)電機(jī)動(dòng)子速度，必然會(huì)帶來系統(tǒng)效率降低，需要定期維護(hù)等問題。風(fēng)力發(fā)電不需要燃料，不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染，是一種綠色、環(huán)保的發(fā)電方式?，F(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電裝置主要使用葉片型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)和鐵塔三部分。利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)車葉片造價(jià)高、易損壞，而且噪聲大、對(duì)各種鳥類構(gòu)成威脅，對(duì)環(huán)境有一定影啊。支撐鐵塔的成本也很高，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電一次性投資大，發(fā)電成本居高不下。大型風(fēng)力發(fā)電一般又遠(yuǎn)離用電地域，輸變電成本昂貴。同時(shí)在低于啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)無法工作，目前的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品在3級(jí)以下風(fēng)力時(shí)發(fā)電效果差甚至不能發(fā)電，空間利用率較差，增速部件耗能、使用方向性要求高,性價(jià)比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海洋波能、風(fēng)能、水能及振動(dòng)能發(fā)電裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種立體陣列式波能發(fā)電裝置，包括一個(gè)封閉的外殼(I)、多個(gè)空腔(2)、多個(gè)永磁體
(3)和多個(gè)線圈⑷；永磁體(3)各自位于一個(gè)封閉的空腔⑵中，永磁體(3)可以在空腔(2)中運(yùn)動(dòng)，空腔(2)和線圈⑷呈空間交錯(cuò)排列，對(duì)一個(gè)封閉的外殼⑴內(nèi)部空間的部分或者全部進(jìn)行填充，封閉的外殼(I)的內(nèi)空間大小應(yīng)能支持本裝置漂浮在水面上。裝置受外力作用，永磁體(3)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，周圍磁場發(fā)生變化，位于變化磁場中的線圈(4)通過電磁感應(yīng)原理對(duì)外輸出電能。作為進(jìn)一步的優(yōu)化，本發(fā)明還包括多個(gè)整流電路，各個(gè)線圈(4)的輸出端連接在整流電路的輸入端，各個(gè)整流電路的輸出的電能以并聯(lián)方式、或者串聯(lián)方式、或者混聯(lián)方式進(jìn)行匯聚。整流電路將線圈(4)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，有利于降低電能匯聚的難度。作為進(jìn)一步的優(yōu)化，各個(gè)線圈(4)及與之對(duì)應(yīng)整流電路等其他附屬電路固定在一個(gè)封閉的空腔中，空腔的尺寸與用以封裝永磁體(3)的空腔(2)基本一致。作為進(jìn)一步的優(yōu)化，每個(gè)永磁體(3)相鄰位置不存在另外一個(gè)永磁體(3)，這樣可以避免兩個(gè)永磁體(3)相互粘連，也有利于使各個(gè)線圈(4)所處位置的磁場強(qiáng)度最強(qiáng)。
本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特征:
1、海浪、風(fēng)能、水力、振動(dòng)能都是清潔能源，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)污染，是一種取之不盡的能源。2、本發(fā)明整體使用漂浮結(jié)構(gòu)，對(duì)海水深度不做要求，既可以部署在近海岸邊，又可以部署在遠(yuǎn)離海岸線的區(qū)域，施工容易、對(duì)環(huán)境破壞小。3、本發(fā)明不受海浪強(qiáng)度限制，轉(zhuǎn)換效率高，可充分地利用小、中、大海浪的波能發(fā)電。4、本發(fā)明可以用作風(fēng)力發(fā)電。在裝置上增加暴露在空氣中的固定葉片，即進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。該葉片主要用于增大風(fēng)阻，故而制作簡單，形狀靈活。風(fēng)力發(fā)電可以與海浪發(fā)電同時(shí)進(jìn)行，也可以單獨(dú)懸掛在風(fēng)口進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。5、本發(fā)明可以作為水力發(fā)電裝置使用，使用繩子牽引，讓本裝置潛浮在水中，通過水力沖擊，裝置將在繩子末端做不規(guī)則擺動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)部的永磁體(3)運(yùn)動(dòng)。不需要攔河造壩抬高水位，建設(shè)成本低，維護(hù)簡單，穩(wěn)定性高，對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有影響，不受地勢、水量等因素的限制。6、本發(fā)明可靠性高。裝置內(nèi)部包含多個(gè)獨(dú)立的微發(fā)電結(jié)構(gòu)體，既可以充分吸收能量，提高轉(zhuǎn)化效率，也同時(shí)增強(qiáng)中裝置的整體的可靠性，即便其中部分損壞，整個(gè)裝置仍能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化。7、裝置的腔體外殼，具備一定的抗沖擊和抗腐蝕老化能力，可以抵御高強(qiáng)度風(fēng)浪的沖擊。主要部件位于封閉腔內(nèi)，不受海水腐蝕危害,壽命長、建設(shè)和運(yùn)行成本低,且系統(tǒng)組成簡單、維護(hù)方便、能量轉(zhuǎn)化率高。8、裝置內(nèi)每個(gè)微發(fā)電結(jié)構(gòu)體都能對(duì)捕獲的能量，同時(shí)通過正壓電效應(yīng)和電磁感應(yīng)原理兩種方式轉(zhuǎn)化為電能，可發(fā)揮兩種能量轉(zhuǎn)化方式的優(yōu)勢，克服各自的不足，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，能量轉(zhuǎn)化效率高。9、該裝置根據(jù)發(fā)電功率的要求可以設(shè)計(jì)成大小不等的體積，可在單獨(dú)，也可以多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)置，建立一個(gè)大型發(fā)電廠，將可以發(fā)出巨大的電力，大大緩解能源緊缺狀況。10、該裝置可作為航標(biāo)燈等海洋儀器設(shè)備供電、也可以通過電纜輸送到海島或沿岸并網(wǎng)供電，還可用在偏遠(yuǎn)山區(qū)供電，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣。11、本發(fā)明可以用作裝飾品、玩具等用途，適當(dāng)改造可以作為家電小設(shè)備使用。例如，集成發(fā)光元件，可以作為臺(tái)燈使用；集成MP3，可以作為音樂播放器使用；可以作為手機(jī)充電器。12、本發(fā)明還可以為穿戴式設(shè)備供電，人在運(yùn)動(dòng)過程中，將導(dǎo)致發(fā)電裝置內(nèi)部的各個(gè)永磁體(3)運(yùn)動(dòng)，引發(fā)磁場發(fā)生變化，進(jìn)而輸出電能。


圖1為立體陣列式波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為內(nèi)部填充區(qū)剖面放大示意圖。圖3為單個(gè)發(fā)電單元整流后波形效果示意圖。圖4為多個(gè)發(fā)電單元整流后匯聚效果示意圖。圖5為一種并聯(lián)方式匯聚的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)的含義為(I)外殼，(2)空腔，(3)永磁體，(4)線圈
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，一種立體陣列式波能發(fā)電裝置，包括一個(gè)封閉的外殼(I)、多個(gè)空腔
(2)、多個(gè)永磁體(3)和多個(gè)線圈(4)。圖2是內(nèi)部填充區(qū)剖面放大示意圖。各個(gè)永磁體(3)各自位于一個(gè)封閉的空腔
(2)中，永磁體(3)可以在空腔(2)中運(yùn)動(dòng)，永磁體(3)磁力線可以自由穿過空腔(2)外殼，形成空間磁場分布?？涨虎坪途€圈⑷呈空間交錯(cuò)排列，對(duì)一個(gè)封閉的外殼⑴內(nèi)部空間的部分或者全部進(jìn)行填充，各個(gè)線圈(4)位于上述磁場當(dāng)中。封閉的外殼⑴的內(nèi)空間大小應(yīng)能支持本裝置漂浮在水面上。裝置受外力作用，永磁體(3)將隨隨之在各自的腔體中做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致各永磁體(3)的磁場分布情況作不規(guī)則變化。位于各永磁體(3)相鄰位置的各個(gè)線圈(4)恰好處于此不規(guī)則變化的磁場中，故而通過各個(gè)線圈(4)的磁通量將作不規(guī)則變化，依據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈(4)兩端將產(chǎn)生隨之變化感應(yīng)電動(dòng)勢。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還包括多個(gè)整流電路，各個(gè)線圈(4)的輸出端連接在整流電路的輸入端，各個(gè)整流電路的輸出的電能以并聯(lián)方式、或者串聯(lián)方式、或者混聯(lián)方式進(jìn)行匯聚，具體采用哪一種連接方式可根據(jù)對(duì)輸出電能的電壓和電流大小等要求來決定。整流電路將線圈(4)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，有利于降低電能匯聚的難度。不同線圈(4)間電能的匯聚將更為簡單，匯聚電路的結(jié)構(gòu)將更為簡單，連接線路更容易實(shí)現(xiàn)，裝置整體上更加簡潔。圖3是單個(gè)發(fā)電單元輸出電能，經(jīng)過整流后的波形效果圖。由于各個(gè)線圈(4)所處的磁場環(huán)境等諸多因素并不完全相同，故而各個(gè)發(fā)電單元輸出的電能信號(hào)的相位并不完全同步，幅值也會(huì)各有不同。若直接使用交流方式匯聚，同步問題難以處理。轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)以后，匯聚將變得十分簡單。圖4是多個(gè)發(fā)電單元輸出電能整流后進(jìn)行匯聚的波形效果圖。進(jìn)一步的，還可將各個(gè)線圈(4)及與之對(duì)應(yīng)整流電路等其他附屬電路固定在一個(gè)封閉的空腔中，空腔的尺寸與用以封裝永磁體(3)的空腔(2)基本一致。該空腔可以起到保護(hù)作用，同時(shí)因?yàn)槌叽缫恢?，也有利于填充部署過程中實(shí)現(xiàn)線圈(4)和永磁體(3)的相隔排列。各個(gè)線圈(4)各自獨(dú)立，分別通過電磁感應(yīng)原理對(duì)外輸出電能。各自獨(dú)立工作，既可以充分吸收能量，提高轉(zhuǎn)化效率，也同時(shí)增強(qiáng)中裝置的整體的可靠性，即便其中部分損壞，整個(gè)裝置仍能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化。各個(gè)線圈(4)輸出的電能后經(jīng)過整流后的還可以進(jìn)行濾波，以進(jìn)一步改善其直流特征。必要時(shí)還可以進(jìn)行變壓操作。可以使用橋式整流電路完成整流，使用RC濾波電路完成濾波，這些都是公知的技術(shù)，其中橋式整流電路還可以使用集成芯片，以減少體積和提高性能。各個(gè)線圈(4)輸出的電能，經(jīng)過整流和濾波后，可以進(jìn)行匯聚，所有這些多個(gè)發(fā)電單元電能匯聚方式可以是串聯(lián)方式，也可以是并聯(lián)方式，還可以是混聯(lián)方式，不論采取何種聯(lián)接方式實(shí)現(xiàn)匯聚，都應(yīng)該對(duì)各個(gè)發(fā)電單元采取一定的保護(hù)措施，以防止反充電或者反向回流而對(duì)各個(gè)發(fā)電單元造成損害。經(jīng)過匯聚后的電能可以經(jīng)過變換后直接輸出，也可以存儲(chǔ)到儲(chǔ)能設(shè)備之中，如圖5所示，該電路片段中發(fā)電單元以并聯(lián)方式聯(lián)接，圖中的二極管為防反充肖特基二極管，能有效防止電池組對(duì)前向電路反充電。在填充過程中，盡可能使永磁體(3)和線圈(4)在三個(gè)維度上均相隔排列，即每個(gè)永磁體(3)相鄰位置不存在另外一個(gè)永磁體(3)，這樣可以避免兩個(gè)永磁體(3)相互粘連，有利于避免粘連對(duì)磁場變化造成影響，也有利于使各個(gè)線圈(4)所處位置的磁場強(qiáng)度最強(qiáng)。永磁體(3 )推薦使用球狀的結(jié)構(gòu)，空腔(2 )的內(nèi)部形狀也推薦使用球狀結(jié)構(gòu)，這樣更利于永磁體(3)的運(yùn)動(dòng)，永磁體(3)在空腔(2)中沿平衡位置做諧振，可將運(yùn)動(dòng)時(shí)間保持得更長。另外使用球狀這類對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，永磁體(3)運(yùn)動(dòng)更自由，的磁場方向變化將更容易實(shí)現(xiàn)，有利于提高磁場強(qiáng)度變化的幅度和頻率。空腔(2)的外殼采用采用球狀結(jié)構(gòu)，也有利于提高其抗沖擊能力，延長使用壽命。
本發(fā)明可用作海浪發(fā)電裝置，讓本裝置通過自身浮力漂浮在海面上。本發(fā)明裝置隨海浪做搖擺，帶動(dòng)內(nèi)部的永磁體(3)在各自的空腔(2)中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生變化磁場，位于變化磁場中的線圈(4)可以利用電磁感應(yīng)原理輸出電能。本發(fā)明不受海浪強(qiáng)度限制，轉(zhuǎn)換效率高，可充分地利用小、中、大海浪的波能發(fā)電。本發(fā)明的外殼可以充當(dāng)保護(hù)外殼，起到抗風(fēng)浪沖擊的作用。
本發(fā)明還可作為水力發(fā)電裝置使用。此時(shí)可以直接部署內(nèi)陸的河流中，可以將本裝置的通過繩子牽引潛浮在水中，在水流沖擊力和浮力的共同作用下，裝置將成斜向潛浮在水中，從而增大水阻。水流直接沖擊在外殼上，因?yàn)槭芰Σ黄胶?，裝置將在牽引繩的尾端做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)各個(gè)空腔(2)中的永磁體(3)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，使得周圍的磁場發(fā)生變化，位于變化磁場中的線圈(4),通過電磁感應(yīng)原理對(duì)外輸出電能。相對(duì)于傳統(tǒng)的水輪式水力發(fā)電裝置，本裝置作為水力發(fā)電裝置使用時(shí)不需要攔河造壩抬高水位，建設(shè)成本低，維護(hù)簡單，穩(wěn)定性高，對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有影響，不受地勢、水量等因素的限制。本發(fā)明還可作為風(fēng)力發(fā)電裝置使用，在外殼上固定一個(gè)到多個(gè)風(fēng)葉，用以提高風(fēng)阻，風(fēng)力作用在風(fēng)葉，由于受力不平衡，裝置將產(chǎn)生擺動(dòng)，位于裝置各個(gè)空腔(2)中的永磁體(3)也發(fā)生運(yùn)動(dòng)，通過電磁感應(yīng)原理從各個(gè)線圈(4)上對(duì)外輸出電能。相對(duì)于傳統(tǒng)的風(fēng)輪式風(fēng)力發(fā)電裝置，本裝置作為風(fēng)力發(fā)電裝置使用時(shí)建設(shè)成本低，噪聲低，維護(hù)簡單，穩(wěn)定性高，對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有影響，不受風(fēng)速大小等因素的限制。本發(fā)明可用作振動(dòng)能發(fā)電，如直接放置在車船上，獲取振動(dòng)能發(fā)電。本發(fā)明可靠性高。裝置內(nèi)部包含多個(gè)獨(dú)立的微發(fā)電單元，既可以充分吸收能量，提高轉(zhuǎn)化效率，也同時(shí)增強(qiáng)中裝置的整體的可靠性，即便其中部分損壞，整個(gè)裝置仍能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化。本發(fā)明根據(jù)發(fā)電功率的要求可以設(shè)計(jì)成大小不等的規(guī)模，可在海面上單獨(dú)設(shè)置，也可以多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)置，建立一個(gè)大型發(fā)電廠，將可以發(fā)出巨大的電力，大大緩解能源緊缺狀況。該裝置可作為航標(biāo)燈等海洋儀器設(shè)備供電、也可以通過電纜輸送到海島或沿岸并網(wǎng)供電，還可以用在偏遠(yuǎn)山區(qū)供電，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣。本發(fā)明還可以為穿戴式設(shè)備供電，人在運(yùn)動(dòng)過程中，將導(dǎo)致發(fā)電裝置內(nèi)部的各個(gè)永磁體(3)運(yùn)動(dòng)，引發(fā)磁場發(fā)生變化，進(jìn)而輸出電能。以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種立體陣列式波能發(fā)電裝置，其特征在于，包括一個(gè)封閉的外殼(I)、多個(gè)空腔(2)、多個(gè)永磁體(3)和多個(gè)線圈⑷；所述的永磁體(3)各自位于一個(gè)封閉的空腔(2)中，永磁體(3)可以在空腔(2)中運(yùn)動(dòng)，所述的空腔(2)和線圈(4)呈空間交錯(cuò)排列，對(duì)一個(gè)封閉的外殼⑴內(nèi)部空間的部分或者全部進(jìn)行填充，所述的封閉的外殼⑴的內(nèi)空間大小應(yīng)能支持本裝置漂浮在水面上。
2.如權(quán)利要求1所述的立體陣列式波能發(fā)電裝置，其特征在于，還包括多個(gè)整流電路，各個(gè)線圈(4)的輸出端連接在整流電路的輸入端，各個(gè)整流電路的輸出的電能以并聯(lián)方式、或者串聯(lián)方式、或者混聯(lián)方式進(jìn)行匯聚。
3.如權(quán)利要求1所述的立體陣列式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的線圈(4)及整流電路等其他附屬電路固定在一個(gè)封閉的空腔中，空腔的尺寸與用以封裝永磁體(3)的空腔(2)基本一致。
4.如權(quán)利要求1所述的立體陣列式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的每個(gè)永磁體(3)相鄰位置不存在另外一個(gè)永磁體(3)，這樣可以避免兩個(gè)永磁體(3)相互粘連，也有利于使各個(gè)線圈(4)所處位置的磁場強(qiáng)度最強(qiáng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立體陣列式波能發(fā)電裝置，包括一個(gè)封閉的外殼(1)、多個(gè)空腔(2)、多個(gè)永磁體(3)和多個(gè)線圈(4)；所述的永磁體(3)各自位于一個(gè)封閉的空腔(2)中，永磁體可以在空腔(2)中運(yùn)動(dòng)，所述的空腔(2)和線圈(4)呈空間交錯(cuò)排列，對(duì)一個(gè)封閉的外殼(1)內(nèi)部空間的部分或者全部進(jìn)行填充，所述的封閉的外殼(1)的內(nèi)空間大小應(yīng)能支持本裝置漂浮在水面上。本發(fā)明可以用作風(fēng)力、水力、海浪和振動(dòng)能發(fā)電裝置，部署簡單，成本低廉，應(yīng)用范圍極廣。
文檔編號(hào)H02K35/02GK103199667SQ201310078198
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者張平, 沈新秀, 張秋平 申請(qǐng)人:張平