本发明专利技术提供了一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置及发电方法，波浪能发电装置由机架、浮子、刚性杆、拉线式发电机、自适应双稳态机构、滑块构成；机架设置有一水平板并开设有条状孔，在条状孔一侧设置有滑轨；刚性杆一端铰接在浮子的顶部，另一端与拉线式发电机连接，该刚性杆穿过条状孔且两侧均设置有一组自适应双稳态机构；自适应双稳态机构包括弹性装置和辅助伸缩装置，弹性装置一端与刚性杆相连，另一端通过滑块与辅助伸缩装置相连，辅助伸缩装置的另一端固定在水平板上，滑块滑动安装在滑轨上。本发明专利技术引入双稳态机制，明显提升装置的能量效率和捕获频率带宽，增强装置对持续变化海况的适应性，保持一个较好的能量捕获状态。
【技术实现步骤摘要】
自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置及发电方法
本专利技术涉及洋流发电领域，具体涉及到一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置及发电方法。
技术介绍
传统浮子式波浪能发电装置的能量效率较低，针对此问题，目前有人提出通过主动控制提高效率的方法。比如运用传感器数据和智能算法预测波浪，在此基础上对线性发电装置施加主动控制，但由于传感器在海浪中的低可靠性和较高的维护成本以及波浪预测耗时长和偏差等原因，短期内很难在工程中得到应用并产生有益效果；另外有一种利用弹簧或磁铁等其他工具实现的双稳态能量捕获机制，一定程度上解决了传统线性波浪能发电装置的缺陷，增加在低频入射波时的能量捕获效率。但是当激励振幅较小时，这种双稳态机制会由于不能跨过势垒而进行井内运动，其效率相对线性装置反而降低。现有技术的缺点总结如下：针对装置的主动控制，由于对波浪进行预测需要额外的传感器，测量和分析仪器，对这些关键原件的可靠性依赖性比较大，对波浪时历预测的准确性比较敏感，在实际运用中会有很大的挑战；同时主动控制需要消耗大量电能，降低了装置的经济性。针对传统双稳态能量捕获机制，由于其势垒不变，在小幅值波浪下因发生势能井内运动而降低效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题主要如下：传统浮子式波浪能装置的能量捕获效率整体而言比较低：因为传统浮子式波浪能装置作为一种振动系统，有特定固有频率，而外界海浪持续变化，一旦外界波浪频率偏离装置固有频率，其效率显著降低。简单的来讲就是传统装置的能量捕获的频率带宽比较窄，对于外界持续变化的海况适应性差。本专利技术主要解决传统装置能量捕获频率带宽窄的问题，通过增加捕获频率带宽来改善装置对多种海况的适应性，并提高能量捕获效率。具体方案如下：一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置，所述波浪能发电装置由机架、浮子、刚性杆、拉线式发电机、自适应双稳态机构、滑块构成；所述机架设置有一水平板并开设有条状孔，在条状孔一侧设置有滑轨；所述刚性杆一端铰接在所述浮子的顶部，另一端与拉线式发电机连接，该刚性杆穿过条状孔且两侧均设置有一组自适应双稳态机构；所述自适应双稳态机构包括弹性装置和辅助伸缩装置，所述弹性装置一端与所述刚性杆相连，另一端通过滑块与辅助伸缩装置相连，所述辅助伸缩装置的另一端固定在水平板上，所述滑块滑动安装在所述滑轨上。进一步的，在水平板两端均设置有固定块，刚性杆两侧的自适应双稳态机构的一端固定在所述固定块上。进一步的，弹性装置为主弹簧，辅助伸缩装置为辅助弹簧或气缸。进一步的，拉线式发电机还配备有灯泡，所述灯泡为亮度可调的灯泡。进一步的，所述水平板两端还设置有竖直向下的稳定柱。进一步的，浮子的半球形浮子，且平坦的一面与刚性杆铰接连接。一种采用上述自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置进行发电的方法，浮子带动刚性杆运动并通过拉线式发电机进行发电；其中，所述刚性杆运动时，弹性装置的长度会随着所述刚性杆的运动幅度而变化，所述弹性装置的长度改变使所述滑块位置发生改变，所述辅助伸缩装置的长度也会随之改变，以调节势能阱能够适应波浪而改变势能阱。本专利技术的优点在于：(1)适应型双稳态机制能够大幅度提高装置的能量捕获效率和能量捕获频率带宽，增强对外界复杂多变海况的适应性；(2)适应型双稳态机制作为一种“固有控制”，能够实现与传统主动控制相同的调节装置运动相位的效果，但是不需要对波浪时历进行预测，增加了可靠性；(3)该装置能够自适应调节弹簧间距，从而自动调节势能阱高度，在小波浪幅值下也有很好的能量捕获效率；(4)引入负刚度，在给定海况下，可以减小装置尺寸来匹配外界波浪频率，降低成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置的结构图；图2示出了自适应双稳态机构的示意图；图3-4示出了新型自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置原理图；图5示出了自适应双稳态的三种平衡状态；图6a-6c为新型自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置发电时三种状态下的示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本专利技术的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。本专利技术提供了一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置，引入双稳态机制，明显提升装置的能量效率和捕获频率带宽，增强装置对持续变化海况的适应性，保持一个较好的能量捕获状态。创造性地通过辅助弹簧的设计使双稳态系统具备“自适应”特性，解决在低振幅激励下井内振荡引起的能量吸收率低的问题。具体方案如下：波浪能发电装置由机架6、浮子5、刚性杆1、拉线式发电机7、自适应双稳态机构、滑块3构成；机架6设置有一水平板60并开设有条状孔63，在条状孔63一侧设置有滑轨62；刚性杆1一端铰接在浮子5的顶部，另一端与拉线式发电机7连接，该刚性杆1穿过条状孔63且两侧均设置有一组自适应双稳态机构；自适应双稳态机构包括弹性装置2和辅助伸缩装置4，弹性装置2一端与刚性杆1相连，另一端通过滑块与辅助伸缩装置4相连，辅助伸缩装置4的另一端固定在水平板60上，滑块滑动安装在滑轨62上。在一可选的实施例中，在水平板60两端均设置有固定块61，刚性杆1两侧的自适应双稳态机构的一端固定在固定块61上。在一可选的实施例中弹性装置2为主弹簧，辅助伸缩装置4为辅助弹簧或气缸。在一可选的实施例中，拉线式发电机7还配备有灯泡9，灯泡9为亮度可调的灯泡。在一可选的实施例中水平板60两端还设置有竖直向下的稳定柱64，可以提高整体装置在洋流中漂流的稳定性，不易翻倒。同时，本专利技术还提供了一种采用上述自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置进行发电的方法，浮子5带动刚性杆1运动并通过拉线式发电机7进行发电。波浪来临时，浮子5主要在垂直于海平面的方向上运动，以此带动刚性杆1运动，进而带动发电装置7进行发电，完成波浪能向电能的转化。灯泡9的明暗程度可以来表征发电的效果，评价装置的效率。刚性杆1运动时，弹性装置2(即主弹簧)长度会随着刚性杆1的运动幅度(即波浪的幅度)变化。弹性装置2的长度改变时，滑块3的位置会随之改变，辅助伸缩装置4(即辅助弹簧)的长度也会随之改变。由于滑块3和机架6的限制，辅助伸缩装置4只能在水平方向运动。当弹性装置2长度和位置改变时，以弹性装置2和辅助伸缩装置4共线时为基准线，存在上、下两个位置使弹性装置2和辅助伸缩装置4处于原长，即装置处于稳定平衡状态；在基准线处装置处于不稳定平衡状态。辅助伸缩装置4可以随着波浪幅值的改变而改变长度，进而调节滑块间的距离，即调节势能阱，这使装置引入了适应型双稳态机制，能够适应波浪而改变势能阱，从而使装置在低幅值的波浪下仍然具有较高的效率。同时弹性装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述波浪能发电装置由机架(6)、浮子(5)、刚性杆(1)、拉线式发电机(7)、自适应双稳态机构、滑块(3)构成；所述机架(6)设置有一水平板(60)并开设有条状孔(63)，在条状孔(63)一侧设置有滑轨(62)；所述刚性杆(1)一端铰接在所述浮子(5)的顶部，另一端与拉线式发电机(7)连接，该刚性杆(1)穿过条状孔(63)且两侧均设置有一组自适应双稳态机构；所述自适应双稳态机构包括弹性装置(2)和辅助伸缩装置(4)，所述弹性装置(2)一端与所述刚性杆(1)相连，另一端通过滑块与辅助伸缩装置(4)相连，所述辅助伸缩装置(4)的另一端固定在水平板(60)上，所述滑块滑动安装在所述滑轨(62)上。
【技术特征摘要】
1.一种自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述波浪能发电装置由机架(6)、浮子(5)、刚性杆(1)、拉线式发电机(7)、自适应双稳态机构、滑块(3)构成；所述机架(6)设置有一水平板(60)并开设有条状孔(63)，在条状孔(63)一侧设置有滑轨(62)；所述刚性杆(1)一端铰接在所述浮子(5)的顶部，另一端与拉线式发电机(7)连接，该刚性杆(1)穿过条状孔(63)且两侧均设置有一组自适应双稳态机构；所述自适应双稳态机构包括弹性装置(2)和辅助伸缩装置(4)，所述弹性装置(2)一端与所述刚性杆(1)相连，另一端通过滑块与辅助伸缩装置(4)相连，所述辅助伸缩装置(4)的另一端固定在水平板(60)上，所述滑块滑动安装在所述滑轨(62)上。2.如权利要求1所述的自适应型双稳态浮子式波浪能发电装置，其特征在于，在水平板(60)两端均设置有固定块(61)，刚性杆(1)两侧的自适应双稳态机构的一端固定在所述固定块(61)上。3.如权利要求2所述的自适应型双稳态...
【专利技术属性】
技术研发人员：张显涛，肖龙飞，赵国成，蒋庆伟，陈诚，席常钦，李永才，张殊祺，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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