CN102269102B - 封闭式单向旋转波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封闭式单向旋转波浪能发电装置，主要用于对海洋波浪能发电。其结构包括封闭箱体，所述箱体内设有转盘、在转盘上设有带有弧度的封闭水银管，所述转盘安装在第一转轴上，第一转轴通过齿轮传动组件与定子绕组连接，所述定子绕组与永磁转盘相对应。本发明的波浪能发电装置在波浪中受到不稳定的冲击力产生摆动，导致水银管内的水银由于重力在封闭管流动。由于封闭水银管存在弧度和动量守恒作用，会使得转盘发生连续转动，从而带动定子绕组转动。本发明采用全封闭设计方式能有效解决传统波浪能发电装置开放式结构所引起的腐蚀、水生植物缠绕、贝壳类生物附着等难题。

Description

封闭式单向旋转波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及一种波浪能发电装置，属于水下海洋能研究领域。

背景技术

随着现代工业的发展，对能源的需求也日益增加。为此，人们不断探索和开发安全、清洁、且可再生的新能源。地球上海洋面积占72%，全世界理论上可再生的海洋能总量为766亿千瓦，技术允许利用功率为64亿千瓦，约为目前全世界发电机容量的2倍。其中，海洋波浪里的能量密度最高，约为20亿千瓦，比风里的能量高出约1000倍。另外，由于波浪是由风在长时间内产生，并在风平息后仍持续起伏变化，因此波浪发电在成本收益上有巨大的潜力。根据海洋观测资料统计，我国沿海海域年平均波高在2米左右，波浪周期平均6s左右，可开发利用的约5亿千瓦，开发潜力很大。

尽管海洋波浪能发展潜力巨大，然而人类对海洋能源的利用微乎其徽，并没有得到合理利用，其原因是波浪能难以掌控。现有的波浪能转换成电能通常需要经过三级转换：第一级为受波体，用以吸收波浪能；第二级为中间转换装置，它把吸收的波浪能转换为某种特定形式的机械能；第三级为发电装置，将机械能转化为稳定的电能。

目前已经有多种波浪能发电装置的设计，从吸收波浪能的结构形式来划分，有振荡水柱式、浮子式、摆式、点头鸭式、筏式、蚌式等。但是各种结构的发电装置都存在体积大、抗冲击能力差、功率密度低等缺陷。

波浪能系统最基本的要求是能发出电能，通过分析波浪能的特点发现实际中波浪并非理论上讲的水分子上下运动而宏观上简单的余弦运动，而实际上是水分子作椭圆形轨迹的运动，所以很多基于单纯上下运动的波浪能发电装置并不能发挥出理论上的发电效率。

发明内容

本发明针对现有技术能量转换装置中存在的体积大、抗冲击能力差、功率密度低及发电效率低等缺陷，而提供一种体积小、抗冲击能力强、功率密度高、发电效率高的封闭单螺旋波浪能发电装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：封闭式单向旋转波浪能发电装置，包括封闭箱体，其特征在于：所述箱体内设有转盘、在转盘上设有带有弧度的封闭水银管，所述转盘安装在第一转轴上，第一转轴通过齿轮传动组件与定子绕组连接，所述定子绕组与永磁转盘相对应。

所述转盘上均布有圆孔。

所述封闭水银管的弧度一致。

所述齿轮传动组件包括与转盘同轴的第一大齿轮、与第一大齿轮相啮合的第一小齿轮、与第一小齿轮同轴的第二大齿轮、与第二大齿轮相啮合的第二小齿轮及固定第二小齿轮的第二转轴，所述第一转轴与第二转轴在同一直线上，第二转轴与定子绕组连接。

所述第一小齿轮与第二大齿轮各为三个，均布在360度的圆周上。

所述封闭水银管内的水银充满整个长度的1/3---1/7。

本发明的有益效果，本发明的发电装置在波浪中受到不稳定的冲击力产生摆动，导致水银管内的水银由于重力在封闭水银管流动，由于封闭水银管存在弧度的以及动量守恒作用，会使得转盘发生转动，采用定子绕组和永磁转盘进行相对运动，通过切割磁力线产生电能。磁力线切割方式转动半径大，在较低转速下，与传统的发电机相比，可以产生相同的发电效果，即发电效率高。而且本发明的波浪能发电装置具有体积小、抗冲击能力强、功率密度高等优点。

另外，由于封闭水银管的一致性弧度，使得转盘的转动惯量方向保持一致，进而可以保证发出直流电，减少后续电能处理的工作。

本发明发电装置全封闭设计方式能有效解决传统波浪能发电装置开放式结构所引起的腐蚀、水生植物缠绕、贝壳类生物附着等难题。

本发明转盘的速度达不到发电机额定转速的要求时，可以通过设计两极齿轮加速系统实现加速，两极加速系统采用两轴，但两轴在同一直线上，此设计可以节约空间。传动过程中通过三个在360度上均匀分布的齿轮传动进行，此设计可以保证传动系统在转动惯量上均匀分布。

利用本发明的波浪能发电装置对海床基等离岸海洋观测设备和平台供电，是最直接可行的方案，可再生波浪能作为海洋观测设备的能源，延长观测设备的免维护使用周期，极大提高效率和使用寿命，满足了离岸海床基等设备的连续稳定供电需求，有巨大的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：为本发明波浪能发电装置外形结构示意图。

图2：为本发明发电装置去除箱体顶盖后的结构示意图。

图3：为本发明去除箱体后的结构示意图。

图4：为本发明发电装置侧面结构示意图。

图5：为本发明转盘及弧度封闭水银管结构示意图。

其中，附图中的标号说明如下：

1-箱体，2-转盘，3-封闭水银管，4-第一小齿轮，5-第一大齿轮，6-第一转轴，7-第二转轴，8-轴架，9-第二大齿轮，10-第二小齿轮，11-定子绕组，12-圆孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行具体分析和说明，本发明封闭式单向旋转波浪能发电装置，包括封闭箱体1，箱体的顶端为顶盖。所述箱体1内设有转盘2、在转盘2上设有带有弧度的封闭水银管3。所述转盘2安装在第一转轴6上，其中第一转轴6置于轴架8上，第一转轴6通过齿轮传动组件与定子绕组11连接，所述定子绕组11与永磁转盘相对应。

上述转盘2上均布有圆孔12，以调整转盘2本身的重量。

上述封闭水银管3的弧度一致。

上述齿轮传动组件包括与转盘2同轴的第一大齿轮5、与第一大齿轮5相啮合的第一小齿轮4、与第一小齿轮4同轴的第二大齿轮9、与第二大齿轮9相啮合的第二小齿轮10及固定第二小齿轮10的第二转轴7。所述第一转轴6与第二转轴7在同一直线上，定子绕组11安装在第二转轴7上，所述第一转轴6和第二转轴7置于轴架8上。

上述第一小齿轮4与第二大齿轮9各为三个，均布在360度的圆周上。

封闭水银管3内的水银充满整个长度的1/3--1/7，可以利用到水银的重量，并使水银有流动空间，最好是充满整个长度的1/5。

本发明的工作原理：本发明利用封闭水银管3中水银密度大、流动性好的特点，通过控制水银管弧度设计，实现转盘块的单向转动。通过弧形封闭水银管实现不平衡能量的吸收，并将这种不平衡借助水银的流动转化为转盘2的转动。转盘的转动带动齿轮传动组件上的第二转轴7转动，采用定子绕组和永磁转盘进行相对运动，通过切割磁力线产生电能。

当转盘2的速度达不到发电机额定转速的要求时，可以通过设计两极齿轮加速系统实现加速，两极加速系统采用两个转轴，即第一转轴6和第二转轴7，且两转轴在同一直线上，此种设计结构可以节约空间。传动过程中通过三个在360度上均匀分布的小齿轮进行，此种设计结构可以保证传动系统在转动惯量上的均匀分布。

本发明可以根据不同的海域波浪的特点，通过选用不同的圆弧度的封闭水银管可以达到最优状态，即发电效率最高。进一步，在封闭水银管弧度和长度一定的情况下，通过改变转盘2本身的重量也可以达到最优的转动惯量。在转盘上设有的多个均匀分布的圆孔12，通过圆孔大小的确定，可以得到适合不同波浪特点的最佳发电效率。

上述实施方式的描述，是本发明较佳的实施方式，但不能以此限定本发明的保护范围，但凡以此方式所做的变化及修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.封闭式单向旋转波浪能发电装置，其结构包括封闭箱体，其特征在于：所述箱体内设有转盘、在转盘上设有带有弧度的封闭水银管，所述转盘安装在第一转轴上，第一转轴通过齿轮传动组件与定子绕组连接，所述定子绕组与永磁转盘相对应，所述转盘上均布有圆孔，所述封闭水银管的弧度一致。

2.根据权利要求1所述的封闭式单向旋转波浪能发电装置，其特征在于：所述齿轮传动组件包括与转盘同轴的第一大齿轮、与第一大齿轮相啮合的第一小齿轮、与第一小齿轮同轴的第二大齿轮、与第二大齿轮相啮合的第二小齿轮及固定第二小齿轮的第二转轴，所述第一转轴与第二转轴在同一直线上，第二转轴与定子绕组连接。

3.根据权利要求2所述的封闭式单向旋转波浪能发电装置，其特征在于：所述第一小齿轮与第二大齿轮各为三个，均布在360度的圆周上。

4.根据权利要求1所述的封闭式单向旋转波浪能发电装置，其特征在于：封闭水银管内的水银充满整个长度的1/3---1/7。