CN102840295B - 采用弹簧组作为能量缓存和传递的能量转化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的漂浮在海面上的波浪能发电装置，发明的核心技术在于利用弹簧或弹簧组的扭转作用起到能量缓存和传递的功能，根据这一原理，设计并制造了一种新颖的能量缓存和传递装置，以这种装置作为核心组成部部件，开发出一种新型的波浪能发电装置。该波浪能发电装置是由浮筒和能量转换主体两大部分组成，能量转换主体中由能量接收齿轮系统，弹簧组储能及传输系统，齿轮调速系统，永磁发电机组成。由于弹簧组的有效储能性能，使得该波浪能发电装置对波浪能的吸收及转化的效率得到了显著提高，而且对海况的适应能力也得到了显著的提升，能量输出平稳可控。

Description

采用弹簧组作为能量缓存和传递的能量转化装置

技术领域

本发明设计一种波浪能的缓存、传递及转化为电能的装置。

背景技术

国家经济每年都在不断增速发展，与之相应，这种经济的增速发展必然导致对能量需求的增速，对电力需求的增加尤其明显。现有的发电方式主要包括火力发电、水电、核电等等，由于水电和核电的开发会受到许多客观条件的限制，在整个社会的发电量中的比例还比较小，火力发电在中国占有了80％以上的份额。但是由于火力发电需要消耗大量的化石燃料，同时带来大量的二氧化碳的排放和严重的环境污染。而且地球上化石燃料在不远的将来就会枯竭，人们必须尽快发展新的，清洁的，可再生的替代能源，以维持人类社会的及环境的健康发展。在这种背景之下，人们将注意力转向了风能和海洋能。海洋能蕴含在海洋的洋流和波浪之中，其中将波浪能转化为电能是一种非常有利用价值的清洁能源，这是因为波浪无处不在，而且蕴含能量丰富，是一种取之不尽，用之不竭的能量来源。目前，波浪能发电常常采用的方式有：1、将波浪能转化为液压能，推动与发电机相连接的涡轮机转动，进而使发电机转动发电。2、将波浪能转化为流动的压缩空气，推动与发电机相连接的涡轮机转动，进而使发电机转动发电。3、将波浪能转化为机械能，直接推动发电机转动发电。上述几种波浪能发电装置各有优缺点，都存在提高发电效率的需求。

发明内容

本发明设计了一个将波浪能转化为机械能，带动永磁发电机发电的波浪能发电装置，它可以克服类似装置对波浪能的吸收效率低，能量转换效率低，输出电能不平稳等缺点。

解决上述问题的技术方案如下：一种将海洋能、波浪能转换为机械能或者电能的装置，由浮筒、阻尼盘、能量缓存和传递系统，能量转化系统组成。这种漂浮在海面上的发电装置，在阻尼盘的作用下，可以使中间的发电装置保持相对稳定不动，套在外部的浮筒在海浪的作用下，相对于中间的发电装置作上下运动，产生的动能经外部能量传递杆带动能量接收齿轮盘系统转动，外部能量传递杆上面的两个单向转动的齿轮的作用，使得能量接收齿轮盘始终向一个方向转动，能量接收齿轮盘的转动，通过转动轴将能量传递给山弹簧组和能量传输齿轮盘构成的能量缓存和传递装置，这一能量缓存和传递装置能够高效吸收各种大小不同的输入能量，并且能过通过能量传输轮盘，在齿轮组调速装置的共同作用下将能量均匀地传输给永磁发电机，进而得到稳定输出的电能。

附图说明

图1：新型波浪能发电装置

图2：能量接收齿轮系统

图3：弹簧组能量缓存及传递系统

图中波浪能发电装置由如下结构单元构成：(1)浮筒，(2)浮筒导轨，(3)能量传递杆，(4)外部能量接收齿轮盘，(5)单向转动齿轮，(6)链条，(7)辅助轮盘，(8)外部能量接收齿轮盘转动轴，(9)弹簧组，(10)能量传输轮盘，(11)弹簧组外部连接框架，(12)传动带，(13)转速调节齿轮组，(14)转速调节齿轮组转轴，(15)发电机，(16)阻尼盘，(17)固定链条，(18)电缆，(19)锥形瓦。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方案作详细说明

本发明的设计的一种将海洋能、波浪能转换为机械能或者电能的装置(参见图1)，由浮筒(1)、阻尼盘(16)、能量缓存和传递系统，能量转化系统组成，其特征是：漂浮在海面上的发电装置，在阻尼盘(16)的作用下，可以使中间的发电装置保持相对稳定不动，在海浪的作用下，浮筒(1)相对于中间的发电装置作上下运动，产生的动能经能量传递杆(3)带动能量接收齿轮盘系统转动，由于能量传递杆(3)上面的两个单向转动的齿轮(5)的作用，能量传递杆(3)上下两个方向运动的时候，分别只有一个单相转动齿轮能够卡住链条(6)，带动链条运动，这种设计使得链条始终向一个方向转动，也使得能量接收外部能量接收齿轮盘(4)始终向一个方向转动(参见图2)，能量接收齿轮盘的转动，通过转动轴(8)将能量传递给由弹簧组(9)和能量传输齿轮盘(10)构成的能量缓存和传递装置(参见图3)，能量传输轮盘(10)通过齿轮组调速装置将动能传递给永磁发电机，最终将机械能转化为可以方便利用的电能。

本发明中设计的能量接收齿轮系统(参见图2)，由能量传递杆(3)，外部能量接收齿轮盘(4)，单向转动齿轮(5)，链条(6)，辅助轮盘(7)，外部能量接收齿轮盘转动轴(8)构成。能量传递杆(3)有两条，顶端连接浮筒(1)，接收浮筒上下运动产生的能量，能量传递杆的下端相连，并且有两个单向旋转的齿轮(例如设计为相同的顺时针方向转动)，这两个齿轮与跨过外部能量接收齿轮盘(4)和(7)的闭合链条(6)的两侧咬合，当能量传递杆(3)向下运动时，左侧的链条相对向上运动，就会带动左侧的齿轮向顺时针方向旋转，不会产生阻力，而右侧的链条会阻挡右侧的齿轮顺时针转动，所以右侧的齿轮就卡住链条，从而带动链条一起围绕轮盘作顺时针运动。当能量传递杆(3)向上运动时，左侧的齿轮卡住链条，带动链条运动，其结果也是使链条顺时针运动，因此，最终的结果是：不管能量传递杆(3)的运动是向上还是向下，链条的转动方向都始终是同一个方向。这一设计方法简化了后续的能量转化系统，提高了能量收集效率。

本发明设计的弹簧组能量缓存及传递系统(参见图3)，由外部能量接收齿轮盘(4)，外部能量接收齿轮盘转动轴(8)，弹簧组(9)，能量传输轮盘(10)，弹簧组外部连接框架(11)组成。能量接收系统得到外部的运动能量后，外部能量接收齿轮盘(4)带动齿轮盘转动轴(8)转动，将能量传递给弹簧组(9)，弹簧组(9)因此发生扭转，从而带动弹簧组外部连接框架(11)转动，因为能量传输轮盘(10)是与弹簧组外部连接框架(11)相连的，因而能量传输轮盘(10)随之而动，将能量传输给下游的能量转化装置。弹簧组的扭转，拉伸是一种能量缓存的过程，它的优点是当外界输入的能量过大(如大浪到来时)，下游能量转化能力不能匹配或滞后时，弹簧组通过扭曲，拉伸将能量缓存起来，在浪的低谷时释放出来。另外一种情况是外界输入能量很小时，达不到能量转化装置设计的最低输入能量，弹簧组可以起到累集能量的作用，当达到一定的能量后释放给能量转化设备。总而言之，这种弹簧组能量缓存和传递装置，扩大了波浪能发电装置的能量接收和利用的范围，使的能量的吸收和转化更为有效，同时也使得安装有这种弹簧组能量缓存和传递装置的波浪能发电装置对海况的适应能力增强。不仅如此，这一装置可以使传输给能量转化装置的能量更均匀，因而发电机产生的电流，电压都会更加稳定。这个弹簧组中的弹簧个数可以是1个，也可以是多个，弹簧的强度，尺寸可根据具体情况调整。弹簧组与外部能量接收齿轮盘转动轴(8)和弹簧组外部连接框架(11)之间采用倾斜连接的方式，即弹簧拉伸的方向与转动轴不是垂直的。每组弹簧之间由锥形瓦(19)隔离，锥形瓦的形状可以是标准的锥形，锥形的两条边也可以是有幅度的，总之，这种连接方式的目的是使得弹簧在扭转时不会发生弹簧自身或弹簧之间的缠绕。同时还可以延伸弹簧的拉伸距离。整个弹簧组能量缓存和传递装置的各种参数都可以根据具体情况调整。整个波浪能发电装置中可以有一个弹簧组能量缓存和传递装置，也可以有多个并联的或串联的，或者并联、串联同时存在的多个弹簧组能量缓存和传递装置，以求使能量的吸收和转化大到最佳效果。

总之，本发明设计的波浪能发电装置，具有吸收能量的范围更宽，收集能量的效率更高，对海况的适应能力更强，输出的电能更稳定等众多有点，这些优点决定了本发明公开的波浪能发电装置有着广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种弹簧组能量缓存和传递装置，由外部能量接收齿轮盘(4)、外部能量接收齿轮盘转动轴(8)、弹簧组(9)、弹簧组外部连接框架(11)和能量传输轮盘(10)组成；其特征为：外部的运动能量带动外部能量接收齿轮盘(4)转动，这种转动产生的力量通过外部能量接收齿轮盘转动轴(8)传递给弹簧组(9)，弹簧组(9)因此发生扭转，从而带动弹簧组外部连接框架(11)转动，因为能量传输轮盘(10)是与弹簧组外部连接框架(11)相连的，因而能量传输轮盘(10)随之而动，将能量传输给下游的能量转化装置；

所述弹簧组与外部能量接收齿轮盘转动轴(8)和弹簧组外部连接框架(11)之间采用倾斜连接的方式，每组弹簧之间由锥形瓦(19)隔离，弹簧组由一个或多个弹簧构成。

2.根据权利要求1所述的弹簧组能量缓存和传递装置，其特征在于，所述锥形瓦的纵向切面是标准的三角形，或是曲面构成的形状，其作用都是为了避免弹簧自身以及弹簧之间的缠绕，同时给予弹簧更长的拉伸距离。

3.根据权利要求1所述的弹簧组能量缓存和传递装置，其特征在于，能量传输轮盘(10)在能量缓存和传递装置中的弹簧组的中间，或在两端，只有一个或有一组；外部能量接收齿轮盘(4)在能量缓存和传递装置中弹簧组的中间，或在两端，只有一个或有一组。

4.一种将波浪能转换为机械能或者电能的装置，采用权利要求1-3中任一项所述的弹簧组能量缓存和传递装置。

5.一种单向转动能量接收齿轮系统，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的弹簧组能量缓存和传递装置，能量传递杆(3)通过两个单向转动齿轮(5)卡在跨过外部能量接收齿轮盘的链条(6)的两侧上，当能量传递杆(3)在波浪的作用下上下移动时，分别只有一个单向转动齿轮(5)能够卡住链条，带动链条移动，从而保证链条在任何时候都保持同一运动方向，带动外部能量接收齿轮盘(4)始终保持同一方向转动。

6.如权利要求5中所述单向转动能量接收齿轮系统，其特征在于，用于将波浪能转换为机械能或者电能的装置。

7.一种将波浪能转换为机械能或者电能的装置，由浮筒、阻尼盘、能量缓存和传递装置、能量转化系统组成，其特征是：浮筒(1)上下运动产生的能量经能量传递杆(3)以及权利要求5中所述的单向转动能量接收齿轮系统，传递给权利要求1-3中任一项所述的能量缓存和传递装置，再由能量传输轮盘(10)通过齿轮组调速装置传递给永磁发电机，将机械能转化为电能。