CN104454316B - 重锤式波力发电方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种重锤式波力发电方法及装置。该方法及装置是在浮动箱中间设置一个转动轴，在转动轴上连接一根垂直拨动杆，拨动杆的下端固定一个重锤，上端固连一条与若干驱动链轮和导向链轮啮合的链条环，浮动箱在波力和重力的作用下，使链轮沿链条向左或向右转动，驱动链轮的向左或向右转动，通过增速箱内的增速齿轮和双向摆动变单向旋转的传动机构，使发电机轴始终向一个方向旋转而发电。重锤式波力发电方法及装置的波能采集方法简单容易、能采集大量波能、能量转换率高、结构简单制造成本低、能长期免维修、使用寿命长、安全性好、联网能建成波力发电站，与当前的波力发电装置比较具有显著经济效益，具有广泛的商业应用前景。

Description

重锤式波力发电方法及装置

技术领域

本发明涉及是一种波力发电方法及装置。

背景技术

辽阔的海洋上，永不休止的波浪蕴藏着巨大的能量，以一立方米海水，在波力的作用下，在海面上一起一落，若平均波高为1.5米、周期按6秒计，能发出5KW的功率，如若能把这5KW的波能全部转化成电能，从一立方米的海水的波能一天能得到120度的电量。假设一户家庭每天用电量按6度计，可供20户的电能需求，由此可知波浪中蕴藏着巨大而廉价的再生能源，这种再生能源的可利用价值，不断激励人们努力探索各种波力发电方法和装置。

至今为止世界上已发表的有关波力发电方法和装置的专利和文献已有上千种，并已实施运行过的波力发电装置也有几十种，并且1992年联合国把海浪发电列在开发海洋再生能源的首位，可是至今为止在经济效益上，能够广泛进行商业运行，使人满意的波力发电方法和装置还没有出现，因此，能量密度远大于风能的波力发电技术，目前远落后于风力发电技术。

发明内容

本发明实现其发电方案是这样的，即提供一种重锤式波力发电方法和装置，其特征在于所说的重锤式波力发电方法的步骤是，在海面上用缆绳连接在锚座上的浮动箱中间位置上设置一个转动轴，在转动轴上连接一根垂直拨动杆，拨动杆能绕转动轴转动，在拨动杆的下端固定一个所需重量的重锤，在上端固连与若干驱动链轮和导向链轮啮合的一条链条环，驱动链轮的轴固定在增速箱里，固定在驱动链轮轴上的齿轮通过增速齿轮与发电机轴上固定的齿轮啮合。

海面上没有波浪浮动箱不摆动，重锤在重力作用下，使拨动杆始终处于垂直状态，当海面有波浪，假若链条环不与拨动杆上端固连，只与驱动链轮和导向链轮啮合没有其它约束，链条环就与固定在浮动箱构架上的驱动链轮和导向链轮一起，随浮动箱向左或向右上下摆动，而拨动杆在重锤的重力作用下， 处于垂直静止状态，但链条环与拨动杆上端固连，链条环被拨动杆约束，在重锤重力的反向力矩的作用下，链条环不能随浮动箱一起摆动，只能强迫使驱动链轮和导向链轮在链条环上，向左或向右方向转动。

驱动链轮的向左或向右的双向转动，通过固定在浮动箱体构架上的增速器内的增速齿轮和双向摆动变单向旋转的传动机构，使发电机转轴始终一个方向旋转，此时发电机轴上产生的额定扭矩通过链轮作用到链条环上，使拨动杆下端的重锤重心与额定扭矩的反方向偏离一个L距离，来平衡发电机的额定扭矩，使发电机按额定转数连续向一个方向旋转而发电，重锤重心偏移产生的重力扭矩，实际上也是与波力产生的扭矩平衡，这个L距离的偏移是与浮动箱左右摆动换向的同一瞬间产生，L距离的大小取决于发电机的额定驱动扭矩和重锤质量，L距离的缩短有利于浮动箱一次摆动行程中驱动链轮转动距离的增长。

驱动发电机发电的动力扭矩是波力产生的扭矩，收集到的波力扭矩的大小决定于浮动箱底面积大小和波浪高度，波力扭矩作用到发电机轴上克服发电机额定驱动力矩，但使要发电机轴转动，必须重锤的重力扭矩与波力扭矩同时产生，波力扭矩和重锤的重力扭矩能使发电机轴向左或向右反复转动，但不能使发电机正常发电，所以双向转动变单向旋转的传动机构的增速器是使发电机正常发电的必不可缺少的必要条件。

根据发电功率的大小，浮动箱内链条环中设置多个驱动链轮，每个驱动链轮轴上连接一个增速箱和发电机，具体设置的数量由装置要求的发电功率、重锤质量、浮动箱重量和浮动箱能采集到的波能大小来确定。

本发明的显著效益，首先波能采集的方法简单容易、能采集大量波能和能量转换率高；其二装置的结构简单，制造成本低；其三所有与发电关联的构件全部设置在密封的浮动箱内不与海水接触，没有被海水腐蚀和破坏的可能，对运动构件采取适当润滑措施能提高耐磨性，使维修简单或长期免维修使用寿命长耐久性好，能成为永久性装置；其四发电装置漂浮在海面，只要缆绳强度大于整个浮动箱的浮力，缆绳不能被狂浪拉断，装置不能受损，所以抗风暴能力 强、安全性好；其五本装置联网设置易于建成波力发电站，能获得更多的电能。

根据上述的显著效益，能够判断出本发明方法和装置，具有显著经济效益和广泛商业运行价值。

本发明与现今已实施的所有的波力发电方法和装置比较，其收集波能方法更为简单容易、能大量采集波能、能量转换效率高、耐久性好、使用寿命长、抗风暴能力强、安全性好、结构简单、制造容易和成本低，因而具有显著的经济效益和广泛的商业运行价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明详细进行说明，其中

图1和图2是本发明实施例的装置在波浪中摆动而发电的示意图。

图3是本发明实施例的装置结构的A-A向的前剖视图。

图4是本发明实施例的装置结构的B-B向的侧剖视图。

图5是本发明实施例的装置结构的C-C向的俯剖视图。

图6和图7是拨动杆与链条环固连的一种结构示意图。

图8是本发明实施例装置的双向摆动变单向旋转增速器的结构示意图。

图9是本发明实施例装置的链轮链条驱动机构，能用大齿轮和小齿轮机构取代的示意图。

图1为波浪作用下，浮动箱逆时针摆动的示意，图2是波浪作用下，浮动箱顺时针摆动的示意。

图3、图4和图5是重锤式波力发电装置的具体结构示意图，它是由1.浮动箱、2.双向摆动变单向旋转的增速器、3.发电机、4.驱动链轮、5.导向链轮、6.链条环、7.链条固定座、8.拨动杆、9.转动轴、10.重锤、11.缆绳和12.锚座构成。

图6和图7是链条环固连在拨动杆的结构，它是由6.链条环、7.链条固定座、13.链条压板和14.螺钉构成。

图8是双向摆动变单向旋转的增速器2，它是由4.驱动链轮、15.逆时针空转的棘齿轮、16.介齿轮、17.增速齿轮、18.顺时针空转的棘齿轮、19.增速齿 轮、20.增速齿轮、21.发电机轴齿轮、22.储能飞轮、I.驱动链轮轴、II.增速轮轴、III.介轮轴和IV.发电机轴构成。

具体实施方式

本发明最佳实施例的装置为图1、图2、图3、图4和图5所示，装置的主要设计依据是由平均波速计算出浮动箱摆动速度，根据波参数和要求的发电功率计算出浮动箱底面积、重锤质量和结构尺寸，所有与设计相关的参数和结构，均能根据现有的数学、物理及设计知识确定和设计。

图1和图2所示为海面上的浮动箱(1)是用缆绳(11)连接在锚座(12)上，在波浪上下起伏的作用下，浮动箱(1)在海浪的两倍波徒角α范围内向左或向右上下摆动，这时浮动箱(1)底面承受的波能全部转换成浮动箱的摆动动能，采集浮动箱的摆动动能的大小完全决定于浮动箱的底面积和波高，这是采集波能的最简单、直接和有效的方法。

在图3、图4和图5中，在浮动箱(1)的中间位置上设置一个转动轴(9)，在这个转动轴上连接一根拨动杆(8)，拨动杆(8)能绕转动轴(9)转动，拨动杆(8)的下端固定一个重锤(10)，拨动杆(8)的上端通过链条固定座(7)固连一条与若干驱动链轮(4)和若干导向链轮(5)相啮合的链条环(6)，在波力作用下，浮动箱(1)向左或向右摆动时，受拨动杆(8)下端的重锤(10)重力的约束，链条环(6)不能随着浮动箱(1)的左右摆动而移动，只能迫使驱动链轮(4)和导向链轮(5)沿着链条环(6)向左方向或向右方向转动，驱动链轮(4)的向左方向或向右方向的双向转动是通过固定在浮动箱(1)的构架上的双向摆动变单向旋转增速器(2)，使发电机(3)的转轴始终向一个方向旋转而发电，为了提高发电效率，采用外转子式风力发电机(3)，外转子上固连的储能飞轮(22)，能使浮动箱在向左或向右转换摆动方向瞬间，仍然能保持驱动发电机(3)轴的驱动能量，使发电机(3)发出的电压波形平滑。

图8所示，驱动链轮(4)的双向摆动变单向旋转的功能是采用朴承镐的“主动轴摆动变为被动轴单向旋转的传动机构”的专利技术(ZL01202356.6)中所述的说明书附图1或图2的实施例的结构来实现，本方案中采用附图2的 实施例，图8中驱动链轮(4)的轴(I)对应于上述专利说明书附图2中的主动轴(I)，增速轴(II)对应于被动轴(II)，在轴(I)上固定有一个带有棘爪结构的棘齿轮(15)和一个带有棘爪结构的棘齿轮(18)，棘齿轮(15)的外环按逆时针方向空转，棘齿轮(18)的外环按顺时针方向空转，在增速轮轴(II)上固定的增速齿轮(17)通过介齿轮轴(III)上的介齿轮(16)与轴(I)上的棘齿轮(15)啮合，在增速轮轴(II)上固定的增速齿轮(19)与轴(I)上的棘齿轮(18)直接啮合，当驱动链轮(4)的轴(I)按逆时针方向旋转时，棘齿轮(15)的外环空转，不能向介齿轮(16)和增速齿轮(17)传递扭矩，而棘齿轮(18)的外环逆时针转动，向增速齿轮(19)传递扭矩，使增速轮轴(II)向顺时针方向转动，当驱动链轮(4)的轴(I)按顺时针方向旋转时，棘齿轮(18)的外环空转，不能向增速齿轮(19)传递扭矩，而棘齿轮(15)外环向介齿轮(16)和增速齿轮(17)传递扭矩，使增速轮轴(II)向顺时针方向转动，所以不管驱动链轮(4)的轴(I)按逆时针或按顺时针转动，增速轮轴(II)始终向顺时针方向转动，因而增速轮轴(II)上的增速齿轮(20)使发电机轴(IV)上的发电机轴齿轮(21)始终向一个方向旋转，实现双向摆动变单向旋转的功能，使发电机(3)正常发电，发电机(3)需要的额定转速是通过各齿轮的齿数计算来确定。

图6和图7所示为拨动杆(8)的上端，通过链条固定座(7)、链条压板(13)和螺钉(14)固连一条链条环(6)。

图3、图4和图5所示的缆绳(11)的断裂强度大于浮动箱整体的浮力或设计超载脱离结构，就能保证装置在任何狂浪中的安全。

本发明方法的装置，也能采用如图9示的结构，在图3、图4和图5所示的实施例的结构中取消若干驱动链轮(4)、若干导向链轮(5)和链条环(6)，用一个大直径齿轮(23)和若干小驱动齿轮(24)取代，把链传动变成齿轮传动的结构，使得装配调试容易，传动效率提高，就当前技术而言，制造几米直径的齿轮的方案是可行的，但装置的制造成本将提高。

图3、图4和图5的装置结构中的相同的重锤机构设置多套，浮动箱的体积和重量增加不多，但能得到成倍数的发电量。

工业实用效果：

从本发明方法的装置结构中，很容易判断本发明的发电方法是至今所没有的创新技术，而且发电量、能量转换效率、安全性、使用寿命、制造成本和装置的设置等方面具有显著地优点，因此，本发明装置具有广泛商业运行的工业实用效果。

Claims (5)

1.一种重锤式波力发电方法,其特征在于包括一个漂浮在海面上的浮动箱（1）、缆绳(11)、锚座（12），在浮动箱（1）的中间位置上设置一个转动轴（9），在这个转动轴（9）上连接一根拨动杆（8），拨动杆（8）能绕转动轴（9）转动，拨动杆（8）的下端固定一个重锤（10），拨动杆（8）的上端通过链条固定座（7）固连一条与若干驱动链轮（4）和导向链轮（5）相啮合的链条环（6），在波力作用下，浮动箱（1）向左或向右摆动时，受拨动杆（8）的下端重锤（10）重力的约束，链条环（6）不能随着浮动箱（1）左右摆动而移动，只能迫使驱动链轮（4）和导向链轮（5）沿着链条环（6）向左或向右转动，驱动链轮（4）的向左或向右的双向转动是通过固定在浮动箱（1）的构架上的双向摆动变单向旋转增速器（2），使发电机（3）的转轴始终向一个方向旋转而发电，为了提高发电效率，采用外转子式风力发电机（3），外转子上固连的储能飞轮（22）使浮动箱向左或向右转换摆动方向的瞬间，仍然能保持驱动发电机（3）轴的驱动能量不变，使发电机（3）发出的电压波形平滑，驱动链轮轴（Ⅰ）的双向摆动，变为增速轮轴（Ⅱ）始终单向旋转的功能是在驱动链轮轴（Ⅰ）上固定有一个带有棘爪结构的第一棘齿轮（15）和一个带有棘爪结构的第二棘齿轮（18），第一棘齿轮（15）的外环按逆时针方向空转，第二棘齿轮（18）的外环按顺时针方向空转，在增速轮轴（Ⅱ）上固定的第一增速齿轮（17）通过介齿轮轴（Ⅲ）上的介齿轮（16）与驱动链轮轴（Ⅰ）上的第一棘齿轮（15）啮合，在增速轮轴（Ⅱ）上固定的第二增速齿轮（19）与驱动链轮轴（Ⅰ）上的第二棘齿轮（18）直接啮合，当驱动链轮（4）的驱动链轮轴（Ⅰ）按逆时针方向旋转时，第一棘齿轮（15）的外环空转，不能向介齿轮（16）和第一增速齿轮（17）传递扭矩，而第二棘齿轮（18）的外环逆时针转动，向第二增速齿轮（19）传递扭矩，使增速轮轴（Ⅱ）向顺时针方向转动，当驱动链轮轴（Ⅰ）按顺时针方向旋转时，第二棘齿轮（18）的外环空转，不能向第二增速齿轮（19）传递扭矩，而第一棘齿轮（15）外环向介齿轮（16）和第一增速齿轮（17）传递扭矩，使增速轮轴（Ⅱ）向顺时针方向转动，所以不管驱动链轮轴（Ⅰ）按逆时针或按顺时针转动，增速轮轴（Ⅱ）始终向顺时针方向转动，因而增速轮轴（Ⅱ）上的第三增速齿轮（20）使发电机轴（Ⅳ）上的发电机轴齿轮（21）始终向一个方向旋转，实现双向摆动变单向旋转的功能，使发电机（3）正常发电，发电机（3）需要的额定转速是通过各齿轮的齿数计算来确定。

2.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于它是由浮动箱（1）、双向摆动变单向旋转增速器（2）、发电机（3）、驱动链轮（4）、导向链轮（5）、链条环（6）、链条固定座（7）、拨动杆（8）、转动轴（9）、重锤（10）、缆绳（11）和锚座（12）构成发电装置，浮动箱（1）用缆绳（11）连接在锚座（12）上。

3.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于它是由第一棘齿轮（15）、第二棘齿轮（18）、介齿轮（16）、第一增速齿轮（17）、第二增速齿轮（19）、第三增速齿轮（20）和发电机轴齿轮（21）构成双向摆动变单向旋转的增速器（2），双向摆动变单向旋转的增速器（2）是固连在浮动箱的构架上。

4.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于链传动结构，用大齿轮（23）和小齿轮（24）结构取代，使装配调试容易和传动效率提高。

5.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于根据发电功率要求，同样的重锤机构设置多套，装置体积增加不多，能得到成倍数的发电量。