CN106704087B - 撞击式波浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种撞击式波浪发电装置。包括至少两个发电单元，发电单元包括漂浮物以及与漂浮物连接撞击轨道，撞击轨道上设有沿轨道滑动的撞击件，撞击轨道的至少一端设有发电机，发电机为在撞击件撞击下发电的压电发电机或直线发电机，相邻两个发电单元之间活动连接，发电单元之间活动连接，保证发电单元之间即可通过相互拉扯增加彼此的摆动能量，同时又可相对独立运动进行发电工作，提高波浪能收集效率，本装置结构简单，对于制造、安装以及后期的维修维护均比较方便，而且装置均由常规结构和常规加工方法制作，成本低廉，实用性强。

Description

撞击式波浪发电装置

技术领域

本发明涉及一种撞击式波浪发电装置。

背景技术

随着传统原油、煤矿的开采使用，环境污染问题越来越严重，为了缓解环境压力，解决传统能源逐渐枯竭的问题，新能源的开发十分必要。全球可利用的波浪能达到20亿千瓦，比目前世界发电总量还多，我国拥有广阔的海洋资源，波浪能在沿海地区十分丰富，是一种可再生的清洁能源，取之不尽、用之不竭。因此，亟需一种结构简单、成本低廉、使用方便且收集波浪能比较高效的波浪发电装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、使用方便且收集波浪能比较高效的撞击式波浪发电装置。

为实现上述目的，本发明撞击式波浪发电装置采用如下技术方案：

技术方案1：撞击式波浪发电装置包括至少两个发电单元，发电单元包括漂浮物以及与漂浮物连接撞击轨道，撞击轨道上设有沿轨道滑动的撞击件，撞击轨道的至少一端设有发电机，所述发电机为在撞击件撞击下发电的压电发电机或直线发电机，相邻两个发电单元之间活动连接。

技术方案2：在技术方案1的基础上，所述相邻两个发电单元通过连接两个发电单元的漂浮物的连接件活动连接。

技术方案3：在技术方案2的基础上，所述连接件能够伸缩。

技术方案4：在技术方案3的基础上，所述连接件为弹簧。

技术方案5：在技术方案1-4任意一项的基础上，撞击式波浪发电装置还包括一端与所述发电单元连接、另一端相对陆地固定的拉线。

技术方案6：在技术方案5的基础上，所述拉线的一端通过锚固定于海底。

技术方案7：在技术方案6的基础上，所述拉线的长度不小于海底到最高涨潮水面之间的距离。

技术方案8：在技术方案6或7的基础上，所述拉线上串连有拉伸弹簧。

技术方案9：在技术方案5的基础上，撞击式波浪发电装置的前、后两端均连接有所述拉线，拉线分别从前、后两个方向对其拉拽。

技术方案10：在技术方案9的基础上，撞击式波浪发电装置的前、后两端的拉线均有两条，且两条拉线分别从左、右两个方向对其拉拽。

技术方案11：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述发电单元还包括直筒，直筒的圆柱形内壁构成所述撞击轨道，所述撞击件为球体。

技术方案12：在技术方案11的基础上，所述撞击轨道靠近两端部的轨道内壁上设有防止撞击件在轨道一端上升到最高点之前下滑的防滑层。

技术方案13：在技术方案11的基础上，所述漂浮物将直筒密封包裹在漂浮物内部。

技术方案14：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述压电发电机或直线发电机与撞击件之间还设有将来自撞击件的撞击力传递给压电发电机或直线发电机的受撞件。

技术方案15：在技术方案14的基础上，所述受撞件上还连接有提供朝向撞击件的作用力的复位弹簧。

本发明撞击式波浪发电装置的有益效果：采用本发明的撞击式波浪发电装置，在波浪起伏的波峰和波谷的作用下，由于发电单元连接在一起时，其长度可能较长，在波浪力作用下多个发电单元的运动方向可能不一致，会导致发电单元之间的连接部件受扭力或弯力等，相邻两个发电单元之间采用活动连接，保证发电单元之间即可通过相互拉扯增加彼此的摆动能量，同时又可相对独立运动进行发电工作，提高波浪能收集效率，也使发电单元运动更灵活。本装置采用压电发电机或直线发电机进行发电，发电单元之间活动连接，不仅结构简单，对于制造、安装以及后期的维修维护比较方便，而且装置均由常规结构和常规加工方法制作，成本低廉，实用性强。

进一步地，发电单元之间的活动连接是通过两个发电单元的漂浮物之间的连接实现的，由于漂浮物比较大，且直接裸露，使得活动连接的连接点的设置位置及连接方式均比较方便。

进一步地，两个发电单元之间的连接体可以伸缩，使得当两个发电单元因波浪、海啸或者海风等因素导致彼此之间拉扯时，通过可伸缩的结构使得两者之间距离可以适当调整，从而从一定程度上防止相邻两个发电单元之间因相互位置变动而导致两者之间连接件的损坏。

进一步地，连接件采用弹簧，可在两个发电单元之间因猛烈拉扯或撞击时提供缓冲作用力，避免连接件的损坏。

进一步地，拉线的设置可对发电装置进行限位牵扯，防止发电装置随波浪飘离原来的位置而造成与发电装置相连的电线被扯断等风险。

进一步地，通过锚的方式可使撞击式发电装置的应用范围不受海岸的限制，无需紧靠海岸也可实现固定，可将发电装置安置在远离海岸的地方，提高其适用性。

进一步地，拉线的长度应足够长，以免在涨潮时因水面上升而将拉线拉断或将锚拉起等弊端。

进一步地，拉伸弹簧的设置可在拉线被拉伸时吸收拉伸力并在水位上升过多时延长拉线的长度，保证拉线的安全使用。

进一步地，分别从两个方向拉拽可防止发电装置随海面上的漩涡等打转，造成拉线被扭断的情况。

进一步地，通过四根拉线对本装置进行牵拉，不仅使发电装置不容易随漩涡旋转，还加强了拉线的整体牵引强度。

进一步地，设置直筒，直筒的圆柱形内壁构成导轨，导轨中设置球体作为撞击件，结构简单、撞击效率高且方便密封，球体作为撞击件具有滚动灵活、摩擦力小的特性。

进一步地，防滑层设置在靠近轨道两端的位置，当波浪带动直筒摇摆时，直筒的一端上升，在直筒一端上升的过程中，可能会出现撞击件提前下落的情况，即在直筒的一端上升至最高点之前，撞击件即会开始下落，使得上升过程的后半段能量无法得到利用，通过防滑层的设置，使得在直筒一端上升的过程中，为撞击件提供一个减缓其下落的摩擦力，以防止撞击件过早下落造成能量利用率不高的问题，撞击件在下落过程中通过防滑层后，摩擦阻力瞬间减小，撞击件的势能即可得到迅速释放，从而得到更大的撞击能量。

进一步地，直筒设置在漂浮物内部，漂浮物不仅使直筒漂浮、带动直筒运动，而且可防水并对直筒进行防碰撞等保护；直筒本身可以密封也可不密封，可降低直筒密封带来的额外的成本。

进一步地，由于撞击件长时间直接撞击压电发电机或直线发电机时很可能造成压电发电机或直线发电机的损坏，通过在撞击件和压电发电机等之间设置受撞件直接承受冲击力，会在一定程度上提高压电发电机或直线发电机的使用寿命。

进一步地，复位弹簧可使受撞件自动回位且具有缓冲和储能作用。

附图说明

图1为本发明撞击式波浪发电装置的具体实施例结构示意图；

图2为图1中发电单元的结构示意图；

图3为图1中直筒及其内的部件的结构示意图；

图4为直筒安装在漂浮物外部的结构示意图；

图5为具有充气式漂浮物的发电单元的结构示意图；

图6为球形漂浮物的结构示意图；

图7为漂浮物中安装两个发电单元的结构示意图；

图8为漂浮物外部安装两个发电单元的结构示意图；

图9为漂浮物外部安装三个发电单元的结构示意图；

图10为直筒中不设置复位弹簧的结构示意图；

图11为直筒中不设置受撞件的结构示意图；

图12为撞击件的另一种实施例结构示意图；

图13为图12中不设置受撞件和复位弹簧的结构示意图；

图14为发电单元的另一种实施例结构示意图；

图15为发电单元及其内防滑层的结构示意图；

图中：1-发电单元，11-漂浮物，12-直筒，121-防滑层，13-撞击件，131-滚珠，14-受撞件，15-复位弹簧，16-压电发电机或直线发电机，17-固定体，2-拉线，21-弹簧，3-锚，4-软连接，5-电线，6-波浪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明撞击式波浪发电装置的具体实施例：如图1至图15所示，撞击式波浪发电装置包括多个采用撞击原理发电的发电单元1，多个发电单元1之间采用软连接4活动连接，以使活动更灵活，本实施例的软连接4采用弹簧，利用弹簧的伸缩性满足发电单元之间的位移要求，通过弹簧的弹性作用力提供的缓冲作用，实现对发电单元之间拉扯、撞击作用力的缓冲。在其他实施例中，软连接4也可替换为铰链、活动链条、钢索等活动铰接部件，也可替换为伸缩软体、伸缩筒等，采用伸缩筒是需要通过铰接方式与伸缩筒连接。如图1所示，发电单元1有5个，依次串连在一起，呈蛇形分布，每个发电单元1发电的电路可以串联或并联连接，并最终通过电线5导出，电能经现有技术的整流装置和汇流装置等处理后即可进行后续利用，整流和后续电能的处理为现有技术，不再赘述。在其他实施例中，发电单元1连接方式可以是并联为两路或多路，或者首尾连接为圆形。

如图1所示，发电装置的各发电单元1相连后，通过连接在首尾的四条拉线2及拉线2端部的锚3将发电装置相对陆地限位，撞击式波浪发电装置的前、后两端的拉线3均有两条，且两条拉线3分别从左、右两个方向对其拉拽，通过前后左右四个方向的拉拽，不仅使发电装置不容易随漩涡旋转，还加强了拉线3的整体牵引强度。在其他实施例中，当发电装置位于岸边时，也可通过将拉线2拴在岸边的拴柱上的方式对发电装置限位，当然，也可不设置拉线，而是通过在水面上设置限位浮标的方式将发电装置圈在一定区域内；拉线与发电单元的连接位置可以根据需要灵活调整，拉线2的数量也可根据需要调整，可设置多根拉线以提高拉线的连接强度，也可仅在两端各设置一根拉线，当然在拉线2强度足够情况下可仅设置一根。

拉线2上串连有弹簧21，以起到缓冲和延长拉线2的作用。在其他实施例中，弹簧21串接在拉线2上的位置可自由调整，甚至可以不设置弹簧21，此时拉线2应采用具有弹性的材质制成。拉线2的长度应不小于海底到最大涨潮水面的距离，以保证涨潮时拉线2的长度足够长。

如图2所示，发电单元1包括密封的漂浮物11和设在漂浮物11内部的直筒12，直筒12的内腔中设有撞击件13，撞击件13为球体，直筒12的两端均设有压电发电机或直线发电机16，直筒12在随漂浮物11运动时带动其内腔中的撞击件13运动，从而撞击两端的压电发电机或直线发电机16，实现发电。在其他实施例中，也可不设置直筒，而是在密封的漂浮物内部设置由多根平行并呈正多边形布置的直杆围成的撞击轨道，使球体在该撞击轨道上滚动以撞击两端的压电发电机或直线发电机发电。

直筒12的内腔为圆柱形，该圆柱形的内腔即为球体形的撞击件13的撞击轨道，以便于内部的球体在其内滚动时更方便。在其他实施例中，内腔也可设置成横截面为矩形、三角形或者其他形状，依然不会影响其内球体的滚动。如图9所示，直筒12的外部形状为矩形，以方便其在漂浮物11上的固定，在其他实施例中，直筒可以是圆筒，也可以为方筒或者其他多边形筒，甚至可以是异形筒等，筒内的导轨可以是直导轨，也可以是弧形导轨。

漂浮物11为密封的矩形壳体，内部具有固定直筒12的固定体17，其可固定和保护直筒12。在其他实施例中，如图5和6所示，漂浮物11的形状可以为圆筒体、球体、胶囊状、三角锥体等等；漂浮物11可以由硬质材质制成，也可由软质材料制成，使用时将其内部充满气体即可，如图5所示。

如图15所示，直筒12的内腔靠近两端附近设有由防滑膜组成的防滑层121，防滑层121紧贴撞击件13的滑动或滚动轨道的内壁设置，防滑层121可对经过它的撞击件13施加一个额外的摩擦力，从而减缓撞击件13的滑动速度，防止直筒12一端（也即是轨道的一端）上升至最高点之前撞击件13提前下落导致直筒12一端上升的后半段能量得不到利用，通过防滑层的设置使得在直筒12一端上升期，撞击件13因重力下落时受到防滑层121的阻碍而减缓下落速度，以便于进一步积攒势能，待积攒够足够势能时下落通过了防滑层121，势能瞬间释放，得到较大的撞击能量。

直筒12通过固定体17安装在漂浮物11内部，直筒12可以不进行密封。在其他实施例中，如图4、8和9所示，直筒12也可安装在漂浮物11外部，如漂浮物11上部，此时必须保证直筒12的水密封性能；如图14所示，直筒12也可安装在两个漂浮物11之间，即每两个漂浮物11对应一个直筒12，形成一个发电单元，发电单元之间再采用软连接4连接。在其他实施例中，漂浮物11上设置的直筒12的数量也不限于一个，也可设置两个或三个等，如图7-9所示，图7中为在漂浮物11内部设置两个并列的直筒12及直筒12内相应的发电部件，图8为在漂浮物11外部设置两个上下并列的直筒12及其内部的发电部件，图9为在漂浮物11外部水平方向并列设置三个直筒12及其内部的发电部件等。

图2中压电材料为压电陶瓷，在其他实施例中，压电材料也可使用压电晶体、非晶体类压电聚合物以及半晶体类压电聚合物；压电材料也可替换为直线发电机进行发电，直线发电机可以采用永磁直线发电机或直线感应发电机等，永磁直线发电机可以是筒状永磁直线发电机，采用直线发电机时，发电机的活动部件在撞击件13撞击下运动产生电流，活动部件上可设置复位弹簧15对其进行复位。

图2所示，在撞击件13与压电发电机之间还设有受撞件14，受撞件14为耐撞击材料制成的板或活塞，其可在直筒12的内腔自由小阻力滑动，将来自撞击件13的冲击力传递给其后的压电发电机或直线发电机16，其设置可降低压电材料受磨损程度，进而提高压电材料的使用寿命，当然，在其他实施例中，也可不设置受撞件14，直接由撞击件13撞击压电发电机或直线发电机16即可，如图11和13所示。

受撞件14与直筒12端部内壁之间设有复位弹簧15，使得受撞件14可以在撞击结束后自动回复原位置，当然，在其他实施例中，也可不设置复位弹簧15，如图10、11和13所示。

本发明撞击式波浪发电装置在使用时：多个发电单元1串联或并联在一起，连接处采用软连接4，各个发电单元1的所产生的电能经整流器等处理后通过导线并联或串联方式导流至一端的电线5，并随电线5导出；多个发电单元1通过拉线2拴在岸边或通过拉线2和锚3定位在海上，在波浪6无休止的运动下持续发电；当水位上涨或发电装置随波漂流时，会对拉线2进行拉扯，由于拉线2的长度设置较长且拉线2上串连有弹簧21，可对拉力有一定缓冲作用，提高拉线2使用寿命。

在其他实施例中，撞击件13也不仅仅只能是球体，也可替换为如图12和13所示的结构，包括矩形或圆柱形的撞击件13及滚动安装在撞击件13与直筒12内壁之间的滚珠131，撞击件13可随滚珠131的滚动而运动，实现对受撞件14或压电发电机、直线发电机的撞击。

在其他实施例中，压电发电机可通过弹簧与直筒连接，球体直接撞击压电发电机，并将压电发电机朝向压缩弹簧的方向运动，并使压电发电机的压电材料变形而产生电能。

Claims (12)

1.撞击式波浪发电装置，其特征在于：包括至少两个发电单元，发电单元包括漂浮物以及与漂浮物连接的撞击轨道，撞击轨道上设有沿轨道滑动的撞击件，撞击轨道的至少一端设有发电机，所述发电机为在撞击件撞击下发电的压电发电机或直线发电机，相邻两个发电单元之间活动连接；所述发电单元还包括直筒，直筒的圆柱形内壁构成所述撞击轨道，所述撞击件为球体；直筒安装在两个漂浮物之间，每两个漂浮物对应一个直筒形成一个发电单元。

2.根据权利要求1所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述相邻两个发电单元通过连接两个发电单元的漂浮物的连接件活动连接。

3.根据权利要求2所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述连接件能够伸缩。

4.根据权利要求3所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述连接件为弹簧。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：撞击式波浪发电装置还包括一端与所述发电单元连接、另一端相对陆地固定的拉线。

6.根据权利要求5所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述拉线的一端通过锚固定于海底。

7.根据权利要求6所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述拉线的长度不小于海底到最高涨潮水面之间的距离。

8.根据权利要求6或7所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述拉线上串连有拉伸弹簧。

9.根据权利要求5所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：撞击式波浪发电装置的前、后两端均连接有所述拉线，拉线分别从前、后两个方向对其拉拽。

10.根据权利要求9所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：撞击式波浪发电装置的前、后两端的拉线均有两条，且两条拉线分别从左、右两个方向对其拉拽。

11.根据权利要求1-4任意一项所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述压电发电机或直线发电机与撞击件之间还设有将来自撞击件的撞击力传递给压电发电机或直线发电机的受撞件。

12.根据权利要求11所述的撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述受撞件上还连接有提供朝向撞击件的作用力的复位弹簧。

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