CN106837672B - 一种摆动撞击式波浪发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摆动撞击式波浪发电装置。包括漂在水面的漂浮基架，还包括至少一个与漂浮基架铰接并能够在波浪推动撞击下沿其铰轴摆动的漂浮体，漂浮体上设有至少一个发电单元，发电单元包括导轨，导轨上设有沿导轨滑动的撞击件，导轨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。利用漂浮基架对漂浮体进行支撑，并使漂浮体可相对于漂浮基架自由摆动，此结构保证了漂浮体的摆动十分灵活、灵敏，从而提高波浪能的收集效率，在波浪力作用下，漂浮体即可绕漂浮基架上的铰轴自由摆动从而带动导轨上的撞击件撞击压电发电机或直线发电机发电，通过简单的结构实现有效的能量回收，成本低廉、实用性强。

Description

一种摆动撞击式波浪发电装置
技术领域
本发明涉及一种摆动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摆动撞击式波浪发电装置。
为实现上述目的，本发明摆动撞击式波浪发电装置采用如下技术方案：
技术方案1：一种摆动撞击式波浪发电装置，包括漂浮在水面上的漂浮基架，还包括至少一个与漂浮基架铰接并能够在波浪推动撞击下沿其铰轴摆动的漂浮体，漂浮体上设有至少一个发电单元，发电单元包括导轨，导轨上设有沿导轨滑动的撞击件，导轨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。
技术方案2：在技术方案1的基础上，摆动撞击式波浪发电装置还包括一端与漂浮基架连接、另一端相对陆地固定的拉线。
技术方案3：在技术方案2的基础上，所述拉线的一端通过锚固定于海底。
技术方案4：在技术方案3的基础上，所述拉线上设有漂浮物。
技术方案5：在技术方案2-4任意一项的基础上，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6：在技术方案2-4任意一项的基础上，所述拉线上串连有拉伸弹簧。
技术方案7：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述漂浮基架包括框架和设在框架上的支撑浮体，框架上具有供所述漂浮体铰接的横梁。
技术方案8：在技术方案7的基础上，所述框架上于横梁的两侧分别并列间隔设置有对漂浮体进行挡止限位的限位梁。
技术方案9：在技术方案7的基础上，所述支撑浮体的长度沿竖向方向延伸。
技术方案10：在技术方案7的基础上，所述框架为柔性框架。
技术方案11：在技术方案7的基础上，所述横梁有多个，多个横梁依次首尾连接形成多边形。
技术方案12：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述发电单元包括直筒，直筒的圆柱形内壁构成所述导轨，所述撞击件为球体。
技术方案13：在技术方案12的基础上，所述导轨靠近两端部的导轨上设有防止撞击件在导轨一端上升到最高点之前下滑的防滑层。
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。
本发明摆动撞击式波浪发电装置的有益效果：采用本发明的摆动撞击式波浪发电装置，通过在漂浮基架上设置可以摆动的漂浮体，并在漂浮体上设置撞击发电的发电单元，利用漂浮基架对漂浮体进行支撑，并使漂浮体可相对于漂浮基架自由摆动，这种结构保证了漂浮体的摆动十分灵活、灵敏，从而提高波浪能的收集效率，在波浪力作用下，漂浮体即可绕漂浮基架上的铰轴自由摆动从而带动导轨上的撞击件撞击压电发电机或直线发电机发电，通过简单的结构实现有效的能量回收，成本低廉、实用性强。
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，使用漂浮物平衡拉线的重量，当拉线较长、重量较重时尤其重要，可有效防止落潮时因拉线松弛而一部分落在海底导致拉线对漂浮体的拉力比涨潮时拉线对漂浮体的拉力大，造成漂浮体吃水深度不同，影响漂浮体的正常摆动的情况。
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，框架的横梁的设置用于供漂浮体铰接，同时横梁结构可方便漂浮体的摆动，使漂浮体摆动更加灵活。
进一步地，框架上限位梁的设置可防止漂浮体绕横梁旋转时旋转过度或旋转至漂浮体翻转向下所导致的漂浮体无法继续正常发电的问题，为保证漂浮体在正常范围内摆动的必要结构。
进一步地，支撑浮体竖向设置使漂浮基架不容易翻转，稳定性更佳。
进一步地，框架设置成柔性框架可提高框架抗击风浪的能力，在风浪较大时通过自身的变形抵抗风浪的挤压、拉扯等作用力，较之刚性框架更具坚韧性。
进一步地，横梁数量设置多个可保证一套漂浮基架能够同时带动多个发电单元发电，多个横梁之间围成多边形的布置方式使得无论哪个方向的波浪对漂浮基架撞击，均有相应方向的漂浮物可以跟随该波浪摆动，进一步提高波浪能的利用效率。
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，防滑层设置在靠近导轨两端的位置，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，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为本发明摆动撞击式波浪发电装置的实施例1结构示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为图1中发电单元的结构示意图；
图4为本发明摆动撞击式波浪发电装置的实施例2中发电单元的结构示意图；
图5为本发明摆动撞击式波浪发电装置的实施例3中发电单元的结构示意图；
图6为本发明摆动撞击式波浪发电装置的实施例4中发电单元的结构示意图；
图7为本发明摆动撞击式波浪发电装置的实施例5中发电单元的结构示意图；
图中：1-发电单元，11-支撑浮体，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，17-固定体，2-拉线，21-拉伸弹簧，3-锚，6-波浪,7-限位梁，8-横梁，9-铰轴，10-漂浮体。
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。
本发明摆动撞击式波浪发电装置的具体实施例1：如图1至图3所示，摆动撞击式波浪发电装置包括漂浮在水面上的漂浮基架和与漂浮基架铰接并能够在波浪6推动撞击下沿铰轴9摆动的漂浮体10，漂浮体10的内部通过固定体17固定有发电单元1，发电单元1包括直筒12，直筒12的圆柱形内壁形成导轨，导轨上设有撞击件13，撞击件13为球体，在导轨的两端，也即是直筒12内腔的两端壁上设有由压电材料作为主发电元件的压电发电机16，漂浮基架上连接有拉线2，拉线2通过另一端的锚3将漂浮基架相对于海底或陆地固定。漂浮基架包括框架和设在框架上的支撑浮体11，框架上设有横梁8，漂浮体10铰接在横梁8上。
如图1和2所示，漂浮基架上的框架是由型材焊接而成的矩形框，矩形框的中间设有一根横梁8，横梁8与矩形框的前后两边梁并列间隔设置，该前后的两边梁构成对漂浮体10限位的限位梁7，可防止漂浮体10在大风浪下过度翻转造成的损坏装置的安全事故。
支撑浮体11为圆柱状的空心壳体，有四个，分别固定在框架的四个角处，且支撑浮体11的长度方向沿竖向延伸，以便保证框架不容易翻转，更加稳定。
漂浮体10为呈中间低、两边高的月牙状的空心壳体，其下部中间位置通过铰接轴铰接在横梁8的中间，铰接轴的轴线与横梁8的轴线平行，以保证漂浮体10沿前后方向摆动，并被前后两侧的限位梁7限位。漂浮体10整体密封，以将直筒12密封在其内，对直筒12进行防水、防尘以及防撞击等保护。
直筒12通过固定体17固定在漂浮体10的内腔中，且直筒12的长度沿漂浮体10的摆动方向延伸，直筒12为具有圆柱形内腔的空心壳体结构，内腔的两端的内壁上安装有压电材料制成的压电发电机16，圆柱形内腔内设有撞击件13，用于撞击压电发电机16而发电，撞击件13为球体，圆柱形轨道为球体的导轨，球体的直径略小于圆柱形内腔的直径，在波浪力作用下，直筒12随漂浮体10摆动，直筒12内的撞击件13即可在圆柱形内腔中来回滑动以撞击两端的压电发电机16发电。撞击件13可以根据需要采用钢材或者合金材料制成。
如图3所示，在导轨的两头位置附近，即靠近压电发电机16的直筒12的内部上分别设有两个圆筒状的防滑层121，用来增大经过它的撞击件13的摩擦力，避免球体跟随直筒12的一端上升到最高点之前而提前下落，通过防滑层121的摩擦阻碍作用，使得球体在经过防护层时下落缓慢，为势能的积攒创造时间，以便提高波浪能的利用效率，防滑层121是由粘贴在直筒12内壁上的防滑膜构成。压电发电机16是由压电陶瓷作为主要压电材料制成的，可将来自撞击的能量转换为电能。
在压电发电机16的受撞部位与撞击件13之间还设有受撞件14，用来承受撞击件13的直接撞击并将撞击力传递给压电发电机16，可有效保护压电发电机16不会受到撞击件13的直接撞击而磨损或损坏，提高压电发电机16的使用寿命。受撞件可采用橡胶垫制成，具有缓冲和传递力的作用，当然也可在刚性的受撞件与压电发电机之间增设一层橡胶垫。受撞件14与压电发电机16之间还设有提供给受撞件14朝向撞击件13的作用力的复位弹簧15，可对受撞件14提供回复力，并且具有缓冲和储能的作用，在波浪6较大时可有效保护受撞件14、压电发电机16不会因撞击件13的动量太大造成撞击部件的损坏。复位弹簧15一端连接在受撞件14上、另一端连接在直筒12两端的内壁上，长度沿直筒12的轴向延伸。
框架的四个角上分别连接有拉线2，拉线2由钢索或钢丝绳制作而成，其上串接有拉伸弹簧21，以便于在水位变化时提供必要的伸缩量以及在大风浪对漂浮基架的框架造成较大冲击时可通过拉伸弹簧21进行缓冲和保护，拉线2上还设有漂浮物，用来平衡拉线2的重量，保证拉线2的重量不会对漂浮体10的吃水深度造成影响，即不会在落潮时因拉线2自身下半部松弛拖在海底造成拉线2因重力变小施加给漂浮基架的重力变小，从而导致漂浮基架上的漂浮体10吃水深度变浅，使漂浮体10无法正常工作的问题。
拉线2的下端通过锚3将框架相对于陆地（海底）固定，锚3的安放位置使拉线2可分别从矩形框的对角线对应的四个方向对漂浮基架进行拉拽，以便于漂浮基架的位置稳定在海面一定范围内，且不会因海水涡流的影响而导致拉线2之间的缠绕、扭断等。拉线2的长度至少大于海底到最高涨潮位的高度，以便涨潮时漂浮基架不会将会沉入水中。
上述的发电机产生的电能均需经过整流装置整流后经过电线传输到汇流装置，整流和后续电能的处理为现有技术，不再赘述。
本发明的摆动撞击式波浪发电装置在使用时：通过牵引线拴在岸边的固定柱的方式可实现本装置在岸边的安装，当本装置在远离岸边的海中使用时，通过四个锚3及四根拉线2分别从四个方向将框架拉住，并且需要保证在海水涨潮时漂浮基架依然处于水面之上，将铰接在框架的横梁8上的漂浮体10上的电线与整流器、转换接收器等元器件连接即可完成安装；发电时，波浪6来回撞击漂浮体10，使漂浮体10绕铰轴9前后摆动，漂浮体10内的直筒12跟随同步摆动，直筒12内的撞击件13在圆柱形的导轨上来回滚动从而撞击直筒12两端的压电发电机16进行发电，本装置通过拉线2将漂浮基架相对于海底固定，将漂浮体10铰接在框架上，漂浮体10可在波浪6推动下自由、灵活摆动，发电效率高。
实施例2：如图4所示，与实施例1的主要区别在于直筒内也可不设置复位弹簧15，使撞击件直接撞击压电发电机。
实施例3：如图5所示，与实施例2的主要区别在于直筒内也可不设置受撞件14，直接由撞击件13撞击压电发电机16。
实施例4：如图6所示，与实施例1的主要区别在于，撞击件13也可替换为圆柱体形状配合滚珠的形式，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。
实施例5：如图7所示，与实施例4的区别在于其直筒12中可以不设置受撞件14和复位弹簧15，直接撞击压电发电机16发电。
实施例6：压电发电机的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；压电发电机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撞击下运动产生电流，活动部件上可设置复位弹簧对其进行复位。
实施例7：导轨的两端可均设置由压电材料制成的压电发电机，也可在导轨的两端均设置直线发电机，当然也可以在导轨的两端分别设置压电发电机和直线发电机，甚至可仅在导轨的一端设置压电发电机或者直线发电机，当采用直线发电机时，直线发电机的活动杆与受撞件连接，撞击件撞击受撞件时带动活动杆向远离撞击件的方向运动以切割磁感线发电，撞击后通过复位弹簧推动受撞件复位以带动活动杆向靠近撞击件的方向运动并切割磁感线。
实施例8：当发电装置位于岸边时，也可通过将拉线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。
实施例9：拉线与发电单元的连接位置可以根据需要灵活调整，拉线的数量也可根据需要调整，可设置多根拉线、两根拉线，在拉线强度足够情况下可仅设置一根。
实施例10：拉伸弹簧串接在拉线上的位置可自由调整，甚至可以不设置拉伸弹簧，此时拉线应采用具有弹性的材质制成。
实施例11：漂浮体的形状可以为三角锥体、纺锤体等。
实施例12：漂浮体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。
实施例13：直筒的内腔的横截面可为矩形或三角形，依然不会影响其内球体的滚动。
实施例14：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。
实施例15：直筒也可安装在漂浮体外部，如漂浮体上部，此时必须保证直筒水密封。
实施例16：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。
实施例17：横梁上铰接的漂浮体的数量也不限于一个，可以设置多个并列的漂浮体，漂浮体上设置的直筒的数量也不限于一个，也可设置两个或多个，多个发电单元之间电路可以采用串联或并联的方式连接。
实施例18：横梁的数量也不限于一根，也可有两根，两根横梁可成角度或者并列设置，当横梁有三根以上时，可将横梁依次首尾连接形成一个多边形，横梁上铰接的漂浮体在摆动时相互应不干涉设置，横梁所围成的多边形的内周和外周处均设置有限位梁，以对绕横梁摆动的漂浮体进行限位。
实施例19：漂浮基架上的支撑浮体的数量和布置位置还有多种方式，如采用一个矩形的支撑直接固定在框架上，或者在框架的四周的梁上间隔一定距离设置多个小的支撑浮体。
实施例20：支撑浮体的长度也可不沿竖向延伸，可以水平延伸。
实施例21：漂浮基架的框架与支撑浮体可以是一体式结构，即将框架做成漂浮式框架。
实施例22：框架也可采用软性的钢丝绳制作而成，相应地需要使拉线和支撑浮体从不同方向对框架进行拉紧操作，钢丝绳结构可具有更强的抵抗风浪拉扯撞击的能力。
实施例23：也可在原有刚性框架上设置活动连接件或软连接件实现框架的各个杆之间的连接，这种结构不仅具有一定的刚性，而且还可具有一定的柔性，以提高抗击风浪的性能。
实施例24：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 (14)

1.一种摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：包括漂浮在水面上的漂浮基架，还包括至少一个与漂浮基架铰接并能够在波浪推动撞击下沿其铰轴摆动的漂浮体，漂浮体上设有至少一个发电单元，发电单元包括导轨，导轨上设有沿导轨滑动的撞击件，导轨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，所述漂浮基架包括框架和设在框架上的支撑浮体，框架上具有供所述漂浮体铰接的横梁。
2.根据权利要求1所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：摆动撞击式波浪发电装置还包括一端与漂浮基架连接、另一端相对陆地固定的拉线。
3.根据权利要求2所述的摆动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。
4.根据权利要求3所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述拉线上设有漂浮物。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的摆动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。
6.根据权利要求2-4任意一项所述的摆动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。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述框架上于横梁的两侧分别并列间隔设置有对漂浮体进行挡止限位的限位梁。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述支撑浮体的长度沿竖向方向延伸。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述框架为柔性框架。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述横梁有多个，多个横梁依次首尾连接形成多边形。
11.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述发电单元包括直筒，直筒的圆柱形内壁构成所述导轨，所述撞击件为球体。
12.根据权利要求11所述的摆动撞击式波浪发电装置，其特征在于：所述导轨靠近两端部的导轨上设有防止撞击件在导轨一端上升到最高点之前下滑的防滑层。
13.根据权利要求1-4任意一项所述的摆动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。
14.根据权利要求13所述的摆动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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