CN107269457A - 船舶用振荡浮板波浪能转化装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置，包括能量俘获系统和能量提取系统，能量俘获系统包括顶部板、弹性部件和下浮板，能量提取系统包括三相异步发电机、条状齿构件、主动齿轮和从动齿轮。本发明还提供了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置的制造方法。根据本发明，可以提供结构简单、效率高且装卸方便的波浪能转化系统。

Description

船舶用振荡浮板波浪能转化装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种波浪能发电装置和方法，尤其涉及一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置及其制造方法。

背景技术

近年来，低碳经济及绿色发展成为全球各行各业关注的焦点，而且航运业已经成为仅次于道路交通业的第二大主要污染物(NO_x、SO_x以及PM)和CO₂的排放源。在船舶上如何利用新能源来代替老式能源，加快发展清洁能源技术，大力开发清洁能源，是未来船舶发展的首要课题和必然趋势。

目前新型清洁能源主要包括太阳能、风能、波浪能和潮汐能等。波浪能是最清洁的可再生资源，它的开发利用将大大缓解矿物能源逐渐枯竭的危机，改善由于燃烧矿物能源对环境造成的破坏。目前，海洋能的利用集中在波浪能发电方面，小型波浪能发电装置主要用于航标灯或小型灯船，直接将波浪能应用到船舶推进装置的研究很少。

题为“一种利用波浪能的联合动力船舶”的公开号为CN103482050A的中国专利公开申请中公开了一种采用柴油机发动螺旋桨并利用海洋波浪能驱动喷水推进器的联合动力船舶，其在船舶(主船)的基础上进行改装，通过连接构件连接辅船，辅船和主船的相对转动吸收波浪能转化为液压能，起到了消耗波浪能的作用，但是各部件的结构、连接方式和制作工艺复杂，而且辅船会形成较大的阻力。

题为“一种波浪能推进的无人船舶”的公开号为CN105799903A的中国专利公开申请中公开了一种波浪能推进无人船舶，该无人船舶的艇体和两个翼片连接，翼片位于船体下方并浸没在水下，两个倾斜的翼片在波浪的推动下给了船体一个前进的力，会推动船体前进，同时第二个倾斜的翼片带动推板使与其连接的液压缸所伸缩运动储存能量。但是该无人船舶的波浪能利用效率不高。

目前的现有技术中主要是在主船体上安装波浪能采集装置，这样会对船体自身的形成产生较大的影响。而且目前也没有利用船体本身结构收集波浪能推进船舶的相关技术。

发明内容

本发明的目的在于利用安装在船体的波浪能转化装置的特性，使该波浪能转化装置充分发挥比现有波浪推进装置效率更高的优势，将波浪能采集系统这种庞大的海工设备运用到了船舶推进上且结构简单装卸方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置及其制造方法。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置，所述波浪能转化装置包括能量俘获系统和能量提取系统，

所述能量俘获系统包括顶部板、弹性部件和下浮板，

所述顶部板为船舶的船体底部，或者所述顶部板固定安装至船舶的船体底部；

所述弹性部件的一端固定至所述顶部板；以及

所述下浮板与所述弹性部件的另一端固定连接，并且下浮板的位置被调整为浸没于水面，

所述能量提取系统包括三相异步发电机、条状齿构件、主动齿轮和从动齿轮：

所述三相异步发电机固定于所述顶部板；

所述条状齿构件固定至所述下浮板上；

所述主动齿轮与所述条状齿构件的齿状部分相啮合；以及

所述从动齿轮安装于所述三相异步发电机的转轴上，并且所述从动齿轮与所述主动齿轮相啮合，

其中，当波浪使所述下浮板进行运动时，通过所述弹性部件的作用使得所述下浮板进行上下摆动，从而带动所述下浮板上固定的所述条状齿构件进行上下移动，通过所述条状齿构件与所述主动齿轮的啮合以及所述主动齿轮和所述从动齿轮的啮合，所述三相异步发电机的转轴进行转动，从而进行发电。

根据本发明的一个方面，所述能量提取系统还包括齿轮支架，

所述主动齿轮通过支撑轴安装于所述齿轮支架，以便绕所述支撑轴进行自由转动，

所述齿轮支架的一端固定连接至所述顶部板，并且所述条状齿构件嵌套于所述齿轮支架的另一端内，以通过所述齿轮支架来限制所述条状齿构件的水平位移，从而保证所述条状齿构件与所述主动齿轮的啮合度；

根据本发明的又一方面，所述能量提取系统还包括电机支架，所述三相异步发电机通过所述电机支架固定于所述顶部板。

根据本发明的又一方面，所述条状齿构件、所述主动齿轮、所述从动齿轮、所述三相异步发电机、所述齿轮支架和所述电机支架作为一套发电装置，所述波浪能转化装置设置有两套所述发电装置，以下浮板的对角线的交点为中心点，两套所述发电装置对称分布。

根据本发明的又一方面，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧的数量为四个，所述四个弹簧的两端分别固定于所述顶部板和下浮板的长度方向的左右两端。

根据本发明的又一方面，所述条状齿构件固定至靠近所述下浮板的长度方向的左右两端的位置处。

根据本发明的又一方面，所述齿轮支架呈L形，所述L形的两端分别固定于所述顶部板和嵌套有所述条状齿构件，所述主动齿轮的支撑轴设置于所述L 形的中部。

根据本发明的又一方面，所述能量提取系统由水密的橡胶气囊包围。

根据本发明的又一方面，所述条状齿构件的上端还设置限位部件，所述限位部件的宽度大于所述条状齿构件的宽度。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置的制造方法，所述制造方法包括：

提供顶部板和下浮板；

将电机支架固定连接于所述顶部板，将三相异步发电机连接至所述电机支架；

将从动齿轮安装于所述三相异步发电机的转轴上；

将齿轮支架的一端固定连接至所述顶部板；

将主动齿轮通过转轴固定于所述齿轮支架，并且使所述主动齿轮和所述从动齿轮相啮合；

将条状齿构件嵌套于所述齿轮支架的另一端，以通过所述齿轮支架来限制所述条状齿构件的水平移动，并且使得所述条状齿构件的齿状部分与所述主动齿轮相啮合；以及

将弹性部件的一端固定连接至所述顶部板，将所述弹性部件的另一端固定连接至所述下浮板。

与现有技术相比，本发明至少提供了以下有益效果。

船舶用振荡浮板波浪能转化装置将不改变船体自身结构，保证了船体的结构强度和航行性能。该波浪能转化装置充分发挥比现有波浪推进装置效率更高的优势，将下浮板在波浪中振荡运动的动能采集起来，用于船舶的推进系统，作为船舶推进系统的辅助能量，且本装置结构简单装卸方便。进一步地由于波浪能转化装置的外置独立性，一艘船舶可根据布局优化装配多个波浪能转化装置，增加波浪能的采集效率。波浪能转化装置可以进行集成制造，对产品型号、尺寸、规格可按照不同系列做批量生产。整个波浪能转化装置易于检修，更换，维护实用性更强。

附图说明

图1是本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的立体示意图。

图2是本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的船宽方向上观看的结构示意图。

图3是图2的A-A方向得到的本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的剖面图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施方式，对本发明进行进一步的说明。

图1示意性地示出了本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的立体图，图2为本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的船宽方向上观看的结构示意图。图3是图2的A-A方向得到的本发明实施方式的船舶用振荡浮板波浪能转化装置的剖面图。本发明的船舶用振荡浮板波浪能转化装置包括能量俘获系统和能量提取系统。

如图1和2所示，能量俘获系统包括顶部板1、弹性部件2和下浮板3。

顶部板1可以是船舶的船体底部，或其他合适的船体部位。顶部板1可以为长方形的平板，可以固定安装至船舶的船体底部，或者固定于船舶的其他合适船体部位。

下浮板3可以是长方形的平板，该平板的长宽比优选为4∶1。根据船舶航行状态，使得下浮板3浸没于水面中，以接收波浪能。

弹性部件2优选为螺旋弹簧，本领域的技术人员应当理解，也可以选择其他合适的弹性部件。弹性部件2的两端分别固定连接至顶部板1和下浮板3。在本发明的一个实施方式中，如图1和图3示出了弹性部件2为螺旋弹簧。该螺旋弹簧的数量优选为四个，分别位于下浮板3的四个顶点位置处。但是本领域的技术人员应当理解，根据实际需要也可以设置其他数量的弹簧。

如图1和2所示，能量提取系统包括条状齿构件4、主动齿轮10、从动齿轮8和三相异步发电机9。

条状齿构件4的形式可以为齿条的形式，条状齿构件4的一端固定安装于下浮板3。如图1至3所示，条状齿构件4固定安装于下浮板3的长度方向的靠近两侧的位置处。

三相异步发电机9可以固定安装至顶部板1。在本发明的优选实施方式中，三相异步发电机9通过电机支架6安装于顶部板1上。如图2所示，电机支架6 的一端固定安装至顶部板1上。三相异步发电机9固定于电机支架6上。

从动齿轮8安装至三相异步发电机9的转轴上。并且与主动齿轮10相啮合。此外，主动齿轮10也与条状齿构件4的齿状部分相啮合。其中，主动齿轮10 的直径大于从动齿轮8的直径。

在本发明的优选实施方式中，还包括齿轮支架5，用于支撑主动齿轮10。齿轮支架5的形状优选为“L”形，但是本领域的技术人员应当理解，齿轮支架 5也可以设置成其它形状，例如四分之一圆形。

齿轮支架5的一端连接至顶部板1，另一端将条状齿构件4嵌套在齿轮支架 5中，而主动齿轮10则通过支撑轴设置于齿轮支架5的中部位置，这样主动齿轮10可以绕安装于齿轮支架5的支撑轴进行自由的转动。

齿轮支架5延伸至条状齿构件4之外的结构，用于限制条状齿构件4的水平方向的位移，从而确保条状齿构件4的齿状部分与主动齿轮10的啮合度。例如，如图3中更好示出地，齿轮支架5的结构可以为至少在主动齿轮10和条状齿构件4所处的位置处为中空结构，用于将主动齿轮10和条状齿构件4容纳在其中，而齿轮支架5延伸至条状齿构件4之外的结构则为封闭结构，用于限制条状齿构件4的水平方向的位移。齿轮支架5也可以位于主动齿轮10和条状齿构件4的一侧，并且在条状齿构件4处具有限制条状齿构件4的水平方向位移的结构。

在本发明的优选实施方式中，条状齿构件4的上端还可以设有限位部件7，如图2所示。其中，限位部件7可以是限位块，该限位部件7的宽度大于条状齿构件4的宽度，这样防止当条状齿构件4进行上下移动时，因移动位移过大，条状齿构件4从齿轮支架5中脱离的问题。

优选地，如图2所示，各部件的安装位置为：在从下浮板3的外侧向内的方向上，依次为弹性部件2、条状齿构件4、主动齿轮10和从动齿轮8。

当下浮板3与波浪相接触时，波浪使得下浮板3进行运动，通过弹性部件2 的作用下浮板3进行上下移动，从而带动条状齿构件4进行上下移动，这样与条状齿构件4的齿状部分相啮合的主动齿轮10进行转动，通过与主动齿轮10 相啮合的从动齿轮8的转动，使得三相异步发电机9的转轴进行转动，从而实现发电的功能。并且由于三相异步发电机9的正转与反转均能实现发电的特性，因此条状齿构件4的上下移动均能完成将波浪能转化为电能的过程。

如图2所示，本发明的能量提取系统还包括排线孔11，电线通过该排线孔 11将三相异步发电机产生的电力导入顶板之上的蓄电池，进行充电。将电能储存起来供给船舶推进装置和船舶的用电设备。其中，蓄电池可以位于顶部板的上方，例如位于船底内。

在本发明的优选实施方式中，能量提取系统的各个部件可以包围在水密的橡胶气囊中。

上述能量俘获系统用于将波浪能转换成垂荡和纵摇两个自由度的运动，以此带动下浮板3上的垂直方向上的条状齿构件4运动，通过设置条状齿构件、主动齿轮和从动齿轮的理想传动速度比，当波浪入射时浮板的垂荡运动和纵摇运动驱动三相异步发电机进行发电。

根据本发明的另一实施方式，条状齿构件4、主动齿轮10、从动齿轮8、三相异步发电机9、齿轮支架5和电机支架6组成一套完整的发电系统。在一个波浪能转化装置中可以设置两套这种发电系统。例如如图3所示，以下浮板3的对角线交点为中点，两套发电系统成中心对称分布。但是本领域的技术人员应当理解，也可以设置任何合适数量的发电系统。

根据本发明的优选实施方式，可以根据不同波浪的情况选用不同长度的浮板，使得当入射波浪激励时，波浪的波峰位于下浮板的一端，而波谷位于下浮板的另一端。波峰端的下浮板向上位移时，一部分能量转换成弹簧的势能，当波峰过去变为波谷时，弹簧势能变为下浮板端向下位移的机械能。由于三相异步发电机的正反转均能发电的特性，使得条状齿构件的上下移动均能发电，并且由于下浮板的一端和另一端处于完全相反的状态，因此可以尽可能使下浮板和波浪运动产生共振，提高发电效率。

如上所述，为了提高发电效率，尽可能使下浮板和波浪的运动产生共振。该共振的产生可以通过选用合适长度的下浮板来实现，也可以通过调整弹性部件的刚度来实现。

在调整弹性部件的刚度的情况下，例如弹性部件是弹簧的情况下，可以通过调整弹簧的长度来进行刚度的调整。例如，弹簧的上部相对于顶部板可以伸缩。通过设置在船舶上的控制系统，需要将弹簧的刚度变大时，将弹簧的上部的一部分缩入顶部板的上部空间中，需要将弹簧的刚度变小时，将弹簧的上部的一部分从顶部板的上部空间伸出。

在选用其他形式的弹性部件的情况下，也可以采用合适的方式来控制弹性部件的刚度。通过上述方式，也可以来实现下浮板和波浪的共振，从而提高发电效率。

根据本发明的一个实施方式，在船舶的船体底部设置多个波浪能转化装置，使得多个波浪能转化装置的各个下浮板3纵横排列在船体的底部，成线型形状，这样不仅对船舶起到减震作用，下浮板3还可以与波浪形成有利的干扰。此时具有下浮板3的波浪能转化装置会形成本身的波系，通过选用合适的下浮板长度和合适的弹性部件的刚度，可以使得上述波系与波浪的波系形成波峰和波谷的叠加，此时将形成有利的干扰。这样提高了波浪能的吸收效率。

在本发明中，由于波浪能转化装置的外置独立性，一艘船舶可根据布局优化装配多个波浪能转化装置，增加波浪能的采集效率。波浪能转化装置可以进行集成制造，对产品型号、尺寸、规格可按照不同系列做批量生产。整个波浪能转化装置易于检修，更换，维护实用性更强。

根据本发明的又一实施方式，本发明还提供了一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置的制造方法。

该方法包括以下步骤，但是本领域的技术人员应当理解，这些步骤并不需要按照所列的顺序进行执行，可以选择任何合适的顺序执行。

提供顶部板1和下浮板3。

将电机支架6固定连接于顶部板1，将三相异步发电机9连接至电机支架6。

将从动齿轮8安装于三相异步发电机9的转轴上。

将齿轮支架5的一端固定连接至顶部板1。

将主动齿轮10通过转轴固定于齿轮支架5，并且使主动齿轮10和从动齿轮 8相啮合。

将条状齿构件4嵌套于齿轮支架5的另一端，以通过齿轮支架5来限制条状齿构件4的水平移动，并且使得条状齿构件4的齿状部分与主动齿轮10相啮合。

将弹性部件2的一端固定连接至顶部板1，将弹性部件2的另一端固定连接至下浮板3。

本发明的波浪能转化装置的制造方法还包括：在条状齿构件4的上端还设置限位部件7，该限位部件7的宽度大于条状齿构件4的宽度，这样防止当条状齿构件4当进行上下移动时，因移动位移过大，条状齿构件4从齿轮支架5中脱离的问题。

本发明的波浪能转化装置的制造方法还包括：设置由条状齿构件4、主动齿轮10、从动齿轮8、三相异步发电机9、齿轮支架5和电机支架6组成两套发电系统。以下浮板3的对角线交点为中点，两套发电系统成中心对称分布。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

符号说明

顶部板 1

弹性部件 2

下浮板 3

条状齿构件 4

齿轮支架 5

电机支架 6

限位部件 7

从动齿轮 8

三相异步发电机 9

主动齿轮 10。

Claims (10)

1.一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述波浪能转化装置包括能量俘获系统和能量提取系统，

所述能量俘获系统包括顶部板、弹性部件和下浮板，

所述顶部板为船舶的船体底部，或者所述顶部板固定安装至船舶的船体底部；

所述弹性部件的一端固定至所述顶部板；以及

所述下浮板与所述弹性部件的另一端固定连接，并且下浮板的位置被调整为浸没于水面，

所述能量提取系统包括三相异步发电机、条状齿构件、主动齿轮和从动齿轮：

所述三相异步发电机固定于所述顶部板；

所述条状齿构件固定至所述下浮板上；

所述主动齿轮与所述条状齿构件的齿状部分相啮合；以及

所述从动齿轮安装于所述三相异步发电机的转轴上，并且所述从动齿轮与所述主动齿轮相啮合，

其中，当波浪使所述下浮板进行运动时，通过所述弹性部件的作用使得所述下浮板进行上下摆动，从而带动所述下浮板上固定的所述条状齿构件进行上下移动，通过所述条状齿构件与所述主动齿轮的啮合以及所述主动齿轮和所述从动齿轮的啮合，所述三相异步发电机的转轴进行转动，从而进行发电。

2.如权利要求1所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述能量提取系统还包括齿轮支架，

所述主动齿轮通过支撑轴安装于所述齿轮支架，以便绕所述支撑轴进行自由转动，

所述齿轮支架的一端固定连接至所述顶部板，并且所述条状齿构件嵌套于所述齿轮支架的另一端内，以通过所述齿轮支架来限制所述条状齿构件的水平位移，从而保证所述条状齿构件与所述主动齿轮的啮合度。

3.如权利要求2所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述能量提取系统还包括电机支架，所述三相异步发电机通过所述电机支架固定于所述顶部板。

4.如权利要求3所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述条状齿构件、所述主动齿轮、所述从动齿轮、所述三相异步发电机、所述齿轮支架和所述电机支架作为一套发电装置，所述波浪能转化装置设置有两套所述发电装置，以下浮板的对角线的交点为中心点，两套所述发电装置对称分布。

5.如权利要求4所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧的数量为四个，所述四个弹簧的两端分别固定于所述顶部板和下浮板的长度方向的左右两端。

6.如权利要求5所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述条状齿构件固定至靠近所述下浮板的长度方向的左右两端的位置处。

7.如权利要求2或4所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述齿轮支架呈L形，所述L形的齿轮支架的两端分别固定于所述顶部板和嵌套有所述条状齿构件，所述主动齿轮的支撑轴设置于所述L形的中部。

8.如权利要求1至7中任一项所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述能量提取系统由水密的橡胶气囊包围。

9.如权利要求1-8中任一项所述的船舶用振荡浮板波浪能转化装置，其特征在于，所述条状齿构件的上端还设置限位部件，所述限位部件的宽度大于所述条状齿构件的宽度。

10.一种船舶用振荡浮板波浪能转化装置的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括：

提供顶部板和下浮板；

将电机支架固定连接于所述顶部板，将三相异步发电机连接至所述电机支架；

将从动齿轮安装于所述三相异步发电机的转轴上；

将齿轮支架的一端固定连接至所述顶部板；

将主动齿轮通过转轴固定于所述齿轮支架，并且使所述主动齿轮和所述从动齿轮相啮合；

将条状齿构件嵌套于所述齿轮支架的另一端，以通过所述齿轮支架来限制所述条状齿构件的水平移动，并且使得所述条状齿构件的齿状部分与所述主动齿轮相啮合；以及

将弹性部件的一端固定连接至所述顶部板，将所述弹性部件的另一端固定连接至所述下浮板。