CN107725266A - 一种用于拾取波能的发电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于拾取波能的发电设备，该发电设备包括中心球体（1），在中心球体（1）的球面上设置有连杆（2），所述的连杆（2）上设置有一定长度的齿槽使得该部分的连杆（2）构成传动齿柱（3），所述的传动齿柱（3）与其上方的第一传动齿轮（4）相啮合，位于第一传动齿轮（4）旁侧的第一过渡齿轮（5）与第一传动齿轮（4）同轴设置且第一过渡齿轮（5）与其径向后侧的电机齿轮（6）相啮合，电机齿轮（6）设置在电机（7）的转子上，传动齿柱（3）、第一传动齿轮（4）、第一过渡齿轮（5）、电机齿轮（6）构成驱动电机（7）转动发电的齿轮组。本发明的发电设备造价低廉、检修维护方便，适用范围广且能够产生可观的效益。
Description
技术领域
本发明涉及新能源、可再生能源利用、海浪发电、波浪发电等技术领域，具体地说是一种用于拾取波能的发电设备。
背景技术
我国海洋资源丰富，海岸线蕴藏着丰富的潮汐能、波浪能资源，据估计，我国的潮汐能可达30亿KW，波浪能可达700亿KW。有数据统计，沿岸各国暂未被利用的潮汐能是目前世界全部的水力发电量的两倍。如果将波浪的能量转换为可利用的能源，着实是一种理想的巨大的能源。潮汐能、波浪能储量如此大，为何没有得到广泛的开发和利用，究其原因，主要有以下两点：技术不成熟，经济效益差。潮汐能、波浪能发电是多学科的综合，涵盖了动力、结构、材料等一系列学科，只要其中某一项技术达不到要求，都会使潮汐能、波浪能发电技术受到制约；也正是由于技术不成熟，才导致潮汐能、波浪能发电装置较传统的发电装置所需要投入的成本高，经济效益差。
现阶段海浪能利用方式依据其工作原理大致分为三种类型：震荡水柱式、震荡浮体式、越浪式。而这些技术几乎都面临着造价昂贵、维护成本高、不适宜大规模建设等问题，且绝大多数电能转化装置必须设置于海床、海岸等，限制了装置的自由度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于拾取波能的发电设备，该发电设备能够拾取广阔波动水体（如湖泊、海洋等）表层的高密度小波动波能并转化为电能。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述的发电设备包括中心球体，在中心球体的球面上设置有连杆，所述的连杆上设置有一定长度的齿槽使得该部分的连杆构成传动齿柱，所述的传动齿柱与其上方的第一传动齿轮相啮合，位于第一传动齿轮旁侧的第一过渡齿轮与第一传动齿轮同轴设置且第一过渡齿轮与其径向后侧的电机齿轮相啮合，电机齿轮设置在电机的转子上，传动齿柱、第一传动齿轮、第一过渡齿轮、电机齿轮构成驱动电机转动发电的齿轮组。
所述的传动齿柱与其上方的第一传动齿轮相啮合，位于第一传动齿轮旁侧的第一过渡齿轮与第一传动齿轮同轴设置且第一过渡齿轮与其径向下方的第二传动齿轮相啮合，位于第二传动齿轮旁侧的第二过渡齿轮与第二传动齿轮同轴设置且第二过渡齿轮与其径向后侧的电机齿轮相啮合，电机齿轮设置在电机的转子上，传动齿柱、第一传动齿轮、第一过渡齿轮、电机齿轮、第二传动齿轮、第二过渡齿轮构成驱动电机转动发电的齿轮组。
所述第二过渡齿轮的齿数大于第一过渡齿轮的齿数，且第二过渡齿轮的模数、压力角和第一过渡齿轮的模数、压力角皆相同。
所述电机齿轮的齿数大于第二传动齿轮的齿数，且电机齿轮的模数、压力角和第二传动齿轮的模数、压力角皆相同。
所述电机齿轮的齿数、模数、压力角和第一传动齿轮的齿数、模数、压力角皆相同。
所述的传动齿柱的模数、压力角和第一传动齿轮的模数、压力角皆相同。
所述的传动齿柱上套置有回位弹簧，且回位弹簧位于中心球体的球面和第一传动齿轮之间。
所述中心球体的球面上均匀分布有连杆，连杆呈发散状分布在中心球体的球面上，且中心球体分别与对应的连杆、齿轮组和电机构成拾能体。
所述连杆的近心端通过万向铰链固定在中心球体的球面上，连杆的远心端通过万向铰链固定在外围球形框架的内壁上。
所述外围球形框架的球面密封，使得中心球体以及多组连杆、齿轮组和电机被密封在外围球形框架中。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的发电设备通过精巧的结构设计保证了较低的制造成本，且通过拉网式布局投放在相关海域、各个拾能体独立工作互不影响，单个拾能体检修维护方便，其精巧的体积更有利于拾取海面高密度的小波动波能，得益其通过大量拾能体的联合运行而整体产生可观的效益。
附图说明
附图1为本发明的用于拾取波能的发电设备的未密封立体结构示意图；
附图2为本发明的用于拾取波能的发电设备的未密封平面结构示意图；
附图3为本发明的用于拾取波能的发电设备的齿轮组结构示意图。
其中：1—中心球体；2—连杆；3—传动齿柱；4—第一传动齿轮；5—第一过渡齿轮；6—电机齿轮；7—电机；8—第二传动齿轮；9—第二过渡齿轮；10—回位弹簧；11—外围球形框架。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示：一种用于拾取波能的发电设备，该发电设备包括中心球体1，在中心球体1的球面上设置有连杆2，在连杆2上设置有一定长度的齿槽使得该部分的连杆2构成传动齿柱3，传动齿柱3与其上方的第一传动齿轮4相啮合，位于第一传动齿轮4旁侧的第一过渡齿轮5与第一传动齿轮4同轴设置且第一过渡齿轮5与其径向后侧的电机齿轮6相啮合，电机齿轮6设置在电机7的转子上，传动齿柱3、第一传动齿轮4、第一过渡齿轮5、电机齿轮6构成驱动电机7转动发电的齿轮组；上述结构为配制齿轮组的一种最基本情况，进一步的齿轮组优化状况是：传动齿柱3与其上方的第一传动齿轮4相啮合，位于第一传动齿轮4旁侧的第一过渡齿轮5与第一传动齿轮4同轴设置且第一过渡齿轮5与其径向下方的第二传动齿轮8相啮合，位于第二传动齿轮8旁侧的第二过渡齿轮9与第二传动齿轮8同轴设置且第二过渡齿轮9与其径向后侧的电机齿轮6相啮合，电机齿轮6设置在电机7的转子上，传动齿柱3、第一传动齿轮4、第一过渡齿轮5、电机齿轮6、第二传动齿轮8、第二过渡齿轮9构成驱动电机7转动发电的齿轮组，该齿轮组围绕传动齿柱3的中心线均匀分布、尺寸约束参考发电设备整体，是一种较为理想的设置方式。总体结构为：中心球体1的球面上均匀分布有连杆2，连杆2呈发散状分布在中心球体1的球面上，且中心球体1分别与对应的连杆2、齿轮组和电机7构成拾能体；连杆2的近心端通过万向铰链固定在中心球体1的球面上，连杆2的远心端通过万向铰链固定在外围球形框架11的内壁上；外围球形框架11的球面密封，使得中心球体1以及多组连杆2、齿轮组和电机7被密封在外围球形框架11中。
在上述齿轮组的构成中，需要遵循以下规律：第二过渡齿轮9的齿数大于第一过渡齿轮5的齿数，且第二过渡齿轮9的模数、压力角和第一过渡齿轮5的模数、压力角皆相同；电机齿轮6的齿数大于第二传动齿轮8的齿数，且电机齿轮6的模数、压力角和第二传动齿轮8的模数、压力角皆相同；电机齿轮6的齿数、模数、压力角和第一传动齿轮4的齿数、模数、压力角皆相同；传动齿柱3的模数、压力角和第一传动齿轮4的模数、压力角皆相同。
另外为使得中心球体1在每一次偏移后都能回到中心原点处，在传动齿柱3上套置有回位弹簧10，且回位弹簧10位于中心球体1的球面和第一传动齿轮4之间。
下面将本发明提供的用于拾取波能的发电设备从内向外分为三个部分，以进行进一步的说明。
该发电设备的结构主体呈球形发散状，第一部分是位于球心处、具有一定重量的实心中心球体1，中心球体1在水波推动或抬起整个发电设备、亦或是发电设备自然下落的过程中能够将波能转化为自身的势能，中心球体1是该发电设备的拾能主体，作用是将波能储蓄为势能以便于下一步转化为电能。第二部分是能量转换结构，即将中心球体1的势能转化为电能输出，此部分大致分两小部分，第一小部分是一定数目的一端指向球心和中心球体1表面通过万向铰链连接、另一端呈发散状在空间均匀布局的带有传动齿柱3的连杆2，其中在连杆2的近心方向一定范围套有复位弹簧10使得中心球体1在每一次偏移后都能够回到中心原点处；第二小部分是由围绕传动齿柱3的中心线均匀分布、尺寸约束参考发电设备整体的齿轮组和电机7组成的向球心端与上述传动齿柱3啮合、远心端与外围球形框架11通过万向铰链连接的齿轮传动与电能转化结构。该能量转换结构的作用是：在波动环境中，上述中心球体1带动传动齿柱3推动齿轮组最终带动电机7发电，将中心球体1的势能转化为各部件的机械能继而通过电机7转化为电能；第一小部分向心端和第二小部分远心端所设计的铰链结构既保证节点的传动效果，又保证中心球体1在空间里有一定的自由度以利用各个方向上的势能。第三部分是球面密封的外围球形框架11，其作用是提供整体结构的刚性，球面密封以提供装个发电设备的浮力。
本发明的发电设备通过精巧的结构设计保证了较低的制造成本，且通过拉网式布局投放在相关海域、各个拾能体独立工作互不影响，单个拾能体结构精巧、造价低廉且检修维护方便，不受环境因素制约，可稳定、持续地为装置供电；其精巧的体积更有利于拾取海面高密度的小波动波能，得益其通过大量拾能体的联合运行而整体产生可观的效益。该发电设备相对于现有的海浪能利用设备的对比如下图所示。
| 制造成本 | 维护成本 | 结构 | 环境要求 | 效益 | |
| 现有设备 | 高 | 高 | 复杂 | 高 | 低 |
| 本发明设备 | 低 | 低 | 简单 | 低 | 高 |
本发明的用于拾取波能的发电设备在波动环境中能将波能转化为电能并稳定输出，该用于拾取波能的发电设备应用于波动的环境及场景，应用范围较为广泛、形式多样，目前主要有以下几种应用方式及对应设计。
一、摇晃发电充电宝
随着手机用户的爆炸型增长，作为为手机续航的移动式充电宝前景广阔；然而充电宝的容量也有限，也面临没电的尴尬处境。所以，本设计将结构组件精细化，可以依据人体手掌大小做出一款球形的发电充电宝。根据上述的机构设计，这种充电宝能够在晃动波动的环境中产生电能，这种波动晃动能够使用户自发地、主动地摇晃使其转化为电能；也可以是附带的使其工作，如放置在背包中，在用户运动、走动等情况时均满足其工作条件。
二、独立的小型海域离岸用电设备的供电部分（如航标灯、增氧机、海域监测设备）
在波动环境中本设计能够以个体的形式独立运作为外界提供电能，在离岸较远的海域里，诸如航标灯等的用电设备无法以电缆形式为其供电、蓄电设备也意味着造价昂贵、维护等问题。当下多采用风能、太阳能技术等形式为装置供电，本设计较以上技术而言，优点在于结构精巧、造价低廉、且利用小范围高密度的海水波能，不受环境因素制约，可稳定、持续地为装置供电。
三、大型网络式近海海域、海上平台波浪发电网
这是本设计最主要的应用方式、即大量的独立拾能体在一定范围的近海、平台水域以一定的密度布局且串联，通过量的累积，同时发电，为海上平台或输电困难、造电昂贵的离岛供电。经过对我国舟山群岛最东面的岛屿——嵊山岛的实地考察，本岛屿具有得天独厚的条件即上千亩的“海上牧场”的拉网式海上养殖基地。如将渔网上成千上百个浮球替换为本设计的波能拾能体，既保证了基础的浮球的浮力功能，通过渔网走线串联、每一个拾能体在海面波动下转化发电，即能够产生相当可观的电能供给岛上居民使用，甚至承担起所有的用电需求。类比上段所述的拉网式模型，本网络式发电系统能够以电缆串联大量独立拾能体的形式，在一定海域铺展发电。面对海上风浪情况的多变，针对极端情况，可以执行收回、铺展动作。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述的发电设备包括中心球体（1），在中心球体（1）的球面上设置有连杆（2），所述的连杆（2）上设置有一定长度的齿槽使得该部分的连杆（2）构成传动齿柱（3），所述的传动齿柱（3）与其上方的第一传动齿轮（4）相啮合，位于第一传动齿轮（4）旁侧的第一过渡齿轮（5）与第一传动齿轮（4）同轴设置且第一过渡齿轮（5）与其径向后侧的电机齿轮（6）相啮合，电机齿轮（6）设置在电机（7）的转子上，传动齿柱（3）、第一传动齿轮（4）、第一过渡齿轮（5）、电机齿轮（6）构成驱动电机（7）转动发电的齿轮组。
2.根据权利要求1所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述的传动齿柱（3）与其上方的第一传动齿轮（4）相啮合，位于第一传动齿轮（4）旁侧的第一过渡齿轮（5）与第一传动齿轮（4）同轴设置且第一过渡齿轮（5）与其径向下方的第二传动齿轮（8）相啮合，位于第二传动齿轮（8）旁侧的第二过渡齿轮（9）与第二传动齿轮（8）同轴设置且第二过渡齿轮（9）与其径向后侧的电机齿轮（6）相啮合，电机齿轮（6）设置在电机（7）的转子上，传动齿柱（3）、第一传动齿轮（4）、第一过渡齿轮（5）、电机齿轮（6）、第二传动齿轮（8）、第二过渡齿轮（9）构成驱动电机（7）转动发电的齿轮组。
3.根据权利要求2所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述第二过渡齿轮（9）的齿数大于第一过渡齿轮（5）的齿数，且第二过渡齿轮（9）的模数、压力角和第一过渡齿轮（5）的模数、压力角皆相同。
4.根据权利要求2或3所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述电机齿轮（6）的齿数大于第二传动齿轮（8）的齿数，且电机齿轮（6）的模数、压力角和第二传动齿轮（8）的模数、压力角皆相同。
5.根据权利要求1或2所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述电机齿轮（6）的齿数、模数、压力角和第一传动齿轮（4）的齿数、模数、压力角皆相同。
6.根据权利要求1所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述的传动齿柱（3）的模数、压力角和第一传动齿轮（4）的模数、压力角皆相同。
7.根据权利要求1所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述的传动齿柱（3）上套置有回位弹簧（10），且回位弹簧（10）位于中心球体（1）的球面和第一传动齿轮（4）之间。
8.根据权利要求1、2、7任一所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述中心球体（1）的球面上均匀分布有连杆（2），连杆（2）呈发散状分布在中心球体（1）的球面上，且中心球体（1）分别与对应的连杆（2）、齿轮组和电机（7）构成拾能体。
9.根据权利要求1所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述连杆（2）的近心端通过万向铰链固定在中心球体（1）的球面上，连杆（2）的远心端通过万向铰链固定在外围球形框架（11）的内壁上。
10.根据权利要求9所述的用于拾取波能的发电设备，其特征在于：所述外围球形框架（11）的球面密封，使得中心球体（1）以及多组连杆（2）、齿轮组和电机（7）被密封在外围球形框架（11）中。
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- 2017-12-01 CN CN201711245230.4A patent/CN107725266A/zh active Pending
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