CN108757290A - 一种波浪能驱动机构 - Google Patents

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许文瑜
刘钊
周昌健
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Abstract

本发明公开了一种波浪能驱动机构，包括浮动模块，所述浮动模块包括浮子和将上下运动转换成正反转动的齿轮齿条结构，驱动机构还包括将正反转动转换成单向转动的第二控制单向转动模块。该发明的优点在于：该发明获得浮子上下运动的能量后使用齿轮齿条结构转换成正反转动的动能，然后通过第二控制单向转动模块，从而获得单方向的能量，这样的能量可以运用于发电机发电。

Description

一种波浪能驱动机构
技术领域
本发明涉及节能领域，尤其是一种波浪能驱动机构。
背景技术
近海渔业资源枯竭，多数渔民选择远航出海，渔民远航出海多采用柴油发电机作为其动力能源，但随着传统能源的日渐枯竭，越来越多的人把目光投向海洋中所蕴藏的巨大的、清洁的、可再生的、新型的海洋能源。
远海浪大风急，波浪能和风能资源丰富，可利用量大，怎么去提高波浪能的使用效率是急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有问题，为此，本发明提供一种波浪能驱动机构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种波浪能驱动机构，包括浮动模块，所述浮动模块包括浮子和将上下运动转换成正反转动的齿轮齿条结构，驱动机构还包括将正反转动转换成单向转动的第二控制单向转动模块。
优化的，所述浮动模块为若干个，第二控制单向转动模块包括若干个与浮动模块一一对应连接单向转动子模块、第六齿轮，单向转动子模块将相应的浮动模块的上下运动转换成单向转动，所述第六齿轮与若干个单向转动子模块输出端的齿轮均啮合。
优化的，所述第二控制单向转动模块还包括第一增速齿轮单元，所述第六齿轮的转轴与第一增速齿轮单元的输入端同轴连接，第一增速齿轮单元的输出端作为波浪能驱动机构的输出端。
优化的，所述浮动模块还包括浮子杠杆、齿条、第一齿轮、齿条座，驱动机构还包括第一壳体，所述浮子杠杆的两端分别设置浮子和齿条，所述齿条设置在齿条座的导向槽内移动，所述第一齿轮与齿条啮合，浮子杠杆的杠杆支座固定在第一壳体上。
优化的，所述浮子杠杆的两端均设置有长条槽，所述浮子和齿条分别通过钢条设置在长条槽处，两个钢条在对应的长条槽内通过铰接的方式与浮子杠杆连接。
优化的，所述齿条的上下端面固定在第一壳体内，齿条座在导向槽的两侧设置有耳座，第一齿轮连接的转轴在耳座内转动。
优化的，所述单向转动子模块包括变向转动单元，所述变向转动单元包括第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，第二齿轮和第三齿轮为锥形齿轮且相互啮合，第二齿轮和第一齿轮同轴连接，第三齿轮和第四齿轮同轴连接。
优化的，所述单向转动子模块还包括单向传动单元，所述单向传动单元包括并排同轴依次设置在转轴上的第一棘轮、第二棘轮、第五齿轮，单向转动子模块还包括单向转动支撑座，第一棘轮上的转轴和第四齿轮上的转轴均通过单向转动支撑座支撑，所述第一棘轮和第二棘轮均与第四齿轮啮合，所述第一棘轮和第二棘轮空转时的方向相反。
优化的，所述第一增速齿轮单元包括第一增速齿轮、第二增速齿轮，第三增速齿轮、第四增速齿轮，第一增速齿轮与第六齿轮同轴并排设置在转轴上，第一增速齿轮与第二增速齿轮的啮合，第二增速齿轮和第三增速齿轮同轴设置，所述第四增速齿轮与第三增速齿轮啮合，所述第一增速齿轮的外直径和第三增速齿轮的外直径均大于第二增速齿轮和第四增速齿轮的外直径，所述第四增速齿轮的转轴作为第一增速齿轮单元的输出端。
优化的，所述浮动模块为3个，所述第一壳体为圆柱状，对应的3个浮子圆周阵列在第一壳体的外围。
本发明的优点在于：
(1)该发明获得浮子上下运动的能量后使用齿轮齿条结构转换成正反转动的动能，然后通过第二控制单向转动模块，从而获得单方向的能量，这样的能量可以运用于发电机发电。
(2)浮动模块通过齿条和第一齿轮啮合，将上下运动转换成转动，浮子的上下运动带动第二齿轮正反转动，第二控制单向转动模块实现第五齿轮为单向转动，并且不管第二齿轮是正转还是反转，第五齿轮均向同一个方向转动，提高能源利用率。
(3)本发明设置若干个第二浮动模块和第二控制单向转动模块，第六齿轮的配合使用使得第六齿轮的转速和转速最大的第五齿轮的转速相同。这样确保第五齿轮的转速。
(4)本发明通过增加第一增速齿轮单元来提高波浪能驱动机构输出端的转速。
(5)由于浮子在水中不仅仅是上下运动，还存在水平运动的可能性，长条槽的设置减少浮子在运动时浮子与浮子杠杆连接处的硬性伤害。
(6)本发明适用于远洋渔船、灯塔等各类场景，具有效率高、成本低、环保、传动可靠、便携的特点。
附图说明
图1为发电系统的立体结构图。
图2为发电系统去除第一壳体的立体结构图。
图3为发电系统第一壳体内部波浪能驱动机构和双转子电机的立体结构图。
图4为第一增速齿轮单元和第二增速齿轮单元的立体结构图。
图5为第一增速齿轮单元和第二增速齿轮单元的主视图。
图6为双转子电机的内部结构图。
图7为双转子电机内部剖面主视图。
图中标注符号的含义如下：
1-第一壳体
21-浮子 221-杠杆支座 222-浮子杠杆 223-长条槽 23-齿条
24-第一齿轮 25-第二齿轮 26-第三齿轮 27-第四齿轮
28-第一棘轮 29-第二棘轮 210-第五齿轮
211-单向转动支撑座 212-第六齿轮
213-第一增速齿轮单元 2131-第一增速齿轮 2132-第二增速齿轮
2133-第三增速齿轮 2134-第四增速齿轮 214-齿条座 215-耳座
31-叶片 32-单向轴承 33-第二增速齿轮单元
41-内转子 411-第一转轴 412-电枢铁心
42-外转子 421-第二转轴 422-导磁壳体
43-转子壳体 44-换向器 45-钕铁硼永磁体 46-第一轴承
47-电刷
具体实施方式
如图1-5所示，一种发电系统，包括第一壳体1、风能驱动机构、波浪能驱动机构、双转子电机。双转子电机包括内外同轴设置的第一转子和第二转子，风能驱动机构驱动第一转子单向转动，波浪能驱动机构驱动第二转子单向转动。在该实施例中，第一转子为外转子42，第二转子为内转子41。
以下对波浪能驱动机构、风能驱动机构、双转子电机做详细描述。
波浪能驱动机构
波浪能驱动机构包括浮动模块、第二控制单向转动模块。第二控制单向转动模块将浮动模块输出的转动转换成单方向转动，第二控制单向转动模块还包括第一增速齿轮单元213，用于提高单方向转动的速度，从而提高与第一增速齿轮单元213输出端连接的第二转子的转速。下面对波浪能驱动机构各模块做详细描述。
浮动模块
如图2-3所示，所述浮动模块包括设置在水内的浮子21、浮子杠杆222、齿条23、齿条座214、第一齿轮24，第一齿轮24与齿条23啮合形成齿轮齿条结构。浮子21和齿条23分别经过钢条连接在浮子杠杆222的两端，杠杆支座221固定在第一壳体1上。浮子杠杆222的两端均设置有长条槽223，长条槽223的长度方向与浮子杠杆222的长度方向重合，具体的，为圆角矩形槽。长条槽223的作用是消除钢棒与浮子杠杆222相对运动产生的距离误差，使两钢条保持竖直运动。由于浮子在水中不仅仅是上下运动，还存在水平运动的可能性，长条槽的设置减少浮子在运动时浮子与浮子杠杆连接处的硬性伤害。在该实施例中，两个钢条在对应的长条槽223内通过铰接的方式与浮子杠杆222连接。
齿条座214的侧面开设有导向槽，齿条23在导向槽内上下移动，所述齿条座214的上下端面固定在第一壳体1内。齿条座214在导向槽的两侧设置有耳座215，位于两个耳座215之间，第一齿轮24连接的转轴在耳座215内转动。从而起到支撑第一齿轮24和第二齿轮25的作用。
在该实施例中，浮子21和浮子杠杆222设置在第一壳体1外，与齿条23连接的钢条穿过第一壳体1上的孔后，齿条23、齿条座214、第一齿轮24、第二齿轮25设置在第一壳体1内。
该浮动模块通过浮子21、浮子杠杆222、齿条23，将浮子21不确定方向的运动转换成上下运动，齿条23和第一齿轮24的配合，使得上下运动转换成往复圆周运动。
第二控制单向转动模块
如图1-3所示，所述第二控制单向转动模块还包括单向转动子模块，单向转动子模块包括变向转动单元和单向传动单元，齿轮齿条结构通过变相转动单元驱动单向传动单元转动，其中变向转动单元包括第二齿轮25、第三齿轮26、第四齿轮27，第二齿轮25和第三齿轮26为锥形齿轮且相互啮合，第二齿轮25和第一齿轮24同轴连接，第三齿轮26和第四齿轮27同轴连接，在第一齿轮24正反转动时，能够实现第四齿轮27的正反转动。单向传动单元包括并排同轴依次设置在转轴上的第一棘轮28、第二棘轮29、第五齿轮210，单向转动子模块还包括单向转动支撑座211，第一棘轮28上的转轴和第四齿轮27上的转轴均通过单向转动支撑座211支撑，所述第一棘轮28和第二棘轮29均与第四齿轮27啮合，所述第一棘轮28和第二棘轮29空转时的方向相反。第五齿轮210始终顺时针转动。其中第二齿轮25上的转轴、第三齿轮26上的转轴、第五齿轮210上的转轴两两相互垂直。具体的，第二齿轮25上的转轴与齿条23的长度方向垂直，第三齿轮26上的转轴竖直方向平行。在该实施例中，为了第一齿轮24和齿条23相对运动距离更大，即第一齿轮24的水平高度相对较高，为了提高第一壳体1内的空间利用率，第三齿轮26、第四齿轮27可以将第一棘轮28、第二棘轮29和第五齿轮210的水平高度降低。
所述波浪能驱动机构包括若干个浮动模块和对应设置的若干个单向转动子模块、一个第六齿轮212，所述第六齿轮212与若干个单向转动子模块内的第五齿轮210均啮合，第六齿轮212通过转轴后作为第二控制单向转动模块的输出端。
本实施例中，浮动模块为3个，其中三个椭球状浮子21圆周阵列在第一壳体1周围，与之对应连接的三个单向转动子模块的3个第五齿轮210相应布置，3个第五齿轮210上转轴的中轴线和第六齿轮212的转轴的中轴线四者相交于一点，且第六齿轮212的转轴的中轴线垂直于3个第五齿轮210上的转轴的中轴线形成的面。第六齿轮212的转轴的中轴线与水平面垂直。该模块的输出端为单向的圆周运动。
多个浮子21的设置可以采集第一壳体1周边的多个浮力，在该模块中，第六齿轮212的转速与转速最大的第五齿轮210的转速相同，从而提高能源的利用率。
如图4-5所示，所述第一增速齿轮单元213包括第一增速齿轮2131、第二增速齿轮2132，第三增速齿轮2133、第四增速齿轮2134，第一增速齿轮2131与第六齿轮212同轴并排设置在转轴上，第一增速齿轮2131与第二增速齿轮2132的啮合，第二增速齿轮2132和第三增速齿轮2133同轴设置，所述第四增速齿轮2134与第三增速齿轮2133啮合，所述第一增速齿轮2131的外直径和第三增速齿轮2133的外直径均大于第二增速齿轮2132和第四增速齿轮2134的外直径，所述第四增速齿轮2134的转轴作为第一增速齿轮单元213的输出端。从而提高了内转子41的转速。
在该实施例中，第二增速齿轮单元33的结构和第一增速齿轮单元213相同，第二增速齿轮单元33是为了提高第二转子的转速。
浮动模块通过齿条和第一齿轮啮合，将上下运动转换成转动，浮子的上下运动带动第二齿轮正反转动，第二控制单向转动模块实现第五齿轮为单向转动，并且不管第二齿轮是正转还是反转，第五齿轮均向同一个方向转动，提高能源利用率。
风能驱动机构
风能驱动机构包括风力叶片31、与风力叶片连接的第一控制单向转动模块、提高第一控制单向转动模块输出端转速的第二增速齿轮单元33，其中第一控制单向转动模块为单向轴承32，第二增速齿轮单元33与第一增速齿轮单元213的结构相同，第二增速齿轮单元33的输出端与外转子42上的第二转轴422连接。在该实施例中，风力叶片31为升力型风力叶片31。升力型风力叶片31重心低，稳定性好、风能系数利用率较高。
风能驱动机构的原理是通过单向轴承32将双向转动转换成单向转动，然后通过第二增速齿轮单元33来提高转速，从而提高第一转子的转速。
双转子电机
在该实施例中，风力发电结构带动外转子42绕中心主轴逆时针转动，波浪能发电结构带动内转子41绕中心主轴顺时针转动。
如图6-7所示，双转子电机包括从外向内依次同轴设置的转子壳体43、外转子42、内转子41、第一轴承46，内转子41与外转子42存有间距。内转子41包括与波浪能驱动机构输出端连接的第一转轴411、电枢铁心412、电枢绕组(图中未示出)、换向器44，电枢铁心412和换向器同轴设置在第一转轴411上，电枢绕组绕在电枢铁心412上，电枢绕组与换向器44连接。外转子42包括与风能驱动机构输出端连接的第二转轴421、圆柱空腔的导磁壳体422、用于产生磁极的钕铁硼永磁体45、电刷47。导磁壳体422为铁质材料制成。第二转轴421固定在导磁壳体422上方，且第二转轴421的中轴线与导磁壳体422的中轴线重合。钕铁硼永磁体45为4个，在相邻的两个钕铁硼永磁体45之间还设置有换向磁极。钕铁硼永磁体45和换向磁极间隔设置后圆周阵列固定在导磁壳体422的内侧壁上。第一转轴411的外表面和第二转轴421的外表面均通过第一轴承46与转子壳体43内壁连接。电刷47为四个，四个电刷47环形阵列固定在转子壳体43的内壁上。内转子41内的电枢绕组切割磁感应线后产生的电流通过换向器44传导到电刷47上。在该实施例中，电枢绕组采用φ0.7mm的聚氨酯漆包圆铜线绕制而成。
本发明的基本原理是经机械传动装置及增速齿轮模块使内转子41和外转子42转动，换向器44与电刷47接触，利用电刷47上的接线端子将电能引出，接入回路，供用户使用。
该发明中的运转方式为波浪能带动浮子上下浮动、风能带动叶片转动，浮子和叶片带动相连接的转子(其一为常用发电机的定子)，进而使内转子41上的电枢绕组切割钕铁硼永磁体45产生的磁感线从而产生电能，在该发明中内转子41和外转子42相对转动，这样提高了能源利用率。
在该实施例中第一控制单向转动模块、第二控制单向转动模块、第一增速齿轮单元213、第二增速齿轮单元33、双转子电机均设置在第一壳体1内。
驱动双转子电机的第一转轴和第二转轴转动的还可以使用其他的能量转化。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波浪能驱动机构，其特征在于，包括浮动模块，所述浮动模块包括浮子(21)和将上下运动转换成正反转动的齿轮齿条结构，驱动机构还包括将正反转动转换成单向转动的第二控制单向转动模块。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述浮动模块为若干个，第二控制单向转动模块包括若干个与浮动模块一一对应连接单向转动子模块、第六齿轮(212)，单向转动子模块将相应的浮动模块的上下运动转换成单向转动，所述第六齿轮(212)与若干个单向转动子模块输出端的齿轮均啮合。
3.根据权利要求2所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述第二控制单向转动模块还包括第一增速齿轮单元(213)，所述第六齿轮(212)的转轴与第一增速齿轮单元(213)的输入端同轴连接，第一增速齿轮单元(213)的输出端作为波浪能驱动机构的输出端。
4.根据权利要求2所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述浮动模块还包括浮子杠杆(222)、齿条(23)、第一齿轮(24)、齿条座(214)，驱动机构还包括第一壳体(1)，所述浮子杠杆(222)的两端分别设置浮子(21)和齿条(23)，所述齿条(23)设置在齿条座(214)的导向槽内移动，所述第一齿轮(24)与齿条(23)啮合，浮子杠杆(222)的杠杆支座(221)固定在第一壳体(1)上。
5.根据权利要求4所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述浮子杠杆(222)的两端均设置有长条槽(223)，所述浮子(21)和齿条(23)分别通过钢条设置在长条槽(223)处，两个钢条在对应的长条槽(223)内通过铰接的方式与浮子杠杆(222)连接。
6.根据权利要求4所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述齿条(23)的上下端面固定在第一壳体(1)内，齿条座(214)在导向槽的两侧设置有耳座(215)，第一齿轮(24)连接的转轴在耳座(215)内转动。
7.根据权利要求4所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述单向转动子模块包括变向转动单元，所述变向转动单元包括第二齿轮(25)、第三齿轮(26)、第四齿轮(27)，第二齿轮(25)和第三齿轮(26)为锥形齿轮且相互啮合，第二齿轮(25)和第一齿轮(24)同轴连接，第三齿轮(26)和第四齿轮(27)同轴连接。
8.根据权利要求7所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述单向转动子模块还包括单向传动单元，所述单向传动单元包括并排同轴依次设置在转轴上的第一棘轮(28)、第二棘轮(29)、第五齿轮(210)，单向转动子模块还包括单向转动支撑座(211)，第一棘轮(28)上的转轴和第四齿轮(27)上的转轴均通过单向转动支撑座(211)支撑，所述第一棘轮(28)和第二棘轮(29)均与第四齿轮(27)啮合，所述第一棘轮(28)和第二棘轮(29)空转时的方向相反。
9.根据权利要求3所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述第一增速齿轮单元(213)包括第一增速齿轮(2131)、第二增速齿轮(2132)，第三增速齿轮(2133)、第四增速齿轮(2134)，第一增速齿轮(2131)与第六齿轮(212)同轴并排设置在转轴上，第一增速齿轮(2131)与第二增速齿轮(2132)的啮合，第二增速齿轮(2132)和第三增速齿轮(2133)同轴设置，所述第四增速齿轮(2134)与第三增速齿轮(2133)啮合，所述第一增速齿轮(2131)的外直径和第三增速齿轮(2133)的外直径均大于第二增速齿轮(2132)和第四增速齿轮(2134)的外直径，所述第四增速齿轮(2134)的转轴作为第一增速齿轮单元(213)的输出端。
10.根据权利要求4所述的一种波浪能驱动机构，其特征在于，所述浮动模块为3个，所述第一壳体(1)为圆柱状，对应的3个浮子(21)圆周阵列在第一壳体(1)的外围。
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