CN109798219A - 一种漂浮式波浪能转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种漂浮式波浪能转换装置，包括中空壳体、用于采集波浪能的迎浪组件和用于将波浪能转换为电能的转换组件；迎浪组件包括：设于壳体外的迎浪板、与迎浪板连接的迎浪板滚轮，壳体上开设有运动轨道，迎浪板滚轮受迎浪板驱动沿运动轨道滚动；转换组件包括：设于壳体内的发电机、支撑套杆、连杆和用于对连杆定位的定位齿轮；定位齿轮与发电机的转轴传动连接；支撑套杆上设有与支撑套杆滑动连接的滑动件；连杆一端与滑动件铰接，另一端与迎浪板滚轮铰接；连杆上还设有与定位齿轮相啮合的齿条；迎浪板受波浪冲击通过迎浪板滚轮带动连杆运动，设于连杆上的齿条带动定位齿轮旋转，从而驱动发电机发电。

Description

一种漂浮式波浪能转换装置

技术领域

本发明涉及海洋可再生能源工程技术领域，具体涉及一种漂浮式波浪能转换装置。

背景技术：

近年来，随着沿海地区经济建设快速发展，旅游业、海上养殖业等沿海产业逐渐兴起，沿岸海域对于防波储能的要求越来越高。根据波浪观测的资料统计计算，我国海岸线的波浪能资源理论平均功率达到了一千二百多万千瓦，全球有经济价值的波浪能开采量更是达到了1~10亿kW。而我国作为能源大国，对能源的需求量逐年递增，在大量使用不可再生资源的同时积极寻找可做替换的可再生新能源，波浪能以其清洁无污染且可再生的特点成为了缓解全球能源危机的一种有效途径。

为了储存沿岸海域的波浪能，现有并已投入使用的浮式发电装置有很多，如点头鸭式、推摆式和震荡浮子式等。点头鸭式理想下发电效率高，但是只适用于理想海况，波浪规律的情况下，且于多活动部件长期暴露在海水之中，装置可靠性较差，极易损坏，推摆式，生产成本较低能量转换效率较高但是维护困难，易损坏且发电效率不稳定，只适用于安置在防波堤上的大型发电装置；振荡浮子式，建造简单，吸收波浪能的效率高但是收到过多的冲击后易损坏，发电总量不大，所以只适合为一些灯塔和浮标提供能源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种漂浮式波浪能转换装置，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种漂浮式波浪能转换装置，包括中空壳体、用于采集波浪能的迎浪组件和用于将波浪能转换为电能的转换组件；所述迎浪组件包括：设于壳体外的迎浪板、与所述迎浪板连接的迎浪板滚轮，所述壳体上开设有运动轨道，迎浪板滚轮受迎浪板驱动沿所述运动轨道滚动；所述转换组件包括：设于壳体内的发电机、支撑套杆、连杆和用于对连杆定位的定位齿轮；所述定位齿轮与发电机的转轴传动连接；所述支撑套杆上设有与支撑套杆滑动连接的滑动件；所述连杆一端与所述滑动件铰接，另一端与所述迎浪板滚轮铰接；连杆上还设有与所述定位齿轮相啮合的齿条；所述迎浪板受波浪冲击通过迎浪板滚轮带动连杆运动，设于连杆上的齿条带动定位齿轮旋转，从而驱动发电机发电。

进一步的，为了提高能量转换效率并延长发电机寿命，发电机的转轴上连接有传动齿轮，所述传动齿轮通过棘轮齿轮与所述定位齿轮传动连接。

进一步的，所述连杆与迎浪板滚轮相对的一端连接有滑动挡板，所述壳体的壳体壁内设有供所述滑动挡板滑行的避让空间。

进一步的，为了提高本装置的使用寿命，避让空间内设有润滑防水填料。

进一步的，所述壳体的横截面呈椭圆形，所述运动轨道沿壳体横截面的曲线设置，所述支撑套杆沿壳体横截面的短轴设置。

本发明的优点在于：

1、本发明漂浮式波浪能转换装置结合波浪特性，在波浪沿着椭圆柱形外壳爬升和回落两个运动阶段均能带动迎浪板运动，迎浪板运动带动定位齿轮运动，并通过传动齿轮驱动发电机发电，提高了波浪能资源转换的能量总量；

2、本发明装置内部设置有两个取能途径，可通过线圈切割磁感线利用电磁感应定律直接发电，同时还通过传动齿轮驱动发电机发电，在同一椭圆柱形外壳上可设平行的多组发电装置，提高波浪能资源转换的能量总量；

3、本发明中迎浪板跟随波浪运动，且内部取能装置的传动机构的运转同波浪具有周期性，提高了装置的稳定性和使用寿命；

4、本发明中只有迎浪板和壳体暴露在外部，壳体外层涂有防侵蚀涂料层，防止海水中化学物质及海洋生物的侵蚀，保护该装置并延长该装置的使用周期，节约防护成本。

附图说明

图1为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置整体截面剖视图；

图2为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置中迎浪档板和壳体的连接示意图；

图3为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置中齿轮的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置中的连杆的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置中壳体形状设计原理示意图；

图6为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置中电力转换装置的示意图；

图7为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置工作状态俯视图一；

图8为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置工作状态俯视图二；

图9为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置工作状态俯视图三；

图10为本发明具体实施方式漂浮式波浪能转换装置整体结构俯视图。

其中：1、壳体；2、支撑套杆；3、线圈；4、滑动件；5、电力转换装置；6、磁铁；7、铰接头；8、连杆；9、定位齿轮；10、迎浪板；11、传动齿轮；12、发电机；13、密封舱；14、转动圆柱；15、滑动挡板；16、齿轮；17、避让空间；18、铰接槽；19、铰接球；20、直流电输出端；21、发电输出电缆；22、逆变器；23、交流电输出端；24、蓄电池；25、电源控制器。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1至图10所示，一种漂浮式波浪能转换装置，包括中空壳体1、用于采集波浪能的迎浪组件和用于将波浪能转换为电能的转换组件。迎浪组件包括：设于壳体1外的迎浪板10、与迎浪板10连接的迎浪板滚轮，壳体1上开设有运动轨道，迎浪板滚轮受迎浪板10驱动沿运动轨道滚动。转换组件包括：设于壳体内的发电机12、支撑套杆2、连杆8和用于对连杆8定位的定位齿轮9，定位齿轮9与发电机12的转轴传动连接，支撑套杆2上设有与支撑套杆2滑动连接的滑动件；连杆8一端与滑动件铰接，另一端与迎浪板滚轮铰接；连杆8上还设有与定位齿轮9相啮合的齿条；具体的，定位齿轮9有两个，分别啮合在齿条的两侧。

迎浪板10受波浪冲击通过迎浪板滚轮带动连杆8运动，设于连杆8上的齿条带动定位齿轮9旋转，传动齿轮11和发电机12的转轴相连接，从而驱动发电机12发电。本发明通过水浪带动迎浪板10运动而进一步的带动发电机12发电，实现了把波浪能转换成电能，本装置结构简单，能量转换过程简单高效、整个装置结构稳定能够长期使用。

如图1至图10所示，滑动件4呈环形套装于支撑套杆2上，滑动件4内至少设有两块异名磁极相对的磁铁6，支撑套杆2内设有线圈3，连杆8带动滑动件沿支撑套杆2运动，线圈3切割两磁铁6形成的磁场产生感应电流。具体的，支撑套杆2连接在壳体1形成的密封舱13内，滑动件4通过铰接头7和连杆8铰接。迎浪板10受水浪冲击带动齿轮16在运动轨道内转动，齿轮16转动带动连杆8绕定位齿轮9运动，连杆8运动带动滑动件4上下运动，滑动件4中的磁铁6和线圈3相对运动切割磁感线，使线圈3产生电流。本发明通过水浪带动迎浪板10运动而使磁铁6和线圈3产生相对运动，切割磁感线产生电流，实现了把波浪能直接转换成电能。本装置有两个取能途径，通过线圈3切割磁感线利用电磁感应定律直接发电，同时还通过传动齿轮11驱动发电机12发电，提高波浪能资源转换的能量总量。

在本实施例中，如图3和图4所示，连杆8上设有铰接球19，迎浪板滚轮为外部分布有齿的齿轮16，齿轮16包括一体成型的转动圆柱14，转动圆柱14上设有铰接槽18，连杆8上的铰接球19转动连接在铰接槽18中；连杆8的外周上设有齿条，齿条的两侧啮合有定位齿轮9，发电机12的转轴上连接有传动齿轮11，传动齿轮11通过棘轮齿轮与定位齿轮9传动连接。运动轨道内设有与齿轮16相啮合的导向齿。迎浪板10受水浪冲击带动齿轮16在运动轨道内转动，齿轮16转动带动连杆8绕定位齿轮9运动，连杆8带动定位齿轮9运动，通过传动齿轮11带动所述发电机12发电。

如图1和图10所示，壳体1的形状为椭圆柱形，椭圆柱形壳体1上设有若干组互相平行的运动轨道。椭圆柱形壳体1，其形状符合海上水面处波浪引起的水质点运动轨迹的形状，有利于波浪能的转换，其上设有若干组互相平行的运动轨道，能实现多处同时取能发电。椭圆柱形壳体1外层涂有防侵蚀涂料层，防止海水中化学物质及海洋生物的侵蚀，保护该装置并延长使用周期，节约防护成本。更进一步的，每组运动轨道都对应设置有一个支撑套杆2，每组运动轨道中的两个运动轨道关于对应的支撑套杆2对称，且每组运动轨道和对应的支撑套杆2对称，每组运动轨道和对应的支撑套杆2在同一椭圆截面上。

如图1和图5所示，连杆8的设计转动角度范围为30-50度，能满足连杆8的运动轨迹正好在弧形运动轨道中。图5中L1为连杆8与水平向夹角为30度时的中轴线，L2为连杆8与水平向夹角为40度时的中轴线，L3为连杆8与水平向夹角为50度时的中轴线，设计时将连杆8的中轴线一端与铰接头7运动轨迹重合，并通过定位齿轮9同一侧附近，连接的连杆8的中轴线的另一端，即可得椭圆柱形外壳中有轨道段的弧形形状，此处仅画出3种角度进行示意。

在本实施例中，如图1至图10所示，迎浪板10位于椭圆柱形壳体1中的运动轨道的上方，迎浪板10为弧形。本装置整体在水面平静时漂浮于海面，并用锚链和抓力锚固定于海底椭圆柱形壳体1表面安装的迎浪板10在没有波浪作用时位于较低位置，迎浪板10的弧形面均面向海水，当波高传递到本发明装置所在位置时，水体沿着椭圆柱形壳体1爬升，并冲击迎浪板10促使迎浪板10顺着来波方向运动，同时带动连杆8也顺着来波方向运动，迎浪板10在椭圆柱形壳体1表面的运动轨道上向岸运动的同时由于和齿轮16咬合发生转动，当水体爬升到最高处时迎浪板10也运动到了最高点，这时迎浪板10的弧形面朝向椭圆柱形壳体1的最高点，运动到最高处的水体在重力的作用下回流，继续推动迎浪板10向较低位置运动，在波浪的往复作用下，迎浪板10也沿着椭圆柱形壳体1表面轨道往复运动。

在本实施例中，如图1至图10所示，椭圆柱形壳体1上预留多组带有轮齿的运动轨道，在运动轨道前端、后端的椭圆柱形壳体1中间层设有滑动挡板15运动的避让空间17，并在避让空间17内添加润滑防水填料，防水润滑填料可以是沥青、聚氯乙烯泡沫塑料或其它材料等，防水润滑填料的设置能延长本装置的使用周期，同时形成密封舱13使该装置浮于海面。连杆8顶部有铰接球19，铰接球19下方是滑动挡板15，滑动挡板15插装在椭圆柱形壳体1内的避让空间17中。当迎浪板10运动时，仅带动连杆8绕定位齿轮9转动，连杆8本身并不和迎浪板10一样转动。由于椭圆柱形壳体的截面为椭圆形，边上各点到连杆8中段齿条咬合固定点的距离不同而连杆8的长度不变，连杆8随迎浪板10运动的同时，连杆8另一端铰接的滑动件4会在支撑套杆2上滑动，连杆8上的齿条同时带动定位齿轮9转动，通过传动齿轮11带动发电机12工作，并将电力输出至电力转换装置5。

在本实施例中，连杆8运动带动连杆8中段两侧的定位齿轮9转动，再经由传动齿轮11带动发电机12转动，传动齿轮11与定位齿轮9的转轴连接采用一组顺时针传动棘轮齿轮和一组逆时针传动棘轮齿轮，当定位齿轮9顺时针转动时，顺时针传动棘轮齿轮起传动作用，逆时针传动棘轮齿轮内部单向齿滑动不咬合因此并不起传动作用，当定位齿轮9逆时针转动时，逆时针传动棘轮齿轮起传动作用，顺时针传动棘轮齿轮因内部单向齿滑动不咬合不起传动作用，由此保证发电机12的转轴始终朝一个方向转动，提高能量转换效率并延长发电机寿命；至此完成该装置转换能量的一个取能过程。

在本实施例中，支撑套杆2的长度等于椭圆截面的短轴长度，有支撑和稳固结构的作用，支撑套杆2上有一滑动件4连接两根连杆8。滑动件4同时连接两端的连杆8，波浪爬升时一端迎浪板10上移时带动另一端迎浪板10上移，两侧迎浪板10同时到达最高位置，波浪越过椭圆柱体表面将岸侧的迎浪板10往低位置推时又将海侧的连杆8和迎浪板10带动回到初始的状态；支撑套杆2内部安装线圈3，滑动件4内安装磁铁6，由二者的相对运动做切割磁感线运动进行发电，并将电力输出至电力转换装置5。

在本实施例中，如图6所示，电力转换装置5包括电源控制器25，电源控制器25的电能输入端连接有发电输出电缆21，发电输出电缆21有两根，一根发电输出电缆21和线圈3相连接，另一根发电输出电缆21和发电机12的电能输出端连接，发电输出电缆21用于将所述线圈3和发电机12产生的电流输送到电源控制器25中。电源控制器25的电能输出端连接有直流电输出端20、蓄电池24和逆变器22，逆变器22的输出端连接有交流电输出端23，电源控制器25中接收的电流通过直流电输出端20输出，或给蓄电池24充电，或经过逆变器22转换成交流电后通过交流电输出端23输出。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种漂浮式波浪能转换装置，其特征在于：包括中空壳体（1）、用于采集波浪能的迎浪组件和用于将波浪能转换为电能的转换组件；

所述迎浪组件包括：设于壳体（1）外的迎浪板（10）、与所述迎浪板（10）连接的迎浪板滚轮，所述壳体（1）上开设有运动轨道，迎浪板滚轮受迎浪板（10）驱动沿所述运动轨道滚动；

所述转换组件包括：设于壳体内的发电机（12）、支撑套杆（2）、连杆（8）和用于对连杆（8）定位的定位齿轮（9）；所述定位齿轮（9）与发电机（12）的转轴传动连接；

所述支撑套杆（2）上设有与支撑套杆（2）滑动连接的滑动件；所述连杆（8）一端与所述滑动件铰接，另一端与所述迎浪板滚轮铰接；连杆（8）上还设有与所述定位齿轮（9）相啮合的齿条；

所述迎浪板（10）受波浪冲击通过迎浪板滚轮带动连杆（8）运动，设于连杆（8）上的齿条带动定位齿轮（9）旋转，从而驱动发电机（12）发电。

2.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于：所述滑动件呈环形套装于所述支撑套杆（2）上，所述滑动件内至少设有两块异名磁极相对的磁铁（6），所述支撑套杆（2）内设有线圈（3），所述连杆（8）带动滑动件沿支撑套杆（2）运动，所述线圈（3）切割两磁铁（6）形成的磁场产生感应电流。

3.根据权利要求2所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述壳体（1）内还设有电源控制器（25），所述发电机（12）的电能输出端和所述线圈（3）分别与所述电源控制器（25）的电能输入端连接，所述电源控制器（25）的电能输出端分别连接有直流电输出端（20）、蓄电池（24）和逆变器（22），所述逆变器（22）输出端连接交流电输出端（23）。

4.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于：所述迎浪板滚轮为外部分布有齿的齿轮（16），所述运动轨道内设有与所述齿轮（16）相啮合的导向齿。

5.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于：发电机（12）的转轴上连接有传动齿轮（11），所述传动齿轮（11）通过棘轮齿轮与所述定位齿轮（9）传动连接。

6.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述连杆（8）与迎浪板滚轮相对的一端连接有滑动挡板（15），所述壳体（1）的壳体壁内设有供所述滑动挡板（15）滑行的避让空间（17）。

7.根据权利要求6所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述避让空间（17）内设有润滑防水填料。

8.根据权利要求6所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述滑动挡板（15）上还设有铰接球（19），所述迎浪板滚轮上开设有与所述铰接球（19）相匹配的铰接槽（18）。

9.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述壳体（1）的横截面呈椭圆形，所述运动轨道沿壳体横截面的曲线设置，所述支撑套杆（2）沿壳体横截面的短轴设置。

10.根据权利要求1至9任一项所述的漂浮式波浪能转换装置，其特征在于，所述迎浪板（10）呈弧形。