CN111207025A - 波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波浪能发电装置，包括由波浪涨落驱动的浮体，长度方向的一端为搭载端，另一端由浮体的顶部穿插伸出于其底部浮托面的齿条组件；齿条组件的伸出方向与浮托面满足垂直条件；浮体的壳体内设置有飞轮组件；飞轮组件的转动轴与齿条组件同向布置。浮体上下浮动过程中，与齿条组件通过齿轮齿条结构进行动力输入进行发电，浮体内部设置飞轮组件，发电过程中，飞轮组件在浮体内部转动，将飞轮组件的转动轴与齿条组件同向布置，使得浮体对波浪上下浮动过程中，飞轮组件提高浮体在波浪表面的运行稳定性，并可通过飞轮组件的转动提高发电过程中的蓄能能力，提高发电能力。

Description

波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及波浪能技术领域，更具体地说，涉及一种波浪能发电装置。

背景技术

海洋能源约占世界能源总量的70％，波浪能是以动能形态出现的海洋能之一，全球可开发利用的波浪能为20亿～30亿kW，是具有重大价值的清洁能源。点吸收式海洋波浪能发电装置是目前发展较好的波浪能转换装置，适用于中国这样的波能密度较低的国家。至今尚未有可长期稳定运行、成熟商用的波浪能发电系统。

现有的波浪能发电系统，通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发电机发电的方式。如采用齿条、齿轮和棘轮机构的机械式装置。随着波浪的起伏，齿条跟浮子一起升降，驱动与之啮合的左右两只齿轮作往复旋转。齿轮各自以棘轮机构与轴相连。齿条上升，左齿轮驱动其轴逆时针旋转，右齿轮则顺时针空转。通过后面一级齿轮的传动，驱动发电机顺时针旋转发电。

现有技术及装置结构复杂、形体笨重、可靠性差、运行维护困难，抗风浪等恶劣天气能力差，无法在海洋环境长期稳定运行；浮子随波浪下降时发电能力差，即仅能实现半波发电，发电量小，对海水波浪能的利用率低。

因此，如何优化波浪能发电装置的发电结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种波浪能发电装置，以优化波浪能发电装置的发电结构。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种波浪能发电装置，包括由波浪涨落驱动的浮体，

长度方向的一端为搭载端，另一端由所述浮体的顶部穿插伸出于其底部浮托面的齿条组件，所述浮体上设置与所述齿条组件动力连接的动力输入齿轮；

所述齿条组件的伸出方向与所述浮托面满足垂直条件；

所述浮体的壳体内设置有飞轮组件，所述飞轮组件由所述齿条组件输入转动动力；

所述飞轮组件的转动轴与所述齿条组件同向布置。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述浮体内部设置由所述齿条组件驱动的齿轮箱，由所述齿轮箱拖动的发电机；

所述飞轮组件包括内圈布置的飞轮驱动轮，外圈布置的飞轮，和架装二者的飞轮连接件；

所述飞轮驱动轮动力配合于所述齿轮箱的输出齿轮和所述发电机的驱动齿轮之间。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述输出齿轮和驱动齿轮架装于所述飞轮驱动轮径向的两侧。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述齿轮箱和所述发电机均架装于所述壳体内部，并分别位于所述飞轮驱动轮径向的两侧。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述齿轮箱架装于所述壳体内；

所述发电机为定子线圈固装于所述壳体，并位于所述飞轮和所述飞轮驱动轮之间，

所述发电机的磁极布置于所述飞轮的内圈的集成式发电机。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述齿条组件包括齿条主体，与所述齿条主体并行的导向滑杆，以及架装二者长度方向两端的上安装座和下安装座；

所述壳体上同轴伸出容置所述齿条组件滑移的动力腔，所述动力腔的底壁上开设避让所述齿条主体的第一避让孔，以及与所述导向滑杆滑移配合的第一导向孔；

所述飞轮驱动轮上开设有与所述第一避让孔和第一导向孔位置对应，架装所述齿条组件的第二避让孔和第二导向孔。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述飞轮驱动轮包括与所述输出齿轮和所述驱动齿轮动力配合的齿圈，

架装所述齿圈的支撑轴承，

架装所述支撑轴承，并由所述动力腔的底部装入的基座；

所述飞轮连接件的内端固装于所述齿圈轴向的一端。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述飞轮连接件包括架装于所述飞轮驱动轮和所述飞轮之间的支撑杆，

所述支撑杆上套装有可滑动的质量滑块，

及连接所述质量滑块和所述飞轮的支撑弹簧。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述上安装座和所述下安装座的内端面均设置有与所述浮体进行碰撞缓冲的弹性缓冲撑杆。

优选地，在上述波浪能发电装置中，所述壳体为倒置筒状结构，所述壳体的外圈套装有对其自重进行调节的储水皮囊，

所述壳体顶部布置套装于所述动力腔外圈的浮体皮囊，

所述浮体皮囊并贴靠于所述壳体的筒状结构的底壁；

所述齿轮箱的下端伸出由所述齿条组件拖动的动力输入齿轮，所述齿轮箱内部布置套装于所述动力输入齿轮的齿轮轴上的单向轴承组，由所述单向轴承组配合的增速齿轮组，所述输出齿轮连接于所述增速齿轮组的输出端。

本发明提供的波浪能发电装置，包括由波浪涨落驱动的浮体，长度方向的一端为搭载端，另一端由浮体的顶部穿插伸出于其底部浮托面的齿条组件；齿条组件的伸出方向与浮托面满足垂直条件；浮体的壳体内设置有飞轮组件；飞轮组件的转动轴与齿条组件同向布置。浮体漂浮于波浪表面，并随波浪涨落而上下浮动，齿条组件由其搭载端进行定位安装，在长度方向上穿插伸入浮体，与动力输入齿轮配合，齿条组件和浮体的浮托面满足垂直条件，浮体上下浮动过程中，与齿条组件通过齿轮齿条结构进行动力输入进行发电，浮体内部设置飞轮组件，发电过程中，飞轮组件在浮体内部转动，将飞轮组件的转动轴与齿条组件同向布置，使得浮体对波浪上下浮动过程中，飞轮组件提高浮体在波浪表面的运行稳定性，并可通过飞轮组件的转动提高发电过程中的蓄能能力，提高发电能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的波浪能发电装置的主视图；

图2为图1中波浪能发电装置的内部结构示意图(无壳体)；

图3为图1中波浪能发电装置中飞轮组件的结构示意图；

图4为图1中波浪能发电装置的壳体安装结构示意图；

图5为图1中波浪能发电装置中齿条组件的结构示意图；

图6为图1中波浪能发电装置的齿轮箱内部布置结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种波浪能发电装置，优化了波浪能发电装置的发电结构。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图6所示，图1为本发明提供的波浪能发电装置的主视图；图2为图1中波浪能发电装置的内部结构示意图(无壳体)；图3为图1中波浪能发电装置中飞轮组件的结构示意图；图4为图1中波浪能发电装置的壳体安装结构示意图；图5为图1中波浪能发电装置中齿条组件的结构示意图；图6为图1中波浪能发电装置的齿轮箱内部布置结构示意图。

本实施例提供了一种波浪能发电装置，包括由波浪涨落驱动的浮体1，长度方向的一端为搭载端，另一端由浮体1的顶部穿插伸出于其底部浮托面的齿条组件2，浮体1上设置与齿条组件2动力连接的动力输入齿轮31。齿条组件2的顶部可固装于海上平台、海上桩基等支撑构架上，也可以安装在海面漂浮物上，漂浮物采用锚固的方式进行定位，可单独发电，为海洋监测站、海洋航标灯、海上通信设备等提供单一供电，也可组成发电阵列，形成大规模发电系统，并入电网。

齿条组件2的伸出方向与浮托面满足垂直条件，齿条组件2的顶部固装到定位结构上，浮体1随波浪涨落上下浮动，将齿条组件2和浮体1的底部浮托面之间设置满足垂直条件，即二者处于基本垂直布置，优选为垂直结构，保证齿条组件2和动力输入齿轮31的动力输入稳定。

浮体1的壳体11内设置有飞轮组件5，飞轮组件5由齿条组件2输入转动动力；飞轮组件5的转动轴与齿条组件2同向布置。浮体1漂浮于波浪表面，并随波浪涨落而上下浮动，齿条组件2由其搭载端进行定位安装，在长度方向上穿插伸入浮体1，齿条组件2和浮体1的浮托面满足垂直条件，浮体1上下浮动过程中，与齿条组件2通过齿轮齿条结构进行动力输入进行发电，浮体1内部设置飞轮组件5，发电过程中，齿条组件2输入的动力同时带动飞轮组件5转动，飞轮组件5在浮体内部转动，将飞轮组件5的转动轴与齿条组件2同向布置，使得浮体1对波浪上下浮动过程中，飞轮组件5保证浮体1在平面内摆动，减少晃动，飞轮组件5提高浮体1在波浪表面的运行稳定性，并可通过飞轮组件5的转动提高发电过程中的蓄能能力，利用飞轮组件5的转动保证动力输入过程中动力输入的连续性，提高发电能力。

在本案一具体实施例中，浮体1内部设置由齿条组件2驱动的齿轮箱3，由齿轮箱3拖动的发电机4。齿轮箱3的动力输入齿轮31与齿条组件2进行齿轮齿条配合进行动力输入，经齿轮箱3的变速功能，由输出齿轮32输出拖动发电机4的驱动齿轮41转动动力，进而带动发电机发电。

飞轮组件5包括内圈布置的飞轮驱动轮51，外圈布置的飞轮53，和架装二者的飞轮连接件52。飞轮驱动轮51动力配合于齿轮箱3的输出齿轮32和发电机4的驱动齿轮41之间。为保证齿轮传动过程中的稳定，将飞轮组件5在齿轮箱3和发电机4动力传递过程中进行驱动。

具体地，飞轮组件5的内圈设置为飞轮驱动轮51，由输出齿轮32和驱动齿轮41同时与飞轮驱动轮5动力连接，飞轮驱动轮51与飞轮53在内外圈同轴布置，二者采用飞轮连接件52连接，使得飞轮53环绕齿轮传动结构的周向，通过飞轮转动保证齿轮传动过程中的稳定性。

优选地，输出齿轮32和驱动齿轮41架装于飞轮驱动轮51径向的两侧。输出齿轮32和驱动齿轮41，采用基本对称位于飞轮驱动轮51径向两端，保证平衡。

进一步地，齿轮箱3和发电机4均架装于壳体11内部，并分别位于飞轮驱动轮51径向的两侧。浮体1与齿条组件2主要为上下相对运动，因此应尽量减低浮体1内齿轮转动在浮体1周向的不平衡性。将齿轮箱3和发电机4分别设置于飞轮驱动轮51的两侧，将浮体1的重心尽量设置位于其中间位置，优选设置二者的重量基本相当，提高飞轮53转动过程中平衡能力。进一步，齿条组件2设置于浮体1轴向的正中位置，提高平衡能力。

在本案一具体实施例中，齿轮箱3架装于壳体11内；发电机4为定子线圈固装于壳体，并位于飞轮和飞轮驱动轮之间，发电机的磁极布置于飞轮的内圈的集成式发电机。适应浮体内部设置飞轮组件，利用飞轮组件在浮体浮动过程中的转动，发电机可采用集成式结构，将发电机的定子线圈固装于壳体内，具体可绕制于飞轮驱动轮的支撑结构上，飞轮在运行中持续转动，将发电机的磁极固装到飞轮的内圈，通过飞轮的转动，实现磁极对定子线圈的切割，完成发电。

在本案一具体实施例中，齿条组件2包括齿条主体21，与齿条主体21并行的导向滑杆22，以及架装二者长度方向两端的上安装座23和下安装座24。齿条组件21在浮体1随波浪涨落浮动过程中，在浮体1中部上下滑动，应保证齿条组件2的齿条主体21，与齿轮箱3的动力输入齿轮31稳定啮合，将齿条组件2同时设置导向滑杆22，优选设置为两条，由上安装座23和下安装座24分别对齿条主体21和导向滑杆22的两端分别固定，由导向滑杆22与浮体1滑移配合，进而保证齿条主体21的啮合稳定性。

壳体11上同轴伸出容置齿条组件2滑移的动力腔12，动力腔12的底壁上开设避让齿条主体21的第一避让孔13，以及与导向滑杆22滑移配合的第一导向孔14；飞轮驱动轮51上开设有与第一避让孔13和第一导向孔13位置对应，架装齿条组件的第二避让孔513和第二导向孔514。

齿条组件21穿过浮体1的中心，设置独立的动力腔12，用于容置齿条组件2，避免滑移干涉。动力腔12设置为筒状结构，与浮体1的壳体同轴布置，动力腔12伸出壳体11表面，其底壁(动力腔12为倒置结构，该底壁指图2中动力腔12的顶部)开设第一避让孔12实现齿条主体2与动力输入齿轮31的啮合滑移，动力腔12的底壁上同时开设第一导向孔14，导向滑杆22在第一导向孔14内滑移。

飞轮组件6位于浮体1内，其内圈的飞轮驱动轮51与壳体11同轴布置，其上开设与第一避让孔13和第一导向孔14位置对应的第二避让孔513和第二导向孔514，使得导向滑杆22的滑移同时受到第一导向孔14和第二导向孔514的两点支撑，进一步提高浮体1在上下浮动过程中与齿条组件的配合稳定性。

在本案一具体实施例中，飞轮驱动轮51包括与输出齿轮32和驱动齿轮31动力配合的齿圈511，架装齿圈的支撑轴承，架装支撑轴承，并由动力腔12的底部装入的基座512。适应飞轮驱动轮51的内部需要架装齿条组件2，同时其需要与输出齿轮32和驱动齿轮31转动配合进行动力传递。将飞轮驱动轮51设置由基座512安装于动力腔12的底部，优选基座512采用柱状结构，采用外螺纹由动力腔12的下端装入，飞轮驱动轮51设置支撑轴承套装于基座512的外圈，支撑轴承上套装齿圈511，满足动力传递和对齿条组件2的支撑能力。

飞轮53由飞轮驱动轮51的转动拖动，将飞轮连接件52的内端固装于齿圈511轴向的一端，飞轮连接件52的另一端固装于飞轮53的内圈，由齿圈511的转动带动飞轮的动作。

在本案一具体实施例中，飞轮连接件52包括架装于飞轮驱动轮51和飞轮53之间的支撑杆521，支撑杆521上套装有可滑动的质量滑块522，及连接质量滑块522和飞轮53的支撑弹簧523。浮体1和齿条组件2之间，通过齿条组件2顶部的安装定位，以及齿条组件2和浮体1之间的导向滑杆22保证上下浮动过程中的稳定，考虑到波浪波动过程中对浮体冲击，将飞轮连接件52设置由支撑杆定位连接飞轮驱动轮51和飞轮53，保证飞轮53在浮体1内转动位置稳定，支撑杆521的伸缩端布置支撑弹簧523，支撑弹簧523连接可滑动的质量滑块522，并定位连接飞轮53端，当由于浮体1受到冲击而发生倾斜摆动时，飞轮53的转动平面由波浪带动倾斜时，质量滑块522由于转动过程中不平衡，三条支撑杆521上质量滑块522对支撑弹簧523的拉伸长度不同，飞轮53的转动中心与飞轮驱动轮51偏离，利用飞轮53转动提高浮体1的平衡能力，通过设置飞轮连接杆52的可伸缩结构的质量滑块522，使得浮体1的动平衡能力提高，飞轮1由于转动中心位置的变化，其转动惯量随浮体浮动可变，以利于发电机的转速稳定，输出电能稳定。

在本案一具体实施例中，上安装座23和下安装座24的内端面均设置有与浮体1进行碰撞缓冲的弹性缓冲撑杆25。由于齿条组件2的顶部采用固定安装结构，在波浪较大时，容易造成浮体1动作过程中与上安装座23和下安装座24的冲击，通过设置弹性缓冲撑杆25，在浮体浮动过量时，由杆状结构的弹性缓冲撑杆25与浮体1的顶部或底部进行碰撞缓冲，接触面积小，避免对齿条组件的架装结构进行破坏，且利用弹性缓冲，保证了浮体顶部和底部的安全性。齿条主体和两条导向滑杆呈正三角结构结构布置，弹性缓冲杆位于三者之间，以对齿条组件的重心进行优化配置。

在本案一具体实施例中，壳体11为倒置筒状结构，壳体11的外圈套装有对其自重进行调节的储水皮囊6，壳体采用倒置筒状结构，筒状结构的底壁向上布置，用于架装动力腔12和飞轮组件5，齿轮箱3和发电机4均位于筒状结构的内部，避免波浪较大时直接冲击，提高安全性。壳体11的外圈套装一圈储水皮囊6，储水囊6可吸入和排出海水，调节浮体1的重量，浮体1下降过程也能发电，实现全波发电，波浪能利用率高。

壳体11顶部布置套装于动力腔12外圈的浮体皮囊7，浮体皮囊7贴靠于壳体11的筒状结构的底壁。壳体上伸出动力腔12，在动力腔12的外圈架装浮体皮囊7，并将浮体皮囊7与壳体11的底壁贴合布置，利用浮体1筒状结构的底壁，以及浮体皮囊7，将浮体1上传动部件内置，减少外露的运动部件，提高整机工作可靠性，抗海水腐蚀能力增强。

齿轮箱3的下端伸出由齿条组件2拖动的动力输入齿轮31，齿轮箱3内部布置套装于动力输入齿轮31的齿轮轴上的单向轴承组33，由单向轴承组配合的增速齿轮组34，输出齿轮连接于增速齿轮组33的输出端。齿轮箱3采用单向轴承组33，使得浮体在上下浮动过程中，均可与齿条组件2进行动力输入，齿轮箱3内同时设置增速齿轮组34，通过锥形齿轮35将动力输送至输出齿轮32，提高转动能力，提高发电能力。

通过对齿轮箱3的传动结构以及飞轮组件5的结构布置，本实施例提供的波浪能发电装置的水平半径可小至0.5米，外形小、重量轻，运行维护简单，利用储水量可调的储水皮囊和浮体皮囊，可根据浪高调节自重，装置下降过程也能发电，实现全波发电，波浪能利用率高。同时，改进后的传动结构，使得本装置重量轻，可在小波浪下正常启动，波高适用范围宽，波浪能获取能量强。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括由波浪涨落驱动的浮体，

长度方向的一端为搭载端，另一端由所述浮体的顶部穿插伸出于其底部浮托面的齿条组件，所述浮体上设置与所述齿条组件动力连接的动力输入齿轮；

所述齿条组件的伸出方向与所述浮托面满足垂直条件；

所述浮体的壳体内设置有飞轮组件，所述飞轮组件由所述齿条组件输入转动动力；

所述飞轮组件的转动轴与所述齿条组件同向布置。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述浮体内部设置由所述齿条组件驱动的齿轮箱，由所述齿轮箱拖动的发电机；

所述飞轮组件包括内圈布置的飞轮驱动轮，外圈布置的飞轮，和架装二者的飞轮连接件；

所述飞轮驱动轮动力配合于所述齿轮箱的输出齿轮和所述发电机的驱动齿轮之间。

3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述输出齿轮和驱动齿轮架装于所述飞轮驱动轮径向的两侧。

4.根据权利要求3所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述齿轮箱和所述发电机均架装于所述壳体内部，并分别位于所述飞轮驱动轮径向的两侧。

5.根据权利要求3所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述齿轮箱架装于所述壳体内；

所述发电机为定子线圈固装于所述壳体，并位于所述飞轮和所述飞轮驱动轮之间，

所述发电机的磁极布置于所述飞轮的内圈的集成式发电机。

6.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述齿条组件包括齿条主体，与所述齿条主体并行的导向滑杆，以及架装二者长度方向两端的上安装座和下安装座；

所述壳体上同轴伸出容置所述齿条组件滑移的动力腔，所述动力腔的底壁上开设避让所述齿条主体的第一避让孔，以及与所述导向滑杆滑移配合的第一导向孔；

所述飞轮驱动轮上开设有与所述第一避让孔和第一导向孔位置对应，架装所述齿条组件的第二避让孔和第二导向孔。

7.根据权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述飞轮驱动轮包括与所述输出齿轮和所述驱动齿轮动力配合的齿圈，

架装所述齿圈的支撑轴承，

架装所述支撑轴承，并由所述动力腔的底部装入的基座；

所述飞轮连接件的内端固装于所述齿圈轴向的一端。

8.根据权利要求7所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述飞轮连接件包括架装于所述飞轮驱动轮和所述飞轮之间的支撑杆，

所述支撑杆上套装有可滑动的质量滑块，

及连接所述质量滑块和所述飞轮的支撑弹簧。

9.根据权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述上安装座和所述下安装座的内端面均设置有与所述浮体进行碰撞缓冲的弹性缓冲撑杆。

10.根据权利要求6所述的波浪能发电装置，其特征在于，所述壳体为倒置筒状结构，所述壳体的外圈套装有对其自重进行调节的储水皮囊，

所述壳体顶部布置套装于所述动力腔外圈的浮体皮囊，

所述浮体皮囊并贴靠于所述壳体的筒状结构的底壁；

所述齿轮箱的下端伸出由所述齿条组件拖动的动力输入齿轮，所述齿轮箱内部布置套装于所述动力输入齿轮的齿轮轴上的单向轴承组，由所述单向轴承组配合的增速齿轮组，所述输出齿轮连接于所述增速齿轮组的输出端。

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