CN111207030A - 波浪能发电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能发电装置及系统，波浪能发电装置包括：趸船、共轴、变速齿轮箱和永磁体发电机；共轴设有多个波浪能转换组件；波浪能转换组件包括：单向传动齿轮、杠杆、浮筒和用于限定浮筒的水平位置并导向浮筒运动的限位杆；单向传动齿轮连接至共轴；杠杆的一端连接至单向传动齿轮；浮筒转动连接至杠杆的另一端；限位杆的一端固定至趸船；杠杆的另一端和浮筒滑动连接至限位杆；浮筒的用于接触海水的底部形成有凹面。波浪能发电装置及系统发电的持续性和稳定性高，且结构简单，成本较低。

Description

波浪能发电装置及系统
技术领域
本发明涉及一种波浪能发电装置及系统。
背景技术
现有的波浪能发电装置主要有两大类：一是海蛇式发电装置，二是浮筒振动式发电装置。浮筒振动式按设置区域及是否固定可分为岸基固定式、海基固定式和海基浮动式；按能量转换方式又可分为机械式、气压式和液压式(如鹰式)。以上列举的几种波浪能发电装置，综合起来有以下几大缺陷：发电主要设备暴露在外或浸泡在海水中，造成海风中的盐分或海水对主要设备的侵蚀和海洋微生物的附着；海蛇式和海基的浮筒振动式，影响海上航行及渔业等海上作业；固定的浮筒振动式，因潮位差造成发电缺乏持续性和稳定性；通过气压或液压的能量转换方式，技术复杂，投入成本高；能量吸收和转换效率低，装机容量小。
发明内容
本发明提供了一种波浪能发电装置及系统，采用如下的技术方案：
一种波浪能发电装置，包括：趸船、共轴、用于被共轴带动的变速齿轮箱和用于被变速齿轮箱带动进而将机械能转化为电能的永磁体发电机；永磁体发电机和变速齿轮箱安装至趸船；变速齿轮箱的输出轴连接至永磁体发电机的输入轴；变速齿轮箱的输入轴连接至共轴；共轴转动连接至趸船；共轴设有多个用于将波浪具有的势能转换为机械能以驱动共轴相对于趸船进行转动的波浪能转换组件；波浪能转换组件包括：单向传动齿轮、杠杆、浮筒和用于限定浮筒的水平位置并导向浮筒运动的限位杆；单向传动齿轮连接至共轴；杠杆的一端连接至单向传动齿轮；浮筒转动连接至杠杆的另一端；限位杆的一端固定至趸船；杠杆的另一端和浮筒滑动连接至限位杆；浮筒的用于接触海水的底部形成有凹面。
进一步地，浮筒的顶部设有具有转轴的两个夹臂；杠杆的另一端的两侧形成有用于配合两个转轴的凹槽；浮筒通过两个转轴转动连接至凹槽内而转动连接至杠杆的另一端；转轴与凹槽的槽壁之间设有转动轴承。
进一步地，杠杆的另一端通过杠杆形成有的供限位杆穿过的腰型孔滑动连接至限位杆；浮筒通过浮筒形成有的供限位杆穿过的通孔滑动连接至限位杆。
进一步地，限位杆形成有第一段杆和第二段杆；第一段杆依次穿过腰型孔和通孔连接至第二段杆的一端且垂直于第二段杆；第二段杆的另一端固定至趸船的侧面且水平设置。
进一步地，浮筒的上部为圆锥体。
进一步地，永磁体发电机的输入轴和变速齿轮箱的输出轴通过带轮和皮带相连接；变速齿轮箱的输入轴和共轴通过带轮和皮带连接。
进一步地，波浪能发电装置还包括：设置于岛礁上的桩基和连接臂；连接臂的两端分别转动连接至桩基和趸船。
进一步地，永磁体发电机的远离永磁体发电机的输入轴的一端设有飞轮。
一种波浪能发电系统，包括多个如上所述的波浪能发电装置；多个波浪能发电装置相互连接。
进一步地，多个波浪能发电装置通过踏板连接相邻的两个趸船而实现相互连接。
本发明的有益之处在于提供的波浪能发电装置以趸船作为发电平台，采用多个波浪能转换组件和共轴对海洋的波浪能能量进行采集和转换，结构简单，成本较低。同时浮筒的底部设置的凹面能够抵消浮筒运动至波峰或波谷时的惯性，确保浮筒的有效做功振幅；此起彼伏的浮筒通过相关组件能够驱动共轴持续转动，永磁体发电机转动轴上连接的飞轮进一步稳定转速，从而保证了发电的持续性和稳定性，进而无需通过蓄电池储能，仅经输变电后直接连接电网即可，更加的环保。再者，由于多个波浪能转换组件和共轴能够对海洋的波浪能能量进行有效地采集和转换，也解决了装机容量过小的问题。
附图说明
图1是本发明的一种波浪能发电装置的趸船移除船舱的示意图；
图2是图1中的波浪能发电装置的趸船安装有船舱的另一个视角的示意图；
图3是图1中的波浪能发电装置的浮筒的剖视图；
图4是图1中的波浪能发电装置的波浪能转换组件的局部放大图；
图5是图2中的波浪能发电装置的波浪能转换组件的另一视角的局部放大图；
图6是本发明的波浪能发电系统的示意图。
波浪能发电装置10,趸船11,船体111,船舱112,共轴12,轴承座13,变速齿轮箱14,永磁体发电机15,波浪能转换组件16,单向传动齿轮161,杠杆162,腰型孔1622,浮筒163,凹面1631,通孔1632,夹臂1633,转轴1634,锥面1635，转动轴承164,限位杆165,第一段杆1651，第二段杆1652，皮带17,带轮18,桩基19,连接臂20,飞轮21,限位杆套22，波浪能发电系统100,踏板20。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1至图5所示，一种波浪能发电装置10，包括：趸船11、共轴12、变速齿轮箱14和永磁体发电机15。共轴12在转动时带动变速齿轮箱14的输入轴进行转动。变速齿轮箱14的输入轴输入的动力经过变速齿轮的变速后，经由变速齿轮箱14的输出轴输出。变速齿轮箱14的输出轴将输出的动力传递至永磁体发电机15的输入轴，进而通过永磁体发电机15将机械能转化为电能。
永磁体发电机15和变速齿轮箱14安装至趸船11。具体地，趸船11包括船舱112和船体111。永磁体发电机15和变速齿轮箱14安装至船体111且位于船舱112内。这样能够避免相关设备受到海风、海水及其他物质的侵蚀。变速齿轮箱14的输出轴连接至永磁体发电机15的输入轴。变速齿轮箱14的输入轴连接至共轴12。共轴12通过轴承座13转动连接至趸船11的船体111。
作为一种具体的实施方式，永磁体发电机15的输入轴和变速齿轮箱14的输出轴通过带轮18和皮带相连接。永磁体发电机15的输入轴和变速齿轮箱14的输出轴均设置有带轮18，皮带套设于该两个带轮18的外周以将变速齿轮箱14的输出轴转动时具有的机械能传递至永磁体发电机15的输入轴。同样，变速齿轮箱14的输入轴和共轴12也是通过带轮18和皮带连接。变速齿轮箱14的输入轴和共轴12均设有带轮18，皮带套设于该两个带轮18的外周以将共轴12转动时具有的机械能传递至变速齿轮箱14的输入轴。
作为进一步的方案，共轴12设有多个波浪能转换组件16。波浪能转换组件16用于将海里的波浪具有的能量转换为机械能以驱动共轴12相对于趸船11进行转动。这里的波浪具有的能量是指海水在上下运动时具有的势能。
具体地，波浪能转换组件16包括：单向传动齿轮161、杠杆162、浮筒163和限位杆165。限位杆165用于限定浮筒163的水平位置并导向浮筒163运动。单向传动齿轮161连接至共轴12。杠杆162的一端连接单向传动齿轮161。浮筒163转动连接至杠杆162的另一端。限位杆165的一端固定至趸船11。杠杆162的另一端和浮筒163滑动连接至限位杆165。浮筒163的用于接触海水的底部形成有凹面1631。凹面1631可用于抵消浮筒163因沿限位杆165导向的方向运动至波峰时向上的惯性，阻止其脱离海面。同时，凹面1631还能够在浮筒163随着海水下沉至波谷时，增加海水的阻力，减小浮筒163沿限位杆165导向的方向向下运动的惯性，从而保证浮筒163在沿限位杆165导向的方向上运动的稳定性。上述的波峰是指海水形成的波浪的波峰，波谷是指海水形成的波浪的波谷。
具体而言，浮筒163在海水形成的波浪作用下上下运动。当浮筒163跟随波浪向上运动时，带动杠杆162向上翘起。杠杆162在翘起时对单向传动齿轮161施加向上的作用力，进而驱动单向传动齿轮161沿逆时针方向运动。单向传动齿轮161逆时针转动即可带动共轴12沿逆时针转动。共轴12通过带轮18和皮带带动变速齿轮箱14的输入轴转动。变速齿轮箱14内部设有的变速齿轮对输入轴输入的转速进行变速，并通过变速齿轮箱14的输出轴传递至永磁体发电机15的输入轴。永磁体发电机15将其输入轴输入的机械能通过永磁体和线圈转化为电力并将电力经输变电输入至电网。以此，可将海水的波浪具有的能量转化为电能。当浮筒163跟随波浪向下运动时，单向传动齿轮161则不会对共轴12发生作用。
多个浮筒163设置在海面上，在任何时刻都有浮筒163跟随波浪向上运动和向下运动。也就是说，在任何时刻都有浮筒163带动杠杆162翘起，进而使得共轴12能够不停地发生转动。这样能够保证发电的持续性以及稳定性。浮筒163在向上运动至波峰处时，在浮筒163的底部设置的凹面1631与海水之间形成较大的负压，能够阻止浮筒163由于惯性而继续向上运动，从而避免浮筒163脱离海面。这样使得每个浮筒163都能够保持与海水的接触，能够对海洋的波浪能能量进行有效且充分地采集和转换，保证了发电量，解决了装机容量过小的问题，同时又能够进一步保证发电的持续性和稳定性。
具体地，浮筒163采用轻质材料制成，质量较小，以减小浮筒163运动时的惯性。将凹面1631设置为穹顶形凹面，使得浮筒163的底部的整体向内凹陷，进而使得浮筒163的底部能够形成较大的负压。当浮筒163上浮到波峰时，尚有向上的惯性，此时下浮的海水与浮筒163的底部的凹面之间形成负压，抵消了部分或全部惯性；当浮筒163下浮到波谷时，仍有向下的惯性，此时上浮的海水在浮筒163底部凹面形成反向阻力，抵消了部分或全部惯性。这样的结构能够有效阻止浮筒163脱离海平面，尽量使浮筒163与波浪同步起伏(升降)，确保浮筒的振幅。
可选地，凹面也可以设置为沿浮筒的底部的周向分布的环形凹面。凹面还可以设置为平底形的凹槽。
进一步地，限位杆165导向浮筒163和杠杆162的另一端沿竖直方向滑动，这样能够将波浪具有的势能充分且有效地转化为机械能。同时，限位杆165还能够对浮筒163的位置进行限定，避免浮筒163在海水形成的波浪的作用下发生水平位移而左右摇晃，保证了结构的稳定性。
上述的技术方案中，波浪能发电装置10以趸船11作为发电平台，采用多个波浪能转换组件16和共轴12对海洋的波浪能能量进行采集和转换，结构简单，成本较低。同时浮筒163的底部设置的凹面1631能够有效阻止浮筒163在惯性作用下脱离海面。这样的结构使得共轴12能够持续转动，从而保证了发电的持续性和稳定性，进而无需通过蓄电池储能，仅经输变电后直接连接电网即可，更加的环保。再者，由于多个波浪能转换组件16和共轴12能够对海洋的波浪能能量进行有效地采集和转换，也解决了装机容量过小的问题。
作为一种具体的实施方式，浮筒163的顶部设有具有转轴1634的两个夹臂1633。杠杆162的另一端的两侧形成有凹槽1621。凹槽1621用于配合两个转轴1634。浮筒163通过两个转轴1634转动连接至凹槽1621内而转动连接至杠杆162的另一端。转轴1634与凹槽1621的槽壁之间设有转动轴承164。
作为一种具体的实施方式，杠杆162的另一端形成有腰型孔1622。杠杆162的另一端通过腰型孔1622套设于限位杆165的外周滑动连接至限位杆165。具体而言，腰型孔1622沿杠杆162的延伸方向延伸，而限位杆165在杠杆162保持水平时位于腰型孔1622的中部。这样使得杠杆162的另一端在浮筒163的作用下能够发生上翘或下翘。浮筒163沿其中心线的方向形成有通孔1632。浮筒163通过通孔1632套设于限位杆165的外周而滑动连接至限位杆165。限位,165和通孔1632之间还设有限位杆套22。限位杆套22套设在限位杆165的外周且连接至通孔1632内，可用于对限位杆165和通孔1632的孔壁之间进行防护，降低摩擦对二者造成的磨损。限位杆套22至少部分延伸出浮筒163的底部。
作为一种具体的实施方式，限位杆165形成有第一段杆1651和第二段杆1652。第一段杆1651依次穿过腰型孔1622和通孔1632连接至第二段杆1652的一端且垂直于第二段杆1652。第二段杆1652的另一端固定至趸船11的侧面且水平设置。结构中的第一段杆1651沿竖直方向延伸，第二段杆1652沿水平方向延伸，这样能够限定浮筒163始终沿竖直方向上下运动。同时，第一段杆1651和第二段杆1652相互垂直的结构稳定性较高。
作为一种具体的实施方式，浮筒163的上部为圆锥体。当下雨或有大浪时，淋至浮筒163的顶部的雨水或海水会再圆锥体形的顶部的锥面1635的作用下快速滑落至海里，从而快速消除雨水或海水对浮筒163上下运动时产生的阻力，进而保证浮筒163跟随波浪上下运动的稳定性。这样进一步保证了能量转换的有效性和充分性。
作为一种具体的实施方式，波浪能发电装置10还包括：设置于岛礁上的桩基19和连接臂20。连接臂20的两端分别转动连接至桩基19和趸船11。这样设置使得在海水上涨或者下落时，趸船11能够跟随海平面上升或者下落，从而保证多个浮筒163能够始终保持与海水的接触，进而保证发电的持续性和稳定性。
作为一种具体的实施方式，永磁体发电机15的远离永磁体发电机15的输入轴的一端设有飞轮21。飞轮21能够进一步稳定永磁体发电机15的转速，即能够进行稳定地发电，保证发电量的稳定性。
如图6所示，本发明还提供了一种波浪能发电系统100。该波浪能发电系统100包括多个相互连接的波浪能发电装置10，能够根据实际需要增设波浪能发电装置10，从而控制整个波浪能发电系统100的发电量。
具体地，多个波浪能发电装置10通过踏板101连接相邻的两个趸船11而实现相互连接。踏板101连接的结构稳定，还能够供工作人员在两个相邻的趸船11之间走动，便于对各个波浪能发电装置10进行维修或检查。
因为相互连接的两个波浪能发电装置10的趸船11不一定处于同一水平面，多数情况因海浪作用而一高一低，所以连接相邻的两个趸船11的踏板101的一端与相邻的两个趸船11中的一个采用转动连接，而踏板101另一端则直接搭放在相邻的两个趸船11中的另一个上，而且踏板101为采用“弓”形设计。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括：趸船、共轴、用于被所述共轴带动的变速齿轮箱和用于被所述变速齿轮箱带动进而将机械能转化为电能的永磁体发电机；所述永磁体发电机和所述变速齿轮箱安装至所述趸船；所述变速齿轮箱的输出轴连接至所述永磁体发电机的输入轴；所述变速齿轮箱的输入轴连接至所述共轴；所述共轴转动连接至所述趸船；所述共轴设有多个用于将波浪具有的势能转换为机械能以驱动所述共轴相对于所述趸船进行转动的波浪能转换组件；所述波浪能转换组件包括：单向传动齿轮、杠杆、浮筒和用于限定所述浮筒的水平位置并导向所述浮筒运动的限位杆；所述单向传动齿轮固定至所述共轴；所述单向传动齿轮连接至所述共轴；所述杠杆的一端连接至所述单向传动齿轮；所述浮筒转动连接至所述杠杆的另一端；所述限位杆的一端固定至所述趸船；所述杠杆的另一端和所述浮筒滑动连接至所述限位杆；所述浮筒的用于接触海水的底部形成有凹面。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述浮筒的顶部设有具有转轴的两个夹臂；所述杠杆的另一端的两侧形成有用于配合两个所述转轴的凹槽；所述浮筒通过两个所述转轴转动连接至所述凹槽内而转动连接至所述杠杆的另一端；所述转轴与所述凹槽的槽壁之间设有转动轴承。
3.根据权利要求2所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述杠杆的另一端通过所述杠杆形成有的供所述限位杆穿过的腰型孔滑动连接至所述限位杆；所述浮筒通过所述浮筒形成有的供所述限位杆穿过的通孔滑动连接至所述限位杆。
4.根据权利要求3所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述限位杆形成有第一段杆和第二段杆；所述第一段杆依次穿过所述腰型孔和所述通孔连接至所述第二段杆的一端且垂直于所述第二段杆；所述第二段杆的另一端固定至所述趸船的侧面且水平设置。
5.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述浮筒的上部为圆锥体。
6.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述永磁体发电机的输入轴和所述变速齿轮箱的输出轴通过带轮和皮带相连接；所述变速齿轮箱的输入轴和所述共轴通过带轮和皮带连接。
7.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述波浪能发电装置还包括：设置于岛礁上的桩基和连接臂；所述连接臂的两端分别转动连接至所述桩基和所述趸船。
8.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于，
所述永磁体发电机的远离所述永磁体发电机的输入轴的一端设有飞轮。
9.一种波浪能发电系统，其特征在于，包括多个如权利要求1至8中任意一项所述的波浪能发电装置；多个所述波浪能发电装置相互连接。
10.根据权利要求9所述的波浪能发电系统，其特征在于，
多个所述波浪能发电装置通过踏板连接相邻的两个所述趸船而实现相互连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112049752A (zh) * 2020-09-25 2020-12-08 何景安 单项轴承组合杠杆波浪起伏旋转器

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