CN111315980A - 胶囊浮标式波浪能发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明可提供一种胶囊浮标式波浪能发电机，其包括：浮标(BUOY)，其设于水面；及发电部件，其被密封地收纳于浮标(BUOY)的内侧而进行电源的发电，发电部件包括：发电机，其进行电源的发电；至少一个波致动器，其将通过波浪能进行的双向运动变换成单向运动；扭矩发生器，其通过由波致动器传递的单向运动而产生旋转力；及加速器，其使扭矩发生器的旋转力加速而使发电机进行工作。

Description

胶囊浮标式波浪能发电机
技术领域
本发明涉及胶囊浮标(capsule buoy)式波浪能发电机。
背景技术
波浪能发电作为利用了波浪的能量的发电，相当于海洋新再生能源中的一个领域。
波浪能发电大体分为可移动物体式波浪能发电、振荡水柱式波浪能发电和越浪式波浪能发电。
其中，可移动物体式波浪能发电作为利用根据水面的移动来反应的器具来将波浪能量直接传递到器具的方式，例如能够将设于浮标中的振子的移动转换成旋转运动并通过齿轮来使发电机进行工作。通过该方式，从浪高40cm可获得10W程度的电力。
但是，在可移动物体式波浪能发电中，波浪能量直接作用于器具，因此需要承受外力，从这一点来讲，存在结构安全性弱的问题。
另外，振荡水柱式波浪能发电是如下的发电方式：以将通过流入到水柱内部的波浪而产生的空间的变化变换成内部空气的流动的方式流入到引导管，然后形成空气的流动而使设于引导管内的涡轮机旋转来获得电力。
另外，越浪式波浪能发电在波浪的行进方向的前面设置斜面，将越过了斜面的波浪储水来使水轮机旋转，从而进行发电。特别地，在储水区域内次级变换装置无需抵挡波浪的运动而减少关于波浪冲击的危险，相对地所发生的电力的变动性小而具有容易控制的优点。
但是，在振荡水柱式波浪能发电及越浪式波浪能发电的情况下，必须设置大型结构物，因此在施工时可能会破坏周边环境，在运行时还受到浪潮变化等周边环境的影响。
发明内容
技术课题
因此，本发明是为了解决如上述的以往问题而研发的，本发明的目的在于提供一种直接地利用波浪/波涛能量而将能量效率提高到最大的胶囊浮标式波浪能发电机。
另外，本发明的另一目的在于提供一种实现海水与发电装置之间的完整的分离设计而保障机械稳定性的胶囊浮标式波浪能发电机。
另外，本发明的又一目的在于提供一种具有简单的结构而容易进行转移和设置、追加及/或缩小设置的胶囊浮标式波浪能发电机。
解决课题的手段
因此，本发明为了达到如上述的目的而包括以下的实施例。
本发明的实施例可提供一种胶囊浮标式波浪能发电机，其包括：浮标(BUOY)，其设于水面；及发电部件，其被密封地收纳于浮标(BUOY)的内侧而进行电源的发电，发电部件包括：发电机，其进行电源的发电；电池，其以由发电机发电而得的电源进行充电；至少一个波致动器，其将通过波浪能进行的双向振子运动变换成单向运动；扭矩发生器，其通过由波致动器传递的单向运动而产生旋转力；及加速器，其使扭矩发生器的旋转力加速而使发电机进行工作。
发明效果
因此，本发明可获得直接利用波浪/波涛能量来进行能量的发电，从而可获得能够将能量效率最大化的效果。
另外，本发明将海水和发电装置完全地分离而设计，从而具有能够保障机械稳定性的效果。
另外，本发明实现为模块化的胶囊浮标式，从而可获得容易进行设置及转移，防止周边环境的破坏，扩张性容易的效果。
附图说明
图1是简单地示出本发明的胶囊浮标式波浪能发电机的立体图。
图2是示出本发明的发电部件的框图。
图3是浮标的截面图。
图4是示出发电部件的立体图。
图5是示出波致动器的分解立体图。
图6是示出扭矩发生器的图。
图7是示出加速器的主视图。
图8是图7的后视图。
图9至图13是简略示出波致动器的各种实施例的俯视图。
图14和图15是示出本发明的使用例的图。
具体实施方式
下面，对本发明的实现例及实施例进行详细说明，以本领域技术人员容易地实施本发明。
但是，本发明可以各种不同的形态实现，不限于在此说明的实现例及实施例，关于说明书及权利要求书中使用的用语或单词，不应限定解释为通常的或词典上的意思，应解释为符合本发明的技术思想的意思和概念。
在整个说明书中，在提到某一部分“包括”某一构成要素时，在没有特别相反的记载的情况下，并非表示排除其他构成要素，而是表示还可包括其他构成要素。
下面，参照附图，对本发明的胶囊浮标式波浪能发电机的优选实施例进行详细说明。
图1是简略示出本发明的胶囊浮标式波浪能发电机的立体图，图2是示出本发明的发电部件的框图，图3是浮标的截面图。
参照图1，本发明包括：浮标(BUOY)1，其在水面或水中通过波浪/波涛(以下，统称为波浪能量)而漂浮；发电部件100，其在浮标(BUOY)1的内侧通过由波浪能量产生的波浪能(wave power)产生电能；收纳部件300，其在浮标(BUOY)1的内侧收纳发电部件100。
浮标(BUOY)1包括：尖端部210，其以圆锥形直立；扩展部220，其向外侧扩展而在内侧形成对收纳部件300及发电部件100进行收纳的空间。
在此，在一般情况下，浮标(BUOY)1与公知的浮标(BUOY)1相同，而区别在于在内侧具有能够对收纳部件300进行收纳的可防水的密封空间。
参照图2及图3，收纳部件300包括收纳发电部件100的第1收纳球310和将第1收纳球310收纳于内侧的第2收纳球320。
第1收纳球310及第2收纳球320分别被实施防水处理，起到如下作用：防止海水流入收纳于内侧的发电部件100，并保护不受波浪能量的冲击。
为此，可以在第1收纳球310的外表面与第2收纳球320的内表面之间以具备分开的空间的方式形成有内部支承结构。例如，第1收纳球310和第2收纳球320以通过彼此连通的固定销330而具备分开的空间的方式固定。
另外，第1收纳球310的内侧构成球面，例如可将形成为六面体的发电部件100的外壳170以过盈配合方式联接。为此，第1收纳球310优选由弹性材质制得。
另外，第1收纳球310及第2收纳球320彼此可分离，可以通过固定销或螺丝这样的夹具等而结合或也可以是彼此以过盈配合方式联接的联接结构。
另外，发电部件100包括波致动器110、扭矩发生器120、加速器130、发电机140、电池150、发光部160及外壳170。
其中，波致动器110将波浪能量变换成单向旋转能量而驱动扭矩发生器120。关于更详细的说明，参照图4及图5进行后述。
扭矩发生器120通过波致动器110的单向旋转能量而驱动，从而驱动加速器130。
加速器130通过调节齿轮比而使扭矩发生器120的旋转力加速来使发电机140发电。
发电机140通过加速器130而使转子141旋转来产生电力。
电池150以由发电机140产生的电能进行充电来向发光部160供给电源。在此，电池150可以并联或串联连接到设于另一浮标(BUOY)1的发电部件100的电池150。关于这样的发电部件100之间的连接，通过在水面下方延伸的线缆而连接。
作为发光部160，可选择LED或由多个LED构成的LED灯等，如上所述，在尖端部210的前端或外表面可设有一个以上。
在此，本发明在没有电池150的情况下可将由发电机140发电而得的电源直接供给到发光部160。即，随着波浪能的能量不断地产生，能够在不具备另设的电池150的情况下由发电机140直接向发光部160供给电源。即，在本发明中可根据运营者或设计者的意图而选择性地应用电池150。
因此，发光部160通过从电池150供给的电源或由发电机140直接供给的电源进行发光，为此，具备D/D转换器或A/D转换器，以能够对供给的电源进行变换。或者在追加了电池150的情况下，还可包括感测电池150的充电量的电池感测单元(未图示)。关于这样的发光部160的驱动装置，通常可应用公知的装置，因此省略其说明。
同时，发电部件100还包括GPS单元和用于发送位置信息的通信装置(未图示)，以能够确认电池150的充电状况或位置信息。
另外，本发明还可包括能够与浮标(BUOY)1进行通信的服务器及/或移动终端(未图示)，以能够远程监视发电部件100的位置信息或电池150的充电状况。
例如，在移动终端可设有应用(application)，以能够确认浮标(BUOY)1的位置信息和电池150的充电状况。因此，使用者可通过由设于自己的移动终端的应用来执行的应用程序(APP)而远程确认浮标(BUOY)1的位置信息和电池150充电状况。
下面，对波致动器110、扭矩发生器120、加速器130的具体结构进行更详细的说明。
图4是示出发电部件的立体图，图5是示出波致动器的分解立体图。
参照图4及图5，波致动器110包括固定于外壳170的外侧的固定锤116和与固定锤116连接来将双向旋转力变换成单向旋转力的离合器组件111～114。
以附图所示的例子为例，固定锤116为扇形，具有在外壳170的外侧与波浪能量的周期无关地保持直立的状态的重量。例如，固定锤116以离合器组件可旋转的方式连接，从而即便施加根据波涛或风的方向而变化的运动能量，也通过本身重量而保持原来的状态。即，固定锤116与运动能量的方向无关地保持原来的位置/形状/姿势，从而在离合器组件产生双向旋转力。
离合器组件111～114根据运动能量的方向而双向旋转来变换成单向旋转力。即，离合器组件在被施加到一个方向的运动能量时向相反方向旋转来向扭矩发生器120传递一个方向的旋转力，当被施加到相反方向的运动能量时，向扭矩发生器120传递一个方向的旋转力。
即，离合器组件111～114与通过波浪/波浪能产生的运动能量的方向无关地将相同的单向的旋转力传递到扭矩发生器120。
更具体地说明如下：离合器组件包括连接到固定锤116的第1轴111、与第1轴111啮合而旋转的第2轴112、在第1轴111和第2轴112的下侧旋转的第3轴113和第4轴114。在此，第1轴111连接到第2轴112和第3轴113，第2轴112连接到第1轴111和第4轴114，第3轴113和第4轴114连接到后述的扭矩发生器120的第1扭矩齿轮121。
第1轴111连接到固定锤116而双向旋转。在此，第1轴111包括相邻的第2轴112和与下侧的第3轴113啮合的轮齿111a。
第2轴112具备固定于与第1轴111相对的位置而在第1轴111双向旋转时接收力并向第4轴114传递力的轮齿112a。因此，第2轴112在第1轴111向一个方向及相反方向旋转时向相反方向及一个方向旋转来向第4轴114传递力。
第3轴113包括仅在第1轴111向相反方向旋转时接收力的单向轴承113a和向扭矩发生器120传递力的轮齿113b。单向轴承113a与第1轴111的轮齿111a啮合而仅在第1轴111向相反方向旋转时接收力，而在向一个方向旋转时空转。另外，在向单向轴承113a传递力时，第3轴113的轮齿113b进行旋转而向扭矩发生器120传递相反方向的力。
即，第3轴113仅在第1轴111向相反方向旋转时向一个方向旋转，而在第1轴111向一个方向旋转时随着单向轴承113a空转而不进行旋转。
第4轴114包括仅在第2轴112向相反方向旋转时接收力的单向轴承114a和与扭矩发生器120的轮齿121a连接的轮齿114b。因此，第4轴114的单向轴承114a仅在第2轴112向相反方向旋转时从第2轴的轮齿112a接收力而向一个方向旋转，在第2轴112向一个方向旋转时空转。
即，第3轴113和第4轴114分别包括与第1轴111和第2轴112的轮齿111a、112a分别啮合的单向轴承113a、114a，从而接收双向旋转的第1轴111和第2轴112的旋转力而变换成单向。
关于扭矩发生器120，参照图6进行说明。
图6是示出扭矩发生器的侧面图。
参照图6，扭矩发生器120包括第1扭矩齿轮121、第2扭矩齿轮122及扭矩轴123。
第1扭矩齿轮121包括与第3轴113和第4轴114的轮齿113b、114b分别啮合的第1轮齿121a和与第2扭矩齿轮122的轮齿(未赋予附图标记)啮合的第2轮齿121b。
第1轮齿121a分别与第3轴113的轮齿113b和第4轴114的轮齿114b啮合，从而当第1轴111向一个方向旋转时利用通过第4轴114而传递的力来旋转，当第1轴111向相反方向旋转时，利用通过第3轴113而传递的力来进行旋转。在此，由第3轴113和第4轴114传递的旋转力为同一个方向的旋转力。因此，第1扭矩齿轮121与固定锤116的旋转方向无关地单向旋转。
即，第1扭矩齿轮121通过第3轴113和第4轴114的单向轴承113a、114a而变换成单向来传递旋转力。
第2轮齿121b形成于在第1扭矩齿轮121的水平延伸的末端随着向后方延伸厚度逐渐增加而形成为倾斜面的末端外表面，从而向第2扭矩齿轮122传递旋转力。
第2扭矩齿轮122作为平面形而在中心部形成有联接扭矩轴123的槽或贯通孔，在表面形成有与第2扭矩齿轮121的第2轮齿121b啮合的轮齿(未赋予附图标记)。因此，第2扭矩齿轮122通过从第1扭矩齿轮121传递的旋转力旋转而使扭矩轴123旋转。
在此，第2扭矩齿轮122中形成有轮齿(未赋予附图标记)的表面构成为倾斜面，并形成为从尖端朝下的槽或贯通孔而形成扭矩轴123。
另外，在本发明中将第1扭矩齿轮121分类为扭矩发生器120的结构而进行了说明，但本发明不限于此，也可区分为波致动器110的第5轴(第1扭矩齿轮)。即，波致动器110可包括上述的第1扭矩齿轮121。
这样，包括第1扭矩齿轮121的多个波致动器110可同时连接到一个扭矩发生器120的第2扭矩齿轮122来传递旋转力。此时，各个波致动器110可设于彼此不同的方向。对此，参照图9至图13进行说明。
图9至图13是简单地示出本发明中的波致动器的各种实施例的图。
参照图9，本发明作为1-WAY方式而可具备一个波致动器110和扭矩发生器120，如图10至图13所示，也可以作为2-WAY至4-WAY方式、6-WAY方式实现波致动器110。
在此，参照图10，2-WAY方式由设于彼此相对的位置的2个波致动器110和一个扭矩发生器120实现。
参照图11，3-WAY方式由3个波致动器110和一个扭矩发生器120构成。
参照图12，4-WAY方式由4个波致动器110和一个扭矩发生器120构成。
参照图13，6-WAY方式由6个波致动器110和一个扭矩发生器120实现。
即，本发明中可由一个扭矩发生器120实现多个波致动器110，因此非常容易地根据所需的发电容量而变更设计，由此产生的费用之差少。另外，不限于上述1-WAY方式至6WAY方式，而是可根据使用者的需要而进一步增加波致动器110的数量。
更优选为，根据波致动器110的数量，将外壳170的壁面形成为以彼此不同的倾斜角延伸的多个壁面，在各个壁面设置一个或2个以上的波致动器110。
例如，关于波致动器110，将外壳170的壁面形成为球形而在东西南北方向的4个壁面分别设置波致动器110来实现为4-WAY方式，或也可以将外壳170制作为球形，从而使固定锤116向彼此不同的方向露出而设置多个。
即，本发明中一个或多个波致动器110关联到一个扭矩发生器120，直接作用于与外壳170的形状关联地在所有方向上施加的波浪/波浪能的能量来进行能量的发电。
加速器130使扭矩发生器120的旋转力加速来使发电机140的转子141进行运转。关于更详细的结构，参照图7及图8而进行说明。
图7是示出加速器130的主视图，图8是图7的后视图。
参照图7及图8，加速器130包括第1至第7齿轮137和固定的固定轴138。在此，第1至第7齿轮137可划分为设于扭矩轴123的第1齿轮单元和设于固定轴138而具有与第1齿轮单元的齿轮不同的齿轮比而加速的第2齿轮单元。
即，第1齿轮单元作为第1齿轮131、第4齿轮134及第5齿轮135而一体地或可旋转地固定到扭矩轴123的外表面，第2齿轮单元作为第2齿轮132、第3齿轮133、第6齿轮136和第7齿轮137而可旋转地设于固定轴138的外表面。
具体地，第1齿轮131与扭矩轴123一体地形成而连接到可旋转地固定于固定轴138的外表面的第2齿轮132。因此，第1齿轮131以与扭矩轴123相同的速度旋转来使第2齿轮132旋转。
第2齿轮132可旋转地固定于固定轴138的外表面而通过第1齿轮131来进行旋转。在此，第2齿轮132具有与第1齿轮131相比更小的齿轮比，从而使第1齿轮131的旋转速度加速。
第3齿轮133在固定轴138的外表面与第2齿轮132一体地形成，从而以与第2齿轮132相同的速度旋转。即，第3齿轮133以在第2齿轮132加速的速度进行旋转。
第4齿轮134可旋转地固定到扭矩轴123的外表面，优选以具有与第3齿轮133相同的齿轮比的方式形成。因此，第4齿轮134以与第3齿轮133相同的速度进行旋转。
第5齿轮135与第4齿轮134一体地形成。因此，第5齿轮135以与第4齿轮134相同的速度旋转而向第6齿轮136传递旋转力。
第6齿轮136可旋转地固定到固定轴138的外表面，具有比第5齿轮135更小的齿轮比，从而通过从第5齿轮135传递的旋转力而进行加速。
第7齿轮137与第6齿轮136一体地形成，连接到发电机140的转子141。因此，第7齿轮137以与第6齿轮136相同的速度旋转而向发电机140的转子141传递旋转力。
即，加速器130通过调整第1齿轮131与第2齿轮132、第5齿轮135与第6齿轮136之间的齿轮比而依次使最初在扭矩发生器120产生的旋转力加速。
这样加速的旋转力能够通过旋转发电机140的转子141来提高能量的发电效率。
本发明包括如上述的结构，下面对通过上述的结构而达到的本发明的作用进行说明。
图14和图15是示出本发明的实施例的图。
如图14所示，本发明的胶囊浮标式波浪能发电机设于水面上。因此，胶囊浮标式波浪能发电机根据波涛的高度和方向而在前后左右侧方向上反复倾斜。
在此，如图15所示，本发明中多个浮标(BUOY)1、1’、1”在水面上可通过线缆连接或在水面下多个浮标(BUOY)1、1’、1”位于彼此不同的高度并可通过线缆而连接。
设于各个浮标(BUOY)1、1’、1”的电池150彼此并联或串联连接，从而加大可充电的电能的容量，由此除了向设于浮标(BUOY)1的发光元件供给电源之外还可向其他的负载供给电源。
在此，多个波致动器110根据由波涛产生的摇晃进行振子运动来均产生相同方向的旋转力，并均向相同的扭矩发生器120传递旋转力。
具体地，在各个波致动器110中，向外壳170外侧露出的固定锤116保持直立的状态，由此所连接的第1轴111在一个方向和相反方向上开始振子运动。此时，在波致动器110中，在连接于固定锤116的第1轴111在一个方向上旋转时，随着第2轴112和第4轴114旋转而使第1扭矩齿轮121旋转，当连接于固定锤116的第1轴111向相反方向旋转时，第3轴113进行旋转而使第1扭矩齿轮121旋转。
因此，如上述，扭矩发生器120的第1扭矩齿轮121与波浪能量的运动方向无关地接收相同的单向的旋转力。并且第2扭矩齿轮122通过从多个波致动器110传递的单向的旋转力进行旋转，因此不产生波涛的瞬间为止不断地进行旋转而使发电机140进行工作。
另外，加速器130使从扭矩轴123传递的旋转力加速而使发电机140的转子141旋转来使发电机140进行工作。
即，第1齿轮131与扭矩轴123一体地形成，从而以与扭矩轴123相同的速度旋转，与第1齿轮131连接的第2齿轮132具有与第1齿轮131相比更小的齿轮比，从而能够进一步加速通过扭矩轴123而传递的旋转力。
并且，第3齿轮133与第1齿轮131一体地形成，从而将与第2齿轮132相同的速度的旋转力传递到可旋转地固定于扭矩轴123的外表面的第4齿轮134。
此时，第5齿轮135与第4齿轮134一体地形成，从而以与第4齿轮134相同的速度进行旋转而向第6齿轮136传递旋转力。第6齿轮136进一步加速第5齿轮135的旋转力，第7齿轮137与第6齿轮136一体地形成，从而利用在第7齿轮137中加速的旋转力来使发电机140的转子141进行运转。因此，发电机140产生电力。
这样，本发明在漂浮于水面的浮标(BUOY)1具备发电装置，由多个波致动器110使一个扭矩发生器120进行旋转，从而只要波涛不消失，可连续地发电，由此能量发电效率高，尺寸小，并通过设于水面及/或水中，从而无需大规模的土木工程，非常容易地追加设置及转移。

Claims (7)

1.一种胶囊浮标式波浪能发电机，其包括：
浮标BUOY(1)，其设于水面；及
发电部件(100)，其被密封地收纳于浮标BUOY(1)的内侧而进行电源的发电，
发电部件(100)包括：
发电机(140)，其进行电源的发电；
至少一个波致动器(110)，其将通过波浪能进行的双向运动变换成单向运动；
扭矩发生器(120)，其通过由波致动器(110)传递的单向运动而产生旋转力；及
加速器(130)，其使扭矩发生器(120)的旋转力加速而使发电机(140)进行工作。
2.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
波致动器(110)包括：
固定锤(116)，其由重量物构成而保持直立的状态；
第1轴(111)，其与固定锤(116)连接而双向旋转；
第2轴(112)，其与第1轴(111)连接而双向旋转；
第3轴(113)，其在第1轴(111)向相反方向旋转时接收力而向一个方向旋转，由此向扭矩发生器(120)传递相反方向的力；及
第4轴(114)，其在第2轴(112)向相反方向旋转时接收力而向一个方向旋转来向扭矩发生器(120)传递相反方向的力。
3.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
扭矩发生器(120)包括：
第2扭矩齿轮(122)，其与一个以上的波致动器(110)同时连接，并通过来自波致动器(110)的单向旋转力而进行旋转；及
扭矩轴(123)，其直立地形成，并且通过由第2扭矩齿轮(122)传递的旋转力进行旋转。
4.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
加速器(130)使具有彼此不同的齿轮比的多个齿轮依次旋转来使扭矩发生器(120)的旋转力加速。
5.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
加速器(130)包括：
第1齿轮单元，其具备设于扭矩发生器(120)的扭矩轴(123)的至少一个齿轮；
直立的固定轴(138)；及
第2齿轮单元，其具备具有与第1齿轮单元的齿轮不同的齿轮比并且可旋转地设于固定轴(138)来使第1齿轮单元的旋转力加速的至少一个齿轮。
6.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
该胶囊浮标式波浪能发电机还包括收纳部件(300)，该收纳部件(300)由可防水的材质构成，并在内侧密封地收纳发电部件(100)且固定于浮标BUOY(1)的内侧。
7.根据权利要求1所述的胶囊浮标式波浪能发电机，其特征在于，
该胶囊浮标式波浪能发电机还包括收纳部件(300)，该收纳部件(300)具备：
第1收纳球(310)，其收纳发电部件(100)；及
第2收纳球(320)，其在内侧密封地收纳第1收纳球(310)且固定于浮标BUOY(1)的内侧，
第1收纳球(310)的外表面和第2收纳球(320)的内表面彼此分开。
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