CN111779616A - 波浪发电装置 - Google Patents

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陈正龙
陈慧聪
刘晓州
傅龙伟
韩金越
鄢雨候
李佳奇
汪东
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Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体公开一种波浪发电装置，包括设置在水面上的浮筒，和设置在水面下的发电单元，浮筒与发电单元之间设置有连杆，发电单元包括同轴设置的第一桨叶结构和第二桨叶结构，第一桨叶结构与第二桨叶结构之间设置有发电机，发电机包括定子结构和转子结构，转子结构能够相对定子结构转动，定子结构与连杆固定，第一桨叶结构与定子结构固定连接，第二桨叶结构与转子结构固定连接，第一桨叶结构与第二桨叶结构的转动方向始终相反，第一桨叶结构和第二桨叶结构跟随水体流动而转动时，发电机产生电能。本发明的波浪发电装置结构精简，体积小巧，成本低，能够有效抵抗冲击，在波浪上升或下降时都能发电，也提高了能量转换效率。

Description

波浪发电装置
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种波浪发电装置。
背景技术
随着现代工业的发展，对能源的需求也日益增加。由于传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫。为此，人们不断探索和开发安全、清洁、且可再生的新能源。地球上海洋面积占72％，全世界理论上可再生的海洋能总量为766亿千瓦，技术允许利用功率为64亿千瓦，约为目前全世界发电机容量的2倍。波浪能具有其独特的优势，波能能量密度高，是风能的4-30倍；相比太阳能；波浪能不受天气影响。另外，由于波浪是由风在长时间内产生，并在风平息后仍持续起伏变化，因此波浪发电在成本收益上有巨大的潜力。
尽管海洋波浪能发展潜力巨大，然而人类对海洋能源的利用微乎其徽，没有得到合理利用，其原因是波浪能难以掌控。利用海洋波浪能通常需要三级转换装置，即第一级为受波装置，用以吸收波浪能；第二级为中间转换装置，它把吸收的波浪能转换为某种特定形式的机械能；第三级为发电装置，将机械能转化为稳定的电能。目前已经有多种波浪能发电装置的设计，但是各种结构都存在体积大，抗冲击能力差，功率密度低等缺陷。由于发电装置会随波浪上下运动，能量转化部分和周围水的相对运动不足，从而影响了单位面积上的能量转换效率。为解决这一问题相关人员考虑了很多辅助办法，这又相对增加了实施成本，还达不到预期效果。
发明内容
本发明实施例的目的在于，提供一种波浪发电装置，其结构精简，体积小巧，成本低，能够有效抵抗冲击，能量转换效率高。
为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：
提供一种波浪发电装置，包括设置在水面上的浮筒，和设置在所述水面下的发电单元，所述浮筒与所述发电单元之间设置有连杆，所述发电单元包括同轴设置的第一桨叶结构和第二桨叶结构，所述第一桨叶结构与所述第二桨叶结构之间设置有发电机，所述发电机包括定子结构和转子结构，所述转子结构能够相对所述定子结构转动，所述定子结构与所述连杆固定，所述第一桨叶结构与所述定子结构固定连接，所述第二桨叶结构与所述转子结构固定连接，所述第一桨叶结构与所述第二桨叶结构的转动方向始终相反，所述第一桨叶结构和所述第二桨叶结构跟随水体流动而转动时，所述发电机产生电能。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述第一桨叶结构包括第一支座，以及设置在所述第一支座上的多个中心对称设置的第一叶片，所述第一叶片与所述第一支座活动连接，所述第一叶片能够相对所述第一支座作轴向转动，所述第二桨叶结构包括第二支座，以及设置在所述第二支座上的多个中心对称设置的第二叶片，所述第二叶片与所述第二支座活动连接，所述第二叶片能够相对所述第二支座作轴向转动，所述第一支座与所述第一叶片之间设置有第一限位结构，所述第一限位结构用于限制所述第一叶片的转动角度，所述第二支座与所述第二叶片之间设置有第二限位结构，所述第二限位结构用于限制所述第二叶片的转动角度。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述第一限位结构包括设置在第一支座与所述第一叶片连接处的第一限位块和第一弹簧中的至少一种，所述第二限位结构包括设置在第二支座与所述第二叶片连接处的第二限位块和第二弹簧中的至少一种。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述第一支座上至少设置有三个所述第一叶片，所述第二支座上至少设置有三个所述第二叶片。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述第一叶片与所述第二叶片的数量相同。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述浮筒与所述连杆连接的一端以及背离所述连杆的另一端均设置有锥面结构。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述浮筒表面设置有防水层。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述浮筒内设置有整流器和蓄电池，所述发电机、所述整流器和所述蓄电池依次电连接。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述浮筒顶部设置有指示灯和控制器，所述指示灯和所述控制器通信连接。
作为波浪发电装置的一种优选方案，所述浮筒内设置有GPS定位模块、无线通信模块和控制器，所述GPS定位模块、所述无线通信模块与所述控制器通信连接，所述GPS定位模块用于获取所述浮筒所在位置，所述无线通信模块用于与服务器通信。
本发明实施例的有益效果为：
通过设置在水面上的浮筒，和设置在水面下的发电单元来形成本发明实施例的波浪发电装置，浮筒与发电单元之间设置有连杆，可以利用浮筒的浮力使发电单元漂浮在水体中。发电单元包括同轴设置的第一桨叶结构和第二桨叶结构，第一桨叶结构与第二桨叶结构之间设置有发电机，发电机包括定子结构和转子结构，转子结构能够相对定子结构转动，在转子结构与定子结构发生相对转动时，发电机能够将转子结构的动能转换成电能。将定子结构与连杆固定，第一桨叶结构与定子结构固定连接，第二桨叶结构与转子结构固定连接，可以利用水体波浪的升降推动第一桨叶结构和第二桨叶结构转动，由于第一桨叶结构与第二桨叶结构的转动方向始终相反，相比只有一个桨叶结构，通过设置转动方向相反的第一桨叶结构和第二桨叶结构能够增大转子和定子的相对转动角度，起到增大发电效率的效果，而且由于第一桨叶结构和第二桨叶结构的转动方向相反，能够抵消相互之间的扭矩，从而保持浮筒的稳定。本发明实施例的波浪发电装置结构精简，体积小巧，成本低，通过转动方向相反的第一桨叶结构和第二桨叶结构能够有效抵抗冲击，在波浪上升或下降时都能发电，也提高了能量转换效率。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明一实施例提供的波浪发电装置的轴测结构示意图。
图2为本发明另一实施例提供的波浪发电装置的轴测结构示意图。
图3为本发明一实施例提供的波浪发电装置的正视结构示意图。
图4为本发明一实施例提供的波浪发电装置的局部结构示意图。
图5为本发明另一实施例提供的波浪发电装置的局部结构示意图。
图中：
1、浮筒；11、锥面结构；12、整流器；13、蓄电池；14、指示灯；15、控制器；16、电量检测模块；17、GPS定位模块；18、无线通信模块；2、发电单元；21、第一桨叶结构；211、第一支座；212、第一叶片；213、第一限位结构；22、第二桨叶结构；221、第二支座；222、第二叶片；223、第二限位结构；23、发电机；231、定子结构；232、转子结构；3、连杆。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参考图1和图3，本发明实施例提供一种波浪发电装置，包括设置在水面上的浮筒1，和设置在水面下的发电单元2，浮筒1与发电单元2之间设置有连杆3，发电单元2包括同轴设置的第一桨叶结构21和第二桨叶结构22，第一桨叶结构21与第二桨叶结构22之间设置有发电机23，发电机23包括定子结构231和转子结构232，转子结构232能够相对定子结构231转动，定子结构231与连杆3固定，第一桨叶结构21与定子结构231固定连接，第二桨叶结构22与转子结构232固定连接，第一桨叶结构21与第二桨叶结构22的转动方向始终相反，第一桨叶结构21和第二桨叶结构22跟随水体流动而转动时，发电机23产生电能。
通过设置在水面上的浮筒1，和设置在水面下的发电单元2来形成本发明实施例的波浪发电装置，浮筒1与发电单元2之间设置有连杆3，可以利用浮筒1的浮力使发电单元2漂浮在水体中。发电单元2包括同轴设置的第一桨叶结构21和第二桨叶结构22，第一桨叶结构21与第二桨叶结构22之间设置有发电机23，发电机23包括定子结构231和转子结构232，转子结构232能够相对定子结构231转动，在转子结构232与定子结构231发生相对转动时，发电机23能够将转子结构232的动能转换成电能。将定子结构231与连杆3固定，第一桨叶结构21与定子结构231固定连接，第二桨叶结构22与转子结构232固定连接，可以利用水体波浪的升降推动第一桨叶结构21和第二桨叶结构22转动，由于第一桨叶结构21与第二桨叶结构22的转动方向始终相反，相比只有一个桨叶结构，通过设置转动方向相反的第一桨叶结构21和第二桨叶结构22能够增大转子和定子的相对转动角度，起到增大发电效率的效果，而且由于第一桨叶结构21和第二桨叶结构22的转动方向相反，能够抵消相互之间的扭矩，从而保持浮筒1的稳定。本发明实施例的波浪发电装置结构精简，体积小巧，成本低，通过转动方向相反的第一桨叶结构21和第二桨叶结构22能够有效抵抗冲击，在波浪上升或下降时都能发电，也提高了能量转换效率。
在一个实施例中，参考图2和图3，第一桨叶结构21包括第一支座211，以及设置在第一支座211上的多个中心对称设置的第一叶片212，第一叶片212与第一支座211活动连接。第二桨叶结构22包括第二支座221，以及设置在第二支座221上的多个中心对称设置的第二叶片222，第二叶片222与第二支座221活动连接。由于第一叶片212能够相对第一支座211作轴向转动，而第二叶片222也能够相对第二支座221作轴向转动，而且第一支座211与第一叶片212之间设置有第一限位结构213，第一限位结构213用于限制第一叶片212的转动角度，第二支座221与第二叶片222之间设置有第二限位结构223，第二限位结构223用于限制第二叶片222的转动角度。比如，在波浪上升时，参考图2，浮筒1被抬升上浮而拉起第一桨叶结构21和第二桨叶结构22，水体相对发电单元2下降，此时由于第一限位结构213和第二限位结构223的转动角度限制，第一叶片212向下摆动直至到预设角度位置，第一桨叶结构21相对发电机23做逆时针转动，同理，第二桨叶结构22相对发电机23做顺时针转动。在波浪下降时，参考图1，浮筒1在重力作用下往下沉而推动第一桨叶结构21和第二桨叶结构22往下降，水体相对发电单元2上升，此时由于第一限位结构213和第二限位结构223的转动角度限制，第一叶片212向上摆动直至到预设角度位置，第一桨叶结构21相对发电机23同样做逆时针转动，同理，第二桨叶结构22相对发电机23做顺时针转动。因此，本发明实施例的波浪发电装置在波浪向上或向下运动时，第一桨叶结构21和第二桨叶结构22能够始终保持同一方向转动，保证发电机23的定子结构231和转子结构232的高速转动，从而保证发电效率。
优选地，第一限位结构213可以包括设置在第一支座211与第一叶片212连接处的第一限位块和第一弹簧中的至少一种，第一限位块可以设置在第一叶片212与第一支座211的连接处，并限制第一叶片212的相对转动角度，第一弹簧则可以是第一扭簧，第一扭簧的两端分别与第一叶片212和第一支座211固定连接，同样可以起到限制第一叶片212的相对转动角度的作用。同理，第二限位结构223包括设置在第二支座221与第二叶片222连接处的第二限位块和第二弹簧中的至少一种，第二限位块和第二弹簧也可以起到限制第二叶片222的相对转动角度的作用，本实施例不再赘述。
另一个优选的实施例中，第一支座211上至少设置有三个第一叶片212，第二支座221上至少设置有三个第二叶片222，三个第一叶片212能够有效利用水流的冲击力，从而转换成第一叶片212的动能，也降低设置第一叶片212的数量从而降低成本，而设置多于三个的第一叶片212时，能够进一步提高水流动能转换成第一叶片212的动能的比例，但需要牺牲设置第一叶片212的数量成本的问题，具体数量可以按照实际需求而定，本实施例不作具体限定。第二叶片222的数量设置同理，本实施例不再赘述。
进一步地，为了保证第一叶片212与第二叶片222的转速相同，可以设置第一叶片212与第二叶片222的数量相同，以保证第一桨叶结构21和第二桨叶结构22的扭矩能够相互抵消，使得浮筒1的稳定性得以保证。
特别地，参考图1，浮筒1与连杆3连接的一端以及背离连杆3的另一端均设置有锥面结构11，锥面结构11能够减少浮筒1相对水体的阻力，使得浮筒1跟随波浪上下移动更顺畅，进一步提升发电单元2利用波浪能的比例。
在一个实施例中，浮筒1表面设置有防水层，防水层能够避免浮筒1渗水而减少浮力。
优选地，参考图4，浮筒1内设置有整流器12和蓄电池13，发电机23、整流器12和蓄电池13依次电连接，整流器12可以将发电单元2的发电机23所产生的交流电能进行整流，最终输出成可以给蓄电池13充电的直流电能，实现给蓄电池13充电的效果。
进一步地，继续参考图4，浮筒1顶部设置有指示灯14和控制器15，指示灯14和控制器15通信连接，通过控制器15来控制指示灯14的亮与灭，以及控制指示灯14的颜色等。指示灯14可以用于警告附近的人员本实施例的波浪发电装置有电危险，如红色灯光闪烁。另外，也可以在浮筒1内设置电量检测模块16，电量检测模块16与蓄电池13电连接，且与控制器15通信连接，通过电量检测模块16实时检测蓄电池13的电量数据，将电量数据发送给控制器15，然后再通过指示灯14显示电量情况。
优选地，参考图5，浮筒1内设置有GPS定位模块17、无线通信模块18和控制器15，GPS定位模块17、无线通信模块18与控制器15通信连接，GPS定位模块17用于获取浮筒1所在位置，无线通信模块18用于与服务器通信，能够在远端服务器获取浮筒1的位置，能够实时获取本发明实施例的波浪发电装置的位置，以便于后期回收。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波浪发电装置，其特征在于，包括设置在水面上的浮筒，和设置在所述水面下的发电单元，所述浮筒与所述发电单元之间设置有连杆，所述发电单元包括同轴设置的第一桨叶结构和第二桨叶结构，所述第一桨叶结构与所述第二桨叶结构之间设置有发电机，所述发电机包括定子结构和转子结构，所述转子结构能够相对所述定子结构转动，所述定子结构与所述连杆固定，所述第一桨叶结构与所述定子结构固定连接，所述第二桨叶结构与所述转子结构固定连接，所述第一桨叶结构与所述第二桨叶结构的转动方向始终相反，所述第一桨叶结构和所述第二桨叶结构跟随水体流动而转动时，所述发电机产生电能。
2.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述第一桨叶结构包括第一支座，以及设置在所述第一支座上的多个中心对称设置的第一叶片，所述第一叶片与所述第一支座活动连接，所述第一叶片能够相对所述第一支座作轴向转动，所述第二桨叶结构包括第二支座，以及设置在所述第二支座上的多个中心对称设置的第二叶片，所述第二叶片与所述第二支座活动连接，所述第二叶片能够相对所述第二支座作轴向转动，所述第一支座与所述第一叶片之间设置有第一限位结构，所述第一限位结构用于限制所述第一叶片的转动角度，所述第二支座与所述第二叶片之间设置有第二限位结构，所述第二限位结构用于限制所述第二叶片的转动角度。
3.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述第一限位结构包括设置在第一支座与所述第一叶片连接处的第一限位块和第一弹簧中的至少一种，所述第二限位结构包括设置在第二支座与所述第二叶片连接处的第二限位块和第二弹簧中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述第一支座上至少设置有三个所述第一叶片，所述第二支座上至少设置有三个所述第二叶片。
5.根据权利要求4所述的波浪发电装置，其特征在于，所述第一叶片与所述第二叶片的数量相同。
6.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮筒与所述连杆连接的一端以及背离所述连杆的另一端均设置有锥面结构。
7.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮筒表面设置有防水层。
8.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮筒内设置有整流器和蓄电池，所述发电机、所述整流器和所述蓄电池依次电连接。
9.根据权利要求8所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮筒顶部设置有指示灯和控制器，所述指示灯和所述控制器通信连接。
10.根据权利要求8所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮筒内设置有GPS定位模块、无线通信模块和控制器，所述GPS定位模块、所述无线通信模块与所述控制器通信连接，所述GPS定位模块用于获取所述浮筒所在位置，所述无线通信模块用于与服务器通信。
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