CN112145338A - 一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置及浮体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置及浮体，由两个互补且中心对称的工作舱室组成。两个舱室可以在波浪的激励作用下绕主轴1做纵摇运动，即发生相对转动，并通过舱室内部的棘轮齿轮机械机构带动小型发电机发电。本发明采用海洋中随处可见且全天候的波浪能作为能量来源，就地取能，为海洋工程设备供电，无需铺设长距离电缆，无需定期人工维护，成本相对低廉，方便可靠。且波浪能为清洁可再生能源，波浪能发电技术不产生污染物与噪音，对海洋生态环境十分友好。

Description

一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置及浮体

技术领域

本发明公开了一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置及浮体。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着海洋监测、深海养殖、海洋资源开发等涉海工程的推进，越来越多的海洋工程设备被应用于深远海海域。该类设备常被安放于远离大陆及海岛的位置，无人值守，且单个设备间距离很远，无法形成规模，用电选择极少。铺设电缆为其供电的成本十分高昂，且长距离电缆极易发生损坏。安装蓄电池较为方便，但电池容量有限，需定期人为更换，增加了大量的人力维护成本。太阳能板、风力发电机等新能源装置要么难以在潮湿、易腐蚀、风大浪急的复杂海洋环境中生存，要么体积庞大、造价高昂。因此，深远海海洋工程设备的用电需求一直难以得到满足。

发明内容

针对海洋工程设备用电难的问题，本发明设计了一种具有波浪能发电功能的通用铰接扣装置，该结构可应用于满足条件的各类海洋工程设备上，为其提供电力供应。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置及浮体。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置，包括一个中心轴和两个输出轴，中心轴与输出轴相互平行，在中心轴上设有两个中心对称的工作舱室；每个工作舱室内设有一个安装在中心轴上的棘轮，所述棘轮由安装在工作舱室壳体上的棘轮爪驱动，在波浪的激励作用下，棘轮爪驱动棘轮转动，进而带动中心轴转动，中心轴通过齿轮传动机构驱动安装在输出轴上的齿轮转动，输出轴上的齿轮驱动发电机上的齿轮，进而带动小型发电机发电。

作为进一步的技术方案，在所述的中心轴上安装有两个主动齿轮，在每个所述的工作舱室内安装一个与中心轴平行的辅助轴，辅助轴上安装有与对应主动齿轮啮合的被动齿轮。

作为进一步的技术方案，所述的辅助轴上安装有一个发条盒外接齿轮，所述的发条盒外接齿轮与安装在输出轴上的棘轮配合，驱动输出轴转动。

作为进一步的技术方案，所述的输出轴上还安装有飞轮。

作为进一步的技术方案，在所述的工作舱室后端安装有一个固定框，固定框上面分别设有多个螺栓孔，可通过螺栓连接固定在所要连接的浮体上。

当两舱室随波浪发生相对转动时，主轴上安装的两个方向相同的棘轮交替驱动主轴转动，两个主动齿轮随主轴转动，驱动与之啮合的被动齿轮转动，从而带动对应的辅助轴转动，使发条转动充能，发条储存足够大的弹性势能后可以带动发条盒外接齿轮转动，若发条盒外接齿轮转速大于输出轴的转速时，棘轮止动从而带动输出轴转动，飞轮随之转动储存动能，相反，当发条盒外接齿轮7的转动小于输出轴的转速时，棘轮空转，不带动输出轴转动，此时飞轮开始释放动能旋转带动输出轴及固定在轴上齿轮转动，从而带动与发电刚性连接的动力输入齿轮转动，带动发电机发电。

舱室后端连接有固定框，上面分别设有多个螺栓孔，可通过螺栓连接固定在所要连接的浮体上。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1.本发明设计的铰接扣装置对浮体类型不做要求，可应用于任何可铰接连接的浮体上，如漂浮式养殖网箱、栈桥浮块、漂浮式平台相关组件等，可与任意满足要求的漂浮式海洋工程设备集成，无需针对设备自身进行特定研发与改造，具有较强的通用性，且有利于简化整体结构，易于开展标准化量产及推广。

2.本发明利用主轴上安装方向相同的棘轮组，将两个工作舱室旋转方向相反的双向转动转化为主轴1的单向转动，并采用了具有储能功能的发条与飞轮相结合的结构，将不稳定间歇的波浪能转化为较连续较稳定的转动动能，通过小型发电机得到连续稳定的电能，有效的提高了装置的发电效率及稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明内部结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明的串联式铰接浮体。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。1-主轴；2-辅助轴；3-输出轴；4-主轴齿轮；5-主轴棘轮；6-辅助轴齿轮；7-发条盒外接齿轮；8-输出轴棘轮；9-飞轮；10-输出轴齿轮；11-发电机动力输入齿轮；12-发电机；13-工作舱室；14-连接板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

本发明中的“铰接扣”是指装置的结构形式。装置两个工作舱室的连接方式为铰接，装置整体做成一个通用铰接扣结构。任意两个浮体可以通过螺栓固定在本装置两端的固定框上从而形成铰接。

正如背景技术所介绍的，现有技术中海洋工程设备的供电各种问题，例如铺设电缆为其供电的成本十分高昂，且长距离电缆极易发生损坏。安装蓄电池较为方便，但电池容量有限，需定期人为更换，增加了大量的人力维护成本。太阳能板、风力发电机等新能源装置要么难以在潮湿、易腐蚀、风大浪急的复杂海洋环境中生存，要么体积庞大、造价高昂。因此，深远海海洋工程设备的用电需求一直难以得到满足。为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置。

波浪能，是储量最为丰富的海洋可再生能源之一。其分布广泛，不受地理位置限制，十分适合于就地取能，为海洋工程设备供电。多数海洋工程设备的电力需求不大，大部分设备仅需要实现夜间照明标识等简单功能，对发电机的装机容量要求较低，小型电机即可满足需求。因此，可采用小型波浪能发电装置为海洋工程设备供电。多数海洋工程设备是漂浮在海面上，或安放于漂浮式小型平台上，本身会随波浪运动，符合振荡浮子式波浪能发电装置的能量捕获原理。因此，可考虑将小型振荡浮子式波浪能发电装置集成于海洋工程设备上，既可实现发电目的，又可避免单独建设波浪能发电站。

本发明借鉴双体筏式波浪能发电装置，研发了一种具有波浪能发电功能的通用铰接扣装置。该结构将能量转换系统及小型发电机集合在工作舱室当中，结构前后可与任意两个浮体相连接，利用两浮体间的相对转动，捕获波浪能并驱动电机发电，为海洋工程设备提供所需电能。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本发明由两个互补且中心对称的工作舱室13组成。两个工作舱室13可以在波浪的激励作用下绕主轴1做纵摇运动，即发生相对转动，并通过舱工作舱室13室内部的棘轮齿轮机械机构带动小型发电机发电，具体的包括主轴1；辅助轴2；输出轴3；主轴齿轮4；主轴棘轮5；辅助轴齿轮6；发条盒外接齿轮7；输出轴棘轮8；飞轮9；输出轴齿轮10；发电机动力输入齿轮11；发电机12；工作舱室13；连接板14。

其中主轴1、辅助轴2、飞轮轴3两端均通过轴承安装在两个发电工作舱室13壳体上，且主轴1、辅助轴2、飞轮轴3相互平行，其中主轴1设置一个，位于整个装置的中心位置，连接在两个发电工作舱室13上；飞轮轴3设置两个，且两个飞轮轴3的长度与主轴1相等，分别位于主轴1的两侧，主轴1连接在两个发电工作舱室13上；辅助轴2设置两个，位于两个不同的工作舱室13内，且位于主轴1和飞轮轴3之间，对应图1中，其中一个辅助轴2位于整个装置的左上位置，另外一个辅助轴2位于整个装置的右下位置。

在主轴1上分别固定有两个主轴齿轮4和两个主轴棘轮5，其中一个主轴齿轮4和一个主轴棘轮5安装在其中一个发电工作舱室13内(即对应图1中的主轴1上部)，另外一个主轴齿轮4和另外一个主轴棘轮5安装在另外一个发电工作舱室13内(即对应图1中的主轴1下部)；且主轴棘轮5位于主轴齿轮4的内侧，主轴棘轮5对应的棘轮爪安装在发电工作舱室壳体上。

在两个辅助轴2上均固定有辅助轴齿轮6和发条盒外接齿轮7，其中发条盒外接齿轮7通过发条盒连接在辅助轴2上，发条头部与辅助轴2相连，尾部与发条盒壳体的内壁相连，辅助轴齿轮6与对应的主轴齿轮4啮合；对应图1中，左上位置的辅助轴2上的辅助轴齿轮6与位于主轴上部的主轴齿轮啮合，右下位置的辅助轴2上的辅助轴齿轮6与位于主轴上部的主轴齿轮啮合。

在左右两个输出轴3均固定有输出轴棘轮8、飞轮9、输出轴齿轮10，输出轴棘轮8与对应的发条盒外接齿轮7啮合，输出轴齿轮10与对应的动力输入齿轮11啮合，动力输入齿轮11与对应的发电机12刚性连接；在附图1中，左侧的输出轴棘轮8与左上侧的辅助轴2上的发条盒外接齿轮7啮合，左侧的输出轴齿轮10与左侧的的动力输入齿轮11啮合，动力输入齿轮11与左侧的发电机12刚性连接；右侧的输出轴棘轮8与右下侧的辅助轴2上的发条盒外接齿轮7啮合，右侧的输出轴齿轮10与右侧的动力输入齿轮11啮合，动力输入齿轮11与右侧的发电机12刚性连接。

具体的发电原理如下：

当两舱室随波浪发生相对转动时，主轴1上安装的两个方向相同的棘轮交替驱动主轴1转动，齿轮4随主轴1转动，驱动与之啮合的齿轮6转动，从而带动辅助轴2转动，使发条转动充能，发条储存足够大的弹性势能后可以带动发条盒外接齿轮7转动，若发条盒外接齿轮7的转速大于输出轴3的转速时，棘轮8止动从而带动输出轴转动，飞轮随之转动储存动能，相反，当发条盒外接齿轮7的转动小于输出轴3的转速时，棘轮8空转，不带动输出轴转动，此时飞轮开始释放动能旋转带动输出轴3及固定在轴上齿轮10转动，从而带动与发电刚性连接的动力输入齿轮11转动，带动发电机发电。

舱室后端连接有固定框14，上面分别设有多个螺栓孔，可通过螺栓连接固定在所要连接的浮体上。

本发明所研发的铰接扣装置，除了可以通过连接板连接到任意已有的海洋工程设备浮体上外，还可去掉连接板，增大舱室体积，调整工作舱室两端结构，成为串联浮体，用作漂浮式栈桥等结构(如图5所示)。

本发明采用海洋中随处可见且全天候的波浪能作为能量来源，就地取能，为海洋工程设备供电，无需铺设长距离电缆，无需定期人工维护，成本相对低廉，方便可靠。且波浪能为清洁可再生能源，波浪能发电技术不产生污染物与噪音，对海洋生态环境十分友好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，包括一个中心轴和两个输出轴，中心轴与输出轴相互平行，在中心轴上设有两个中心对称的工作舱室；每个工作舱室内设有一个安装在中心轴上的棘轮，每个棘轮由安装在工作舱室壳体上的棘轮爪驱动，在波浪的激励作用下，两个棘轮爪交替驱动棘轮转动，进而带动中心轴转动，中心轴通过齿轮传动机构驱动安装在两个输出轴上的齿轮转动，输出轴上的齿轮驱动发电机上的齿轮，进而带动小型发电机发电。

2.如权利要求1所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，在所述的中心轴上安装有两个主动齿轮，在每个所述的工作舱室内安装一个与中心轴平行的辅助轴，辅助轴上安装有与对应主动齿轮啮合的被动齿轮。

3.如权利要求2所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，所述的辅助轴上安装有一个发条盒外接齿轮，所述的发条盒外接齿轮与安装在输出轴上的棘轮配合，驱动输出轴转动。

4.如权利要求2所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，所述的输出轴上还安装有飞轮。

5.如权利要求2所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，两个辅助轴相对于中心轴中心对称。

6.如权利要求2所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，在所述的工作舱室后端安装有一个固定框，固定框上面分别设有多个螺栓孔。

7.如权利要求1所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，两个小型发电机相对于中心轴对称。

8.如权利要求1所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置，其特征在于，所述的中心轴和输出轴两端固定在工作舱室的壳体上，输出轴位于中心轴两侧。

9.一种浮体，其特征在于，包括前面1-8任一所述的具有波浪能发电功能的铰接扣装置。

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