CN112780483B - 一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置 - Google Patents

一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，包括小浮子、限位装置、单立柱、转子、电磁线圈、主动齿轮、齿槽、第一轮系装置、第二轮系装置和发电机，所述小浮子内设置有限位装置，且限位装置的下侧连接有单立柱，所述单立柱的外侧设置有舵，所述单立柱的下端安装有第一轴，且第一轴连接在固定台上。本发明以波浪能发电平台为载体，可以捕获波浪三个维度方向的波浪能，即各个方向的动能及其势能，并根据波浪特性高效率地转化成动能，再利用磁感应发电转化成电能。本发明利用了本振荡浮子式波浪能发电平台多自由度的优点，同时克服了现代波浪能发电平台只能俘获单一波浪运动，对波浪条件苛刻的问题，符合波浪能生电时代发展的趋势。

Description

一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及波浪发电和海洋装备技术领域，具体为一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置。
背景技术
长期以来人类还是一直大量开发自然资源，而且在环境中累积废弃物，从而导致全球能源危机的日益加剧，能源危机成为21世纪最严峻的问题之一。随着自然资源耗竭及生态环境恶化之威胁，人类也在不停的尝试解决能源危机。解决能源危机的一个重要途径就是利用可再生能源，如太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、波浪能、海洋温差能等等，它们在自然界可以循环再生，我国海洋能丰富，海洋能利用具有很大的开发利用价值，在能源危机加剧的形势下，是一种非常有前景的能源。波浪能作为一种海洋可再生能源，具有蕴藏量大、分布广泛、能量密度高、采集难度大等特点。
目前研发的振荡浮子式波浪能发电技术受到了广泛的重视，振荡浮子式装置是依靠浮子的随波浪的上下震荡而转化成机械能，然后转化为电能的一种方式，现有的振荡浮子波浪能平台都是单一自由度的，只能俘获垂直或者水平方向波浪的能量，不能有效充分地利用波浪的能量。
本发明要研制的是一种多自由度波浪能发电装置，并装配有高效的机械能转化电能的系统，提高装置对波浪能的捕获效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，以解决上述背景技术提出的目前现有的振荡浮子波浪能平台都是单一自由度的，只能俘获垂直或者水平方向波浪的能量，不能有效充分地利用波浪的能量的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，包括小浮子、限位装置、单立柱、转子、电磁线圈、主动齿轮、齿槽、第一轮系装置、第二轮系装置和发电机，所述小浮子内设置有限位装置，且限位装置的下侧连接有单立柱，所述单立柱的外侧设置有舵，所述单立柱的下端安装有第一轴，且第一轴连接在固定台上，所述固定台的下侧固定有第二轴，且第二轴的外侧连接有第一压载箱和第二压载箱，所述第一压载箱的下侧固定有第一阻尼板，所述第一压载箱的上侧安装有第一浮箱，所述第二压载箱的下侧固定有第二阻尼板，所述第二压载箱的上侧安装有第二浮箱，所述第一压载箱的外侧固定有第一锚链和第二锚链，所述第二压载箱的外侧固定有第三锚链和第四锚链，所述小浮子的内侧设置有转子和电磁线圈，所述转子和主动齿轮之间设置有第一轮系装置，所述主动齿轮的外侧连接有齿槽，且齿槽开设在限位装置内部，所述第一轴的外侧通过第二轮系装置和发电机相连接。
优选的，所述第一浮箱、第二浮箱、第一压载箱、第二压载箱、第一阻尼板、第二阻尼板、第一锚链、第二锚链、第三锚链和第四锚链组成外部漂浮模块，所述第一压载箱与第一浮箱和第二轴、第二压载箱与第二浮箱和第二轴之间均通过钢架进行固结，且第一压载箱和第一浮箱、第二压载箱和第二浮箱在第二轴两侧对称设置。
优选的，所述小浮子、限位装置、单立柱、第一轴、第二轴、舵和固定台组成内部运动模块，所述单立柱上下两端与限位装置和第一轴之间为固定连接，所述第二轴和固定台之间为旋转活动连接，所述舵处于单立柱的侧边，安装于离水面较近位置处。
优选的，所述小浮子、转子、电磁线圈、主动齿轮、齿槽和第一轮系装置组成浮子垂荡运动的发电系统，所述小浮子在限位装置上呈上下移动结构，所述主动齿轮和齿槽之间为啮合连接。
优选的，所述单立柱、第一轴、第二轮系装置和发电机组成浮子纵摇运动的发电系统，所述单立柱与第一轴之间为固定连接，且第一轴在固定台上为摆动结构，并且器摆动夹角为±15°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以波浪能发电平台为载体，通过利用波浪特性使平台自适应，最终使浮子纵摇运动发电效果显著，克服现阶段纵摇只能俘获单一浪向的弊端。可以捕获波浪三个维度方向的波浪能，即各个方向的动能及其势能，并根据波浪特性高效率地转化成动能，再利用磁感应发电转化成电能。相比较以往只能俘获单一自由度波浪能发电装置，波浪能利用效率大大提高，并且本装置结构简单，便于模块化设计制造，适用阵列布置，可以适用于任何水深区域。通过自主控制实施模块发电、蓄电、放电，属于智能化波浪能发电平台的应用。本发明利用了本振荡浮子式波浪能发电平台多自由度的优点，同时克服了现代波浪能发电平台只能俘获单一波浪运动，对波浪条件苛刻的问题，符合波浪能生电时代发展的趋势。
附图说明
图1为本发明正视结构示意图；
图2为本发明平台自适应示意图；
图3为本发明浮子垂荡运动的发电系统示意图；
图4为本发明浮子纵摇运动的发电系统示意图。
图中：1、小浮子；2、限位装置；3、单立柱；4、第一轴；5、第一浮箱；6、第二浮箱；7、第一压载箱；8、第二压载箱；9、第一阻尼板；10、第二阻尼板；11、第一锚链；12、第二锚链；13、第三锚链；14、第四锚链；15、第二轴；16、舵；17、固定台；18、转子；19、电磁线圈；20、主动齿轮；21、齿槽；22、第一轮系装置；23、第二轮系装置；24、发电机。
具体实施方式
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、完整地描述，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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，包括小浮子1、限位装置2、单立柱3、第一轴4、第一浮箱5、第二浮箱6、第一压载箱7、第二压载箱8、第一阻尼板9、第二阻尼板10、第一锚链11、第二锚链12、第三锚链13、第四锚链14、第二轴15、舵16、固定台17、转子18、电磁线圈19、主动齿轮20、齿槽21、第一轮系装置22、第二轮系装置23和发电机24，小浮子1内设置有限位装置2，且限位装置2的下侧连接有单立柱3，单立柱3的外侧设置有舵16，单立柱3的下端安装有第一轴4，且第一轴4连接在固定台17上，固定台17的下侧固定有第二轴15，且第二轴15的外侧连接有第一压载箱7和第二压载箱8，第一压载箱7的下侧固定有第一阻尼板9，第一压载箱7的上侧安装有第一浮箱5，第二压载箱8的下侧固定有第二阻尼板10，第二压载箱8的上侧安装有第二浮箱6，第一压载箱7的外侧固定有第一锚链11和第二锚链12，第二压载箱8的外侧固定有第三锚链13和第四锚链14，小浮子1的内侧设置有转子18和电磁线圈19，转子18和主动齿轮20之间设置有第一轮系装置22，主动齿轮20的外侧连接有齿槽21，且齿槽21开设在限位装置2内部，第一轴4的外侧通过第二轮系装置23和发电机24相连接。
第一浮箱5、第二浮箱6、第一压载箱7、第二压载箱8、第一阻尼板9、第二阻尼板10、第一锚链11、第二锚链12、第三锚链13和第四锚链14组成外部漂浮模块，第一压载箱7与第一浮箱5和第二轴15、第二压载箱8与第二浮箱6和第二轴15之间均通过钢架进行固结，且第一压载箱7和第一浮箱5、第二压载箱8和第二浮箱6在第二轴15两侧对称设置，外部漂浮模块在第一锚链11、第二锚链12、第三锚链13和第四锚链14和第一阻尼板9、第二阻尼板10的作用下，外部漂浮模块处于相对的稳定状态中，所受结构运动相对于内部运动模块可以忽略不计，即将外部漂浮模块处于一个相对地面静止的状态。
小浮子1、限位装置2、单立柱3、第一轴4、第二轴15、舵16和固定台17组成内部运动模块，单立柱3上下两端与限位装置2和第一轴4之间为固定连接，限制小浮子1的移动路径，保证其在波浪能的效率高的位置移动，第二轴15和固定台17之间为旋转活动连接，使内部运动模块以第二轴15进行360度转动，舵16处于单立柱3的侧边，安装于离水面较近位置处，以便能获得较大波浪推力，如图2，当波浪迎来，波浪推动舵16使平台自适应旋转，使轴的轴向刚好与波浪方向垂直，从而使小浮子1纵摇方向与单立柱3的旋转方向一致，较大程度减小浪向对发电效率的影响，实现波浪能利用率最大化。
小浮子1、转子18、电磁线圈19、主动齿轮20、齿槽21和第一轮系装置22组成浮子垂荡运动的发电系统，小浮子1在限位装置2上呈上下移动结构，主动齿轮20和齿槽21之间为啮合连接，当小浮子1进行垂荡运动时，限位装置2内侧面装有齿槽21，带动主动齿轮20进行低速转动，通过第一轮系装置22放大其转速，最终传递给中间转子18，使其进行高速自转，切割磁感线发电，大大提高其发电效率。
单立柱3、第一轴4、第二轮系装置23和发电机24组成浮子纵摇运动的发电系统，单立柱3与第一轴4之间为固定连接，且第一轴4在固定台17上为摆动结构，并且器摆动夹角为±15°，小浮子1的纵摇运动主要依靠波浪推力作用。当小浮子1进行纵摇作用时，单立柱3绕着第一轴4转动，从而带动大号锥齿轮转动，因为浮子稳性，控制立柱的运动夹角为±15°。大号锥齿轮的低转速带动小号锥齿轮高转速；将发电机24设置在水面以上，避免海水腐蚀影响其正常工作。
本实施例的工作原理：在使用该新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置时，首先将整个装置投放到水域内，通过第一锚链11、第二锚链12、第三锚链13和第四锚链14将多个装置连成一排，并在第一阻尼板9、第二阻尼板10的作用下，外部漂浮模块处于相对的稳定状态中，所受结构运动相对于内部运动模块可以忽略不计，即将外部漂浮模块处于一个相对地面静止的状态，通过第一浮箱5、第二浮箱6、第一压载箱7和第二压载箱8构成的两组外部漂浮模块，能够加强中间发电机构稳定的工作状态；
当波浪迎来，波浪推动舵16使平台自适应旋转，使轴的轴向刚好与波浪方向垂直，从而使小浮子1纵摇方向与单立柱3的旋转方向一致，较大程度减小浪向对发电效率的影响，实现波浪能利用率最大化，单立柱3上端的小浮子1会在限位装置2内侧，随着波浪进行上下浮动，同时其内侧的主动齿轮20会在齿槽21内部旋转，从而通过第一轮系装置22带动转子18，第一轮系装置22由4大小两个齿轮进行传动，从而能够改变转子18的转速，使其进行高速自转，切割磁感线发电，大大提高其发电效率；
在波浪中，单立柱3会通过第一轴4在固定台17上进行摇摆，其来回摇摆角度限定为±15°，以保证单立柱3稳定的工作状态，在第一轴4旋转的同时，通过第二轮系装置23带动发电机24，第二轮系装置23由大小两个斜齿轮连接构成，大号锥齿轮的低转速带动小号锥齿轮高转速，提高其发电效率；
以上便完成了该发电装置的工作过程，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (3)

1.一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，包括小浮子(1)、限位装置(2)、单立柱(3)、转子(18)、电磁线圈(19)、主动齿轮(20)、齿槽(21)、第一轮系装置(22)、第二轮系装置(23)和发电机(24)，其特征在于：所述小浮子(1)内设置有限位装置(2)，且限位装置(2)的下侧连接有单立柱(3)，所述单立柱(3)的外侧设置有舵(16)，所述单立柱(3)的下端安装有第一轴(4)，且第一轴(4)连接在固定台(17)上，所述固定台(17)的下侧固定有第二轴(15)，且第二轴(15)的外侧连接有第一压载箱(7)和第二压载箱(8)，所述第一压载箱(7)的下侧固定有第一阻尼板(9)，所述第一压载箱(7)的上侧安装有第一浮箱(5)，所述第二压载箱(8)的下侧固定有第二阻尼板(10)，所述第二压载箱(8)的上侧安装有第二浮箱(6)，所述第一压载箱(7)的外侧固定有第一锚链(11)和第二锚链(12)，所述第二压载箱(8)的外侧固定有第三锚链(13)和第四锚链(14)，所述小浮子(1)的内侧设置有转子(18)和电磁线圈(19)，所述转子(18)和主动齿轮(20)之间设置有第一轮系装置(22)，所述主动齿轮(20)的外侧连接有齿槽(21)，且齿槽(21)开设在限位装置(2)内部，所述第一轴(4)的外侧通过第二轮系装置(23)和发电机(24)相连接；
所述小浮子(1)、转子(18)、电磁线圈(19)、主动齿轮(20)、齿槽(21)和第一轮系装置(22)组成浮子垂荡运动的发电系统，所述小浮子(1)在限位装置(2)上呈上下移动结构，所述主动齿轮(20)和齿槽(21)之间为啮合连接；
所述单立柱(3)、第一轴(4)、第二轮系装置(23)和发电机(24)组成浮子纵摇运动的发电系统，所述单立柱(3)与第一轴(4)之间为固定连接，且第一轴(4)在固定台(17)上为摆动结构，并且器摆动夹角为±15°。
2.根据权利要求1所述的一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述第一浮箱(5)、第二浮箱(6)、第一压载箱(7)、第二压载箱(8)、第一阻尼板(9)、第二阻尼板(10)、第一锚链(11)、第二锚链(12)、第三锚链(13)和第四锚链(14)组成外部漂浮模块，所述第一压载箱(7)与第一浮箱(5)和第二轴(15)、第二压载箱(8)与第二浮箱(6)和第二轴(15)之间均通过钢架进行固结，且第一压载箱(7)和第一浮箱(5)、第二压载箱(8)和第二浮箱(6)在第二轴(15)两侧对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述小浮子(1)、限位装置(2)、单立柱(3)、第一轴(4)、第二轴(15)、舵(16)和固定台(17)组成内部运动模块，所述单立柱(3)上下两端与限位装置(2)和第一轴(4)之间为固定连接，所述第二轴(15)和固定台(17)之间为旋转活动连接，所述舵(16)处于单立柱(3)的侧边，安装于离水面较近位置处。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Zhou Yujie

Inventor after: Fu Lei

Inventor after: Chen Dong

Inventor after: Zhang Wanchao

Inventor after: Cheng Yong

Inventor before: Fu Lei

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GR01 Patent grant
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