CN113217261B - 发电装置及海洋牧场 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电装置及海洋牧场，包括发电机、机架、采集件和转换组件。其中，采集件包括漂浮部和连接部，漂浮部固定于连接部，漂浮部内设置有增浮腔，增浮腔用于使漂浮部能够漂浮于海面。转换组件安装于机架，转换组件包括第一轴、第一齿轮、第二齿轮、第一单向轴承和第二轴，连接部远离漂浮部的一端固定于第一轴，第一齿轮固定套设于第一轴，第二轴的一端连接于发电机，第二齿轮与第一单向轴承均固定套设于第二轴的另一端，第二齿轮与第一齿轮相啮合。利用漂浮部采集波浪能，借助连接部带动第一轴旋转，使得第一齿轮能够通过第二齿轮带动第二轴旋转，最终将波浪能转化为电能，有效解决了海洋牧场的供电问题。

Description

发电装置及海洋牧场

技术领域

本发明涉及波浪能发电领域，尤其涉及发电装置及海洋牧场。

背景技术

海洋牧场的主要作用是提高某些经济品种的产量或整个海域的鱼类产量，以确保水产资源稳定和持续的增长，在利用海洋资源的同时重点保护海洋生态系统，实现可持续生态渔业。

海洋牧场在使用过程中需要安装大量的传感器用于观测海洋环境，由于海洋牧场距离海边有较远的距离，故会有供电不便的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种发电装置，能够有效解决供电不便的问题。

本发明还提出了一种具有上述发电装置的海洋牧场。

本发明的第一方面实施例提供了发电装置，包括：

发电机；

机架；

采集件，所述采集件包括漂浮部和连接部，所述漂浮部固定于所述连接部，所述漂浮部内设置有增浮腔，所述增浮腔用于使所述漂浮部能够漂浮于海面；

转换组件，所述转换组件安装于所述机架，所述转换组件包括第一轴、第一齿轮、第二齿轮、第一单向轴承和第二轴，所述连接部远离所述漂浮部的一端固定于所述第一轴，所述第一齿轮固定套设于所述第一轴，所述第二轴的一端连接于所述发电机，所述第二齿轮与所述第一单向轴承均固定套设于所述第二轴的另一端，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合。

根据本发明实施例的发电装置，至少具有如下技术效果：

利用漂浮部采集波浪能，借助连接部带动第一轴旋转，使得第一齿轮能够通过第二齿轮带动第二轴旋转，最终实现了将波浪能转化为机械能，再通过发电机转化为电能的目的，使得海洋牧场即使远离海岸也能够随时供电，有效解决了海洋牧场的供电问题。

根据本发明的一些实施例的发电装置，所述转换组件还包括第三轴、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第二单向轴承，所述第二单向轴承的限制方向与所述第一单向轴承的限制方向相反，所述第三齿轮和所述第二单向轴承均固定套设于所述第三轴的一端，所述第三齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述第四齿轮固定套设于所述第三轴的另一端，且与所述第五齿轮相啮合，所述第五齿轮固定套设于所述第二轴。

根据本发明的一些实施例的发电装置，所述转换组件还包括增速机和第四轴，所述第二轴朝向所述发电机的一端设置于所述增速机的低速轴位，所述第四轴的一端设置于所述增速机的高速轴位，所述第四轴的另一端连接于所述发电机。

根据本发明的一些实施例的发电装置，所述转换组件还包括飞轮，所述飞轮固定于所述第二轴。

根据本发明的一些实施例的发电装置，还包括第一限位件，所述第一限位件固定于所述机架，所述转换组件还包括第二限位件，所述第二限位件固定于所述第一轴，所述第二限位件能够在所述连接部的带动下绕所述第二轴的轴线定轴转动，所述第一限位件用于阻止转动至预设位置的所述第二限位件继续朝所述第一限位件所在的方向转动。

根据本发明的一些实施例的发电装置，所述采集件还包括弯折角钢，所述弯折角钢设置于所述增浮腔的内壁，用于增强所述漂浮部的强度。

根据本发明的一些实施例的发电装置，所述漂浮部用于与所述海面相接触的接触面为弧面。

本发明的第二方面实施例提供了海洋牧场，包括牧场平台和根据本发明上述第一方面实施例的发电装置，所述发电装置安装于所述牧场平台，所述漂浮部朝所述牧场平台外伸出，用于与所述海面相接触。

根据本发明实施例的海洋牧场，至少具有如下技术效果：

通过采用上述发电装置，海洋牧场能够有效利用海面上的波浪进行发电，有效解决了供电不便的问题。

根据本发明的一些实施例的海洋牧场，还包括安装座，所述安装座固定于所述牧场平台，所述安装座内设置有容置腔，所述发电装置还包括底座，所述底座固定于所述机架，所述底座容置于所述容置腔，且能够绕所述容置腔的轴线定轴转动。

根据本发明的一些实施例的海洋牧场，所述容置腔从上至下分为衔接腔和卡接腔，所述底座包括卡接部和衔接部，所述卡接部的直径和所述卡接腔的直径均大于所述衔接腔的直径，所述卡接部容置于所述卡接腔，所述衔接部容置于所述衔接腔。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中采集件的立体示意图；

图2为本发明实施例中转换组件和机架的立体示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为本发明另一实施例中转换组件和机架的立体示意图；

图5为本发明实施例中海洋牧场的示意图；

图6为本发明实施例中安装座与底座相配合时的剖视图。

附图标记：机架100、底座110、衔接部111、卡接部112、采集件200、漂浮部210、接触面211、连接部220、第一摇臂221、第二摇臂222、转换组件300、第一轴310、第一齿轮320、第二齿轮330、第一单向轴承331、第二轴340、飞轮341、第三轴350、第三齿轮360、第二单向轴承361、第四齿轮370、第五齿轮380、增速机390、第四轴391、第一限位件410、第二限位件420、牧场平台500、安装座510、容置腔511、衔接腔512、卡接腔513。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

下面参考图1至图4描述根据本发明实施例的发电装置。

根据本发明第一方面实施例的发电装置，包括发电机、机架100、采集件200和转换组件300。

其中，采集件200包括漂浮部210和连接部220，漂浮部210固定于连接部220，漂浮部210内设置有增浮腔，增浮腔用于使漂浮部210能够漂浮于海面。转换组件300安装于机架100，转换组件300包括第一轴310、第一齿轮320、第二齿轮330、第一单向轴承331和第二轴340，连接部220远离漂浮部210的一端固定于第一轴310，第一齿轮320固定套设于第一轴310，第二轴340的一端连接于发电机，第二齿轮330与第一单向轴承331均固定套设于第二轴340的另一端，第二齿轮330与第一齿轮320相啮合。

具体地，转换组件300包括有第一轴310、第一齿轮320、第二齿轮330、第一单向轴承331和第二轴340。第一轴310设置在第二轴340的上方，二者均通过固定在机架100上的轴承安装于机架100。其中第一轴310的一端套接有第一齿轮320，即第一轴310发生转动时能够带动第一齿轮320同步转动。第二轴340的一端套接有第一单向轴承331，将第一单向轴承331的外圈无法相对内圈转动的方向命名为第一方向，同时在第一单向轴承331处安装有与第一齿轮320相啮合的第二齿轮330。不难理解，当第一轴310发生转动时，会带动第一齿轮320同步转动，转动的第一齿轮320会带动与其相啮合的第二齿轮330同步转动。因第一单向齿轮的作用，故当且仅当第二齿轮330的旋转方向为第一方向时，第二轴340才会在第二齿轮330的带动下沿第一方向定轴转动。而第二轴340远离第二齿轮330的一端直接或间接地连接于发电机，因此当第二轴340发生转动时，即可带动转子相对于定子转动，进而完成发电。而第一单向轴承331的设置也有效避免了第二轴340反转的情况出现。

采集部包括有漂浮部210和连接部220，其中漂浮部210的内部设置有增浮腔，从而使得漂浮部210具有较大的体积的同时，保持有较小的重量，降低了漂浮部210的密度，使得漂浮部210能够漂浮在海面上。连接部220可以呈板状或者棍状，为使漂浮部210能更好地漂浮在海面上，连接部220可以设计有朝下的折角。连接部220的一端通过焊接或是紧固件连接等方式固定在漂浮部210上，其另一端同样通过焊接或紧固件连接等方式固定在转换组件300当中的第一轴310中段。

在具体的使用过程中，漂浮在海面上的漂浮部210在波浪所施加的作用力，以及自身重力的作用下，会随着波浪的起落而在竖直方向上不断进行高度变化，在这一过程中，会通过连接部220朝第一轴310传递扭矩，进而驱使第一轴310沿轴线定轴转动。当第一轴310发生转动时，套接于第一轴310的一端处的第一齿轮320会同步发生转动，又因第一齿轮320同时还与第二齿轮330相啮合，故第二齿轮330同样会同步发生转动。在第一单向轴承331的作用下，当第二齿轮330的转动方向与第一方向相同时，即可驱使第二轴340发生转动，进而使得发电机中的转子相对于定子发生转动，至此完成发电的任务。

同时，为使得第二轴340转动时有着较高的转速，第一齿轮320的直径大于第二齿轮330的直径。可以理解的是，第一齿轮320和第二齿轮330的具体模数、齿数等参数均能根据实际需求进行适应性调整。

可以理解的是，利用漂浮部210采集波浪能，借助连接部220带动第一轴310旋转，使得第一齿轮320能够通过第二齿轮330带动第二轴340旋转，最终实现了将波浪能转化为机械能，再通过发电机转化为电能的目的，使得海洋牧场即使远离海岸也能够随时供电，有效解决了海洋牧场的供电问题。并且，波浪能为潮汐所产生的清洁能源，利用波浪能进行发电，有效避免了对环境的污染。

作为上述方案的改进，第一齿轮320套接于第一轴310处设置有胀紧套，从而有效提高了第一齿轮320与第一轴310之间的配合可靠性，确保不会发生打滑。

作为上述方案的改进，为方便运输、安装，将连接部220拆分为两部分，分别为第一摇臂221和第二摇臂222，其中第一摇臂221固定于漂浮部210，第二摇臂222固定于第一轴310中段。在进行安装时，可以通过紧固件连接或是焊接等方式将第一摇臂221同第二摇臂222固定在一起。

作为上述方案的改进，第一齿轮320并非一个完整的一个齿轮，而是呈半个或更小的齿轮，其具体的扇形角度能够根据实际需求进行调整。不难理解，在实际使用时，因海面上波浪的波峰波谷之间的落差最大值会根据地域或时间的不同而不同，故第一齿轮320的转角有限。这样的设计有效节约了制造第一齿轮320的材料，同时缩小了发电装置的尺寸。

在本发明的一些具体实施例中，转换组件300还包括第三轴350、第三齿轮360、第四齿轮370、第五齿轮380和第二单向轴承361，第二单向轴承361的限制方向与第一单向轴承331的限制方向相反，第三齿轮360与第二单向轴承361均固定套设于第三轴350的一端，第三齿轮360与第一齿轮320相啮合，第四齿轮370固定套设于第三轴350的另一端，且与第五齿轮380相啮合，第五齿轮380固定套设于第二轴340。

具体地，转换组件300中还包括有第三轴350、第三齿轮360、第四齿轮370、第五齿轮380和第二单向轴承361。其中第三齿轮360与第二齿轮330间隔设置在第一齿轮320的下侧，并与第一齿轮320相啮合。第三轴350、第三齿轮360与第二单向轴承361之间的配合关系类似于第二轴340、第二齿轮330与第一单向轴承331之间的配合关系。将第二单向轴承361的外圈无法相对内圈转动的方向命名为第二方向，此时第一方向和第二方向恰好相反，即若第一方向为顺时针方向，则第二方向为逆时针方向，反之亦然。由此，当且仅当第二齿轮330的转动方向与第二方向相同时，才会带动第三轴350沿第二方向转动。

此外，在第三轴350上还套接有第四齿轮370，第四齿轮370能够随着第三轴350的转动同步发生转动。而第五齿轮380则套接在第二轴340上，且能够与第二轴340同步转动，此时使得第四齿轮370与第五齿轮380相啮合。不难理解，当第三轴350发生转动时，能够通过第四齿轮370带动第五齿轮380同步发生转动，且在这种情况下，第五齿轮380的转动方向为与第二方向相反的第一方向。

在具体的使用过程中，当漂浮部210在波浪的作用下朝上移动时，会带动第一轴310沿一个方向发生转动，进而带动第一齿轮320发生转动。假设此时第一齿轮320的转动方向即第一方向，则在漂浮部210上升的过程中，发电装置能在第一轴310、第一齿轮320、第二齿轮330、第一单向轴承331以及第二轴340的共同作用下完成将波浪能转化为机械能，并传递至发电机处，进一步转化为电能的任务。

对应地，当漂浮部210在自身重力下朝下移动时，会带动第一轴310沿与上述情况下相反的方向发生转动，进而带动第一齿轮320朝第二方向转动。不难理解，此时第一齿轮320作用于第二齿轮330的力矩无法传递至第二轴340，但第一齿轮320作用于第三齿轮360的力矩能够传递至第三轴350，而沿第二方向转动的第三轴350能够有效带动第四齿轮370同步转动，进而借助与第四齿轮370相啮合的第五齿轮380带动第二轴340发生转动。此时的第二轴340同样沿第一方向转动。由此，在漂浮部210下降的过程中，发电装置能在第一轴310、第一齿轮320、第三齿轮360、第三轴350、第四齿轮370、第五齿轮380以及第二轴340的共同作用下完成波浪能发电任务。需要理解的是，第一方向和第二方向仅作区分，在实际使用时，第一方向也可以为漂浮部210下降时第一齿轮320的转动方向。

可以理解的是，这样的设计使得无论漂浮部210处于上升状态还是下降状态，发电装置均能有效地将波浪能转化为电能，大幅提高了发电效率。

在本发明的一些具体实施例中，转换组件300还包括增速机390和第四轴391，第二轴340朝向发电机的一端设置于增速机390的低速轴位，第四轴391的一端设置于增速机390的高速轴位，第四轴391的另一端连接于发电机。

具体地，在第二齿轮330与发电机之间还设置有增速机390，增速机390包括高速轴位和低速轴位，高速轴位处的轴会与增速机390内的高速齿轮相连接，而低速轴位处的轴则会与增速机390内的低速齿轮相连接。此时，第三轴350的一端便插入到增速机390中，位于低速轴位，而第四轴391的一端则位于高速轴位处，同时第四轴391的另一端直接或间接地连接于发电机。不难理解，借助增速机390，转速较低的第二轴340使得第四轴391有着更高的转速，从而提高了发电效率。

在本发明的一些具体实施例中，转换组件300还包括飞轮341，飞轮341固定于第二轴340。

具体地，飞轮341通过焊接或紧固件连接等方式直接固定在第二轴340上，或是固定在与第二轴340间接连接的其它轴上，可以位于发电机与第二齿轮330之间，也可以位于发电机远离第二齿轮330的一侧，其具体的位置能够根据发电机的具体类别进行适应性调整。

可以理解的是，因漂浮部210在竖直方向上的移动速度并不均匀，故最终第二轴340的转速也非定值，而是一个不断变化的浮动值。飞轮341的设置则能够有效进行驱动力的存储和释放，从而使得输入到发电机的转向力更加稳定。

在本发明的一些具体实施例中，还包括第一限位件410，第一限位件410固定于机架100，转换组件300还包括第二限位件420，第二限位件420固定于第一轴310，第二限位件420能够在连接部220的带动下绕第二轴340的轴线定轴转动，第一限位件410用于阻止转动至预设位置的第二限位件420继续朝第一限位件410所在的方向转动。

具体地，在实际使用时，在一些情况下，漂浮部210上升的幅度会因涨潮幅度过大而超出预期值，从而导致发电装置的重心偏移，进而发生倾倒。为了解决这一问题，设置有第一限位件410和第二限位件420。

第一轴310的两端会借助轴承安装在机架100上，第一限位件410便通过焊接或紧固件连接等方式安装在机架100安装有第一轴310的部分处，且呈板状的第一限位件410的延伸方向与第一轴310的延伸方向相同。同时，在第一轴310上同样通过焊接或紧固件连接等方式固定有第二限位件420，第二限位件420的长度大于第一轴310的表面到第一限位件410距离第一轴310最近处的距离。

可以理解的是，当漂浮部210上升时，在第一轴310的作用下，第二限位件420会朝第一限位件410转动，因此当漂浮部210上升到可以使发电装置发生倾斜的临界值，或略小于临界值的高度时，第二限位件420所处的位置即预设位置，预设位置上的第二限位件420将与第一限位件410相接触，第一限位件410将对第二限位件420施加与第二限位件420的转向相反的作用力，以此来阻挡第二限位件420继续移动，进而阻止了漂浮部210的继续升高，有效避免了发电装置发生倾倒的情况出现。

在本发明的一些具体实施例中，采集件200还包括弯折角钢，弯折角钢设置于增浮腔的内壁，用于增强漂浮部210的强度。

具体地，在增浮腔的内壁上焊接有多个弯折角钢。不难理解，弯折角钢的设置能够有效提高漂浮部210的强度，使得漂浮部210能够适应更加恶劣的环境，并延长了漂浮部210的使用寿命。

在本发明的一些具体实施例中，漂浮部210用于与海面相接触的接触面211为弧面。

具体地，漂浮部210浮在海面上时，同海面相接触的接触面211为弧面。可以理解的是，弧面的设置能够有效提高受力面积，且使得受力更加均匀。

下面参考图5和图6描述根据本发明实施例的发电装置。

根据本发明第二方面实施例的海洋牧场，包括牧场平台500和根据本发明上述第一方面实施例的发电装置，发电装置安装于牧场平台500，漂浮部210朝牧场平台500外伸出，用于与海面相接触。

具体地，牧场平台500上通过紧固件连接或卡槽卡扣连接等方式，安装有多个发电装置。发电装置当中的漂浮部210朝远离牧场平台500的方向向海面伸出，最后漂浮在海面上，对波浪能进行采集。可以理解的是，通过采用上述发电装置，海洋牧场能够有效利用海面上的波浪进行发电，有效解决了供电不便的问题。

在本发明的一些具体实施例中，还包括安装座510，安装座510固定于牧场平台500，安装座510内设置有容置腔511，发电装置还包括底座110，底座110固定于机架100，底座110容置于容置腔511，且能够绕容置腔511的轴线定轴转动。

具体地，海面上波浪的传播方向会随着时间和地点的不同发生变化，为了使得漂浮部210能够带动连接部220最大幅度地摆动，需要根据实际情况对朝远离牧场平台500的方向延伸的连接部220的延伸方向进行适应性调整。因此设置有安装座510和底座110。

安装座510通过焊接或紧固件连接等方式安装在牧场平台500上，安装座510的数量同发电装置的数量相等，且在安装座510内设置有呈柱状的容置腔511。相应地，底座110同样呈柱状，并通过焊接或紧固件连接等方式设置在发电装置的机架100下方，底座110能够插入到容置腔511中，并能够在容置腔511中发生转动。

可以理解的是，当需要调整连接部220的延伸方向时，只需使底座110在容置腔511中进行转动即可，如图5中B或C所示的方向，使得波浪能的利用效率总能处于最优的水平。

在本发明的一些具体实施例中，容置腔511从上至下分为衔接腔512和卡接腔513，底座110包括卡接部112和衔接部111，卡接部112的直径和卡接腔513的直径均大于衔接腔512的直径，卡接部112容置于卡接腔513，衔接部111容置于衔接腔512。

具体地，底座110包括有衔接部111和卡接部112，衔接部111的一端通过焊接或紧固件连接等方式固定在机架100上，其另一端通过焊接的方式固定在卡接部112上。衔接部111与卡接部112均呈圆柱状，但衔接部111的底面直径要小于卡接部112的底面直径。在安置好底座110后，在底座110外表处开始焊接安装座510。

焊接完成后，安装座510内在衔接部111与卡接部112的共同限制下形成了容置腔511，此时的容置腔511按照从上至下的顺序依次分为衔接腔512和卡接腔513。衔接部111便位于衔接腔512内，且衔接腔512的直径等于或略大于衔接部111的直径，但小于卡接部112的直径；对应地，卡接部112位于卡接腔513内，且卡接腔513的直径等于或略大于卡接部112的直径。

可以理解的是，这样的设计使得底座110无法相对于安装座510在竖直方向上发生大幅度的移动，从而使得发电装置能够更加稳定地安装在牧场平台500上。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.海洋牧场，其特征在于，包括牧场平台和发电装置，所述发电装置包括发电机、机架、采集件和转换组件，所述采集件包括漂浮部和连接部，所述漂浮部固定于所述连接部，所述漂浮部内设置有增浮腔，所述增浮腔用于使所述漂浮部能够漂浮于海面；所述转换组件安装于所述机架，所述转换组件包括第一轴、第一齿轮、第二齿轮、第一单向轴承和第二轴，所述连接部远离所述漂浮部的一端固定于所述第一轴，所述第一齿轮固定套设于所述第一轴，所述第二轴的一端连接于所述发电机的转子，所述第二齿轮与所述第一单向轴承均固定套设于所述第二轴的另一端，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述转换组件还包括第三轴、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第二单向轴承，所述第二单向轴承的限制方向与所述第一单向轴承的限制方向相反，所述第三齿轮和所述第二单向轴承均固定套设于所述第三轴的一端，所述第三齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述第四齿轮固定套设于所述第三轴的另一端，且与所述第五齿轮相啮合，所述第五齿轮固定套设于所述第二轴，所述发电装置安装于所述牧场平台，所述漂浮部朝所述牧场平台外伸出，用于与所述海面相接触，所述海洋牧场还包括安装座，所述安装座固定于所述牧场平台，所述安装座内设置有容置腔，所述发电装置还包括底座，所述底座固定于所述机架，所述底座容置于所述容置腔，且能够绕所述容置腔的轴线定轴转动。

2.根据权利要求1所述的海洋牧场，其特征在于，所述容置腔从上至下分为衔接腔和卡接腔，所述底座包括卡接部和衔接部，所述卡接部的直径和所述卡接腔的直径均大于所述衔接腔的直径，所述卡接部容置于所述卡接腔，所述衔接部容置于所述衔接腔。