CN114039454A - 一种波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

一种波浪能发电装置，属于海洋能源利用技术领域，该装置的外壳体通过底座、凹槽、密封圈和挡板，能够容纳和支撑发电装置，保护其减少海水渗漏腐蚀的可能，提高了装置的稳定性和安全性；发电装置中的摆锤机构，通过摆锤、摆杆、连锤法兰将波浪能转换为双向旋转的动力，完成波浪能的初步采集；通过锥轮传动机构的第一大锥齿轮、小锥齿轮、第二大锥齿轮的依次耦合，在传递双向转动动力的同时，实现锥轮传动机构内部的相互反方向转动；发电装置中的棘轮传动机构，实现了将锥轮传动机构的两个方向的转动转换为棘轮单方向的转动，不间断的进行动力传输，提高了传动效率。

Description

一种波浪能发电装置

技术领域

本发明属于海洋能源利用技术领域，尤其涉及一种波浪能发电装置。

背景技术

波浪能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，在海洋中无处不在。波浪能的能流密度最大，可通过较小的装置提供可观的廉价能源。合理利用海洋波浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，投资少，见效快。目前利用波浪能发电的方法有很多，这些波浪能采集装置，主要分为三种形式：气动式，液压式和机械式。气动式的主要原理为：通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再由气轮机驱动发电机发电，装置本身由于技术的限制，导致结构会非常复杂，气动驱动消耗的能源较大，能源的利用率较低，且装置体积会非常巨大，生产成本较高。液压式的主要原理为：通过某种泵液装置将波浪能转换为液体(油或海水)的压能或位能，再由油压发电机或水轮机驱动发电机发电，装置结构复杂，且不适用复杂地形，泵液泄露有水体污染的风险。机械式就是通过机械装置传动结构实现波浪能的转化，由机械能转化为电能。但传统的机械式设计结构笨重，可靠性差，而且实用性不佳，受天气因素制约，不能够持续的提供稳定的电力来源，使得发电效率不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种波浪能发电装置,以解决传统的机械式波浪能发电设计结构笨重，可靠性差，实用性不佳，受天气因素制约，不能够持续的提供稳定的电力来源，使得发电效率不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种波浪能发电装置的具体技术方案如下：

一种波浪能发电装置，包括外壳体，所述外壳体内设置发电装置，所述发电装置包括：摆锤机构、锥轮传动机构、棘轮传动机构、发电机构；所述摆锤机构能够利用波浪能产生双向转动；所述摆锤机构与锥轮传动机构耦合，传递双向转动动力；所述锥轮传动机构包括：第一大锥齿轮、小锥齿轮、第二大锥齿轮，所述摆锤机构与第一大锥齿轮耦合驱动第一大锥齿轮转动；所述第一大锥齿轮与小锥齿轮一侧啮合，所述小锥齿轮另一侧与第二大锥齿轮啮合，实现锥轮传动机构内部的相互反方向转动；所述第一大锥齿轮和第二大锥齿轮间设置棘轮传动机构，所述棘轮传动机构包括：棘轮和棘爪，所述棘爪设置在第一大锥齿轮和第二大锥齿轮上，在一个方向上驱动棘轮转动，将锥轮传动机构的两个方向的转动转换为棘轮单方向的转动；所述棘轮与发电机构耦合，将动力输送给发电机构进行发电。

进一步的，所述摆锤机构包括摆锤，所述摆锤与摆杆一端连接，所述摆杆另一端垂直连接的连锤法兰，将摆动力转换为连锤法兰的双向转动的动力；所述连锤法兰为大法兰盘、方形轴块、小法兰盘依次连接而形成的法兰；所述方形轴块与摆杆另一端垂直连接，与摆锤轴一端平水连接；所述摆锤轴另一端架设在摆锤轴支座上；所述小法兰盘上设有与摆锤轴匹配的法兰盖。

进一步的，所述摆锤机构与锥轮传动机构间设置行星轮组件，提高传动比。所述行星轮组件包括：太阳轮、行星轮、齿圈和行星轮架，所述齿圈与摆锤机构连接，所述行星轮通过行星架连接，行星轮与齿圈内齿和太阳轮啮合带动太阳轮转动；所述太阳轮通过行星法兰与锥轮传动机构的第一大锥齿轮连接。

进一步的，所述棘轮传动机构与发电机构间设置垂直传动机构，缩小装置的空间体积；所述棘轮传动机构的棘轮与主轴连接，所述主轴穿过第二大锥齿轮以及与第二大锥齿轮连接的大锥齿轮法兰，将主轴另一端架设在主轴支座上；所述大锥齿轮法兰与主轴支座间的主轴上设置垂直锥齿轮，与水平锥齿轮啮合；所述水平锥齿轮与发电机构连接，将动力传递给发电机构。

进一步的，所述发电机构包括发电机，所述发电机上设置发电机法兰，所述发电机法兰通过法兰短轴，依次与联轴器、发电机短轴连接，所述发电机短轴与棘轮机构连接，更好的将动力输入发电机进行发电。

进一步的，所述小锥齿轮上设置与轴承，所述轴承与短轴一端连接，所述短轴另一端架设在短轴支座上，使小锥齿轮的转动更加顺畅灵活。

进一步的，所述壳体包括底座，所述底座内填充轻质材料；所述轻质材料上设有凹槽放置发电装置，容纳和支撑发电装置的同时，保其进行动力传递的活动；所述底座上边缘设置密封圈与上盖进行密封连接；所述底座外侧设有挡板，使波浪能更好的作用在外壳上。

进一步的，所述发电机构还包括蓄电池，所述蓄电池为锂电池，进行电能的储存和供给。

进一步的，所述发电机构还包控制系统，所述控制系统包括：电路保护模块、降压稳压模块、电池电源管理模块、系统控制模块、电量反馈模块；因发电机构运行时发电机输出功率波动较大，输入电压范围较宽，所以要对发电机构进行系统控制，保证发电机构运行质量和运行稳定。

进一步的，设置至少2个波浪能发明装置，每个波浪能发电装置为一个发电单元；发电单元之间通过刚体进行连接，有效增加波浪能的能量利用率。

本发明的一种波浪能发电装置具有以下优点：

1、本发明的外壳体通过底座、凹槽、密封圈和挡板，能够容纳和支撑发电装置，保护其减少海水渗漏腐蚀的可能，提高了装置的稳定性和安全性。

2、本发明发电装置中的摆锤机构，通过摆锤、摆杆、连锤法兰将波浪能转换为双向旋转的动力，完成波浪能的初步采集；

3、本发明发电装置中的锥轮传动机构，通过第一大锥齿轮、小锥齿轮、第二大锥齿轮的依次耦合，在传递双向转动动力的同时，实现锥轮传动机构内部的相互反方向转动；

4、本发明发电装置中的棘轮传动机构，实现了将锥轮传动机构的两个方向的转动转换为棘轮单方向的转动，不间断的进行动力传输，提高了传动效率；

5、本发明发电机构还设置蓄电池，通过控制系统的电路保护模块、降压稳压模块、电池电源管理模块、系统控制模块、电量反馈模块对发电机构运行时输出功率波动和输入电压范围进行系统控制，对电池电源进行管理，保证发电机构运行质量和发电性能的稳定。

附图说明

图1为本发明的一种波浪能发电装置实施列1整体结构示意图；

图2为本发明的一种波浪能发电装置实施列1中的发电装置结构示意图；

图3为本发明的一种波浪能发电装置实施列2中的摆锤机构前示意图；

图4为本发明的一种波浪能发电装置实施列2中的摆锤机构后示意图；

图5为本发明的一种波浪能发电装置实施列3的发电装置结构示意图；

图6为本发明的一种波浪能发电装置实施列4的发电装置结构示意图；

图7为本发明的一种波浪能发电装置实施列5的发电装置结构示意图；

图8为本发明的一种波浪能发电装置实施列6的发电装置结构示意图；

图9为本发明的一种波浪能发电装置实施列7的发电装置结构示意图；

图10为本发明的一种波浪能发电装置实施列8的发电装置结构前示意图；

图11为本发明的一种波浪能发电装置实施列8的发电装置结构前示意分解图；

图12为本发明的一种波浪能发电装置实施列8的发电装置结构后示意图；

图13为本发明的一种波浪能发电装置实施列8的发电装置结构后示意分解图；

图中标记说明：

1、摆锤机构：11、摆锤；12、摆杆；13、摆锤轴支座；14、摆锤轴；15、法兰盖；16、连锤法兰；161、大法兰盘；162、方形轴块、163、小法兰盘；

2、锥轮传动机构：21、第一大锥齿轮；22、第二大锥齿轮；23、小锥齿轮；24、轴承；25、短轴；26、短轴支座；27、大锥齿轮法兰；

3、棘轮传动机构：31、棘轮；32、棘爪；

4、垂直传动机构：41、水平锥齿轮；42、垂直锥齿轮；43、主轴；44、主轴支座；

5、发电机构：51、发电机；52、发电机法兰；53、联轴器；54、发电机短轴；

6、行星轮组件：61、太阳轮；62、行星轮；63、齿圈；64、行星架；65、行星法兰；

7、外壳体：71、底座；72、挡板；73、密封圈；74、上盖；75、凹槽；

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种波浪能发电装置做进一步详细的描述。

本发明的一种波浪能发电装置主要功能是通过采集波浪能来实现自身发电并进行储能的装置。

发电装置中设有摆锤机构11，通过外壳体7的保护在水面上方凭借水流、风力作用而产生的摇晃，来驱动摆锤机构1的摆锤11晃动，由此产生的重力势能被转化为电能进行储存。为了将采集水域内的波浪能转换为电能，本发明通过摆锤机构1、锥轮传动机构2、棘轮传动机构3、发电机构5将波浪能转为动能，再将动能转换为电能并进行储能。

如图1-13所示，本发明一种波浪能发电装置的外壳体7通过底座71、凹槽75、密封圈73和挡板72，能够容纳和支撑发电装置，保护其减少海水渗漏腐蚀的可能，提高了装置的稳定性和安全性。发电装置中的摆锤机构1，通过摆锤11、摆杆12、连锤法兰16将波浪能转换为双向旋转的动力，完成波浪能的初步采集；发电装置中的锥轮传动机构2，通过第一大锥齿轮21、小锥齿轮23、第二大锥齿轮22的依次耦合，在传递双向转动动力的同时，实现锥轮传动机构2内部的相互反方向转动；发电装置中的棘轮传动机构3，实现了将锥轮传动机构2的两个方向的转动转换为棘轮31单方向的转动，不间断的进行动力传输，提高了传动效率；发电机构5还设置蓄电池，通过控制系统的电路保护模块、降压稳压模块、电池电源管理模块、系统控制模块、电量反馈模块对发电机构5运行时输出功率波动和输入电压范围进行系统控制，对电池电源进行管理，保证发电机构5运行质量和发电性能的稳定。

如图1-13所示，本发明的一种波浪能发电装置，发电装置的摆锤机构1与锥轮传动机构2间设置行星轮组件6，提高摆锤机构1的传动比，将更快的转速传递给锥轮传动机构2；发电装置的棘轮传动机构3与发电机构5间设置垂直传动机构4，可以将横向转动转换为垂直方向转动，以驱动发电机构5进行发电，有效的利用了空间，大大缩小装置的空间体积。可以采用多个波浪能发电装置进行网状排列，每个波浪能发电装置为一个发电单元，在发电单元之间通过刚体进行连接，有效增加对水域波浪能的能量利用率。

实施例1

如图1-2所示，本发明的一种波浪能发电装置，包括外壳体7，所述外壳体7内设置发电装置，所述发电装置包括：摆锤机构1、锥轮传动机构2、棘轮传动机构3、发电机构5；所述摆锤机构1能够利用波浪能产生双向转动；所述摆锤机构1与锥轮传动机构2耦合，传递双向转动动力；所述锥轮传动机构2包括：第一大锥齿轮21、小锥齿轮23、第二大锥齿轮22，所述第一大锥齿轮21与小锥齿轮23一侧啮合，所述小锥齿轮23另一侧与第二大锥齿轮22啮合，在传递双向转动动力的同时，实现锥轮传动机构2内部的相互反方向转动，即第一大锥齿轮21和第二大锥齿轮22相互反方向转动；所述第一大锥齿轮21和第二大锥齿轮22间设置棘轮传动机构3，所述棘轮传动机构3包括：棘轮31和棘爪32，所述棘爪32为两个，分别设置在第一大锥齿轮21和第二大锥齿轮22上，且分别只在一个方向上驱动棘轮31转动，利用棘爪32单方向驱动棘轮31间歇转动的功能，来完成锥轮传动机构2的两个方向的转动转换为棘轮31单方向的转动。当第一大锥齿轮21顺时针转动时通过其上的棘爪32驱动棘轮31顺时针转动，此时第二大锥齿轮22因小锥齿轮23产生与第一大锥齿轮21相反的逆时针转动，使其上的棘爪32同步逆时针转动，因棘轮31单向间歇转动的特点，所以第二大锥齿轮22上的棘爪32不会对此时棘轮31的逆时针转动产生干扰；当第一大锥齿轮21因双向的动力传递变化为逆时针转动时，所述第一大锥齿轮21上的棘爪32便随第一大锥齿轮21同步逆时针转动，此时就不再对棘轮31的转动产生干扰；与此同时第二大锥齿轮22因小锥齿轮23产生与第一大锥齿轮21相反的顺时针转动，此时的第二大锥齿轮22上的棘爪32开始替代第一大锥齿轮21的棘爪32驱动棘轮31进行顺时针转动，使棘轮31依旧顺时针进行转动，实现了将锥轮传动机构2的两个方向的转动转换为棘轮31单方向的转动，不间断的进行动力传输，提高了传动效率；所述棘轮31与发电机构5连接，将动力输送给发电机构5；所述发电机构5传输动力的形式可采用轴传动或齿轮传动等各种传动方式，最终实现发电装置的发电功能。

实施例2

如图3-4所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述摆锤机构1包括摆锤11，所述摆锤11能够随波浪运动，与摆杆12一端连接，将摆锤11运动生产的动力传递给与摆杆12另一端垂直连接的连锤法兰16，将摆动力转换为连锤法兰16的双向转动的动力，进而带动锥轮传动机构2双向转动，实现波浪能的采集；所述连锤法兰16为大法兰盘161、方形轴块162、小法兰盘163依次连接而形成的法兰；所述方形轴块162与摆杆12另一端垂直连接，与摆锤轴14一端平水连接，通过摆锤11带动摆杆12运动将摆动的力转换为连锤法兰16旋转力；所述摆锤轴14另一端架设在摆锤轴支座13上，使连锤法兰16以摆锤轴14为中心双向旋转；所述小法兰盘163上设有与摆锤轴14匹配的法兰盖15，以保证连锤法兰16双向旋转的稳定性。

实施例3

如图5所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述摆锤机构1与锥轮传动机构2间设置行星轮组件6，提高摆锤机构1的传动比，将更快的转速传递给锥轮传动机构2；所述行星轮组件6包括：太阳轮61、行星轮62、齿圈63和行星架64，所述齿圈63与摆锤机构1连接，形成同步转动，使齿圈63带动与齿圈63内齿啮合的行星轮62转动，所述行星轮62通过行星架64连接，使行星轮62不仅能够自转，还能够在齿圈63内沿太阳轮61公转，进而带动啮合的太阳轮61转动，使太阳轮61的转动速度相比与摆锤机构1的转速大大提高；所述太阳轮61与行星法兰65连接，通过行星法兰65与锥轮传动机构2的第一大锥齿轮21连接将提高的转速动力传递给锥轮传动机，提高传动效率。

本实施例所述行星轮组件6的传动为渐开线圆柱齿轮行星传动。这种渐开线圆柱齿轮行星传动在能够满足所需的传动比，并拥有更紧凑的体积与更平稳的运转。本实施例选择使用NGW传动形式，轴向尺寸小，传递功率范围大，制造简单。行星齿轮在满足齿数达成同心条件、装配条件、邻接条件的基础上，如果增加适当的齿轮变位以防止齿圈与齿轮、齿轮与齿轮直接发生的尖端干涉或根切现象。通过将行星齿轮固定来完成齿轮变速，保证齿轮仅拥有一个转动方向的自由度以达成使用目的。

实施例4

如图6所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述棘轮传动机构3与发电机构5间设置垂直传动机构4，可以将横向转动转换为垂直方向转动，进一步提升转速，以驱动发电机构5进行发电，有效的利用了空间，大大缩小装置的空间体积；所述棘轮传动机构3的棘轮31与主轴43连接带动主轴43同步转动，所述主轴43穿过第二大锥齿轮22以及与第二大锥齿轮22连接的大锥齿轮法兰27，将主轴43另一端架设在主轴支座44上，保证单向旋转的棘轮31带动主轴43进行同步转动的稳定性；所述大锥齿轮法兰27与主轴支座44间设置与主轴43同步转动的垂直锥齿轮42和与垂直锥齿轮42啮合的水平锥齿轮41，将横向转动通过垂直锥齿轮42和水平锥齿轮41的结合转换为垂直方向转动，缩小装置的空间体积；所述水平锥齿轮41与发电机构5连接，将动力传递给发电机构5。

实施例5

如图7所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述发电机构5包括发电机51，所述发电机51上设置发电机法兰52，所述发电机法兰52通过法兰短轴25，依次与联轴器53、发电机短轴54连接，所述发电机短轴25与棘轮传动机构3连接，更好的传递扭矩，将动力输入发电机51进行发电。

实施例6

如图8所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述小锥齿轮23上设置与轴承24，所述轴承24与短轴25一端连接，所述短轴25另一端架设在短轴支座26上，使小锥齿轮23的转动更加顺畅灵活，提高传动效率。

实施例7

如图9所示，根据实施例1所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述壳体包括底座71，所述底座71内填充轻质材料，有利于壳体浮于水面上；所述轻质材料上设有凹槽75放置发电装置，且与发电装置相匹配，在容纳和支撑发电装置的同时，保证发电装置在凹槽75范围内进行动力传递的活动；所述底座71上边缘设置密封圈73，通过密封圈73与上盖74进行密封连接，减少了海水渗漏进而腐蚀设备的可能，提高了装置的稳定性和安全性。所述底座71外侧设有挡板72，使波浪能更好的作用在外壳上，提高摆锤机构1采集波浪能的效果。

实施例8

如图10-13示，将实施1-7所述的一种波浪能发电装置新增的部件进行组合连接形成一种波浪能发电装置，包括外壳体7，所述外体内设置发电装置，所述发电装置包括：摆锤机构1、行星轮组件6、锥轮传动机构2、棘轮传动机构3、发电机构5。

实施例9

根据实施8所述的一种波浪能发电装置，进一步的，发电机构5还包括蓄电池，所术蓄电池为锂电池，进行电能的储存和供给。

实施例10

根据实施9所述的一种波浪能发电装置，进一步的，所述发电机构5还包控制系统，所述控制系统包括：电路保护模块、降压稳压模块、电池电源管理模块、系统控制模块、电量反馈模块；因发电机构5运行时发电机51输出功率波动较大，输入电压范围较宽，所以要对发电机构5进行系统控制，保证发电机构5运行质量和运行稳定；

电路保护模块包括：过压保护电路和稳压滤波器电路；

过压保护电路：因雷击等外部因素或发电机51过速可能导致输入电压过大，所以要采用过压保护电路，对电进行断路保护；

稳压滤波器电路：因发电机51的输出的电压不稳定，电流的大小无法控制，所以采用稳压滤波器电路，在实现对电压和电流的良好控制效果的同时，使电路的压降和电流损失都极小。

降压稳压模块采用BUCK拓扑开关降压稳压电路：

针对输入电压波动较大，能够综合平衡宽电压输入和提高电压输出效率。

电池电源管理模块：采用电源管理芯片，实现锂电池充电管理、放电升压、电量指示功能。

电量反馈模块：采用四路光耦隔离电路将电源管理芯片输出的LED驱动电压通过电量显示信号发生电路转化为控制系统可读取的高低电平信号。

系统控制模块包括控制系统和控制系统供电电路：

控制系统采用单片机，通过Chargepump拓扑电路控制系统供电，保证控制系统稳定性。

进一步的，设置至少2个波浪能发明装置，采用网状排列，通过发电矩阵进行电能的收集。每一个波浪能发电装置为一个发电单元，漂浮在水面，内部借由摆锤机构1等设备采集能量。在发电单元之间通过刚体进行连接，通过网状排列设计，可有效增加对水域波浪能的能量利用率。

如图10-13所示，本发明的一种波浪能发电装置的工作原理为：将波浪能发电装置放置到波浪水面上，发电装置通过外壳体7的保护，随波浪摆动；发电装置的摆锤机构1将波浪能转换为双向旋转动能，实现对波浪能的初步采集；行星轮组件6提高旋转动能的传动比，提高旋转速度，将动力传递给锥轮传动机构2；锥轮传动机构2在传递双向转动动力的同时，实现锥轮传动机构2内部的相互反方向转动，再将动力传递给棘轮传动机构3，棘轮传动机构3利用棘爪32单方向驱动棘轮31间歇转动的功能，完成双向转动转换为棘轮31单方向的转动过程，形成持续单向旋转的动力，大大提高了传动效率；棘轮传动机构3再将动力传递给垂直传动机构4，大大缩小了装置的空间体积，垂直传动机构4最后将动力传递给发电机51进行发电，达到了波浪能的充分利用目的。

如图10-13所示，本发明一种波浪能发电装置的动能的传递过程为：

1、波浪能通过外壳体使摆锤摆动，通过摆杆与摆锤法兰连接将重力势能转换成双向转动力；

2、由摆锤法兰将双向转动力传动给行星轮组件的外齿圈，通过行星轮、行星轮架、太阳轮的啮合传动提高双向转动的转速；

3、由太阳轮将双向转动力依次传递给第一大锥齿轮、小锥齿轮、第二大锥齿轮，使第一大锥齿轮和第二大锥齿轮相互反方向转动变换；

4、由第一大锥齿轮、第二大锥齿轮上的棘爪驱动棘轮，将双向变换的转动力驱动棘轮形成单向持续的转动；

其过程为：当第一大锥齿轮顺时针转动时通过其上的棘爪驱动棘轮顺时针转动，此时第二大锥齿轮因小锥齿轮产生与第一大锥齿轮相反的逆时针转动，使其上的棘爪同步逆时针转动，因棘轮单向间歇转动的特点，所以第二大锥齿轮上的棘爪不会对此时棘轮的逆时针转动产生干扰；当第一大锥齿轮因双向的动力变化为逆时针转动时，所述第一大锥齿轮上的棘爪便随第一大锥齿轮同步逆时针转动，此时就不再对棘轮的转动产生干扰；与此同时第二大锥齿轮因小锥齿轮产生与第一大锥齿轮相反的顺时针转动，此时的第二大锥齿轮上的棘爪开始替代第一大锥齿轮的棘爪驱动棘轮进行顺时针转动，使棘轮依旧顺时针进行转动，实现了将锥轮传动机构的两个方向变换的转动转换为棘轮单方向的转动，形成不间断的进行动力传输。

5、由棘轮通过主轴将单向转动力传递给垂直锥齿轮，再由直垂锥齿轮与水平锥齿轮啮合，水平锥齿轮依次通过发电机短轴、联轴器以及发电机法兰将动力输入发电机进行发电。

本发明一种波浪能发电装置发电机构的控制系统设计原理：

以采用发电直流电机(795双轴承发电机)为例：

发电装置部分：

额定参数：12V-6000转/24V-12000转

由于水域状态不同，装置晃动程度不尽相同。假定装置在正常水域下工作为条件，摆锤所采集的势能为200转，经行星轮组件进行4倍加速后传递至发电机，单个发电机预计发电功率为1W左右。将若干发电机串联后，经由整流电路及升压稳压电路后进行储能。考虑到传动系统能源损失，约有0.01～0.03的能量由于行星轮组件传动而被消耗。

发电装置的发电机构的控制系统部分

针对运行时发电机输出功率波动较大，控制系统设置电路保护模块和降压稳压模块；通过设置大容量锂电池，采用电池电源管理模块、电量反馈模块；实现电量存蓄电量信息的反馈，保证电源质量；采用系统控制模块保护系统稳定。

电路保护模块中过压保护电路的设计：

过压保护电路由TVS二极管和自恢复保险丝组成。输入电压接近85V时TVS二极管内电流超过自恢复保险丝1A跳闸电流限制，使其在0.15s内断路保护后级电路安全，输入电压回归正常时自动恢复输入。保险丝500mA保持电流在正常条件下不会发生误动作。

电路保护模块中电子稳压滤波器电路设计：

输入小于48V时可视为RC滤波电路，等效电容C＝实际电容值C0×晶体管放大倍数β。达林顿管应用的放大倍数为500，电路实际电容10uF，计算得等效电容值5000uF。输入超过48V时稳压管被击穿钳制基极电压，发射极电压跟随基极也在48V以下，电阻此时还起限流保护的作用。输入电压最高达85V时稳压管内电流为30.83mA，小于50mA额定电流，稳压管可以安全工作。由于达林顿管的特性，实现良好效果的同时电路的压降和电流损失都极小。

降压稳压模块中BUCK拓扑开关降压稳压电路设计：

考虑到输入电压波动较大，选取LM5085芯片BUCK拓扑开关降压稳压电路。综合平衡宽电压输入和高效率两点因素，设计输入电压范围6-50V，输出电压5V，最大输出电流2A，在常见状况下效率可保持85％以上。

因大多数情况下电机输入电压在12-24V，输入电流在200mA-300mA之间。对应输出电流在0.5-1.2A之间，所以降压稳压电路效率可保持在87％以上，最高可达90％以上。

电池电源管理模块与电量反馈模块的设计：

电池电源管理系统采用IP5306电源管理芯片，集成锂电池充电管理、放电升压、电量指示等功能；为电池进行充电并将电池升压至5V为功率器件供电，额定最大输出电流2.4A完全满足需求，内置电源路径管理支持边放电边充电。芯片要求四颗LED用于显示电量。为方便获取电量信息，设计四路光耦隔离电路将芯片输出的LED驱动电压转化为单片机可读取的高低电平信号。

系统控制模块中包括控制系统和控制系统供电电路的设计：

控制系统采用单片机进行控制，单片机可以选择AVR单片机；

控制系统供电电路采用Chargepump拓扑电路将电池升至5V为控制系统供电。输入电压2.7-4.5V，最大输出电流250mA，较小的输出波纹有利于保证控制系统稳定性。

发电机构的控制系统设计，使发电装置可以获得更小的电路能耗，降低由于电路功耗造成的能源损失，有效提升了控制电路的高效性和稳定性，为提升装置的产能、储能和电路控制效率的提供了电路保障。

本发明的一种波浪能发电装置，通过外壳体的保护利用波浪能产生的摇晃，使摆锤机构的摆锤晃动产生双向转动力传递给行星轮组件，经行星轮组件提高转速后驱动锥轮传动机构双向转动；锥轮传动机构将双向转动转换为交替变向的双向转动，再驱动棘轮机构，通过棘轮机构转换成单向转动；棘轮机构的单向转动再通过垂直传动机构进一步加速后将动力输入发电机构进行发电，发电机构采用蓄电池及控制系统，进行电能的储存使用，以及保证发电机构运行质量能和运行稳定。

通过模糊判断的方法，能够计算得出，转化成有用功的能量为65％；克服水中阻力消耗的能量为20％；单片机工作消耗的能量为7％；发热消耗的能量为5％；单片机待机消耗的能量为2％；克服空气阻力消耗的能量为1％；所以本发明对所收集的能量转换效率达至65％以上，实现了较高的能量转换效率，具有较强的灵活性和稳定性，可以适应各种区域和环境，进行自主产能和供电。所以利用本发明开发开采海洋波浪能，建设以波浪能为主的多种形式能源互补的独立电力系统，帮助海岛居民建立小型独立电网，对解决海岛居民用电问题具有深远的意义，具有较好的推广前景。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，包括外壳体，所述外壳体内设置发电装置，所述发电装置包括：摆锤机构、锥轮传动机构、棘轮传动机构、发电机构；所述摆锤机构能够利用波浪能产生双向转动；所述摆锤机构与锥轮传动机构耦合，传递双向转动动力；所述锥轮传动机构，包括：第一大锥齿轮、小锥齿轮、第二大锥齿轮；所述摆锤机构与第一大锥齿轮耦合驱动第一大锥齿轮转动；所述第一大锥齿轮与小锥齿轮一侧啮合，所述小锥齿轮另一侧与第二大锥齿轮啮合，实现锥轮传动机构内部的相互反方向转动；所述第一大锥齿轮和第二大锥齿轮间设置棘轮传动机构，所述棘轮传动机构包括：棘轮和棘爪，所述棘爪设置在第一大锥齿轮和第二大锥齿轮上，在一个方向上驱动棘轮转动，将锥轮传动机构的两个方向的转动转换为棘轮单方向的转动；所述棘轮与发电机构耦合，将动力输送给发电机构进行发电。

2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述摆锤机构包括摆锤，所述摆锤与摆杆一端连接，所述摆杆另一端垂直连接连锤法兰，将摆动力转换为连锤法兰的双向转动力；所述连锤法兰为大法兰盘、方形轴块、小法兰盘依次连接而形成的法兰；所述方形轴块与摆杆另一端垂直连接，与摆锤轴一端水平连接；所述摆锤轴另一端架设在摆锤轴支座上；所述小法兰盘上设有与摆锤轴匹配的法兰盖。

3.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述摆锤机构与锥轮传动机构间设置行星轮组件，提高传动比；所述行星轮组件包括：太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，所述齿圈与摆锤机构连接，所述行星轮通过行星架连接，行星轮与齿圈内齿和太阳轮啮合带动太阳轮转动；所述太阳轮通过行星法兰与锥轮传动机构的第一大锥齿轮连接，驱动锥轮传动机构转动。

4.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述棘轮传动机构与发电机构间设置垂直传动机构，缩小装置的空间体积；所述棘轮传动机构的棘轮与主轴连接，所述主轴穿过第二大锥齿轮以及与第二大锥齿轮连接的大锥齿轮法兰，将主轴另一端架设在主轴支座上；所述大锥齿轮法兰与主轴支座间的主轴上设置垂直锥齿轮，与水平锥齿轮啮合；所述水平锥齿轮与发电机构连接，将动力传递给发电机构。

5.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述发电机构包括发电机，所述发电机上设置发电机法兰，所述发电机法兰通过法兰短轴，依次与联轴器、发电机短轴连接，所述发电机短轴与棘轮机构连接，更好的将动力输入发电机进行发电。

6.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述小锥齿轮上设置轴承，所述轴承与短轴一端连接，所述短轴另一端架设在短轴支座上，使小锥齿轮的转动更加顺畅灵活。

7.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述壳体包括底座，所述底座内填充轻质材料；所述轻质材料上设有凹槽放置发电装置，容纳和支撑发电装置的同时，能够使其进行动力传递的活动；所述底座上边缘设置密封圈与上盖进行密封连接；所述底座外侧设有挡板，使波浪能更好的作用在外壳上。

8.根据权利要求5所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述发电机构还包括蓄电池，所述蓄电池为锂电池，进行电能的储存和供给。

9.根据权利要求8所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，所述发电机构还包控制系统，所述控制系统包括：电路保护模块、降压稳压模块、电池电源管理模块、系统控制模块、电量反馈模块对发电机构进行系统控制，保证发电机构运行质量和运行稳定。

10.根据权利要求9所述的一种波浪能发电装置，其特征在于，设置至少2个波浪能发明装置，采用网状排列；每个波浪能发电装置为一个发电单元；发电单元之间通过刚体进行连接，有效增加波浪能的能量利用率。

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