CN114320721A - 一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，包括第一环形磁铁轨道、第二环形磁铁轨道、磁力摆球和换向机构；所述第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道同心水平设置，所述磁力摆球设置在第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道之间；所述换向机构包括固定座、旋转座、内轴、第一顺时棘轮、第一伞齿、第三伞齿、外轴、第二逆时棘轮、第二伞齿、第四伞齿、第一齿轮、第二齿轮、第三顺时棘轮和外输框架；本发明使用磁轨道实现悬浮支撑，降低了摆球的运动阻力，提高了波浪能的转换率；本发明实现了双向输出，单向输出的换向结构；使直线运动转换为旋转运动，通过换向机构使波浪能的输入得以叠加输出，在同样波浪的海域获得了更大的电能输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋波浪能转化为电能的机械装置，具体涉及一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置。
背景技术
海洋波浪是由于海风、海潮等因素的影响，在海水的表面形成高低起伏的波浪，海浪中蕴藏中巨大的可再生能量，相较于石化材料燃烧所获得能量来说，具有绿色环保，取之不竭等优势，激励着人们一直努力探索利用波浪能发电的方法和装置。目前波浪能发电所面临的问题发电成本高昂，发电功率小，具有不稳定性，需要能找到一种能够持续将波浪能转化成电能的高效装置。
现有波浪能发电在运动形式大多使用基于直线往复运动切割磁力线发电，直线运动的速率及行程受往复运动的导轨和本体机构影响很大，直线运动的速率和最大值受到很大限制，对于能量很强的浪的转化极为首先，如高频率的浪持续过来，直线运动的运动块到达行程中的某一点后又迅速回落，如此往复，加速的距离始终受限，所以输出的电压往往有限，获得的波浪能无法实现持续叠加的效应。
例如，中国专利CN102678428A公开了一种可移动波浪能吸收和转换装置，该装置具有多自由度惯性摆机构、转向机构、传递增速机构以及能量转换装置和存储装置，其中多自由度惯性摆机构的每个输出端通过转向机构与传递增速机构相连，多自由度惯性摆机构的旋转运动通过转向和传递，在传递增速机构的输出端为连续单方向的旋转输出；传递增速机构的输出端接有能量转换和存储装置。但该装置无法实现波浪能持续叠加效应。
再例如，中国专利CN106351787A公开了一种钟摆式波浪能发电装置，该装置结构复杂，制造成本高，也无法实现波浪能持续叠加效应。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置。该装置通过换向机构并结合摆球旋转运动，实现了无论摆球的转向如何，输出轴-即与发电机连接的轴-转向始终唯一，从而实现了波浪能持续积累叠加输出，波浪能作用于悬浮摆球，使输出速度可以叠加，进而提高获得电能的最大值；本发明装置也实现了无论多小的浪，只要使机构摆球运动起来即可捕捉并积少成多进行叠加，提取更大的能量；另外，摆球本身除与旋转座连接的连杆外，为了降低旋转阻力，摆球上下均布有磁道，均衡摆球的重力和旋转过程中的偏载，降低转轴的旋转阻力。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，包括第一环形磁铁轨道、第二环形磁铁轨道、磁力摆球和换向机构；
所述第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道同心水平设置，所述磁力摆球设置在第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道之间；
所述换向机构包括固定座、旋转座、内轴、第一顺时棘轮、第一伞齿、第三伞齿、外轴、第二逆时棘轮、第二伞齿、第四伞齿、第一齿轮、第二齿轮、第三顺时棘轮和外输框架；
所述磁力摆球通过连杆固定在旋转座上；
所述旋转座可旋转的设置在固定座上；
所述旋转座上表面设置第一凹槽，所述第一顺时棘轮设置在第一凹槽中，所述第一顺时棘轮与旋转座之间形成顺时棘轮结构；
所述内轴穿过旋转座和固定中心，内轴上端与第一顺时棘轮固定连接，所述第一伞齿套设并固定在内轴的下端；
所述旋转座下表面设置第二凹槽，所述第二逆时棘轮设置在第二凹槽中，所述第二逆时棘轮与旋转座之间形成逆时棘轮结构；
所述外轴套设在内轴外，外轴上端固定并连接第二逆时棘轮，外轴下端穿过固定座并与第二伞齿固定连接；所述内轴与第二逆时棘轮、外轴、第二伞齿为滑配合；所述外轴与固定座之间也为滑配合；
所述第一伞齿和第三伞齿正交啮合，使得传动方向相反；
所述第三伞齿的传动轴外套设并固定第一齿轮；
所述第二伞齿和第四伞齿正交啮合，使得传动方向相反；
所述第四伞齿的传动轴外套设第三顺时棘轮，该第三顺时棘轮外套设固定第二齿轮，该第二齿轮与第一齿轮传动连接。
在一种实施方式中，所述固定座上表面设有圆形槽，所述旋转座和固定座之间设有支撑件，所述旋转座和支撑件可在圆形槽内旋转。
在一种优选的实施方式中，所述固定座上的圆形槽内设置有一圈推力调心滚子轴承，所述推力调心滚子轴承包括轴承动圈和轴承定圈，所述轴承动圈与支撑件相配合，支撑件与旋转座固定连接，所述轴承定圈与固定座相配合。
在一种实施方式中，所述外输框架的上端固定在固定座的下表面上。
在一种实施方式中，所述磁力摆球上端面为S极，下端面为N极；所述第一环形磁铁轨道的磁极为S极，第二环形磁铁轨道的磁极为N极。
在一种实施方式中，所述内轴与外轴之间设有滚动轴承。
在一种实施方式中，所述外轴与固定座之间设有滚动轴承。
在一种实施方式中，所述可持续悬浮摆锤波浪能收集装置还设有一整体外壳，该整体外壳与第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道通过固定杆固定。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
1)本发明使用磁轨道实现悬浮支撑，降低了摆球的运动阻力，使运动损失减少，提高了波浪能的转换率。
2)本发明实现了双向输出，单向输出的换向结构。
3)本发明使原本直线运动转换为旋转运动，又通过换向机构使波浪能的输入得以叠加输出，在同样波浪的输入的海域获得了更大的电能输出。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本发明包括整体壳体时的立体结构示意图；
图2为本发明不包括整体壳体时的俯视示意图；
图3为图2的D-D面剖视结构示意图；
图4为换向机构中旋转座结构示意图；
图5为换向机构中的第一顺时棘轮、内轴和第一伞齿固定连接结构示意图；
图6为换向机构中的第二逆时棘轮、外轴和第二伞齿固定连接结构示意图；
图7为换向机构中的固定座结构示意图；
图8为本发明不包括整体壳体时的侧视示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参见图1和图2所示，作为本发明的一个方面，本发明一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，包括第一环形磁铁轨道100、第二环形磁铁轨道200、磁力摆球300和换向机构400；
参见图2所示，所述第一环形磁铁轨道100和第二环形磁铁轨道200同心水平设置，所述磁力摆球300设置在第一环形磁铁轨道100和第二环形磁铁轨道200之间；可以理解，前述结构可以均衡磁力摆球300的重力和旋转过程中的偏载，降低了摆球的旋转阻力，使运动损失减少，提高了波浪能的转换率；
参见图3-图6所示，所述换向机构400包括固定座470、旋转座410、内轴420、第一顺时棘轮421、第一伞齿422、第三伞齿423、外轴430、第二逆时棘轮431、第二伞齿432、第四伞齿433、第一齿轮440、第二齿轮450、第三顺时棘轮460和外输框架490；
参见图1和图2所示，所述磁力摆球300通过连杆310固定在旋转座410上；
所述旋转座410可旋转的设置在固定座470上；
参见图4所示，所述旋转座410上表面设置第一凹槽411，所述第一顺时棘轮421设置在第一凹槽411中，所述第一顺时棘轮421与旋转座410之间形成顺时棘轮结构；
参见图3所示，所述内轴420穿过旋转座410和固定座470中心滑配合，内轴420上端与第一顺时棘轮421固定连接，所述第一伞齿422套设并固定在内轴420的下端；可以理解，此时，内轴420、第一顺时棘轮421和第一伞齿422形成一体旋转的固定连接结构；
参见图3和图4所示，所述旋转座410下表面设置第二凹槽412，所述第二逆时棘轮431设置在第二凹槽412中，所述第二逆时棘轮431与旋转座410之间形成逆时棘轮结构；
参见图3-图6所示，所述外轴430套设在内轴420外，外轴430上端固定并连接第二逆时棘轮431，外轴430下端穿过固定座470并与第二伞齿432固定连接；所述内轴420与外轴430、第二逆时棘轮431、第二伞齿432为滑配合；所述外轴430与固定座470之间也为滑配合；可以理解，此时从上到下第二逆时棘轮431、外轴430和第二伞齿432为一体旋转的固定连接结构；
所述第一伞齿422和第三伞齿423正交啮合，使得传动方向相反；
所述第三伞齿423的传动轴外套设并固定第一齿轮440；
所述第二伞齿432和第四伞齿433正交啮合，使得传动方向相反；
所述第四伞齿433的传动轴外套设第三顺时棘轮460，该第三顺时棘轮460外套设固定第二齿轮450，该第二齿轮450与第一齿轮440传动连接。
参见图7所示，作为一个实施例，所述固定座470上表面设有圆形槽471，所述旋转座410和固定座470之间设有支撑件480，所述旋转座410和支撑件480可在圆形槽471内旋转。
参见图3和图7所示，作为一个优选的实施例，所述固定座470上的圆形槽471内设置有一圈推力调心滚子轴承472，所述推力调心滚子轴承472包括轴承动圈和轴承定圈(图中未示出)，所述轴承动圈与支撑件480相配合，支撑件480与旋转座410固定连接，所述轴承定圈与固定座470相配合。
参见图3所示，作为一个实施例，所述外输框架490的上端固定在固定座470的下表面上。可以理解，现有技术中的外输框架可以随意的变化，用于滑动支撑第三伞齿423和第四伞齿433；本实施例中，所述外输框架490包括上横板、纵支撑臂和下横板，所述上横板、纵支撑臂和下横板形成
形结构。
作为一个实施例，所述磁力摆球300上端面为S极，下端面为N极；所述第一环形磁铁轨道100的磁极为S极，第二环形磁铁轨道200的磁极为N极。这样使得磁力摆球300可以悬浮在两个磁道之间，减少磁力摆球的运动阻力。
作为一个实施例，所述内轴420与外轴430之间设有滚动轴承(图中未示出)。
作为一个实施例，所述外轴430与固定座470之间设有滚动轴承(图中未示出)。
参见图1所示，作为一个实施例，所述可持续悬浮摆锤波浪能收集装置还设有一整体外壳500，该整体外壳500与第一环形磁铁轨道100和第二环形磁铁轨道200通过固定杆501固定。
本发明的使用原理如下：
当波浪冲击整体外壳时，如果使得磁力摆球300顺时针旋转，带动旋转座410顺时针旋转，旋转座410顺时针旋转驱动第一顺时棘轮421(此时第二逆时棘轮不啮合)，第一顺时棘轮421带动与其连接的内轴420顺时旋转，进而带动第一伞齿422顺时旋转，第一伞齿422顺时针旋转驱动第三伞齿423逆时旋转，第三伞齿423驱动第一齿轮422逆时旋转，第一齿轮422逆时旋转驱动第二齿轮450旋转，从而带动第三顺时棘轮460顺时旋转，进而驱动第四伞齿433的输出轴顺时旋转，第四伞齿433的输出轴连接发电机；
当磁力摆球300逆时针旋转，带动旋转座410逆时旋转，进而带动第二逆时棘轮431旋转(此时第一顺时棘轮421不啮合)，进而带动外轴430逆时旋转，与外轴430连接的第二伞齿432也逆时旋转，第二伞齿432带动第四伞齿433顺时旋转，从而带动输出轴顺时旋转(此时第三顺时棘轮不啮合)带动发电机发电。
因此不管磁力摆球300顺时针旋转还是逆时针旋转，最后的输出轴都是顺时旋转带动发电机发电，能够使得波浪能的输入得以叠加输出。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：包括第一环形磁铁轨道、第二环形磁铁轨道、磁力摆球和换向机构；
所述第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道同心水平设置，所述磁力摆球设置在第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道之间；
所述换向机构包括固定座、旋转座、内轴、第一顺时棘轮、第一伞齿、第三伞齿、外轴、第二逆时棘轮、第二伞齿、第四伞齿、第一齿轮、第二齿轮、第三顺时棘轮和外输框架；
所述磁力摆球通过连杆固定在旋转座上；
所述旋转座可旋转的设置在固定座上；
所述旋转座上表面设置第一凹槽，所述第一顺时棘轮设置在第一凹槽中，所述第一顺时棘轮与旋转座之间形成顺时棘轮结构；
所述内轴穿过旋转座和固定中心，内轴上端与第一顺时棘轮固定连接，所述第一伞齿套设并固定在内轴的下端；
所述旋转座下表面设置第二凹槽，所述第二逆时棘轮设置在第二凹槽中，所述第二逆时棘轮与旋转座之间形成逆时棘轮结构；
所述外轴套设在内轴外，外轴上端固定并连接第二逆时棘轮，外轴下端穿过固定座并与第二伞齿固定连接；所述内轴与第二逆时棘轮、外轴、第二伞齿为滑配合；所述外轴与固定座之间也为滑配合；
所述第一伞齿和第三伞齿正交啮合，使得传动方向相反；
所述第三伞齿的传动轴外套设并固定第一齿轮；
所述第二伞齿和第四伞齿正交啮合，使得传动方向相反；
所述第四伞齿的传动轴外套设第三顺时棘轮，该第三顺时棘轮外套设固定第二齿轮，该第二齿轮与第一齿轮传动连接。
2.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述固定座上表面设有圆形槽，所述旋转座和固定座之间设有支撑件，所述旋转座和支撑件可在圆形槽内旋转。
3.根据权利要求2所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述固定座上的圆形槽内设置有一圈推力调心滚子轴承，所述推力调心滚子轴承包括轴承动圈和轴承定圈，所述轴承动圈与支撑件相配合，支撑件与旋转座固定连接，所述轴承定圈与固定座相配合。
4.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述外输框架的上端固定在固定座的下表面上。
5.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述磁力摆球上端面为S极，下端面为N极；所述第一环形磁铁轨道的磁极为S极，第二环形磁铁轨道的磁极为N极。
6.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述内轴与外轴之间设有滚动轴承。
7.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述外轴与固定座之间设有滚动轴承。
8.根据权利要求1所述的可持续悬浮摆锤波浪能收集装置，其特征在于：所述可持续悬浮摆锤波浪能收集装置还设有一整体外壳，该整体外壳与第一环形磁铁轨道和第二环形磁铁轨道通过固定杆固定。
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