CN114704421B - 波浪能陀螺发电装置及其使用方法 - Google Patents

波浪能陀螺发电装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种涉及波浪能发电领域的波浪能陀螺发电装置，包括装置框架、发电轴系模块以及传动模块，发电轴系模块与传动模块安装在装置框架上；装置框架包括外框架和内框架，内框架连接于外框架内壁上，内框架相对外框架转动，发电轴系模块连接于内框架上，传动模块一端连接发电轴系模块的侧边，传动模块另一端连接外框架；外框架在波浪激励下进行周期运动，发电轴系模块提供转动初速度，内框架受到进动力矩带动传动模块转动，从而实现电量回收。本发明提供的用于海洋波浪能采集的陀螺发电装置，可用于吸收海洋中的波浪能，具有装置结构紧凑、整体便于安装、发电效率高、变波况适应能力强的特点，本发明解决了船舶等浮动平台不便于利用波浪能发电的问题。

Description

波浪能陀螺发电装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及波浪能发电领域，具体地，涉及海面波浪能发电装置，尤其是，涉及波浪能陀螺发电装置及其使用方法。
背景技术
波浪能是一种可再生的清洁能源，全球储量丰富，能量密度较高，利用波浪能发电的应用前景广阔。开发并推广波浪能发电装置，将推动海洋清洁能源发展，解决海上电力设备能源供应问题。
目前应用波浪能进行发电的形式主要有：振荡水柱式、鸭式摆式、筏式、震荡浮子式、越浪式等，其中大多数装置有活动部件与海水直接接触，容易受到海水腐蚀，因此对装置的密封性、材料等要求很高。此外，上述波浪发电形式的发电装置往往对装置结构有着特定的要求，不能用于一般的海上漂浮平台。
一般的陀螺发电装置通常布置有两个电机【CN201721311739.X】，一个是自转驱动电机，一个是发电电机。一方面利用进动力矩驱动发电机发电，另一方面还需要额外电机维持飞轮转子自转，以抵消摩擦损耗，该方法对能源的利用率不够高。
经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN110344998A，公开了一种陀螺波浪能发电装置，属于波浪能发电技术领域，具有结构简单，体积小，重量轻，安装维护方便以及适用范围广，输出功率大，效率高等特点。包括一次能量转化装置、二次能量转转装置；所述一次能量转化装置包括惯性陀螺仪和机械液压机构，所述惯性陀螺仪用于将海洋的摇摆通过所述机械液压机构转换为液压能；所述二次能量转换装置包括液压变量马达和发电机，所述液压变量马达带动所述发电机，将所述液压能转换为电能输出。该装置的陀螺仪通过电机维持自转，才能完成上述能量转化，维持自转的过程消耗了多余的电量，方式并不高效。同时，该转置并未考虑在应对不规律时变的海况条件时，陀螺仪的适应性问题。而本发明提供了波浪能陀螺发电装置及其使用方法，不仅是一种结构紧凑的用于海上漂浮平台的发电装置，更能解决发电效率问题和变海况工作问题。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种波浪能陀螺发电装置及其使用方法。
根据本发明提供的一种波浪能陀螺发电装置，包括装置框架、发电轴系模块以及传动模块，发电轴系模块与传动模块安装在装置框架上；
装置框架包括外框架和内框架，内框架连接于外框架内壁上，内框架相对外框架转动，发电轴系模块连接于内框架上，传动模块一端连接发电轴系模块的侧边，传动模块另一端连接外框架；
外框架在波浪激励下进行周期运动，发电轴系模块在最开始提供转动初速度，后续过程不再主动增加转速，转速由波浪能维持，内框架受到进动力矩带动传动模块转动，从而实现电量回收。
一些实施例中，内框架的两端分别设有轴，轴上套有轴承，内框架通过轴承连接于外框架上。
一些实施例中，内框架的一端套有扭簧，扭簧一端连接于内框架的卡扣上，扭簧的另一端连接于外框架上，通过扭簧将内框架回转至平衡位置。
一些实施例中，发电轴系模块包括主转轴、主轴承、飞轮以及中空轴电机，主转轴通过主轴承安装在内框架上，飞轮固定在主转轴上，中空轴电机安装在内框架上，中空轴电机的转轴与主转轴连接。
一些实施例中，传动模块包括减速器、传动转轴、单向轴承、齿轮以及环齿条，减速器连接传动转轴，传动转轴上安装有单向轴承，单向轴承与齿轮连接，齿轮与环齿条啮合。
一些实施例中，减速器连接于内框架上，减速器一端连接主动轴，减速器另一端连接传动转轴，减速器使得传动转轴的低速转动转化为主转轴的高速转动。
一些实施例中，单向轴承的传动方向与飞轮的运动方向相同。
一些实施例中，环齿条连接于外框架上。
本发明还提供了一种波浪能陀螺发电装置的使用方法，发电过程包括如下步骤：
S1：飞轮与主转轴在最开始提供一定转动初速度，波浪激励下安装在船体上的外框架做周期运动，两个转动同时存在时，内框架受到进动力矩，内框架从初速度零开始做加速运动，此时两个单向轴承均不起传动作用，不发生传动加速飞轮自转；
S2：在进动力矩的作用下，内框架开始做加速转动，带动齿轮加速转动，当齿轮的转速超过传动转轴的转速时，一端的单向轴承处于接触状态，进动力矩转化为飞轮的加速力矩；
S3：由于波浪激励减小，进动力矩逐渐减小，同时扭簧的作用力不断增加，内框架开始做减速运动，此时齿轮转速低于传动转轴转速，单向轴承处于自由状态；
S4：内框架运动持续减速到边界点，然后反向再次进入S1的状态；
S5：飞轮一方面在进动力矩驱使下加速，另一方面在发电时减速，最终整个装置可以稳定在一定的发电功率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的波浪能陀螺发电装置不与海水直接接触，无需考虑海水腐蚀；
2、本发明提供的波浪能陀螺发电装置结构紧凑，能够安装在任意海上浮体平台进行波浪能采集，可用于海上装备的能源供给；
3、本发明只需采用单电机，飞轮只需要由单电机提供自转初速度，后续过程由波浪产生的进动力矩可驱动飞轮高速自转，不需要额外电机来维持；
本发明提供的波浪能陀螺发电装置在采用了扭簧提供恢复力矩，扭簧振荡周期可适应宽频的波浪，根据波浪周期自动调整，应用于宽频随机波浪效果较好。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的波浪能陀螺发电装置的整体结构示意图；
图2为本发明的波浪能陀螺发电装置的局部拆解示意图；
图3为本发明的波浪能陀螺发电装置的一种工作流程区间示意图；
图4为本发明的波浪能陀螺发电装置的另一种工作流程区间示意图；
图5为本发明的波浪能陀螺发电装置的工作原理示意图。
图中示出：
装置框架1、外框架11、内框架12、扭簧13、轴承14、发电轴系模块2、主转轴21、主轴承22、飞轮23、中空轴电机24、传动模块3、减速器31、传动转轴32、单向轴承33、齿轮34、环齿条35。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供的一种波浪能陀螺发电装置，如图1所示，包括装置框架1、发电轴系模块2以及传动模块3，发电轴系模块2与传动模块3安装在装置框架1上。如图2所示，装置框架1包括外框架11、内框架12、扭簧13以及轴承14，发电轴系模块2包括主转轴21、主轴承22、飞轮23以及中空轴电机24，传动模块3包括减速器31、传动转轴32、单向轴承33、齿轮34以及环齿条35。
内框架12的上下两端分别有轴，轴上套有轴承，通过轴承与外框架11相连接；在内框架12的上方套有扭簧13，同时，内框架12上有卡扣凸起，扭簧13的一端固定在卡扣上；在外框架11上开有小孔，可将扭簧13另一端插入实现固定，此外，也可在外框架13加装卡扣实现固定。扭簧13具有将内框架12回转到平衡位置的作用，进一步的，使得波浪能够循环激励本发明进行发电；当波浪循环激励本装置时，能够根据波浪强度，扭簧自动形成合适的振幅，适应不同波况。
在内框架12上安装有发电轴系模块2，主转轴21通过主轴承22安装在内框架12上，飞轮23具有较大的转动惯量，通过销钉固定在主转轴21上，中空轴电机24通过螺钉安装在内框架12上，中空轴电机24的转轴与主转轴21连接。
波浪能陀螺发电装置包含两个传动模块3，两个传动模块3关于内框架12对称分布；传动模块3一端通过减速器31与主转轴21连接，一端通过环齿条35与外框架11连接，传动模块3可以将内框架12与外框架13的相对运动传递给主转轴21；减速器31为圆柱状行星减速器，安装在内框架12上，一端连接主转轴21，一端连接传动转轴32，减速器31使得传动转轴32的低速转动转化为主转轴21的高速转动。
传动转轴32上安装有单向轴承33，单向轴承33与齿轮34连接；齿轮34与环齿条35啮合；两个单向轴承33的传动方向与飞轮23的运动方向相同，单向轴承能够将进动力矩传递给传动转轴，其原理如图3-4所示，当波浪激励外框架11转动时，内框架12会受到图示方向的进动力矩，当不同受到不同方向的进动力矩时，只有一边的单向轴承33会起到传动作用，如图中的实线表示传动，虚线表示不传动。
实施例2
本发明还提供了一种波浪能陀螺发电装置的使用方法，如图5所示，发电过程包括如下步骤：
S1：飞轮23与主转轴21在最开始提供一定转动初速度，波浪激励下安装在船体上的外框架11做周期运动，两个转动同时存在时，内框架12受到进动力矩，内框架12从初速度零开始做加速运动，此时两个单向轴承33均不起传动作用，不发生传动加速飞轮23自转；
S2：在进动力矩的作用下，内框架12开始做加速转动，带动齿轮34加速转动，当齿轮34的转速超过传动转轴32的转速时，一端的单向轴承33处于接触状态，进动力矩转化为飞轮23的加速力矩；
S3：由于波浪激励减小，进动力矩逐渐减小，同时扭簧13的作用力不断增加，内框架12开始做减速运动，此时齿轮34转速低于传动转轴32转速，单向轴承处于自由状态；
S4：内框架12运动持续减速到边界点，然后反向再次进入S1的状态；
S5：飞轮23一方面在进动力矩驱使下加速，另一方面在发电时减速，最终整个装置可以稳定在一定的发电功率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种波浪能陀螺发电装置，其特征在于，包括装置框架(1)、发电轴系模块(2)以及传动模块(3)，所述发电轴系模块(2)与所述传动模块(3)安装在所述装置框架(1)上；
所述装置框架(1)包括外框架(11)和内框架(12)，所述内框架(12)连接于所述外框架(11)内壁上，所述内框架(12)相对所述外框架(11)转动，所述发电轴系模块(2)连接于所述内框架(12)上，所述传动模块(3)一端连接所述发电轴系模块(2)的侧边，所述传动模块(3)另一端连接所述外框架(11)；
所述外框架(11)在波浪激励下进行周期运动，所述发电轴系模块(2)在最开始提供转动初速度，后续过程不再主动增加转速，转速由波浪能维持，所述内框架(12)受到进动力矩带动所述传动模块(3)转动，从而实现电量回收；
所述内框架(12)的两端分别设有轴，所述轴上套有轴承(14)，所述内框架(12)通过所述轴承(14)连接于所述外框架(11)上；
所述内框架(12)的一端套有扭簧(13)，所述扭簧(13)一端连接于所述内框架(12)的卡扣上，所述扭簧(13)的另一端连接于所述外框架(11)上，通过所述扭簧(13)将所述内框架(12)回转至平衡位置；
所述发电轴系模块(2)包括主转轴(21)、主轴承(22)、飞轮(23)以及中空轴电机(24)，所述主转轴(21)通过所述主轴承(22)安装在所述内框架(12)上，所述飞轮(23)固定在所述主转轴(21)上，所述中空轴电机(24)安装在所述内框架(12)上，所述中空轴电机(24)的转轴与所述主转轴(21)连接；
所述传动模块(3)包括减速器(31)、传动转轴(32)、单向轴承(33)、齿轮(34)以及环齿条(35)，所述减速器(31)连接所述传动转轴(32)，所述传动转轴(32)上安装有所述单向轴承(33)，所述单向轴承(33)与所述齿轮(34)连接，所述齿轮(34)与所述环齿条(35)啮合。
2.根据权利要求1所述的波浪能陀螺发电装置，其特征在于，所述减速器(31)连接于所述内框架(12)上，所述减速器(31)一端连接所述主转轴(21)，所述减速器(31)另一端连接所述传动转轴(32)，所述减速器(31)使得所述传动转轴(32)的低速转动转化为所述主转轴(21)的高速转动。
3.根据权利要求2所述的波浪能陀螺发电装置，其特征在于，所述单向轴承(33)的传动方向与所述飞轮(23)的运动方向相同。
4.根据权利要求3所述的波浪能陀螺发电装置，其特征在于，所述环齿条(35)连接于所述外框架(11)上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的波浪能陀螺发电装置的使用方法，其特征在于，发电过程包括如下步骤：
S1：所述飞轮(23)与所述主转轴(21)在最开始提供一定转动初速度，波浪激励下安装在船体上的所述外框架(11)做周期运动，两个转动同时存在时，所述内框架(12)受到进动力矩，所述内框架(12)从初速度零开始做加速运动，此时两个所述单向轴承(33)均不起传动作用，不发生传动加速所述飞轮(23)自转；
S2：在进动力矩的作用下，所述内框架(12)开始做加速转动，带动所述齿轮(34)加速转动，当所述齿轮(34)的转速超过所述传动转轴(32)的转速时，一端的所述单向轴承(33)处于接触状态，进动力矩转化为所述飞轮(23)的加速力矩；
S3：由于波浪激励减小，进动力矩逐渐减小，同时所述扭簧(13)的作用力不断增加，所述内框架(12)开始做减速运动，此时所述齿轮(34)转速低于所述传动转轴(32)转速，单向轴承处于自由状态；
S4：所述内框架(12)运动持续减速到边界点，然后反向再次进入S1的状态；
S5：所述飞轮(23)一方面在进动力矩驱使下加速，另一方面在发电时减速，最终整个装置可以稳定在一定的发电功率。
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