CN116201677A - 重心稳定式水上发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重心稳定式水上发电装置，包括壳体组件、纳米发电组件、配重组件、太阳能发电薄膜、传动机构和储能装置。配重组件包括配重球、环形配重、弹力绳、弹簧、圆柱导程，配重球适于置于水中，环形配重套设于圆柱导程上，圆柱导程的一端通过弹力绳与配重球连接，圆柱导程的另一端通过弹簧与传动机构的一端连接。转子发电机与传动机构的另一端连接。纳米发电组件用于在波浪的冲击下摩擦发电。太阳能发电薄膜覆盖在外壳的顶壁上。储能装置与转子发电机、纳米发电组件和太阳能发电薄膜分别电连接，以用于储存电能。本发明实现了波浪运动驱动发电机发电、振动摩擦发电及太阳能发电，提高了发电装置的获能效率，发电方式更多样。

Description

重心稳定式水上发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，尤其涉及一种重心稳定式水上发电装置。

背景技术

海洋中的波浪能具有能量蕴藏量大、分布广等优点，被认为是一种高质量的海洋资源。波浪能发电装置的能量转换效率低是需要重视的问题之一。

现有的波浪能发电装置，如公开号为CN115111109A的发明专利，其公开了一种下挂式液压波浪能发电浮体，包括浮体本体、弹簧回复液压缸、锚链、能量转换装置，浮体本体的底部通过钢索与弹簧回复液压缸中缸体的顶部相连，弹簧回复液压缸的活塞杆向下延伸并通过锚链与海底固定；弹簧回复液压缸中的液压油路与能量转换装置中的液压管路相连，液压管路的输出端与能量转换装置中的液压马达发电机相连；弹簧回复液压缸中的液压油路与油箱相连。

该发电设备利用了浮体本体、弹簧回复液压缸、能量转换装置等能够实现波浪能产生浮体机械能，再通过弹簧产生液压能并带动发电机，实现了由海洋波浪能到浮体机械能、浮体机械能到液压能、液压能到电能的转换。但是，该发电设备并未设置配重装置，整体结构相对简单，重心不稳定，无法适应风浪较大的海洋环境，且波浪能利用方式单一，因而利用率较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种重心稳定式水上发电装置，旨在提高水上发电装置的重心稳定性，以适应风浪较大的海洋环境，并提高波浪能利用率。

为实现上述目的，本发明提出一种重心稳定式水上发电装置，包括：

壳体组件，包括外壳，所述外壳内形成有中空隔层；

配重组件，包括配重球、环形配重、弹力绳、弹簧、圆柱导程，所述配重球适于置于水中，所述环形配重安装于所述中空隔层的底部并套设于所述圆柱导程上，所述圆柱导程的一端通过所述弹力绳与所述配重球连接，所述圆柱导程的另一端通过所述弹簧与传动机构的一端连接；

转子发电机，所述转子发电机与所述传动机构的另一端连接，以用于将机械能转换为电能；

纳米发电组件，设于所述外壳内并位于所述转子发电机的上方，以用于在波浪的冲击下跳动并摩擦发电；

太阳能发电薄膜，覆盖在所述外壳的顶壁上，以用于将太阳能转换为电能；以及

储能装置，与所述转子发电机、所述纳米发电组件和所述太阳能发电薄膜分别电连接，以用于储存电能。

可选地，所述转子发电机包括第一发电机和第二发电机；

所述传动机构包括第一传动齿条导轨、第二传动齿条导轨、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一发电机齿轮、第二发电机齿轮、第一传动齿条、第二传动齿条、发条弹簧、发条弹簧转轴；

所述第一传动齿条滑动设置于所述第一传动齿条导轨上，所述第二传动齿条滑动设置于所述第二传动齿条导轨上，所述第一传动齿轮与所述第一传动齿条啮合，所述第二传动齿轮与所述第二传动齿条啮合，所述发条弹簧套设于所述发条弹簧转轴上，所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮分别固定于所述发条弹簧转轴的两端，所述第一传动齿条与所述第一发电机齿轮啮合，所述第二传动齿条与所述第二发电机齿轮啮合，所述第一发电机齿轮、所述第二发电机齿轮分别通过单向轴承固定于所述第一发电机和所述第二发电机的输入轴上。

可选地，所述外壳内在所述传动机构的上下端处各设有一块隔板，以形成所述中空隔层；所述发条弹簧转轴通过转轴支座支撑于所述隔板上。

可选地，所述纳米发电组件包括纳米摩擦层和众多摩擦振子，所述纳米摩擦层包括间隔设置的纳米摩擦阳极层、纳米摩擦阴极层，所述摩擦振子置于所述纳米摩擦阳极层与所述纳米摩擦阴极层之间。

可选地，所述摩擦振子的材质为苯乙烯，所述纳米摩擦阳极层的材质为铝箔，所述纳米摩擦阴极层包括铝箔层及贴设于所述铝箔层上的聚氯乙烯膜；所述聚氯乙烯膜与所述摩擦振子接触，所述铝箔层通过纳米发电阴极线与所述储能装置的阴极连接，所述纳米摩擦阳极层通过纳米发电阳极线与所述储能装置的阳极连接。

在本发明的技术方案中，该重心稳定式水上发电装置包括壳体组件、纳米发电组件、配重组件、太阳能发电薄膜、传动机构和储能装置。壳体组件包括外壳，外壳内形成有中空隔层。配重组件包括配重球、环形配重、弹力绳、弹簧、圆柱导程，配重球适于置于水中，环形配重安装于中空隔层的底部并套设于圆柱导程上，圆柱导程的一端通过弹力绳与配重球连接，圆柱导程的另一端通过弹簧与传动机构的一端连接。转子发电机与传动机构的另一端连接，以用于将机械能转换为电能。纳米发电组件设于外壳内并位于转子发电机的上方，以用于在波浪的冲击下跳动并摩擦发电。太阳能发电薄膜覆盖在外壳的顶壁上，以用于将太阳能转换为电能。储能装置与转子发电机、纳米发电组件和太阳能发电薄膜分别电连接，以用于储存电能。

本发明的水上发电装置通过设置配重球和环形配重，使得发电装置重心集中在装置底部，提高了重心稳定性，以适应风浪较大的海洋环境。配重球随波浪运动时，产生相对的运动，弹力绳随着配重球的相对运动产生拉力或者松弛，产生拉力时，拉力牵扯圆柱导程做向下的运动，进而通过传动机构传递动力，产生单向旋转的机械能并驱动发电机的转轴单向转动，从而产生电能。并且，在发电装置的外壳顶部表面覆盖有太阳能发电薄膜，实现了太阳能发电。此外，在装置外壳内装配了一套纳米发电组件，实现了摩擦发电。本发明提高了发电装置的获能效率，发电方式更多样，提高了波浪能的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例的结构示意图；

图2是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例的内部结构图；

图3是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中传动机构的结构示意图；

图4是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中纳米发电组件的结构示意图；

图5是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中转子发电机的结构示意图；

图6是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中转子发电机另一角度的结构示意图；

图7是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例的接线示意图；

图8是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中传动机构及配重组件的运动关系图；

图9是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中传动机构及配重组件的另一种运动关系图；

图10是本发明一种重心稳定式水上发电装置一实施例中纳米发电组件的发电原理图。

附图标号说明：

10、壳体组件；20、纳米发电组件；30、配重组件；40、太阳能发电薄膜；50、传动机构；60、储能装置；70、转子发电机；80、整流器；11、转轴支座；12、中空隔层；13、外壳；21、摩擦振子；22、纳米摩擦层；221、纳米摩擦阳极层；222、纳米摩擦阴极层；31、配重球；32、环形配重；33、弹力绳；34、弹簧；35、圆柱导程；51、第一传动齿轮；52、第二传动齿轮；53、第一发电机齿轮；54、第二发电机齿轮；55、第一传动齿条；551、第一传动齿条导轨；56、第二传动齿条；561、第二传动齿条导轨；57、单向轴承；58、发条弹簧；59、发条弹簧转轴；61、纳米发电阳极线；62、纳米发电阴极线；63、转子发电机阳极线；64、转子发电机阴极线；65、太阳发电薄膜阳极线；66、太阳发电薄膜阴极线；68、蓄电池。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种重心稳定式水上发电装置。

参照图1至图6，在本发明一实施例中，该重心稳定式水上发电装置包括壳体组件10、纳米发电组件20、配重组件30、太阳能发电薄膜40、传动机构50和储能装置60。壳体组件10包括外壳13，外壳13内形成有中空隔层12。配重组件30包括配重球31、环形配重32、弹力绳33、弹簧34、圆柱导程35，配重球31适于置于水中，环形配重32安装于中空隔层12的底部并套设于圆柱导程35上，圆柱导程35的一端通过弹力绳33与配重球31连接，圆柱导程35的另一端通过弹簧34与传动机构50的一端连接。转子发电机70与传动机构50的另一端连接，以用于将机械能转换为电能。纳米发电组件20设于外壳13内并位于转子发电机70的上方，以用于在波浪的冲击下跳动并摩擦发电。太阳能发电薄膜40覆盖在外壳13的顶壁上，以用于将太阳能转换为电能。储能装置60与转子发电机70、纳米发电组件20和太阳能发电薄膜40分别电连接，以用于储存电能。

本实施例中，壳体组件10的外壳13可呈倒着的圆台状设置，其内部沿其高度方向可设有至少一块隔板，以形成上述的中空隔层12，中空隔层12位于外壳13内腔的最底层。转子发电机70、传动机构50、纳米发电组件20等可安装于隔板上。较优地，外壳13内在传动机构50的上下端处各设有一块隔板，传动机构50的下端安装于最下面的隔板上，传动机构50的上端安装于中间的隔板上，转子发电机70安装于中间的隔板上，外壳13的顶部内也可设有一隔板，纳米发电组件20安装于最上面的隔板上。

其中，转子发电机70的数量可为一个、两个或多个，此处不做限定。

本实施例中，储能装置60可包括蓄电池68和整流器80，转子发电机70、纳米发电组件20和太阳能发电薄膜40的输出端分别与整流器80的输入端电连接，整流器80的输出端与蓄电池68电连接。

本实施例中，太阳能发电薄膜40可充分贴合在装置外壳13的上表面，通过吸收太阳光产生电能，通过整流器80将产生的电能储存到储能装置60的蓄电池68中。

本发明的水上发电装置通过设置配重球31和环形配重32，环形配重32装配在外壳13底部的中空隔层12内，使得发电装置重心集中在装置底部，提高了该发电装置在水中的稳定性，以适应风浪较大的海洋环境。配重球31随波浪运动时，产生相对的运动，弹力绳33随着配重球31的相对运动产生拉力或者松弛，产生拉力时，拉力牵扯圆柱导程35做向下的运动，进而通过传动机构50传递动力，产生单向旋转的机械能并驱动发电机的转轴单向转动，从而产生电能。并且，在发电装置的外壳13顶部表面覆盖有太阳能发电薄膜40，实现了太阳能发电。此外，在装置的外壳13内装配了一套纳米发电组件20，实现了摩擦发电。本发明提高了发电装置的获能效率，发电方式更多样，提高了波浪能的利用率。

为减少能量损耗，以进一步地提升波浪能的利用率，在一实施例中，转子发电机70可包括第一发电机和第二发电机。参照图3至图9，传动机构50可包括第一传动齿条导轨551、第二传动齿条导轨561、第一传动齿轮51、第二传动齿轮52、第一发电机齿轮53、第二发电机齿轮54、第一传动齿条55、第二传动齿条56、发条弹簧58、发条弹簧转轴59。第一传动齿条55滑动设置于第一传动齿条导轨551上，第二传动齿条56滑动设置于第二传动齿条导轨561上，第一传动齿轮51与第一传动齿条55啮合，第二传动齿轮52与第二传动齿条56啮合，发条弹簧58套设于发条弹簧转轴59上，第一传动齿轮51、第二传动齿轮52分别固定于发条弹簧转轴59的两端，第一传动齿条55与第一发电机齿轮53啮合，第二传动齿条56与第二发电机齿轮54啮合，第一发电机齿轮53、第二发电机齿轮54分别通过单向轴承57固定于第一发电机和第二发电机的输入轴上。

其中，该发电装置在随着波浪做上下往复运动时可带动第一传动齿条55、第二传动齿条56运动，通过第一发电机齿轮53、第二发电机齿轮54连接的转子发电机70发电，保证了该发电装置在上下运动时均可将机械能经过转子发电机70转化为电能，提高了电能的转化效率。

主要参照图3，本实施例中，发条弹簧转轴59通过转轴支座11支撑于隔板上，可以保证传动机构50运动的稳定性，从而提升发电的稳定性。发条转轴所产生的旋转运动通过传动机构50带动转子发电机70发电，在弹力绳33松弛时，发条弹簧58产生一定的弹性回复力，进行弹性回复，产生一定的旋转运动，带动发条弹簧转轴59旋转，发条转轴所产生的旋转运动通过传动机构50带动转子发电机70发电，转子发电机70所发的电量储存到储能装置60中。

需要说明，如图5所示，该发电装置内部具有两个单向轴承57，分别与第一传动齿轮51、第二传动齿轮52同轴连接，单向轴承57与转子发电机70的转轴连接，顺时针转动锁死转轴，逆时针转动空转，转子发电机70工作的电能、纳米发电组件20的电能以及太阳能发电薄膜40产生的电能储存于储能装置60中。

为了确保该水上发电装置的重心稳定，参照图1至图3，外壳13的底壁开设有通孔，通孔与圆柱导程35可同轴设置，同时发条弹簧转轴59与转轴支座11的转轴孔也可为同轴设置。

请结合图2和图10，在一实施例中，纳米发电组件20可包括纳米摩擦层22和众多摩擦振子21，纳米摩擦层22包括间隔设置的纳米摩擦阳极层221、纳米摩擦阴极层222，摩擦振子21置于纳米摩擦阳极层221与纳米摩擦阴极层222之间。

本实施例中，摩擦振子21的材质可为苯乙烯等，纳米摩擦阳极层221的材质可为铝箔等，纳米摩擦阴极层222包括铝箔层及贴设于铝箔层上的聚氯乙烯膜。

进一步地，聚氯乙烯膜与摩擦振子21接触，铝箔层通过纳米发电阴极线62与蓄电池68的阴极连接，纳米摩擦阳极层221通过纳米发电阳极线61与蓄电池68的阳极连接。另外，本实施例中，主要参照图6，转子发电机70可通过转子发电机阳极线63、转子发电机阴极线64与蓄电池68阳极、阴极连接；太阳能发电薄膜40可通过太阳发电薄膜阳极线65、太阳发电薄膜阴极线66与蓄电池68的阳极、阴极连接。

其摩擦发电原理在于，当该水上发电装置受到波浪力运动时，使得纳米发电组件20内部的摩擦振子21产生跳动，当摩擦振子21与底层铝箔充分摩擦或滚动摩擦后，由于两者吸引电子的能力存在差异，摩擦振子21将获得电子，呈电负性，铝箔将失去电子，呈电正性，当摩擦振子21振起并充分触碰纳米摩擦阳极层221时，纳米摩擦阳极层221电势将高于纳米摩擦阴极层222，在外电路中将产生从纳米摩擦阳极层221流向纳米摩擦阴极层222的电流，摩擦振子21落下时，系统的电场回归电势平衡，摩擦振子21的振动将导致纳米摩擦阳极层221与纳米摩擦阴极层222产生电势变化，在外电路中产生电流，通过整流器80将产生的电能储存到蓄电池68中。

为避免海水或雨水渗入到该水上发电装置的内部而破坏零部件，以保证发电的正常进行，在一实施例中，外壳13可采用轻质耐腐蚀防水材料。纳米发电组件20、转子发电机70、储能装置60、太阳能发电薄膜40等可装配在外壳13内的隔板上，以防止纳米发电组件20、转子发电机70、储能装置60等进水而导致腐蚀和损坏。

本实施例中，配重球31的表面可涂设有防腐蚀层，防腐蚀层采用防海水和淡水腐蚀的材料，以提高配重球31的使用寿命，并避免配重球31腐蚀减重而影响发电效率。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种重心稳定式水上发电装置，其特征在于，包括：

壳体组件，包括外壳，所述外壳内形成有中空隔层；

配重组件，包括配重球、环形配重、弹力绳、弹簧、圆柱导程，所述配重球适于置于水中，所述环形配重安装于所述中空隔层的底部并套设于所述圆柱导程上，所述圆柱导程的一端通过所述弹力绳与所述配重球连接，所述圆柱导程的另一端通过所述弹簧与传动机构的一端连接；

转子发电机，所述转子发电机与所述传动机构的另一端连接，以用于将机械能转换为电能；

纳米发电组件，设于所述外壳内并位于所述转子发电机的上方，以用于在波浪的冲击下跳动并摩擦发电；

太阳能发电薄膜，覆盖在所述外壳的顶壁上，以用于将太阳能转换为电能；以及

储能装置，与所述转子发电机、所述纳米发电组件和所述太阳能发电薄膜分别电连接，以用于储存电能。

2.如权利要求1所述的重心稳定式水上发电装置，其特征在于，所述转子发电机包括第一发电机和第二发电机；

所述传动机构包括第一传动齿条导轨、第二传动齿条导轨、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一发电机齿轮、第二发电机齿轮、第一传动齿条、第二传动齿条、发条弹簧、发条弹簧转轴；

所述第一传动齿条滑动设置于所述第一传动齿条导轨上，所述第二传动齿条滑动设置于所述第二传动齿条导轨上，所述第一传动齿轮与所述第一传动齿条啮合，所述第二传动齿轮与所述第二传动齿条啮合，所述发条弹簧套设于所述发条弹簧转轴上，所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮分别固定于所述发条弹簧转轴的两端，所述第一传动齿条与所述第一发电机齿轮啮合，所述第二传动齿条与所述第二发电机齿轮啮合，所述第一发电机齿轮、所述第二发电机齿轮分别通过单向轴承固定于所述第一发电机和所述第二发电机的输入轴上。

3.如权利要求2所述的重心稳定式水上发电装置，其特征在于，所述外壳内在所述传动机构的上下端处各设有一块隔板，以形成所述中空隔层；所述发条弹簧转轴通过转轴支座支撑于所述隔板上。

4.如权利要求1所述的重心稳定式水上发电装置，其特征在于，所述纳米发电组件包括纳米摩擦层和众多摩擦振子，所述纳米摩擦层包括间隔设置的纳米摩擦阳极层、纳米摩擦阴极层，所述摩擦振子置于所述纳米摩擦阳极层与所述纳米摩擦阴极层之间。

5.如权利要求4所述的重心稳定式水上发电装置，其特征在于，所述摩擦振子的材质为苯乙烯，所述纳米摩擦阳极层的材质为铝箔，所述纳米摩擦阴极层包括铝箔层及贴设于所述铝箔层上的聚氯乙烯膜；所述聚氯乙烯膜与所述摩擦振子接触，所述铝箔层通过纳米发电阴极线与所述储能装置的阴极连接，所述纳米摩擦阳极层通过纳米发电阳极线与所述储能装置的阳极连接。

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