CN204099112U - 一种船舶波浪发电减摇装置及波浪发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及船舶技术领域，具体涉及一种船舶波浪发电减摇装置及波浪发电系统。所述船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和为所述船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构；所述船舶波浪发电机构包括运动磁棒发电装置和/或风箱风道发电装置，所述船侧受波施力机构包括将波浪能传递给所述船舶波浪发电机构的能量转换动壁；所述运动磁棒发电装置和/或所述风箱风道发电装置在所述能量转换动壁受波浪力作用产生的机械运动的带动下发电，将波浪能转化为电能，并且缓冲了波浪力对船体的直接作用，从而使大海航行中的船舶同时实现波浪发电和减摇。

Description

一种船舶波浪发电减摇装置及波浪发电系统
技术领域
本实用新型涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶波浪发电减摇装置及波浪发电系统。
背景技术
自1880年美国哥伦比亚号船舶安装第一盏电灯百余年来，伴随着船舶吨位、速度、性能的提高，船舶电源容量也不断扩大。当今船舶技术发展特点之一体现在采用电力推进，由专用船舶发电机为电动机供电驱动船舶推进螺旋桨，以另外的船舶发电机为服务性电力负荷供电；未来船舶技术发展的主要趋势之一将体现在以电气设备取代许多船上还在使用的非电气设备(如蒸汽驱动的取暖器、洗衣机、厨房设备等，液压驱动的转向系统、下潜系统等，气动驱动的阀门、制动器、海底潜水系统、船舶涡轮发电机启动等)，使之变成全电船(美国，Mukuund R.Patel：Shipboard Electrical Power Systems，2012)。因此，对船舶电源容量的需求还在进一步扩大。周知，电能使用方便，却不易大规模存储。船舶发电机与公共发电厂相似，几乎所有所发电能实时地使用。船舶电源容量的需求大，船舶发电机发电量亦大，能源消耗(船舶发电机目前主要消耗柴油)就大。当船舶停泊港口时可以连接岸电电源，关闭可污染港口的柴油发电机组的辅助发动机；当船舶航行在海洋之中，大量能耗难以避免。考虑到届时船舶周围天然的、用之不竭的波浪能，本发明拟探讨一种利用波浪能量发电的装置，为航行在海洋的船舶供电。
波浪是海水的运动形式之一，它的产生系外力(如风、大气压力的变化、天体的引潮力等等)、重力与海水表面张力共同作用的结果。波浪形成时，水质点作震荡和位移运动，水质点的位置变化产生相应的动能和势能。波浪能即海洋表面波浪所具有的动能和势能，与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比，可以用海水起伏势能的变化来进行估算，即P＝0.5TH　(P为单位波前宽度上的波浪功率，单位kw/m；T为波浪周期，单位s；H为波高，单位m)。据估算，世界海洋中的波浪能达700亿千瓦；在波浪能能流密度高的地方，每1米海岸线外波浪的能流就足以为20个家庭提供照明。波浪发电是波浪能利用的主要方式。
早期波浪发电付诸实用的都是气动式波力装置。对波浪发电大规模研发始于20世纪70年代，石油危机出现使人们更加关注波浪能的价值，以英国、日本、美国、挪威、法国、西班牙和中国等国在波浪发电研发领域成绩显著，其中比较成熟的波浪发电装置基本上有三种类形。
1、振荡水拄型：振荡水拄型是利用用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空气容积发生变化，压缩容器内的空气(中间介质)，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电。中国科学院广州能源研究所在广东讪尾建成的100KW波浪发电站(固定岸式)，日本“海明”号发电船(浮式)以及航标灯式波力装置都是属于这种类型。例如日本“海明”号发电船，系1978～1979年日本海洋科学技术中心建成的一个长80米、宽12米的浮动设备，有22个下方开口的空气活塞室，其内随波浪的起伏运动而压缩和扩张的空气，经过喷嘴形成高速气流，冲击涡轮机转动发电，实现了向陆地小规模送电，日本已将其列为“离岛电源”的首选方案。日本“海明”号发电船并非真正意义上的船舶，也并不为船舶供电，它本质上是一种振荡水拄型海上浮体波浪电站。
2、机械型：机械型是利用波浪的运动推动装置的活动部分——“点头鸭”、筏体、浮子、滚子、“海蚌”、“海蛇”、“巨蟒”、“海底地毯”等，活动部分压缩(驱动)油、水等中间介质，通过中间介质推动发电装置发电。例如“点头鸭”式装置，英国人索尔特发明(1973年)。该装置采用鸭子形的凸轮，当波浪冲击“鸭体”时，由于表层水给予“鸭体”的冲击力大，深层水给予“鸭体”的冲击力小，这样就使“鸭体”抬头。当波峰过后，波浪冲击力减弱，就使“鸭体”低头。“点头鸭”绕着中心轴作上下摆动，带动工作泵，把波浪的动能和势能转换为机械能，使发电机发出电来。
3、水流型：水流型是利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差即水头，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。例如1985年，挪威在卑尔根附近建造了两座波浪发电站，其中一座收敛槽聚波发电站就是利用上述原理建成。它用来集波的装置将10千米范围内的波浪聚集到一个宽500米左右的窄口，这时浪头的高度已可达20米，由此进入一个大型的漏斗槽，被压到100米高的水库中，利用这个水位差来发电。
而大洋中的波浪能难以提取、利用，至今波浪发电局限于靠近海岸线的地方，建造岸基水工建筑物，或海上浮体(牵系或锚泊固定于海床，并解决海底输电问题)，收集海浪和安装发电设备。人们还设想把发电与消波结合起来，改善近海环境，研制消波发电装置，这样既可发电，又使近海海面平静，利于海水养殖业和港口船舶停泊。
显然，在大洋中船舶需具备某种结构作为受波体，才能吸收波浪能并将其转化为有用的机械能，进而设计适配的船舶波浪发电装置，利用此机械能发电。在船舶结构中减摇装置与波浪力作用直接相关，如舭龙骨、减摇鳍、减摇舵…等。但这些传统减摇装置或者系固定在船体，相对静止不动；或者系消耗船载能量主动运动，而在针对波浪力做功。这些减摇方式决定了它们均非适宜作为船体上能够吸收波浪能产生可用于发电的机械能的受波体。
但本发明人近获授权的一项专利“船舶减摇装置”(专利号：ZL2013 2 0278249.X)涉及一种设置在船体的两侧称为侧壁的结构，它可在大洋中波浪力周期性作用下向内、向外循环往复机械运动。简言之，它上端固连着一个弹性部件为螺旋弹簧，内侧贴附着气囊其中容纳一定量相当于密闭容器中的气体遵守玻意耳-马略特定律；它在波浪力作用下向内转动时压迫弹性部件和气囊，波浪能所转化的机械能进一步转化为弹力势能和气体压力势能；当波浪周期性作用力退却，它在上述弹力和气体压力作用下又向外转动，其效果是减摇。
鉴于以上问题和不足，一种令船舶在大洋中利用波浪能发电且同时具有船舶减摇功能的船舶波浪发电减摇装置提上日程。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是提供一种船舶波浪发电减摇装置，使得航行在大海的船舶能够利用波浪能进行发电，同时还具有船舶减摇功能。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种船舶波浪发电减摇装置，该船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和为所述船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，所述船舶波浪发电机构包括运动磁棒发电装置和/或风箱风道发电装置，所述船侧受波施力机构包括与船舶舭部活动连接、将波浪能传递给所述船舶波浪发电机构的能量转换动壁，所述船舶波浪发电机构在所述能量转换动壁受波浪力作用产生的机械运动的带动下产生电能，同时减小船舶横摇。
其中，所述运动磁棒发电装置包括磁棒、螺线管和施力臂；所述磁棒为条形电磁铁或永磁体，其一端通过施力臂固定于所述能量转换动壁的顶部，另一端朝向所述螺线管，并在能量转换动壁带动下往复穿设于所述螺线管；所述螺线管由金属导线绕组构成；所述施力臂位于所述能量转换动壁顶部与所述能量转换动壁固定连接为一体。
其中，所述风箱风道发电装置包括风箱、风道、叶轮和发电机；所述风箱位于船体两边且介于所述能量转换动壁与所述船体之间，所述风箱的顶部通过可折叠的上壁连接于所述能量转换动壁与船体之间，同时在所述上壁上设有用于通过气流的可控阀门，在所述能量转换动壁与船体之间亦固定连接有所述弹性部件，所述风道横向贯穿于船体内且其两端分别连接于所述风箱的所述风门，所述叶轮安装于所述风道内且与所述发电机转子连接，所述风箱的外壁与所述能量转换动壁相贴附而可在所述能量转换动壁的带动下产生流经所述风道的气流，气流可作用于所述叶轮，使所述叶轮旋转，带动所述发电机发电。
其中，所述能量转换动壁位于船舶的两侧，且在所述能量转换动壁与船体之间固定连接有弹性部件；所述能量转换动壁通过转轴与船舶舭部活动连接；所述能量转换动壁的外侧设有框架，波浪可以通过所述框架冲击作用在所述能量转换动壁上；所述能量转换动壁顶部通过所述施力臂与所述运动磁棒发电装置的所述磁棒的一端固定连接，和/或者所述能量转换动壁内侧与所述风箱风道发电装置的所述风箱外壁相贴附。
其中，所述弹性部件套设于所述磁棒，用于沿所述磁棒的轴向发生弹性形变。
其中，所述弹性部件外套设有导套，所述导套的下方沿所述磁棒的轴向设有用于容纳施力臂的导套缺口。
其中，所述螺线管位于船体内，并通过导向支架与弹性部件连接，所述导向支架用于引导所述磁棒往复穿设于所述螺线管。
其中，所述发电机包括永磁转子和与永磁转子对应设置的定子电枢，所述永磁转子与所述叶轮连接。
其中，该船舶波浪发电减摇装置还包括用于控制所述船舶波浪发电机构及船侧受波施力机构的计算机自动控制系统。
本实用新型还提供一种波浪发电系统，包括所述的船舶波浪发电减摇装置。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案的主要有益效果体现在：本实用新型船舶波浪发电减摇装置将引起船舶反复横摇的波浪能转化为电能，实现船舶供电，减摇。
周知，船舶电源容量—船舶发电机发电量的需求及其能源消耗在不断扩大，而大洋中的波浪能难以提取、利用，至今波浪发电多局限于靠近海岸线的地方。本实用新型船舶波浪发电减摇装置提供了一种船舶提取、利用大洋中波浪能发电的技术手段，一定程度上解决了上述技术问题，而且有利于减小船舶横摇，保持船舶平稳航行，从而使大海航行中的船舶同时实现波浪发电和减摇。
附图说明
图1是本实用新型实施例船舶波浪发电减摇装置在船舶位于静水状态时的横截面结构示意图；
图2是本实用新型实施例运动磁棒发电装置在磁棒位于初始位置时的示意图；
图3是本实用新型实施例运动磁棒发电装置在磁棒穿入螺线管时的示意图；
图4是本实用新型实施例运动磁棒发电装置在磁棒穿出螺线管复位后的示意图；
图5是本实用新型实施例风箱风道发电装置的结构示意图(内永磁转子型发电机)；
图6是本实用新型实施例风箱风道发电装置的结构示意图(外永磁转子型发电机)；
图7是本实用新型实施例船舶波浪发电减摇装置在波浪作用于船舶一侧时的横截面结构示意图；
图8是本实用新型实施例船舶波浪发电减摇装置在波浪退却后复位时的横截面结构示意图；
图9是本实用新型实施例船舶波浪发电减摇装置的立体示意图；
图10是图9中船舶波浪发电减摇装置A处的局部放大示意图；
图11是本实用新型实施例船舶波浪发电减摇装置在波浪作用于船舶一侧时的立体示意图；
图12是图11中船舶波浪发电减摇装置B处的局部放大示意图。
其中，1：运动磁棒发电装置；2：风箱风道发电装置；3：能量转换动壁；4：磁棒；5：螺线管；6：施力臂；7：风道；8：叶轮；9：发电机；10：风箱；11：永磁转子；12：定子电枢；13：船体；14：穿入方向；15：穿出方向；16：风门；17：弹性部件；18：转轴；19：导向支架；20：导套；21：导套缺口；22：上壁；23：可控阀门；24：框架；25：甲板；26：挡雨板；27：遮浪帘；28：通气孔；29：气流(出)；30：气流(入)；32：波浪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和为船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，该船侧受波施力机构包括与船舶舭部活动连接的能量转换动壁3，能量转换动壁3可在波浪力作用下产生机械运动；该船舶波浪发电机构在能量转换动壁3的带动下产生电能，用于为船舶供电。
船舶在海上航行的时，波浪力引起船体13六个自由度摇荡中横摇幅值最大，推动巨大船舶不停横摇的波浪能，可由该船舶波浪发电减摇装置转化为电能，实现船舶供电、减摇。
如图2所示，船舶波浪发电机构包括运动磁棒发电装置1，运动磁棒发电装置1包括磁棒4、螺线管5和施力臂6；磁棒4的一端(图示为外端)通过施力臂6固定于能量转换动壁3的顶部，磁棒4的另一端(图示为内端)朝向螺线管5的外口处，磁棒4在能量转换动壁3带动下往复穿设于螺线管5；施力臂6位于能量转换动壁3顶部与能量转换动壁3固定连接为一体。
磁棒4具体的运动状态如图3-4所示，磁棒4可沿着穿入方向14穿设于螺线管5，之后也可以沿着穿出方向15穿设于螺线管5。进一步地，磁棒4为条形磁铁或电磁铁；螺线管5由金属导线绕组构成。
其中的能量转换动壁3为船侧可在波浪力作用下运动的板壁，位于船舶的两侧，且其下端通过转轴18与船舶舭部活动连接，其外侧设有框架24，其从船舶舭部向外上方伸展并外靠在框架24上；波浪可以通过框架24冲击作用在能量转换动壁3上。
如图9-12，在能量转换动壁3与船体13之间固定连接有弹性部件17。
该弹性部件17可缠绕于磁棒4上，用于沿磁棒4的轴向发生弹性形变。且弹性部件17与磁棒4之间留有适当间隙，可使磁棒4既能在弹性部件17中相对运动，也具有类似弹性部件17导杆的作用，从而有利于弹性部件17缩、伸动作的稳定性。
其中的弹性部件17的内端固定在船体13上的螺线管5外口处，以保证弹性部件17内部的中空部分与螺线管5的管腔相通。
相应地，螺线管5则位于船体13内，并通过导向支架19与弹性部件17连接。导向支架19用于引导磁棒4往复穿设于螺线管5，以保证磁棒4能够顺利穿入、穿出螺线管5的外口。
优选地，导向支架19位于弹性部件17内端与螺线管5外口的接合处，在导向支架19上涂布有润滑剂或设有滚珠，从而以减少磁棒4穿入、穿出螺线管5时的摩擦力。
此外，弹性部件17外还套设有导套20，该导套20沿在能量转换动壁3以转轴18为轴转动时施力臂6运动轨迹的方向设置，该导套20的限位作用利于弹性部件17受载后不发生侧向弯曲，以保持其缩、伸动作稳定性。
而且，在导套20的下方沿磁棒4的轴向设有用于容纳施力臂6的导套缺口21。导套缺口21窄于弹性部件17的外径但宽于施力臂6的宽度，施力臂6可沿导套缺口21做往复运动，与之相连的磁棒4及弹性部件17也随之相应运动。
优选地，导套20被固定在其上方的甲板25之下，甲板25及能量转换动壁3上方的挡雨板26、遮浪帘27有效地防护船体13和能量转换动壁3之间的波浪发电装置等免于海水侵蚀；
值得说明，该弹性部件17包括一切可具有弹性形变的器件，其中弹性部件17优选为圆柱螺旋压缩弹簧。
以弹性部件17为圆柱螺旋压缩弹簧为例，该运动磁棒发电装置1的工作原理如下：
如图7所示，当波浪32向船舶一侧涌来，在波浪力的作用下该侧能量转换动壁3以舭部转轴18为轴向内转动，施力臂6推动磁棒4向内转动并穿入螺线管5，同时，圆柱螺旋压缩弹簧亦被压缩；
如图8所示，在周期性波浪力对能量转换动壁3的作用退却后，被压缩的圆柱螺旋压缩弹簧伸展，推动施力臂6向外运动带动磁棒4向外转动并穿出螺线管5；同时，能量转换动壁3又外靠在所述框架结构24上；
如此往复进行，在磁棒4穿入、穿出螺线管5过程中，螺线管5中磁通量变化产生的感应电动势通过接线端子引出至回路中，产生电流，由电路单元(整流、变流、变频、变压)将电能输出，向船舶供电。
实施例二
如图1及图5-6所示，本实施例提供的船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和为船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，该船侧受波施力机构包括与船舶舭部活动连接的能量转换动壁3，能量转换动壁3可在波浪力作用下产生机械运动，该船舶波浪发电机构在能量转换动壁3的带动下产生电能。
该波浪发电机构包括风箱风道发电装置2，风箱风道发电装置2包括风箱10、风道7、叶轮8和发电机9；风箱10位于船体13两边且介于能量转换动壁3与船体13之间，风箱10的顶部通过可折叠的上壁22连接于能量转换动壁3与船体13之间，同时在上壁22上设有用于通过气流的可控阀门23，在能量转换动壁3与船体13之间固定连接有弹性部件17，风道7横向贯穿于船体13内且其两端分别连接于风箱10的风门16，叶轮8安装于风道7内且与发电机9转子连接，风箱10的外壁与能量转换动壁3相贴附而可在能量转换动壁3的带动下产生流经风道7的气流，气流可作用于叶轮8，使叶轮8旋转，带动发电机9发电。
其中能量转换动壁3位于船舶的两侧，其外侧设有框架24，其内侧与风箱10外壁相贴附，其下端通过转轴18与船舶舭部活动连接；能量转换动壁3从船舶舭部向外上方伸展并外靠在框架24上，波浪可以通过框架24冲击作用在能量转换动壁3上。
而且，甲板25上设有较大的防水、防尘良好的通气孔28，保证风箱10上壁22以上的空间与甲板25外大气之间通气流畅。
其中发电机9包括永磁转子11和与永磁转子11对应设置的定子电枢12，永磁转子11与叶轮8连接。
该风箱风道发电装置2的工作原理如下：
如图7所示，当波浪32向船舶一侧涌来时，朝向波浪速度传播方向船体一侧的风箱10上壁22的可控阀门23适时关闭，背向波浪速度传播方向一侧的风箱10上壁22的可控阀门23适时开启；
在波浪力的作用下，该侧能量转换动壁3以舭部转轴18为轴，向内转动压迫弹性部件17的同时压迫该侧风箱10，该侧风箱10的可控阀门23关闭而风箱10内被压缩的气体通过风道7快速流向对侧，并经对侧的风箱10上壁22上开启的可控阀门23及其上方的通气孔28排入大气；气流(出)29驱动位于风道7中的叶轮8旋转，叶轮8转轴直接或经传动机构带动永磁转子11在发电机定子电枢12内(或外)旋转，其中内永磁转子型发电机如图5所示，外永磁转子型发电机如图6所示，发电机9所发电能经全功率变流器与船舶电网连接；
如图8所示，在周期性波浪力对能量转换动壁3的作用退却加之弹性部件17弹力势能释放推动该侧能量转换动壁3向外旋转时，由于该侧风箱10的可控阀门23处于关闭状态而该侧风箱10内为负压，使大气中的空气经由对侧的通气孔28、对侧的风箱10上壁22上开启的可控阀门23被吸入对侧风箱10中，并从对侧风箱10经风道7快速流向该侧风箱10中，气流(入)30驱动位于风道7中的叶轮8旋转，叶轮8转轴直接或经传动机构带动永磁转子11在发电机定子电枢12内(或外)旋转，其中内永磁转子型发电机如图5所示，外永磁转子型发电机如图6所示，发电机9所发电能经全功率变流器与船舶电网连接。
实施例三
本实施例提供的船舶波浪发电减摇装置包括船舶波浪发电机构和为船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，船侧受波施力机构包括与船舶舭部活动连接的能量转换动壁3，能量转换动壁3可在波浪力作用下产生机械运动，该船舶波浪发电机构在能量转换动壁3的带动下产生电能。
该船舶波浪发电机构包括运动磁棒发电装置1和风箱风道发电装置2。
其中，运动磁棒发电装置1包括磁棒4、螺线管5和施力臂6；磁棒4为条形电磁铁或永磁体，其一端通过施力臂6固定于能量转换动壁3的顶部，其另一端朝向螺线管5，并在施力臂6带动下往复穿设于螺线管5；螺线管5由金属导线绕组构成；施力臂6位于能量转换动壁3顶部与能量转换动壁3固定连接为一体。本实施例三的运动磁棒发电装置1与实施例一的技术方案相同，其工作原理可参见实施例一。
其中，风箱风道发电装置2位于运动磁棒发电装置1的下方，风箱风道发电装置2包括风箱10、风道7、叶轮8和发电机9；风箱10位于船体13两边且介于能量转换动壁3与船体13之间，风箱10的顶部通过可折叠的上壁22连接于能量转换动壁3与船体13之间，同时在上壁22上设有用于通过气流的可控阀门23，在风箱10的上壁22的上方在能量转换动壁3与船体13之间固定连接有弹性部件17，风道7横向贯穿于船体13内且其两端分别连接于风箱10的风门16，叶轮8安装于风道7内且与发电机9转子连接，风箱10的外壁与能量转换动壁3相贴附而可在能量转换动壁3的带动下产生流经风道7的气流，气流可作用于叶轮8，使叶轮8旋转，带动发电机9发电。实施例三的风箱风道发电装置2与实施例二的技术方案相同，其工作原理可参见实施例二。
此外，该船舶波浪发电减摇装置还包括用于控制船舶波浪发电机构及船侧受波施力机构的计算机自动控制系统。
该计算机自动控制系统根据波浪力作用方向、大小控制船舶两侧进入工作状态的船舶波浪发电机构和能量转换动壁3的数量；控制磁棒4(磁棒4为电磁铁时)励磁电流的大小；控制可控阀门23适时关闭、开启等。
本实用新型还提供一种波浪发电系统，包括上述实施例中的船舶波浪发电减摇装置。
船舶波浪发电减摇装置可以连排固定设置于海岸线上，一侧朝向波浪涌来的大海，以岸基水工建筑物替代相应的船体，背向大海的一侧可适当简化。
船舶波浪发电减摇装置也可以连排以海上浮体形式设置于近海，其底部牵系或锚泊固定于海床，通过海底电缆向岸基、岛屿或灯塔输电。
综上所述，本实用新型在设计以船体上的部件作为吸收波浪能产生可用于发电的机械能的受波施力装置时，借鉴本发明人的在前专利“船舶减摇装置”(专利号：ZL201320278249.X)所涉及的侧壁，改装为与其在综合构架和有益效果等方面有明显区别、匹配船舶波浪发电机构的能量转换动壁，其主要改进部分包括：(1)能量转换动壁上端的施力臂与运动磁棒发电装置的磁棒的一端固定连接，带动磁棒穿入、穿出螺线管，其主要效果是发电；(2)能量转换动壁内侧贴附于风箱风道发电装置的风箱外壁，风箱上壁有可控阀门，内通风道，风道中气流可驱动叶轮、带动发电机转子，能量转换动壁机械运动挤压风箱的有益效果也是发电。
更全面、重点地分析，本实用新型要解决的主要技术问题、使用的主要技术手段和达到的主要有益效果与本发明人的在前专利“船舶减摇装置”(专利号：ZL201320278249.X)相比有显著的发展和不同，主要体现在船舶波浪发电：本人的前专利“船舶减摇装置”(专利号：ZL201320278249.X)无论从各方面讲，均与发电完全无关；而本实用新型要解决的主要技术问题是船舶在大海航行中利用波浪能发电，本实用新型所使用的主要技术手段是提供船舶波浪发电机构(包括运动磁棒发电装置和/或风箱风道发电装置)和为船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，达到的主要有益效果为将波浪能转化为电能，波浪发电以向船舶供电。
在本实用新型中为了在周期性波浪力退却后能量转换动壁及时外旋复位且不为此消耗额外能源，当能量转换动壁在波浪力作用下向内转动时波浪能被船舶波浪发电减摇装置转化为电能的同时，一部分波浪能被转化为弹力势能暂蓄于发生形变的弹性部件—本实施例中为圆柱螺旋压缩弹簧；关于波浪能被转化为电能和弹力势能两者的比例，由于可以将圆柱螺旋压缩弹簧的设计强度、刚度在可能范围内取低值，只要满足其受载时具有的弹力势能达到一个阈值，即在周期性波浪力作用退却瞬间其可推动能量转换动壁外转复位即可，而不需要在船舶发电减摇装置设计中将过高比例的波浪能转化为弹力势能。
运动磁棒发电装置，根据法拉第定律闭合电路中磁通量变化产生感应电动势，磁棒往复穿入穿出所述螺线管时产生的感应电动势通过接线端子引出至回路中产生电流，所发电量与螺线管金属导线绕组多少及磁棒物理参数，如电磁铁励磁电流的大小等相关。同时，根据楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，磁棒穿入穿出螺线管时将受到一定的斥力，这个斥力的大小在必要时可以根据海况、能量转换动壁转动状况有所调节，比如调节磁棒励磁电流的大小等，以利于(不妨碍)能量转换动壁随波浪周期正常反复机械运动，维持船舶发电减摇装置持续发电、减摇；比如，在波浪力作用下能量转换动壁向内转动—磁棒穿入螺线管过程中磁棒受到的斥力的大小应该是其与弹性部件同时受到的压缩力适当叠加后通过施力臂传递给能量转换动壁时，能量转换动壁既继续向内转动—维持磁棒继续穿入螺线管(发电)，又使能量转换动壁在波浪力作用下向内转动过程中保持对波浪力的有效缓冲(减摇)。
风箱风道发电装置的机制为：在波浪力作用下能量转换动壁向内转动挤压同侧风箱，由于该侧风箱的可控阀门已适时关闭而对侧风箱的可控阀门正适时开启，该侧风箱内压缩气体经风道快速流向对侧风箱(从其开启的可控阀门排出)，驱动位于风道中的叶轮旋转，带动发电机发电；在周期性波浪力退却后弹性部件受载时具有的弹力势能释放而推动该侧能量转换动壁向外旋转，该侧风箱内为负压，在大气压力下空气经由对侧通气孔、对侧开启的可控阀门、对侧风箱，通过风道快速流向该侧风箱，驱动风道中的叶轮旋转，带动发电机发电；而且大气压力快速从对侧传入该侧风箱也有利于与该侧所述风箱外壁相贴附的该侧能量转换动壁向外旋转以及磁棒从螺线管穿出，有利于运动磁棒发电装置发电。
周知，世界上波浪发电装置各有优缺点，但共同面对着两个问题：波浪能转换成电能的中间环节多而效率低，及海水腐蚀。本实用新型运动磁棒发电装置和风箱风道发电装置结构简单，在波浪力作用下能量转换动壁可直接推动磁棒穿通螺线管，也可挤压风箱产生气流驱动叶轮旋转，从而发电，中间环节不多；而且，在能量转换动壁与船体之间上方为甲板、挡雨板及遮浪帘所遮蔽，有利于防护其主要设备免于海水的侵蚀。
本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种船舶波浪发电减摇装置，包括船舶波浪发电机构和为所述船舶波浪发电机构提供动力的船侧受波施力机构，其特征在于：所述船舶波浪发电机构包括运动磁棒发电装置(1)和/或风箱风道发电装置(2)，所述船侧受波施力机构包括将波浪能传递给所述船舶波浪发电机构用以发电的能量转换动壁(3)；所述运动磁棒发电装置(1)和/或所述风箱风道发电装置(2)在所述能量转换动壁(3)受波浪力作用产生的机械运动的带动下发电，同时船舶减摇。 
2.根据权利要求1所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述运动磁棒发电装置(1)包括磁棒(4)、螺线管(5)和施力臂(6)；所述磁棒(4)为条形电磁铁或永磁体，其一端通过所述施力臂(6)固定于所述能量转换动壁(3)的顶部，另一端朝向所述螺线管(5)，并在所述能量转换动壁(3)带动下往复穿设于所述螺线管(5)；所述螺线管(5)由金属导线绕组构成；所述施力臂(6)位于所述能量转换动壁(3)顶部与所述能量转换动壁(3)固定连接为一体。 
3.根据权利要求1所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述风箱风道发电装置(2)包括风箱(10)、风道(7)、叶轮(8)和发电机(9)，所述风箱(10)位于船体(13)两边且介于所述能量转换动壁(3)与所述船体(13)之间，所述风箱(10)的顶部通过可折叠的上壁(22)连接于所述能量转换动壁(3)与所述船体(13)之间，所述上壁(22)上设有用于通过气流的可控阀门(23)，在所述能量转换动壁(3)与所述船体(13)之间亦固定连接有弹性部件(17)，所述风道(7)横向贯穿于所述船体(13)且其两端分别连接于所述风箱(10)的风门(16)，所述叶轮(8)安装于所述风道(7)内与所述发电机(9)转子连接，所述风箱(10)的外壁与所述能量转换动壁(3)相贴附而可在所述能量转换动壁(3)的带动下产生流经所述风道(7)的气流，气流可作用于所述叶轮(8)使所述叶轮(8)旋转，带动所 述发电机(9)发电。 
4.根据权利要求2所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述能量转换动壁(3)位于船舶的两侧，且在所述能量转换动壁(3)与船体(13)之间固定连接有弹性部件(17)，所述能量转换动壁(3)通过转轴(18)与船舶舭部活动连接，其外侧设有框架(24)；所述能量转换动壁(3)顶部通过所述施力臂(6)与所述运动磁棒发电装置(1)的所述磁棒(4)的一端固定连接，和/或者所述能量转换动壁(3)内侧与所述风箱风道发电装置(2)的所述风箱(10)外壁相贴附。 
5.根据权利要求4所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述弹性部件(17)套设于所述磁棒(4)，用于沿所述磁棒(4)的轴向发生弹性形变；所述弹性部件(17)外套设有导套(20)，所述导套(20)的下方沿所述磁棒(4)的轴向设有用于容纳所述施力臂(6)的导套缺口(21)。 
6.根据权利要求4所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述螺线管(5)位于船体(13)内，并通过导向支架(19)与所述弹性部件(17)连接，所述导向支架(19)用于引导所述磁棒(4)往复穿设于所述螺线管(5)。 
7.根据权利要求3所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：所述发电机(9)包括永磁转子(11)和与永磁转子(11)对应设置的定子电枢(12)，所述永磁转子(11)与所述叶轮(8)连接。 
8.根据权利要求1-3、5-7中任一项所述的船舶波浪发电减摇装置，其特征在于：还包括用于控制所述船舶波浪发电机构及所述船侧受波施力机构的计算机自动控制系统。 
9.一种波浪发电系统，包括如权利要求1-8中任一项所述的船舶波浪发电减摇装置。 
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