CN210371007U - 基于单摆波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单摆波浪能发电装置，包括：摆动装置，其通过传动装置与发电装置连接，所述基于单摆波浪能发电装置设置在浮体上，所述浮体随着波浪运动而发生升沉和摇晃，将波浪的能量吸收转化为浮体的动能和势能，把浮体作为摆动装置中单摆的基座，浮体在波浪作用下的运动就成了单摆的激励源；单摆将浮体的动能和势能转化为机械能，传动装置将单摆双向摆动机械能传至发电装置，发电装置将传动过来的机械能转化为电能。本实用新型不仅提高了发电效率，而且结构设计使得发电装置远离海面，避免发电装置的防腐蚀性，提高了安全性和可靠性。

Description

基于单摆波浪能发电装置

技术领域

本实用新型属于新能源开发利用技术领域，特别涉及一种基于单摆波浪能发电装置。

背景技术

近些年来，能源问题越来越突出，每个国家更是在海洋的领土主权上分毫必争，我国与其他海洋邻国也出现过不少争端事件，其中主要原因之一就是对海洋能源和资源的争夺。我国拥有长达18000多千米的大陆海岸线，大大小小岛屿也有6500多个，海岛的海岸线也有近14000多千米，海域面积470多万平方千米，海洋能源非常丰富，储量达5亿多千瓦。开发和利用我国的海洋能源和资源，减小对传统化石能源的依赖，能够在一定程度上缓解能源问题。同时海洋能还是一种绿色可再生能源，对环境的影响小，具有广阔的发展前景。

波浪能转化为电能实质是将波浪的水动量转化为机械相对运动，进而带动发电机发电的一个过程。如何在转化过程中避免能量损失是核心。因为实际波浪中并非是理论上的水分子上下运动，而是作椭圆形轨迹的运动，所以很多基于单纯运动的波浪能发电装置并不能发挥出理论的发电效率。

传统的单摆波浪能发电装置只利用一个方向的转动发电，发电效率低下，能量利用率不高；专利CN102297068A提出了一种二维方向上捕获波浪能并利用平面发电机发电的波浪能发电装置，但系统结构复杂，维护困难。

由于波浪具有稳定性差，频率低，破坏性强的特点，使得波浪能发电装置效率低，可靠性差，制约了波浪能的广泛应用。而波浪能向电能的转换通常包括三个阶段，第一阶段是借助波浪能转换装置将波浪能转换为机械能，第二阶段是利用传动装置将机械能传递，第三阶段是利用发电机将机械能转化为电能。波浪能传动装置效率的高低很大程度上决定了波浪能发电效率的高低，因此，波浪能传动装置的设计是波浪能发电技术的一个核心问题。

实用新型内容

为了克服上述背景技术中提及的现有波浪能发电装置存在的问题，而提供的一种基于单摆波浪能发电装置，安全可靠，维护成本低。本实用新型采用的技术手段如下：

一种基于单摆波浪能发电装置，包括：摆动装置，其通过传动装置与发电装置连接；

所述传动装置包括输入轴；

所述输入轴上设有至少一个棘轮机构组，所述棘轮机构组包括单向旋转方向相反的第一棘轮机构和第二棘轮机构；

所述第一棘轮机构包括随所述输入轴旋转的第一棘轮和至少一个第一棘爪，所述第一棘爪通过固定在第一一级从动齿轮端面上的第一飞轮与所述第一一级从动齿轮铰接，所述第一飞轮通过所述第一一级从动齿轮与所述输入轴旋转连接，所述第一一级从动齿轮与第一二级齿轮啮合；

所述第二棘轮机构包括随所述输入轴旋转的第二棘轮和至少一个第二棘爪，所述第二棘爪通过固定在第二一级从动齿轮端面上的第二飞轮与所述第二一级从动齿轮铰接，所述第二飞轮通过所述第二一级从动齿轮与所述输入轴旋转连接，所述第二一级从动齿轮通过三级齿轮与所述第一二级齿轮同轴的第二二级齿轮啮合，所述第一二级齿轮和所述第二二级齿轮通过经其轴线的中间轴连接；

所述三级齿轮通过与其轴线同轴的输出轴与所述发电装置输入端连接。

所述摆动装置包括单摆和将所述单摆的摆动传递给所述输入轴旋转的单摆连杆。

所述第一棘爪设有将其紧贴所述第一棘轮齿面的第一弹簧；

所述第二棘爪设有将其紧贴所述第二棘轮齿面的第二弹簧。

当单摆顺时针转动时，单向旋转方向为逆时针的棘轮机构中的棘轮顺时针转动，对应的棘爪便插入棘轮的齿槽中，推动棘爪转过一个角度，对应的一级从动齿轮也跟着棘爪转动，此时单摆和上述一级从动齿轮转动方向相同；当单摆逆时针转动时，上述棘爪与上述棘轮的齿槽不啮合，棘爪沿着棘轮的齿背上滑动，故对应的一级从动齿轮静止不动。这样，一个棘轮就实现了一个方向的单项转动转递，将两个棘轮机构同时装配在和单摆固定的输入轴上，且两个棘轮机构的单向旋转方向相反，使得所述摆动装置和所述传动装置能够把单摆两个方向摆动转化为所述输出轴一个方向的转动输出。

所述基于单摆波浪能发电装置设置在浮体上。

所述浮体随着波浪运动而发生升沉和摇晃，将波浪的能量吸收转化为浮体的动能和势能，把浮体作为单摆的基座，浮体在波浪作用下的运动就成了单摆的激励源；单摆将浮体的动能和势能转化为机械能，传动装置将单摆双向摆动机械能传至发电装置，发电装置将传动过来的机械能转化为电能。

所述第一飞轮和所述第二飞轮为大质量飞轮，具有很大转动惯量，其作用如同一个能量存储器。当波浪运动处于间歇期时，浮体随波浪停止了运动，单摆不能继续给输入轴提供机械能，但是飞轮会由于惯性继续旋转，此时一级从动齿轮和棘轮系统不耦合，一级从动齿轮独立于棘轮转动，将存储在飞轮中的机械能传递给发电机发电。飞轮增强了机械能转化为电能时系统的连贯性和稳定性，输出电能也更稳定，换能效率也得到了提高。

所述第一一级从动齿轮和所述第二一级从动齿轮为大直径、大质量齿轮，所述传动装置设计五个齿轮用于机械能的传递。与棘轮、飞轮连接的是一级从动齿轮，由于从动齿轮和棘轮结构耦合，从动齿轮上的力矩和单摆输入轴上的力矩大小一样，所以从动齿轮设计为大直径和大质量的齿轮目的是增加飞轮的转动惯量以及减小一级从动齿轮和二级、三级齿轮耦合时齿上的压力，同时也提高了传动系统的传递力矩能力和寿命。

所述第一二级齿轮、所述第二二级齿轮和所述三级齿轮为小直径、小质量齿轮，一级从动齿轮特点是承受力矩大，转动速度小，发电机发电需要高转速，低力矩，所以二级、三级齿轮设计为小直径，小质量的齿轮，提高齿轮传动比来提高转速，降低力矩。

所述第一一级从动齿轮半径为R11、所述第二一级从动齿轮半径为R12，所述第一二级齿轮半径为R21，所述第二二级齿轮半径为R22以及所述三级齿轮直径为D3满足如下公式：R11+R21＝R12+R22+D3。

本实用新型不仅提高了发电效率，而且结构设计使得发电装置远离海面，避免发电装置的防腐蚀性，提高了安全性和可靠性。

本实用新型与现有波浪能发电装置相比，具有如下有益效果：

根据单摆的往复运动特性和浮体在波浪激励下的运动特点，将两者结合起来，充分利用了波浪运动过程中产生的机械能，波浪能的转换效率得到提高；

在传统单摆单向摆动发电的基础之上，设计出单摆双向摆动发电的装置，机械能的转换效率得到提高；装置换向采用棘轮机构，传动稳定且强度大，与其他采用换向齿轮的装置相比，能够承受更大扭矩和传递更大的力矩。

基于上述理由本实用新型可在新能源开发利用等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的具体实施方式中基于单摆波浪能发电装置的结构示意图。

图2是本实用新型的具体实施方式中传动装置的结构示意图。

图中，1、输入轴，2、第一棘轮，3、第一棘爪，4、第一一级从动齿轮，5、第二棘爪，6、第二棘轮，7、第二一级从动齿轮，8、三级齿轮，9、输出轴，10、第二二级齿轮，11、中间轴，12、第一二级齿轮，13、第一飞轮，14、第二飞轮。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，一种基于单摆波浪能发电装置，包括摆动装置，传动装置和发电装置，摆动装置通过传动装置与发电装置连接，所述传动装置包括输入轴1；所述输入轴1上设有至少一个棘轮机构组，所述棘轮机构组包括单向旋转方向相反的第一棘轮机构和第二棘轮机构；所述第一棘轮机构包括随所述输入轴1旋转的第一棘轮2和至少一个第一棘爪3，所述第一棘爪3通过固定在第一一级从动齿轮4端面上的第一飞轮13与所述第一一级从动齿轮4铰接，所述第一飞轮13通过所述第一一级从动齿轮4与所述输入轴1旋转连接，所述第一一级从动齿轮4与第一二级齿轮12啮合；所述第二棘轮机构包括随所述输入轴1旋转的第二棘轮6和至少一个第二棘爪5，所述第二棘爪5通过固定在第二一级从动齿轮7端面上的第二飞轮14与所述第二一级从动齿轮7铰接，所述第二飞轮14通过所述第二一级从动齿轮7与所述输入轴1旋转连接，所述第二一级从动齿轮7通过三级齿轮8与所述第一二级齿轮12同轴的第二二级齿轮10啮合，所述第一二级齿轮12和所述第二二级齿轮10通过经其轴线的中间轴11连接；所述三级齿轮8通过与其轴线同轴的输出轴9与所述发电装置输入端连接；所述摆动装置包括单摆和将所述单摆的摆动传递给所述输入轴1旋转的单摆连杆；所述第一棘爪3设有将其紧贴所述第一棘轮2齿面的第一弹簧；所述第二棘爪5设有将其紧贴所述第二棘轮6齿面的第二弹簧；所述基于单摆波浪能发电装置设置在浮体上；所述第一飞轮13和所述第二飞轮14为大质量飞轮；所述第一一级从动齿轮4和所述第二一级从动齿轮7为大直径、大质量齿轮；所述第一二级齿轮12、所述第二二级齿轮10和所述三级齿轮8为小直径、小质量齿轮；所述第一一级从动齿轮4半径为R11、所述第二一级从动齿轮7半径为R12，所述第一二级齿轮12半径为R21，所述第二二级齿轮10半径为R22以及所述三级齿轮8直径为D3满足如下公式：R11+R21＝R12+R22+D3。

当浮体随着波浪运动时，单摆也会随着浮体运动而摆动，将波浪能转化为机械能。机械能由单摆转递到输入轴1，当输入轴1顺时针转动时，第一棘轮2与第一一级从动齿轮4定向啮合，第一一级从动齿轮4顺时针转动，此时第二棘轮6与第二一级从动齿轮7不啮合，所以机械能由输入轴1传递到第一一级从动齿轮4，顺时针转动，再传递到第一二级齿轮12，逆时针转动，第一二级齿轮12和第二二级齿轮10由中间轴11连接，二者转向相同，第二二级齿轮10将机械能传递到三级齿轮8，顺时针转动，三级齿轮8与输出轴9连接，发电机顺时针转动发电；当输入轴1逆时针转动时，第二棘轮6与第二一级从动齿轮7定向啮合，第二一级从动齿轮7逆时针转动，此时第一棘轮2与第一一级从动齿轮4不啮合，所以机械能由输入轴1传递到第二一级从动齿轮7，逆时针转动，再传递到三级齿轮8，输出轴9顺时针转动，发电机顺时针转动发电。在机械能传动中，两套棘轮机构互相不影响各自单向传递机械能的过程，无论单摆的顺时针转动还是逆时针转动，都转化为输出轴9的顺时针转动，发电机轴和输出轴9连接，最后实现机械能向电能的转换。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于单摆波浪能发电装置，包括：摆动装置，其通过传动装置与发电装置连接，其特征在于：

所述传动装置包括输入轴；

所述输入轴上设有至少一个棘轮机构组，所述棘轮机构组包括单向旋转方向相反的第一棘轮机构和第二棘轮机构；

所述第一棘轮机构包括随所述输入轴旋转的第一棘轮和至少一个第一棘爪，所述第一棘爪通过固定在第一一级从动齿轮端面上的第一飞轮与所述第一一级从动齿轮铰接，所述第一飞轮通过所述第一一级从动齿轮与所述输入轴旋转连接，所述第一一级从动齿轮与第一二级齿轮啮合；

所述第二棘轮机构包括随所述输入轴旋转的第二棘轮和至少一个第二棘爪，所述第二棘爪通过固定在第二一级从动齿轮端面上的第二飞轮与所述第二一级从动齿轮铰接，所述第二飞轮通过所述第二一级从动齿轮与所述输入轴旋转连接，所述第二一级从动齿轮通过三级齿轮与所述第一二级齿轮同轴的第二二级齿轮啮合，所述第一二级齿轮和所述第二二级齿轮通过经其轴线的中间轴连接；

所述三级齿轮通过与其轴线同轴的输出轴与所述发电装置输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述摆动装置包括单摆和将所述单摆的摆动传递给所述输入轴旋转的单摆连杆。

3.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述第一棘爪设有将其紧贴所述第一棘轮齿面的第一弹簧；

所述第二棘爪设有将其紧贴所述第二棘轮齿面的第二弹簧。

4.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述基于单摆波浪能发电装置设置在浮体上。

5.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述第一飞轮和所述第二飞轮为大质量飞轮。

6.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述第一一级从动齿轮和所述第二一级从动齿轮为大直径、大质量齿轮。

7.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述第一二级齿轮、所述第二二级齿轮和所述三级齿轮为小直径、小质量齿轮。

8.根据权利要求1所述的基于单摆波浪能发电装置，其特征在于：所述第一一级从动齿轮半径为R11、所述第二一级从动齿轮半径为R12，所述第一二级齿轮半径为R21，所述第二二级齿轮半径为R22以及所述三级齿轮直径为D3满足如下公式：R11+R21＝R12+R22+D3。

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