CN210460939U - 海浪发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海浪发电机，包括浮筒、发电机、单向阻尼装置、变向装置和弹簧，单向阻尼装置包括负重块、导向杆、齿条和单向阀，在负重块上设有内凹的束水槽，导向杆可限位的插装在浮筒内，负重块由浮筒带动悬浮在海水里；变向装置包括同轴布置在机壳内的输入轴和输出轴，机壳安装在浮筒内，在输入轴上设有主动齿轮、第一棘轮机构和第二棘轮机构，在输出轴上设有第一从动齿轮和第二从动齿轮，主动齿轮与齿条啮合连接，各棘轮机构的旋向相反布置，第一棘轮机构与第一从动齿轮、第二棘轮机构与第二从动齿轮分别通过对应的齿轮啮合连接；弹簧套装在导向杆与浮筒之间，发电机输入轴与变向装置输出轴同轴固接。本实用新型能源利用率高、成本低。

Description

海浪发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，尤其涉及一种海浪发电机。

背景技术

浩瀚的大海，不仅蕴藏着丰富的矿产资源，更有真正意义上取之不尽，用之不竭的海洋能源。它既不同于海底所储存的煤、石油、天然气等海底能源资源，也不同于溶于水中的铀、镁、锂、重水等化学能源资源。它有自己独特的方式与形态，就是用潮汐、波浪、海流、温度差、盐度差等方式表达的动能、势能、热能、物理化学能等能源。直接地说就是潮汐能、海流能(包括潮流能)、波浪能、海水温差能和海水盐差能，其中潮汐能、海流能(包括潮流能)、波浪能为机械能(位能和动能)，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。究其成因，潮汐能和潮流能来源于月球和太阳对地球的万有引力变化，其他各种能都是太阳辐射产生的。在太阳系存在的年代中，是可再生的，取之不尽，用之不竭。

因此，海洋能源的开发、利用海浪发电，成为近年来的热点之一，如授权公开号为CN 203717224U的中国专利，公开的一种利用海浪起伏波动和涌动的能量发电的机械式海浪发电机；如授权公开号为CN 201608591U的中国专利公开的一种海浪发电机。上述海浪发电机虽然都可以实现把海浪的动能转化为电能的功能，但却存在以下问题：

1、浮体或通过钢丝绳或通过沉锚与海底连接，在深海区域将无法实现浮体的固定，限制了海浪发电机的使用范围。

2、现有海浪发电机的浮体漂浮在海面上，在浮体与海底之间只有钢丝绳，一般仅收集潮汐能或者海面上的海流能，海洋内部的海流波动无法通过钢丝绳作用在浮体上实现发电功能，导致海洋能源综合利用率较低。

3、现有海浪发电机一般是采用传动装置将潮汐能或者波浪能传递给发电机输入轴，但是发电机输入轴的转动方向不恒定，产生的电流需要整流装置整流，发电成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种使用范围广、海洋能源利用率较高、发电成本较低的海浪发电机。

本实用新型提供的这种海浪发电机，包括浮筒和固定在浮筒内的发电机，还包括单向阻尼装置、变向装置和弹簧，单向阻尼装置包括底部呈倒锥形的负重块和竖直固接在负重块上端中心的导向杆，在导向杆上固接有齿条，负重块下端段采用实心结构，在负重块上端设有内凹的束水槽，束水槽的体积不小于浮筒，在负重块的圆锥面上均布有若干与束水槽连通的单向阀，单向阀的导通方向是自负重块下方向束水槽内，导向杆可限位的插装在浮筒内，浮筒可沿导向杆上下移动，负重块由浮筒带动悬浮在海水里，

变向装置包括同轴布置在机壳内的输入轴和输出轴，机壳安装在浮筒内，在输入轴上设有主动齿轮、第一棘轮机构和第二棘轮机构，在输出轴上设有第一从动齿轮和第二从动齿轮，主动齿轮位于机壳外并与齿条啮合连接，各棘轮机构的旋向相反布置，第一棘轮机构与第一从动齿轮、第二棘轮机构与第二从动齿轮分别通过对应的齿轮啮合连接，

弹簧套装在导向杆与浮筒之间，

发电机的输入轴与变向装置的输出轴同轴固接。

为便于发电机和变向装置的安装，在浮筒内设有一垂直导向杆布置的支撑板，支撑板与浮筒内壁密封连接，在支撑板上密封连接有一隔离罩，发电机和机壳均安装隔离罩内的支撑板上，齿条伸入隔离罩与主动齿轮啮合连接。

为保证动能专递的稳定性，确保齿条齿轮在过载时得安全，在支撑板上设有一推动齿条与主动齿轮紧密啮合的顶紧装置。

顶紧装置包括导向座、滑块、滚轮和压缩弹簧，导向座固定在支撑板上，在导向座上设有垂直齿条直齿面布置的滑槽，滑块安装在滑槽上并可沿滑槽移动，滚轮可转动的安装在滑块上并与主动齿轮分居齿条两侧，压缩弹簧固定在滑块与导向座之间并通过滚轮推动齿条与主动齿轮紧密啮合。

为便于浮筒保持漂浮状态，所述浮筒包括上下焊接的上筒体和下筒体，支撑板焊接在上、下筒体之间，支撑板边缘与上筒体的内壁密封连接，隔离罩安装在支撑板上将上筒体隔离成一密闭的空腔。

本实用新型的单向阻尼装置由浮筒带动悬浮在海水里，不需要与海底连接，可以在浪区移动供电，使用范围更广；通过底部呈倒锥形的单向阻尼器与浮筒收集海水的波浪能，海洋能源综合利用率高，发电效果显著；浮筒随海浪运动，变向装置的输入轴反/正方向转动均带动输出轴向单一转动方向转动，实现变向装置将浮筒的运动调整为发电机输入轴的单转向运动，避免了不必要的能量消耗将更多的能量转化为电能输出，还省去发电机与电网之间的整流装置，由于本实用新型无需在海底建设基座，而且只要是有浪的海域都可以成为布置的场地，无需像那些固定在海岸边上固定式的发电机组，由于是密闭浮筒带动单向阻尼器，只要是浮筒不出问题装置就不会出现安全问题，综上本实用新型提高了海洋能源的利用率，降低了建设成本，提高了机械转化效率，提高了产品在海上抵御恶劣天气的能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中A-A处剖视结构示意图。

图3为图2中I处轴侧放大局部结构示意图。

图4为图3中B-B处局部剖视放大结构示意图。

图5为图4中C-C处剖视结构示意图。

图6为图4中D-D处局部剖视结构示意图。

图7为本实用新型中变向装置机壳内的轴侧结构示意图。

图中示出的标记及所对应的构件名称为：

1、浮筒；11、上筒体；12、下筒体；13、导向筒；14、支撑板；15、隔离罩；16、下限位板；111、圆台段；112、圆柱段；113、倒圆台段；

2、发电机；

3、单向阻尼装置；31、负重块；32、导向杆；33、齿条；34、上限位板； 35、束水槽；36、单向阀；

4、变向装置；401、机壳；402、输入轴；403、输出轴；404、主动齿轮； 405、第一棘轮机构；406、第二棘轮机构；407、第一从动齿轮；408、第二从动齿轮；409、第一传动轴；410、第二传动轴；411、第一转动齿轮；412、第二转动齿轮；

5、弹簧；

6、顶紧装置；61、导向座；62、滑块；63、滚轮、64、压缩弹簧；65、滑槽。

具体实施方式

从图1至图7可以看出，本实用新型这种海浪发电机，包括浮筒1、发电机 2、单向阻尼装置3、变向装置4和弹簧5，

浮筒1包括上筒体11、下筒体12、导向筒13、支撑板14和隔离罩15，上筒体11采用上端封口下端开口的中空结构，上筒体11包括由上至下依次布置的圆台段111、圆柱段112和倒圆台段113，下筒体12采用中空的倒圆锥状，隔离罩15密封焊在支撑板14上表面，支撑板14水平焊接在上筒体11底部且支撑板14边缘与上筒体11内壁采用密封连接，隔离罩15顶部通过密封圈与上筒体11内顶面密封连接，将上筒体11隔离成一密闭的空腔，下筒体12焊接在筒体11和支撑板14底部，导向筒13竖直焊接在下筒体12底部中心处，导向筒13顶部贯穿下筒体12与支撑板14底部对接，在导向筒13下端段内设有一下限位板16；

发电机2安装隔离罩15内侧的支撑板14上；

单向阻尼装置3包括负重块31、导向杆32、齿条33、上限位板34和六个单向阀36，负重块31底部呈倒锥形，在负重块下端段内填充有重型混凝土形成实心结构，导向杆32竖直固定在负重块31顶部中心处，齿条33竖直固定在导向杆32顶部中心处，上限位板34水平布置在导向杆32与齿条33之间，上限位板34的形状与导向筒13内壁相对应，在负重块31的上端面上设有内凹的束水槽35，束水槽35的体积不小于浮筒1内储存空气的体积，单向阀36均布在负重块31底部的圆锥面上，单向阀36上端与束水槽35连通、下端与负重块31 底部的海水连通，单向阀36的导通方向是自负重块下方向束水槽35内，导向杆32插装在导向筒13内，上限位板34位于下限位板16上方，浮筒1通过导向筒13沿导向杆32上下移动，负重块31由浮筒1带动悬浮在海水里，齿条33 穿过支撑板14置于隔离罩15内；

变向装置4包括机壳401、输入轴402、输出轴403、主动齿轮404、第一棘轮机构405、第二棘轮机构406、第一从动齿轮407、第二从动齿轮408、第一传动轴409、第二传动轴410、第一转动齿轮411和第二转动齿轮412，

机壳401安装隔离罩15内的支撑板14上，

输入轴402、输出轴403、第一传动轴409和第二传动轴410均可转动的安装在机壳401内，其中，输入轴402和输出轴403同轴水平布置；第一传动轴 409有四个并环绕输入轴402轴心布置，各第一传动轴409轴心平行于输入轴 402轴心；第二传动轴410布置在输入轴402和输出轴403之间，第二传动轴 410轴心垂直于输入轴402轴心；

主动齿轮404安装在输入轴402伸出机壳401的一端上，主动齿轮404与伸入隔离罩15内的齿条33啮合连接，输入轴402与主动齿轮404同步转动，

第一棘轮机构405和第二棘轮机构406都安装在输入轴402位于机壳401 内的一端上，第一棘轮机构405和第二棘轮机构406均采用内啮合棘轮机构并均由棘轮和棘爪组成，各棘爪均铰接在输入轴402上，第一棘轮机构405和第二棘轮机构406的棘轮旋向相反布置，在第一棘轮机构405的棘轮外圆周面上设有直齿，在第二棘轮机构406的棘轮外圆周面上设有锥齿，第一棘轮机构405 的外圆周面大于第二棘轮机构406的外圆周面，

第一从动齿轮407和第二从动齿轮408都安装在输出轴403位于机壳401 内的一端上，第一从动齿轮407采用与第一棘轮机构405外圆周面相对应的直齿轮，第二从动齿轮408采用与第二棘轮机构406外圆周面相对应的锥齿轮，

第一转动齿轮411有八个，第一转动齿轮411两两一组的固定在第一传动轴409两端并分别与第一棘轮机构405、第一从动齿轮407啮合连接，

第二转动齿轮412有两个并均为锥齿轮，各第二转动齿轮412均可转动的安装在第二传动轴410各端并啮合连接在第二棘轮机构406与第二从动齿轮408 之间，

输出轴403伸出机壳401的一端与发电机2的输入轴同轴固接，

弹簧5套装在导向杆32与导向筒13之间，弹簧5上端与上限位板34连接、下端与下限位板16连接。

从图2和图3可以看出，本实用新型还包括一推动齿条33与主动齿轮404 紧密啮合的顶紧装置6，顶紧装置6安装在支撑板14上并位于隔离罩15内，顶紧装置6包括导向座61、滑块62、滚轮63和压缩弹簧64，导向座61固定在支撑板14上并位于隔离罩15内，在导向座61上设有垂直齿条33正侧直齿面布置的滑槽65，滑块62安装在滑槽65上，滑块62可沿滑槽65位于齿条33背侧的一段水平移动，滚轮63可水平转动的安装在滑块62上，主动齿轮404与滚轮63对称布置在齿条33正、背两侧，压缩弹簧64固定在滑块62与导向座61 之间，压缩弹簧64通过滚轮63推动齿条33与主动齿轮404紧密啮合。

设输入轴402正转时，第一棘轮机构405的棘轮转动做功，第二棘轮机构 406的棘轮不做功；输入轴402反转时，第一棘轮机构405的棘轮不做功，第二棘轮机构406的棘轮转动做功，本实用新型在波峰时的发电过程如下：

1、当波峰来袭，浮筒1所产生的浮力急剧增加，带动下限位板16上升，下限位板16通过弹簧5将力传递给上限位板34，由于单向阻尼器3的阻碍作用，单靠弹簧5的推力及发电机2转递来的负载无法带动束水槽35内的海水和负重块31与浮筒1一起同速向上运动，浮筒1相对于单向阻尼器3上升，弹簧5被压缩；

2、此时，齿条33相对主动齿轮404下移，带动与主动齿轮404固接的输入轴402反向旋转，输入轴402带动第二棘轮机构406同步反转，第二棘轮机构406带动第二转动齿轮412同步旋转，第二转动齿轮412带动第二从动齿轮 408同步正转，第二从动齿轮408带动输出轴403同步正转，输出轴403带动发电机2的输入轴同步正转发电；在输出轴403正转的同时，第一从动齿轮407 会随之正转并通过第一转动齿轮411带动第一棘轮机构405正转，第一棘轮机构405正转相当于输入轴402以第一棘轮机构405为参照进行反转，第一棘轮机构405的棘轮不做功，对输入轴402反转无影响；

本实用新型在波谷时的发电过程如下：

1、波谷来袭，浮筒1所产生的浮力急剧减少，在浮力减小但大于整体在平静海面时所需要浮力时，弹簧5开始回弹，浮筒1相对于单向阻尼器3开始下降；当浮力远小于整体在平静海面时所需要浮力时，浮筒1提供不了单向阻尼器3所需要的浮力，单向阻尼器3开始下降；由于弹簧5继续回弹，浮筒1的下降速度比单向阻尼器5的速度更快，浮筒1相对于单向阻尼器3下降；

2、此时，齿条33相对主动齿轮404上移，带动与主动齿轮404固接的输入轴402正向旋转，输入轴402带动第一棘轮机构405同步正转，第一棘轮机构405带动第一转动齿轮411同步反转，第一转动齿轮411带动第一从动齿轮 407同步正转，第一从动齿轮407带动输出轴403同步正转，输出轴403带动发电机2的输入轴同步正转发电；在输出轴403正转的同时，第二从动齿轮408 会随之正转并通过第二转动齿轮412带动第二棘轮机构406反转，第二棘轮机构406反转相当于输入轴402以第二棘轮机构406为参照进行正转，第二棘轮机构406的棘轮不做功，对输入轴402正转无影响。

在本实用新型中，弹簧5的作用主要为：一、在压缩时短暂的对能量进行一个存储，然后回升在转化为机械能，进而再转化为电能；二、由于浮筒1底部为倒锥形结构，故浮力变化相对于圆筒要高很多，当波峰来袭浮力急剧增加，浮筒1相对于单向阻尼装置3上升距离加大，固定在导向杆32上的上限位板34 与固定在导向筒13内的下限位板16压缩弹簧，齿条33向下运动；当波谷来时，弹簧先是受力平衡然后由于浮力急剧下降，弹簧5伸长，推动上限位板34向上做功。

在本实用新型中，单向阀36的作用是在单向阻尼装置3下沉时能够打开，使束水槽35只具有单向束水的作用，即束水槽35向上运动束水、向下运动不束水，使齿条33在工作过程中能够有稳定的工作行程2.保持了在垂直方向上单向阻尼器3的运动距离能够控制在较为稳定区域。

在本实用新型中，负重块31下端段内采用填充重型混凝土的实心结构，在当浮筒1在波动过程中所提供给单向阻尼装置3的浮力低于在静海水中所需要的最低浮力要求时，单向阻尼装置3就会产生一个向下的合力，通过单向阀36 使海水顺利通过负重块31，减少海水对负重块31的阻力，以便达到更大的下降距离，从而控制整个装置的工作姿态，为单向阻尼器3下降时提供主要动力。

Claims (5)

1.一种海浪发电机，包括浮筒(1)和固定在浮筒内的发电机(2)，其特征在于：还包括单向阻尼装置(3)、变向装置(4)和弹簧(5)，

单向阻尼装置包括底部呈倒锥形的负重块(31)和竖直固接在负重块上端中心的导向杆(32)，在导向杆上固接有齿条(33)，负重块下端段采用实心结构，在负重块上端设有内凹的束水槽(35)，束水槽的体积不小于浮筒，在负重块的圆锥面上均布有若干与束水槽连通的单向阀(36)，单向阀的导通方向是自负重块下方向束水槽内，导向杆可限位的插装在浮筒内，浮筒可沿导向杆上下移动，负重块由浮筒带动悬浮在海水里，

变向装置包括同轴布置在机壳(401)内的输入轴(402)和输出轴(403)，机壳安装在浮筒内，在输入轴上设有主动齿轮(404)、第一棘轮机构(405)和第二棘轮机构(406)，在输出轴上设有第一从动齿轮(407)和第二从动齿轮(408)，主动齿轮位于机壳外并与齿条啮合连接，各棘轮机构的旋向相反布置，第一棘轮机构与第一从动齿轮、第二棘轮机构与第二从动齿轮分别通过对应的齿轮啮合连接，

弹簧套装在导向杆与浮筒之间，

发电机的输入轴与变向装置的输出轴同轴固接。

2.根据权利要求1所述的海浪发电机，其特征在于：在浮筒内设有一垂直导向杆布置的支撑板(15)，支撑板与浮筒内壁密封连接，在支撑板上密封连接有一隔离罩(16)，发电机和机壳均安装隔离罩内的支撑板上，齿条伸入隔离罩与主动齿轮啮合连接。

3.根据权利要求2所述的海浪发电机，其特征在于：在支撑板上设有一推动齿条与主动齿轮紧密啮合的顶紧装置(6)。

4.根据权利要求3所述的海浪发电机，其特征在于：顶紧装置包括导向座(61)、滑块(62)、滚轮(63)和压缩弹簧(64)，导向座固定在支撑板上，在导向座上设有垂直齿条直齿面布置的滑槽(65)，滑块安装在滑槽上并可沿滑槽移动，滚轮可转动的安装在滑块上并与主动齿轮分居齿条两侧，压缩弹簧固定在滑块与导向座之间并通过滚轮推动齿条与主动齿轮紧密啮合。

5.根据权利要求1所述的海浪发电机，其特征在于：所述浮筒包括上下焊接的上筒体(11)和下筒体(12)，支撑板焊接在上、下筒体之间，支撑板边缘与上筒体的内壁密封连接，隔离罩安装在支撑板上将上筒体隔离成一密闭的空腔。

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