CN212958935U - 一种海浪能量采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海浪能量采集装置，该装置包括机架和安装在机架上的两个单向传动轮、与单向传动轮传动的第一回转轴、与第一回转轴传动的第二回转轴，在第一回转轴处安装有由涡卷弹簧及弹簧盒组成的能量采集单元，第二回转轴上止转装配有第二齿轮，第二齿轮与弹簧盒的外齿啮合传动，以在弹簧盒转动时带动第二回转轴转动；第二回转轴能够与发电机传动连接，从而带动发电机发电。本实用新型通过齿条、齿轮组、第一回转轴及第二回转轴的传动链，使海浪能量以明确的形式进行收集，装置在整个工作运行后趋于稳定，通过第二回转轴输出的能量不再是杂乱、无规律、难以控制的，极大的提高了对于海浪能量收集的效率，解决了现有能量采集装置稳定性差的问题。

Description

一种海浪能量采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种海浪能量采集装置。

背景技术

波浪能作为近年来兴起的一种可再生能源，具有巨大的潜力，且其开发过程对于环境的影响很小，是最理想的海洋能。但海浪能的开发与采集依然存在着许多难以攻克的难关，其稳定性差，且受地形影响，捕获地点受限，利用率低，还没有被大范围地利用及推广，因此对于设计更加可靠、稳定收集海浪能波动所产生的能量装置是十分迫切。

目前海浪能的利用途径有多种，有全部用于发电站发电，也有用于海上中小型特殊设备的供电，也可以作为一种辅助供电方式存在。不同的使用方式决定了海浪能捕获装置的体积、材料等的不同，但都以如何将海浪能转化为稳定的机械能为主要课题。

授权公告号CN105846643B的专利文件中提出了一种电磁式能量振动采集器，该采集器主要由球形外壳、方型内框架组成架构，里面包含储能器、电磁式能量自动采集杆和永磁铁这些主要器件。这个装置主要通过外界海浪振动导致永磁体的振动，而永磁体的往复振动会在线圈中产生感应电流，从而达到采集振动能量的目的。这项实用新型直接利用了海浪不稳定的振动驱使永磁体进行运动，虽然简便，但明显存在采集能量稳定性差等弊端，对于后续的采集电处理阶段造成较大的压力，能量损耗也较大。

申请公布号CN105257478A的专利申请文件中提出了一种非稳态复合型海上漂浮能量捕获装置，该装置包括由主浮体和风能捕获板组成的支撑装置以及由副浮体、发电机、滚轮、拉绳和重物组成的发电的装置。在海浪运动时，主浮体和副浮体发生倾斜或振动，使重物和滚轮产生相对运动，重物和拉绳的作用带动滚轮作旋转运动。这种能量收集装置稳定性较差，对于海浪环境的适应力较差，且装置结构和体积决定了其不适于中小型特殊设备的供电，若用作发电机发电也不合理，其适用范围以及定位都不够清晰。

综上，现有的在采集海洋能的能量采集装置或多或少都存在这稳定性差的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种海浪能量采集装置，以解决现有能量采集装置稳定性差的问题。

为实现上述目的，本实用新型中的海浪能量采集装置采用如下技术方案：

一种海浪能量采集装置，包括：

机架；

齿条，沿上下方向活动设置在机架上，齿条的底部设置有漂浮体，漂浮体在受到浮力时能够向齿条提供带动齿条向上运动的作用力；

齿条适配齿轮，转动设置在机架上，所述齿条适配齿轮有两个，以上下间隔的方式布置，各齿条适配齿轮均能与所述齿条啮合传动；

单向传动轮，转动设置在机架上，所述单向传动轮有两个，以上下间隔的方式布置在两齿条适配齿轮之间，单向传动轮分别与对应侧的齿条适配齿轮传动连接，当齿条适配齿轮转动时能够带动对应的单向传动轮转动；靠上的单向传动轮与靠下的单向传动轮的设定转动方向相反；各单向传动轮处设置有限制转动方向的棘齿棘轮机构；

第一回转轴，转动设置在机架上，其上止转装配有第一齿轮，第一齿轮同时与两单向传动轮啮合传动，以在单向传动轮转动时带动第一回转轴转动；

能量采集单元，包括缠绕在第一回转轴上的涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端与第一回转轴连接以在第一回转轴转动时能够带动涡卷弹簧弯曲蓄能，能量采集单元还包括弹簧盒，弹簧盒的内壁面与涡卷弹簧的另一端连接，弹簧盒的外周面设置外齿；

第二回转轴，转动设置在机架上，其上止转装配有第二齿轮，第二齿轮与弹簧盒的外齿啮合传动，以在弹簧盒转动时带动第二回转轴转动；第二回转轴能够与发电机传动连接，以在第二回转轴转动时带动发电机工作发电。

进一步的，海浪能量采集装置还包括限制齿条运动行程的行程限制机构；所述行程限制机构包括第一滑块和第二滑块，第一滑块与齿条靠下的部位固定连接，第二滑块沿上下方向导向设置在机架上，在第一滑块与第二滑块之间设置有剪叉，第一滑块能够随齿条运动，当第一滑块运动时剪叉能够伸长或收缩，剪叉收缩至极限位置时齿条不能再移动。

进一步的，海浪能量采集装置还包括限制第一回转轴反转的防反转机构；防反转机构包括与第一回转轴止转装配的防反转棘轮，还包括固定设置在机架上的防反转棘齿。

进一步的，在弹簧盒与第二齿轮之间设置有过渡齿轮，过渡齿轮分别与齿轮盒的外齿及第二齿轮啮合传动。

进一步的，海浪能量采集装置还包括离心式调速器，离心式调速器与第二回转轴传动连接以限制第二回转轴的转速。

进一步的，离心式调速器为飞球调速器。

有益效果在于：海浪通过浮子带动齿条上下运动，齿条向上或向下运动时会带动任一个单向传动轮转动，单向传动轮与第一回转轴转动，第一回转轴又带动第二回转轴转动，第二回转轴带动发电机工作，实现了将海浪能转变为电能，通过齿条、齿轮组、第一回转轴及第二回转轴的传动链，使海浪能量以明确的形式进行收集，装置在整个工作运行后趋于稳定，通过第二回转轴输出的能量不再是杂乱、无规律、难以控制的，极大的提高了对于海浪能量收集的效率。另外，本装置对于发电结构的要求降低，使采集海浪能的过程变得简便且易于利用，对于各种不同的海浪环境均具有较强的适应性，适用于各样的海浪发电环境。

附图说明

图1为本实用新型中海浪能量采集装置实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型中海浪能量采集装置实施例1的局部立体示意图；

图3为图1中行程限制机构的结构示意图；

图4为图1中齿条部分的结构示意图；

图5为图1中单向传动轮处棘齿棘轮机构的结构示意图；

图6为图1中第一回转轴部分的结构示意图；

图7为图1中离心式调速器部分的结构示意图；

图中：

10-机架；11-齿条；12-第一齿条适配齿轮；13-第二齿条适配齿轮；

14-第一单向传动轮；141-第一传动轮；15-第二单向传动轮；

151-第二传动轮；152-棘齿；153-内部啮合齿；16-第一齿轮；17-过渡齿轮；

18-调速器配合齿轮；19-飞球调速器；191-飞球；192-斜杠游丝；

193-调速弹簧；194-飞盘；21-第一滑块；22-剪叉；23-第二滑块；24-弹簧盒；

241-外齿；25-防反转棘轮；26-防反转棘齿；30-第一回转轴；40-第二回转轴；

41-第二齿轮。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型中海浪能量采集装置的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型中海浪能量采集装置的实施例1：本实用新型中的海浪能量采集装置能够将海浪能(潮汐能)转换成机械能，并机械能转换为电能，如图1及图 2所示，海浪能量采集装置包括机架10，机架10采用防腐蚀性材料，且利用了电化学防腐蚀原理，有效的防止了海水的腐蚀，减少维护成本。另外，机架10 可以直接或间接固定在海中，控制整个装置在一定范围内活动，避免了因为海浪过大使装置位置漂浮不定，影响电力的收集以及装置的回收。

在机架10上沿着上下方向导向装配有一个一字型的齿条11，海浪能量采集装置在工作时，齿条11的长度方向与上下方向平行，即齿条11能够在上下方向上动作。在齿条11的底部固定设置有一个作为漂浮体的浮子，浮子在使用时沉在海水中，浮子受到海水的带来的浮力，进而带动齿条11上升。当海浪起伏时会对应带动浮子上升或下降，进而对应带动齿条11向上或向下运动。

如图3及图4所示，在海浪能量采集装置中还设置有限制齿条11运动行程且使齿条11按照准确运动轨迹运动的行程限制机构，具体来讲，行程限制机构包括第一滑块21、第二滑块23和连接在两滑块之间的剪叉22。其中的第一滑块 21沿着上下方向导向设置在机架10上，第二滑块23与齿条11靠下的部位固定连接，在齿条11运动时能够带动第一滑块21相对于第二滑块23运动。

当剪叉22被拉伸至最大长度时对应的是齿条11向下运动的最大行程，当剪叉22被压缩至最小长度时对应的是齿条11向上运动的最大行程，同时由于第一滑块21、第二滑块23在左右方向上位置不可调，从而也能限制齿条11仅在上下方向运动。在其他实施例中，第一滑块21也可以固定在机架10上，处于不能移动的状态，而第二滑块23能够相对于第一滑块21移动；或者在机架10上设置有沿上下方向延伸的导轨，齿条11直接导向装配在导轨上，沿着导轨移动，同时导轨的长度也限制了齿条11的运动行程。

在机架10上还设置有两个齿条11适配齿轮，分别为大小、结构相同的第一齿条适配齿轮12和第二齿条适配齿轮13，第一齿条适配齿轮12和第二齿条适配齿轮13以上下间隔的方式布置，并且同时与齿条11啮合传动，当齿条11向上或向下运动时会带动两齿条11适配齿轮同步转动。

在两齿条11适配齿轮之间的间隔布置，同样以上下间隔的方式布置有两个单向传动轮，分别为第一单向传动轮14和第二单向传动轮15，即在机架10上回转装配有与第一单向传动轮14配合的回转轴，回转轴的回转轴线与齿条11 运动方向垂直，回转轴上止转装配有第一传动轮141，第一传动轮141与第一齿条适配齿轮12啮合传动。第二单向传动轮15也相同，所在的回转轴上也止转装配有第二传动轮151。

两单向传动轮所在的回转轴上还安装有棘齿棘轮机构，以第二单向传动轮 15为例，如图5所示，第二单向传动轮15在回转轴上安装且能够相对于回转轴转动，第二单向传动轮15具有与棘齿152啮合的内部啮合齿153，即第二单向传动轮15转动时会带动其上的棘齿152转动，棘齿152会带动第二单向传动轮 15绕特定方向转动。

第二单向传动轮15处的棘齿的伸展方向与第一单向传动轮14处的棘齿伸展方向不同，从而使第一单向传动轮14与第二单向传动轮15的设定转动方向相反，即齿条11向下运动时，第一单向传动轮14转动，第二单向传动轮15空转。齿条11向上运动时，第一单向传动轮14空转，第二单向传动轮15转动，即在齿条11运动时会始终带着一个单向传动轮转动。

如图6所示，在两单向传动轮之间布置有第一回转轴30，第一回转轴30的回转轴线与齿条11运动方向垂直，沿着水平方向延伸。在第一回转轴30上止转装配有第一齿轮16，第一齿轮16同时与第一单向传动轮14及第二单向传动轮 15啮合传动，即无论齿条11是上升或是下降，均能够通过任一单向传动轮与第一齿轮16啮合传动，使第一回转轴30绕特定且唯一方向转动。

第一回转轴30上还设置有能量采集单元，能量采集单元包括缠绕在第一回转轴30上的涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端与第一回转轴30连接，在第一回转轴 30转动时能够带动涡卷弹簧弯曲蓄能，将第一回转轴30的机械能转变成涡卷弹簧的弹性势能。能量采集单元还包括用于容纳涡卷弹簧的圆饼状的弹簧盒24，弹簧盒24的内避免与涡卷弹簧的另一端连接，并且在弹簧盒24的外周面还设置有外齿241，在涡卷弹簧随第一回转轴30转动时能够带动弹簧盒24转动。

在第一回转轴30的下方，于机架10上转动设置有与第一回转轴30平行的第二回转轴40，第二回转轴40上止转装配有第二齿轮41，在第二齿轮41与弹簧盒24之间设置有过渡齿轮17，过渡齿轮17同时与弹簧盒24上外齿241以及第二齿轮41啮合传动，第二齿轮41带动第二回转轴40转动，第二回转轴40 与发电机连接时能够实现发电机工作发电，进而将机械能转变成了电能。

经实验证明，涡卷弹簧如果储存过多的弹性势能会发生反转的现象，容易造成能量的损失和装置的破坏，所以本实用新型中在第一回转轴30处设置有防反转机构，防反转机构包括与第一回转轴30止转装配的防反转棘轮25，以及与机架10相固定的防反转棘齿26，防反转棘齿26限制了防反转棘轮25的转动方向，进而避免了第一回转轴30反转。

如图7所示，为了限制第二回转轴40的转速，本实用新型中的海浪能量采集装置还设置有离心式调速器，具体来讲为现有常用的飞球调速器19。它主要由主轴、飞球191、斜杠游丝192、调速弹簧193以及飞盘194组成。第二回转轴40上止转装配有调速器配合齿轮18，飞球调速器19中的斜杠游丝192与调速器配合齿轮18线连接，飞球调速器19的主轴是两端留有余地的轴，主轴在转动时能通过调速弹簧193的作用可以小幅度的左右移动，主轴上安装有三个在周向间隔布置的弹簧片，各弹簧片的延伸方向与主轴的轴向平行，每个弹簧片上各装有一个飞球191。当调速器配合齿轮18的速度过快时，也会带动斜杠游丝192 导致其转动过快，因此在主轴上的飞球191就会因旋转速度变快导致的离心力而压缩调速弹簧193，减慢调速器配合齿轮18的速度，当调速器配合齿轮18处于正常运动状态时，调速弹簧193不再继续压缩。

本实用新型中的海浪能量采集装置在使用时，海浪通过浮子带动齿条11上下运动，齿条11向上或向下运动时会带动任一个单向传动轮转动，单向传动轮与第一回转轴30转动，第一回转轴30又带动第二回转轴40转动，第二回转轴 40带动发电机工作，实现了将海浪能转变为电能，实现了能量的采集。

当然，本实用新型中的海浪能量采集装置并不局限于上述实施例1提供的技术方案，还可以采用以下实施例提供的技术方案。

本实用新型中海浪能量采集装置的实施例2：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，弹簧盒的外齿可以直接与第二回转轴上的第二齿轮啮合传动，两者之间不再设置有过渡齿轮。

本实用新型中海浪能量采集装置的实施例3：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，离心式调速器可以采用飞轮调速器，或者第二回转轴处不再设置有限制其转速的离心式调速器。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡是在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海浪能量采集装置，其特征在于，包括：

机架；

齿条，沿上下方向活动设置在机架上，齿条的底部设置有漂浮体，漂浮体在受到浮力时能够向齿条提供带动齿条向上运动的作用力；

齿条适配齿轮，转动设置在机架上，所述齿条适配齿轮有两个，以上下间隔的方式布置，各齿条适配齿轮均能与所述齿条啮合传动；

单向传动轮，转动设置在机架上，所述单向传动轮有两个，以上下间隔的方式布置在两齿条适配齿轮之间，单向传动轮分别与对应侧的齿条适配齿轮传动连接，当齿条适配齿轮转动时能够带动对应的单向传动轮转动；靠上的单向传动轮与靠下的单向传动轮的设定转动方向相反；各单向传动轮处设置有限制转动方向的棘齿棘轮机构。

2.根据权利要求1所述的海浪能量采集装置，其特征在于，所述的海浪能量采集装置还包括：

第一回转轴，转动设置在机架上，其上止转装配有第一齿轮，第一齿轮同时与两单向传动轮啮合传动，以在单向传动轮转动时带动第一回转轴转动；

能量采集单元，包括缠绕在第一回转轴上的涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端与第一回转轴连接以在第一回转轴转动时能够带动涡卷弹簧弯曲蓄能，能量采集单元还包括弹簧盒，弹簧盒的内壁面与涡卷弹簧的另一端连接，弹簧盒的外周面设置外齿；

第二回转轴，转动设置在机架上，其上止转装配有第二齿轮，第二齿轮与弹簧盒的外齿啮合传动，以在弹簧盒转动时带动第二回转轴转动；第二回转轴能够与发电机传动连接，以在第二回转轴转动时带动发电机工作发电；在弹簧盒与第二齿轮之间设置有过渡齿轮。

3.根据权利要求1所述的海浪能量采集装置，其特征在于，海浪能量采集装置还包括限制齿条运动行程的行程限制机构；所述行程限制机构包括第一滑块和第二滑块，第一滑块与齿条靠下的部位固定连接，第二滑块沿上下方向导向设置在机架上，在第一滑块与第二滑块之间设置有剪叉，第一滑块能够随齿条运动，当第一滑块运动时剪叉能够伸长或收缩，剪叉收缩至极限位置时齿条不能再移动。

4.根据权利要求1或2所述的海浪能量采集装置，其特征在于，海浪能量采集装置还包括限制第一回转轴反转的防反转机构；防反转机构包括与第一回转轴止转装配的防反转棘轮，还包括固定设置在机架上的防反转棘齿。

5.根据权利要求2所述的海浪能量采集装置，其特征在于，过渡齿轮分别与齿轮盒的外齿及第二齿轮啮合传动，海浪通过浮子带动齿条上下运动，齿条向上或向下运动时会带动任一单向传动轮转动。

6.根据权利要求1或2所述的海浪能量采集装置，其特征在于，海浪能量采集装置还包括离心式调速器，离心式调速器与第二回转轴传动连接以限制第二回转轴的转速。

7.根据权利要求6所述的海浪能量采集装置，其特征在于，离心式调速器为飞球调速器。

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