TWI471484B - 波浪發電裝置 - Google Patents

Description

波浪發電裝置

本發明係利用水波浪的能量來發電的一種裝置。所屬的領域主要為機械的領域，並含小部分機電整合。基本上利用波浪帶動棍棒兩端浮筒的上下沉浮，使棍棒來回擺動，再經單向帶動機構將棍棒的擺動變為單一方向的轉動，再經和緩轉動系統將軸之轉速變得更均勻，再經齒輪加速系統來帶動發電機發電。

本發明有一部分先前技術來源為，避震器阻尼發電機裝置。將兩端具浮筒的摃桿來回轉動的能量來源，取代避震器上下兩套統的反復上下相對位移的帶動。並吸收利用該發明之單向帶動系統(含單向軸承及齒輪)、和緩轉動系統之概念，並組合常用之加速齒輪盒及發電機而成。所有的技術均屬一般常用之機械領域，只是行不同的組合運用。

本發明基本上是利用一適當長度的棍棒，於此棍棒兩端各具一浮筒。當波浪來時，兩浮筒會分別上下浮動，導致棍棒來回轉動，於擺動的棍棒中心設一齒輪，以此齒輪帶動一組單向帶動機構，使來回轉動的能量變換為一軸的單向轉動，再經過和緩轉動系統來均勻所傳來的轉動速度，及齒輪加速系統來加快轉動速度後，再帶動發動機的轉動，以產生電力。此波浪發電機裝置，可置於船之測邊，做為船舶所需電力來源，尤其於船舶拋錨停泊時效果更佳。更可於大水邊或海邊用多個波浪發電裝置組織成陣列之方式，集體發電，以作為岸上或船隻電力之來源。故類似風力發電，極有可能成為另一種無污染的電力來源。

本發明的實施方式如下。先敘述本發明各系統的主要結構。

參看第一圖，於船之船舷101上，設一波浪發電機1之升降裝置102。而本波浪發電機1則架設於升降裝置102上。本段所述為本波浪發電機1的架設位置。

如第一圖，波浪發電機1具一主軸2，主軸2上套一主齒輪3，主齒輪3中心設一主齒軸套301。主齒軸套301與桿套302相聯。於桿套302上套一浮筒桿4，又於浮筒桿4之兩端各套置一浮筒5，以上所述基本為帶動系統機構構造。

參看第二圖，主齒輪3與副甲齒輪6齒合銜接，副甲齒輪6中坎合甲單向軸承601，甲單向軸承601中心則套著副甲軸602。此副甲齒輪6係與甲單向軸承601聯結，但甲單向軸承601僅能以如第二圖之順時針方向帶動副甲軸602轉動。副甲齒輪6邊有一副乙齒輪7，此副乙齒輪7與主齒輪3相齒合，但與副甲齒輪6不相接。此副乙齒輪7中心連接一副乙軸701，副乙軸701上具一副乙中齒輪702，故副乙齒輪7與副乙中齒輪702係同軸且會同時轉動。副乙中齒輪702與副乙大齒輪8相齒合。再看第三圖，副乙大齒輪8中坎合一乙單向軸承801，此乙單向軸承801則套於副甲軸602上。同樣的此乙單向軸承801僅能以如第三圖之順時針方向帶動副甲軸602轉動。因副乙大齒輪8及副乙中齒輪702的半徑合大於副甲齒輪6及副乙齒輪7的半徑合，故副甲齒輪6及副乙齒輪7不會相互干擾。以上所述基本上為擺單轉換系統之機構，也就是將浮筒桿4的來回擺動(順時針及逆時針的交互轉動)轉換為副甲軸602的單向轉動。又不論主軸2、副甲軸602及副乙軸701均為前支撐架9所支撐套住。但主軸2及副甲軸602同時為後支撐架10所支撐套住。

如第四圖及第五圖，於副甲軸602上套接一和緩彈簧架11，此和緩彈簧架11除具一架子外亦含一圓柱狀體與副甲軸 602相結合，此圓柱狀體之功能係規範彈簧的位置。又此和緩彈簧架11之架子上架接者扭力彈簧12的一端，此扭力彈簧12的另一端則架接於齒輪彈簧架13。和緩彈簧架11與齒輪彈簧架13均以副甲軸602為軸心。但齒輪彈簧架13同樣除具一架子外並含一柱狀體，並與大甲齒輪組14相接合，此圓柱狀體功用同樣係規範彈簧的位置。因齒輪彈簧架13及大甲齒輪組14之軸心皆具一圓的軸孔，並均僅套於副甲軸602上，故副甲軸602與齒輪彈簧架13係各自旋轉。以上所述為和緩轉動系統的基本構造。

第四圖及第五圖之大甲齒輪組14及小甲齒輪組15相齒合，也就是大的大甲齒輪組甲14帶動高軸16上的小甲齒輪組15，以加快高軸16之轉速。本段所述即為齒輪加速系統的簡易的基本構造。齒輪加速系統之高軸16，便可帶動架於前支撐架9上的發電機17轉動以發電。

第一圖所示裝置於船之船舷101，設有一波浪發電機1的升降裝置102。本升降裝置102的功用為調整波浪發電機1於船舷101的高度，以便更有效率的利用波浪來發電。

以下為敘述波浪發電機1的操作方式。

由第六圖及第七圖顯示，當船舷101邊之波浪103將波浪發電機1左邊之浮筒5舉起，而波浪103再向右邊移動後，波浪103又將波浪發電機1右邊之浮筒5舉起，如第八圖所示。待波浪103再移動後，波浪103又將波浪發電機1左邊之浮筒5舉起，如第七圖所示。也就是說浮筒桿4會因波浪103之移動，而以主軸2為中心向順時針及逆時針方向不停的來回擺動。這也就是帶動系統的工作方式及功能。

參考第二圖及第三圖，當浮筒桿4向反時針方向旋轉時，帶動桿套302、主齒軸套301及主齒輪3以主軸2為軸心同樣向反時針方向旋轉。因主齒輪3之反時針方向旋轉，使與之齒合的副甲齒輪6向順時針方向旋轉。副甲齒輪6帶動與 之連結的甲單向軸承601向順時針方向旋轉，又甲單向軸承601僅能以順時針方向帶動副甲軸602向順時針方向旋轉，故此時副甲軸602會向順時針方向旋轉。因主齒輪3反時針方向旋轉時，同時帶動副乙齒輪7向順時針方向旋轉，又因副乙齒輪7係與副乙軸701及副乙中齒輪702為一體，故此時副乙中齒輪702會同樣向順時針方向旋轉。此時向順時針方向旋轉的副乙中齒輪702帶動與其齒合的副乙大齒輪8向反時針方向旋轉，同時亦帶動與副乙大齒輪8連結的乙單向軸承801向反時針方向旋轉。但因乙單向軸承801同樣僅能順時針方向帶動副甲軸602旋轉，故此時反時針方向旋轉的乙單向軸承801對順時針方向旋轉的副甲軸602無影響。

同樣考第二圖及第三圖，當浮筒桿4向順時針方向旋轉時，帶動桿套302、主齒軸套301及主齒輪3以主軸2為軸心同樣向順時針方向旋轉。因主齒輪3之順時針方向旋轉，使與之齒合的副甲齒輪6向反時針方向旋轉。副甲齒輪6帶動與之連結的甲單向軸承601向反時針方向旋轉，又甲單向軸承601僅能以順時針方向帶動副甲軸602向順時針方向旋轉，故此時向反時針方向旋轉的甲單向軸承601對副甲軸602的旋轉無影響。因主齒輪3順時針方向旋轉時，同時帶動副乙齒輪7向反時針方向旋轉，又因副乙齒輪7係與副乙軸701及副乙中齒輪702為一體，故此時副乙中齒輪702會同樣向反時針方向旋轉。此時向反時針方向旋轉的副乙中齒輪702帶動與其齒合的副乙大齒輪8向順時針方向旋轉，同時會帶動與副乙大齒輪8連結的乙單向軸承801向順時針方向旋轉。因乙單向軸承801僅能順時針方向帶動副甲軸602旋轉，故此時順時針方向旋轉的乙單向軸承801便會帶動副甲軸602向順時針方向旋轉。故不論浮筒桿4以主軸2為軸心，向反時針方向旋轉或向順時針方向旋轉時，均會帶動副甲軸602向順時針方向旋轉。以上兩段即擺單轉換系統的操作及 功能。

再如第四圖及第五圖所示，順時針方向旋轉的副甲軸602穿過前支撐架9帶動與其連結的和緩彈簧架11轉動。緩彈簧架11與扭緩彈簧12的一端相接，因而帶動扭力彈簧12旋轉，造成與扭力彈簧12另一端相連的齒輪彈簧架13受旋轉之扭力。因齒輪彈簧架13及大甲齒輪組14係為一體，且均僅以其中心之軸孔套於副甲軸602上，故齒輪彈簧架13及大甲齒輪組14係會因扭力彈簧12的帶動而較和緩的轉動，不為副甲軸602所直接帶動。此段所述為和緩轉動系統之操作及功能，主要為緩和擺單轉換系統所傳來的轉速。

再經大甲齒輪組14及小甲齒輪組15的齒輪加速系統的加快轉速，並經由高軸16之帶動，轉動發電機17，產生電力以供使用。

本波浪發電機1包含帶動系統、擺單轉換系統、和緩轉動系統、齒輪加速系統及發電機。

如第九圖所示，本波浪發電機1之浮筒5，其剖面最好為船形，如此可使其所受之浮力遠大於阻力，即使船於行進中使用，波浪發電機1所產生的電力亦會大於船因使用本裝置而增加的阻力所消耗的能量。

如第十圖所示，此波浪發電機1，可同時以多個串聯及並聯，形成陣列或斜陣列之方式，利用每單元之波浪發電機1的浮筒5，使此陣列浮於水中，並將此陣列的一端或多端以繩索18固定於固定樁19上。且因整體陣列具足夠的長度及寬度，跨過數個浪頭，故整體陣列能保持較佳之水平，以利浮筒桿4相對於陣列水平之擺動，如此便不需設置於船舷。串聯及並聯之陣列波浪發電機1可以主軸2或副甲軸602或高軸16串聯多個波浪發電機1單元，以共用一個擺單轉換系統或一個和緩轉動系統或一個發電機17來產生電力，以節省成本。

以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的保護範圍之內。

1‧‧‧波浪發電機

2‧‧‧主軸

3‧‧‧主齒輪

4‧‧‧浮筒桿

5‧‧‧浮筒

6‧‧‧副甲齒輪

7‧‧‧副乙齒輪

8‧‧‧副乙大齒輪

9‧‧‧前支撐架

10‧‧‧後支撐架

11‧‧‧和緩彈簧架

12‧‧‧扭力彈簧

13‧‧‧齒輪彈簧架

14‧‧‧大甲齒輪組

15‧‧‧小甲齒輪組

16‧‧‧高軸

17‧‧‧發電機

18‧‧‧繩索

19‧‧‧固定樁

101‧‧‧船舷

102‧‧‧升降裝置

103‧‧‧波浪

301‧‧‧主齒軸套

302‧‧‧桿套

601‧‧‧甲單向軸承

602‧‧‧副甲軸

701‧‧‧副乙軸

702‧‧‧副乙中齒輪

801‧‧‧乙單向軸承

第一圖、波浪發電機全貌示意圖

第二圖、波浪發電機主要機構示意圖

第三圖、擺單轉換系機構元件示意圖

第四圖、和緩轉動系統及齒輪加速系統位置說明圖

第五圖、和緩轉動系統及齒輪加速系統構造說明圖

第六圖、波浪發電機之海浪操作立體示意圖

第七圖、波浪發電機左浮筒抬高示意圖

第八圖、波浪發電機右浮筒抬高示意圖

第九圖、船形浮筒示意圖

第十圖、陣列波浪發電機示意圖

1‧‧‧波浪發電機

2‧‧‧主軸

3‧‧‧主齒輪

4‧‧‧浮筒桿

5‧‧‧浮筒

6‧‧‧副甲齒輪

7‧‧‧副乙齒輪

8‧‧‧副乙大齒輪

9‧‧‧前支撐架

10‧‧‧後支撐架

14‧‧‧大甲齒輪組

17‧‧‧發電機

101‧‧‧船舷

102‧‧‧升降裝置

301‧‧‧主齒軸套

302‧‧‧桿套

601‧‧‧甲單向軸承

602‧‧‧副甲軸

701‧‧‧副乙軸

702‧‧‧副乙中齒輪

Claims (4)

1. 一種波浪發電裝置，其特徵在於：該波浪發電裝置包含帶動系統、擺單轉換系統、和緩轉動系統及發電機；該帶動系統包含一長形結構物，此長形結構物兩端各具一浮筒，長形結構物中間與一主軸相聯接，該主軸上具一主齒輪，此主齒輪與擺單轉換系統嚙合；該擺單轉換系統包含兩組單向軸承齒輪機構、兩單向軸承齒輪機構所套樞的甲軸、兩組齒輪及承載該兩組齒輪的乙軸，又甲軸與和緩轉動系統相接；和緩轉動系統包含一組一端接於擺單轉換系統甲軸上的扭力彈簧及一個大甲齒輪，該扭力彈簧及大甲齒輪均套樞於甲軸上；該和緩轉動系統的大甲齒輪帶動發電機轉動發電的機構；所謂擺單轉換系統包含甲軸及乙軸，套樞於甲軸上的兩組帶動甲軸旋轉方向相同的單向軸承齒輪機構及以乙軸為中心的的兩組齒輪，帶動系統之主齒輪與一組單向軸承齒輪機構的齒輪嚙合，又此單向軸承齒輪機構的齒輪與乙軸上的一齒輪嚙合，而乙軸上的另一齒輪又與甲軸上的另一組單向軸承齒輪機構的齒輪嚙合，如此帶動系統往復轉動的主齒輪經擺單轉換系統的運作，不論主齒輪於正轉或反轉時，定有一組單向軸承齒輪機構帶動甲軸以同一方向旋轉，再帶動和緩轉動系統運作的機構。
2. 如專利申請範圍第一項之裝置，和緩轉動系統與發電機之間可含由大小齒輪所組合而成的齒輪加速系統，以配合發電機所需轉速的機構。
3. 如專利申請範圍第一項之裝置，所謂和緩轉動系統包含扭力彈簧及大甲齒輪，均套樞於擺單轉換系統之甲軸上，甲軸與扭力彈簧之一端連結，扭力彈簧的另一端又與大甲齒輪聯結， 如此擺單轉換系統之甲軸所傳來的不均勻轉動，會因扭力彈簧的能量吸收及儲存，而使帶動發電機的大甲齒輪轉速較為均勻的機構。
4. 如專利申請範圍第一項之裝置，所謂帶動系統，具一長形結構物浮筒桿，該浮筒桿的兩端各具一浮筒，浮筒桿的中心與一主軸垂直相接，一主齒輪以主軸為中心套接於主軸上，因兩浮筒係漂浮於波浪上，因波浪的起伏，帶動浮筒桿往復擺動，致使主齒輪往復轉動的機構。