TWM473437U

TWM473437U - 浪能發電機

Info

Publication number: TWM473437U
Application number: TW102210631U
Authority: TW
Inventors: Dien-Foon Wu
Original assignee: Dien-Foon Wu
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-03-01
Also published as: CN204532683U; US20140360176A1

Description

浪能發電機

本創作屬於機械式海浪動能發電的領域。

目前最普遍的能源就是石化能源，因其技術門檻較低，且能量轉換效益相對其它來源也較高，故成為大多數國家主要的能源選項。

由於地球的石化能源儲量有限，總有用盡的一天，而且石化能源多掌握在少數國家手中，再加上石化能源對於環境的污染相當嚴重，危及自然生態平衡，故如何開發新的能源，乃成為全世界都相當重視的課題。

評估目前掌握的能源替代方案：太陽能是公認最為潔淨且持久的能源，無耐其使用效能較低，且受限於天候，無法持續性的供給能源；風力發電雖然效能高於太陽能，但其能量來源並不穩定，亦受限於架設地點，並非持續性的能量來源；水力發電雖然效能較高，但必須阻斷水流興建水霸，恐對設置地點的地貌、生態產生破壞；而目前已然使用的核能發電，受到三哩島、車諾比及福島三大核災的影響，引起安全上的疑慮，即使有更先進的維安手段，民眾仍難以接受。

因此，在多方考量下，海洋資源當為未來極為重要的能量來源，海洋佔地球面積約百分之七十廣，其並非靜止而隨時保持活動，此活動孕含的能量難以估計，而且源源不斷，為人類取之不盡，又不能獨佔的優良能源取向。

坊間已有機械式的海浪發電機研究，經創作人研究，大致分為(1)曲柄連桿式以及(2)齒輪轉動式二種。曲柄聯桿式是以海浪起伏帶動連桿轉動發電機，其設計較為簡易，但因海浪波動的起伏緩慢，故連桿的傳動也僅能保持低速，故發電較率較低。且為了使轉動穩定，故必須將所有機組固定在海岸邊，使其靈活性不足。齒輪轉動式是利用海浪波動驅動，利用齒輪箱的原理推動發電機旋轉，產生較高的發電效益。然而，齒輪機組同樣要固定在海岸邊或需在海底設置固定的參考點，設置成本較高。而且固定後的齒輪機組轉動軸心亦為固定，而海水會因漲退潮的現象改變海平面高度，以致於當海平面過高或過低時，都會造成發電效益降低甚至於停止，發電穩定性不足。

而或如其它氣動式、液壓式、水力式海浪發電設備，其多屬於大型工程，且需要廣大的海岸空間或地形，故能裝置的地點有限，影響成本，使其發電效益無法有效滿足人類對於發電的需求。

有鑑於上述習用裝置所衍生的缺點，本案創作人乃亟思加以改良創新，經長期細心研究與實驗，終能得到本件具有成本低廉、組裝容易，能產生高經濟發電價值的發電機組，期能為人類帶來更多的便利。

本創作的主要目的在於提供一種結構簡單、組裝容易的浪能發電機，其較不受限於設置地點的空間、地形優化，使其能大量鋪設，而能得到較高的發電效益。

本創作的另一目的在於提供一種彈性設置的浪能發電機，其可任意調整設置規模，而能取得適當的電力供應。

本創作的再一目的在於提供一種維護容易的浪能發電機，其各項組件皆可輕易拆卸更換，且因多組的設置，即使部份機組停止運轉，仍有有效進行發電，以配合永續的海浪能源持續產生電力。

為達到上述目的，本創作採用如下技術方案：

一種浪能發電機，包括一基本框架與一中樞框架，該基本框架上設置有至少一組動力單元，該動力單元具有二浮箱，該二浮箱裝置在一連桿的兩端，該連桿的中間設置有動力棘輪，該動力棘輪嚙合有出力棘輪，該出力棘輪具有出力軸以輸出轉動；該中樞框架與該基本框架連接，該中樞框架上設置有發電齒輪組，該發電齒輪組連接該出力軸輸入動力，且該發電齒輪組具有輸出軸輸出轉動，該輸出軸連接至一發電機進行發電。

藉此，利用海浪波動的能量帶動由基本框架組裝而成的多處該浮箱的起伏，使該浮箱利用動力棘輪將動能有方向性地傳遞到該出力棘輪上，再利用該中樞框架發電齒輪的不同大小組合，以產生低、中、高不同轉速的轉動力，低轉速的作用得以加速發電機的起動，高轉速則使發電機得以高速轉動，使各處轉動力結合成單一方向且具有高速的轉動能輸出，然後傳動到發電機進行發電。其中，轉速的分段可視可鋪設之海面面積及需求的發電機轉速而得以增加上述分段方式，如將低速、中速、高速三段分為五段、十段速度等，以使得驅動輸出軸速度的增加更為平穩。且動力單元的數量可視現場海浪能量的大小及轉速需要而增加，以增加該輸出軸的扭力。

1‧‧‧基本框架

11‧‧‧動力單元

111‧‧‧浮箱

112‧‧‧連桿

113、113a‧‧‧動力棘輪

114、114a‧‧‧出力棘輪

115‧‧‧出力軸

116、117‧‧‧轉軸

118、118a‧‧‧間接齒輪

12‧‧‧傳動齒輪組

121‧‧‧傳動齒輪

13‧‧‧鏈條

2‧‧‧中樞框架

21‧‧‧發電齒輪組

211‧‧‧主動齒輪

212‧‧‧從動齒輪

22‧‧‧輸出軸

221‧‧‧輸出齒輪

23‧‧‧腳架

3‧‧‧發電機

4‧‧‧飛輪

5‧‧‧繩索

6‧‧‧岸上

7‧‧‧海水

L‧‧‧低速轉動區

M‧‧‧中速轉動區

H‧‧‧高速轉動區

第1圖為本創作的動力單元立體結構示意圖；第2圖為本創作的基本框架立體結構示意圖；第3圖為本創作的中樞框架立體結構示意圖；第4圖為本創作的基本框架與中樞框架結合結構示意圖；第5圖為本創作的基本框架與中樞框架直接連接的立體結構部份示意圖；第6圖為本創作的基本框架與中樞框架以傳動齒輪組連接的立體結構部份示意圖；第7圖為本創作的基本框架與中樞框架以鏈條連接的立體結構部份示意圖；第8圖為本創作的基本框架與中樞框架以鏈條連接並顯示多組動力單元的立體結構示意圖；第9圖為本創作的基本框架與中樞框架以鏈條連接並顯示發電齒輪組的立體結構示意圖；第10圖為本創作的基本框架與中樞框架以鏈條連接的立體結構完整示意圖；第11圖為本創作架設於海岸的結構示意圖；以及第12圖為本創作的動力單元設置於海水中的平面示意圖。

以下結合附圖對本創作進一步說明：

參閱第1圖至第4圖所示，本創作為一種浪能發電機，其主要包括有一基本框架1與一中樞框架2，其中，該基本框架1設置有至少一組動力單元11，該動力單元11用來接收海浪波動的能量，然後傳遞到該中樞框架2內，該中樞框架2連接發電機3，以進行發電工作。

如第1圖所示，該動力單元11為一模組式設計，其具有二浮箱111，該二浮箱111裝置在一連桿112的兩端，該連桿112的中間設置有動力棘輪113，該動力棘輪113嚙合有出力棘輪114，該出力棘輪114具有出力軸115輸出轉動，使該二浮箱111受到海浪起伏經由該連桿112帶動該動力棘輪113轉動，藉由該動力棘輪113與該出力棘輪114的方向性，維持該出力棘輪114的該出力軸115呈單一方向轉動。而如第3圖所示，該中樞框架2上設置有發電齒輪組21，該發電齒輪組21連接該出力軸115輸入動力，且該發電齒輪組21具有輸出軸22輸出轉動，該輸出軸22連接至一發電機3進行發電。

實際上，如第1圖所示，該連桿112上設置有二個動力棘輪113、113a，該二動力棘輪113、113a設於同一轉軸116上，並限制該二動力棘輪113、113a轉向相反，其目的在於，當海浪波動推動該二浮箱111進行浮沉時，會帶動該連桿112上下擺動，藉由轉向相反的二動力棘輪113、113a，使任意一端的浮箱111進行向上或向下動作時皆能傳輸轉動能量，以發揮更高的效能。相對該二動力棘輪113在該出力軸115上亦設置有二個該出力棘輪114、114a，並在該出力棘輪114a與該動力棘輪113a之間設置有同一轉軸117的二間接齒輪118、118a，使其中一出力棘輪114與一動力棘輪113直接嚙合，另一出力棘輪114a藉由該二間接齒輪118、118a間接嚙合另一動力棘輪113a。所述的間接嚙合是讓同一轉軸117的該二間接齒輪118、118a分別嚙合在欲達成連接的另一出力棘輪114a與另一動力棘輪113a上，以避免發生該二出力棘輪114、114a與動力棘輪113、113a因轉向相反而卡住。又，該出力軸115、轉軸116、轉軸117可設置有軸承8，以減少轉動時的摩擦力。

該浮箱111除了提供推動該連桿112的能量外，其本身的浮力亦可作為支持該基本框架1與該中樞框架2及設置於其上機件的重量，以利於設置的方便性。

如第4圖所示，該動力單元11設置有複數組，該發電齒輪組21則具有相等於該出力軸115數量的主動齒輪211，各主動齒輪211分別連接不同該發電齒輪組21的該出力軸115產生轉動，然後透過該發電齒輪組21集中成單一方向且高速轉動的力量經過該輸出軸22帶動該發電機3行發電。同樣地，該動力單元11上的可轉軸、輸出軸22可設置有該軸承8，以減少轉動的摩擦力。

如第2圖、第4圖所示，該發電齒輪組21配合於該主動齒輪211設置有複數的從動齒輪212，並於該輸出軸22處設置有輸出齒輪221，藉由驅動該發電機3的需求，將該中樞框架2上的發電齒輪組21區分為低速轉動區L、中速轉動區M、高速轉動區H，可以達成低速、中速、高速傳動的需求。其中：低速轉動區L-用於啟動初期，該低速轉動區L的主動齒輪211以低轉速、高扭力經由複數的從動齒輪212傳遞動力到該輸出軸22上，一方面啟動該發電機3開始轉動，另一方面驅動同一輸出軸22另一端的一飛輪4起動，從而使該發電機3能由靜止開始轉動發電；中速轉動區M-接續已起動的低速轉動，該中速轉動區M的主動齒輪211以中轉速、中扭力繼續傳遞動力到該發電機3上，同時加速該飛輪4旋轉以儲存慣性力量；高速轉動區H-接續中速轉動，該高速轉動區H的主動齒輪211以高轉速、低扭力使該發電機維持在工作轉速，同時由該飛輪4的慣性及儲存能量的特性讓發電機3能穩定地高速轉動，持續進行發電。

該中樞框架2的高速傳動部份之大小齒輪組合可依發電機3所需的轉速而調配，輸出至該發電機3的轉速符合下述公式：S2=Rⁿ ×S1

式中，S1=基本框架1的輸出軸22的轉速；S2=輸出至發電機3的轉速；R=大小齒輪的齒數比(Gear ratio)，可視實際需求而調整，例如，在一個階段中是由大齒輪帶動小齒輪旋轉，而大齒輪的齒數是小齒輪的齒數的3倍，則R=3；n=齒輪傳遞動能的階段數，可視實際需求而調整，例如，在一個階段中，是由大齒輪A帶動小齒輪a，當有需要進行下一階段時，可另設一大齒輪B與小齒輪a同軸，再以該大齒輪B帶動另一小齒輪b，以此類推，若階段數為5，即表示，大齒輪A帶動小齒輪a，大齒輪B帶動小齒輪b(大齒輪B與小齒輪a同軸)，大齒輪C帶動小齒輪c(大齒輪C與小齒輪b同軸)，大齒輪D帶動小齒輪d(大齒輪D與小齒輪c同軸)，大齒輪E帶動小齒輪e(大齒輪E與小齒輪d同軸)，則此時，n=5，即5個階段；由上例觀之，若海浪的速度可使輸出軸22的轉速S1=1(轉/秒)，則高速轉動區H的輸出轉速為S2=3⁵ ×1=243(轉/秒)=14580(rpm)

請參閱第5圖所示，該動力單元11傳遞動能至該發電齒輪組21的方式，在空間許可下，可將該主動齒輪211直接軸設在該出力軸115，使該動力單元11的動力直接帶動該主動齒輪211旋轉作功。

請參閱第6圖所示為另一種動能傳輸模式，考量空間配置，該中樞框架2與該基本框架1並非裝在同一平面時，該動力單元11與該發電齒輪組21之間得另設有一傳動齒輪組12以間接連接，以進行傳動方向、距離調整，使該出力軸115連接到傳動齒輪組12再與該中樞框架2連接。

該傳動齒輪組12具有複數同樣大小的傳動齒輪121，配合該主動齒輪211的大小與轉動方向需求，調整該傳動齒輪121的大小或數量，使該中樞框架2上不同規格的該主動齒輪211，皆能與相對的該傳動齒輪121有相同的轉向。

請參閱第7圖所示為又一種動能傳輸模式，前述傳動齒輪組12的設置成本較高，故本案實際應用時，另考慮只在該出力軸115上設置一傳動齒輪121，然後在該傳動齒輪121與該主動齒輪211之間繞置鏈條13進行動能傳輸，發揮相同功能。

請參閱第8圖至第10圖所示為根據鏈條13所完成之本案詳細實施例，第8圖顯示該基本框架1可在有限空間配置更多組的該動力單元11，以更多取得海浪動能加以利用；第9圖顯示該中樞框架2相對於該基本框架1的架設方式，該中樞框架2以腳架23連接固定於該基本框架1上，因不在同一平面上，不致影響該動力單元11的設置，然後再以該鏈條13進行該傳動齒輪121與該主動齒輪211的連接；為不影響觀點，第10圖的完成圖僅顯示部份動力單元11相對於該發電齒輪組21的設置位置。

又如該第3圖、第9圖、第10圖所示，該中樞框架2上的發電齒輪組21，其中部份從動齒輪212、輸出齒輪221等，可採取棘輪設計，讓前述不同轉速區的力量可順利傳輸至發電機3。因為原來各齒輪所傳遞的轉速不同，當系統初啟動時，經由高速傳動的齒輪在實際上因扭力不足而無力帶動該輸出軸22，如此連帶使得負責啟動的低速齒輪一併卡住。故採取棘輪的方式，可使低速傳動的棘輪順利運轉。換言之，採取棘輪方式在本案中不但可解決「逆向轉動」的問題，同時也可解決「轉速差」的問題。

請參閱第11圖所示，藉由前述的設計，本創作的浪能發電機無需固定於海岸邊，故能不受限於設置地點的空間、地形優化等條件，使其能大量鋪設，但為避免海水7漂移，故可以任何繩索5拉伸固定在岸上6，如同大型船艦在進港時的固定方法。另外，如第12圖所示，為避免海水7浸飾機具，除了該浮箱111因需要放置於海水7中，其餘機件需離開水面，必要時可以調整該浮箱111與連桿112之間的距離，以避免該浮箱111觸碰該連桿112。

以上該僅為本創作之一種實施例，並非用來限定本創作之實施範圍；如果不脫離本創作之精神和範圍，對本創作進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本創作申請專利範圍的保護範圍當中。