一种波浪能发电浮标及其工作方法

技术领域

本发明涉及发电浮标技术领域，具体涉及一种波浪能发电浮标及其工作方法。

背景技术

海上浮标是锚定在海上指定位置，浮于水面的一种助航标志，其中装有灯具的浮标称为灯浮标，也有浮标还装有海洋调查仪器、雷达应答器、无线电指向标等设备。目前这些海上浮标多数是由蓄电池供电进行工作，但由于许多海上浮标远离陆地，换电池不方便，也有一些海上浮标利用太阳能、波力和风力发电等供电，从而减少换电池的次数，使海上浮标更简便，经济。但使用太阳能电池板进行发电，当遇到恶劣天气时，太阳能电池板的光电转换效率变低，可能导致电量不足，浮标不能正常工作，从而给人们在使用浮标时带来不便；风能发电与太阳能发电类似，也对天气因素依赖性较强。波浪能是一种蕴含量大、品质高、清洁、全天候的可再生能源，利用波浪能发电实现海上浮标能源自给，具有便利性、可行性和可操作性。波浪能发电主要是将波浪能转换为透平、齿轮增速机构等的机械能进行发电，其中透平机构在波浪能发电浮标中采用较多，如空气透平式(振荡水柱式)等，但该类装置的能量转换效率普遍较低，而其他发电机构也依然存在能量利用率低、性能不稳定、腐蚀严重等不足之处。专利号为ZL200810083910.5，名称为“浮体绳轮波浪能发电系统”的发明专利，利用浮体接收波浪的推动，通过一端系在其上而另一端缠绕在转轮上的绳拉动转轮，将获得的无规律的波浪推力转换成旋转动力发电，而波浪回落阶段，依靠蜗簧带动转轮反转将绳收回，对于浮标转轮可以直接接发动机进行整流蓄电。该发明为单向发电，即波浪上升阶段发电，而波浪回落阶段不发电，回落阶段不能充分利用波浪能源，因此能量利用率偏低；装置的浮体位置不定，有碍绳运行，进而也会造成部分能量损失。另外，其发电性能受限于附加装置——蜗簧，整体集成度不高，易受影响。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种波浪能发电浮标及其工作方法，以解决现有技术中波浪能利用率低、集成度低、供电不稳定的问题。

本发明提供了一种波浪能发电浮标，包括：浮标壳体、配重块、发电机构、浮板、绳子、连通杆、密封条组件；浮标壳体为封闭式壳体，浮标壳体的下部浸于海面以下，上部在海面以上，浮标壳体通过锚链进行固定；发电机构有两组，分别对称设置在浮标壳体内的上顶部和下底部；发电机构包括：发电机、传动组件、储能模块，传动组件的输出轴与发电机的输入轴连接，发电机的输出端与储能模块的输入端连接；配重块设置于浮标壳体内的下底部；绳子缠绕在两个传动组件的输入轴上，在两个传动组件的输入轴之间形成两根拉绳；浮板套在浮标壳体外壁上浮于海面，可在浮标壳体上上下滑动；浮标壳体中部竖直开设有条形槽口，密封条组件设置于条形槽口处对条形槽口进行密封；连通杆一端与一根拉绳固定连接，另一端穿过条形槽口与浮板固定连接；浮板随波浪在条形槽口范围内上下滑动，通过连通杆拉动拉绳转动传动组件的输入轴，传动组件通过齿轮配合将输入轴的双向转动转换成单向输出，驱动发电机持续发电。

进一步地，所述传动组件包括：内传动轴、输入传动轴、外传动轴、输出传动轴、支撑轴、第一传动齿轮、第二传动齿轮、转向齿轮；

支撑轴水平架设在浮标壳体内壁上；内传动轴、输入传动轴、外传动轴从内向外依次套接在支撑轴上，形成三层套接结构；输入传动轴一端作为传动组件的输入轴与绳子缠绕，输入传动轴另一端分别与内传动轴、外传动轴同侧的一端通过棘轮机构传动连接，输入传动轴向一个方向转动时通过棘轮机构带动外传动轴同转，输入传动轴向另一个方向转动时通过棘轮机构带动内传动轴同转；输出传动轴一端与发电机输入轴连接，输出传动轴另一端套设第一传动齿轮、第二传动齿；第一传动齿轮、第二传动齿轮均与输出传动轴通过棘轮机构传动连接，第一传动齿轮、第二传动齿轮均通过棘轮机构带动输出传动轴向一个方向转动；外传动轴的另一端为齿轮，与第二传动齿轮啮合；内传动轴的另一端为齿轮，与转向齿轮啮合；转向齿轮与第一传动齿轮啮合。

进一步地，所述密封条组件包括：弹性框、密封条；弹性框围绕条形槽口边缘设置，向内产生挤压力；密封条中间沿密封条延伸方向开设有中缝，密封条与弹性框内框壁连接，完全覆盖在条形槽口上，对条形槽口进行密封；连通杆穿过中缝一端与一根拉绳固定连接，另一端与浮板固定连接。

进一步地，所述连通杆的纵截面为梭形或椭圆形。

进一步地，所述浮板为轻薄板。

进一步地，所述浮板在静水面时在浮板壳体上所处位置范围为：浮标壳体底部至中部之间。

进一步地，所述浮板为圆形，浮板直径大于浮标壳体宽度的1.5倍。

本发明还提供了一种波浪能发电浮标的工作方法，包括：将浮标投放于外海，当有波浪时，浮板随波浪上下浮动，浮板通过连通杆拉动与连通杆固定连接的一根绳上下运动，拉绳带动与绳子缠绕的传动组件输入轴正向或反向转动，传动组件通过齿轮配合将输入轴的正向或反向转动在输出轴以同向转动进行输出，驱动发电机输入轴同向转动连续发电。

进一步地，根据浮标所处海域的海浪高度通过配重块调节浮标吃水深度，以此调节浮板的运动行程距离。

本发明的有益效果：

本发明在波浪上升阶段、波浪回落阶段皆可发电，为双向发电，且有两套旋转发电组，能够较大程度的利用波浪能，能量利用率较高；本发明在波浪上升阶段、波浪回落阶段皆能带动同一个发电机发电，发电机能以同样的方向连续转动发电，发电持续性好，可行性高；结构较简单，外露部件少，减少海水侵蚀，持久耐用；结构整体集成度好，无附加装置影响，使用过程中的稳定性更优。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明具体实施例浮标壳体内的主视图；

图2是本发明具体实施例发电机构的立体示意图；

图3是本发明具体实施例发电机构的剖视示意图；

图4是本发明具体实施例内、外、输入传动轴之间棘轮机构示意图；

图5是本发明具体实施例输出传动轴、第一传动齿轮、第二传动齿轮套接后的立体示意图；

图6是本发明具体实施例第一传动齿轮、输出传动轴之间棘轮机构示意图；

图7是本发明具体实施例第二传动齿轮、输出传动轴之间棘轮机构示意图；

图8是本发明具体实施例浮板处的剖视示意图；

图9是本发明具体实施例密封条组件的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。本领域的技术人员应该了解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1-9所示，本发明实施例提供一种波浪能发电浮标，包括：浮标壳体1、配重块2、发电机构6、浮板3、绳子4、连通杆5、密封条组件；

浮标壳体1为封闭式壳体，成哑铃状，分为浮标壳体上部11、浮标壳体中部12、浮标壳体下部13，浮标壳体上部11和浮标壳体下部13为对称结构，浮标壳体上部11、浮标壳体下部13的纵截面为矩形、梯形等，浮标壳体下部13浸于海面以下，浮标壳体上部11在海面以上，浮标壳体下部13通过锚链7进行固定；发电机构6有两组，分别对称设置在浮标壳体上部11和浮标壳体下部13内；配重块2设置于浮标壳体下部13的底端；发电机构6包括：发电机61、传动组件、储能模块63，

如图3-5所示，传动组件包括：内传动轴621、输入传动轴622、外传动轴623、输出传动轴624、支撑轴625、第一传动齿轮626、第二传动齿轮627、转向齿轮628；

支撑轴625通过两端的支撑杆629水平架设在浮标壳体1内壁上；内传动轴621、输入传动轴622、外传动轴623从内向外依次套接在支撑轴625上，形成三层套接结构，轴与轴之间可以通过轴承等方式进行支撑，避免轴与轴之间联动；输入传动轴622一端作为传动组件的输入轴，输入传动轴622另一端分别与内传动轴621、外传动轴623同侧的一端通过棘轮机构传动连接，如图所示，内传动轴621的外壁上设有周圈的单向棘齿形成一个棘轮，外传动轴623的内壁周圈也设有单向棘齿形成一个内棘轮，输入传动轴622的内壁和外壁上均设有数个棘爪，棘爪与内、外传动轴623上的棘轮构成两个棘轮机构，输入传动轴622向一个方向转动时通过棘轮机构带动外传动轴623同转，输入传动轴622向另一个方向转动时通过棘轮机构带动内传动轴621同转，内传动轴621与外传动轴623的转动方向相反；

如图6、7所示，输出传动轴624一端套设第一传动齿轮626、第二传动齿，套设的方式可以通过轴承等方式进行套接，使得两个传动齿可以以输出传动轴624为轴心转动；第一传动齿轮626、第二传动齿轮627均与输出传动轴624通过棘轮机构传动连接，输出传动轴624套接第一传动齿轮626的位置的外壁上设有单向棘齿形成棘轮，第一传动齿轮626的内壁上设有数个棘爪，棘爪与棘轮构成棘轮机构；输出传动轴624套接第二传动齿的位置的外壁上设有数个棘爪，第二传动齿轮627的内壁上设有棘齿形成内棘轮，棘爪与棘轮构成棘轮机构；第一传动齿轮626、第二传动齿轮627均通过棘轮机构带动输出传动轴624向一个方向转动；外传动轴623的另一端为齿轮，与第二传动齿轮627啮合；内传动轴621的另一端为齿轮，与转向齿轮628啮合，转向齿轮628还与第一传动齿轮626啮合；输出传动轴624另一端与发电机61输入轴连接，发电机61的输出端与储能模块63的输入端连接，储能模块63给浮标上的各用电器件供电；

绳子4为环形可以以绕线盘的方式缠绕在两个传动组件的输入轴上，在两个传动组件的输入轴之间形成两根拉绳41，通过拉动拉绳41带动输入轴转动；

浮板3为圆形，材质可为轻薄板以增加其对波浪作用的敏感度，浮板3直径大于浮标壳体1宽度的1.5倍，可为浮标提供很好的浮力，使浮标一直浮于水面，并保持整体稳定。浮板3套在浮标壳体中部12，浮于海面，可在浮标壳体中部12上上下滑动；浮板3的起始位置可以通过配重块2来进行调节，具体可根据浮标所处海域的最大浪高进行调节设置，保证浮板3的可运动范围满足浪高即可，一般浮板3的起始位置设置于浮标壳体中部12的底端至浮标壳体中部12的1/2处之间的范围。

如图8、9所示，浮标壳体中部12沿轴向开设有条形槽口，条形槽口的长度可以与浮标壳体中部12的长度相同或接近，密封条组件设置于条形槽口处对条形槽口进行密封；密封条组件包括：弹性框81、密封条82；弹性框81围绕条形槽口边缘设置，向内产生挤压力，也对条形槽口的边缘起密封作用；密封条82中间沿条形槽口延伸方向开设有中缝，密封条82与弹性框81内框壁连接，完全覆盖在条形槽口上，对条形槽口进行密封，由于弹性框81的向内挤压力，密封条82的中缝形成挤压式的密封；连通杆5穿过中缝一端与一根拉绳41固定连接，另一端与浮板3固定连接，连通杆5的纵截面为梭形或椭圆形，更加适合中缝处的密封条82与连通杆5贴合，保证密闭性。浮板3随波浪在条形槽口范围内上下滑动，通过连通杆5拉动拉绳41转动传动组件的输入轴，传动组件通过齿轮配合将输入轴的双向转动转换成单向输出，驱动发电机61持续发电。

以下对本发明具体实施例所提供的波浪能发电浮标的工作方法进行阐述：

将浮标通过锚链7锚定后浮在海面上，根据所处海域的最大浪高调整配重块2，来调整浮板3的起始位置。如图所示，当浮标随海浪上浮时，浮板3会相对浮标壳体1向上运动，通过连通杆5带动拉绳41向上运动，由于绳子4通过绕线盘的方式缠绕在输入传动轴622的输入端，所以绳子4会带动上下两个输入传动轴622逆时针转动，如图5所示，输入传动轴622只会通过外壁上的棘爪带动外传动轴623也跟着逆时针转动，外传动轴623的另一端的齿轮也跟着逆时针转动，带动与之啮合的第二传动齿轮627顺时针转动，如图7所示，第二传动齿轮627的内壁上棘轮会带动输出传动轴624上的棘爪，从而带动输出传动轴624跟着顺时针转动，实现发电，所发的电存入储能模块63供浮标中的各器件使用；当浮标随海浪下沉时，浮板3会相对浮标壳体1向下运动，通过连通杆5带动拉绳41向下运动，绳子4会带动上下两个输入传动轴622顺时针转动，如图5所示，输入传动轴622只会通过内壁上的棘爪带动内传动轴621也跟着顺时针转动，内传动轴621的另一端的齿轮也跟着顺时针转动，与之啮合的转向齿轮628逆时针转动，与转向齿轮628啮合的第一传动齿轮626顺时针转动，如图6所示，第一传动齿轮626内壁上的棘爪带动输出传动轴624外壁上的棘轮，从而带动输出传动轴624跟着顺时针转动，实现发电，所发的电存入储能模块63供浮标中的各器件使用。可以理解的是，上述棘轮机构中棘齿的方向设置可以根据实际需求进行调整，棘轮机构的主要目的就是将不同方向的转动输入变成相同方向的转动输出即可。同时，由于采用上述棘轮机构，也可以避免输出传动轴624在被一个传动齿轮带动转动时，不会带动另一个传动齿轮同时转动导致转动回传的现象。

通过工作方法的描述，可以看出本发明具体实施例所提供的波浪能发电浮标不管在浮板3上浮还是下降的过程中，作为带动发电机61输入轴转动的输出传动轴624一直处于同一个方向转动的状态，一是实现了不管上浮还是下降均能进行发电，二是实现了不管上浮还是下降均能同向连续发电。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。