一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置

技术领域

本发明涉及一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置，属于波浪能开发利用领域。

背景技术

能源和环境是可持续发展面临的重大问题，发展清洁的可再生能源成为世界各国的共识。海洋能源领域中，波浪能以其蕴藏量大、可再生性强、广泛的分布和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的绿色清洁能源之一。波浪能发电是海洋能开发的重要方式。然而，由于波浪能的能流密度偏低、捕获困难等原因导致波浪能转化技术发展较慢。波浪能虽然蕴藏巨大，但因其随机性、不稳定性、周期性弱等特点，使得能量转化技术较难实现。常见的波浪发电装置需要将基础固定或通过链接固定在局部海域，不利于波浪能吸收转化。提供一种有效利用波浪能实现波浪能发电的波浪能发电装置，对适应不同海况，为海上偏远地区作业供给电力具有十分重要的意义。

发明内容

为克服波浪发电装置能量捕获困难的问题，本发明提供了一种基于调频质量阻尼的新型波浪发电装置。

本发明采用的技术方案：一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置包括外壳、能量转换装置和电能储存装置，所述外壳采用流线型不倒翁结构，外壳的内部设置上甲板和下甲板，能量转换装置包含弹簧复位组件和能量捕获传输组件。

所述弹簧复位组件包含调频质量体、固定杆、复位弹簧、连接杆、上弹簧座和下弹簧座，固定杆的顶部设置上弹簧座，上弹簧座之间通过连接杆连接，复位弹簧套在固定杆的上部，顶部连接上弹簧座，底部连接下弹簧座，下弹簧座固定在上甲板的顶部，固定杆的下部贯穿下弹簧座和上甲板上的固定杆孔连接调频质量体。

所述能量捕获传输组件包含能量捕获杆、输出杆、麻花杆、主动旋转套筒和从动旋转套筒，能量捕获杆顶部的能量捕获杆端盖固定在调频质量体的底部，输出杆的上部插入能量捕获杆的内部，下部贯穿并通过滚珠轴承连接下甲板，主动旋转套筒和从动旋转套筒由上至下依次设在输出杆的内部，主动旋转套筒的下部设有与从动旋转套筒上部的从动旋转齿牙咬合的主动旋转齿牙，从动旋转套筒通过连接键连接输出杆的内壁，麻花杆的上端固定在能量捕获杆顶部的能量捕获杆端帽上，下端依次穿过输出杆端盖、主动旋转套筒上的扭转通道和从动旋转套筒上的麻花杆通道。

所述电能储存装置设在由下甲板和外壳围成的配重载荷区内，电能储存装置包含调速齿轮箱、励磁发电机和蓄电池，输出杆的底部通过调速齿轮箱连接设在蓄电池储存室顶部的励磁发电机，励磁发电机通过导线连接设在蓄电池储存室内部的蓄电池，蓄电池储存室设在外壳底部的基座上。

所述外壳采用圆柱形、球体、流线体和弧面中至少一种组成的流线型不倒翁结构。

所述调频质量体采用形状呈中心对称的质量体。

本发明的有益效果：一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置包括外壳、能量转换装置和电能储存装置，所述外壳采用流线型不倒翁结构，外壳的内部设置上甲板和下甲板，能量转换装置包含弹簧复位组件和能量捕获传输组件。这种波浪能发电装置基于调频质量阻尼原理，采用通过内置调频质量的不倒翁结构体将波浪能转化为调频质量的机械能，再将调频质量的机械能转化为电能的能量转化新思路。该装置的外壳设计采用壳状流线外形，将变速、发电、蓄电装置、载荷以及必要的配重安装在下层以降低重心，形成上轻下重的不倒翁结构。该结构可自由移动，不限于固定位置波浪能转化，针对不同海况及不同海域位置实现高效利用和转化波浪能。

附图说明

图1是一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置的内部结构图示意图。

图2是图1中的F局部放大图。

图3是图1中A-A视图。

图4是图1中B-B视图。

图5是图1中的G局部放大图。

图6是图1中C-C视图。

图7是图1中D-D视图。

图8是图1中E-E视图。

图9图1中的H局部放大图。

图中：1、外壳，2、上甲板，3、能量捕获杆，4、输出杆，5、下甲板，6、调速齿轮箱，7、励磁发电机，8、导线，9、蓄电池，10、蓄电池储存室，11、配重载荷区，12、调频质量体，13、固定杆，14、复位弹簧，15、连接杆，16、上弹簧座，17、下弹簧座，18、固定杆孔，19、能量捕获杆端盖，20、麻花杆，21、输出杆端盖，22、主动旋转套筒，23、主动旋转齿牙，24、从动旋转套筒，25、从动旋转齿牙，26、连接键，27、扭转通道，28、麻花杆通道，29、滚珠轴承。

具体实施方式

图1示出了一种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置的结构示意图，这种基于调频质量阻尼原理的波浪发电装置包括外壳1、能量转换装置和电能储存装置，外壳1采用流线型不倒翁结构，外壳1的内部设置上甲板2和下甲板5，能量转换装置包含弹簧复位组件和能量捕获传输组件。弹簧复位组件包含调频质量体12、固定杆13、复位弹簧14、连接杆15、上弹簧座16和下弹簧座17，固定杆13的顶部设置上弹簧座16，上弹簧座16之间通过连接杆15连接，复位弹簧14套在固定杆13的上部，顶部连接上弹簧座16，底部连接下弹簧座17，下弹簧座17固定在上甲板2的顶部，固定杆13的下部贯穿下弹簧座17和上甲板2上的固定杆孔18连接调频质量体12。

能量捕获传输组件包含能量捕获杆3、输出杆4、麻花杆20、主动旋转套筒22和从动旋转套筒24，能量捕获杆3顶部的能量捕获杆端盖19固定在调频质量体12的底部，输出杆4的上部插入能量捕获杆3的内部，下部贯穿并通过滚珠轴承29连接下甲板5，主动旋转套筒22和从动旋转套筒24由上至下依次设在输出杆4的内部，主动旋转套筒22的下部设有与从动旋转套筒24上部的从动旋转齿牙25咬合的主动旋转齿牙23，从动旋转套筒24通过连接键26连接输出杆4的内壁，麻花杆20的上端固定在能量捕获杆3顶部的能量捕获杆端帽19上，下端依次穿过输出杆端盖21、主动旋转套筒22上的扭转通道27和从动旋转套筒24上的麻花杆通道28。

电能储存装置设在由下甲板5和外壳1围成的配重载荷区11内，电能储存装置包含调速齿轮箱6、励磁发电机7和蓄电池9，输出杆4的底部通过调速齿轮箱6连接设在蓄电池储存室10顶部的励磁发电机7，励磁发电机7通过导线8电连接设在蓄电池储存室10内部的蓄电池9，蓄电池储存室10设在外壳1底部的基座上。

外壳1采用圆柱形、球体、流线体和弧面中至少一种组成的流线型不倒翁结构。

调频质量体12采用形状呈中心对称的质量体。

该装置不论以何种姿势置入水中，均会由于不倒翁的结构特点快速复位，励磁发电机7绝对位置在下，调频质量体12的绝对位置在上，大部分浮露于水面之上。装置受到风、浪、流等联合作用后，会在竖直方向产生位移，调频质量体12会随之产生相对运动，并且靠复位弹簧14的弹力可以复位，由此可以带动能量捕获杆3在竖直方向上下运动，从而捕获波浪能量。

不倒翁结构体外壳1随波浪上下运动，不倒翁结构体中内置的调频质量体12由于惯性作用产生和不倒翁结构体运动相反的相对上下运动，当调频质量体12带动能量捕获杆3向下运动，调频质量体12、固定杆13和连接杆15整体向下运动，复位弹簧14被压缩，固定杆孔18限制固定杆13的横向位移，能量捕获杆端盖19将保证麻花杆20与能量捕获杆3同步向下运动，麻花杆20的下部通过输出杆端盖孔进入主动旋转套筒22的扭转通道27，由于存在摩擦力，主动旋转套筒22将被下压，主动旋转套筒尺牙23和从动旋转套筒尺牙25相互咬合，随着麻花杆20向下运动，扭转通道27与麻花杆20相咬合，产生旋转带动从动旋转套筒24转动，从动旋转套筒24通过连接键26与输出杆4连接，从而带动输出杆4转动。当调频质量体12带动能量捕获杆3向下运动到极限位置时，下弹簧座17下端限位防止装置过度运动，由于复位弹簧14的弹力，将会向上竖直运动，运动过程中的能量将由波浪能量提供。

当调频质量体12带动能量捕获杆3向上运动，调频质量体12、固定杆13和连接杆15整体向上运动，能量捕获杆端盖19将保证麻花杆20与能量捕获杆3同步向上运动，由于存在摩擦力，主动旋转套筒22将被麻花杆20上提，主动旋转套筒尺牙23和从动旋转套筒尺牙25相互分离，随着麻花杆20向上运动，扭转通道27与麻花杆20相咬合，主动旋转套筒22空转，输出杆端盖21保证主动旋转套筒22不被抽离出输出杆4。上弹簧座16上端限位防止装置过度运动。

输出杆4转动后，调速齿轮箱6对转速和扭矩进行调配传递至励磁发电机7发出电能，该电能通过导线8传递至蓄电池储存室10中的蓄电池9进行存储，并为配重载荷区11提供电能。

外壳采用流线型不倒翁结构，其内部分为上下两层甲板或多层甲板，上层为调频质量装置层，最底层甲板为基座，最底层甲板下通过安装调速机构、电机、配重或其他荷载形成上轻下重的不倒翁结构，保证装置整体有良好的复位和自稳定性能。其外壳可以是圆柱体、球体、流线体、弧面等一种或多种组合体，甲板可以是一层至多层。

含调频质量装置的不倒翁结构随波浪漂浮运动，使与外壳相连的调频质量体产生相对运动，即获得机械能，将机械能转化为旋转机械能带动电机发电并储存电能。调频质量体12在竖直方向运动，同时也可以在竖直方向有一定的偏角，装置捕获的能量一部分转化为电能，一部分储存在复位弹簧14中带动调频质量体12复位，还有一部分损耗于麻花杆20和主动旋转套筒22接触的扭转通道27及滚珠轴承30、调速齿轮箱6、励磁发电机7的机械传动中。调频质量体可以是球体、圆柱体、正多面体等中心对称的形状，复位弹簧也可以是其他具有相同原理的弹力机构。

调频质量体推压麻花杆向下运动，产生转动扭矩，带动电机发电，重物向上复位，电机不工作。调频质量体带动麻花杆往复运动，麻花杆驱动主动螺旋套筒，并由于少量摩擦力的存在主动螺旋套筒下压，使得主动螺旋套筒尺牙与从动螺旋套筒尺牙咬合，从动旋转套筒依靠连接键与输出杆紧密相连，输出杆转动，并通过滚珠轴承固定在下甲板。同时，螺旋杆不限于示意图所示，也可以是截面是其他形状，主动螺旋套筒尺牙和从动螺旋套筒尺牙不限于示意图所示，也可以是正齿，其他斜齿等形式。上弹簧座可采用橡胶垫，下弹簧座可采用橡胶环。调频质量体通过能量捕获杆端盖与能量捕获杆焊接为一体，并由中心对称的固定杆通过固定杆孔在上甲板上方由连接杆相连。

不倒翁装置随波浪起伏运动，其内部悬挂的调频质量体产生相对运动，获得机械能，驱动螺旋杆上下运动，当螺旋杆向下运动时，通过主动螺旋套筒驱动从动螺旋套筒，带动输出杆旋转，驱动调速齿轮系统带动发电机发电。由于主动螺旋套筒和螺旋杆的棘爪设计，重物向上运动复位过程中，输出杆不转动，发电机不工作。