一种波浪发电机的机电转换装置

技术领域：

本发明属于清洁能源设备技术领域，具体涉及一种波浪发电机的机电转换装置。

背景技术：

波浪能是一种清洁的可再生能源，分布于江河湖海，能量储量巨大。波浪能以机械能的方式呈现，具有能量品位高、能流密度高的特点，尤其是风能丰富的海域，风大浪急，伴随着潮汐能，能流密度更大。上世纪70年代以来，世界各国投入大量的人力、物力进行了波浪能高效发电的研究，开发出了各种型式、不同规模的发电装置，如挪威建成的500kW振荡水柱式波浪电站和350kW聚波水库式波浪电站，我国自主研发的50kW振荡水柱式波浪能独立稳定发电系统等。现有波浪能发电主流技术以筏式、震荡水柱式等为主。筏式波浪发电装置由筏体、铰接链、液压系统等组成，筏体随波浪运动获得机械能，进而通过液压系统驱动发电机发电。其优点为装置结构简单，波浪能转化效率较高。震荡水柱式波浪发电装置由气室、涡轮机等组成，波浪作用使气室中的气压增大产生高速气流驱动涡轮机发电。其优点为装置结构简单、工作可靠。然而上述的发电装置的机电转换效率较低，不适用于波浪能的大面积捕获。一种网状漂浮式波浪能发电装置(CN107143459B)采用发电单元浮舱组成的网状阵列，可克服上述波浪能捕获的不足，但该装置的发电单元浮舱连接点数量多，只能组成矩形网状阵列。

发明内容：

本发明针对现有清洁能源设备存在的技术问题，提供一种波浪发电机的机电转换装置。该装置适用于六边形波浪能捕获阵列的波浪发电机，具有适应波浪能随机输入、转换效率高、工作可靠、成本低等特点。

本发明提供的一种波浪发电机的机电转换装置包括机架4、左摆杆8、右摆杆16、左转换机构、右转换机构、增速机构及发电机1。

所述机架4是对称的空心球体，所述左摆杆8和右摆杆16位于球体的外部，而所述左转换机构、右转换机构、增速机构和发电机1设置在球体的内部，其中发电机1位于球体中心的下方，所述左摆杆8和右摆杆16分别位于通过球体中心的两个铅锤平面，两个铅锤平面的夹角为120°，所述左摆杆8和右摆杆16的上端设置活动耳环，所述空心球体的上部体外设置固定耳环，两个活动耳环及1个固定耳环形成3个对外连接点。

所述左转换机构包括左输入轴7、左齿轮轴12、左大齿轮5、左小齿轮11、左主齿轮6、左副齿轮9、左惰轮10、左摇杆3及左弹簧2，所述左输入轴7和左齿轮轴12的轴线平行且位于同一水平面，所述左输入轴7和所述左齿轮轴12分别通过轴承以两点支承的方式支承在机架4上，左输入轴7在两点支承之间的部分与所述左摆杆8的下端固定连接，左摆杆8的上端为机械能的输入端；所述左主齿轮6通过单向轴承与左输入轴7的轴颈连接，所述左副齿轮9通过单向轴承与左输入轴7的中部轴径连接，左主齿轮6和左副齿轮9相对左输入轴7的转动方向相反；所述左摇杆3位于平行于左摆杆8的工作平面，所述左摇杆3的一端与左输入轴7端部固定连接，所述左摇杆3的另一端通过左弹簧2与机架4连接；所述左齿轮轴12由传动轴和轴端的伞齿轮构成，传动轴通过轴承支承在机架4上只能相对于机架4转动，所述左大齿轮5与左齿轮轴12固定连接且与左主齿轮6啮合，所述左小齿轮11与左齿轮轴12固定连接并与左惰轮10啮合，左惰轮10与左副齿轮9啮合。

所述右转换机构包括右输入轴18、右齿轮轴13、右大齿轮14、右小齿轮20、右主齿轮15、右副齿轮17、右惰轮19、右摇杆22及右弹簧23；所述右输入轴18和右齿轮轴13的轴线平行且位于同一水平面，所述右输入轴18和所述右齿轮轴13分别通过轴承以两点支承的方式支承在机架4上，右输入轴18在两点支承之间的部分与所述右摆杆16的下端固定连接，右摆杆16的上端为机械能的输入端；所述右主齿轮15通过单向轴承与右输入轴18的轴颈连接，所述右副齿轮17通过单向轴承与右输入轴18的中部轴径连接，右主齿轮15和右副齿轮17相对右输入轴18的转动方向相反；所述右摇杆22位于平行于右摆杆16的工作平面，所述右摇杆22的一端与右输入轴18端部固定连接，所述右摇杆22的另一端通过右弹簧23与机架4连接；所述右齿轮轴13由传动轴和轴端的伞齿轮构成，该传动轴通过轴承支承在机架4上只能相对于机架4转动，所述右大齿轮14与右齿轮轴13固定连接且与右主齿轮15啮合，所述右小齿轮20与右齿轮轴13固定连接并与右惰轮19啮合，右惰轮19与右副齿轮17啮合。

所述左齿轮轴12与右齿轮轴13的轴线位于同一平面且两者轴线的交角为60°，左齿轮轴12的伞齿轮与右齿轮轴13的伞齿轮啮合。

所述增速机构包括输出齿轮21、双联齿轮24及发电机1输入轴端的齿轮，所述双联齿轮24通过轴承支承在固定于机架4的轴上，所述输出齿轮21与左齿轮轴12的轴端固定连接，所述输出齿轮21、双联齿轮24和发电机1输入轴端的齿轮的轴线相互平行，输出齿轮21与双联齿轮24的小齿轮啮合，双联齿轮24的大齿轮与发电机1输入轴端的齿轮啮合，所述发电机1位于左齿轮轴12和右齿轮轴13的下方并与机架4固定连接。

所述左摆杆8和右摆杆16的结构相同，采用C形结构，采用耐水腐蚀的材料制造。

所述增速机构中的所述输出齿轮21、双联齿轮24及所述发电机1输入轴端的齿轮采用直齿或斜齿圆柱齿轮。

所述左弹簧2和右弹簧23采用结构、规格相同的拉伸弹簧。

本发明波浪发电机1的机电转换装置的工作原理如下：

波浪发电机悬浮于水面，水面静止时，波浪发电机无电能输出。水面有波浪时，在浮力和重力作用下，波浪发电机主要随波浪上下运动，同时伴随有左右或前后的摇摆运动，这些随机运动产生机械能导致左摆杆8和右摆杆16相对于波浪发电机的机架4往复摆动，实现机械能的输入。

左摆杆8向下摆动时，左输入轴7带动左主齿轮6和左摇杆3转动，经左大齿轮5和左齿轮轴12驱动输出齿轮21单方向转动，经增速机构增速后发电机1输出电能，同时左摇杆3转动使左弹簧2拉伸增加弹簧储能；右摆杆16向下摆动时，右输入轴18带动右主齿轮15和右摇杆22转动，经右大齿轮14、右齿轮轴13和左齿轮轴12的伞齿轮啮合驱动输出齿轮21单方向转动，经增速机构增速后发电机1输出电能，同时右摇杆22转动使右弹簧23拉伸增加弹簧储能。

左摆杆8向上摆动时，左输入轴7带动左副齿轮9和左摇杆3转动，经左惰轮10、左小齿轮11和左齿轮11轴驱动输出齿轮21单方向转动，经增速机构增速后发电机1输出电能，同时左弹簧2的弹簧储能释放，通过左摇杆3驱动左输入轴7转动，有利于左摆杆8复位并驱动发电机1连续发电；右摆杆16向上摆动时，右输入轴18带动右副齿轮17和右摇杆22转动，经右惰轮19、右小齿轮20、右齿轮轴13和左齿轮轴12的伞齿轮啮合驱动输出齿轮21单方向转动，经增速机构增速后发电机1输出电能，同时右弹簧23的弹簧储能释放，通过右摇杆22驱动右输入轴18转动，有利于右摆杆16复位并驱动发电机1连续发电。

本发明具有以下技术优点：

1、本装置的机架是空心球体且在球体外只有3个连接点，能使波浪发电机相互连接组成正六边形的阵列单元，易于横向和纵向扩展成区域更大的波浪能捕获阵列，波浪发电机相互之间的连接件数量少，有利于降低成本，提高工作可靠性。

2、波浪能产生的机械能是随机的，本装置的左转换机构和右转换机构能随机地将机械能转换为电能，转换效率高，损失小。无论正向输入还是反向输入，左、右转换机构都能高效地转换为输出齿轮的同方向转动，有利于发电机的连续工作。

3、左转换机构和右转换机构的组成相同，且只需一套增速机构和发电机，可大大降低波浪发电机的制造和维护成本。

附图说明：

图1为图2中k-k向主视原理图；

图2为本发明波浪发电机的机电转换装置俯视原理图；

图3为本发明波浪发电机的机电转换装置的连接点示意图。

图中：1、发电机；2、左弹簧；3、左摇杆；4、机架；5、左大齿轮；6、左主齿轮；7、左输入轴；8、左摆杆；9、左副齿轮；10、左惰轮；11、左小齿轮；12、左齿轮轴；13、右齿轮轴；14、右大齿轮；15、右主齿轮；16、右摆杆；17、右副齿轮；18、右输入轴；19、右惰轮；20、右小齿轮；21、输出齿轮；22、右摇杆；23、右弹簧；24、双联齿轮。

具体实施方式：

图1中，杆16的右摆上端A为机械能的输入点，右摆杆16的下端与右输入轴18固定连接，右摆杆16可绕支承于机架4的右输入轴中心O

图2中，左摆杆8的下端与由轴承支承于机架4的左输入轴7固连，在左输入轴7的支承轴承两侧设置左主齿轮6和左副齿轮9，左主齿轮6通过单向轴承与左输入轴7连接保证左摆杆8向下摆动时左主齿轮6能输出运动，而左副齿轮9通过单向轴承与左输入轴7连接保证左摆杆8向上摆动时左副齿轮9能输出运动。左齿轮轴12由轴承支承于机架4，在支承轴承的两侧设置左大齿轮5和左小齿轮11，左大齿轮5和左小齿轮11都与左齿轮轴12固定连接，左齿轮轴12的两端分别与伞齿轮和输出齿轮21固连。左摆杆8向下摆动时左输入轴7带动左摇杆3转动使左弹簧2储能增加，同时左主齿轮6与左大齿轮5啮合驱动输出齿轮21顺时针转动，左小齿轮11通过左惰轮10使左副齿轮9相对于左输入轴7空转。左摆杆8向上摆动复位时左输入轴7带动左摇杆3转动，左弹簧2释放储能，同时左副齿轮9通过左惰轮10使左小齿轮11驱动输出齿轮21顺时针转动，左大齿轮5使左主齿轮6相对于左输入轴7空转。无论左摆杆8的摆动方向如何，左转换机构都能产生定向的转动输出。

右摆杆16的下端与支承于机架4的右输入轴18固连，在右输入轴18支承轴承两侧设置右主齿轮15和右副齿轮17，右主齿轮15通过单向轴承与右输入轴18连接保证右摆杆16向下摆动时右主齿轮15能输出运动，而右副齿轮17通过单向轴承与右输入轴18连接保证右摆杆16向上摆动时右副齿轮17能输出运动。右齿轮轴13由轴承支承于机架4，在右齿轮轴13支承轴承两侧设置右大齿轮14和右小齿轮20，右大齿轮14和右小齿轮20都与右齿轮轴13固连，右齿轮轴13的两端分别与伞齿轮和输出齿轮21固连。右摆杆16向下摆动时右输入轴18带动右摇杆22转动使右弹簧23储能增加，同时右主齿轮15与右大齿轮14啮合驱动右齿轮轴13逆时针转动，右小齿轮20通过右惰轮19使右副齿轮17相对于右输入轴18空转。右摆杆16向上摆动复位时右输入轴18带动右摇杆22转动，右弹簧23释放储能，同时右副齿轮17通过右惰轮19啮合右小齿轮20驱动右齿轮轴13逆时针转动，右大齿轮14使右主齿轮15相对于右输入轴18空转。无论右摆杆16的摆动方向如何，右转换机构都能产生定向的转动输出，通过左齿轮轴12的伞齿轮与右齿轮轴13的伞齿轮啮合驱动输出齿轮21顺时针转动，输出齿轮21通过双联齿轮24驱动发电机1高速转动实现连续的电能输出。

图3中，左摆杆8和右摆杆16的上极限位置是无波浪时的状态，此时左摆杆8和右摆杆16的上端连接点B、A靠近机架4的球面外部并位于球面的同一圆周上，左摆杆8和右摆杆16对称分布在机架4球面上固定点C的两侧。电能的输出端D位于固定点C的同一侧。