振荡浮子式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及海洋新能源技术领域，特别是波浪能发电装置，具体是一种振荡浮子式波浪能发电装置。

背景技术

随着社会的发展，人们对能源的需求量越来越多，常规能源已经难以满足人们的需求。海洋面积占地球面积的70％，它不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。海洋能包括潮汐能、波浪能、海洋温差能和海流能等，其中波浪能在海洋中无处不在，取之不尽，是海洋能利用中最受重视的能源形势之一。波浪能与其他海洋能源相比，具有以下优点：波浪能能够以机械能的形式出现，是海洋能中品质较好的能量；波浪能的能流密度最大；波浪能可以通过较小的装置实现其利用。

由于波浪能具备良好的品质和开发利用价值，因此受到科研人员的广泛青睐，各种形式的波浪能发电装置得到了研发和试验。波浪能发电装置以波浪上下起伏产生的能量作为动力发电，常见的波浪能发电装置点头鸭式、波面阀式、波流式、摆式、振荡水柱式、振荡浮子式、收缩水道式、聚能水库式等。振荡浮子式包浪能发电装置也成为点吸收式波浪能发电，通过漂浮在海面上的浮子在波浪作用下上下运动获得能量，然后将浮子吸收的波浪能通过机械或液压装置转化出去，驱动发电机发电。

现有的振荡浮子式波浪能发电装置在换向的过程中难以保证发电的连续性，稳定性差，且结构复杂造价昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振荡浮子式波浪能发电装置，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种振荡浮子式波浪能发电装置，该波浪能发电装置包括支架、外壳、浮子、动力机构、传动机构，所述浮子使动力机构反复转动，所述外壳设置在支架上，外壳从左往右依次设置有动力机构、传动机构，所述动力机构使传动机构往一个方向转动。浮子将波浪能转换为势能，浮子使动力机构反复的转动，而动力机构使传动机构往一个方向进行转动，通过动力机构与传动机构的相互配合使浮子上升和下降的势能都能被充分利用，提高波浪能的利用率。

作为优选技术方案，所述外壳包括设置在支架上的外套壳和设置在外套壳上的外端盖，所述动力机构包括设置在外套壳上的至少两组支板、设置在支板上的主动轴；所述传动机构包括设置在外套壳上的限位壳、一端设置在限位壳上的随动轴；所述主动轴贯穿两组支板并两端设置在外套壳侧壁上，所述主动轴上设置有转动轮，所述随动轴中间位置设置有限位壳，随动轴的两端设置在外套壳侧壁上，所述浮子使转动轮进行反复转动，浮子上设置有艉板。支架对整体装置进行空间支撑，外套壳为主动轴、随动轴、限位壳等的安装提供支撑，同时为主动轴、随动轴等提供稳定、可靠的工作空间，外端盖与外套壳相互配合使外套壳内部形成一个相对封闭的空间，防止海风、海浪等对内部装置造成损害，支板对主动轴提供转动支撑，防止主动轴长时间受到浮子的牵引而发生形变，主动轴为转动轮、主动轮的安装提供支撑，转动轮与浮子通过绳索连接，并且绳索一端连接在浮子上，另一端连接有与浮子相匹配的配重块，转动轮通过浮子的上升或下降获得转动动力，并将动力传递到主动轴上，随动轴为从动轴、斜齿轮的安装提供安装支撑，限位壳对随动轴的一端进行空间支撑，限位壳上设置有通孔，可以使绳索通过通孔穿过限位壳，并且限位壳通过通孔可以对绳索的行进方向进行一定的限定，防止绳索在收缩时发生位置偏移，浮子将波浪能转化为势能并通过绳索将能量传递上转动轮上，艉板使浮子在海水中保持一定的方向，使浮子更好地转化波浪能。

作为优选技术方案，所述外套壳上从左往右依次设置有主动轴、限位壳、随动轴、传动轴、轴支撑架、垫块，外套壳上设置有密封套，所述主动轴上从中间往两端依次设置有转动轮、主动轮，所述转动轮上设置有转动槽，所述随动轴上从中间往两端依次设置有限位壳、斜齿轮、从动轮，两组所述从动轮与两组所述主动轮进行齿轮传动，在同一侧的所述从动轮与所述主动轮为一组且两组转动方向相反。密封套位于转动轮的下方，密封套为波纹状密封套，绳索穿过密封套并缠绕在转动轮上，密封套对绳索的摆动并不会造成影响，密封套用来密封绳索在外套壳上的摆动空间，增加外套壳内部的密封效果，传动轴为Ⅲ号斜齿轮斜齿轮的安装提供支撑，并进行动力传递，轴支撑架对传动轴进行转动支撑，垫块使发电机与转动轴保持一定的空间上的平衡，防止发电机上的小斜齿轮无法与转动轴上的Ⅲ号斜齿轮进行齿轮传动，转动轮将浮子转化的波浪能传递到主动轴上，主动轮通过主动轴获得转动动力并与从动轮进行齿轮传动，转动槽与绳索更稳定的缠绕在转动轮上进行并进行绳传动，从动轮从主动轮上获得转动动力并将动力通过随动轴传递到斜齿轮上，在同一侧的从动轮与主动轮为一组，共分为两组，且两组的转动方向相反，主动轮与从动轮的齿数比为3:1，通过两组相反的转动可以对浮子上升的能量与下降的能量进行传递，提高对浮子势能的利用率。

作为优选技术方案，所述传动轴设置在轴支撑架上，传动轴的两端设置有Ⅲ号斜齿轮，所述斜齿轮包括Ⅰ号斜齿轮、Ⅱ号斜齿轮，靠近限位壳一端的一组所述Ⅲ号斜齿轮分别与Ⅰ号斜齿轮、Ⅱ号斜齿轮进行齿轮传动，所述垫块上设置有发电机，所述发电机上设置有小斜齿轮，所述小斜齿轮与另一组所述Ⅲ号斜齿轮进行齿轮传动。Ⅰ号斜齿轮与Ⅱ号斜齿轮之间的齿数比相同，Ⅰ号斜齿轮（Ⅱ号斜齿轮）与Ⅲ号斜齿轮之间的齿数比为4:1，通过不同的齿数比将转速进行转换，使得浮子即使有很小到上升和下降也能使发电机获得转动动力。

作为优选技术方案，所述浮子底部设置为弧形的船体结构，所述弧形的船体结构至少为两组，所述艉板与浮子转动连接，艉板上设置有至少两组导流孔，所述外端盖上设置有至少两组疏流孔。浮子底部设置呈弧形的船体结构，如同船在水中受到海浪的冲击时，通过水对弧形船体的冲击作用，会使得弧形的船体获得上升的支撑力，使船更好地在水中漂浮，浮子底部设置成弧形的船体结构也是一样的，在波浪的冲击下，会更好地对波浪的冲击做出反应并进行上浮，更好地将波浪能转化为势能，艉板的两侧设置有导流孔，当浮子侧方有波浪时，艉板通过导流孔对一定量的波浪进行方向疏导，而且导流孔流进波浪的开口处在垂直方向上为倾斜向上的结构、在水平方向上为向内凹陷的结构，流出海水的出口方向是向下的，当波浪从导流孔的开口处流进时，在导流孔内部结构的作用下，对艉板产生一种向上的支撑力，并且使艉板的开口端获得较大的偏转力，艉板在偏转力的作用下将浮子的方向摆动到与波浪前行的方向上，使浮子更好地接收波浪能，并且通过波浪对艉板的支撑力可以减艉板对浮子上升时的影响，外端盖上的疏流孔对海面上吹来的海风进行方向疏导，减少海风对外壳的冲击，而且疏流孔内部在垂直方向上设置有向下凹陷的地方，且凹陷的方向为倾斜放下，通过海风对凹陷位置的作用力使外壳获得斜向下的作用力，从而增强整体装置的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、浮子将波浪能转换为势能，浮子使动力机构反复的转动，而动力机构使传动机构往一个方向进行转动，通过动力机构与传动机构的相互配合使浮子上升和下降的势能都能被充分利用，提高波浪能的利用率。

2、浮子底部设置呈弧形的船体结构，如同船在水中受到海浪的冲击时，通过水对弧形船体的冲击作用，会使得弧形的船体获得上升的支撑力，使船更好地在水中漂浮，浮子底部设置成弧形的船体结构也是一样的，在波浪的冲击下，会更好地对波浪的冲击做出反应并进行上浮，更好地将波浪能转化为势能。

3、导流孔流进波浪的开口处在垂直方向上为倾斜向上的结构、在水平方向上为向内凹陷的结构，流出海水的出口方向是向下的，当波浪从导流孔的开口处流进时，在导流孔内部结构的作用下，对艉板产生一种向上的支撑力，并且使艉板的开口端获得较大的偏转力，艉板在偏转力的作用下将浮子的方向摆动到与波浪前行的方向上，使浮子更好地接收波浪能，并且通过波浪对艉板的支撑力可以减艉板对浮子上升时的影响。

4、外端盖上的疏流孔对海面上吹来的海风进行方向疏导，减少海风对外壳的冲击，而且疏流孔内部在垂直方向上设置有向下凹陷的地方，且凹陷的方向为倾斜放下，通过海风对凹陷位置的作用力使外壳获得斜向下的作用力，从而增强整体装置的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的整体结构模拟示意图；

图2为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的外套壳与动力机构、传动机构连接结构示意图；

图3为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的浮子前视图；

图4为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的浮子与艉板俯视图；

图5为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的艉板前视图；

图6为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的外端盖俯视图；

图7为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的疏流孔中气流压力分析图；

图8为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的外端盖左视图；

图9为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的Ⅰ号主动轮结构示意图；

图10为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的Ⅰ号从动轮结构示意图；

图11为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的Ⅱ号主动轮结构示意图；

图12为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的Ⅱ号从动轮结构示意图；

图13为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的浮子上升时齿轮传动示意图；

图14为本发明一种振荡浮子式波浪能发电装置的浮子下降时齿轮传动示意图。

附图标记如下：1、支架； 2-1、外套壳；2-2、外端盖；2-21、疏流孔；3、浮子；4、艉板；4-1、导流孔；5-1、支板；5-2、主动轮；5-3、转动轮；5-4、Ⅰ号主动轮；5-5、Ⅱ号主动轮；5-6、配重块；5-7、密封套；6-1、Ⅰ号从动轮；6-2、Ⅱ号从动轮；6-3、随动轴；6-4、Ⅰ号斜齿轮；6-5、Ⅱ号斜齿轮；6-6、Ⅲ号斜齿轮； 6-8、传动轴；6-9、轴支撑架；6-10、发电机；6-101、小斜齿轮；6-13、限位壳；6-14、垫块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例：如图1-14所示，一种振荡浮子式波浪能发电装置，该波浪能发电装置包括支架1、外壳2、浮子3、动力机构5、传动机构6，浮子3使动力机构5反复转动，外壳2固定在支架1上，外壳2从左往右依次安装有动力机构5、传动机构6，动力机构5使传动机构6往一个方向转动。

外壳2包括焊接在支架1上的外套壳2-1和通过螺丝固定在外套壳2-1上端的外端盖2-2，外套壳2-1为一种无盖盒体，且底部伸出海面的一端加工有绳索摆动所需要的空间通孔，外端盖2-2的四个侧端面上均加工有疏流孔2-21，而且四个侧端面上的疏流孔2-21不在同一个水平空间上，疏流孔2-21对海面上吹来的海风进行方向疏导，减少海风对外壳2的冲击，而且疏流孔2-21内部在垂直方向上设置有向下凹陷的地方，且凹陷的方向为倾斜放下，通过海风对凹陷位置的作用力使外壳2获得斜向下的作用力，从而增强整体装置的稳定性。

外套壳2-1的内部从左往右依次安装有主动轴5-2、限位壳6-13、随动轴6-3、传动轴6-8、轴支撑架6-9、垫块6-14，外套壳2-1上在绳索摆动空间的位置通过螺丝固定有密封套5-7。

主动轴5-2上从中间往两端依次安装有转动轮5-3、主动轮，转动轮5-3外表面上有转动槽，主动轴5-2穿过两组支板5-1，而且两端安装在外套壳2-1的内壁上，主动轴5-2与外套壳2-1转动连接，两组支板5-1位于主动轴5-2的中间位置，转动轮5-3位于两组支板5-1的中间，转动轮5-3的上方安装有转动轮壳，转动轮壳的内壁与转动轮5-3的外表面之间留有合适的距离，使转动轮壳既不影响转动轮的转动，又能使绳索稳定的处在转动槽中，使绳索无法转出转动槽，转动轮壳与转动轮5-3之间的距离可在具体实施时进行操作，主动轮为飞轮，主动轮内部为荆轮机构，主动轮分为Ⅰ号主动轮5-4、Ⅱ号主动轮5-5，Ⅰ号主动轮5-4与Ⅱ号主动轮5-5内部的荆轮开口方向以及荆爪方向相反，Ⅰ号主动轮5-4转动时，Ⅱ号主动轮5-5为空转。

随动轴6-3上从中间往两端依次安装有限位壳6-13、斜齿轮、从动轮，随动轴6-3包括两组随动轴6-3，且两组随动轴6-3互不影响，两组随动轴6-3的一端均安装在限位壳6-13上，随动轴6-3的另一端安装在外套壳2-2的内部上，随动轴6-3在限位壳6-13的两侧且靠近限位壳6-13的位置分别安装有Ⅰ号斜齿轮6-4、Ⅱ号斜齿轮6-5，随动轴6-3在与Ⅰ号主动轮5-4、Ⅱ号主动轮5-5相对应的位置通过螺丝固定有从动轮，从动轮为飞轮，从动轮内部为荆轮机构，从动轮分为Ⅰ号从动轮6-1、Ⅱ号从动轮6-2，Ⅰ号从动轮6-1对应Ⅰ号主动轮5-4，Ⅱ号从动轮6-2对应Ⅱ号主动轮5-5，Ⅰ号主动轮5-4与Ⅱ号主动轮5-5的齿数相同，Ⅰ号从动轮6-1与Ⅱ号从动轮6-2的齿数相同，主动轮与从动轮之间的齿数比为3:1，而且Ⅰ号从动轮6-1与Ⅱ号从动轮6-2内部的荆轮开口方向以及荆爪方向也互为相反设置，Ⅰ号从动轮6-1转动时，Ⅱ号从动轮6-2为空转，但Ⅰ号从动轮6-1与Ⅰ号主动轮5-4的内部荆轮机构的方向相同，Ⅱ号从动轮6-2与Ⅱ号主动轮5-5的内部荆轮机构的方向相同，当Ⅰ号主动轮5-4带动Ⅰ号从动轮6-1转动时，Ⅱ号主动轮5-5与Ⅱ号从动轮6-2为空转；当Ⅱ号主动轮5-5带动Ⅱ号从动轮6-2转动时，Ⅰ号主动轮5-4与Ⅰ号从动轮6-1为空转。

传动轴6-8安装在轴支撑架6-9上，传动轴6-8的两端安装有Ⅲ号斜齿轮6-6，靠近限位壳6-13一端的一组Ⅲ号斜齿轮6-6分别与Ⅰ号斜齿轮6-4、Ⅱ号斜齿轮6-5进行齿轮传动，垫块6-14上通过螺丝固定有发电机6-10，发电机6-10的电机轴上通过螺丝固定有小斜齿轮6-101，小斜齿轮6-101与另一组Ⅲ号斜齿轮6-6进行齿轮传动。

Ⅰ号斜齿轮6-4与Ⅱ号斜齿轮6-5之间的齿数比相同，Ⅰ号斜齿轮6-4（Ⅱ号斜齿轮6-5）与Ⅲ号斜齿轮6-6之间的齿数比为4:1，当Ⅰ号主动轮5-4带动Ⅰ号从动轮6-1转动时，Ⅰ号斜齿轮与就与Ⅲ号斜齿轮进行齿轮传动，在通过传动轴6-8将Ⅰ号主动轮5-4传递的浮子3的势能传递到发电机6-10上，促使发电机6-10进行转动发电，此时Ⅱ号主动轮5-5与Ⅱ号从动轮6-2为空转，当Ⅱ号斜齿轮通过Ⅲ号斜齿轮获得转动动力并带着一组随动轴6-3进行转动时，Ⅱ号从动轮6-2并不会转动，Ⅱ号主动轮5-5与Ⅱ号从动轮6-2并不会对Ⅰ号主动轮5-4的转动造成影响，相同的，当Ⅱ号主动轮5-5带动Ⅱ号从动轮6-2转动时，Ⅰ号主动轮5-4与Ⅰ号从动轮6-1也不会对Ⅱ号主动轮5-5的转动造成影响。

浮子3通过绳索与转动轮5-3进行绳连接，并且绳索一端连接在浮子3上，另一端固定连接有与浮子3相匹配的配重块5-6，转动轮5-3在浮子3的上升或下降的过程中获得转动动力，并将动力传递到主动轴5-2上，浮子3的一端转动连接有艉板4，浮子3上加工有转动柱，艉板4上焊接有套筒，浮子3通过转动柱与套筒的相互配合实现与艉板4转动连接，且转动柱与套筒通过多组弹簧片进行固定，浮子3底部设置为弧形的船体结构，弧形的船体结构至少为两组，如同船在水中受到海浪的冲击时，通过水对弧形船体的冲击作用，会使得弧形的船体获得上升的支撑力，使船更好地在水中漂浮，浮子3底部设置成弧形的船体结构也是一样的，在波浪的冲击下，会更好地对波浪的冲击做出反应并进行上浮，更好地将波浪能转化为势能，艉板4的两侧设置有导流孔4-1，当浮子3侧方有波浪时，艉板4通过导流孔4-1对一定量的波浪进行方向疏导，而且导流孔4-1流进波浪的开口处在垂直方向上为倾斜向上的结构、在水平方向上为向内凹陷的结构，流出海水的出口方向是向下的，当波浪从导流孔4-1的开口处流进时，在导流孔4-1内部结构的作用下，对艉板4产生一种向上的支撑力，并且使艉板4的开口端获得较大的偏转力，艉板4在偏转力的作用下将浮子3的方向摆动到与波浪前行的方向上，使浮子3更好地接收波浪能，并且通过波浪对艉板4的支撑力可以减艉板4对浮子3上升时的影响。

本发明的工作原理：浮子3在底部弧形的船体结构的作用下，大幅度的上升并将波浪能转化为势能并通过绳索以及配重块5-6将势能转化为动能，转动轮5-3在绳索的带动下进行转动，并带着Ⅰ号主动轮5-4与Ⅱ号主动轮5-5同时转动，由于Ⅱ号主动轮5-5内部荆轮结构的原因，在浮子3上升时，Ⅱ号主动轮5-5并不会转动，Ⅰ号主动轮5-4带动Ⅰ号从动轮6-1转动时，Ⅰ号斜齿轮与就与Ⅲ号斜齿轮进行齿轮传动，在通过传动轴6-8将Ⅰ号主动轮5-4传递的浮子3的势能传递到发电机6-10上，促使发电机6-10进行转动发电。

当浮子3下降时，Ⅰ号主动轮5-4与Ⅱ号主动轮5-5在主动轴5-2的带动下同时转动，但Ⅰ号主动轮5-4由于内部荆轮结构的原因并不会转动，此时Ⅱ号主动轮5-5就会带着Ⅱ号从动轮6-2进行转动，并通过Ⅱ号斜齿轮与Ⅲ号斜齿轮之间的齿轮传动，将浮子3下降时的势能传递到发电机6-10上，使发电机6-10继续转动，保证发电机6-10不会断断续续的受力发电，保证发电的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。