一种海洋波浪摆动发电机装置

1.本发明涉及海洋环保发电技术领域，尤其是涉及一种海洋波浪摆动发电机装置。


背景技术：

2.21世纪以来随着社会经济快速发展和物质生活水平的提高，用电消费需求情况越来越大。但是与此同时，煤炭供给增量不足，矿井资源自然衰减严重，增产保供工作压力加大。供需紧张、火电资本开支大幅下滑、新增煤机数量不足，电力持续紧平衡。同时随着国家对绿色环保的理念越来越重视，因此，如何缓解用电供需紧张，创造尽可能多电力资源已经成为当下急迫需要解决的一大问题。
3.为了解决矿石资源的不足，现有技术提出了通过海洋资源进行发电的方案。海洋的能量包括海水动能(包括海流能、波浪能等)、表层海水与深层海水之间的温差所含能量、潮汐的能量等(见潮汐电站、海洋能电站)。
4.现有技术利用海洋能发电时一般都是通过海浪冲击叶轮使叶轮转动发电，例如2022/12/16公开的中国专利cn113431732b；但这类现有技术的共同点在于基本都需要叶轮辅助发电，而由于洋流的复杂流动方式，海水动能的方向可能是多变的，不一定能完全驱使叶轮完成转动，且这造成对安置发电设备的海域位置有一定要求，且叶轮受力面小，能量转化率低。
5.或者也有现有技术通过海浪起伏推动浮球摆动，然后利用浮球运动压缩空气推动扇叶转动发电，例如2022/02/11公开的中国专利cn215804931u，这类现有技术仅要求海水起伏变化即可推动叶轮转动，但该专利中记载的结构较为复杂，且仍需要通过叶轮传动发电机发电，存在较大能量传动损失，且叶轮受力面小，能量转化率低。
6.综上所述，现有技术中基本都需要利用到叶轮进行海洋能发电，而为了更稳定的驱动叶轮需要对发电设备安装位置的海域洋流情况有一定要求。而采用间接方式推动叶轮转动的方案结构较为复杂，且仍旧需要借助叶轮传动发电机发电，存在较大能量损失，叶轮受力面小，能量转化率低。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种海洋波浪摆动发电机装置，能够利用海浪起伏变化驱动外摆动装置和内摆动装置协同摆动发电，对海域情况要求较低，传动耗能低，能量转化率高；
8.本发明提供一种海洋波浪摆动发电机装置，包括基础装置，所述基础装置上可摆动的连接有外摆动装置，所述外摆动装置内设有初级摆动空间，所述初级摆动空间内设有内摆动装置，所述内摆动装置的摆动范围位于所述初级摆动空间内，所述基础装置内设有发电机，所述内摆动装置与所述发电机之间通过回转机构连接。
9.进一步地，所述外摆动装置包括摆动外壳和固定外壳，所述固定外壳与所述基础装置固定连接，所述摆动外壳与所述固定外壳之间通过摆动连接结构连接。
10.进一步地，所述摆动连接结构包括u形环板，所述u形环板的上侧连接所述摆动外壳，所述u形环板的下侧连接所述固定外壳，所述u形环板的开口朝向所述初级摆动空间的外侧。
11.进一步地，所述u形环板的中部内侧面为外凸曲面，所述u形环板的中部外侧面上有波纹结构。
12.进一步地，所述内摆动装置包括初级摆动装置和次级摆动装置，所述初级摆动装置内设有次级摆动空间，所述次级摆动空间位于所述次级摆动空间内，所述次级摆动装置的摆动范围位于所述次级摆动空间内，所述次级摆动装置与所述发电机连接。
13.进一步地，所述初级摆动装置包括摆动内壳，所述次级摆动装置包括导杆；所述摆动内壳的上端位于所述摆动外壳内，所述摆动内壳的下端穿过所述固定外壳与所述基础装置连接；所述导杆位于所述摆动内壳内，所述导杆的底端连接所述基础装置，所述导杆的顶端设有触头。
14.进一步地，所述初级摆动空间内设有滑动轨道，所述滑动轨道的两端连接所述初级摆动空间的两侧壁，所述滑动轨道上设有轨道滑块，所述摆动内壳的顶端与所述轨道滑块连接。
15.进一步地，所述滑动轨道的两端分别设有第一磁力装置，所述轨道滑块的两端分别设有与所述第一磁力装置同性的第二磁力装置。
16.进一步地，所述回转机构包括导杆滑块和连接杆，所述导杆滑块滑动设置在所述导杆上，所述连接杆的一端转动连接所述导杆滑块，另一端与所述发电机主轴固定连接。
17.进一步地，所述摆动外壳迎合海浪的侧面呈上部扩大结构，所述摆动外壳不迎合海浪的侧面呈流线型结构。
18.本发明的技术方案通过海洋波浪起伏推动外摆动装置摆动，外摆动装置向正侧摆动时，初级摆动空间将动能传递给内摆动装置带动其也向正侧摆动，而此时初级摆动空间受到强烈的相互作用促使外摆动装置向相反内摆动装置的反侧方向摆动，再当内摆动装置摆动至碰撞初级摆动空间内壁时又向反侧摆动，并驱使外摆动装置向正侧摆动，如此依次反复源源不断的产生摆动，通过摆动电机将这种摆动机械能转化为电能，直至外部水流平静没有外力作用时逐渐停止摆动发电。本装置对海域情况要求较低，只需海域存在往复波浪即可发电；传动耗能低，能量转化率高，不需要借助叶轮发电，外摆动装置相较于叶轮有可以设计更大的受力面。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明的内部侧面示意图；
21.图2为本发明的内部正面示意图；
22.图3为本发明的图1的a处放大图；
23.图4为本发明的图1的b处放大图；
24.图5为本发明的外摆动装置示意图；
25.图6为本发明的回转机构示意图；
26.图7为本发明的导杆摆动发电示意图；
27.附图标记说明：
28.1-基础装置、2-外摆动装置、201-摆动外壳、202-固定外壳、203-摆动连接结构、3-内摆动装置、301-摆动内壳、302-导杆、303-触头、4-发电机、401-导杆滑块、402-连接杆、5-u形环板、501-波纹结构、502-外凸曲面、6-初级摆动空间、7-次级摆动空间、8-滑动轨道、801-第一磁力装置、9-轨道滑块、901-第二磁力装置。
具体实施方式
29.下面将结合实施例对本发明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。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.实施例1
33.如图1-图2和图6-图7所示，本发明提供一种海洋波浪发电机4装置，包括基础装置1，基础装置1上可摆动的连接有外摆动装置2，外摆动装置2内设有初级摆动空间6，初级摆动空间6内设有内摆动装置3，内摆动装置3的摆动范围位于初级摆动空间6内，基础装置1内设有发电机4，内摆动装置3与发电机4连接。
34.具体的，基础装置1材质为混凝土，采用抗裂硅质防水剂应用于混凝土结构自防水，形状由上半部分是一体式圆台形，下半部分是一体式扁平圆柱形，具有一定抗倾覆能力。基础装置1建筑在靠近海岸处的海底，通过相应加固、夯实等地基处理与该基础装置1部分连接，通过流向海岸的潮汐起落或往返的水流，带动本装置外摆动装置2摆动。
35.发电机4固定在基础装置1内，并且基础上预留有用于内摆动装置3与发电机4连接的连接通道，以及摆动电机发电运输至外界的输电通道。
36.外摆动装置2与基础装置1之间的摆动方式，可以是外摆动装置2与基础装置1的连接处设计为可产生一定角度变化的，例如韧性材料连接，或弹簧连接，或其他可转动一定角
度的关系；或者外摆动装置2与基础装置1之间的连接处固定连接，但在外摆动装置2本体上设计一个可摆动结构(如韧性材料连接，弹簧连接，或其他可转动一定角度的关系)，将外摆动装置2分为固定部和摆动部两部分，从而通过摆动部承受洋流作用而进行摆动。
37.外摆动装置2的内部中空形成初级摆动空间6，内摆动装置3设置在初级摆动空间6内并且不与初级摆动空间6接触，内摆动装置3底部连接发电机4。外摆动装置2在紊乱的海洋水流流经时，会被从正面流经的水流引起摆动，外摆动装置2向正侧摆动时，初级摆动空间6将动能传递给内摆动装置3带动其也向正侧摆动，而此时初级摆动空间6受到强烈的相互作用促使外摆动装置2向相反内摆动装置3的反侧方向摆动，再当内摆动装置3摆动至碰撞初级摆动空间6内壁时又向反侧摆动，并驱使外摆动装置2向正侧摆动，如此依次反复源源不断的产生摆动。
38.回转机构主要是将内摆动装置3的摆动运动转化为回转运动，使内摆动装置3可以带动发电机4转动发电，最终将能量转化成电能输出。这种回转机构可以通过例如曲柄滑块机构等实现，本实施例1不再赘述。
39.本装置在机械应力下的几何形变和材料应力在装置各处都有考虑并且进行相应加固，包括但不限于以下措施，将内壳和外壳刚度设置一定相差，其中内壳里钢导杆302刚度最低，保证正常摆动发电。外摆动装置2下半部分延续上半部分的流线型外壳设计，并在连接位置通过螺栓或焊接等方式进行加固。外摆动装置2、内摆动装置3和基础装置1的连接处设置加固等。
40.实施例2
41.本实施例2提出一种外摆动装置2的摆动方式。
42.如图1-图3和图5所示，外摆动装置2包括摆动外壳201和固定外壳202，固定外壳202与基础装置1固定连接，摆动外壳201与固定外壳202之间通过摆动连接结构203连接。摆动连接结构203包括u形环板5，u形环板5的上侧连接摆动外壳201，u形环板5的下侧连接固定外壳202，u形环板5的开口朝向初级摆动空间6的外侧。u形环板5的中部内侧面为外凸曲面502，u形环板5的中部外侧面上有波纹结构501。
43.具体的，本实施例2中外摆动装置2包括摆动外壳201和固定外壳202两部分，固定外壳202固定在基础装置1上不随海浪摆动，而摆动外壳201通过u形环板5连接在固定外壳202上端，通过u形环板5的u形槽结构，产生了允许摆动外壳201相对于固定外壳202做一定角度倾斜的避让区。当摆动外壳201受到紊乱的海洋水流带来的水流压力时会产生前后摆动，摆动外壳201摆动带来的变化通过初级摆动空间6传递给内摆动装置3，引导发电机4运转。
44.u形环板5的上下两个侧板分别环绕一圈将摆动外壳201和固定外壳202连接起来，中部的竖向侧板设计为内侧鼓形结构，即朝向初级摆动空间6的内侧面为外凸曲面502，且外侧面上有类似波纹管的多层波纹结构501。这种结构的优点在于外凸曲面502为摆动外壳201的摆动提供了延展部，且当摆动时波纹结构501避免了应力集中导致u形环板5破裂或断裂。
45.摆动外壳201材质为为铬、镍、铁合金等金属组成或其它不锈钢，摆动外壳201底部侧边形状为一个倒圆角形状但不限于这种形状。u形环板5外缘是以高密度聚乙烯为原料的轻质防水管材，防止海水进入初级摆动空间6影响内摆动装置3摆动，内缘是由具有一定的
抗压韧性钢承载压力，最后由螺栓将此u形环板5和摆动外壳201、固定外壳202连接在一起。
46.实施例3
47.本实施例3提出一种内摆动装置3。
48.如图1、图2、图4、图6和图7所示，内摆动装置3包括初级摆动装置和次级摆动装置，初级摆动装置内设有次级摆动空间7，次级摆动空间7位于次级摆动空间7内，次级摆动装置的摆动范围位于次级摆动空间7内，次级摆动装置与发电机4连接。初级摆动装置包括摆动内壳301，次级摆动装置包括导杆302；摆动内壳301的上端位于摆动外壳201内，摆动内壳301的下端穿过固定外壳202与基础装置1连接；导杆302位于摆动内壳301内，导杆302的底端连接基础装置1。导杆302的顶端设有触头303。回转机构包括导杆滑块和连接杆，导杆滑块滑动设置在导杆上，连接杆的一端转动连接导杆滑块，另一端与发电机主轴固定连接。
49.具体的，初级摆动装置受初级摆动空间6的作用而摆动，次级摆动装置受次级摆动空间7的作用而摆动。
50.初级摆动装置为中空结构的摆动内壳301，次级摆动装置为一根长导杆302，当摆动外壳201受到紊乱的海洋水流带来的水流压力时，摆动外壳201会产生前后的摆动，摆动外壳201摆动带来的变化将直接将该运动和受力传递给摆动内壳301，摆动内壳301末端在碰撞初级摆动空间6时产生反弹，使摆动内壳301前后移动，同时摆动内壳301将带动钢导杆302往复摆动。
51.回转机构具体为在导杆302上套有导杆滑块401，导杆滑块401与一连接杆402转动连接，连接杆402与发电机的主轴固定连接形成曲柄，当导杆302摆动时，导杆滑块401沿着导杆上下滑动并带动连接杆402绕发电机主轴转动，也即为通过一种曲柄滑块机构的方式带动发电机4转动发电。
52.摆动内壳301材质由铬、镍、铁合金等金属，其材质属性不限于这一种材质，也可以是其他具有相同属性的其他材质。摆动内壳301底部与基础装置1固接(但由于材料韧性其顶部仍然可以摆动)。
53.导杆302材质为铬、镍、铁合金等金属组成或其它不锈钢。触头303为涤纶、铁、铝合金等金属或其他具有抗疲劳材料，触头303与钢导杆302壳通过焊接等其他方式连接，其形状为圆球形状但不限于这种形状。连接杆402主体材质为铬、镍、铁合金等金属组成或其它不锈钢。
54.导杆302将由内壳带来的动能传递给发电机，导杆302为长条方块形状，但不限于这种形状，与发电机主轴通过导杆滑块401和连接杆402相连，其运动机理是在导杆302前后摆动时，导杆滑块401上下移动，带动连接杆402和发电机4组成的曲柄回转，摆动变转动带动发电机4发电。
55.实施例4
56.本实施例4提出一种内摆动装置3导向结构。
57.如图4所示，初级摆动空间6内焊接有滑动轨道8，滑动轨道8的两端连接初级摆动空间6的相对两侧壁，滑动轨道8上设有轨道滑块9，摆动内壳301的顶端与轨道滑块9连接。滑动轨道8的两端分别设有第一磁力装置801，轨道滑块9的两端分别设有与第一磁力装置801同性的第二磁力装置901。
58.具体的，滑动轨道8用于为摆动内壳301的摆动导向，滑动轨道8的设置方向为使摆
动内壳301朝着驱使导杆302驱动发电机发电的方向。滑动轨道8的两端的第一磁力装置801和轨道滑块9两端的第二磁力装置901同性相斥，也就是当轨道滑块9移动到滑动轨道8一端时，第一磁力装置801和第二磁力装置901相斥作用驱使轨道滑块9向着滑动轨道8另一端运动。
59.摆动外壳201会带动其中的摆动内壳301沿着滑动轨道8进行移动。此时摆动内壳301末端在到达滑动轨道8尽头时，在导杆302上的轨道滑块9靠近时第一磁力装置801将提供推力，且使多余的动能转化为势能储存，然后第一磁力装置801产生反弹。
60.在摆动内壳301到达尽头同时也带动摆动内壳301中的钢导杆302到达指定位置(满足发电设计)，钢导杆302通过连接杆402带动发电机飞速运转，运转的电机最终将能量转化成电能。
61.滑动轨道8为镍、铁、铝合金等金属或其他合金，滑动轨道8其两侧为圆形轨道，第一磁力装置801为两端焊接一个薄型圆块形状磁铁但不限于这种形状。
62.轨道滑块9主体材质为铬、镍、铁合金等金属组成或其它不锈钢。第二磁力装置901为在两端的方块磁性装置。
63.实施例5
64.如图2和图5所示，摆动外壳201迎合海浪的侧面呈上部扩大结构，摆动外壳201不迎合海浪的侧面呈流线型结构。
65.摆动外壳201在紊乱的海洋水流流经时，迎合海浪方向的两侧面为正面或背面，其呈现上部扩大的结构，利用则加大受力面积放大外壳的摆动效应。这样摆动外壳201上部就能够接受更多来自海洋波浪的推动力，从而下部与固定外壳202连接的摆动连接结构203更容易发生摆动。而摆动外壳201侧面的流线型结构可以避免侧面洋流冲击，利用流线型设计可使流体沿外壳轮廓流动，不会产生大的阻力，从该装置侧面流经的水流，因为侧面的流线型设计不会引起摆动，避免内摆动装置3产生不沿发电机4发电方向的摆动。
66.本装置的工作原理：
67.摆动外壳201初始时受到水流影响摆向正侧，初级摆动空间6第一磁力装置801和第二磁力装置901碰撞，使摆动内壳301沿滑动轨道8也开始向正侧运动。此时受到强烈的相互作用力的影响，摆动外壳201此时将改变运动方向并且往摆动内壳301运动的相反方向(即反侧方向)摆动。摆动内壳301向正侧运动达到一定距离时，将与内部的钢导杆302相撞，并且带动钢导杆302沿它运动方向运动起来。与此同时因为摆动外壳201前后摆动运动轨迹的设计，摆动外壳201内部滑动轨道8正侧晚一秒与摆动内壳301相碰，此时摆动内壳301将再次沿着此时的摆动外壳201运动方向(即反侧方向)运动，而摆动外壳201受到强烈相互作用又开始朝相反方向(即正侧方向)运动，按照上述描述的运动依次反复，导杆302源源不断产生摆动，使导杆滑块401在摆动的过程中往复上下移动，驱动发电机4与连接杆402组成的曲柄结构回转，驱动发电机4发电，直至外部水流平静。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，包括基础装置，所述基础装置上可摆动的连接有外摆动装置，所述外摆动装置内设有初级摆动空间，所述初级摆动空间内设有内摆动装置，所述内摆动装置的摆动范围位于所述初级摆动空间内，所述基础装置内设有发电机，所述内摆动装置与所述发电机之间通过回转机构连接。2.根据权利要求1所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述外摆动装置包括摆动外壳和固定外壳，所述固定外壳与所述基础装置固定连接，所述摆动外壳与所述固定外壳之间通过摆动连接结构连接。3.根据权利要求2所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述摆动连接结构包括u形环板，所述u形环板的上侧连接所述摆动外壳，所述u形环板的下侧连接所述固定外壳，所述u形环板的开口朝向所述初级摆动空间的外侧。4.根据权利要求3所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述u形环板的中部内侧面为外凸曲面，所述u形环板的中部外侧面上有波纹结构。5.根据权利要求2所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述内摆动装置包括初级摆动装置和次级摆动装置，所述初级摆动装置内设有次级摆动空间，所述次级摆动空间位于所述次级摆动空间内，所述次级摆动装置的摆动范围位于所述次级摆动空间内，所述次级摆动装置与所述发电机连接。6.根据权利要求5所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述初级摆动装置包括摆动内壳，所述次级摆动装置包括导杆；所述摆动内壳的上端位于所述摆动外壳内，所述摆动内壳的下端穿过所述固定外壳与所述基础装置连接；所述导杆位于所述摆动内壳内，所述导杆的底端连接所述基础装置，所述导杆的顶端设有触头。7.根据权利要求6所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述初级摆动空间内设有滑动轨道，所述滑动轨道的两端连接所述初级摆动空间的两侧壁，所述滑动轨道上设有轨道滑块，所述摆动内壳的顶端与所述轨道滑块连接。8.根据权利要求7所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述滑动轨道的两端分别设有第一磁力装置，所述轨道滑块的两端分别设有与所述第一磁力装置同性的第二磁力装置。9.根据权利要求6所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述回转机构包括导杆滑块和连接杆，所述导杆滑块滑动设置在所述导杆上，所述连接杆的一端转动连接所述导杆滑块，另一端与所述发电机主轴固定连接。10.根据权利要求2所述的海洋波浪摆动发电机装置，其特征在于，所述摆动外壳迎合海浪的侧面呈上部扩大结构，所述摆动外壳不迎合海浪的侧面呈流线型结构。

技术总结
本发明提供了一种海洋波浪摆动发电机装置，涉及海洋环保发电技术领域，包括基础装置，基础装置上可摆动的连接有外摆动装置，外摆动装置内设有初级摆动空间，初级摆动空间内设有内摆动装置，内摆动装置的摆动范围位于初级摆动空间内，基础装置内设有发电机，内摆动装置与发电机连接。本发明通过海洋波浪起伏推动外摆动装置摆动，将动能传递给内摆动装置带动其摆动，相互作用促使外摆动装置向相反侧方向摆动，内摆动装置碰撞初级摆动空间内壁时又向反侧摆动，并驱使外摆动装置向正侧摆动，如此依次反复源源不断的产生摆动，通过摆动电机将这种摆动机械能转化为电能，直至外部水流平静没有外力作用时逐渐停止摆动发电。有外力作用时逐渐停止摆动发电。有外力作用时逐渐停止摆动发电。


技术研发人员：邓挺 郭玉根
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/28