一种双浮子式波浪能发电装置

1.本发明涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种双浮子式波浪能发电装置。


背景技术：

2.随着人类社会和世界经济的不断发展，传统能源日益匮乏，生态环境受到严重污染和破坏，大规模化石燃料的使用己经引起严重的生态和环境问题。在此情况下，人类逐渐将目光投放至广阔的海洋能领域。波浪能以其分布广泛，能流密度大、受时间限制较小，开发难度低等优势，被称为品位最高的海洋能，对其转化装置的研究日益成为当今世界的热点问题。
3.近些年来，波浪能发电装置不断演化，有诸多种类。其中振荡浮子式波浪能发电装置发电效率高，设备布置灵活，装置简单影响小。成为了波浪能发电装置研究的热点之一。由于单个浮子没办法将浮子宽度内波浪表面的波浪能完全吸收，从而造成波浪能的流失和浪费。为解决上述问题，需要开发一款能提高波浪能的利用率及装置的发电效率而且能提高整体传输及生存性能的波浪能发电装置。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种双浮子式波浪能发电装置，以解决现有技术中单个浮子对波浪能吸收有限的问题。
5.本发明提供了一种双浮子式波浪能发电装置，包括：连接杆、两个相同的浮子发电组件；两个浮子发电组件分别设置于连接杆两端；
6.浮子发电组件包括：浮子壳体，浮子壳体内设有发电机、连杆、支撑件、第一传动组件、第二传动组件、齿圈；连杆一端与连接杆一端以转动副的方式铰接，连杆另一端与齿圈固定连接；齿圈的内圈设有两个错位反向的棘齿齿条，两个棘齿齿条在相近的一端对位设置；支撑件竖直设置于浮子壳体内，支撑件一端与浮子壳体底面固定连接，支撑件另一端与连接杆以转动副的方式铰接；连杆与支撑件平行设置且铰接运动方向相同；齿圈的棘齿齿条与第一传动组件输入端的齿轮啮合，第一传动组件的输出端与发电机的输入端传动连接；浮子发电组件随波浪上下浮动，一侧浮子发电组件以支撑件与连接杆的铰接处为铰接点做杠杆运动，带动同端的连杆及与连接杆连接的齿圈做上下往复运动，齿圈通过棘齿齿条带动第一传动组件沿同一反向转动，第一传动组件带动发电机的输入轴转动发电。
7.进一步地，所述浮子发电组件还包括：涡扇、第二传动组件；发电机为双转子发电机；涡扇平行设置于浮子壳体底部，涡扇的输出轴穿入浮子壳体与第二传动组件的输入轴传动连接，第二传动组件的输出端与双转子发电机的另一输入端传动连接。
8.进一步地，涡扇中叶片弦面法线与转轴对齐。
9.进一步地，两侧浮子发电组件的支撑件与连接杆的铰接点的间距不等于海浪波长的整数倍。
10.进一步地，一侧浮子发电组件中的支撑件为支撑件为弹簧，另一侧浮子发电组件
中的支撑件为支撑杆。
11.本发明的有益效果：
12.本发明采用双浮子发电组件受波浪力做相对垂荡运动，实现双浮子发电组件同时发电，提高发电效率。浮子发电组件内固定有支撑件，通过连接杆作用增大浮子俘能机构传动效率，使发动机连续转动发电。涡扇中叶片弦面法线与转轴对齐，双涡扇始终单向旋转，通过传动机构使动力机构反复的转动，保证发电机连续性。双浮子各采用一套系统并联传动机构，增加发电机相对转速，能够对浮子低振幅及涡扇低转速情况下进行波浪能的有效利用，提高波浪能的利用率。采用双转子发电机，双转子间沿相反方向旋转，相对速度相比定子和转子提高一倍多，其俘获能量将大大提高。动力输出系统放置在浮子内部，便于维护，远离腐蚀性海水，从而提高设备的可靠性和生存能力。装置传动系统结构简单，能量传递效率高。
附图说明
13.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：
14.图1为本发明具体实施例的整体结构示意图；
15.图2为本发明具体实施例的内部立体视图；
16.图3为本发明具体实施例的浮子发电组件内部立体视图；
17.图4为本发明具体实施例的涡扇传动连接示意图；
18.图5为本发明具体实施例的涡扇叶片单向转动原理示意图。
具体实施方式
19.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。
20.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技术所附权利要求书所限定的范围。
21.本发明提供了如图1-4所示，本发明具体实施例提供了一种双浮子式波浪能发电装置，包括：连接杆1，连接杆1两端以转动副方式与连接杆1铰接的两个相同的浮子发电组件，具体的如图2-4所示，浮子发电组件包括：浮子壳体2、支撑件、连杆4、涡扇5，一个浮子发电组件中的支撑件为弹簧31，另一个浮子发电组件中的支撑件为支撑杆32。连杆4的一端与连接杆1的一端以转动副方式交接，连杆4另一端伸入浮子壳体1内与齿圈11固定连接；齿圈11的形状如椭圆形跑道状，齿圈11的两个直边的内壁上各设置有一条方向相反的棘齿齿条111，两个棘齿齿条111错位设置，相近的两端对位设置。棘齿齿条111与第一传动轴12上的不规则齿轮121啮合，第一传动轴12两端通过轴承座架设在浮子壳体1内部，第一传动轴12上的涡轮122作为第一传动轴12的输出与通过轴承座架设在浮子壳体1底面上的蜗杆13啮合，蜗杆13的输出端与双转子发动机14的外转子输入端通过第一传动带15连接，第一传动
轴12、蜗杆13、第一传动带15可以构成第一传动组件。支撑件一端与连接杆1以转动副的方式铰接，支撑件、连杆4以各自的铰接点为轴心相对连接杆1在同一平面内运动。当支撑件为弹簧31时，弹簧31另一端与竖直在浮子壳体1底部上杆固定连接，整体成竖直状，杆上通过轴承套接第一锥型齿16；当支撑件为支撑杆32时，支撑杆32另一端与浮子壳体1底部固定连接，整体成竖直状，支撑杆32另一端上通过轴承套接第一锥型齿16。第一锥型齿16与通过轴承座架设在浮子壳体1底部上的第二锥型齿17啮合，第二锥型齿17的输出端与双转子发动机的内转子输入端通过第二传动带18连接，第一锥型齿16、第二锥型齿17、第二传动带18构成第二传动组件。第一传动组件、第二传动组件的构成不局限于本发明具体实施例给出的结构，只要能起到将运动传递至双转子发动机的输入轴的功能即可。两侧浮子发电组件的支撑件与连接杆1的铰接点的间距不等于海浪波长的整数倍。涡扇5有五片叶片，涡扇5水平设置于浮子壳体1的底部外侧，涡扇5的输入轴伸入浮子壳体1内与第一锥型齿16同轴连接。如图5所示，叶片弦面法线与转轴对齐，当涡扇转动时，转速将明显引起一个水流角并由此产生垂直于水流方向的升力和平行于水流方向的拖曳力。上述作用力可分解为轴向力f
x
与切向力f
θ
。(f
θ
＝lsina-dcosa，f
x
＝lcosa+dsina)对于给定的α值，切向力的方向与α值的正负无关，因此无论浮子上升运动还是下沉运动，涡扇始终按照一个方向旋转。
22.本发明的工作过程如下：
23.将本发明放置在海中，浮子发电组件会漂浮在海面上，随波浪做做升沉运动。由于连接杆两侧的支撑件位置的设置，两个浮子发电组件在波浪中会存在高低落差。在形成高低落差的过程中，一侧的浮子发电组件会太高该侧的连接杆，类似杠杆原理，该侧的浮子发电机组件会以支撑件的铰接点为支点做杠杆运动，连杆会向上运动通过齿圈带动第一传动轴转动，通过蜗杆、第一传动带传递至双转子发电机的外转子输入端，带动外转子转动；另一侧的浮子发电组件会以支撑件的铰接点为支点做杠杆运动，此时连杆会向下运动通过齿圈带动第一传动轴转动，通过蜗杆、第一传动带传递至双转子发电机的外转子输入端，带动外转子转动。由于齿圈和不规则齿轮的配合，当原先处于下方的浮子发电组件上浮时，齿圈依旧可以使得第一转动轴保持同向转动，从而保持双转子发电机的外转子同向转动。浮子发电组件通过垂荡惯性作用运动，当双浮子发电组件间垂荡方向相对位移量较小或较大时，弹簧有效伸张或压缩，增大其相对高度位移，可以放大浮子发电组件的运动。由于涡扇叶片的设计结构，涡扇随之受波浪力的作用只会做单向转动，通过第一锥型齿、第二锥型齿、第二传动带将转动传递至双转子发电机的内转子输入端，带动内转子转动。通过齿轮配合，可以使得双转子发电机的内、外转子转动方向相反，从而实现双转子发电机的发电。
24.本发明设计巧妙，结构合理，充分利用波浪能的垂向运动带动装置发电，浮子内固定有支撑件，通过连接杆作用增大俘能机构传动效率，发动机连续转动发电，提高装置转换效率。浮子与涡扇刚性连接，双涡扇始终单向旋转，通过传动机构使动力机构反复的转动，保证发电机连续性。双浮子各采用一套系统并联传动机构，增加发电机相对转速，能够对浮子低振幅及涡扇低转速情况下进行波浪能的有效利用，提高波浪能的利用率，电能进一步实现转化。采用双转子发电机，双转子间沿相反方向旋转，相对速度相比定子和转子提高一倍多，其俘获能量将大大提高。动力输出系统放置在浮子内部，便于维护，远离腐蚀性海水，从而提高设备的可靠性和生存能力。装置传动系统结构简单，能量传递效率高。
25.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。

技术特征：
1.一种双浮子式波浪能发电装置，其特征在于，包括：连接杆、两个相同的浮子发电组件；两个浮子发电组件分别设置于连接杆两端；浮子发电组件包括：浮子壳体，浮子壳体内设有发电机、连杆、支撑件、第一传动组件、第二传动组件、齿圈；连杆一端与连接杆一端以转动副的方式铰接，连杆另一端与齿圈固定连接；齿圈的内圈设有两个错位反向的棘齿齿条，两个棘齿齿条在相近的一端对位设置；支撑件竖直设置于浮子壳体内，支撑件一端与浮子壳体底面固定连接，支撑件另一端与连接杆以转动副的方式铰接；连杆与支撑件平行设置且铰接运动方向相同；齿圈的棘齿齿条与第一传动组件输入端的齿轮啮合，第一传动组件的输出端与发电机的输入端传动连接；浮子发电组件随波浪上下浮动，一侧浮子发电组件以支撑件与连接杆的铰接处为铰接点做杠杆运动，带动同端的连杆及与连接杆连接的齿圈做上下往复运动，齿圈通过棘齿齿条带动第一传动组件沿同一反向转动，第一传动组件带动发电机的输入轴转动发电。2.如权利要求1所述的双浮子式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮子发电组件还包括：涡扇、第二传动组件；发电机为双转子发电机；涡扇平行设置于浮子壳体底部，涡扇的输出轴穿入浮子壳体与第二传动组件的输入轴传动连接，第二传动组件的输出端与双转子发电机的另一输入端传动连接。3.如权利要求1所述的双浮子式波浪能发电装置，其特征在于，涡扇中叶片弦面法线与转轴对齐。4.如权利要求1所述的双浮子式波浪能发电装置，其特征在于，两侧浮子发电组件的支撑件与连接杆的铰接点的间距不等于海浪波长的整数倍。5.如权利要求1所述的双浮子式波浪能发电装置，其特征在于，一侧浮子发电组件中的支撑件为支撑件为弹簧，另一侧浮子发电组件中的支撑件为支撑杆。

技术总结
本发明公开了双浮子式波浪能发电装置，包括：连接杆、两个相同的浮子发电组件；两个浮子发电组件分别设置于连接杆两端；浮子发电组件包括：浮子壳体，浮子壳体内设有发电机、连杆、支撑件、第一传动组件、第二传动组件、齿圈；连杆一端与连接杆一端以转动副的方式铰接，连杆另一端与齿圈固定连接；齿圈的内圈设有两个错位反向的棘齿齿条，两个棘齿齿条在相近的一端对位设置；支撑件一端与浮子壳体底面固定连接，另一端与连接杆以转动副的方式铰接；齿圈的棘齿齿条与第一传动组件输入端的齿轮啮合，第一传动组件的输出端与发电机的输入端传动连接。本发明采用双浮子发电组件受波浪力做相对垂荡运动，实现双浮子发电组件同时发电，提高发电效率。高发电效率。高发电效率。


技术研发人员：李冬琴 张宇 周利 陈文文 张锋 马家泰
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.09.09
技术公布日：2023/5/23