摆式波浪能发电装置

摘要

本发明涉及一种摆式波浪能发电装置，其结构包括底座、摆板及传动装置，所述摆板置于海水中，并通过摆板轴与传动装置相连，所述传动装置包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及第三锥齿轮，所述第一锥齿轮固定在摆板轴上，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮同轴，且对称设置在第一锥齿轮两侧，并分别与第一锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮分别通过棘轮离合器与输出轴相连，所述输出轴通过联轴器与发电机相连。本发明采用传动装置及棘轮离合器，将摆板的往复运动转化为单向输出，使摆板无论朝哪个方向运动，输出都是朝一个方向，实现了全波浪吸收，能量输出稳定，传递效率高，且具有结构简单紧凑，装置小巧，成本低等优点。

权利要求

1.一种摆式波浪能发电装置，包括底座、与底座相连的摆板及安装在底座上的传动装置，其特征在于：所述摆板置于海水中，所述摆板通过摆板轴与传动装置相连，所述传动装置包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及第三锥齿轮，所述第一锥齿轮固定在摆板轴上，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮同轴，且对称设置在第一锥齿轮两侧，并分别与第一锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮分别通过其上棘轮离合器与输出轴相连，所述输出轴通过联轴器与发电机相连，所述棘轮离合器包括两个棘轮及分别两个棘轮相配合的棘爪，所述两个棘轮固定在输出轴上，所述输出轴与第二锥齿轮和第三锥齿轮同轴，并分别安设在第二锥齿轮和第三锥齿轮的内部，并与第二锥齿轮和第三锥齿轮相脱离，所述两个棘轮方向相同，所述棘爪一端对称固定在第二锥齿轮和第三锥齿轮的转盘上，所述棘爪另一端插接在棘轮的各齿之间，并可与棘轮齿相脱离，所述棘爪两个一组，对称设置在每个棘轮两侧，并通过滚轴相连，且滚轴插接在棘轮的各齿之间，所述第二锥齿轮与第三锥齿轮上的棘爪在转动时方向正好相反。

2.根据权利要求1所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：所述滚轴两端通过轴承与棘爪相连。

3.根据权利要求1或2所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：所述摆板轴一端设有发条阻尼器。

4.根据权利要求3所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：所述摆板轴转动将发条阻尼器压紧收缩，当摆板轴转动到一定位置时，发条阻尼器达到压紧收缩的极限值，所述摆板开始反向向初始位置开始摆动。

5.根据权利要求1或2所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：所述底座为两个，设置在摆板的两侧。

6.根据权利要求5所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：所述两个底座上分别设有摆板轴轴承座，所述摆板轴安设在摆板轴轴承座上，且可转动。

7.根据权利要求5所述的摆式波浪能发电装置，其特征在于：其中一底座上还设有两个输出轴轴承座，所述输出轴安设在输出轴轴承座上，且可转动。

说明书

摆式波浪能发电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种摆式海洋波浪能发电装置，具体地说，本发明涉及一种摆式波浪能的吸收、传递，以及将机械能转化成电能的装置，属于波浪能利用技术领域。

背景技术

[0002] 随着科学技术的迅猛发展，能源需求及能源紧缺已成为大家共同关注的课题，由于被人们广泛使用的煤炭、石油、天然气、水能、木材等常规传统能源随着消耗而日益减少，人们急需新的能源来替代这些常规能源。而海洋中蕴藏着十分丰富的能源，这些能源主要包括波浪能、潮汐能、盐浓度、温度差等。其中波浪能是海洋中取之不尽、用之不竭的一种可再生能源，如果进行有效地开发，就能造福于人类，但是由于波浪能的不稳定和不确定性，人们对其利用率还不高。

[0003] 目前，我国已投入了大量的人力、物力和财力对其深入研究并且开发出了几种典型的波浪能发电类型，例如：摆式、点头鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式等。但是这些波浪能发电机构，无论在成本、结构技术和实用价值上都未能满足使用要求。现有技术对于波浪能发电领域存在着如下问题：

[0004] 首先，波浪能的能量传递效率低以及输出不稳定。由于波浪无时无刻都发生着不稳定变化，难以通过固定的设备对其控制。如果采用先进的自动控制系统技术，结构复杂，在成本价值上都远远高出所得到的价值。

[0005] 其次，波浪能发电成本比较高。据有关专家的计算，现阶段海洋波浪能的发电成本比常规的热发电高出10倍左右，因此成本问题已经成为普及和大规模利用波浪能发电的最大障碍。只有改进波浪能发电的技术，减小发电成本，才能使波浪能发电真正达到实用水平，从而为人们所利用。

[0006] 最后，现有波浪能工程性能差，波浪能发电装置大多是直接放置在海水中的，由于海洋环境下台风天气是时常出现的，台风又具有巨大的破坏能力，会损坏波浪能装置，从而造成装置失效。而且海水具有腐蚀性，装置容易被海水被腐蚀，极大缩短了波浪能发电装置的使用寿命。

发明内容

[0007] 针对上述现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷，而提供一种摆式波浪能发电装置，该摆式波浪能发电装置结构紧凑，成本低，能量输出稳定，传输效率高，而且可以有效提高装置的使用寿命。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明技术方案是这样实现的：摆式波浪能发电装置，包括底座、与底座相连的摆板及安装在底座上的传动装置，所述摆板置于海水中，所述摆板通过摆板轴与传动装置相连，所述传动装置包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及第三锥齿轮，所述第一锥齿轮固定在摆板轴上，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮同轴，且对称设置在第一锥齿轮两侧，并分别与第一锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮分别通过其上棘轮离合器与输出轴相连，所述输出轴通过联轴器与发电机相连。

[0009] 进一步地，所述棘轮离合器包括两个棘轮及分别两个棘轮相配合的棘爪，所述两个棘轮固定在输出轴上，并分别设在第二锥齿轮和第三锥齿轮的内部，并与第二锥齿轮和第三锥齿轮相脱离，所述两个棘轮方向相同，所述棘爪一端对称固定在第二锥齿轮和第三锥齿轮的转盘上，所述棘爪另一端插接在棘轮的各齿之间，并可与棘轮的各齿相脱离。

[0010] 进一步地，所述棘爪两个一组，对称设置在每个棘轮两侧，并通过滚轴相连，且滚轴插接在棘轮的各齿之间。

[0011] 进一步地，所述第二锥齿轮与第三锥齿轮上的棘爪在转动时方向正好相反。

[0012] 进一步地，所述滚轴两端通过轴承与棘爪相连。

[0013] 进一步地，所述摆板轴一端设有发条阻尼器。

[0014] 进一步地，所述摆板轴转动将发条阻尼器压紧收缩，当摆板轴转动到一定位置时，发条阻尼器达到压紧收缩的极限值，所述摆板开始反向向初始位置开始摆动。

[0015] 进一步地，所述底座为两个，设置在摆板的两侧。

[0016] 进一步地，所述两个底座上分别设有摆板轴轴承座，所述摆板轴安设在摆板轴轴承座上，且可转动。

[0017] 进一步地，其中一底座上还设有两个输出轴轴承座，所述输出轴安设在输出轴轴承座上，且可转动。

[0018] 本发明的有益效果，本发明采用简单的锥齿轮传动装置，以及棘轮离合器，将摆板的往复运动转化为单向输出，即将摆板的双向输入转化为单向输出，使摆板无论朝哪个方向运动，输出都是朝一个方向，实现了全波浪吸收，能量输出稳定，传递效率高，且成本低。

[0019] 本发明采用锥齿轮来传递两个相交轴之间的运动和动力，具有传动稳定，结构简单且紧凑，装置小巧的优点。

[0020] 而且由于本发明设置了底座，将底座固定于海面上或岸边，除摆板外的其他装置都至于海面以上，减少了海水对装置的腐蚀，极大地提高了本发明波浪能发电装置的使用寿命。

[0021] 本发明通过发条阻尼器，能够防止摆板的转动角度超过界限，也能使摆板向初始位置转动，实现往复摆动，且发条成本较低，结构简单，维修方便。

[0022] 本发明将滚轴插接在棘轮的各齿之间，当棘爪在棘轮上滑动时，滚轴在棘轮上滚动代替滑动，能够减小棘爪与棘轮之间的摩擦，从而减小棘爪的损耗。

[0023] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

[0024] 图1为本发明摆式波浪能发电装置的结构示意图。

[0025] 图2为本发明摆式波浪能发电装置另一角度的结构示意图。

[0026] 图3为本发明摆式波浪能发电装置俯视结构示意图。

[0027] 图4为本发明棘轮离合器的结构示意图。

[0028] 图5为本发明棘爪的结构示意图。

[0029] 图中标号说明：1、底座；2、摆板；3、传动装置；4、棘轮离合器；5、摆板轴；6、发条阻尼器；7、输出轴；11、第一底座；12、第二底座；13摆板轴轴承座；14、摆板轴轴承座；15、输出轴轴承座；16、输出轴轴承座；31、第一锥齿轮；32、第二锥齿轮；33、第三锥齿轮；41、棘爪；42、棘轮；43、滚轴；44、棘轮齿；45、轴承。

具体实施方式

[0030] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的摆式波浪能发电装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

[0031] 如图1、图2及图3所示，本发明一种摆式波浪能发电装置，包括底座1、摆板2、传动装置3、棘轮离合器4、摆板轴5、发条阻尼器6及输出轴7。

[0032] 所述底座1由第一底座11和第二底座12组成，固定于海面或海边以支撑整个装置。在第一底座11上设有摆板轴轴承座13，该摆板轴轴承座13通过螺钉固定在底座11上，在第二底座12上设有一个摆板轴轴承座14及两个输出轴轴承座（15、16），所述摆板轴轴承座14及两个输出轴轴承座（15、16）通过螺钉固定在第二底座12上。

[0033] 所述摆板2设置在第一底座11和第二底座12之间，并固定在摆板轴5上，其下端置于海水中并随波浪摆动，当摆板2在波浪的推动下进行摆动时，进而带动摆板轴5转动。所述摆板轴5两端分别安设于第一底座11的摆板轴轴承座13上和第二底座12的摆板轴轴承座14上，且可转动。

[0034] 所述摆板轴5一端设有发条阻尼器6，其另一端与传动装置3相连接，所述发条阻尼器6置于阻尼器箱内，摆板轴5相当于输入轴，与阻尼箱内的发条阻尼器6相连接，在波浪作用下摆板2发生摆动时，摆板轴5转动将阻尼箱中的发条阻尼器6压紧收紧，当摆板轴5转动到一定位置时发条阻尼器6达到压紧收缩的极限值，从而将摆板2反向向初始位置开始摆动。具体地说，通过发条阻尼器6，一方面能够防止摆板2的转动角度超过界限，另一方面也能使摆板向初始位置返回，实现摆板的往复运动，且发条结构简单，成本较低。图1中为将阻尼箱顶盖去除的结构，在实际生产过程中要加顶盖密封。

[0035] 所述传动装置3安设于第二底座12上，其结构包括第一锥齿轮31、第二锥齿轮32及第三锥齿轮33，所述第一锥齿轮31固定在摆板轴5另一端上，所述第二锥齿轮32和第三锥齿轮33同轴安设，且对称设置在第一锥齿轮31两侧，并分别与第一锥齿轮31相啮合；所述第二锥齿轮32和第三锥齿轮33分别通过其上棘轮离合器4与输出轴7相连，所述输出轴7安设在两个输出轴轴承座（15、16)上，且可转动，摆板轴2与输出轴7呈90度角。

[0036] 如图4及图5所示，所述棘轮离合器4由两个棘轮42和与每个棘轮42相配合的棘爪41组成。所述输出轴7与第二锥齿轮32及第三锥齿轮33同轴，所述两个棘轮42固定在输出轴
7上，且两个棘轮42分别置于第二锥齿轮32及第三锥齿轮33内部的空腔，所述棘轮42的方向相同，所述棘爪41一端分别固定在第二锥齿轮32和第三锥齿轮33的转盘上，且所述第二锥齿轮32与第三锥齿轮33上的棘爪在转动时方向正好相反，棘爪41在转盘上四组对称分布，所述棘爪41两个一组，并通过滚轴43相连，对称设置在每个棘轮42两侧，所述棘爪41另一端通过滚轴43插接在棘轮42的棘轮齿44之间，即棘爪41插接在棘轮42的各齿之间，并可与各齿相脱离。所述滚轴43两端通过轴承45与棘爪41相连，并且使棘轮42转动，带动输出轴7转动。

[0037] 本发明摆式波浪能发电装置工作时，摆板2在波浪能作用下，摆板轴5发生转动，从而带动第一锥齿轮31转动，由于第一锥齿轮31两端分别与第二锥齿轮32和第三锥齿轮33相啮合，当第一锥齿轮31向一个方向转动时，与其相啮合的第二锥齿轮32和第三锥齿轮33的转向是相反的。由于第二锥齿轮32和第三锥齿轮33上均固定多个对称的棘爪41，图中以四个为例，在第一锥齿轮31带动下，使第二锥齿轮32和第三锥齿轮33中的棘爪41推动方向也是相反的。

[0038] 当摆板轴5带动第一锥齿轮31顺时针转动时，即视角从第一锥齿轮31向摆板轴5方向上看，第一锥齿轮31带动第三锥齿轮33逆时针转动，从而带动第三锥齿轮33上的棘爪41顺时针运动，进而使第三锥齿轮33上的棘爪41带动与其相配合的棘轮42逆时针转动，通过棘轮42带动输出轴7逆时针转动。同时，第一锥齿轮31带动第二锥齿轮32顺时针转动，从而带动第二锥齿轮32上的棘爪41顺时针转动，第二锥齿轮32上的棘爪41在与其相配合的棘轮42上滑过，即安设在第二锥齿轮内部的棘轮42不发生转动，不会产生影响。反之，当摆板轴5带动第一锥齿轮31逆时针转动时，原理同上，此时第一锥齿轮31带动第二锥齿轮32逆时针转动，从而带动第二锥齿轮32上的棘爪41逆时针运动，进而使第二锥齿轮32上的棘爪41带动棘轮42逆时针转动，通过棘轮42带动输出轴7逆时针转动。同时，第一锥齿轮31带动第三锥齿轮33顺时针转动，从而带动第三锥齿轮33上的棘爪41顺时针转动，第三锥齿轮33上的棘爪41在棘轮42上滑过，即安设在第三锥齿轮内部的棘轮42不发生转动，不会产生影响。滚轴43与棘爪41通过轴承45相连，当棘爪41在棘轮42上滑动时，滚轴43在棘轮42上滚动代替滑动，能够减小棘爪41与棘轮42之间的摩擦，从而减小棘爪41的损耗。通过这种棘轮离合器，使波浪能在两个方向输入时均可吸收，使输出轴7都能以同一方向输出，达到了全波浪吸收的效果，大大提高了波浪能的吸收效率。

[0039] 输出轴7通过联轴器与发电机相连接，图中未示，将机械能转化成电能。从而实现了波浪能转化成机械能，在转化成电能的全波浪能吸收发电装置。

[0040] 上述实施方式的描述，是本发明较佳的实施例，但不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。