CN109356771B - 一种海流能波浪能综合利用发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海流能波浪能综合利用发电装置，其包括柔性折叠板、能量转换器、直线发电机、多振子发电机构；柔性折叠板为柔性波浪形折叠板；能量转换器设置在折叠板的一级外壁、二级外壁之间，折叠板的运动驱动能量转换器实现波浪推力的放大；直线发电机设在折叠板的二级外壁和三级外壁之间；直线发电机与多振子发电机构相连；本发明较其他波浪能发电装置可更充分高效地捕获波浪运动动能；通过齿轮来获取多倍的扭转力以及推动齿轮组快速运转；齿轮组上有发电桨叶，在水流带动下不停旋转，并且带动齿轮组的运转，波浪能转化来的推动齿轮组的扭转力以及水流带动发电桨叶旋转的旋转力共同作用于发电机组，实现不同能量的高效联动。

Description

一种海流能波浪能综合利用发电装置
技术领域
本发明涉及波浪能潮流能混合型利用发电领域，尤其涉及一种海流能波浪能综合利用发电装置。
背景技术
随着当今传统的化石燃料的日趋枯竭，并且化石燃料的燃烧产生污染，温室效应等环境问题，人们把目光投向清洁能源并且占地球面积70％的海洋能源引起人们的高度关注。海洋能源中潮流能和波浪能是目前开发海洋能源的重点方向，潮流能是各种海洋能源储量最大并且可开发量最大的能源之一。由于潮流能的能量密度与流速的立方成正比，因此在潮流流速较低的海域利用水轮机开发海流能，势必需要增大潮流能装置的尺度，对水深也提出了更高的要求，同时由于水轮机需要一定的起转流速，在流速较低时很难实现有效的能量转换，而利用涡激振动获能原理进行发电则是一种适于在较低流速环境下的流速情况下，可以将流体的动能高效地转化成潮流能转换装置的动能，继而转化成电能的低成本潮流能发电方式。波浪能作为一种可再生绿色能源，具有广阔的应用前景。波浪能也是各种海洋能资源中储量最大、可开发量最大的能源之一。目前为止，波浪能的规模化、商业化利用还尚未成熟，大多还处于基础理论研究、实验室试验和样机试运行阶段，只有少数的波浪能装置投入实用并进行了并网试运行。对于波浪能发电来说，除了装置本身技术、可靠性和效率的问题，电能的海上输送成本也是最大的问题之一。目前主要限制波浪能开发的技术条件是无法高效率的捕捉波浪能以及转化成电能的运输，因此设计高效捕捉波浪能的发电装置成为亟待解决的问题。
在一些特殊的应用环境如孤岛、海上生产生活作业平台、航标灯等，岛礁生活居民用电，采用铺设长距离电缆成本昂贵，蓄电池工作时间有限，采用风能，太阳能形式受天气海况制约。因此寻找一种可就地选取的可持续能源供给方案至关重要，针对这样的一种需求，本发明提出了一种海流能波浪能综合利用发电装置将波浪能、潮流能转换电能装置，并提出稳定的电能输出***。本发电装置旨在为岛礁渔民、海上生活生产作业平台，航行灯提供电能，同时若多组装置组合发电也可将产生的电能并网输送到沿海城市以解决城市用电问题，实现长期、连续、高效的电能供给。
本发明要解决的技术问题是提供一种海流能波浪能综合利用发电装置，用于为岛礁渔民、海上生活生产作业平台，航行灯提供电能，同时多组发电装置组合也可将产生的电能并网输送到沿海城市以解决城市用电问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海流能波浪能综合利用发电装置，其包括柔性折叠板、能量转换器、直线发电机、多振子发电机构和桩基，其特征在于，
所述柔性折叠板包括若干个柔性波浪形折叠板，各个波浪形折叠板成等夹角的圆周阵列布设，各个所述波浪形折叠板均具有一级外壁、二级外壁和三级外壁，所述一级外壁、二级外壁和三级外壁由外到内依次设置形成波浪状；
所述能量转换器沿水平方向设置在折叠板的一级外壁、二级外壁之间，波浪形折叠板沿水平方向的运动驱动能量转换器实现波浪推力的放大；
所述直线发电机设置在折叠板的二级外壁和三级外壁之间，且直线发电机的一端与能量转换器的输出端相连，所述直线发电机的另一端与多振子发电机构相连；
直线发电机和多振子发电机构均通过导线与蓄电池相连；
所述桩基连接在多振子发电机构的底端上。
进一步，作为优选，所述能量转换器包括筒体、输入推杆、输出推杆、传动杆、第一弹簧和放大齿轮组；其中，所述筒体的两端设置有端盖，所述输入推杆和输出推杆分别穿过筒体两端的端盖伸入所述筒体内，所述输入推杆的一端连接在第一弹簧的一端上，第一弹簧的另一端通过传动杆与放大齿轮组相连，所述放大齿轮组与输出推杆的一端相连。
进一步，作为优选，所述直线发电机包括发电筒体、推力杆、固定线圈和磁体；其中，所述发电筒体的两端设置有封头，所述固定线圈设置在发电筒体的内壁上；两端的所述推力杆分别穿过发电筒体两端的封头，推力杆位于发电筒体内部的端部设有磁体，通过推力杆驱动磁体切割固定线圈产生电流发电。
进一步，作为优选，所述多振子发电机构包括外壳体、齿轮组、振子发电机；其中，所述外壳体呈圆柱筒体结构且外壳体上开有若干通孔，且该通孔可容纳直线发电机的输出端伸入所述外壳体，且所述直线发电机的输出端与多振子发电机构的齿轮组传动连接；所述齿轮组设置在外壳体内，所述外壳体的外壁与柔性折叠板的三级外壁相连，所述振子发电机由所述齿轮组驱动发电。
进一步，作为优选，所述齿轮组包括大齿轮单元和小齿轮单元，其中，多组所述大齿轮单元围绕在小齿轮单元圆周方向且与小齿轮单元配合，所述大齿轮单元上还啮合传动设置有齿条，所述齿条与所述直线发电机输出端驱动连接，所述振子发电机具有若干个且连接在位于同一个传动轴上的大齿轮单元或小齿轮单元之间。
进一步，作为优选，所述多振子发电机构还包括发电桨叶，发电桨叶通过传动轴和回转轴承沿竖直方向设置在外壳体两端之间，所述大齿轮单元和小齿轮单元均固定在发电桨叶的传动轴上，所述大齿轮单元通过发电桨叶驱动旋转或通过直线发电机输出端的齿条驱动旋转；所述小齿轮单元通过大齿轮单元驱动旋转或发电桨叶驱动旋转。
进一步，作为优选，所述大齿轮单元和小齿轮单元的表面上均设置有与振子发电机配合卡槽，所述大齿轮单元和小齿轮单元的转动产生离心力使得振子发电机晃动产生电流。
进一步，作为优选，振子发电机包括振子筒体、磁铁、振荡弹簧和振子；其中，所述振子筒体的两端设置有封盖，封盖的外侧设置有与大齿轮单元或小齿轮单元的卡槽配合的滑块，所述封盖的内侧设置有横杆，所述振子筒体的内壁上设置有固定的磁铁，所述振荡弹簧的一端连接在横杆上，振荡弹簧的另一端连接在振子上，且振子上包裹有线圈，振子发电机在发生水平移动时使得振子上的线圈切割磁感应线产生电流。
进一步，作为优选，所述柔性折叠板为圆周阵列设置的三个，所述小齿轮单元的外部配合设置有三组大齿轮单元。
进一步，作为优选，所述大齿轮单元是由固定在传动轴上的两个大齿轮组成；所述小齿轮单元是由固定在传动轴上的两个小齿轮组成；大齿轮与小齿轮通过传动连接，大齿轮上设有所述齿条并通过齿条与外部连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中该波浪能潮流能联动多振子发电装置，外部设计有柔性柔性折叠板且柔性折叠板的各级外壁之间的距离可调节，较其他波浪能发电装置而言可以更加充分高效地捕获波浪运动的动能；该波浪能潮流能联动多振子发电装置：通过不同齿数比的齿轮组来获取多倍的扭转力以及推动齿轮组快速运转，这样实现能量的巧妙高效转化；
(2)本发明的波浪能潮流能联动多振子发电装置：齿轮组上均有发电桨叶，在水流带动下将会不停旋转，并且带动齿轮组的运转，这样波浪能转化来的推动齿轮组的扭转力以及水流带动发电桨叶旋转的旋转力共同作用于发电机组，实现不同能量的高效联动；
(3)本发明的波浪能潮流能联动多振子发电装置采用多个振子发电机的阵列组合方式，在有效的工作区域内，多个发电机共同发电，将会更加高效的利用波浪的动能以及水流的动能。
附图说明
图1为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的立体结构图。
图2为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的柔性折叠板结构图。
图3为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的能量转换器结构图。
图4为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的直线发电机***图。
图5为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的多振子发电机构装配示意图。
图6为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的齿轮组立体图。
图7为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的大齿轮单元的结构图。
图8为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的小齿轮单元的结构图。
图9为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的发电桨叶与传动轴***图。
图10为本发明的一种海流能波浪能综合利用发电装置的振子发电机***图。
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。
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种海流能波浪能综合利用发电装置，其包括柔性折叠板1、能量转换器2、直线发电机3、多振子发电机构4和桩基5，其中，
如图1-2，所述柔性折叠板1包括若干个柔性波浪形折叠板，各个波浪形折叠板成等夹角的圆周阵列布设，各个所述波浪形折叠板均具有一级外壁11、二级外壁12和三级外壁13，所述一级外壁11、二级外壁12和三级外壁13由外到内依次设置形成波浪状，一级外壁11、二级外壁12和三级外壁13之间的间距可调节；
所述能量转换器2沿水平方向设置在折叠板的一级外壁11、二级外壁12之间，波浪形折叠板沿水平方向的运动驱动能量转换器2实现波浪推力的放大；
所述直线发电机3设置在折叠板的二级外壁12和三级外壁13之间，且直线发电机3的一端与能量转换器2的输出端相连，所述直线发电机3的另一端与多振子发电机构4相连；
直线发电机3和多振子发电机构4均通过导线与蓄电池47相连；
所述桩基5连接在多振子发电机构4的底端上。
在本实施例中，如图3所示，所述能量转换器2包括筒体21、输入推杆22、输出推杆23、传动杆24、第一弹簧25和放大齿轮组26；其中，所述筒体21的两端设置有端盖，所述输入推杆22和输出推杆23分别穿过筒体21两端的端盖伸入所述筒体21内，所述输入推杆22的一端连接在第一弹簧25的一端上，第一弹簧25的另一端通过传动杆24与放大齿轮组26相连，所述放大齿轮组26与输出推杆23的一端相连。
如图4所示，所述直线发电机3包括发电筒体31、推力杆32、固定线圈33和磁体34；其中，所述发电筒体31的两端设置有封头，所述固定线圈33设置在发电筒体31的内壁上；两端的所述推力杆32分别穿过发电筒体31两端的封头，推力杆32位于发电筒体31内部的端部设有磁体34，通过推力杆32驱动磁体34切割固定线圈33产生电流发电。
作为较佳的实施例，如图5所示，所述多振子发电机构4包括外壳体41、齿轮组42、振子发电机44；其中，所述外壳体41呈圆柱筒体结构且外壳体41上开有若干通孔，且该通孔可容纳直线发电机3的输出端伸入所述外壳体41，且所述直线发电机3的输出端与多振子发电机构4的齿轮组42传动连接；所述齿轮组42设置在外壳体41内，所述外壳体41的外壁与柔性折叠板1的三级外壁13相连，所述振子发电机44由所述齿轮组42驱动发电。
作为更佳的实施例，如图6所示，所述齿轮组42包括大齿轮单元421和小齿轮单元422，其中，多组所述大齿轮单元421围绕在小齿轮单元422圆周方向且与小齿轮单元422配合，所述大齿轮单元421上还啮合传动设置有齿条45，所述齿条45与所述直线发电机3输出端驱动连接，所述振子发电机44具有若干个且连接在位于同一个传动轴431上的大齿轮单元421或小齿轮单元422之间。
在本实施例中，如图1-2以及图6，所述柔性折叠板1为圆周阵列设置的三个，所述小齿轮单元422的外部配合设置有三组大齿轮单元421。所述大齿轮单元421是由固定在传动轴431上的两个大齿轮组成；所述小齿轮单元422是由固定在传动轴431上的两个小齿轮组成；大齿轮与小齿轮通过传动连接，大齿轮上设有所述齿条45并通过齿条与外部连接。
如图7-9所示，所述多振子发电机构4还包括发电桨叶43，发电桨叶43通过传动轴431和回转轴承沿竖直方向设置在外壳体41两端之间，所述大齿轮单元421和小齿轮单元422均固定在发电桨叶43的传动轴431上，所述大齿轮单元421通过发电桨叶43驱动旋转或通过直线发电机3输出端的齿条45驱动旋转；所述小齿轮单元422通过大齿轮单元421驱动旋转或发电桨叶43驱动旋转。所述大齿轮单元421和小齿轮单元422的表面上均设置有与振子发电机44配合卡槽423，所述大齿轮单元421和小齿轮单元422的转动产生离心力使得振子发电机晃动产生电流。
如图10所示，振子发电机44包括振子筒体441、磁铁442、振荡弹簧443和振子444；其中，所述振子筒体441的两端设置有封盖，封盖的外侧设置有与大齿轮单元421或小齿轮单元422的卡槽423配合的滑块445，所述封盖的内侧设置有横杆446，所述振子筒体441的内壁上设置有固定的磁铁442，所述振荡弹簧443的一端连接在横杆446上，振荡弹簧443的另一端连接在振子444上，且振子444上包裹有线圈，振子发电机44在发生水平移动时使得振子444上的线圈切割磁感应线产生电流。
本发明的波浪能潮流能联动多振子发电装置较其他波浪能发电装置而言可以更加充分高效地捕获波浪运动的动能，通过不同齿数比的齿轮组来获取多倍的扭转力以及推动齿轮组快速运转，这样实现能量的巧妙高效转化。本发明的多振子发电机构的齿轮组上均有发电桨叶，在水流带动下将会不停旋转，并且带动齿轮组的运转，这样波浪能转化来的推动齿轮组的扭转力以及水流带动发电桨叶旋转的旋转力共同作用于发电机组，实现不同能量的高效联动。本装置采用多个振子发电机的阵列组合方式，在有效的工作区域内，多个发电机共同发电，将会更加高效的利用波浪的动能以及水流的动能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种海流能波浪能综合利用发电装置，其包括柔性折叠板(1)、能量转换器(2)、直线发电机(3)、多振子发电机构(4)和桩基(5)，其特征在于，
所述柔性折叠板(1)包括若干个柔性波浪形折叠板，各个波浪形折叠板成等夹角的圆周阵列布设，各个所述波浪形折叠板均具有一级外壁(11)、二级外壁(12)和三级外壁(13)，所述一级外壁(11)、二级外壁(12)和三级外壁(13)由外到内依次设置形成波浪状；
所述能量转换器(2)沿水平方向设置在折叠板的一级外壁(11)、二级外壁(12)之间，波浪形折叠板沿水平方向的运动驱动能量转换器(2)实现波浪推力的放大；
所述直线发电机(3)设置在折叠板的二级外壁(12)和三级外壁(13)之间，且直线发电机(3)的一端与能量转换器(2)的输出端相连，所述直线发电机(3)的另一端与多振子发电机构(4)相连；
所述直线发电机(3)和多振子发电机构(4)均通过导线与蓄电池(47)相连；
所述桩基(5)连接在多振子发电机构(4)的底端上。
2.根据权利要求1所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述能量转换器(2)包括筒体(21)、输入推杆(22)、输出推杆(23)、传动杆(24)、第一弹簧(25)和放大齿轮组(26)；其中，所述筒体(21)的两端设置有端盖，所述输入推杆(22)和输出推杆(23)分别穿过筒体(21)两端的端盖伸入所述筒体(21)内，所述输入推杆(22)的一端连接在第一弹簧(25)的一端上，第一弹簧(25)的另一端通过传动杆(24)与放大齿轮组(26)相连，所述放大齿轮组(26)与输出推杆(23)的一端相连。
3.根据权利要求1所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述直线发电机(3)包括发电筒体(31)、推力杆(32)、固定线圈(33)和磁体(34)；其中，所述发电筒体(31)的两端设置有封头，所述固定线圈(33)设置在发电筒体(31)的内壁上；两端的所述推力杆(32)分别穿过发电筒体(31)两端的封头，推力杆(32)位于发电筒体(31)内部的端部设有磁体(34)，通过推力杆(32)驱动磁体(34)切割固定线圈(33)产生电流发电。
4.根据权利要求1所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述多振子发电机构(4)包括外壳体(41)、齿轮组(42)、振子发电机(44)；其中，所述外壳体(41)呈圆柱筒体结构且外壳体(41)上开有若干通孔，且该通孔可容纳直线发电机(3)的输出端伸入所述外壳体(41)，且所述直线发电机(3)的输出端与多振子发电机构(4)的齿轮组(42)传动连接；所述齿轮组(42)设置在外壳体(41)内，所述外壳体(41)的外壁与柔性折叠板(1)的三级外壁(13)相连，所述振子发电机(44)由所述齿轮组(42)驱动发电。
5.根据权利要求4所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述齿轮组(42)包括大齿轮单元(421)和小齿轮单元(422)，其中，多组所述大齿轮单元(421)围绕在小齿轮单元(422)圆周方向且与小齿轮单元(422)配合，所述大齿轮单元(421)上还啮合传动设置有齿条(45)，所述齿条(45)与所述直线发电机(3)输出端驱动连接，所述振子发电机(44)具有若干个且连接在位于同一个传动轴(431)上的大齿轮单元(421)或小齿轮单元(422)之间。
6.根据权利要求5所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述多振子发电机构(4)还包括发电桨叶(43)，发电桨叶(43)通过传动轴(431)和回转轴承沿竖直方向设置在外壳体(41)两端之间，所述大齿轮单元(421)和小齿轮单元(422)均固定在发电桨叶(43)的传动轴(431)上，所述大齿轮单元(421)通过发电桨叶(43)驱动旋转或通过直线发电机(3)输出端的齿条(45)驱动旋转；所述小齿轮单元(422)通过大齿轮单元(421)驱动旋转或发电桨叶(43)驱动旋转。
7.根据权利要求6所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述大齿轮单元(421)和小齿轮单元(422)的表面上均设置有与振子发电机(44)配合卡槽(423)，所述大齿轮单元(421)和小齿轮单元(422)的转动产生离心力使得振子发电机晃动产生电流。
8.根据权利要求7所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：振子发电机(44)包括振子筒体(441)、磁铁(442)、振荡弹簧(443)和振子(444)；其中，所述振子筒体(441)的两端设置有封盖，封盖的外侧设置有与大齿轮单元(421)或小齿轮单元(422)的卡槽(423)配合的滑块(445)，所述封盖的内侧设置有横杆(446)，所述振子筒体(441)的内壁上设置有固定的磁铁(442)，所述振荡弹簧(443)的一端连接在横杆(446)上，振荡弹簧(443)的另一端连接在振子(444)上，且振子(444)上包裹有线圈，振子发电机(44)在发生水平移动时使得振子(444)上的线圈切割磁感应线产生电流。
9.根据权利要求5-8任意一项所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述柔性折叠板(1)为圆周阵列设置的三个，所述小齿轮单元(422)的外部配合设置有三组大齿轮单元(421)。
10.根据权利要求6-8任意一项所述的一种海流能波浪能综合利用发电装置，其特征在于：所述大齿轮单元(421)是由固定在传动轴(431)上的两个大齿轮组成；所述小齿轮单元(422)是由固定在传动轴(431)上的两个小齿轮组成；大齿轮与小齿轮通过传动连接，大齿轮上设有所述齿条(45)并通过齿条与外部连接。
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