专利名称：机械式能量转换系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于波浪能发电装置技术领域，特别涉及一种机械式能量转换系统。
背景技术：
波能发电装置在进行波能发电时，通常包含两个能量转换过程:首先是将波浪能转换为可供发电机利用的机械能形式，即能量的一次转换过程；其次是通过发电机将机械能转换为电能进行输出，即能量的二次转换过程。波能转换装置的核心问题是能量的一次转换过程。波浪能在第一次转换过程中产生的机械能的形式，有利用波浪上下运动直接转换成机械运动的；有利用波浪上下运动产生气流或水流去驱动涡轮发电的；也有利用波浪装置的摆动或转动产生气流或水流去驱动涡轮机发电；或把低压大波浪变成小体积高压水，然后引入高位水池产生水头带动涡轮机发电的。目前常用的能量转换装置主要有以下两种:振荡水柱式:安全可靠性高但波能转换率较低，现有振荡水柱式波能发电装置多为航标灯等微型电力设备供电，输出功率较小；近岸振荡水柱式波能发电装置对海岸地形要求较高。越浪式:结构简单、波能转换率较高，但由于对材料要求较高，且极易在波浪作用下发生破坏,丧失工作能力，维修及保护成本较高。与欧美国家沿海海域波高大、能流密度高相比，我国沿海海域波浪能周期短、波高小，可利用率较低，不适用于以上两种方式
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种能量转换效率较高，建造成本低，输出电能稳定，应用广泛的机械式能量转换系统。本实用新型的技术方案是:一种机械式能量转换系统，其包括浮子、立柱、单向齿轮、齿条和发电机。所述浮子中央设有上下贯通的孔，浮子通过孔套装于立柱上，沿立柱上下运动。所述齿条设置于立柱相对的两侧面上，单向齿轮设置于立柱两侧。所述发电机固定于浮子顶部且分布于立柱两侧。两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接。两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合。浮子顶部设有发电机支架，发电机支架固定于浮子上，发电机位于发电机支架内部。浮子顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子水平方向运动的导向装置。浮子顶部的导向装置固定于发电机支架顶部，浮子底部的导向装置直接固定于浮子上。导向装置包括导向轮和支撑架。导向轮的轮轴固定于支撑架上，导向轮与所述立柱侧面接触。导向装置能消除波浪对浮子水平倾覆振荡的影响，有利于波能的收集和转换。所述浮子为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可以根据海况装载配重。浮子表层涂防腐漆，以防止在被海水腐蚀。[0012]本实用新型的有益效果在于:1、与波浪直接接触，能量转换次数少，提高了能量转换率。2、结构简单，活动部件较少，整体稳定性高，可靠度好，能兼顾结构的可靠性及波能转换率。3、占用面积小，对波浪场的影响小，对海洋水动力环境的影响极小。4、建造成本较低，输出电能稳定，可用于对装置的保护要求不太高，波能密度低的区域。
图1是本实用新型的整体结构示意图；图2是本实用新型中局部结构示意图之一；图3是本实用新型图2中A部位的放大图；图4是本实用新型中局部结构示意图之二 ；图5是本实用新型图4中B部位的放大图；图6是本实用新型中浮子顶部导向装置的分布示意图；图7是本实用新型中浮子底部导向装置的分布示意图；图8是本实用新型中浮子的结构示意图；图9是本实用新型中导向装置的结构示意图；图10为本实用新型中单向齿轮与发电机输入轴连接的示意图。图中:1、立柱，2、浮子，3、齿条，4、发电机支架，5、导向装置，6、发电机，7、单向齿轮，8、轮轴，9、导向轮，10、支撑架，11、孔，12、发电机输入轴，13、单向轴承。
具体实施方式
以下结合附图和实施例具体说明本实用新型。实施例1 如图1-图10所示，本实用新型包括浮子2、立柱1、单向齿轮7、齿条3和发电机6。所述浮子2中央设有上下贯通的孔11，浮子2通过孔11套装于立柱I上，沿立柱I上下运动。所述齿条3设置于立柱I相对的两侧面上，单向齿轮7设置于立柱I两侧。所述发电机6固定于浮子2顶部且分布于立柱I两侧。两个单向齿轮7分别套装于同侧发电机输入轴12顶端，通过键与发电机输入轴12连接。两根齿条3分别与同侧的单向齿轮7啮合。假设单向齿轮7的转动方向设置为:如图4所示，单向齿轮7顺时针方向转动时，单向轴承13可以自由转动，单向齿轮7空转，逆时针方向转动时，单向轴承13是锁死的，单向齿轮7带动发电机输入轴12转动。两个单向齿轮7转向相同,但是分别分布于立柱I的两侧。在浮子2向上或向下运动时，总有一个单向齿轮7带动发电机输入轴12转动。其工作过程如下:不同方向、频率的波浪拍打到浮子2，浮子2吸收波浪能，当浮子2受到波浪向上的力时，浮子2上升，波浪能转换为浮子2的机械能。浮子2带动单向齿轮7沿立柱I上设置的齿条3向上运动。如图4所示，右侧的单向齿轮7带动发电机输入轴12转动，从而发电；左侧的单向齿轮7空转。浮子2运动到最上端后依靠重力向下运动，左侧的单向齿轮7带动发电机输入轴12转动，从而发电；右侧的单向齿轮7空转。这一过程将浮子2的机械能转换成发电机6的电能。整个过程实现了波浪能到电能的转换。主要技术指标:组合振荡浮子式波能发电装置装机容量为10kW，并达到发电能力5kW水平，波能转换率高于15%，连续运行10小时，总发电量达到200kW.h。实施例2除以下区别外，其他同实施例1。浮子2顶部设有发电机支架4，发电机支架4固定于浮子2上，发电机6位于发电机支架4内部。浮子2顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子2水平方向运动的导向装置
5。浮子2顶部的导向装置5固定于发电机支架4顶部，浮子2底部的导向装置5直接固定于浮子2上。导向装置5包括导向轮9和支撑架10。导向轮9的轮轴8固定于支撑架10上，导向轮9与立柱I侧面接触。导向装置5能消除波浪对浮子2水平倾覆振荡的影响，有利于波能的收集和转换。实施例3除以下区别外，其他同实施例1。如图8所示，浮子2为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该浮子2结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可 以根据海况装载配重。浮子2表层涂防腐漆，以防止在被海水腐蚀。
权利要求1.一种机械式能量转换系统，其特征在于，其包括浮子、立柱、单向齿轮、齿条和发电机； 所述浮子中央设有上下贯通的孔，浮子通过孔套装于立柱上，沿立柱上下运动；所述齿条设置于立柱相对的两侧面上，单向齿轮设置于立柱两侧，所述发电机固定于浮子顶部且分布于立柱两侧；两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接；两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的机械式能量转换系统，其特征在于，所述浮子顶部设有发电机支架，发电机支架固定于浮子上，发电机位于发电机支架内部。
3.根据权利要求1所述的机械式能量转换系统，其特征在于，所述浮子顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子水平方向运动的导向装置；浮子顶部的导向装置固定于发电机支架顶部，浮子底部的导向装置直接固定于浮子上；所述导向装置包括导向轮和支撑架，导向轮的轮轴固定于支撑架上，导向轮与所述立柱侧面接触。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机械式能量转换系统，其特征在于，所述浮子为底部呈倒锥形的空心圆柱体。
专利摘要本实用新型涉及机械式能量转换系统。其包括浮子、立柱、单向齿轮、齿条和发电机。所述浮子中央设有上下贯通的孔，浮子通过孔套装于立柱上，沿立柱上下运动。所述齿条设置于立柱相对的两侧面上，单向齿轮设置于立柱两侧。所述发电机固定于浮子顶部且分布于立柱两侧。两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接。两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合。本实用新型与波浪直接接触，能量转换率高，结构简单，活动部件较少，整体稳定性高，可靠度好，建造成本较低，输出电能稳定，应用广泛。
文档编号F03B13/14GK203130347SQ201320053648
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者刘臻, 史宏达, 马哲, 曹飞飞, 曲娜, 王金龙, 高人杰, 薛坤 申请人:中国海洋大学