波浪力大功率发电系统的制作方法
【专利摘要】一种波浪力大功率发电系统，包括浮体箱和联结摇臂。在浮体箱内设置有发电机。浮体箱上设置有驱动转轴。在浮体箱内还设置有转矩变换装置。在分属两相邻浮体箱的驱动转轴之间配置有联结摇臂，该联结摇臂将所有浮体箱联结成连环浮体箱组。所述联结摇臂将相邻两浮体箱之间形成的相对往复位移转换为驱动转轴的往复角位移，所述转矩变换装置将驱动转轴的转矩转换为单一方向的单向转矩输出至安装在浮体箱中的发电机转子。本实用新型在一个区域范围内能够大量布设浮体箱，充分利用波浪蕴藏的能量，通过提高浮体箱排水量以及采用转矩变换装置提高能量转化效率，并且提高波浪力大功率发电系统的机械强度以应对风浪带来的影响。
【专利说明】波浪力大功率发电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及利用新能源的发电系统，特别是涉及利用波浪蕴藏能量的大功率发电系统。
【背景技术】
[0002]辽阔的海面波涛蕴藏巨大的能源。世界各国都致力于将波浪力转换成可再生能源开发应用。现有技术波浪力能量转换的方式很多，主要有“点头鸭式”、“波面筏式”、“环礁式”、“整流器”、“浮筒式”、“海蛘式”、“软袋式”、“振荡水柱式”、“收缩水道式”等等。上述能量转换方式大都因受到复杂的波动现象和水域位置等影响，波浪能收集转化率低而造成发电成本过高，高达26.49美元/kWh ;单位面积区域内波浪能量转化功率偏低，达0.357kw ；通常使用寿命10年至15年。因此现有的利用波浪能量发电技术的发电效率低，成本高，影响着商业化应用的开发使用，致使至今波浪力能源技术没有很好的利用。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种利用水体波浪蕴藏能量的波浪力大功率发电系统，通过联结摇臂联结成的连环浮体箱采集一片水体区域内的波浪能量，利用相邻浮体箱往复相对位移距离采集波浪力能量，通过力矩变换驱使发电机运行，并将所有电能集中输出，提高波浪能量的转化效率，增强所述发电系统抗风浪的机械强度。由力学原理分析，本实用新型相邻浮体箱往复位移距离将直接影响发电机获取转矩的大小，可见，将水体波浪蕴藏能量转化为电量的能量转化效率由相邻浮体箱之间的形成的往复相对位移决定。相邻浮体箱之间往复相对位移距离应当反映从水体波浪力形成能量中采集能量的采集量，相邻浮体箱之间往复相对位移距离越接近于波浪的波峰与波谷之间的实际距离，所述采集量就越大，能量采集效率，即能量转化效率就越高。因此对于本实用新型所述的浮体箱，其在波浪波动过程中所受浮力作用决定了浮体箱内发电机的发电量。浮体箱承受浮力越大，相邻浮体箱之间往复相对位移的距离就越接近于波浪的波峰与波谷之间的实际距离，理想地情况是水体波动被完全反映为相邻浮体箱的往复位移。进而，浮体箱所承受浮力克服浮体箱自身所受重力形成的作用力大小决定了相邻浮体箱是否能接近真实的反映水体波动情况。浮体箱的排水量与能量转化效率和发电量之间存在比例关系，应当尽量提高浮体箱所承受浮力，即应当尽量提高浮体箱的排水量，以期尽可能得增加能量转化效率，提高发电量。
[0004]本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现:
[0005]设计、制造一种波浪力大功率发电系统，尤其是，包括至少两个能够随水体波浪上下往复位移的浮体箱，以及联结摇臂。在至少一浮体箱内设置有至少一发电机。浮体箱上各自设置有至少一驱动转轴。在浮体箱内还为该浮体箱的各驱动转轴配置一套转矩变换装置。在分属两相邻浮体箱的驱动转轴之间配置有至少一联结摇臂，该联结摇臂的两端分别固定连接所述分属两相邻浮体箱的驱动转轴，从而所有浮体箱联结成连环浮体箱组。所述联结摇臂将相邻两浮体箱之间因波浪起浮而形成的相对往复位移转换为驱动转轴的往复角位移，所述转矩变换装置将驱动转轴因角位移产生的转矩转换为单一方向的单向转矩输出至安装在浮体箱中的发电机转子，从而令发电机运行而输出电能。
[0006]一种基础性的连环浮体箱组结构，所述连环浮体箱组包括至少两个链浮体箱；该链浮体箱设置两驱动转轴；借助联结摇臂联结相邻的链浮体箱，所有链浮体箱连接成链状的连环浮体箱组。
[0007]一种实现较大规模的连环浮体箱组结构，所述连环浮体箱组包括至少一中心浮体箱，以及至少一支路浮体箱；所述中心浮体箱设置有至少三根驱动转轴；所述支路浮体箱设置有两根驱动转轴；所有支路浮体箱被分成至少一组支路浮体箱组，每组支路浮体箱组包括至少一支路浮体箱；对于包括两个以上支路浮体箱的支路浮体箱组，借助联结摇臂联结相邻的支路浮体箱，同一支路浮体箱组内的所有支路浮体箱连接成链状的支路浮体箱组；任一中心浮体箱的驱动转轴借助联结摇臂固定连接其它中心浮体箱的一驱动转轴，或者单个支路浮体箱的一驱动转轴，或者链状的支路浮体箱组的位于端部的支路浮体箱的一驱动转轴，从而由中心浮体箱和支路浮体箱联结成占据一片水体区域的连环浮体箱组。
[0008]所述转矩变换装置包括转向变换单元。一种转向变换单元的结构，该转向变换单元包括至少一正向棘轮，至少一反向棘轮，以及用于改变转矩方向的至少一介轮。所述正向棘轮和反向棘轮都安装在驱动转轴上。所述介轮安装在介轮轴上，并且分别与各反向棘轮啮合。所述正向棘轮仅能输出沿第一方向的转矩。所述反向棘轮仅能输出第二方向的转矩。所述第一方向与第二方向是驱动转轴受联结摇臂驱使而形成的两互为反向的转向。各介轮分别与反向棘轮啮合，将反向棘轮输出的沿第二方向的转矩转换成沿第一方向的转矩输出。从而转向变换单元由各正向棘轮和各介轮输出沿第一方向的转矩。
[0009]具体而言，所述转矩变换装置还包括变速箱，所述转向变换单元沿第一方向输出转矩至变速箱，该变速箱输出转矩至发电机。
[0010]另外，在所述变速箱与转向变换单元之间还设置有传动单元。
[0011]实现上述方案的一种具体结构是，所述传动单元包括转矩传递转轴，以及安装在该转矩传递转轴上的至少一传动齿轮。所述变速箱包括变速转轴，安装在该变速转轴上的至少一转矩输入齿轮和至少一转矩输出齿轮。所述发电机包括连接转子并与该转子同轴旋转的被动齿轮。所述传动单兀的各传动齿轮分别哨合各正向棘轮和各介轮，并且分别哨合变速箱的各转矩输入齿轮。所述变速箱的转矩输出齿轮啮合发电机的被动齿轮。
[0012]为了令转矩持续输出，减少转矩断续的情况发生，所述变速箱内还设置有安装在变速转轴上的、用于维持持续输出转矩的飞轮。
[0013]如上所述，所述转矩变换装置包括转向变换单元，那么另一种转矩变换单元的结构，该转向变换单元包括至少一安装在驱动转轴上的单向棘轮。所有单向棘轮仅能沿同一方向输出转矩，并且该单向棘轮的输出转矩的方向是驱动转轴受联结摇臂驱使形成的两个互为反向的转向中的一个转向。从而所述转向变换单元的各单向棘轮输出单一方向的转矩。
[0014]为协调各台发电机集中输出电能,所述波浪力大功率发电系统还包括电连接各发电机的变电设备，该变电设备通过电力变换汇集所有发电机输出的电能，并将该汇集的电能输出至用电设备和/或输变电网。[0015]同现有技术相比较，本实用新型“波浪力大功率发电系统”的技术效果在于:
[0016]本实用新型通过联结摇臂连接浮体箱，在一个区域范围内能够大量布设浮体箱，大面积地、充分利用波浪蕴藏的能量，通过提高浮体箱排水量以及采用转矩变换装置提高能量转化效率；所述波浪力大功率发电系统在一片水域内大面积布设展开，还能够提高发电系统的机械强度以应对风浪带来的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型“波浪力大功率发电系统”获取转矩的第一原理示意图；
[0018]图2是本实用新型获取转矩的第二原理示意图；
[0019]图3是本实用新型获取转矩的第三原理示意图；
[0020]图4是本实用新型浮体箱I的正投影俯视示意图；
[0021]图5是本实用新型第一实施例的轴测投影示意图；
[0022]图6是本实用新型第二实施例的轴测投影示意图；
[0023]图7是本实用新型第三实施例的轴测投影示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图所示实施例作进一步详述。
[0025]本实用新型提出波浪力大功率发电系统，如图1至图7所示，包括至少两个能够随水体波浪上下往复位移的浮体箱1，以及联结摇臂2。在至少一浮体箱I内设置有至少一发电机4。浮体箱I上各自设置有至少一驱动转轴3。在浮体箱I内还为该浮体箱I的各驱动转轴3配置一套转矩变换装置。在分属两相邻浮体箱I的驱动转轴3之间配置有至少一联结摇臂2，该联结摇臂2的两端分别固定连接所述分属两相邻浮体箱I的驱动转轴3，从而所有浮体箱I联结成连环浮体箱组。所述联结摇臂2将相邻两浮体箱I之间因波浪起浮而形成的相对往复位移转换为驱动转轴3的往复角位移，所述转矩变换装置将驱动转轴3因角位移产生的转矩转换为单一方向的单向转矩输出至安装在浮体箱I中的发电机4的转子，从而令发电机4运行而输出电能。
[0026]如图1至图3，原理性的示出浮体箱I之间的相对位移转换成驱动转轴3的角位移的结构。当水体表面没有波浪时，如图1所示，编号分别是Tl和T2的两浮体箱I之间没有位移差，固定连接分属两浮体箱I的、编号分别是Al和A2的驱动转轴3不会旋转，也不会产生角位移。当水体表面有波浪时，而且编号是Tl的浮体箱I处于波谷位置，编号是T2的浮体箱I处于波峰位置，从而在两浮体箱I之间形成相对位移s ;此时相对图1时的状态，对于编号是Al的驱动转轴3将受联结摇臂2驱动而沿ω I指示方向逆时针旋转；同样，对于编号是Α2的驱动转轴3也沿ω2指示方向逆时针旋转。当水体表面有波浪时，而且编号是Tl的浮体箱I处于波峰位置，编号是Τ2的浮体箱I处于波谷位置，从而在两浮体箱I之间形成相对位移s ;此时相对图1时的状态，对于编号是Al的驱动转轴3将受联结摇臂2驱动而沿《I指示方向顺时针旋转；同样,对于编号是Α2的驱动转轴3也沿ω 2指示方向顺时针旋转。因此，在水体波浪力的持续作用下，相邻浮体箱I之间会形成往复的相对位移，致使浮体箱I上的驱动转轴3沿互为相反的转向形成往复角位移。本实用新型通过转矩变换装置将驱动转轴3的往复角位移变换为单方向输出的转矩，并将该当方向转矩输出至发电机的转子，进而令发电机运行。
[0027]所述转矩变换装置包括转向变换单元。如图4所示，本实用新型提出一种优选的转向变换单元的结构，该转向变换单元包括至少一正向棘轮51，至少一反向棘轮52，以及用于改变转矩方向的介轮53。所述正向棘轮51和反向棘轮52都安装在驱动转轴3上。所述介轮53安装在介轮轴上，并且分别与各反向棘轮52啮合。通常情况下，所述介轮53的数量应当与反向棘轮52数量相同，但从转向变换单元的可扩展性以及与其他单元之间的兼容性考虑，也可以设计成所述介轮53的数量与反向棘轮52的数量不等的结构。所述正向棘轮51仅能输出沿第一方向的转矩。所述反向棘轮52仅能输出第二方向的转矩。所述第一方向与第二方向是驱动转轴3的受联结摇臂2驱使而形成的两互为反向的转向。各介轮53分别与反向棘轮52啮合，将反向棘轮52输出的沿第二方向的转矩转换成沿第一方向的转矩输出。从而转向变换单元由各正向棘轮51和各介轮53输出沿第一方向的转矩。如图2所示浮体箱I结构，用两套转矩变换装置完成转矩变换并驱动发电机4。每套转矩变换装置的转向变换单元仅采用一个正向棘轮51和一个反向棘轮52。从增强转矩传动角度,可以根据需要用多个正向棘轮51，多个反向棘轮52，以及多个介轮53完成转向变换。
[0028]为确保发电机4的转子在同时接收来自两个以上转矩变换装置的转矩一致性，所述转矩变换装置还包括变速箱，所述转向变换单元沿第一方向输出转矩至变速箱，该变速箱输出转矩至发电机4。
[0029]而为了进一步协调转向变换单元与变速箱之间的转矩传递，在所述变速箱与转向变换单元之间还设置有传动单元。
[0030]实现上述包括转向变换单元、传动单元和变速箱的转矩变换装置的具体结构可以采用如图4所示结构，所述传动单元包括转矩传递转轴71，以及安装在该转矩传递转轴上的至少一传动齿轮72。所述变速箱包括变速转轴61，安装在该变速转轴61上的至少一转矩输入齿轮62和至少一转矩输出齿轮63。所述发电机4包括连接转子并与该转子同轴旋转的被动齿轮41。所述传动单元的各传动齿轮72分别啮合各正向棘轮51和各介轮53，并且分别啮合变速箱的各转矩输入齿轮62。所述变速箱的转矩输出齿轮63啮合发电机4的被动齿轮41。通常情况，所述传动齿轮72的数量应当与正向棘轮51和介轮53的数量总数相同，但从传动单元的可扩展性以及与其他单元之间的兼容性考虑，也可以设计成所述传动齿轮72的数量与正向棘轮51和介轮53的数量总数不等的结构。同理，通常情况下，所述变速箱的转矩输入齿轮62的数量应当与传动齿轮72数量相同，但从变速箱的可扩展性以及与其他单元之间的兼容性考虑，也可以设计成所述转矩输入齿轮62的数量与传动齿轮的数量不等的结构。
[0031]为了令转矩持续输出，减少转矩断续的情况发生，所述变速箱内还设置有安装在变速转轴61上的、用于维持持续输出转矩的飞轮64。
[0032]上述转向变换单元能够采集驱动转轴3正转和翻转时形成的转矩，为了简化结构和可能的实际需要，所述转向变换单元还可以采用以下结构实现仅采集驱动转轴3在一个转向时形成转矩。所述转向变换单元包括至少一安装在驱动转轴上的单向棘轮。所有单向棘轮仅能沿同一方向输出转矩，并且该单向棘轮的输出转矩的方向是驱动转轴受联结摇臂驱使形成的两个互为反向的转向中的一个转向。从而所述转向变换单元的各单向棘轮输出单一方向的转矩。[0033]为协调各台发电机4集中输出电能，所述波浪力大功率发电系统还包括电连接各发电机4的变电设备8，该变电设备8通过电力变换汇集所有发电机4输出的电能，并将该汇集的电能输出至用电设备和/或输变电网。
[0034]本实用新型提高能量转化效率以及提高抗风浪机械强度的方案就是采用连环浮体箱组的结构。本实用新型第一实施例，如图5所示，采用一种基础性的连环浮体箱组结构，所述连环浮体箱组包括至少两个链浮体箱11。该链浮体箱11设置两驱动转轴3 ;借助联结摇臂2联结相邻的链浮体箱11，所有链浮体箱连接成链状的连环浮体箱组。所述链浮体箱的结构与本实用新型上述浮体箱结构相同，由于其在所述链状的连环浮体箱组中是基本的组成元素，是“链”中的一环，因此以链浮体箱具以更详细的分类名称。所述链状的连环浮体箱组结构类似于电路的串联结构，是构成更大型连环浮体箱组结构的基础。本实用新型第一实施例采用四个链浮体箱11，在位于端部的链浮体箱11内安装所述变电设备。
[0035]本实用新型第二实施例，如图6所示，提供一种实现星型结构的连环浮体箱组，所述连环浮体箱组包括至少一中心浮体箱12，以及至少一支路浮体箱13。所述中心浮体箱12设置有至少三根驱动转轴3。所述支路浮体箱13设置有两根驱动转轴3。所有支路浮体箱13被分成至少一组支路浮体箱组，每组支路浮体箱组包括至少一支路浮体箱13。对于包括两个以上支路浮体箱13的支路浮体箱组，借助联结摇臂联结相邻的支路浮体箱，同一支路浮体箱组内的所有支路浮体箱13连接成类似于第一实施例浮体箱组的链状的支路浮体箱组。任一中心浮体箱12的驱动转轴3借助联结摇臂2固定连接其它中心浮体箱12的一驱动转轴3，或者单个支路浮体箱13的一驱动转轴3，或者链状的支路浮体箱组的位于端部的支路浮体箱13的一驱动转轴3，从而由中心浮体箱12和支路浮体箱13联结成占据一片水体区域的连环浮体箱组。由于本实施例连环浮体箱组结构类似于电路中的串并联结构，包括两个以上支路浮体箱13的支路浮体箱组相当于第一实施例链状的连环浮体箱组，类似于电路中的一条串联支路；中心浮体箱12相当于电路中的一个节点，各支路浮体箱组都联结该中心浮体箱12，类似电路中的串联支路并联。包括两个以上支路浮体箱13的支路浮体箱组相当于第一实施例链状的连环浮体箱组，但是支路浮体箱组还包括只有一支路浮体箱的情况，因此，用支路浮体箱和支路浮体箱组与第一实施例的链浮体箱和链状的连环浮体箱组加以区分，在结构上它们可以采用完全相同的结构。本实用新型第二实施例，由一台中心浮体箱12和三组并排联结在中心浮体箱12上链状的支路浮体箱组构成，每组支路浮体箱组都是由三台支路浮体箱13构成。所述中心浮体箱12内安装有变电设备8。
[0036]本实用新型第三实施例，如图7所示，所述波浪力大功率发电系统有一台中心浮体箱12和三组分别沿四个方向联结在中心浮体箱12上链状的支路浮体箱组构成，每组支路浮体箱组都是由两台支路浮体箱13构成。所述中心浮体箱12内安装有变电设备8。显然，第三实施例与第二实施例的区别在于支路浮体箱组的延伸方向不同，第二实施例中支路浮体箱组是互相平行的直线状的支路浮体箱组，第三实施例中支路浮体箱组是沿不同方向延伸的直线状的支路浮体箱组。采用第三实施例结构利于发电系统向更为庞大复杂的发电系统发展，以占据尽量大的水体区域，例如将支路浮体箱组内任一支路浮体箱13用中心浮体箱12替换,就可以在理论上无限的扩展所述波浪力大功率发电系统,从而令波浪力大功率发电系统占据更广阔的水体区域，以获取更多的水体波浪内蕴藏的能量，提高能量转化效率。另外支路浮体箱组也可以根据需要联结成曲线状、弧线状等不规则线状。
【权利要求】
1.一种波浪力大功率发电系统，其特征在于: 包括至少两个能够随水体波浪上下往复位移的浮体箱，以及联结摇臂； 在至少一浮体箱内设置有至少一发电机；浮体箱上各自设置有至少一驱动转轴；在浮体箱内还为该浮体箱的各驱动转轴配置一套转矩变换装置； 在分属两相邻浮体箱的驱动转轴之间配置有至少一联结摇臂，该联结摇臂的两端分别固定连接所述分属两相邻浮体箱的驱动转轴，从而所有浮体箱联结成连环浮体箱组； 所述联结摇臂将相邻两浮体箱之间因波浪起浮而形成的相对往复位移转换为驱动转轴的往复角位移，所述转矩变换装置将驱动转轴因角位移产生的转矩转换为单一方向的单向转矩输出至安装在浮体箱中的发电机转子，从而令发电机运行而输出电能。
2.根据权利要求1所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述连环浮体箱组包括至少两个链浮体箱；该链浮体箱设置两驱动转轴； 借助联结摇臂联结相邻的链浮体箱，所有链浮体箱连接成链状的连环浮体箱组。
3.根据权利要求1所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述连环浮体箱组包括至少一中心浮体箱，以及至少一支路浮体箱； 所述中心浮体箱设置有至少三根驱动转轴；所述支路浮体箱设置有两根驱动转轴；所有支路浮体箱被分成至少一组支路浮体箱组，每组支路浮体箱组包括至少一支路浮体箱； 对于包括两个以上支路浮体箱的支路浮体箱组，借助联结摇臂联结相邻的支路浮体箱，同一支路浮体箱组内的所有支路浮体箱连接成链状的支路浮体箱组； 任一中心浮体箱的驱动转轴借助联结摇臂固定连接其它中心浮体箱的一驱动转轴，或者单个支路浮体箱的一驱动转轴，或者链状的支路浮体箱组的位于端部的支路浮体箱的一驱动转轴，从而由中心浮体箱和支路浮体箱联结成占据一片水体区域的连环浮体箱组。
4.根据权利要求1所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述转矩变换装置包括转向变换单元； 该转向变换单元包括至少一正向棘轮，至少一反向棘轮，以及用于改变转矩方向的至少一介轮；所述正向棘轮和反向棘轮都安装在驱动转轴上；所述介轮安装在介轮轴上，并且分别与各反向棘轮啮合； 所述正向棘轮仅能输出沿第一方向的转矩；所述反向棘轮仅能输出第二方向的转矩；所述第一方向与第二方向是驱动转轴受联结摇臂驱使而形成的两互为反向的转向； 各介轮分别与反向棘轮啮合，将反向棘轮输出的沿第二方向的转矩转换成沿第一方向的转矩输出；从而转向变换单元由各正向棘轮和各介轮输出沿第一方向的转矩。
5.根据权利要求4所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述转矩变换装置还包括变速箱，所述转向变换单元沿第一方向输出转矩至变速箱，该变速箱输出转矩至发电机。
6.根据权利要求5所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 在所述变速箱与转向变换单元之间还设置有传动单元。
7.根据权利要求6所述 的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述传动单元包括转矩传递转轴，以及安装在该转矩传递转轴上的至少一传动齿轮； 所述变速箱包括变速转轴，安装在该变速转轴上的至少一转矩输入齿轮和至少一转矩输出齿轮； 所述发电机包括连接转子并与该转子同轴旋转的被动齿轮； 所述传动单元的各传动齿轮分别啮合各正向棘轮和各介轮，并且分别啮合变速箱的各转矩输入齿轮；所述变速箱的转矩输出齿轮啮合发电机的被动齿轮。
8.根据权利要求7所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述变速箱内还设置有安装在变速转轴上的、用于维持持续输出转矩的飞轮。
9.根据权利要求1所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 所述转矩变换装置包括转向变换单元； 该转向变换单元包括至少一安装在驱动转轴上的单向棘轮；所有单向棘轮仅能沿同一方向输出转矩，并且该 单向棘轮的输出转矩的方向是驱动转轴受联结摇臂驱使形成的两个互为反向的转向中的一个转向；从而所述转向变换单元的各单向棘轮输出单一方向的转矩。
10.根据权利要求1所述的波浪力大功率发电系统，其特征在于: 还包括电连接各发电机的变电设备，该变电设备通过电力变换汇集所有发电机输出的电能，并将该汇集的电能输出至用电设备和/或输变电网。
【文档编号】F03B13/14GK203685459SQ201420018586
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】庄明 申请人:庄明