一种多自由度偏心摆式波浪能发电装置及发电方法与流程

本发明属于波浪能发电装置领域，特别涉及该领域中的一种多自由度偏心摆式波浪能发电装置及发电方法。

背景技术

当今世界，煤炭、石油、天然气等传统化石能源日益减少，引发了能源价格不断上涨，能源危机不断临近。同时，由于化石能源的燃烧引起的环境污染严重威胁着地球上包括人类在内的所有生物。海洋能作为一种储量丰富且清洁环保的可再生能源，引起了人们的极大关注。而海洋中波浪能分布最为广泛、储量极为丰富，且与其他种类的海洋能资源相比，波浪能资源能流密度高，在近岸及离岸地区均可获取，波浪能发电装置出力保证率高。但是现有的摆式波浪能发电装置为了利用各个方向的波浪能，需要安装多个动力源，造成装置结构复杂，体积较大，且无法保证不同输出端的运动同步率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种不受波浪方向限制的多自由度偏心摆式波浪能发电装置及发电方法。

本发明采用如下技术方案：

一种多自由度偏心摆式波浪能发电装置，其改进之处在于：所述的装置包括弧形外壳，在弧形外壳的顶部安装上层外圈，在上层外圈的顶部安装顶盖，在弧形外壳的底部安装水平方向的下部底座，在下部底座上安装齿轮架，在齿轮架上沿竖直方向安装发电机、从动轴和齿轮轴，其中发电机的输出轴与安装在下部底座上的轴承相连接，并且在发电机的输出轴上安装可带动其转动的发电机齿轮，在从动轴上安装第二从动齿轮、第三从动齿轮和与发电机齿轮相啮合的输出齿轮，在齿轮轴上安装第一从动齿轮，该第一从动齿轮与上述的第二从动齿轮相啮合，沿竖直方向置于弧形外壳中心的中心主轴穿入齿轮架中，其顶端与安装在顶盖上的轴承相连接、底端与安装在齿轮架上的轴承相连接，垂直安装于中心主轴上的摆臂可带动中心主轴转动，在摆臂的末端安装负载，在中心主轴上还安装有顺时针单向轴承和逆时针单向轴承，在顺时针单向轴承上安装第一驱动齿轮，该第一驱动齿轮与上述第一从动齿轮相啮合，在逆时针单向轴承上安装第二驱动齿轮，该第二驱动齿轮与上述第三从动齿轮相啮合。

进一步的，所述的弧形外壳为金属弧形外壳。

进一步的，在弧形外壳外水线位置处绕弧形外壳布置有一圈环状楔形浮体板，该环状楔形浮体板通过工字钢与上层外圈相连接。

进一步的，所述工字钢的数量为2根以上，等间隔分布在弧形外壳的四周。

进一步的，所述的齿轮架有三层，其底层的长度比其它两层的长度长；发电机齿轮和输出齿轮布置于齿轮架的底层，第二驱动齿轮和第三从动齿轮布置于齿轮架的中间层，发电机固定安装在齿轮架顶层的两块隔板之间，第一驱动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮布置在齿轮架的顶层之上。

进一步的，发电机齿轮和输出齿轮的轮径比为5：16。

一种多自由度偏心摆式波浪能发电方法，使用上述的发电装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

（1）将发电装置置于海面，在海面波浪的作用下，弧形外壳发生纵摇，使其中心主轴不再与水平面正交，此时摆臂与水平面之间会产生夹角，负载则在重力的作用下运动，从而使摆臂带动中心主轴转动；

（2）若中心主轴为逆时针转动，虽无法通过顺时针单向轴承带动第一驱动齿轮转动，但可通过逆时针单向轴承带动第二驱动齿轮逆时针转动，使得与第二驱动齿轮相啮合的第三从动齿轮顺时针转动，从而带动与其同轴的输出齿轮顺时针转动，驱动发电机发电；

（3）若中心主轴为顺时针转动，虽无法通过逆时针单向轴承带动第二驱动齿轮转动，但可通过顺时针单向轴承带动第一驱动齿轮顺时针转动，使得与第一驱动齿轮相啮合的第一从动齿轮逆时针转动，与第一从动齿轮相啮合的第二从动齿轮顺时针转动，从而带动与其同轴的输出齿轮顺时针转动，驱动发电机发电。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的发电装置采用偏心摆式能量捕获方式，在继承了机械式发电装置成本低廉优势的同时，又兼顾了其可靠性，结构简单，成本效益高，易大规模投产，有很大的实用价值。

本发明所公开的发电装置，其弧形外壳为对称结构，可以捕获各个方向来波的波浪能，不受波浪方向的限制，适合在随机波浪环境下使用。

本发明所公开的发电装置，在水线处布置环状楔形浮体板，该浮体板提高了发电装置在风浪中倾斜和摆动的幅度（随波性），进而提高了摆臂的转动幅度和发电装置的发电效率，避免了发电装置在大波浪下发生失稳，提高了其工作稳定性。浮体板为楔形可避免积水。

本发明所公开的发电装置，输出齿轮比发电机齿轮的轮径大，可以放大发电机的旋转速度，避免因转速过慢而导致输出电压过小。

本发明所公开的发电方法及其所使用的发电装置，采用齿轮换向，将摆臂的双向摆动转换为发电机的单向转动，无需安装多个发电机，既简化结构，又减小体积，并能保证不同输出端的运动同步率，使电能输出更加平稳。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开发电装置不带顶盖时的外观示意图；

图2是本发明实施例1所公开发电装置去掉弧形外壳后的内部结构示意图；

图3是本发明实施例1所公开发电装置的竖直方向剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1-3所示，本实施例公开了一种多自由度偏心摆式波浪能发电装置，所述的装置包括弧形外壳101，在弧形外壳的顶部安装上层外圈102，在上层外圈的顶部安装顶盖，在弧形外壳的底部安装水平方向的下部底座212，在下部底座上安装齿轮架213，在齿轮架上沿竖直方向安装发电机211、从动轴和齿轮轴，其中发电机的输出轴与安装在下部底座上的轴承相连接，并且在发电机的输出轴上安装可带动其转动的发电机齿轮208，在从动轴上安装第二从动齿轮204、第三从动齿轮205和与发电机齿轮相啮合的输出齿轮207，在齿轮轴上安装第一从动齿轮203，该第一从动齿轮与上述的第二从动齿轮相啮合，沿竖直方向置于弧形外壳中心的中心主轴103穿入齿轮架中，其顶端与安装在顶盖上的轴承相连接、底端与安装在齿轮架上的轴承相连接，垂直安装于中心主轴上的摆臂104可带动中心主轴转动，在摆臂的末端安装负载105，在中心主轴上还安装有顺时针单向轴承209和逆时针单向轴承210，在顺时针单向轴承上安装第一驱动齿轮202，该第一驱动齿轮与上述第一从动齿轮相啮合，在逆时针单向轴承上安装第二驱动齿轮206，该第二驱动齿轮与上述第三从动齿轮相啮合。

在本实施例中，所述的弧形外壳为金属弧形外壳。在弧形外壳外水线位置处绕弧形外壳布置有一圈环状楔形浮体板301，该环状楔形浮体板通过工字钢302与上层外圈相连接。所述工字钢的数量为2根以上，等间隔分布在弧形外壳的四周。

所述的齿轮架有三层，其底层的长度比其它两层的长度长；发电机齿轮和输出齿轮布置于齿轮架的底层，第二驱动齿轮和第三从动齿轮布置于齿轮架的中间层，发电机固定安装在齿轮架顶层的两块隔板之间，第一驱动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮布置在齿轮架的顶层之上。发电机齿轮和输出齿轮的轮径比为5：16。

本实施例还公开了一种多自由度偏心摆式波浪能发电方法，使用上述的发电装置，包括如下步骤：

（1）将发电装置置于海面，在海面波浪的作用下，弧形外壳发生纵摇，使其中心主轴不再与水平面正交，此时摆臂与水平面之间会产生夹角，负载则在重力的作用下运动，从而使摆臂带动中心主轴转动；

（2）若中心主轴为逆时针转动，虽无法通过顺时针单向轴承带动第一驱动齿轮转动，但可通过逆时针单向轴承带动第二驱动齿轮逆时针转动，使得与第二驱动齿轮相啮合的第三从动齿轮顺时针转动，从而带动与其同轴的输出齿轮顺时针转动，驱动发电机发电；

（3）若中心主轴为顺时针转动，虽无法通过逆时针单向轴承带动第二驱动齿轮转动，但可通过顺时针单向轴承带动第一驱动齿轮顺时针转动，使得与第一驱动齿轮相啮合的第一从动齿轮逆时针转动，与第一从动齿轮相啮合的第二从动齿轮顺时针转动，从而带动与其同轴的输出齿轮顺时针转动，驱动发电机发电。