基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种海上波浪发电领域的技术，具体是一种基于共振的振荡纵荡 式波浪能转换器系统。
【背景技术】
[0002] 我国能源消耗巨大，现有的电能70%来自于燃烧煤炭的火力发电，而钢铁、水泥、 化工等高能耗行业每年也需要消耗大量的煤炭。燃煤对我国严重超标的PM2.5浓度贡献率 在61%左右，为改善生存环境，人们越来越多地把目光投向可再生能源的开发与利用，其中 波浪能的开发利用将改善因燃烧矿物能源对环境造成的破坏，缓解矿物能源逐渐枯竭的危 机。根据海洋观测资料统计，中国沿海海域年平均波高在2. Om左右，波浪周期平均6s左右。 台湾及福建、浙江、广东等沿海沿岸波浪能的密度可达5~8kW/m，波浪能资源十分丰富，总 量约有5亿千瓦，可开发利用的约1亿千瓦。
[0003] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104110347A，公开（公告）日 2014.10.22,公开了一种漂浮式太阳能波浪复合发电装置，包括外壳、获能装置、太阳能光 伏板和发电机，外壳包括上壳体和下壳体，太阳能光伏板设置在上壳体的内表面，获能装置 包括摆动转动转换机构、支撑板和摆子，摆动转动转换机构包括齿轮传动机构、转动轴和转 动块，齿轮传动机构包括齿轮、惰轮和齿圈，齿圈的内圈与惰轮相晒合，惰轮和齿轮相晒合， 齿轮套在转动轴上，同时齿轮与转动轴之间设有单向轴承II，转动块与齿圈固定连接，转动 块套在转动轴上，转动块和转动轴之间设有单向轴承I，转动块的底端与摆子固定连接。但 是同一海域波浪的频率随时间变化受多种因素影响，而摆子的固有频率一定，故较难与波 浪产生共振;同时该装置在波浪能转换过程中存在大量的能量损失，造成发电效率低下、产 电能力不足和发电成本的增加;此外该装置结构复杂，在风浪环境下也容易造成零部件的 损坏。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于共振的振荡纵荡式波浪能 转换器系统，能够提高波浪能转换器的发电能力和发电效率，降低波浪能转换器的发电成 本。
[0005] 本发明是通过W下技术方案实现的，
[0006] 本发明包括:摆板、较链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步 发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、较链机构、轮轴齿 轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对 设置，较链机构与甲板平台顶部固定连接，调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台 左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与浮箱连接并固定于海底岩上层内；
[0007] 所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。 技术效果
[0008] 与现有技术相比，本发明具有发电能力高、发电效率高、发电成本低的优点，现有 的各类浮式波浪能转换器的发电功率一般低于150kW，而本发明的发电功率可达lOSOkW。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明装置的结构示意图；
[0010] 图中：摆板1、较链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、水下齿轮箱5、传动轴6、水下永磁同步 发电机7、肘板8、甲板平台9、调谐液柱共振器10、浮箱11、垫板12、张力腿13、水平撑材14。
【具体实施方式】
[0011] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[001^ 如图1所示，本实施例包括:摆板1、较链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、7长下齿轮箱5、传 动轴6、水下永磁同步发电机7、甲板平台9、调谐液柱共振器10、浮箱11和张力腿13,其中：摆 板1、较链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、水下齿轮箱5、传动轴6和水下永磁同步发电机7依次连 接，摆板1和甲板平台9上下相对设置，较链机构2与甲板平台9顶部固定连接，调谐液柱共振 器10设置在甲板平台9的内部，甲板平台9左右两侧底部分别与浮箱11固定连接，张力腿13 与浮箱11连接并固定于海底岩±层内；
[0013] 所述的调谐液柱共振器10内部设有晃荡液柱，该晃荡液柱的圆频率满足 份= 其中：L为液柱长度，g为重力加速度，g = 9.8m/s2;通过实测可得知系统所安装 海域的主导波浪的圆频率大小，从而得到摆板1的主导转动圆频率的大小;根据摆板1的主 导转动圆频率计算液柱长度L来使得调谐液柱共振器10的圆频率CO与摆板1的主导转动圆 频率一致;当摆板1向一个方向转动时，调谐液柱共振器10内部的晃荡液柱将沿着相同的方 向振荡，调谐液柱共振器10和摆板1之间产生同向共振，摆板1的振幅加大，传动轴6的转动 速率加快，整个系统的发电能力得到提高。
[0014] 所述的甲板平台9、调谐液柱共振器10和浮箱11=者的浮力大于系统的重力，使得 整个系统一直处于細紧状态，有效保护并保持了系统的稳固运行。
[0015] 所述的张力腿13用于调节浮力与重力的差。
[0016] 所述的浮箱11优选为长方体浮体，浮力调节介质优选为空气。
[0017] 所述的位于甲板平台9底部两侧的浮箱11通过水平撑材14固定连接，W保持左右 平衡。
[0018] 所述的张力腿13与浮箱11优选为通过垫板12相互连接。
[0019] 所述的水下齿轮箱5和水下永磁同步发电机7固定在肘板8上，肘板8与甲板平台9、 浮箱11固定连接;所述的肘板8起到支撑水下齿轮箱5和水下永磁同步发电机7的作用，并优 选为开设若干通孔，W减轻整体重量。
[0020] 所述的浮箱11的尺寸为:长X宽X高= 45mX10mX27m;
[0021 ] 所述的甲板平台9的尺寸为:长X宽X高= 60mX45mX 14m;
[0022] 所述的水下永磁同步发电机7的功率为I OSOkW。
[0023]本装置工作时，海面上的波浪驱动摆板I绕较链机构2旋转，并带动轮轴齿轮3旋 转，轮轴齿轮3旋转带动与其咬合的齿条4做往复运动，齿条4的往复运动带动水下齿轮箱5 内的大齿轮做低速旋转，水下齿轮箱5内的大齿轮咬合小齿轮使其高速旋转，小齿轮带动传 动轴6做高速转动;摆板1在摆动时，调谐液柱共振器10内部晃荡液柱与摆板1共振，摆板1的 振幅加大，传动轴6的转动速率加快，水下永磁同步发电机7持续发电；该波浪能转换器系统 通过海底电缆与陆上电网相联，所发出的电能被输送到沿岸的用电单位。
【主权项】
1. 一种基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征在于，包括:摆板、铰链机构、 轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长 方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁 同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接， 调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力 腿与浮箱连接并固定于海底岩土层内； 所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。2. 根据权利要求1所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的 晃荡液柱其圆频率通过液柱长度调节。3. 根据权利要求1所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的 甲板平台、调谐液柱共振器和浮箱三者的浮力大于系统的重力。4. 根据权利要求1所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的 水下齿轮箱和水下永磁同步发电机固定在肘板上，肘板与甲板平台、浮箱固定连接。5. 根据权利要求4所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的 肘板开设有若干通孔。6. 根据权利要求1所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的 位于甲板平台底部两侧的浮箱通过水平撑材固定连接。
【专利摘要】一种海上波浪发电领域的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，包括：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接，调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与浮箱连接并固定于海底岩土层内；所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。本发明具有发电能力高、发电效率高、发电成本低的优点。
【IPC分类】F03B11/00, F03B13/18
【公开号】CN105604774
【申请号】CN201610041929
【发明人】王迎光
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月22日