振荡浮子发电装置的制作方法

本发明属于海洋能发电技术领域，涉及一种振荡浮子发电装置。

背景技术：

电能被广泛应用于人们生产生活的各个领域，是科学技术发展、国民经济飞跃的主要动力。随着人们环保意识的提高，利用清洁无污染的可再生能源获取电能的发电技术备受推崇。目前，太阳能发电、风能发电等相关技术已趋成熟，并获得了广泛应用，人们把更多目光聚焦于海洋中蕴藏的巨大能量。波浪能发电源于20世纪70年代，是一种将海浪的动势能转化为电能的新技术。相较于潮汐发电而言，波浪能发电技术不拘泥于沿海地理区位，无需建设大型水库和闸门等，具有能量来源持续、灵活便捷等优势。

近年来，波浪能发电技术研究成果丰富。按发电装置工作原理，波浪式发电机主要分为机械式、气动式和液压式三大类，目前最有代表性的装置包括：摆式、振荡浮体式；软袋式；点头鸭式、振荡水柱式、收缩波道式、海蚌式等。其中，气动式和液压式发动机受波浪大小影响大，产能效率较低，一般适于小规模发电。

机械式波浪能发电装置的原理是通过机械传动系统，更多的是通过单向机械传动系统，将海浪的波浪能转换为发电装置的电能，电能转化效率相对较高，尤其是大型的机械式发电装置，通过结构的扩展实现大的装机容量。但由于采用单向机械传动系统，多数波浪能发电装置只能在波峰或波谷到来时发电，而且机械式发电装置构造复杂、操作与维护难度较大、造价高，要想达到大规模应用有待进一步完善。

因此，继续开发操作与维护更加简单、成本更低、产能更高的波浪发电装置十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可在波峰和波谷状态均稳定发电的、结构简单的振荡浮子发电装置。

本发明的内容为：振荡浮子发电装置，包括漂浮在海面的浮子和发电组件，进一步包括安装在浮子上端面的至少一个限位杆，沿限位杆长度方向，环绕限位杆外壁设置有螺旋槽；所述发电组件包括与限位杆配合安装的主动齿轮、与主动齿轮啮合的至少一个从动齿轮及与每个从动齿轮轮毂连接的发电机；所述主动齿轮包括中空轴套，环绕中空轴套外壁设置有齿轮，中空轴套内壁设置有传动销；限位杆插入中空轴套中，传动销插装在螺旋槽内且可沿螺旋槽运动。

优选为：每个从动齿轮轮毂经单向轴承与发电机相接。

优选为：与每个主动齿轮啮合的从动齿轮有多个，其中部分从动齿轮轮毂内的单向轴承在浮子上升阶段可自由转动，浮子下降阶段卡死，部分从动齿轮轮毂内的单向轴承在浮子下降阶段可自由转动，浮子上升阶段卡死。这种结构使部分从动齿轮带动的发电机在波峰到来时发电，部分从动齿轮带动的发电机在波谷到来时发电。

优选为：沿每个限位杆长度方向设置有多套发电组件。采用多套发电组件可以提高整套发电装置的发电容量。

优选为：所述传动销包括固定安装在中空轴套内壁的圆柱状的限位凸起，在限位凸起外套装有外圈，外圈位于螺旋槽内，与螺旋槽接触，限位凸起和外圈上设置有相配合的滚珠安装槽，安装槽内设置有滚珠，限位凸起与外圈形成类似滚动轴承的结构。

优选为：进一步包括固定在海底的固定桩，浮子上设置有固定桩安装孔，固定桩插装入所述安装孔内。固定桩可以对浮子的上下运动起到限位作用。

优选为：进一步包括主动齿轮限位装置，包括间隔设置的上限位件和下限位件，二者均连接至固定桩，主动齿轮位于上限位件和下限位件形成的间隙内，且不能越过上限位件和下限位件。

优选为：进一步包括发电机固定杆，所述固定杆两端分别与发电机和固定桩相接。

优选为：进一步包括保护箱，发电组件均位于保护箱内；保护箱固定在固定桩上，保护箱上设置有可使限位杆通过的限位杆孔。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种新型的机械式振荡浮子波浪能发电装置，该装置通过设计了螺旋槽的结构，将主动齿轮沿螺旋槽的转动经从动齿轮转化为发电机的电能，与传统的波浪能发电装置相比，结构精简、灵活可靠，可以获得稳定的发电效果。

(2)由于本系统是通过带动发电机的转动而发电的，考虑到发电机只能在一个转动方向发电，为了避免在波峰和波谷到来时从动齿轮均转动，影响发电机工作，因此采用单向轴承与发电机相接。而且可以为一个主动齿轮配置多个从动齿轮，利用单向轴承一个方向可转动、另一个方向卡死的特点，部分从动齿轮的发电机工作在波峰到来时，部分从动齿轮的发电机工作在波谷到来时，从而可实现整个发电装置在波峰和波谷到来时均发电，提高发电效率。

(3)传动销采用中空轴套与限位凸起配合的结构，使传动销在螺旋槽内上下运动的同时可以转动，减少传动销与螺旋槽之间的直接摩擦，使其运动更顺畅。

(4)除以上外，本发明还设计了一些辅助结构，其中，采用固定桩与浮子配合的工作结构，使固定桩可以对浮子的上下运动起到限位作用；采用保护箱的结构来保护发电组件，使系统主要工作部件免受海面环境的影响。

(5)本发明发电组件安装方便且具有可扩展性，若扩大发电容量，只需要在限位杆的上端沿螺旋槽装入主动齿轮，并配置与其配合的从动齿轮即可。

附图说明

图1为振荡浮子发电装置结构示意图；

图2为限位杆结构示意图；

图3为主动齿轮结构示意图；

图4为主动齿轮与限位杆安装结构示意图；

图5为发电组件结构示意图；

图6为另一种实施结构的发电机组件结构示意图；

图7为另一种实施结构的发电机组件结构示意图；

图8为上限位环、下限位环与主齿轮及固定桩配合安装结构示意图；

图9为发电机、上限位环、下限位环与主齿轮及固定桩配合安装结构示意图结构示意图；

图10为传动销结构示意图。

其中：1-浮子，101-固定桩安装孔，2-限位杆，201-螺旋槽，3-主动齿轮，301-中空轴套，302-齿轮，4-从动齿轮，5-发电机，6-传动销，601-限位凸起，602-外圈，603-滚珠，7-单向轴承，8-固定桩，9-上限位环，10-下限位环，11-限位环固定杆，12-发电机固定杆，13-保护箱，1301-限位杆孔

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的位置关系，以海平面为基准参考面，在海平面以上的方向，以靠近浮子的方向为“下方”，以远离浮子的方向为“上方”，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种结构简单的利用海上波浪能发电的机械式振荡浮子发电装置。

参考图1，振荡浮子发电装置，包括漂浮在海面的浮子1和发电组件，进一步包括竖直固定安装在浮子1上端面的至少一个限位杆2，参考图2，沿限位杆2长度方向，环绕限位杆2外壁设置有螺旋槽201。此处所述的螺旋槽201，也可以称为螺旋轨道，是指设置在限位杆2的外壁开槽，从限位杆2靠近浮子1的一端向海面上方延伸的一端，这种开槽是呈螺旋线的形状设置在限位杆2的外壁的。需要说明的是，此处的螺旋槽201可以设置在整个限位杆2的外壁，为了简化设计，也可以结合波浪起伏的高度差，选择在发电组件上下运动的范围内设置一段螺旋槽201。

参考图3、图4和图5，发电组件包括与限位杆2配合安装的主动齿轮3、与主动齿轮3啮合的至少一个从动齿轮4及与每个从动齿轮4轮毂连接的发电机5，还包括发电机固定装置，用以固定发电机5的位置，其固定效果为，保证整个工作过程中，发电机5不随波浪上下运动的；主动齿轮3包括中空轴套301，环绕中空轴套301外壁设置有齿轮302，参考图3，中空轴套301内壁设置有传动销6；限位杆2插入中空轴套301中，传动销6插装在螺旋槽内且可沿螺旋槽201运动。

浮子1随海浪上下波动，限位杆2随其上下运动。螺旋槽201与传动销6直接接触，使限位杆2运动过程中螺旋槽201对传动销6施加力的作用，进而使中空轴套301沿着螺旋槽201的轨迹转动，也就是主动轮3的转动。主动轮3的转动将通过从动齿轮4传递到发电机5，进而完成从波浪能向电能的能量转化过程。

为了实现更大的发电容量，有以下几种方式(1)可以在一个浮子1端面上固定安装多个限位杆2，每个限位杆2上均配置有相应的发电组件，例如，图1所示的为一个浮子1配置4个限位杆2；(2)可以在每个限位杆2上安装多套发电组件，例如，图7所示，一个限位杆2上设置两套发电组件。

更进一步的，由于本系统是通过带动发电机5的转动而发电的，考虑到发电机5只能在一个转动方向发电，为了避免在波峰和波谷到来时从动齿轮4均转动，因此设计了单向轴承与发电机5相接的结构。参考图5，具体为：每个从动齿轮4轮毂经单向轴承7与发电机8相接。由于单向轴承7具有单向转动性，在一个方向上可以转动，而在另一个方向上是卡死的，因此，只需要控制单向轴承7卡死的方向发电机5工作即可，其原理为：单向轴承7卡死，可以将转动传递给发电机5，发电机5工作；反之，单向轴承7转动，只会空转，不会带动发电机5。例如，采用图5所示的发电系统，在波峰到来时，单向轴承7处于卡死状态，此时，从动齿轮4输出轮毂转动，从而带动发电机5发电。

以上，单向轴承7的单向转动性可以解决发电机工作的问题，但若一个限位杆2上设置多组发电组件，每个单向轴承7的工作方向相同，则将造成所有的发电组件均只能在波峰到来或波谷到来时发电，这影响整套系统的工作效率。仅此，进一步的，每套发电组件中，与每个主动齿轮3啮合的从动齿轮4有多个，其中部分从动齿轮4轮毂相接的单向轴承7在浮子1上升阶段可自由转动，浮子1下降阶段卡死，部分从动齿轮4轮毂相接的单向轴承7在浮子1下降阶段可自由转动，浮子1上升阶段卡死。例如，以一个浮子1上设置四个限位杆2，相应的配置有四组发电组件为例，其中，有2个从动齿轮4轮毂接出的单向轴承7在浮子1上升阶段转动，在浮子1下降阶段卡死；另外两个从动齿轮4轮毂接出的单向轴承7在浮子1上升阶段卡死，在浮子1下降阶段转动。这种结构使部分从动齿轮4带动的发电机5在波峰到来时发电，部分从动齿轮4带动的发电机5在波谷到来时发电。进而可以提高整套发电装置的工作效率。

参考图6，以一个主动齿轮3带动两个从动齿轮4工作为例，图6中左侧的从动齿轮4连接的单向轴承7在浮子1下降时卡死，右侧的从动齿轮4连接的单向轴承7在浮子1上升时卡死。具体工作原理为：当波谷来临时，浮子1下降，带动限位杆2同步下降，传动销6沿着螺旋槽201转动，主动齿轮3转动，带动位于主动齿轮3左侧的内圈带有单向轴承7的从动齿轮4一起转动，在此转动方向，单向轴承7卡死，从而使连接发电机5的连接杆旋转，带动发电机5转子转动，进而将动能转化为电能，此时，位于主动齿轮3右侧的从动齿轮4处于空转状态；当波峰来临，浮子1上升，带动限位杆2同步上升，传动销6沿螺旋槽201转动，此时位于主动齿轮3左侧的从动齿轮4的单向轴承7在此方向可自由转动，从而使连接发电机5的连接杆不旋转，即波峰来临时只有单向轴承在空转，连接杆不转，不发电；而位于主动齿轮3右侧的从动齿轮4的单向轴承7卡死，此时其与发电机5相连的连接杆转动，从而带动发电机5发电。

进一步提供一种传动销6的安装结构。具体参考图10，传动销6包括固定安装在中空轴套301内壁的圆柱状的限位凸起601，在限位凸起601外套装有外圈602，外圈602位于螺旋槽201内，限位凸起601和外圈602上设置有相配合的滚珠安装槽，安装槽内设置有滚珠603，限位凸起601与外圈602形成类似轴承的结构。采用这种结构，当整个传动销6装置在螺旋槽201内运动时，外圈602也会自转，从而减小其与螺旋槽201之间的直接摩擦，使运动更顺畅，间接也可使主动齿轮3运动更顺畅。

由于海浪的运动是无规则的，会造成浮子1随海浪移动，进一步设计了固定在海底的固定桩8结构，固定桩8可以采用圆桩或方桩，相应的，浮子上设置有固定桩8配合安装孔101，固定桩8插装入所述安装孔101内。固定桩7可以对浮子1的上下运动起到限位作用。

参考图8，进一步包括主动齿轮限位装置，包括间隔设置的上限位件和下限位件，本实施例中，主动齿轮限位装置为上限位环9和下限位环10，上限位环9和下限位环10间隔套装在限位杆2上，且主动齿轮3位于二者之间，且主动齿轮3不能越过二者。上限位环9和下限位环10均通过限位环固定杆11接至固定桩8，由于固定桩8是锚定在海底的，从而上限位环9和下限位环10的位置也是固定的，这种结构限制了主动齿轮3的上下运动。

参考图9，对于设置有固定桩8的发电装置，发电机5固定装置采用发电机固定杆12，发电机固定杆12的两端分别与发电机5和固定桩7连接。由于固定桩7是锚定在海底的，发电机5的这种安装结构可以保证其不随海浪上下移动，即竖向位置是固定的。

为避免发电组件受海浪的侵蚀损坏，或发生漏电等情况，参考图6，进一步包括保护箱13，发电组件均位于保护箱13内，保护箱13上设置有限位杆孔1301，限位杆2从限位杆孔1301内穿出。保护箱13可以使发电组件免受海面环境的影响，稳定工作。所述保护箱13固定设置在固定桩安装孔上。

相应的，可以将发电机固定装置设置在保护箱13内，例如，可以采用类似发电机固定杆12的钢管结构，将钢管的两端分别焊接在发电机5和保护箱13上，以实现发电机5的固定。同样可以实现使发电机不随海浪上下波动的效果。

此外，考虑到海上潮湿的环境，为解决整体系统的防腐问题，在各部件外均涂防腐漆。

该装置依靠波浪能运行，不消耗电力、燃料等能源，不产生污染物，只需海上波浪能持续不断，浮子1运动不断，就可以实现不间断的发电，是一种生态环保的发电装置。