纵摇浮子式波浪能发电装置的制作方法
本发明涉及可再生能源技术领域，特别是涉及一种纵摇浮子式波浪能发电装置。
背景技术：
在全球推进新能源发展的环境下，波浪能作为一种清洁无污染的可再生能源，既可降低石油开采耗气量、节约资源，又可减少二氧化碳排放，是应对能源短缺以及环境问题，发展清洁能源、调整能源结构的重要选择之一。我国各海域波浪能资源丰富，可开发利用程度高，浮子式波浪能转换装置作为适用广泛型装置，其结构简单、装载方便、获能构件不与海水接触，备受专家学者的关注。
纵摇获能的摆式波浪能装置是浮子式波浪能利用装置的重要组成部分，其具有获能效率高的优势，然而传统的纵摇获能的摆式波浪能装置中，获能构件直接经受波浪冲击，存在稳定性低的问题。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的纵摇获能的摆式波浪能装置存在稳定性差的技术问题，提供一种纵摇浮子式波浪能发电装置。
一种纵摇浮子式波浪能发电装置，包括浮子主体、摆体、平台、齿轮传动系统和发电系统；
所述浮子主体的第一端为平面，所述浮子主体的第二端为弧面；
所述平台固定设置在所述浮子主体中间，用于支撑所述摆体、齿轮传动系统和发电系统；
所述摆体的一端与所述齿轮传动系统啮合，所述摆体的另一端指向所述浮子主体的第二端；
所述齿轮传动系统对接所述发电系统。
在其中一个实施例中，所述浮子主体包括第一壳体和第二壳体；
所述第一壳体的两个底面为平面，所述第一壳体的侧面为弧面；所述第二壳体的一个底面为平面，所述第二壳体的另一个底面为弧面，所述第二壳体的侧面为弧面；
所述第一壳体和第二壳体之间固定设置所述平台。
在其中一个实施例中，所述第一壳体的长、宽、高之比为3:1:0.6；所述第一壳体侧面的弧度半径根据所述浮子主体的吃水深度设置；所述第二壳体侧面的弧度半径大于第二壳体底面的弧度半径。
在其中一个实施例中，所述摆体包括摆柱、竖板、转轴、铰接座和随摆齿轮；
所述铰接座设置所述转轴的两端，所述铰接座与所述平台的设定位置固定连接，所述随摆齿轮固定设置在转轴上，所述所述随摆齿轮与所述齿轮传动系统啮合，所述摆柱固定设置在所述竖板的一端，所述竖板的另一端固定连接所述转轴。
作为一个实施例，所述齿轮传动系统包括传动齿轮；所述传动齿轮与所述随摆齿轮啮合。
作为一个实施例，所述随摆齿轮包括第一随摆齿轮和第二随摆齿轮，所述传动齿轮包括第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述第一传动齿轮与所述第一随摆齿轮啮合，所述第二传动齿轮与所述第二随摆齿轮啮合。
在其中一个实施例中，所述平台包括上平台板、下平台板和密封圈；
所述上平台板与所述第一壳体固定连接，所述下平台板与所述第二壳体固定连接，所述密封圈设置在所述上平台板和下平台板之间，所述上平台板和下平台板相对固定设置。
作为一个实施例，所述平台上设置方孔；和/或所述平台的侧面设置系泊环。
在其中一个实施例中，浮子主体的弧面侧面和弧面底面的曲面方程包括：
式中，d表示浮子主体的吃水深度，(x,y,z)表示浮子主体弧面侧面或和弧面底面上的点的坐标。
在其中一个实施例中，所述发电系统包括发电机、电机机座和电机齿轮；
所述电机机座固定设置在所述平台上，所述发电机固定在所述电机机座上，所示电机齿轮固定设置在所述发电机的电机主轴上，所述电机齿轮与所述齿轮传动系统啮合。
上述纵摇浮子式波浪能发电装置，通过摆体在浮子主体内摆动产生机械能，以转化浮子主体所俘获的转动机械能，齿轮传动系统可以传递和调节摆体获取的转动机械能；使发电系统接收传动系统传递过来的机械能，并转化为电能；在上述产生电能的过程中，第一端为平面，第二端为弧面的浮子主体呈u型结构，使纵摇浮子式波浪能发电装置不容易受到波浪冲击，可以增强纵摇浮子式波浪能发电装置的波浪能俘获能力，提高纵摇浮子式波浪能发电装置的纵摇性能；且上述纵摇浮子式波浪能发电装置具体是利用内置摆体与浮子主体的相对运动产生相应电能，可以提高纵摇浮子式波浪能发电装置的获能稳定性与安全性。
附图说明
图1为一个实施例的纵摇浮子式波浪能发电装置结构示意图；
图2为一个实施例的浮子主体结构示意图；
图3为一个实施例的摆体结构示意图；
图4为一个实施例的齿轮传动系统结构示意图；
图5为一个实施例的齿轮传动系统结构示意图；
图6为一个实施例的平台结构示意图；
图7为一个实施例的发电系统结构示意图；
图8为一个实施例的俘获宽度比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参考图1，图1所示为一个实施例的纵摇浮子式波浪能发电装置，包括浮子主体1、摆体2、平台3、齿轮传动系统4和发电系统5；
所述浮子主体1的第一端为平面，所述浮子主体1的第二端为弧面；
所述平台3固定设置在所述浮子主体1中间，用于支撑所述摆体2、齿轮传动系统4和发电系统5；
所述摆体2的一端与所述齿轮传动系统4啮合，所述摆体2的另一端指向所述浮子主体1的第二端；
所述齿轮传动系统3对接所述发电系统4。
上述浮子主体1的第一端为平面，所述浮子主体1的第二端为弧面，整个浮子主体呈特殊的u型结构，使纵摇浮子式波浪能发电装置不容易受到波浪冲击，可以增强纵摇浮子式波浪能发电装置的波浪能俘获能力，提高装置的纵摇性能；所述摆体2置于浮子主体1内，可以转化浮子主体1所俘获的转动机械能；所述平台3用于浮子主体1的密封及浮子主体1内部构件的支撑与安装；所述齿轮传动系统4可以传递和调节摆体2获取的转动机械能；所述发电系统5可以接收传动系统传递过来的机械能，并转化为电能。
在上述纵摇浮子式波浪能发电装置在工作过程中，浮子主体1可以捕获波浪的动能与势能，完成一级能量转换；所述摆体2与浮子主体1间形成相对运动，将浮子捕获的能量转换成摆体的转动机械能，完成二级能量转换；所述平台3可以承载和支撑浮子内部构件；所述齿轮传动系统4用于摆体2与发电系统5间的能量传递，是二、三级能量转换的桥梁；所述发电系统5用于电能的转换和存储，与齿轮传动系统4对接，完成三阶能量转换。
本实施例提供的纵摇浮子式波浪能发电装置中，通过摆体2在浮子主体1内摆动产生机械能，以转化浮子主体1所俘获的转动机械能，齿轮传动系统4可以传递和调节摆体2获取的转动机械能；使发电系统5接收传动系统传递过来的机械能，并转化为电能；在上述产生电能的过程中，第一端为平面，第二端为弧面的浮子主体1呈u型结构，使纵摇浮子式波浪能发电装置不容易受到波浪冲击，可以增强纵摇浮子式波浪能发电装置的波浪能俘获能力，提高纵摇浮子式波浪能发电装置的纵摇性能；且上述纵摇浮子式波浪能发电装置具体是利用内置摆体2与浮子主体1的相对运动产生相应电能，可以提高纵摇浮子式波浪能发电装置的获能稳定性与安全性。
在一个实施例中，参考图2所示，所述浮子主体包括第一壳体6和第二壳体7；上述第一壳体6也可以称为上壳体，上述第二壳体7也可以称为下壳体；
所述第一壳体6的两个底面为平面，所述第一壳体6的侧面为弧面；所述第二壳体7的一个底面为平面，所述第二壳体7的另一个底面为弧面，所述第二壳体7的侧面为弧面；
所述第一壳体6和第二壳体7之间固定设置所述平台。
如图2所示，上述第一壳体6和第二壳体7形成的浮子主体呈u型结构，使纵摇浮子式波浪能发电装置不容易受到波浪冲击，可以增强纵摇浮子式波浪能发电装置的波浪能俘获能力。上述第一壳体的内部空间用于安装发电机系统和齿轮传动系统的一部分，第二壳体的内部空间用于安装摆体和齿轮传动系统的一部分。
作为一个实施例，所述第一壳体的长、宽、高之比为3:1:0.6；所述第一壳体侧面的弧度半径根据所述浮子主体的吃水深度设置；所述第二壳体侧面的弧度半径大于第二壳体底面的弧度半径。
具体地，上述第一壳体侧面的弧度半径r1＝2d，其中，d表示纵摇浮子式波浪能发电装置的吃水深度，第二壳体底面的弧度半径r2＝1.625m，所述第二壳体侧面的弧度半径r3＝2m。
将上述纵摇浮子式波浪能发电装置置于波浪中，上述第一壳体位于水线以上部分，上述第二壳体位于水线以下部分。摆体设置在第二壳体内，处于水线以下位置，用于传递浮子俘获的波浪能。
在一个实施例中，参考图3所示，所述摆体包括摆柱8、竖板9、转轴10、铰接座11和随摆齿轮(如图3所示第一随摆齿轮12和第二随摆齿轮13)；
所述铰接座11设置所述转轴10的两端，在所述所述铰接座11与所述平台的设定位置固定连接，所述随摆齿轮固定设置在转轴10上，比如第一随摆齿轮12和第二随摆齿轮13可以分别设置在转轴10的两端(如转轴10上铰接座11内侧)，所述所述随摆齿轮与所述齿轮传动系统啮合(具体与齿轮传动系统中的相关齿轮啮合)，所述摆柱8固定设置在所述竖板9的一端，所述竖板9的另一端固定连接所述转轴10。
上述设定位置可以依据转轴10的尺寸选定，使通过铰接座11设于平台下方的转轴10可以位于平台的中间位置。上述铰接座11可以通过相应的法兰与所述平台的设定位置固定连接；上述铰接座11与铰接座11上对应的法兰可以形成固定设置转轴10的固定机构。
具体地，上述摆体的转动惯量满足
作为一个实施例，所述齿轮传动系统包括传动齿轮；所述传动齿轮与所述随摆齿轮啮合。
本实施例中齿轮传动系统包括传动齿轮，使传动齿轮与所述随摆齿轮啮合，可以保证相应能量传递的稳定性。
作为一个实施例，所述随摆齿轮包括第一随摆齿轮和第二随摆齿轮，所述传动齿轮包括第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述第一传动齿轮与所述第一随摆齿轮啮合，所述第二传动齿轮与所述第二随摆齿轮啮合。
具体地，上述齿轮传动系统还可以包括其他齿轮以及传动轴等进行传动的其他部分，以保证传动工作的顺利性。
本实施例提供的齿轮传动系统进一步保证了摆体与发电系统之间能量传递的稳定性。
作为一个实施例，参考图4和图5所示，上述齿轮传动系统可以包括第一传动齿轮25和第二传动齿轮26，第一传动齿轮25与所述第一随摆齿轮啮合，所述第二传动齿轮26与所述第二随摆齿轮啮合；
上述齿轮传动系统还可以包括第一传动轴27、第一涡轮21、第二涡轮22、第一蜗杆23、第二蜗杆24、第二传动轴28、第三传动轴29、第三传动齿轮30、第四传动齿轮31、第五传动齿轮32、第六传动齿轮33、第三传动轴34、第四传动轴35、第七传动齿轮36、第八传动齿轮37、第九传动齿轮38、第十传动齿轮39、第五传动轴40、第十一传动齿轮41和齿轮箱20；
上述第一涡轮21通过第一传动轴27与第一传动齿轮25固连(固定连接)、第二涡轮22通过第一传动轴27与第二传动齿轮26固连，上述第一涡轮21与第一蜗杆23啮合，第二涡轮22与第二蜗杆24啮合，第三传动齿轮30通过第二传动轴28传递第一蜗杆23的运动，第四传动齿轮31通过第三传动轴29传递第二蜗杆24的运动，第三传动齿轮30与第五传动齿轮32啮合，第四传动齿轮31与第六传动齿轮33，所述第七传动齿轮36通过第三传动轴34传递第五传动齿轮32的运动，所述第八传动齿轮37通过第四传动轴35传递第六传动齿轮33的运动，第七传动齿轮36与第九传动齿轮38啮合，第八传动齿轮37与第十传动齿轮39啮合，第十一传动齿轮41通过第五传动轴40传递第九传动齿轮38和第十传动齿轮39运动；
参考图5所述，上述齿轮箱20可以支撑各个传动齿轮和传动轴，并对相应的传动齿轮和传动轴起到保护作用，上述第一传动齿轮25、第二传动齿轮26、第一传动轴27、第一涡轮21、第二涡轮22、第一蜗杆23、第二蜗杆24、第二传动轴28、第三传动轴29、第三传动齿轮30、第四传动齿轮31、第五传动齿轮32、第六传动齿轮33、第三传动轴34、第四传动轴35、第七传动齿轮36、第八传动齿轮37、第九传动齿轮38和第十传动齿轮39可以设置在所述齿轮箱20内，上述第五传动轴40可以穿过所述齿轮箱20的一端，第五传动轴40位于齿轮箱20外的一端可以设置第十一传动齿轮41。
本实施例提供的齿轮传动系统可以包括2个涡轮组齿轮(第一传动齿轮25和第二传动齿轮26)、2个涡轮、2根蜗杆、8个换位齿轮、5根传动轴；所述涡轮组齿轮分别与相应的摆体齿轮(第一随摆齿轮和第二随摆齿轮)啮合，用于摆体转动机械能的传递；所述第一涡轮21、第二涡轮22与第一蜗杆23、第二蜗杆24通过第二传动轴28、第三传动轴29将竖直方向上摆体的往复运动转换为水平方向上第三传动齿轮30、第四传动齿轮31的单向转动；所述第五传动齿轮32、第六传动齿轮33分别与第三传动齿轮30、第四传动齿轮31啮合，用于升高传动轴的水平位置，方便与电机齿轮的对接；所述第七传动齿轮36、第八传动齿轮37分别与第九传动齿轮38、第十传动齿轮39啮合，通过主轴40(第五传动轴40)将运动汇总到主轴齿轮41(第十一传动齿轮41)上，并与电机齿轮啮合，完成能量传递。
在一个实施例中，参考图6所示，所述平台包括上平台板15、下平台板16和密封圈17；
所述上平台板15与所述第一壳体固定连接，所述下平台板16与所述第二壳体固定连接，所述密封圈17设置在所述上平台板15和下平台板16之间，所述上平台板15和下平台板16相对固定设置。
具体地，如图6所示，上述上平台板15和下平台板16之间可以通过设置在平台(包括上平台板15和下平台板16)四个角上的连接法兰18固连。
本实施例将包括上平台板15、下平台板16和密封圈17的平台设置在第一壳体和第二壳体之间，使浮子主体具有较好的密封性，这样摆体、平台、齿轮传动系统和发电系统这些能量转换、传递构件等皆置于浮子主体之内，浮子主体密封且无表面延伸构件，使浮子主体内的各个构件不受波浪直接冲击与海水腐蚀，稳定性能得到有效提高。
作为一个实施例，所述平台上设置方孔；和/或所述平台的侧面设置系泊环(如分别在平台的两侧设置系泊环)。
参考图6所示，平台上设置的方孔可以包括如图6所示的一大一小两个方孔，用于安装相应齿轮，通过相应传动轴等，使上述平台可以更好地进行相应内部构件的支撑和安装。具体的，上述方孔分别设置在上平台板15和下平台板16的相应位置，形成平台上的方孔，可以用于平台板下方构件的支撑和安装维修作业。
具体地，可以在所述平台侧面设置系泊环19，上述系泊环19可以布置锚链，用于系泊，防止纵摇浮子式波浪能发电装置在海面波浪中乱动，以保持纵摇浮子式波浪能发电装置运动的稳定性。
本实施例在平台的侧面(平台位于浮子主体外表面处)设置可布置锚链的系泊环，无需打桩，可小型化应用，进一步减小了相应纵摇浮子式波浪能发电装置的投放对环境造成的影响。
在一个实施例中，浮子主体的弧面侧面和弧面底面的曲面方程包括：
式中，d表示浮子主体的吃水深度，(x,y,z)表示浮子主体弧面侧面或和弧面底面上的点的坐标。
本实施例提供的浮子主体的的转动惯量满足
在一个实施例中，参考图7所示，所述发电系统包括发电机44、电机机座45和电机齿轮42；
所述电机机座45固定设置在所述平台上，所述发电机44固定在所述电机机座45上，所示电机齿轮42固定设置在所述发电机44的电机主轴43上，所述电机齿轮42与所述齿轮传动系统啮合，具体可以与齿轮传动系的第十一传动齿轮41啮合。
上述发电机44可以通过螺钉螺母固定在电机机座45之上。电机机座45中间可以布置减震项圈(48)；上述发电机主轴43、固连在发电机主轴43上的电机齿轮42、与电机齿轮42啮合的传动系统主轴齿轮41(第十一传动齿轮41)可以形成发电机传动机构。
本实施例提供的发电系统可以顺利完成机械能与电能的转换。
作为一个实施例，参考图7所示，发电系统的电机机座45由四套螺母50固定在平台上平台板上，为了保证机座的结构强度，机座整体可以采用钢骨架结构，包括一块支撑底板49、一块安装发电机的机座上板46、一块减震项圈48和四根支撑杆47；发电机44通过螺钉螺母固定在电机机座上板46上；减震项圈48设于电机机座上下板之间；发电机主轴43上固连一电机齿轮42，电机齿轮42与传动系统主轴齿轮41啮合。
本实施例提供的纵摇浮子式波浪能发电装置整体结构、内置能量转换的摆体结构简单、可靠，可采用钢质或混凝土结构建造，工程实施和运维成本较低。
在一个实施例中，将上述纵摇浮子式波浪能发电装置置于波浪中，当波浪传递到纵摇浮子式波浪能发电装置时，浮子主体随着波面起伏变化进行纵摇运动；此时，内置摆体2与浮子主体1之间产生相对运动，将浮子主体1受波浪冲击时所俘获的不稳定、剧烈变化的转动机械能转化为摆体2相对平缓的转动机械能，并将摆体机械能经摆板转轴10上的第一随摆齿轮12、第二随摆齿轮13及与之啮合的涡轮组齿轮25、26传递给齿轮传动系统4，经过齿轮传动系统的调向、调速，最终通过传动系统内主轴齿轮41及与之啮合的电机齿轮42将相对平稳、转向一致的转动机械能传递给发电机，进而带动发电机发电，完成波浪能到电能的转换。
上述纵摇浮子式波浪能发电装置可以利用内置摆体与浮子主体的相对运动，提高波浪能装置的获能稳定性与安全性，相关实验证明上述纵摇浮子式波浪能发电装置的俘获宽度比可达0.25(参考图8所示)，同类型装置的理论俘获宽度比最大在0.21左右，俘获效率提高了20％左右。本发明提供的纵摇浮子式波浪能发电装置结构简单，拆装方便，成本低廉，不仅适用于纵摇浮子式波能装置的理论设计研究，加装锚链后还可应用于波浪能丰富海域的实海况试验研究。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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