專利名稱：采用彈簧組作為能量緩存和傳遞的能量轉(zhuǎn)化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種波浪能的緩存、傳遞及轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
背景技術(shù)：
國家經(jīng)濟(jì)每年都在不斷增速發(fā)展，與之相應(yīng)，這種經(jīng)濟(jì)的增速發(fā)展必然導(dǎo)致對(duì)能量需求的增速，對(duì)電力需求的增加尤其明顯。現(xiàn)有的發(fā)電方式主要包括火力發(fā)電、水電、核電等等，由于水電和核電的開發(fā)會(huì)受到許多客觀條件的限制，在整個(gè)社會(huì)的發(fā)電量中的比例還比較小，火力發(fā)電在中國占有了 80%以上的份額。但是由于火力發(fā)電需要消耗大量的化石燃料，同時(shí)帶來大量的二氧化碳的排放和嚴(yán)重的環(huán)境污染。而且地球上化石燃料在不遠(yuǎn)的將來就會(huì)枯竭，人們必須盡快發(fā)展新的，清潔的，可再生的替代能源，以維持人類社會(huì)的及環(huán)境的健康發(fā)展。在這種背景之下，人們將注意力轉(zhuǎn)向了風(fēng)能和海洋能。海洋能蘊(yùn)含在 海洋的洋流和波浪之中，其中將波浪能轉(zhuǎn)化為電能是一種非常有利用價(jià)值的清潔能源，這是因?yàn)椴ɡ藷o處不在，而且蘊(yùn)含能量豐富，是一種取之不盡，用之不竭的能量來源。目前，波浪能發(fā)電常常采用的方式有1、將波浪能轉(zhuǎn)化為液壓能，推動(dòng)與發(fā)電機(jī)相連接的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。2、將波浪能轉(zhuǎn)化為流動(dòng)的壓縮空氣，推動(dòng)與發(fā)電機(jī)相連接的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。3、將波浪能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，直接推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。上述幾種波浪能發(fā)電裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，都存在提高發(fā)電效率的需求

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)將波浪能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電的波浪能發(fā)電裝置，它可以克服類似裝置對(duì)波浪能的吸收效率低，能量轉(zhuǎn)換效率低，輸出電能不平穩(wěn)等缺點(diǎn)。解決上述問題的技術(shù)方案如下一種將海洋能、波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者電能的裝置，由浮筒、阻尼盤、能量緩存和傳遞系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)組成。這種漂浮在海面上的發(fā)電裝置，在阻尼盤的作用下，可以使中間的發(fā)電裝置保持相對(duì)穩(wěn)定不動(dòng)，套在外部的浮筒在海浪的作用下，相對(duì)于中間的發(fā)電裝置作上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)能經(jīng)外部能量傳遞桿帶動(dòng)能量接收齒輪盤系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，外部能量傳遞桿上面的兩個(gè)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的作用，使得能量接收齒輪盤始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，能量接收齒輪盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸將能量傳遞給山彈簧組和能量傳輸齒輪盤構(gòu)成的能量緩存和傳遞裝置，這一能量緩存和傳遞裝置能夠高效吸收各種大小不同的輸入能量，并且能過通過能量傳輸輪盤，在齒輪組調(diào)速裝置的共同作用下將能量均勻地傳輸給永磁發(fā)電機(jī)，進(jìn)而得到穩(wěn)定輸出的電能。


圖I :新型波浪能發(fā)電裝置圖2 :能量接收齒輪系統(tǒng)圖3.彈簧組能量緩存及傳遞系統(tǒng)
圖中波浪能發(fā)電裝置由如下結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成⑴浮筒，(2)浮筒導(dǎo)軌，(3)波浪能傳遞桿，(4)外部能量接收齒輪盤，(5)單向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，(6)鏈條，(7)輔助輪盤，(8)外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸，O)彈簧組，(10)能量傳輸輪盤，(11)彈簧組外部連接框架，(12)傳動(dòng)帶，(13)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)齒輪組，(14)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)齒輪組轉(zhuǎn)軸，(15)發(fā)電機(jī)，(16)阻尼盤，(17)固定鏈條，(18)電纜，(19)錐形瓦。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案作詳細(xì)說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)的一種將海洋能、波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者電能的裝置(參見圖1)，由浮筒(I)、阻尼盤(16)、能量緩存和傳遞系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)組成，其特征是漂浮在海面上的發(fā)電裝置，在阻尼盤(16)的作用下，可以使中間的發(fā)電裝置保持相對(duì)穩(wěn)定不動(dòng)，在海浪的作用下，浮筒(I)相對(duì)于中間的發(fā)電裝置作上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)能經(jīng)外部能量傳 遞桿(3)帶動(dòng)能量接收齒輪盤系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于外部能量傳遞桿(3)上面的兩個(gè)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪(5)的作用，能量傳遞桿(3)上下兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，分別只有一個(gè)單相轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪能夠卡住鏈條(6)，帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)使得鏈條始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，也使得能量接收齒輪盤(4)始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)(參見圖2)，能量接收齒輪盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)將能量傳遞給由彈簧組(9)和能量傳輸齒輪盤(10)構(gòu)成的能量緩存和傳遞裝置(參見圖3)，能量傳輸輪盤(10)通過齒輪組調(diào)速裝置將動(dòng)能傳遞給永磁發(fā)電機(jī)，最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可以方便利用的電能。本發(fā)明中設(shè)計(jì)的能量接收齒輪系統(tǒng)(參見圖2)，由能量傳遞桿(3)，外部能量接收齒輪盤(4)，單向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(5)，鏈條￠)，輔助輪盤(7)，外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)構(gòu)成。能量傳遞桿(3)有兩條，頂端連接浮筒(I)，接收浮筒上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，能量傳遞桿 的下端相連，并且有兩個(gè)單向旋轉(zhuǎn)的齒輪(例如設(shè)計(jì)為相同的順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng))，這兩個(gè)齒輪與跨過輪盤(4)和(7)的閉合鏈條(6)的兩側(cè)咬合，當(dāng)能量傳遞桿(3)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)的鏈條相對(duì)向上運(yùn)動(dòng)，就會(huì)帶動(dòng)左側(cè)的齒輪向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，不會(huì)產(chǎn)生阻力，而右側(cè)的鏈條會(huì)阻擋右側(cè)的齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以右側(cè)的齒輪就卡住鏈條，從而帶動(dòng)鏈條一起圍繞輪盤作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。當(dāng)能量傳遞桿(3)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)的齒輪卡住鏈條，帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果也是使鏈條順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，因此，最終的結(jié)果是不管能量傳遞桿(3)的運(yùn)動(dòng)是向上還是向下，鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)方向都始終是同一個(gè)方向。這一設(shè)計(jì)方法簡化了后續(xù)的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，提高了能量收集效率。本發(fā)明設(shè)計(jì)的彈簧組能量緩存及傳遞系統(tǒng)(參見圖3)，由外部能量接收齒輪盤
(4)，外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)，彈簧組(9)，能量傳輸輪盤(10)，彈簧組外部連接框架(11)組成。能量接收系統(tǒng)得到外部的運(yùn)動(dòng)能量后，能量接收齒輪盤(4)帶動(dòng)齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)，將能量傳遞給彈簧組(9)，彈簧組(9)因此發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)彈簧組外部連接框架(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槟芰總鬏斴啽P(10)是與彈簧組外部連接框架(11)相連的，因而能量傳輸輪盤(10)隨之而動(dòng)，將能量傳輸給下游的能量轉(zhuǎn)化裝置。彈簧組的扭轉(zhuǎn)，拉伸是一種能量緩存的過程，它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)外界輸入的能量過大(如大浪到來時(shí))，下游能量轉(zhuǎn)化能力不能匹配或滯后時(shí)，彈簧組通過扭曲，拉伸將能量緩存起來，在浪的低谷時(shí)釋放出來。另外一種情況是外界輸入能量很小時(shí)，達(dá)不到能量轉(zhuǎn)化裝置設(shè)計(jì)的最低輸入能量，彈簧組可以起到累集能量的作用，當(dāng)達(dá)到一定的能量后釋放給能量轉(zhuǎn)化設(shè)備。總而言之，這種彈簧組能量緩存和傳遞裝置，擴(kuò)大了波浪能發(fā)電裝置的能量接收和利用的范圍，使的能量的吸收和轉(zhuǎn)化更為有效，同時(shí)也使得安裝有這種彈簧組能量緩存和傳遞裝置的波浪能發(fā)電裝置對(duì)海況的適應(yīng)能力增強(qiáng)。不僅如此，這一裝置可以使傳輸給能量轉(zhuǎn)化裝置的能量更均勻，因而發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流，電壓都會(huì)更加穩(wěn)定。這個(gè)彈簧組中的彈簧個(gè)數(shù)可以是I個(gè)，也可以是多個(gè)，彈簧的強(qiáng)度，尺寸可根據(jù)具體情況調(diào)整。彈簧組與外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)和彈簧組外部連接框架(11)之間采用傾斜連接的方式，即彈簧拉伸的方向與轉(zhuǎn)動(dòng)軸不是垂直的。每組彈簧之間由錐形瓦(19)隔離，錐形瓦的形狀可以是標(biāo)準(zhǔn)的錐形，錐形的兩條邊也可以是有幅度的，總之，這種連接方式的目的是使得彈簧在扭轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)發(fā)生彈簧自身或彈簧之間的纏繞。同時(shí)還可以延伸彈簧的拉伸距離。整個(gè)彈簧組能量緩存和傳遞裝置的各種參數(shù)都可以根據(jù)具體情況調(diào)整。整個(gè)波浪能發(fā)電裝置中可以有一個(gè)彈簧組能量緩存和傳遞裝置，也可以有多個(gè)并聯(lián)的或串聯(lián)的，或者并聯(lián)、串聯(lián)同時(shí)存在的多個(gè)彈簧組能量緩存和傳遞裝置，以求使能量的吸收和轉(zhuǎn)化大到最佳效果。 總之，本發(fā)明設(shè)計(jì)的波浪能發(fā)電裝置，具有吸收能量的范圍更寬，收集能量的效率更高，對(duì)海況的適應(yīng)能力更強(qiáng)，輸出的電能更穩(wěn)定等眾多有點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)決定了本發(fā)明公開的波浪能發(fā)電裝置有著廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種的彈簧組能量緩存和傳遞裝置，由外部能量接收齒輪盤(4)，外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)，彈簧組(9)，彈簧組外部連接框架(11)，能量傳輸輪盤(10)組成。其特征為外部的運(yùn)動(dòng)能量帶動(dòng)外部能量接收齒輪盤(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力量通過外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)傳遞給彈簧組(9)，彈簧組(9)因此發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)彈簧組外部連接框架(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槟芰總鬏斴啽P(10)是與彈簧組外部連接框架(11)相連的，因而能量傳輸輪盤(10)隨之而動(dòng)，將能量傳輸給下游的能量轉(zhuǎn)化裝置。
2.權(quán)利要求I中的能量緩存和傳遞裝置，其彈簧組與外部能量接收齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸(8)和彈簧組外部連接框架(11)之間的采用傾斜連接的方式，每組彈簧之間由錐形瓦(19)隔離，彈簧組可以有一個(gè)或多個(gè)彈簧構(gòu)成。
3.權(quán)利要求I和權(quán)利要求2中描述的彈簧組，每組彈簧之間由錐形瓦(19)隔離。其特征是錐形瓦的縱向切面可以是標(biāo)準(zhǔn)的三角形，也可以是曲面構(gòu)成的形狀，其作用都是為了避免彈簧自身以及彈簧之間的纏繞，同時(shí)可以給予彈簧更長的拉伸距離。
4.權(quán)利要求I中的能量緩存和傳遞裝置，能量傳輸輪盤(10)可以在這個(gè)能量緩存和傳遞裝置中的彈簧組的中間，也可以在兩端，可以只有一個(gè)，也可以有一組。外部能量接收齒輪盤(4)也可以在這個(gè)能量緩存和傳遞裝置中彈簧組的中間，也可以在兩端，可以只有一個(gè)，也可以有一組。
5.一種將海洋能、波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者電能的裝置，采用了一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求1，2，3中所述的彈簧組能量緩存和傳遞裝置。
6.一種單向轉(zhuǎn)動(dòng)能量接收齒輪系統(tǒng)，其特征在于波量能傳遞桿(3)通過兩個(gè)單向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(5)卡在跨過外部能量接收齒輪盤的鏈條￠)的兩側(cè)上，當(dāng)波量能傳遞桿(3)在波浪的作用下上下移動(dòng)時(shí)，分別只有一個(gè)單向齒輪(5)能夠卡住鏈條，帶動(dòng)鏈條移動(dòng)，從而保證鏈條在任何時(shí)候都保持同一運(yùn)動(dòng)方向，帶動(dòng)外部能量接收齒輪(4)始終保持同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.將權(quán)利要求6中所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)能量接收齒輪系統(tǒng)用于將海洋能、波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者電能的裝置。
8.—種將海洋能、波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或者電能的裝置，由浮筒、阻尼盤、能量緩存和傳遞系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)組成，其特征是浮筒(I)上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量經(jīng)傳遞桿(3)以及權(quán)利要求6中所述的單向轉(zhuǎn)動(dòng)能量接收齒輪系統(tǒng)，傳遞給權(quán)利要求1、2、3中所述的能量緩存和傳遞裝置，再由能量傳輸輪盤(10)通過齒輪組調(diào)速裝置傳遞給永磁發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可以方便利用的電能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的漂浮在海面上的波浪能發(fā)電裝置，發(fā)明的核心技術(shù)在于利用彈簧或彈簧組的扭轉(zhuǎn)作用起到能量緩存和傳遞的功能，根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)并制造了一種新穎的能量緩存和傳遞裝置，以這種裝置作為核心組成部部件，開發(fā)出一種新型的波浪能發(fā)電裝置。該波浪能發(fā)電裝置是由浮筒和能量轉(zhuǎn)換主體兩大部分組成，能量轉(zhuǎn)換主體中由能量接收齒輪系統(tǒng)，彈簧組儲(chǔ)能及傳輸系統(tǒng)，齒輪調(diào)速系統(tǒng)，永磁發(fā)電機(jī)組成。由于彈簧組的有效儲(chǔ)能性能，使得該波浪能發(fā)電裝置對(duì)波浪能的吸收及轉(zhuǎn)化的效率得到了顯著提高，而且對(duì)海況的適應(yīng)能力也得到了顯著的提升，能量輸出平穩(wěn)可控。
文檔編號(hào)F03B13/14GK102840295SQ20111016791
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者王維俊, 李濱 申請(qǐng)人:王維俊, 李濱