本發(fā)明屬于海洋能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種振蕩浮子發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

電能被廣泛應用于人們生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，是科學技術(shù)發(fā)展、國民經(jīng)濟飛躍的主要動力。隨著人們環(huán)保意識的提高，利用清潔無污染的可再生能源獲取電能的發(fā)電技術(shù)備受推崇。目前，太陽能發(fā)電、風能發(fā)電等相關(guān)技術(shù)已趨成熟，并獲得了廣泛應用，人們把更多目光聚焦于海洋中蘊藏的巨大能量。波浪能發(fā)電源于20世紀70年代，是一種將海浪的動勢能轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)。相較于潮汐發(fā)電而言，波浪能發(fā)電技術(shù)不拘泥于沿海地理區(qū)位，無需建設大型水庫和閘門等，具有能量來源持續(xù)、靈活便捷等優(yōu)勢。

近年來，波浪能發(fā)電技術(shù)研究成果豐富。按發(fā)電裝置工作原理，波浪式發(fā)電機主要分為機械式、氣動式和液壓式三大類，目前最有代表性的裝置包括：擺式、振蕩浮體式；軟袋式；點頭鴨式、振蕩水柱式、收縮波道式、海蚌式等。其中，氣動式和液壓式發(fā)動機受波浪大小影響大，產(chǎn)能效率較低，一般適于小規(guī)模發(fā)電。

機械式波浪能發(fā)電裝置的原理是通過機械傳動系統(tǒng)，更多的是通過單向機械傳動系統(tǒng)，將海浪的波浪能轉(zhuǎn)換為發(fā)電裝置的電能，電能轉(zhuǎn)化效率相對較高，尤其是大型的機械式發(fā)電裝置，通過結(jié)構(gòu)的擴展實現(xiàn)大的裝機容量。但由于采用單向機械傳動系統(tǒng)，多數(shù)波浪能發(fā)電裝置只能在波峰或波谷到來時發(fā)電，而且機械式發(fā)電裝置構(gòu)造復雜、操作與維護難度較大、造價高，要想達到大規(guī)模應用有待進一步完善。

因此，繼續(xù)開發(fā)操作與維護更加簡單、成本更低、產(chǎn)能更高的波浪發(fā)電裝置十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可在波峰和波谷狀態(tài)均穩(wěn)定發(fā)電的、結(jié)構(gòu)簡單的振蕩浮子發(fā)電裝置。

本發(fā)明的內(nèi)容為：振蕩浮子發(fā)電裝置，包括漂浮在海面的浮子和發(fā)電組件，進一步包括安裝在浮子上端面的至少一個限位桿，沿限位桿長度方向，環(huán)繞限位桿外壁設置有螺旋槽；所述發(fā)電組件包括與限位桿配合安裝的主動齒輪、與主動齒輪嚙合的至少一個從動齒輪及與每個從動齒輪輪轂連接的發(fā)電機；所述主動齒輪包括中空軸套，環(huán)繞中空軸套外壁設置有齒輪，中空軸套內(nèi)壁設置有傳動銷；限位桿插入中空軸套中，傳動銷插裝在螺旋槽內(nèi)且可沿螺旋槽運動。

優(yōu)選為：每個從動齒輪輪轂經(jīng)單向軸承與發(fā)電機相接。

優(yōu)選為：與每個主動齒輪嚙合的從動齒輪有多個，其中部分從動齒輪輪轂內(nèi)的單向軸承在浮子上升階段可自由轉(zhuǎn)動，浮子下降階段卡死，部分從動齒輪輪轂內(nèi)的單向軸承在浮子下降階段可自由轉(zhuǎn)動，浮子上升階段卡死。這種結(jié)構(gòu)使部分從動齒輪帶動的發(fā)電機在波峰到來時發(fā)電，部分從動齒輪帶動的發(fā)電機在波谷到來時發(fā)電。

優(yōu)選為：沿每個限位桿長度方向設置有多套發(fā)電組件。采用多套發(fā)電組件可以提高整套發(fā)電裝置的發(fā)電容量。

優(yōu)選為：所述傳動銷包括固定安裝在中空軸套內(nèi)壁的圓柱狀的限位凸起，在限位凸起外套裝有外圈，外圈位于螺旋槽內(nèi)，與螺旋槽接觸，限位凸起和外圈上設置有相配合的滾珠安裝槽，安裝槽內(nèi)設置有滾珠，限位凸起與外圈形成類似滾動軸承的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選為：進一步包括固定在海底的固定樁，浮子上設置有固定樁安裝孔，固定樁插裝入所述安裝孔內(nèi)。固定樁可以對浮子的上下運動起到限位作用。

優(yōu)選為：進一步包括主動齒輪限位裝置，包括間隔設置的上限位件和下限位件，二者均連接至固定樁，主動齒輪位于上限位件和下限位件形成的間隙內(nèi)，且不能越過上限位件和下限位件。

優(yōu)選為：進一步包括發(fā)電機固定桿，所述固定桿兩端分別與發(fā)電機和固定樁相接。

優(yōu)選為：進一步包括保護箱，發(fā)電組件均位于保護箱內(nèi)；保護箱固定在固定樁上，保護箱上設置有可使限位桿通過的限位桿孔。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種新型的機械式振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置，該裝置通過設計了螺旋槽的結(jié)構(gòu)，將主動齒輪沿螺旋槽的轉(zhuǎn)動經(jīng)從動齒輪轉(zhuǎn)化為發(fā)電機的電能，與傳統(tǒng)的波浪能發(fā)電裝置相比，結(jié)構(gòu)精簡、靈活可靠，可以獲得穩(wěn)定的發(fā)電效果。

(2)由于本系統(tǒng)是通過帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)動而發(fā)電的，考慮到發(fā)電機只能在一個轉(zhuǎn)動方向發(fā)電，為了避免在波峰和波谷到來時從動齒輪均轉(zhuǎn)動，影響發(fā)電機工作，因此采用單向軸承與發(fā)電機相接。而且可以為一個主動齒輪配置多個從動齒輪，利用單向軸承一個方向可轉(zhuǎn)動、另一個方向卡死的特點，部分從動齒輪的發(fā)電機工作在波峰到來時，部分從動齒輪的發(fā)電機工作在波谷到來時，從而可實現(xiàn)整個發(fā)電裝置在波峰和波谷到來時均發(fā)電，提高發(fā)電效率。

(3)傳動銷采用中空軸套與限位凸起配合的結(jié)構(gòu)，使傳動銷在螺旋槽內(nèi)上下運動的同時可以轉(zhuǎn)動，減少傳動銷與螺旋槽之間的直接摩擦，使其運動更順暢。

(4)除以上外，本發(fā)明還設計了一些輔助結(jié)構(gòu)，其中，采用固定樁與浮子配合的工作結(jié)構(gòu)，使固定樁可以對浮子的上下運動起到限位作用；采用保護箱的結(jié)構(gòu)來保護發(fā)電組件，使系統(tǒng)主要工作部件免受海面環(huán)境的影響。

(5)本發(fā)明發(fā)電組件安裝方便且具有可擴展性，若擴大發(fā)電容量，只需要在限位桿的上端沿螺旋槽裝入主動齒輪，并配置與其配合的從動齒輪即可。

附圖說明

圖1為振蕩浮子發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為限位桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為主動齒輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為主動齒輪與限位桿安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為發(fā)電組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為另一種實施結(jié)構(gòu)的發(fā)電機組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為另一種實施結(jié)構(gòu)的發(fā)電機組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為上限位環(huán)、下限位環(huán)與主齒輪及固定樁配合安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為發(fā)電機、上限位環(huán)、下限位環(huán)與主齒輪及固定樁配合安裝結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為傳動銷結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-浮子，101-固定樁安裝孔，2-限位桿，201-螺旋槽，3-主動齒輪，301-中空軸套，302-齒輪，4-從動齒輪，5-發(fā)電機，6-傳動銷，601-限位凸起，602-外圈，603-滾珠，7-單向軸承，8-固定樁，9-上限位環(huán)，10-下限位環(huán)，11-限位環(huán)固定桿，12-發(fā)電機固定桿，13-保護箱，1301-限位桿孔

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行清楚完整地描述。顯然，具體實施方式所描述的實施例僅為本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于說明書附圖所示的位置關(guān)系，以海平面為基準參考面，在海平面以上的方向，以靠近浮子的方向為“下方”，以遠離浮子的方向為“上方”，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單的利用海上波浪能發(fā)電的機械式振蕩浮子發(fā)電裝置。

參考圖1，振蕩浮子發(fā)電裝置，包括漂浮在海面的浮子1和發(fā)電組件，進一步包括豎直固定安裝在浮子1上端面的至少一個限位桿2，參考圖2，沿限位桿2長度方向，環(huán)繞限位桿2外壁設置有螺旋槽201。此處所述的螺旋槽201，也可以稱為螺旋軌道，是指設置在限位桿2的外壁開槽，從限位桿2靠近浮子1的一端向海面上方延伸的一端，這種開槽是呈螺旋線的形狀設置在限位桿2的外壁的。需要說明的是，此處的螺旋槽201可以設置在整個限位桿2的外壁，為了簡化設計，也可以結(jié)合波浪起伏的高度差，選擇在發(fā)電組件上下運動的范圍內(nèi)設置一段螺旋槽201。

參考圖3、圖4和圖5，發(fā)電組件包括與限位桿2配合安裝的主動齒輪3、與主動齒輪3嚙合的至少一個從動齒輪4及與每個從動齒輪4輪轂連接的發(fā)電機5，還包括發(fā)電機固定裝置，用以固定發(fā)電機5的位置，其固定效果為，保證整個工作過程中，發(fā)電機5不隨波浪上下運動的；主動齒輪3包括中空軸套301，環(huán)繞中空軸套301外壁設置有齒輪302，參考圖3，中空軸套301內(nèi)壁設置有傳動銷6；限位桿2插入中空軸套301中，傳動銷6插裝在螺旋槽內(nèi)且可沿螺旋槽201運動。

浮子1隨海浪上下波動，限位桿2隨其上下運動。螺旋槽201與傳動銷6直接接觸，使限位桿2運動過程中螺旋槽201對傳動銷6施加力的作用，進而使中空軸套301沿著螺旋槽201的軌跡轉(zhuǎn)動，也就是主動輪3的轉(zhuǎn)動。主動輪3的轉(zhuǎn)動將通過從動齒輪4傳遞到發(fā)電機5，進而完成從波浪能向電能的能量轉(zhuǎn)化過程。

為了實現(xiàn)更大的發(fā)電容量，有以下幾種方式(1)可以在一個浮子1端面上固定安裝多個限位桿2，每個限位桿2上均配置有相應的發(fā)電組件，例如，圖1所示的為一個浮子1配置4個限位桿2；(2)可以在每個限位桿2上安裝多套發(fā)電組件，例如，圖7所示，一個限位桿2上設置兩套發(fā)電組件。

更進一步的，由于本系統(tǒng)是通過帶動發(fā)電機5的轉(zhuǎn)動而發(fā)電的，考慮到發(fā)電機5只能在一個轉(zhuǎn)動方向發(fā)電，為了避免在波峰和波谷到來時從動齒輪4均轉(zhuǎn)動，因此設計了單向軸承與發(fā)電機5相接的結(jié)構(gòu)。參考圖5，具體為：每個從動齒輪4輪轂經(jīng)單向軸承7與發(fā)電機8相接。由于單向軸承7具有單向轉(zhuǎn)動性，在一個方向上可以轉(zhuǎn)動，而在另一個方向上是卡死的，因此，只需要控制單向軸承7卡死的方向發(fā)電機5工作即可，其原理為：單向軸承7卡死，可以將轉(zhuǎn)動傳遞給發(fā)電機5，發(fā)電機5工作；反之，單向軸承7轉(zhuǎn)動，只會空轉(zhuǎn)，不會帶動發(fā)電機5。例如，采用圖5所示的發(fā)電系統(tǒng)，在波峰到來時，單向軸承7處于卡死狀態(tài)，此時，從動齒輪4輸出輪轂轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機5發(fā)電。

以上，單向軸承7的單向轉(zhuǎn)動性可以解決發(fā)電機工作的問題，但若一個限位桿2上設置多組發(fā)電組件，每個單向軸承7的工作方向相同，則將造成所有的發(fā)電組件均只能在波峰到來或波谷到來時發(fā)電，這影響整套系統(tǒng)的工作效率。僅此，進一步的，每套發(fā)電組件中，與每個主動齒輪3嚙合的從動齒輪4有多個，其中部分從動齒輪4輪轂相接的單向軸承7在浮子1上升階段可自由轉(zhuǎn)動，浮子1下降階段卡死，部分從動齒輪4輪轂相接的單向軸承7在浮子1下降階段可自由轉(zhuǎn)動，浮子1上升階段卡死。例如，以一個浮子1上設置四個限位桿2，相應的配置有四組發(fā)電組件為例，其中，有2個從動齒輪4輪轂接出的單向軸承7在浮子1上升階段轉(zhuǎn)動，在浮子1下降階段卡死；另外兩個從動齒輪4輪轂接出的單向軸承7在浮子1上升階段卡死，在浮子1下降階段轉(zhuǎn)動。這種結(jié)構(gòu)使部分從動齒輪4帶動的發(fā)電機5在波峰到來時發(fā)電，部分從動齒輪4帶動的發(fā)電機5在波谷到來時發(fā)電。進而可以提高整套發(fā)電裝置的工作效率。

參考圖6，以一個主動齒輪3帶動兩個從動齒輪4工作為例，圖6中左側(cè)的從動齒輪4連接的單向軸承7在浮子1下降時卡死，右側(cè)的從動齒輪4連接的單向軸承7在浮子1上升時卡死。具體工作原理為：當波谷來臨時，浮子1下降，帶動限位桿2同步下降，傳動銷6沿著螺旋槽201轉(zhuǎn)動，主動齒輪3轉(zhuǎn)動，帶動位于主動齒輪3左側(cè)的內(nèi)圈帶有單向軸承7的從動齒輪4一起轉(zhuǎn)動，在此轉(zhuǎn)動方向，單向軸承7卡死，從而使連接發(fā)電機5的連接桿旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機5轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，進而將動能轉(zhuǎn)化為電能，此時，位于主動齒輪3右側(cè)的從動齒輪4處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)；當波峰來臨，浮子1上升，帶動限位桿2同步上升，傳動銷6沿螺旋槽201轉(zhuǎn)動，此時位于主動齒輪3左側(cè)的從動齒輪4的單向軸承7在此方向可自由轉(zhuǎn)動，從而使連接發(fā)電機5的連接桿不旋轉(zhuǎn)，即波峰來臨時只有單向軸承在空轉(zhuǎn)，連接桿不轉(zhuǎn)，不發(fā)電；而位于主動齒輪3右側(cè)的從動齒輪4的單向軸承7卡死，此時其與發(fā)電機5相連的連接桿轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機5發(fā)電。

進一步提供一種傳動銷6的安裝結(jié)構(gòu)。具體參考圖10，傳動銷6包括固定安裝在中空軸套301內(nèi)壁的圓柱狀的限位凸起601，在限位凸起601外套裝有外圈602，外圈602位于螺旋槽201內(nèi)，限位凸起601和外圈602上設置有相配合的滾珠安裝槽，安裝槽內(nèi)設置有滾珠603，限位凸起601與外圈602形成類似軸承的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，當整個傳動銷6裝置在螺旋槽201內(nèi)運動時，外圈602也會自轉(zhuǎn)，從而減小其與螺旋槽201之間的直接摩擦，使運動更順暢，間接也可使主動齒輪3運動更順暢。

由于海浪的運動是無規(guī)則的，會造成浮子1隨海浪移動，進一步設計了固定在海底的固定樁8結(jié)構(gòu)，固定樁8可以采用圓樁或方樁，相應的，浮子上設置有固定樁8配合安裝孔101，固定樁8插裝入所述安裝孔101內(nèi)。固定樁7可以對浮子1的上下運動起到限位作用。

參考圖8，進一步包括主動齒輪限位裝置，包括間隔設置的上限位件和下限位件，本實施例中，主動齒輪限位裝置為上限位環(huán)9和下限位環(huán)10，上限位環(huán)9和下限位環(huán)10間隔套裝在限位桿2上，且主動齒輪3位于二者之間，且主動齒輪3不能越過二者。上限位環(huán)9和下限位環(huán)10均通過限位環(huán)固定桿11接至固定樁8，由于固定樁8是錨定在海底的，從而上限位環(huán)9和下限位環(huán)10的位置也是固定的，這種結(jié)構(gòu)限制了主動齒輪3的上下運動。

參考圖9，對于設置有固定樁8的發(fā)電裝置，發(fā)電機5固定裝置采用發(fā)電機固定桿12，發(fā)電機固定桿12的兩端分別與發(fā)電機5和固定樁7連接。由于固定樁7是錨定在海底的，發(fā)電機5的這種安裝結(jié)構(gòu)可以保證其不隨海浪上下移動，即豎向位置是固定的。

為避免發(fā)電組件受海浪的侵蝕損壞，或發(fā)生漏電等情況，參考圖6，進一步包括保護箱13，發(fā)電組件均位于保護箱13內(nèi)，保護箱13上設置有限位桿孔1301，限位桿2從限位桿孔1301內(nèi)穿出。保護箱13可以使發(fā)電組件免受海面環(huán)境的影響，穩(wěn)定工作。所述保護箱13固定設置在固定樁安裝孔上。

相應的，可以將發(fā)電機固定裝置設置在保護箱13內(nèi)，例如，可以采用類似發(fā)電機固定桿12的鋼管結(jié)構(gòu)，將鋼管的兩端分別焊接在發(fā)電機5和保護箱13上，以實現(xiàn)發(fā)電機5的固定。同樣可以實現(xiàn)使發(fā)電機不隨海浪上下波動的效果。

此外，考慮到海上潮濕的環(huán)境，為解決整體系統(tǒng)的防腐問題，在各部件外均涂防腐漆。

該裝置依靠波浪能運行，不消耗電力、燃料等能源，不產(chǎn)生污染物，只需海上波浪能持續(xù)不斷，浮子1運動不斷，就可以實現(xiàn)不間斷的發(fā)電，是一種生態(tài)環(huán)保的發(fā)電裝置。