專利名稱：擺板式波浪發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將波浪能轉換為電能的轉換裝置，屬于工程機械設計領域。
背景技術：
能源是人類社會發(fā)展的重要基礎資源，而不可再生能源的蘊藏量也是有限的。波浪能是海洋中分布最廣的可再生能源，利用波浪能發(fā)電的有關研究得到了廣泛的重視。在現(xiàn)有的海浪發(fā)電裝置中，以擺式發(fā)電裝置的結構最為簡單。但現(xiàn)有的擺式發(fā)電裝置是利用波浪的上下起伏驅動浮體上下運動從而獲得結構往復運動的機械能，再利用液壓裝置將結構的往復運動機械能轉換為液壓能，然后通過液壓泵將液壓能轉換為結構旋轉運動的旋轉機械能，最后由發(fā)電機將旋轉機械能轉換為電能。由此可見，現(xiàn)有擺式發(fā)電裝置能量轉換過程是機械能一液壓能一機械能一電能，其轉換過程多，損耗大，轉換效率低。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種擺板式波浪發(fā)電裝置，將波能通過機械能直接轉化為電能，不用液壓能作為中間轉換環(huán)節(jié)，提高波能轉換效率。本發(fā)明為解決其技術問題所采取的總體思路是利用擺板在海浪作用下呈周期性擺動，通過機械傳動機構將周期性擺動轉換為變速箱軸的連續(xù)旋轉運動，變速箱軸的連續(xù)旋轉運動又驅動發(fā)電機發(fā)電。本發(fā)明所提出的發(fā)電裝置包括擺板、工作平臺、支撐立柱、旋轉軸、單向離合器、換向裝置、變速箱、控制器、速度傳感器、勵磁發(fā)電機、永磁電機、控制器和調向板。支撐立柱的下端固定于海底，旋轉軸插入支撐立柱中，旋轉軸與支撐立柱之間安裝滾珠軸承，旋轉軸可在支撐立柱中自由旋轉。旋轉軸上端與工作平臺固定連接，工作平臺在海面以上的一定高度上。調向板為一垂直安裝的平板，其上面的一個邊與工作平臺固定連接。換向機構、變速箱和發(fā)電機安裝在工作平臺上。換向機構由換向軸和換向軸傘齒輪組組成。換向軸通過軸承座被固定安裝在工作平臺上，換向軸可以自由旋轉。換向軸上再安裝兩塊擺板和兩個單向離合器，每個單向離合器上都安裝一個傘齒輪。這樣，兩個單向離合器的兩個傘齒輪與變速箱上的一個傘齒輪組成傘齒輪組，負責把換向軸的往復擺動轉換成變速箱上的傘齒輪的單方向的旋轉運動。變速箱與勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機同軸線安裝，該軸線與換向軸的軸線垂直。變速箱的輸入端的傘齒輪與換向軸上的兩個傘齒輪嚙合，輸出端與勵磁發(fā)電機連接，勵磁發(fā)電機的另一端與永磁發(fā)電機連接，在勵磁發(fā)電機與永磁發(fā)電機之間安裝速度傳感器，測量永磁發(fā)電機的轉速。永磁發(fā)電機發(fā)出的電給控制器供電，來自速度傳感器的速度信號送入控制器，控制器分析來自速度傳感器的信號，根據(jù)分析并結果調整供給勵磁發(fā)電機的勵磁電壓，控制器安裝在工作平臺上。下面分別描述單向離合器、換向裝置和發(fā)電裝置的結構。(1)單向離合器的結構單向離合器由外圈、內圈和8個滾柱組成，8個滾柱均勻安裝在外圈和內圈之間。 內圈上放置滾柱處的兩小平面的傾角不對稱，其作用是使?jié)L柱只能向一個方向轉動。這樣，當外圈順時針旋轉時，滾柱在外圈和內圈滾動，內圈不跟隨外圈旋轉。當外圈逆時針旋轉時，滾柱把外圈和內圈鎖死，內圈隨外圈旋轉，這樣就達到了單向離合的作用。(2)換向裝置的結構換向裝置由擺軸、單向離合器、齒輪、滾珠軸承、滾珠軸承座組成。滾珠軸承安裝在滾珠軸承座中，滾珠軸承座安裝在平臺上。擺軸安裝在滾珠軸承中。在兩個滾珠軸承之間軸上安裝左單向離合器和右單向離合器，每個單向離合器上都安裝一個傘齒輪。左單向離合器上的傘齒輪和右單向離合器上的傘齒輪都與變速箱上的傘齒輪嚙合，組成傘齒輪組。 當擺軸在擺板的驅動下順時針(從軸的右端看)轉動時，帶動兩個單向離合器內圈轉動，右單向離合器的內圈通過滾柱驅動外圈轉動，右單向離合器的外圈驅動右傘齒輪轉動，右傘齒輪驅動變速箱上的傘齒輪順時針旋轉，變速箱上的傘齒輪驅動變速箱的輸入軸順時針旋轉，此時單左向離合器內圈空轉不傳遞扭矩。當擺軸在擺板的驅動下逆時針(從軸的右端看)轉動時，帶動兩單向離合器的內圈逆時針轉動，左單向離合器的內圈通過滾柱驅動外圈轉動，左單向離合器的外圈轉動驅動左傘齒輪轉動，左傘齒輪驅動變速箱上的傘齒輪順時針旋轉，變速箱上的傘齒輪驅動變速箱的輸入軸順時針旋轉，此時右單向離合器內圈空轉不傳遞扭矩。這樣一來，不論擺板向哪個方向擺動，變速箱上的傘齒輪都順時針旋轉，換向裝置達到了換向的目的。(3)發(fā)電裝置的結構發(fā)電裝置的支撐立柱固定安裝在海底，工作平臺上的垂直軸插入支撐立柱中，工作平臺可繞支撐立柱做360 °旋轉。擺板與上述換向裝置的擺軸固定連接，換向裝置通過滾珠軸承座安裝在平臺上。變速箱安裝在工作平臺上，變速箱通過變速箱上的傘齒輪與換向裝置連接。在波浪作用下擺板繞擺軸軸線順時針轉動時，擺軸上的右傘齒輪推動變速箱上的傘齒輪順時針旋轉，左傘齒輪空轉。當擺板繞擺軸軸線逆時針轉動時，擺軸上的右傘齒輪空轉，左傘齒輪推動變速箱上的傘齒輪順時針旋轉。這樣，就把擺板的往復繞軸運動轉換成了傘齒輪的順時針旋轉。變速箱上的傘齒輪的旋轉運動經變速箱變速后驅動發(fā)電機組旋轉發(fā)電。發(fā)電機組安裝在工作平臺上，發(fā)電機組的輸入端與變速箱的輸出端連接。發(fā)電機組由勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機組成，勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機同軸安裝。勵磁發(fā)電機的勵磁由控制器提供，控制器安裝在工作平臺上。永磁發(fā)電機功率較小，工作扭矩小，易啟動。永磁發(fā)電機一方面給設備的控制系統(tǒng)供電，另一方面給勵磁發(fā)電機提供勵磁電壓。調向板垂直于擺軸的位置安裝，調向板的上端與工作平臺固定連接。調向板的功能與船的舵類似，使擺軸與海浪的浪向垂直。由于波浪大小是隨時間變化的，故要通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁電壓調節(jié)發(fā)電機的阻力扭矩，使發(fā)電機轉子的阻力扭矩與擺板擺動的扭矩相匹配。其原理就是通過轉速傳感器測量發(fā)電機的轉速，轉速變快說明浪高增加，要增加勵磁電壓，轉速變慢說明浪高減小，要降低勵磁電壓。轉速測量和勵磁電壓調節(jié)由自動控制系統(tǒng)完成。本發(fā)明的有益效果是(1)利用波浪水流周期的水平方向的往復運動驅動擺板擺動，擺板擺動的機械能直接通過換向調速裝置驅動發(fā)電機轉子旋轉發(fā)電，省去了通過液壓系統(tǒng)進行能量轉換的中間環(huán)節(jié)，達到了提高能量轉換效率的目的。(2)采用永磁發(fā)電機和勵磁發(fā)電機組成組合發(fā)電裝置，永磁發(fā)電機給勵磁發(fā)電機提供勵磁電流，使發(fā)電裝置具有自供電源，不需外接電源。通過調節(jié)勵磁發(fā)電機的勵磁電壓調節(jié)發(fā)電功率，使發(fā)電機的發(fā)電能力實時與不同波高的波能相匹配，進一步提高了波能轉換效率。(3)通過浪向調向板使擺板自動調整到迎浪方向，使發(fā)電機能最大限度的利用不同浪向的波浪能進行發(fā)電。


圖1是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置結構正面示意圖。圖2是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置結構側面示意圖。圖3是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置結構俯視圖。圖4是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置中的換向裝置結構示意圖。圖5是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置中的單向離合器結構示意圖。圖6是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置的工作流程圖。圖7是依據(jù)本發(fā)明所提出的擺式波浪發(fā)電裝置的智能調速機構調速程序框圖。圖中，1-左擺板，1'-右擺板，2-速度傳感器，3-旋轉軸，4-支撐立柱，5-調向板， 6-工作平臺，7-擺軸，8-勵磁發(fā)電機，9-變速箱傘齒輪，10-左傘齒輪，11-右傘齒輪，12-端面軸承，13-上滾珠軸承、13'-下滾珠軸承，14-永磁發(fā)電機，15-變速箱，16-調向板下端定位滑軌，17-左單向離合器、17'-右單向離合器，18-軸承座，19-左滾珠軸承、19'-右滾珠軸承、20-滾柱，21-外圈，22-內圈，23-控制器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細的說明。本發(fā)明所提出的發(fā)電裝置包括左擺板1、右擺板1'、速度傳感器2、旋轉軸3、支撐立柱4、調向板5、工作平臺6、擺軸7、勵磁發(fā)電機8、變速箱傘齒輪9、左傘齒輪10、右傘齒輪11、端面軸承12、上滾珠軸承13、下滾珠軸承13'、永磁發(fā)電機14、變速箱15、調向板下端定位滑軌16、左單向離合器17、右單向離合器17'、軸承座18、左滾珠軸承19、右滾珠軸承19'、滾柱20，外圈21，內圈22和控制器23。支撐立柱4的下端固定于海底，旋轉軸3插入支撐立柱4中，旋轉軸3與支撐立柱 4之間安裝上滾珠軸承13，旋轉軸3可在支撐立柱4中自由旋轉。旋轉軸3上端與工作平臺6固定連接，工作平臺6在海面以上的一定高度上。調向板5為一垂直安裝的平板，其上端的一個邊與工作平臺6固定連接，靠近支撐立柱4的一側的偏下的位置處有一個滑塊能使調向板5沿支撐立柱上的調向板下端定位滑軌16旋轉。換向機構、變速箱和發(fā)電機安裝在工作平臺6上。換向機構由擺軸7、左單向離合器17、右單向離合器17'、左傘齒輪10、 右傘齒輪11和變速箱傘齒輪9組成。擺軸7通過軸承座18被固定安裝在工作平臺6上， 擺軸7可以自由旋轉。左擺板1和右擺板1'分別安裝在靠擺軸兩端的位置，在兩擺板之間的擺軸7上再安裝將擺軸固定在工作平臺上的兩個軸承和軸承座。在兩個軸承座之間的擺軸7上安裝左單向離合器17和右單向離合器17'，每個單向離合器上都安裝一個傘齒輪。 左單向離合器17上的傘齒輪和右單向離合器17'上的傘齒輪都與變速箱上的傘齒輪9嚙合。此時把已安裝好傘齒輪的變速箱15安裝到工作平臺上。將變速箱15輸出端與勵磁發(fā)電機8軸的一端同軸線連接，并將勵磁發(fā)電機8固定安裝在工作平臺6上。將勵磁發(fā)電機 8軸的另一端與永磁發(fā)電機14的軸同軸線連接，且把永磁發(fā)電機安裝在工作平臺6上。最后在勵磁發(fā)電機8與永磁發(fā)電機14之間安裝速度傳感器2，測量永磁發(fā)電機的轉速。裝置中的擺板1在波浪作用下和擺軸7 —起繞擺軸中心做往復周期擺動。由圖1可見，當擺軸7在擺板的驅動下順時針(從軸的右端看)轉動時，帶動兩個單向離合器的內圈轉動。右單向離合器17'的內圈通過驅動離合器內的滾柱驅動外圈轉動，右單向離合器的外圈驅動右傘齒輪11順時針旋轉，右傘齒輪11驅動變速箱傘齒輪9順時針旋轉，此時左單向離合器17的內圈空轉不傳遞扭矩。當擺軸7在擺板的驅動下逆時針(從軸的右端看) 轉動時，擺軸7帶動兩個單向離合器的內圈轉動，左單向離合器17的內圈通過驅動離合器內的滾柱驅動外圈轉動，左單向離合器17的外圈驅動左傘齒輪10逆時針旋轉，左傘齒輪10 也驅動變速箱傘齒輪9順時針旋轉，此時右單向離合器17'的內圈空轉不傳遞扭矩。這樣一來，不論擺板向哪個方向擺動，變速箱傘齒輪9都順時針旋轉，把擺板的往復繞軸運動轉換成了變速箱傘齒輪9的順時針旋轉運動，換向裝置達到了換向的目的，滿足了發(fā)電機轉子要求單向旋轉發(fā)電的要求。變速箱傘齒輪9的順時針旋轉帶動了勵磁發(fā)電機8和永磁發(fā)電機14的轉子同時旋轉，永磁發(fā)電機立即輸出電壓和電流，使發(fā)電機的控制系統(tǒng)23得電。速度傳感器2即可獲取發(fā)電機轉子的轉速信號，并送入控制系統(tǒng)23，控制系統(tǒng)23分析轉速信號后調整供給勵磁發(fā)電機8的勵磁電壓，調整勵磁發(fā)電機8的阻力扭矩，達到調整發(fā)電機轉速的目的。當波浪的波高較大時，擺板的擺速快、扭矩大，發(fā)電機轉子的轉速快，速度傳感器獲取轉速快的信號，由控制系統(tǒng)經程序分析后調高發(fā)電機的勵磁電壓，增加發(fā)電機的阻力扭矩，使擺板的擺速降低。當波浪的波高較小時，擺板的擺速慢、扭矩小，發(fā)電機轉子的轉速慢，速度傳感器獲取轉速慢的信號，由控制系統(tǒng)經程序分析后調低發(fā)電機的勵磁電壓，減小發(fā)電機的阻力扭矩，使擺板的擺速增加。這樣就使擺板的擺幅與波浪的大小相匹配，達到最佳發(fā)電狀態(tài)。當波浪的浪向變化時，調向板兩側受到的波浪力不對稱，這種不對稱波浪力的驅動調向板繞垂直立柱旋轉，轉到使調向板兩側受到的波浪力對稱的位置上。這樣一來，就把擺板控制在一直處于迎浪的位置上，使發(fā)電效果最佳。本發(fā)明采用單柱支撐，擺板可繞單柱作360度旋轉，使裝置能利用來自不同方向的海浪能。采用了機械換向機構，海浪能的利用率得到極大提高。采用勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機組成的發(fā)電機組發(fā)電，適于高效率地把不同浪高的波浪能轉換為電能。
權利要求
1. 一種擺式波能發(fā)電裝置，包括擺板、工作平臺、支撐立柱、換向機構、變速箱、速度控制系統(tǒng)、速度傳感器、勵磁發(fā)電機、永磁電機、調向板和控制器，通過機械傳動機構將周期性擺動轉換為變速箱軸的連續(xù)旋轉運動，變速箱軸的連續(xù)旋轉運動又驅動發(fā)電機發(fā)電，其特征是支撐立柱的下端固定于海底，旋轉軸插入支撐立柱中，旋轉軸與支撐立柱之間安裝滾珠軸承，旋轉軸可在支撐立柱中自由旋轉，旋轉軸上端與工作平臺固定連接；調向板為一垂直安裝的平板，其上面的一個邊與工作平臺固定連接；換向機構、變速箱和發(fā)電機安裝在工作平臺上，換向機構由換向軸和換向軸傘齒輪組組成，換向軸通過軸承座被固定安裝在工作平臺上，換向軸可以自由旋轉，換向軸上再安裝兩塊擺板和兩個單向離合器，每個單向離合器上都安裝一個傘齒輪，這樣，兩個單向離合器上的兩個傘齒輪與變速箱上的一個傘齒輪組成傘齒輪組，負責把換向軸的往復擺動轉換成變速箱上的傘齒輪的單方向的旋轉運動；變速箱與勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機同軸線安裝，該軸線與換向軸的軸線垂直，變速箱的輸入端的傘齒輪與換向軸上的兩個傘齒輪嚙合，輸出端與勵磁發(fā)電機連接，勵磁發(fā)電機的另一端與永磁發(fā)電機連接；在勵磁發(fā)電機與永磁發(fā)電機之間安裝速度傳感器，測量永磁發(fā)電機的轉速，速度傳感器獲取的發(fā)電機轉子的轉速信號送入控制器，控制器安裝在工作平臺上；永磁發(fā)電機給控制器供電，控制器分析來自速度傳感器的數(shù)據(jù)并調整供給勵磁發(fā)電機的勵磁電壓，從而調整勵磁發(fā)電機的阻力扭矩，達到調整發(fā)電機轉速的目的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種擺式波浪發(fā)電裝置，包括擺板、支撐立柱、齒輪換向裝置、變速箱以及智能調節(jié)系統(tǒng)的自動調速機構、勵磁發(fā)電機、永磁發(fā)電機和調向板。擺板可繞垂向單柱支撐作360度旋轉，使裝置能利用來自不同方向的海浪能。擺板又在波浪作用下繞擺軸擺動，通過機械換向機構把擺動轉換為發(fā)電機的單向旋轉運動，使海浪能的利用率得到極大提高。采用勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機組成的發(fā)電機組發(fā)電，永磁發(fā)電機給控制系統(tǒng)和發(fā)電機供電，使發(fā)電機不依賴外接電源就可發(fā)電。通過調節(jié)勵磁電壓調節(jié)發(fā)電機的發(fā)電功率，適于高效率地把不同浪高的波浪能轉換為電能。
文檔編號F03B13/22GK102536614SQ201210002008
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者張萍, 王賓, 郝曉東, 郭鵬增, 陳建民, 陳晶 申請人:中國石油大學(華東)