專利名稱：封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波浪能發(fā)電裝置，屬于水下海洋能研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對能源的需求也日益增加。為此，人們不斷探索和開發(fā)安全、清潔、且可再生的新能源。地球上海洋面積占72%，全世界理論上可再生的海洋能總量為766億千瓦，技術(shù)允許利用功率為64億千瓦，約為目前全世界發(fā)電機(jī)容量的2倍。其中， 海洋波浪里的能量密度最高，約為20億千瓦，比風(fēng)里的能量高出約1000倍。另外，由于波浪是由風(fēng)在長時間內(nèi)產(chǎn)生，并在風(fēng)平息后仍持續(xù)起伏變化，因此波浪發(fā)電在成本收益上有巨大的潛力。根據(jù)海洋觀測資料統(tǒng)計，我國沿海海域年平均波高在2米左右，波浪周期平均 6s左右，可開發(fā)利用的約5億千瓦，開發(fā)潛力很大。盡管海洋波浪能發(fā)展?jié)摿薮?，然而人類對海洋能源的利用微乎其徽，并沒有得到合理利用，其原因是波浪能難以掌控?，F(xiàn)有的波浪能轉(zhuǎn)換成電能通常需要經(jīng)過三級轉(zhuǎn)換 第一級為受波體，用以吸收波浪能；第二級為中間轉(zhuǎn)換裝置，它把吸收的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特定形式的機(jī)械能；第三級為發(fā)電裝置，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能。目前已經(jīng)有多種波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計，從吸收波浪能的結(jié)構(gòu)形式來劃分，有振蕩水柱式、浮子式、擺式、點(diǎn)頭鴨式、筏式、蛘式等。但是各種結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置都存在體積大、 抗沖擊能力差、功率密度低等缺陷。波浪能系統(tǒng)最基本的要求是能發(fā)出電能，通過分析波浪能的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)實(shí)際中波浪并非理論上講的水分子上下運(yùn)動而宏觀上簡單的余弦運(yùn)動，而實(shí)際上是水分子作橢圓形軌跡的運(yùn)動，所以很多基于單純上下運(yùn)動的波浪能發(fā)電裝置并不能發(fā)揮出理論上的發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)能量轉(zhuǎn)換裝置中存在的體積大、抗沖擊能力差、功率密度低及發(fā)電效率低等缺陷，而提供一種體積小、抗沖擊能力強(qiáng)、功率密度高、發(fā)電效率高的封閉單螺旋波浪能發(fā)電裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置， 包括封閉箱體，其特征在于所述箱體內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)盤、在轉(zhuǎn)盤上設(shè)有帶有弧度的封閉水銀管， 所述轉(zhuǎn)盤安裝在第一轉(zhuǎn)軸上，第一轉(zhuǎn)軸通過齒輪傳動組件與定子繞組連接，所述定子繞組與永磁轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)。所述轉(zhuǎn)盤上均布有圓孔。所述封閉水銀管的弧度一致。所述齒輪傳動組件包括與轉(zhuǎn)盤同軸的第一大齒輪、與第一大齒輪相嚙合的第一小齒輪、與第一小齒輪同軸的第二大齒輪、與第二大齒輪相嚙合的第二小齒輪及固定第二小齒輪的第二轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸在同一直線上，第二轉(zhuǎn)軸與定子繞組連接。
所述第一小齒輪與第二大齒輪各為三個，均布在360度的圓周上。所述封閉水銀管內(nèi)的水銀充滿整個長度的1/3—1/7。本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明的發(fā)電裝置在波浪中受到不穩(wěn)定的沖擊力產(chǎn)生擺動， 導(dǎo)致水銀管內(nèi)的水銀由于重力在封閉水銀管流動，由于封閉水銀管存在弧度的以及動量守恒作用，會使得轉(zhuǎn)盤發(fā)生轉(zhuǎn)動，采用定子繞組和永磁轉(zhuǎn)盤進(jìn)行相對運(yùn)動，通過切割磁力線產(chǎn)生電能。磁力線切割方式轉(zhuǎn)動半徑大，在較低轉(zhuǎn)速下，與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比，可以產(chǎn)生相同的發(fā)電效果，即發(fā)電效率高。而且本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置具有體積小、抗沖擊能力強(qiáng)、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)。另外，由于封度水銀管的一致性弧度，使得轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量方向保持一致，進(jìn)而可以保證發(fā)出直流電，減少后續(xù)電能處理的工作。本發(fā)明發(fā)電裝置全封閉設(shè)計方式能有效解決傳統(tǒng)波浪能發(fā)電裝置開放式結(jié)構(gòu)所引起的腐蝕、水生植物纏繞、貝殼類生物附著等難題。本發(fā)明轉(zhuǎn)盤的速度達(dá)不到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的要求時，可以通過設(shè)計兩極齒輪加速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加速，兩極加速系統(tǒng)采用兩軸，但兩軸在同一直線上，此設(shè)計可以節(jié)約空間。傳動過程中通過三個在360度上均勻分布的齒輪傳動進(jìn)行，此設(shè)計可以保證傳動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動慣量上均勻分布。利用本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置對海床基等離岸海洋觀測設(shè)備和平臺供電，是最直接可行的方案，可再生波浪能作為海洋觀測設(shè)備的能源，延長觀測設(shè)備的免維護(hù)使用周期， 極大提高效率和使用壽命，滿足了離岸海床基等設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定供電需求，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1 為本發(fā)明波浪能發(fā)電裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 為本發(fā)明發(fā)電裝置去除箱體頂蓋后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為本發(fā)明去除箱體后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 為本發(fā)明發(fā)電裝置側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5 為本發(fā)明轉(zhuǎn)盤及弧度封閉水銀管結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖中的標(biāo)號說明如下
1-箱體，2-轉(zhuǎn)盤，3-封閉水銀管，4-第一小齒輪，5-第一大齒輪，6-6-第一轉(zhuǎn)軸，7-第二轉(zhuǎn)軸，8-軸架，9-第二大齒輪，10-第二小齒輪，11-定子繞組，12-圓孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行具體分析和說明，本發(fā)明封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，包括封閉箱體1，箱體的頂端為頂蓋。所述箱體1內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)盤2、在轉(zhuǎn)盤2上設(shè)有帶有弧度的封閉水銀管3。所述轉(zhuǎn)盤2安裝在第一轉(zhuǎn)軸6上，其中第一轉(zhuǎn)軸6置于軸架8上， 第一轉(zhuǎn)軸6通過齒輪傳動組件與定子繞組11連接，所述定子繞組11與永磁轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)。上述轉(zhuǎn)盤2上均布有圓孔12，以調(diào)整轉(zhuǎn)盤2本身的重量。上述封閉水銀管3的弧度一致。上述齒輪傳動組件包括與轉(zhuǎn)盤2同軸的第一大齒輪5、與第一大齒輪5相嚙合的第
4一小齒輪4、與第一小齒輪4同軸的第二大齒輪9、與第二大齒輪9相嚙合的第二小齒輪10 及固定第二小齒輪10的第二轉(zhuǎn)軸7。所述第一轉(zhuǎn)軸6與第二轉(zhuǎn)軸7在同一直線上，定子繞組11安裝在第二轉(zhuǎn)軸7上，所述第一轉(zhuǎn)軸6和第二轉(zhuǎn)軸7置于軸架8上。上述第一小齒輪4與第二大齒輪9各為三個，均布在360度的圓周上。封閉水銀管3內(nèi)的水銀充滿整個長度的1/3-1/7，可以利用到水銀的重量，并使水銀有流動空間，最好是充滿整個長度的1/5。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明利用封閉水銀管3中水銀密度大、流動性好的特點(diǎn)，通過控制水銀管弧度設(shè)計，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤塊的單向轉(zhuǎn)動。通過弧形封閉水銀管實(shí)現(xiàn)不平衡能量的吸收，并將這種不平衡借助水銀的流動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)盤2的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動帶動齒輪傳動組件上的第二轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動，采用定子繞組和永磁轉(zhuǎn)盤進(jìn)行相對運(yùn)動，通過切割磁力線產(chǎn)生電能。當(dāng)轉(zhuǎn)盤2的速度達(dá)不到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的要求時，可以通過設(shè)計兩極齒輪加速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加速，兩極加速系統(tǒng)采用兩個轉(zhuǎn)軸，即第一轉(zhuǎn)軸6和第二轉(zhuǎn)軸7，且兩轉(zhuǎn)軸在同一直線上，此種設(shè)計結(jié)構(gòu)可以節(jié)約空間。傳動過程中通過三個在360度上均勻分布的小齒輪進(jìn)行，此種設(shè)計結(jié)構(gòu)可以保證傳動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動慣量上的均勻分布。本發(fā)明可以根據(jù)不同的海域波浪的特點(diǎn)，通過選用不同的圓弧度的封閉水銀管可以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，即發(fā)電效率最高。進(jìn)一步，在封閉水銀管弧度和長度一定的情況下，通過改變轉(zhuǎn)盤2本身的重量也可以達(dá)到最優(yōu)的轉(zhuǎn)動慣量。在轉(zhuǎn)盤上設(shè)有的多個均勻分布的圓孔 12，通過圓孔大小的確定，可以得到適合不同波浪特點(diǎn)的最佳發(fā)電效率。上述實(shí)施方式的描述，是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，但凡以此方式所做的變化及修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)包括封閉箱體，其特征在于所述箱體內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)盤、在轉(zhuǎn)盤上設(shè)有帶有弧度的封閉水銀管，所述轉(zhuǎn)盤安裝在第一轉(zhuǎn)軸上，第一轉(zhuǎn)軸通過齒輪傳動組件與定子繞組連接，所述定子繞組與永磁轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)盤上均布有圓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其特征在于所述封閉水銀管的弧度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一種所述的封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其特征在于 所述齒輪傳動組件包括與轉(zhuǎn)盤同軸的第一大齒輪、與第一大齒輪相嚙合的第一小齒輪、與第一小齒輪同軸的第二大齒輪、與第二大齒輪相嚙合的第二小齒輪及固定第二小齒輪的第二轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸在同一直線上，第二轉(zhuǎn)軸與定子繞組連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其特征在于所述第一小齒輪與第二大齒輪各為三個，均布在360度的圓周上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一種所述的封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，其特征在于 封閉水銀管內(nèi)的水銀充滿整個長度的1/3—1/7。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種封閉式單向旋轉(zhuǎn)波浪能發(fā)電裝置，主要用于對海洋波浪能發(fā)電。其結(jié)構(gòu)包括封閉箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)盤、在轉(zhuǎn)盤上設(shè)有帶有弧度的封閉水銀管，所述轉(zhuǎn)盤安裝在第一轉(zhuǎn)軸上，第一轉(zhuǎn)軸通過齒輪傳動組件與定子繞組連接，所述定子繞組與永磁轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)。本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置在波浪中受到不穩(wěn)定的沖擊力產(chǎn)生擺動，導(dǎo)致水銀管內(nèi)的水銀由于重力在封閉管流動。由于封閉水銀管存在弧度和動量守恒作用，會使得轉(zhuǎn)盤發(fā)生連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而帶動定子繞組轉(zhuǎn)動。本發(fā)明采用全封閉設(shè)計方式能有效解決傳統(tǒng)波浪能發(fā)電裝置開放式結(jié)構(gòu)所引起的腐蝕、水生植物纏繞、貝殼類生物附著等難題。
文檔編號H02K7/116GK102269102SQ20111019814
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者曹守啟, 柏春祥, 章守宇, 胡慶松 申請人:上海海洋大學(xué)