摆力波浪能发电装置及其发电机构的制作方法

本实用新型涉及一种摆力波浪能发电装置及其发电机构。

背景技术：

目前，随着现代工业的蓬勃发展，能源已成为人类活动的物质基础，由于煤炭、石油、天然气等一次性常规能源有限，且不可再生。人们正在着手开发各种新型能源，例如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等等。尽管海洋能有巨大的发展潜力，但人类对波浪能的利用还是比较少的，波浪能是指液体表面波动所具有的能量，波浪能的能量受波高、周期以及迎波面的宽度的影响，因此对波浪能的收集方面的研发工作成为波浪能利用过程中十分重要的一环，现有的漂浮式发电装置由于漂浮相对运动产生则较为困难，结构复杂，装置运行的稳定性和可靠性还有待研究解决。

中国专利文献CN 103174579 B公开了一种摆动式水面发电装置，包括纺锤形的壳体，壳体内安装有中心轴承和发电机，发电机选用摆动式发电机，摆动式发电机的定子机构包括若干个凸出的极齿组成的磁框，磁框的各极齿上绕设有定子线圈，定子线圈的外煮面与磁框的内表面相连；摆动式发电机的转子机构包括链接在中心轴承的内圈上的摆轴，摆轴可沿中心轴承的周向摆动，并在摆杆的上下两端分别固定有转子绕组，转子绕组的外周面向定子机构的内圆周；壳体内还安装有处于底部的配重体、处于顶部的气囊和对称设置在两侧的平衡臂。壳体在水面上形成上轻下重的不倒翁结构，以在将该发电装置置于水面时，随着波浪的冲击，该发电装置会随着波浪进行摆动，以使壳体内的摆动式发电机随之摆动，摆动式发电机的摆轴带动转子绕组在定子线圈内转动而进行发电。但因海面上常年存在风力较大的情况，而该发电装置的壳体是漂浮在海面上的，所以在风力的作用下，该发电装置的壳体极易出现绕竖向轴线旋转的现象，导致摆动式发电机上连接的输电线路出现缠绕的现象，轻者在输电线路缠绕拉紧后出现壳体被拉倒而无法发电的现象，甚至于在输电线路的被缠紧后风力仍然较大时，整个发电装置极易出现在输电线路的拉拽下解体，不但会造成极大的经济损失，而且会给海洋造成固体污染和漏电威胁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种抗风性能好的发电机构，同时还提供了一种使用该发电机构的摆力波浪能发电装置。

为了实现以上目的，本实用新型中发电机构的技术方案如下：

发电机构，包括用于在波浪起伏作用下绕左右延伸的轴线翻转摆动、而驱动发电机的转子相对于定子转动的漂浮体，还包括用于相对于海床或海岸固定设置的机架，机架上设有与漂浮体绕左右延伸的轴线铰接的连接结构。

连接结构包括沿左右延伸的转轴，转轴沿左右方向穿装在漂浮体上或沿左右方向穿装在漂浮体上连接的转套上或通过转动轴线沿左右延伸的铰链连接漂浮体。

转轴和/或机架上连接有用于在漂浮体翻转设定角度后阻止漂浮体继续翻转的限位结构。

转轴沿上下方向导向移动装配在机架上。

漂浮体上连接有牵引体，牵引体具有连接在漂浮体上的牵引端和绕经机架上设置的换向滑轮的引出段，牵引端与所述连接结构间隔设置，引出段的远离牵引端的一端连接有用于带动漂浮体复位的配重体。

引出段上还连接有用于在漂浮体仰起而克服配重体的牵引力牵动牵引体时带动发电机的转子转动、在配重体带动漂浮体下俯时与发电机的转子分离的单向机构。

单向机构包括用于连接在发电机的输入端上的驱动轴，驱动轴上通过单向离合器连接有与引出段啮合传动连接的齿轮式或链轮式或皮带轮式的传动轮，单向离合器用于在漂浮体仰起而克服配重体的牵引力牵动牵引体时接合、在配重体带动漂浮体下俯时分离。

驱动轴上设有曲轴段，曲轴段上传动连接有液压式或气压式的活塞缸，活塞缸上连接有用于驱动发电机的转子转动的马达，马达和活塞缸之间连接有用于在单向离合器接合时向马达输入、在单向离合器分离时活塞缸回位的控制阀组。

漂浮体上传动连接有液压式或气压式的活塞缸，活塞缸的腔室通过管路连接有用于驱动发电机的转子转动的马达。

本实用新型的摆力波浪能发电装置的技术方案如下：

摆力波浪能发电装置，包括发电机及其输入端上连接的发电机构，发电机构包括用于在波浪起伏作用下绕左右延伸的轴线翻转摆动、而驱动发电机的转子相对于定子转动的漂浮体，还包括用于相对于海床或海岸固定设置的机架，机架上设有与漂浮体绕左右延伸的轴线铰接的连接结构。

连接结构包括沿左右延伸的转轴，转轴沿左右方向穿装在漂浮体上或沿左右方向穿装在漂浮体上连接的转套上或通过转动轴线沿左右延伸的铰链连接漂浮体。

转轴和/或机架上连接有用于在漂浮体翻转设定角度后阻止漂浮体继续翻转的限位结构。

转轴沿上下方向导向移动装配在机架上。

漂浮体上连接有牵引体，牵引体具有连接在漂浮体上的牵引端和绕经机架上设置的换向滑轮的引出段，牵引端与所述连接结构间隔设置，引出段的远离牵引端的一端连接有用于带动漂浮体复位的配重体。

引出段上还连接有用于在漂浮体仰起而克服配重体的牵引力牵动牵引体时带动发电机的转子转动、在配重体带动漂浮体下俯时与发电机的转子分离的单向机构。

单向机构包括用于连接在发电机的输入端上的驱动轴，驱动轴上通过单向离合器连接有与引出段啮合传动连接的齿轮式或链轮式或皮带轮式的传动轮，单向离合器用于在漂浮体仰起而克服配重体的牵引力牵动牵引体时接合、在配重体带动漂浮体下俯时分离。

驱动轴上设有曲轴段，曲轴段上传动连接有液压式或气压式的活塞缸，活塞缸上连接有用于驱动发电机的转子转动的马达，马达和活塞缸之间连接有用于在单向离合器接合时向马达输入、在单向离合器分离时活塞缸回位的控制阀组。

漂浮体上传动连接有液压式或气压式的活塞缸，活塞缸的腔室通过管路连接有用于驱动发电机的转子转动的马达。

本实用新型中漂浮体是围绕左右延伸的固定轴线转动装配在机架上的，这样在漂浮体所处海域出现台风、飓风等较大风力时，在所述固定轴线的制约下，漂浮体只能相对于机架绕左右延伸的轴线翻转摆动，而不会出现漂浮体绕竖向延伸的轴线打转的现象，从而避免了漂浮体转动所带来的传动系统或输电线缠绕的现象，也提高了整个发电机构的抗风性能。

进一步的，漂浮体以配重体平衡的方式相对于机架升降，这样在发电机构所处海域出现落潮时，漂浮体可以其自身的配重随海面下落；在遇到涨潮时，漂浮体可在海面浮力和配重体的共同作用下升起，以使漂浮体始终漂浮在海面上，从而保证在潮汐海域的正常发电，进一步提高了发电机构使用的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例1的结构示意图；

图2是图1中发电机构的驱动机构的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2中漂浮体的结构示意图；

图5是图1中发电机构的单向传动机构的结构示意图；

图6是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例2中单向传动机构的结构示意图；

图7是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例3中驱动机构的结构示意图；

图8是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例4中驱动机构的结构示意图；

图9是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例5的结构示意图；

图10是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例6中驱动机构的结构示意图；

图11是本实用新型的摆力波浪能发电装置的实施例7中驱动机构的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例1：如图1所示，该发电装置主要由发电机和发电机构两部分组成。

发电机1067采用普通发电机，且发电机布置在海岸上，为保护发电机1067在海岸上免受海风、海浪等环境因素的影响，可在在发电机所处位置设置专用的建筑，以使得发电机被遮蔽在建筑中，提高发电机的使用寿命。

发电机构主要由处于海水中的驱动机构和将驱动机构的能力传递到发电机的转子上的单向传动机构组成。驱动机构主要起到原动机的作用，以将海面上起伏的海浪所携带的能量转化为机械运动，并通过单向传动机构的转化，将该机械运动转化成发电机转子的转动，以通过发电机的转子相对于定子的转动而进行发电。单向传动机构主要用于在驱动机构中漂浮体仰起时带动发电机的转子转动、在漂浮体下俯时与发电机的转子分离。

如图2和图3所示，驱动机构主要由机架和漂浮体两部分组成。

机架101为型材固连而成的框架，机架101的底部通过钢链1011连接有锚定在海床上的固定锚1012，该固定锚1012可选用钢材、石材等，以使得机架101被固定在海床上，机架101不会相对于海床出现摆动和旋转，且该固定应当具备足够的抗风性能，使得机架101在台风、飓风等大风气候条件下也不会出现摆动和旋转。机架101的内部空间可容纳漂浮体，并可供漂浮体上下升降和绕左右延伸的轴线翻转摆动。机架101的左右两侧均设有竖向延伸的升降轨道102，升降轨道102由两根固定在上框架和下框架之间的轨道立柱组成，两轨道立柱前后间隔设置，以在两轨道立柱之间形成平直的轨道长槽1021。

如图4所示，漂浮体103为左右延伸且横截面呈三菱形的封闭中空壳体，由沉水部和漂浮部组成，其中沉水部为U形，沉水部中固定设置有漂浮配重1031，该漂浮配重1031使得漂浮体103的底部沉入海面以下，以保证漂浮体103始终坐落在海面上；漂浮部具有从沉水部的前后两侧伸出的前漂浮翼1032和后漂浮翼1033，前漂浮翼1032和后漂浮翼1033均向上翘起、并前后对称设置，以更好的迎向海浪的冲击方向。

漂浮体103的顶面上固连有处于中央且沿左右方向延伸的转套104。转套104上连接有沿上下方向导向移动装配在机架101上的升降拖架105。升降拖架105由转轴1051、限位轴1052和连接立柱1053组成。转轴1051采用左右延伸的圆管，转轴1051的两端分别伸入机架101的两轨道长槽1021中，以使转轴1051沿上下方向导向移动装配在机架101上，并在转轴1051的两端分别固定有挡止在两升降轨道102的相背侧的止脱挡块1054，该止脱挡块1054既可以阻止转轴1051的端部从轨道长槽1021中抽出、又可以阻止转轴1051的左右晃动；转轴1051的中部穿装在转套104中，以使得转套104绕左右延伸的固定轴线转动装配在转轴1051上，转轴1051和转套104之间的配合方式可选用滑动轴承式的直接配合、也可以在两者之间设置滚动轴承，从而使得漂浮体103绕左右延伸的固定轴线转动装配在机架101上，该转轴1051和转套104在机架101和漂浮体103之间形成实现漂浮体103绕左右延伸的轴线在机架101上铰接的连接结构。限位轴1052也采用圆管、并平行设置在转轴1051的上方，限位轴1052的两端也分别插入两轨道长槽1021中，且限位轴1052的两端也均固定止脱挡块1054，限位轴1052和转轴1051之间的间距小于漂浮体103的前漂浮翼1032和后漂浮翼1033的悬伸端到转套104的距离，以使漂浮体103在绕转轴1051翻转时，在前漂浮翼1032或后漂浮翼1033上仰90°后，前漂浮翼1032或后漂浮翼1033的悬伸端会被限位轴1052挡住，以通过该限位轴1052在转轴1051的上方形成在漂浮体103翻转设定角度后阻止漂浮体103继续翻转的限位结构，防止漂浮体103倒转后失去俯仰功能。连接立柱1053固定支撑在限位轴1052和转轴1051之间，且连接立柱1053在转轴1051的左右两侧对称设置，以加强转轴1051和限位轴1052之间的支撑作用。

如图5所示，单向传动机构又可以分为单向机构和滑轮机构。

单向机构包括传动连接在发电机的输入端上的驱动轴106，驱动轴106上同轴固连有两个圆盘形的惯性飞轮1061，驱动轴106上还同轴装配有第一、第二超越离合器1062、1063，该第一、第二超越离合器1062、1063均具有环形的链轮部分及传动连接在链轮部分驱动轴106之间的单向离合部分，以实现第一、第二超越离合器1062、1063在向正向转动时接合、向反向转动时分离，实现对单向动力的传递。

滑轮机构包括连接在前漂浮翼1032的悬伸端上的第一前拉索1081和连接在后漂浮翼1033的悬伸端上的第二前拉索1091，其中第一前拉索1081自前漂浮翼1032引出后依次绕经第一、第二前滑轮1082、1083后，连接有啮合在第一超越离合器1062的链轮部分上的第一链条1084，第一链条1084的另一端连接第一后拉索1085，第一后拉索1085绕经第三前滑轮1086后连接前配重体1087；第二前拉索1091自后漂浮翼1033引出后绕经第一后滑轮1092连接在第二链条1093上，第二链条1093啮合在第二超越离合器1063的链轮部分上，第二链条1093的另一端连接有第二后拉索1094，第二后拉索1094绕经第二后滑轮1095后连接在后配重体1096上。第一、第二、第三前滑轮1082、1083、1086和第一、第二后滑轮1092、1095均为设置在机架101上的定滑轮，前配重体1087和后配重体1096均为连接在拉索端部的球体。前配重体1087通过第一后拉索1085、第一链条1084和第一前拉索1081在前漂浮翼1032的悬伸端上施加向下的牵引力，后配重体1096通过第二后拉索1094、第二链条1093和第二前拉索1091在后漂浮翼1033上施加向下的牵引力，以在海浪从前漂浮翼1032和后漂浮翼1033脱离时，超越离合器分离，同时前配重体1087和后配重体1096可带动前漂浮翼1032和后漂浮翼1033下俯复位。

该发电装置的工作原理是：

在海浪自前方排击漂浮体103的前漂浮翼1032时，前漂浮翼1032在海浪的冲击作用下克服前配重体1087的重力上仰，同时前漂浮翼1032通过第一前拉索1081拉动第一链条1084，第一链条1084在第一超越离合器1062接合状态下带动其正向转动，第一超越离合器1062通过驱动轴106带动发电机的转子转动，进行发电；同时，后漂浮翼1033以转轴1051为支点下俯翻转，以通过第二前拉索1091拉动第二链条1093，第二链条1093带动第二超越离合器1063在分离状态下反向转动，直至海浪对前漂浮翼1032的冲击力减弱后，前配重体1087下拉前漂浮翼1032复位，后配重体1096上拉后漂浮翼1033复位。在海浪自后方排击漂浮体103的后漂浮翼1033时，前漂浮翼1032、后漂浮翼1033、第一超越离合器1062、第二超越离合器1063、前配重体1087和后配重体1096的运动方向均反向，同样驱动发电机的转子转动。

在海面出现涨潮时，海水托动漂浮体103上浮，同时漂浮体103在升降拖架105的转轴1051和限位轴1052导引下，垂直上升，同时漂浮体103的前漂浮翼1032和后漂浮翼1033分别拉动前配重体1087和后配重体1096上升，以保证拉索和链条所处的线性牵引体始终处于张紧状态。在海面出现落潮时，漂浮体103在漂浮配重1031带动下下沉，同时漂浮体103放松前配重体1087和后配重体1096，再次保持线性牵引体处于张紧状态。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，如图6所示，驱动轴206的输出端除了连接第一超越离合器2062、第二超越离合器2063、惯性飞轮2061外，还同轴连接有曲轴段2064，曲轴段2064上传动连接有液压式或气压式的活塞缸2065，活塞缸2065上连接有驱动发电机2067的转子转动的马达2066，马达2066和活塞缸2065之间连接有用于在单向离合器接合时向马达2066输入、在单向离合器分离时活塞缸2065回位的控制阀组，控制阀组包括控制流体自活塞缸2065的两腔室中高压腔排出、低压腔注入的换向阀，以在驱动轴206正向转动时，假如无杆腔受压而成为高压腔，对应的有杆腔将成为低压腔，此时换向阀将油路切换至向有杆腔补液或补气，供无杆腔中流体进入马达2066。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例3：本实施例与实施例1的区别在于，如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，后漂浮翼3033不再连接滑轮机构，而是在后漂浮翼3033中固定有平衡配重3034，以通过平衡配重3034平衡前配重体3087的重量，保证发电机构只是在前漂浮翼3032受到冲击时才进行发电。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例4：本实施例与实施例1的区别在于，如图8所示，取消第一前滑轮，将第三前滑轮4086移至漂浮体403的前漂浮翼4032的悬伸端上；将第一后滑轮4092移至机架401的顶部，第二后滑轮4095移至后漂浮翼4033的悬伸端上，并在第一、第二后滑轮4092、4095之间增加处于机架401顶部的第三后滑轮4096，以供第二后拉索4094自第二链条引出后依次绕经第三、第二后滑轮4096、4095而连接在后配重体4096上。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例5：本实施例与实施例1的区别在于，如图9所示，取消第三前滑轮，并在海岸上设置处于单向机构和机架501之间的定滑轮组5011，定滑轮组使得第一、第二链条5084、5093可通过水平移动而带动第一、第二超越离合器的链轮部分转动。同时，在单向机构的远离机架501的一侧设置固定在海岸上的撑托立架5012，撑托立架5012的前后两侧分别设置有前、后滑轮组5013、5014，以使第一后拉索5085绕经前滑轮组5013连接前配重体5087，第二后拉索5094绕经后滑轮组5014连接后配重体5096。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例6：本实施例与实施例1的区别在于，如图10所示，单向传动机构采用液压传动机构，该液压传动机构包括绕左右延伸的轴线铰接在升降拖架605上的前活塞缸6001和后活塞缸6002，前活塞缸6001和后活塞缸6002可采用气缸或气压缸，前活塞缸和后活塞缸通过如实施例2中所述的控制阀组连接马达，以通过马达带动发电机的转子转动进行发电。

本实用新型中摆力波浪能发电装置的实施例7：本实施例与实施例6的区别在于，如图11所示，取消后漂浮翼和后活塞缸，单纯的依靠前漂浮翼7032上连接的前活塞缸7001作为液压传动机构的动力源。对应的，漂浮体703的后侧可采用外凸的弧面，以减少后方海面冲击漂浮体703后侧的上仰。

本实用新型的摆力波浪能发电装置的其他实施例：漂浮体除了采用三菱形以外，也可以采用月牙形、不倒翁形式的蛋壳形状等，这些形状的漂浮体在摆动形波浪发电中较为常见，在此不再赘述。单向传动机构除了可以设置在海岸上以外，也可以设置在机架上，乃至设置在漂浮体中。

本实用新型中发电机构的实施例：本实施例中发电机构与上述实施例中发电机构的结构相同，在此不再赘述。