技术特征：
1.一种多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，包括水平摆获能单元、垂向摆蓄能单元以及用于调节垂向摆运动方向的转向支撑单元；其中，所述水平摆获能单元包括依次连接的水平摆、同轴换向齿轮组和发电机，所述同轴换向齿轮组包括锥形上棘轮、锥形输出齿轮、棘轮轴承以及锥形从动轮，所述锥形从动轮与锥形上棘轮和锥形输出齿轮啮合连接，所述锥形上棘轮套设在输入轴上，所述输入轴一端连接棘轮轴承，另一端连接水平摆，所述锥形输出齿轮套设在输出轴上，所述输出轴一端连接棘轮轴承，另一端连接发电机；所述垂向摆蓄能单元包括两个对称设置的垂向摆、锥形左棘轮和锥形右棘轮、以及安装在输出轴上的锥形发条轮，所述锥形发条轮分别与锥形左棘轮和锥形右棘轮啮合连接，所述垂向摆通过连接件与锥形左棘轮和锥形右棘轮固定连接；所述转向支撑单元包括第一转向轮、固定安装在第一转向轮上的支撑组件、以及与第一转向轮啮合的第二转向轮，所述第二转向轮连接转向电机。2.根据权利要求1所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，所述棘轮轴承与锥形上棘轮的安装方向相反，所述锥形上棘轮为单向传动，所述棘轮轴承为单向传动且其传动方向与锥形上棘轮相反。3.根据权利要求1所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，两个所述锥形从动轮对称设置在棘轮轴承两侧并且安装在锥形上棘轮和锥形输出齿轮之间，所述锥形从动轮与输入轴平行设置，其上端与锥形上棘轮啮合，下端与锥形输出齿轮啮合。4.根据权利要求1所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，所述锥形左棘轮和锥形右棘轮的安装方向相反，所述锥形左棘轮为单向传动，所述锥形右棘轮为单向传动且与锥形左棘轮传动方向相反；所述锥形发条轮套设在输出轴上并绕输出轴旋转。5.根据权利要求1所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，所述锥形发条轮的发条的一端与输出轴连接，当锥形发条轮转速大于输出轴转速时，垂向摆的能量储存于发条中，当输出轴转速增大并超过锥形发条轮转速时，发条中的能量被释放。6.根据权利要求1所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，所述连接件上对称设置有第一传动轴和第二传动轴，所述锥形左棘轮套设在第一传动轴上并通过第一传动轴与垂向摆连接，所述锥形右棘轮套设在第二传动轴上并通过第二传动轴与垂向摆连接。7.根据权利要求6所述的多自由度组合摆式波浪能装置，其特征在于，所述支撑组件包括固定安装于第一转向轮的支撑架，所述支撑架上设有齿轮箱，所述齿轮箱设置于锥形左棘轮和锥形右棘轮之间，所述齿轮箱的两侧板分别与第一传动轴和第二传动轴固定连接，所述输入轴和输出轴贯穿齿轮箱。8.权利要求1-7任一项所述的多自由度组合摆式波浪能装置的发电方法，其特征在于，所述发电方法包括：波浪能装置在海浪作用下发生多自由度运动响应，当水平摆偏离平衡位置发生振荡或旋转运动，输入轴产生双向转动，通过同轴换向齿轮组的转化，将输入轴的双向转动转换为输出轴的单向旋转，进而驱动发电机发电；当水平摆运动幅值很小甚至停止时，发电机停止工作，此时垂向摆仍在运动，垂向摆蓄能单元将垂向摆的双向摆动转换单向旋转并将动能储存在锥形发条轮中，随着锥形发条轮中的能量不断累积，其作用于输出轴的扭矩逐步增加，最终驱动输出轴发生转动，此时水平摆受到的传动阻尼显著降低并重新开始运动，发电
机开始工作。9.权利要求1-7任一项所述的多自由度组合摆式波浪能装置在发电中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，其应用形式为阵列式波浪能装置；所述阵列式波浪能装置由多个波浪能装置通过复合锚固系统连接并呈阵列式布置，所述复合锚固系统由多组锚固系统组成，所述锚固系统包括潜浮体、悬链线和弹性绳，所述悬链线一端连接潜浮体，另一端与波浪能装置相连接，所述弹性绳一端连接潜浮体，另一端固定于海底。
技术总结
本发明属于波浪能发电技术领域，涉及一种多自由度组合摆式波浪能装置及其发电方法和应用，其中水平摆获能单元包括水平摆、同轴换向齿轮组和发电机，同轴换向齿轮组的锥形从动轮与锥形上棘轮和锥形输出齿轮啮合，锥形上棘轮套设在输入轴上，锥形输出齿轮套设在输出轴上，输入轴与输出轴通过棘轮轴承连接；垂向摆蓄能单元包括垂向摆及安装在输出轴上的锥形发条轮，锥形发条轮与锥形左棘轮和锥形右棘轮啮合连接；转向支撑单元的第一转向轮与第二转向轮啮合，第二转向轮连接转向电机。该波浪能装置具备储能效果，通过水平摆与垂向摆相互耦合的获能方式，使水平摆主动脱离停滞状态，改善偏心摆式波浪能装置在随机波下的工作性能，提高波浪能的利用率。提高波浪能的利用率。提高波浪能的利用率。
技术研发人员：曹飞飞 江小强 史宏达 于明琦 赵致磊
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/1/13