一種導軌式組合波浪發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種導軌式組合波浪發電裝置，包括：導軌支架總成、滑輪組件、垂蕩波浪能捕獲浮子、水平波浪能捕獲浮子、換能機構總成、變極多速永磁直驅發電機總成、電纜桶和錨；通過萬向導軌總成上的齒條和換能機構總成上的齒輪捕獲波浪的垂蕩（上下運動）能量，通過水平波浪能捕獲浮子捕獲波浪的水平能量，適應各種波型的波浪，進行能量集取，達到波浪能最優采集。本發明適用各種波形的波浪，波能轉換高效，抗風浪強﹑低成本﹑易維護。
【專利說明】一種導軌式組合波浪發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及發電領域，特別涉及一種能夠同時捕獲波浪縱向勢能和橫向沖擊動能的導軌式組合波浪發電裝置。
【背景技術】
[0002]海洋占地球表面積的70%，海洋波浪能是用之不竭的可再生能源，如何高效的利用波浪能，使之變為可利用的電能，是人們一直研究的重要課題。
[0003]海洋受自然因素變化影響，海洋波浪能是無規律不穩定的(時大時小，平均功率為峰值功率的1/10?1/7)，運動特性是往復的:縱蕩、升沉、叢搖，運動速度低:在大波浪下最大速度為0.8m/s，力量大:瞬時功率為lOOkw/m。
[0004]利用波浪能的技術難度:如何將低速往復運動轉換成高速單向機械運動，如何在波浪時大時小時能高效俘獲波能，如何解決因臺風導致破壞和因腐蝕導致機械問題。
[0005]現有的波浪能俘獲技術有:震蕩水柱、筏式、收縮波道式、點吸收式、鴨式、擺式等。
[0006]震蕩水柱波能裝置其轉動機構不與海水接觸，防腐蝕性好，安全，維護方便。其缺點是二級能量轉換效率低，對小波浪能適應性不強，造價高昂。
[0007]擺式波能裝置，擺體的運動很適合波浪大推力和低頻的特性，擺式裝置的轉換效率較高，但現有的裝置機械維修比較困難，容易損壞。
[0008]收縮波道式的優點是一級轉換沒有活動部件，可靠性好，維護費用低，系統出力穩定。缺點是電站建造對地理地形要求高，不易推廣。
[0009]筏式裝置，一級能量轉換效率低，二級能量轉換也不高，且裝置機構較為復雜，機械維修比較困難。
【發明內容】
[0010]本發明針對上述技術問題，提出一種能夠同時捕獲波浪縱向勢能和橫向沖擊動能，高效以及維修方便的導軌式組合波浪發電裝置。
[0011]為達到以上目的，通過以下技術方案實現的:
[0012]一種導軌式組合波浪發電裝置，包括:導軌支架總成、主軸、垂直升降發電裝置和海浪沖擊發電裝置；
[0013]主軸底端直立固定于海床上，且頂端伸出于海面；
[0014]導軌支架總成一側端套置安裝于主軸上，與裝配主軸側相對側邊設置有齒條，且導軌支架總成位于齒條兩側方向與齒條方向相同的導軌；
[0015]垂直升降發電裝置包括:垂蕩波浪能捕獲浮子，設置于垂蕩波浪能捕獲浮子內部的換能機構總成和發電機總成；垂蕩波浪能捕獲浮子通過滑輪組件與導軌配合裝配于導軌支架總成上，即蕩波浪能捕獲浮子能夠在導軌支架總成自由的上下移動；
[0016]換能機構總成包括:主動軸，裝配于主動軸上的主動輪系和從動軸，裝配于從動軸上的從動輪系，以及用于保護王動軸、從動軸、王動輪系和從動輪系的機殼；王動軸和從動軸通過軸承組件與機殼裝配固定；
[0017]主動輪系包括:裝配于主動軸伸出機殼端且與齒條嚙合的主動齒輪，裝配于裝配于主動軸且位于機殼內部的換向齒輪，位于機殼內部且通過單向超越離合器I裝配于主動軸上的主動鏈輪，即主動鏈輪固定在單向超越離合器I上，且單向超越離合器I上固定于主動軸上；
[0018]從動輪系包括:裝配于從動軸伸出于機殼端的主傳動鏈輪，位于機殼內部與換向齒輪嚙合的從動齒輪，位于機殼內部與主動鏈輪配合傳動的從動鏈輪；從動齒輪通過單向超越離合器II與從動軸配合傳遞扭矩；從動鏈輪與主動鏈輪通過鏈條I傳遞扭矩；
[0019]發電機總成輸入軸端固定有驅動鏈輪，且驅動鏈輪與主傳動鏈輪通過鏈條II傳遞扭矩；
[0020]海浪沖擊發電裝置包括:固定于垂蕩波浪能捕獲浮子兩側的橫軸，通過軸承分別裝配于垂蕩波浪能捕獲浮子兩側橫軸上的水平波浪能捕獲浮子和套置于橫軸上且與水平波浪能捕獲浮子同步扭轉轉動的次級主動鏈輪；從動軸伸出于機殼兩端上設置有與次級主動鏈輪通過鏈條III傳動的次級從動鏈輪，且次級從動鏈輪通過單向超越離合器III裝配于從動軸上，即次級從動鏈輪通過單向超越離合器III與從動軸傳遞扭矩；
[0021]發電機總成包括:變極多速永磁直驅發電機，以及裝配于變極多速永磁直驅發電機主軸上用于保證主軸持續恒定轉動的增速齒輪箱及飛輪機構；
[0022]采用上述技術方案的本發明，主軸底部插入海床上，其頂部由錨繩與錨張緊，使導軌支架總成能夠垂直直立海中，且導軌支架總成能夠繞主軸自由轉動，且由于水平波浪能捕獲浮子設置于垂蕩波浪能捕獲浮子兩側，進而保證本裝置能夠始終正面迎向波浪；
[0023]本裝置與導軌支架總成之間通過滑輪組與導軌支架總成上的導軌配合連接實現垂蕩波浪能捕獲浮子自由地上下移動；導軌支架總成上裝有齒條，齒條與安裝在垂蕩波浪能捕獲浮子上的換能機構總成中的主動齒輪嚙合傳遞扭矩，進而在波浪波峰到達，垂蕩波浪能捕獲浮子受波浪力激勵向上運動，則主動齒輪順時針運轉，主動齒輪進而驅動主動軸上的換向齒輪順時針運轉，換向齒輪順時針運轉帶動安裝在單向超越離合器II上的從動齒輪逆時針轉動，單向超越離合器II安裝在從動軸上，由于單向超越離合器II的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩)，使從動軸逆時針傳動，主動鏈輪在單向超越離合器I的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)處于無扭矩傳遞狀態；
[0024]與此同時橫向波浪能捕獲浮子受波浪力橫向激勵逆時針運轉，由安裝在橫向波浪能捕獲浮子的次級主動鏈輪通過鏈條III傳動到安裝在單向超越離合器III上的次級從動鏈輪，單向超越離合器III安裝在從動軸上，由于單向超越離合器III的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，使從動軸逆時針傳動；
[0025]若波浪波峰離去，垂蕩波浪能捕獲浮子自由落體向下運動，則主動齒逆時針運轉，主動齒輪11通過主動軸驅動單向超越離合器I的內套逆時針轉動，由于單向超越離合器I的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，使安裝在單向超越離合器I外套上的主動鏈輪逆時針轉動，由鏈條I傳動動力到從動軸上的從動鏈輪，使從動軸逆時針旋轉，此時換向齒輪為逆時針運轉，進而從動齒輪為順時針轉動，由于單向超越離合器II的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，為無扭矩傳遞狀態；[0026]上述從動軸的逆時針轉動帶動主傳動鏈輪轉動，通過鏈條II傳遞扭矩給驅動鏈輪，進而驅動變極多速永磁直驅發電機發電，由于這種捕捉波浪發電的方式動能具有忽大忽小的特性進而通過在變極多速永磁直驅發電機主軸上額外增加增速齒輪箱及飛輪機構(主要通過飛輪的轉動慣性來實現，為現有穩速常用技術)，來保證變極多速永磁直驅發電機主軸持續恒定轉動；
[0027]垂蕩波浪能捕獲浮子上部安裝有電纜桶，變極多速永磁直驅發電機的輸出電纜引至電纜桶內，其內盤有若干電纜后再引至導軌支架總成的最高處輸送電力；
[0028]上述運動狀態說明本裝置無論波浪是縱蕩、升沉、叢搖，都能通過垂蕩波浪能捕獲浮子和橫向波浪能捕獲浮子及導軌支架總成的組合，由換能機構總成轉換成單個方向運轉的動力，進而驅動變極多速永磁直驅發電機發電；
[0029]進一步，水平波浪能捕獲浮子為內部設有空腔的殼體，且上述空腔容積由底部向上逐漸增大；水平波浪能捕獲浮子與橫軸固定側面相對側面加工為弧面，且上述弧面從水平波浪能捕獲浮子底部起始，一直延伸到水平波浪能捕獲浮子相對于橫軸的徑向最高點，即弧面延伸至水平波浪能捕獲浮子距離橫軸最遠頂點，此結構主要保證在海浪的推力作用下使本裝置始終迎向海浪方向，并且在海浪橫向沖擊過程中通過水平波浪能捕獲浮子前端表面的弧面設計以及內部空腔的逐漸增大設計保證海浪橫向沖擊動能捕捉效率最高；
[0030]無論波浪是縱蕩、升沉、叢搖，本裝置通過垂蕩波浪能捕獲浮子和橫向波浪能捕獲浮子及萬向導軌總成的組合，由換能機構總成轉換成單個方向運轉的動力，實現發電，進而本發明是一種高效，環保的，海浪適應性極強的發電裝置。
[0031]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]本發明共5幅附圖，其中:
[0033]圖1為本發明的總體結構示意圖。
[0034]圖2為本發明的導軌支架總成、垂直升降發電裝置、海浪沖擊發電裝置和換能機構總成結構示意圖。
[0035]圖3為本發明的垂蕩波浪能捕獲浮子上升狀態結構示意圖。
[0036]圖4為本發明的垂蕩波浪能捕獲浮子下降狀態結構示意圖。
[0037]圖5為本發明的垂直升降發電裝置和海浪沖擊發電裝置的結構示意圖。
[0038]圖中:1、導軌支架總成，2、主軸，2.1、錨繩，2.2、錨，3、垂直升降發電裝置，4、海浪沖擊發電裝置，5、導軌，7、齒條，8、滑輪組件，9、垂蕩波浪能捕獲浮子，10、換能機構總成，
11、主動齒輪，12、主動軸，13、換向齒輪，14、從動軸，15、從動齒輪，16a、單向超越離合器II，16b、單向超越離合器III，16c、單向超越離合器I，17、水平波浪能捕獲浮子，18a、次級主動鏈輪，18b、次級從動鏈輪，18c、主動鏈輪，18d、從動鏈輪，18e、主傳動鏈輪，18f、驅動鏈輪，19a、鏈條III，19b、鏈條I，19c、鏈條II，20、橫軸，21、軸承組件，22、機殼，23、發電機總成，24、空腔，25、變極多速永磁直驅發電機，26、增速齒輪箱及飛輪機構，27、電纜桶。【具體實施方式】
[0039]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示的一種導軌式組合波浪發電裝置，其特征在于:包括，導軌支架總成1、主軸2、垂直升降發電裝置3和海浪沖擊發電裝置4 ；
[0040]主軸2底端直立固定于海床上，且頂端伸出于海面；
[0041]導軌支架總成I 一側端套置安裝于主軸2上，與裝配主軸2側相對側邊設置有齒條7,且導軌支架總成I位于齒條7兩側方向與齒條7方向相同的導軌5 ；
[0042]垂直升降發電裝置3包括:垂蕩波浪能捕獲浮子9，設置于垂蕩波浪能捕獲浮子9內部的換能機構總成10和發電機總成23 ;垂蕩波浪能捕獲浮子9通過滑輪組件8與導軌5配合裝配于導軌支架總成I上，即蕩波浪能捕獲浮子9能夠在導軌支架總成I自由的上下移動；
[0043]換能機構總成10包括:主動軸12，裝配于主動軸上的主動輪系和從動軸14，裝配于從動軸14上的從動輪系，以及用于保護主動軸12、從動軸14、主動輪系和從動輪系的機殼22 ;主動軸12和從動軸14通過軸承組件21與機殼22裝配固定；
[0044]主動輪系包括:裝配于主動軸12伸出機殼22端且與齒條7嚙合的主動齒輪11，裝配于裝配于主動軸12且位于機殼22內部的換向齒輪13，位于機殼22內部且通過單向超越離合器I 16c裝配于主動軸12上的主動鏈輪18c，即主動鏈輪18c固定在單向超越離合器I 16c上，且單向超越離合器I 16c上固定于主動軸12上；
[0045]從動輪系包括:裝配于從動軸14伸出于機殼22端的主傳動鏈輪18e，位于機殼22內部與換向齒輪13嚙合的從動齒輪15，位于機殼22內部與主動鏈輪18c配合傳動的從動鏈輪18d ;從動齒輪15通過單向超越離合器II 16a與從動軸14配合傳遞扭矩；從動鏈輪18d與主動鏈輪18c通過鏈條I 19b傳遞扭矩；
[0046]發電機總成23輸入軸端固定有驅動鏈輪18f，且驅動鏈輪18f與主傳動鏈輪18e通過鏈條II 19C傳遞扭矩；
[0047]海浪沖擊發電裝置4包括:固定于垂蕩波浪能捕獲浮子9兩側的橫軸20，通過軸承分別裝配于垂蕩波浪能捕獲浮子9兩側橫軸20上的水平波浪能捕獲浮子17和套置于橫軸20上且與水平波浪能捕獲浮子17同步扭轉轉動的次級主動鏈輪18a ;從動軸14伸出于機殼22兩端上設置有與次級主動鏈輪18a通過鏈條III 19a傳動的次級從動鏈輪18b，且次級從動鏈輪18b通過單向超越離合器III 16b裝配于從動軸14上，即次級從動鏈輪18b通過單向超越離合器III 16b與從動軸14傳遞扭矩；
[0048]發電機總成23包括:變極多速永磁直驅發電機25，以及裝配于變極多速永磁直驅發電機25主軸上用于保證主軸持續恒定轉動的增速齒輪箱及飛輪機構26 ；
[0049]采用上述技術方案的本發明，主軸2底部插入海床上，其頂部由錨繩2.1與錨2.2張緊，使導軌支架總成I能夠垂直直立海中，且導軌支架總成I能夠繞主軸2自由轉動，且由于水平波浪能捕獲浮子17設置于垂蕩波浪能捕獲浮子9兩側，進而保證本裝置能夠始終正面迎向波浪；
[0050]如圖1、圖2、圖3和圖5所示本裝置與導軌支架總成I之間通過滑輪組8與導軌支架總成I上的導軌5配合連接實現垂蕩波浪能捕獲浮子9自由地上下移動；導軌支架總成I上裝有齒條7，齒條7與安裝在垂蕩波浪能捕獲浮子9上的換能機構總成10中的主動齒輪11嚙合傳遞扭矩，進而在波浪波峰到達，垂蕩波浪能捕獲浮子9受波浪力激勵向上運動，則主動齒輪11順時針運轉，主動齒輪11進而驅動主動軸12上的換向齒輪13順時針運轉，換向齒輪13順時針運轉帶動安裝在單向超越離合器II 16a上的從動齒輪15逆時針轉動，單向超越離合器II 16a安裝在從動軸14上，由于單向超越離合器II 16a的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩),使從動軸14逆時針傳動,主動鏈輪18c在單向超越離合器I 16c的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)處于無扭矩傳遞狀態；
[0051]與此同時橫向波浪能捕獲浮子17受波浪力橫向激勵逆時針運轉，由安裝在橫向波浪能捕獲浮子17的次級主動鏈輪18a通過鏈條III 19a傳動到安裝在單向超越離合器III 16b上的次級從動鏈輪18b，單向超越離合器III 16b安裝在從動軸14上，由于單向超越離合器III 16b的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，使從動軸14逆時針傳動，如圖2、圖3和圖5所示；
[0052]若波浪波峰離去，垂蕩波浪能捕獲浮子9自由落體向下運動，則主動齒11逆時針運轉，主動齒輪11通過主動軸12驅動單向超越離合器I 16c的內套逆時針轉動，由于單向超越離合器I 16c的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，使安裝在單向超越離合器I 16c外套上的主動鏈輪18c逆時針轉動，由鏈條I 19b傳動動力到從動軸14上的從動鏈輪18d，使從動軸14逆時針旋轉，此時換向齒輪13為逆時針運轉，進而從動齒輪15為順時針轉動，由于單向超越離合器II 16a的單向離合作用(即逆時針傳遞扭矩，順時針空轉)，為無扭矩傳遞狀態，如圖2、圖4和圖5所示；
[0053]上述從動軸14的逆時針轉動帶動主傳動鏈輪18e轉動,通過鏈條II 19c傳遞扭矩給驅動鏈輪18f，進而驅動變極多速永磁直驅發電機25發電，由于這種捕捉波浪發電的方式動能具有忽大忽小的特性進而通過在變極多速永磁直驅發電機25主軸上額外增加增速齒輪箱及飛輪機構26 (主要通過飛輪的轉動慣性來實現，為現有穩速常用技術)，來保證變極多速永磁直驅發電機25主軸持續恒定轉動；
[0054]如圖1所示，垂蕩波浪能捕獲浮子9上部安裝有電纜桶27，變極多速永磁直驅發電機25的輸出電纜引至電纜桶27內，其內盤有若干電纜后再引至導軌支架總成I的最高處輸送電力；
[0055]上述運動狀態說明本裝置無論波浪是縱蕩、升沉、叢搖，都能通過垂蕩波浪能捕獲浮子9和橫向波浪能捕獲浮子17及導軌支架總成I的組合，由換能機構總成10轉換成單個方向運轉的動力，進而驅動變極多速永磁直驅發電機25發電；
[0056]進一步，如圖2和圖5所示水平波浪能捕獲浮子17為內部設有空腔24的殼體，且上述空腔24容積由底部向上逐漸增大；水平波浪能捕獲浮子17與橫軸20固定側面相對側面加工為弧面，且上述弧面從水平波浪能捕獲浮子17底部起始，一直延伸到水平波浪能捕獲浮子17相對于橫軸20的徑向最高點，即弧面延伸至水平波浪能捕獲浮子17距離橫軸20最遠頂點，此結構主要保證在海浪的推力作用下使本裝置始終迎向海浪方向，并且在海浪橫向沖擊過程中通過水平波浪能捕獲浮子17前端表面的弧面設計以及內部空腔的逐漸增大設計保證海浪橫向沖擊動能捕捉效率最高；
[0057]無論波浪是縱蕩、升沉、叢搖，本裝置通過垂蕩波浪能捕獲浮子和橫向波浪能捕獲浮子及萬向導軌總成的組合，由換能機構總成轉換成單個方向運轉的動力，實現發電，進而本發明是一種高效，環保的，海浪適應性極強的發電裝置。
[0058]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上訴揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種導軌式組合波浪發電裝置，其特征在于:包括，導軌支架總成(I)、主軸(2)、垂直升降發電裝置(3)和海浪沖擊發電裝置(4)； 所述主軸(2)底端直立固定于海床上，且頂端伸出于海面； 所述導軌支架總成(I) 一側端套置安裝于主軸(2 )上，與裝配主軸(2 )側相對側邊設置有齒條(7)，且導軌支架總成(I)位于齒條(7)兩側方向與齒條(7)方向相同的導軌(5)； 所述垂直升降發電裝置(3)包括:垂蕩波浪能捕獲浮子(9)，設置于垂蕩波浪能捕獲浮子(9)內部的換能機構總成(10)和發電機總成(23);所述垂蕩波浪能捕獲浮子(9)通過滑輪組件(8)與導軌(5)配合裝配于導軌支架總成(I)上，即蕩波浪能捕獲浮子(9)能夠在導軌支架總成(I)自由的上下移動； 所述換能機構總成(10)包括:主動軸(12)，裝配于主動軸上的主動輪系和從動軸(14),裝配于從動軸(14)上的從動輪系，以及用于保護主動軸(12)、從動軸(14)、主動輪系和從動輪系的機殼(22 );所述主動軸(12 )和從動軸(14)通過軸承組件(21)與機殼(22 )裝配固定； 所述主動輪系包括:裝配于主動軸(12)伸出機殼(22)端且與齒條(7)嚙合的主動齒輪(11)，裝配于裝配于主動軸(12 )且位于機殼(22 )內部的換向齒輪(13 )，位于機殼(22 )內部且通過單向超越離合器I (16c)裝配于主動軸(12)上的主動鏈輪(18c); 所述從動輪系包括:裝配于從動軸(14)伸出于機殼(22)端的主傳動鏈輪(18e)，位于機殼(22)內部與換向齒輪(13)嚙合的從動齒輪(15)，位于機殼(22)內部與主動鏈輪(18c)配合傳動的從動鏈輪(18d);所述從動齒輪(15)通過單向超越離合器II (16a)與從動軸(14)配合傳遞扭矩；所述從動鏈輪(18d)與主動鏈輪(18c)通過鏈條I (19b)傳遞扭矩； 所述發電機總成(23)輸入軸端固定有驅動鏈輪(18f)，且驅動鏈輪(18f)與主傳動鏈輪(18e)通過鏈條II (19c)傳遞扭矩； 所述海浪沖擊發電裝置(4)包括:固定于垂蕩波浪能捕獲浮子(9 )兩側的橫軸(20 )，通過軸承分別裝配于垂蕩波浪能捕獲浮子(9)兩側橫軸(20)上的水平波浪能捕獲浮子(17)和套置于橫軸(20)上且與水平波浪能捕獲浮子(17)同步扭轉轉動的次級主動鏈輪(18a);所述從動軸(14)伸出于機殼(22)兩端上設置有與次級主動鏈輪(18a)通過鏈條III(19a)傳動的次級從動鏈輪(18b)，且所述次級從動鏈輪(18b)通過單向超越離合器III (16b)裝配于從動軸(14)上，即次級從動鏈輪(18b)通過單向超越離合器III(16b)與從動軸(14)傳遞扭矩。
2.根據權利要求1所述的一種導軌式組合波浪發電裝置，其特征在于:所述發電機總成(23)包括:變極多速永磁直驅發電機(25)，以及裝配于變極多速永磁直驅發電機(25)主軸上用于保證主軸持續恒定轉動的增速齒輪箱及飛輪機構(26 )。
3.根據權利要求1所述的一種導軌式組合波浪發電裝置，其特征在于:所述水平波浪能捕獲浮子(17)為內部設有空腔(24)的殼體，且上述空腔(24)容積由底部向上逐漸增大。
4.根據權利要求3所述的一種導軌式組合波浪發電裝置，其特征在于:所述水平波浪能捕獲浮子(17)與橫軸(20)固定側面相對側面加工為弧面，且上述弧面從水平波浪能捕獲浮子(17)底部起始，一直延伸到水平波浪能捕獲浮子(17)相對于橫軸(20)的徑向最高點，即弧面延伸至水平波浪能捕獲浮子(17)距離橫軸(20)最遠頂點。
【文檔編號】F03B13/14GK103498753SQ201310492606
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】周建青 申請人:周建青