[发明专利]一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法

说明书

本发明公开了一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法，对应垂荡、纵荡及横摇三个自由度分别设置了三套发电单元，能捕获各个自由度上往复的波浪能并通过发电单元转换为发电机的单向输出，实现多个自由度的并联以及相应能量的叠加利用，具有较高的效益。本发明所公开的发电装置，在水平杆及竖向活动杆的两端布置谐振弹簧，既可以减少碰撞冲击力，又有助于浮子回复运动，还使得在间断波浪作用下的浮子在每个自由度方向上的运动因简谐运动效应而更连续。

技术领域

本发明属于波浪能发电领域，特别涉及该领域中的一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法。

背景技术

随着石油和其他石化能源的日趋枯竭和全球对于温室气体排放引起气候变化问题的关注，低碳、节能和开发利用可再生能源正在成为世界能源发展的主题。海洋波浪能作为一种新型清洁无污染的可再生能源，由于其储量大，能量密度高，分布广泛，能量易于转化而成为新型研究的重点。目前国内的波浪能浮子发电装置多为单自由度发电，对浮子在水平方向的运动以及绕定轴转动能量的捕获涉及较少，对多自由度运动耦合的研究与应用就更少了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法。

本发明采用如下技术方案：

一种三自由度波浪能浮子发电装置，其改进之处在于：所述的发电装置包括四根固定在海床并伸出海面的竖直桩柱，四根竖直桩柱分为两行，每行两根，同一行的两根竖直桩柱之间通过横向连接件相连接，两根横向连接件之间则通过中央主架相连接，在中央主架上沿前后方向设置两根在同一高度上的水平导轨、一根高于水平导轨的水平杆和一条水平齿条，在水平杆的两端各布置有一条谐振弹簧，水平钢架的底部穿在水平导轨上，顶部穿在水平杆上的两条谐振弹簧之间，使水平钢架可沿水平导轨在前后方向上往复滑动，在水平钢架上与水平齿条相对应的位置安装纵荡齿轮发电单元，该纵荡齿轮发电单元的输入齿轮与水平齿条相啮合，水平钢架前后往复滑动即可带动输入齿轮沿着水平齿条前后往复行走，输入齿轮在行走的过程中自身旋转从而带动纵荡齿轮发电单元发电，此外还在水平钢架上安装竖直齿条；在水平钢架的两侧各开一个孔，在每个开孔内各穿入一根竖向活动杆，所述的竖向活动杆可透过开孔上下往复滑动，在每一根竖向活动杆的两端各布置有一条谐振弹簧，两根竖向活动杆的顶端之间通过横向连接构件相连接，底端则都固定安装至水平固定轴上，在横向连接构件上与竖直齿条相对应的位置安装垂荡齿轮发电单元，该垂荡齿轮发电单元的输入齿轮与竖直齿条相啮合，横向连接构件上下往复移动即可带动输入齿轮沿着竖直齿条上下往复行走，输入齿轮在行走的过程中自身旋转从而带动垂荡齿轮发电单元发电；在上述的水平固定轴上穿入可绕其旋转的浮子，该浮子漂浮在海面上，在浮子的内部安装与水平固定轴固定连接的齿轮组发电单元，在齿轮组发电单元内沿水平方向安装驱动轴、发电机、与发电机的动力输入轴固定连接的发电机接杆和从动齿轮接杆，在驱动轴上安装与浮子顶部固定连接的钢板，浮子随波浪摆动即可通过钢板带动驱动轴往复转动，在驱动轴上还安装顺时针单向轴承和逆时针单向轴承，在顺时针单向轴承上安装第一驱动齿轮，在逆时针单向轴承上安装第二驱动齿轮，在发电机接杆上固定安装第一输出齿轮和第二输出齿轮，该第二输出齿轮与第二驱动齿轮相啮合，在从动齿轮接杆上固定安装第一从动齿轮，该第一从动齿轮在与第一驱动齿轮相啮合的同时还与第一输出齿轮相啮合。

进一步的，四根竖直桩柱的顶端高度相同，构成同一矩形的四个顶点。

进一步的，在中央主架上设置前后相对的两块竖向钢板，水平杆的两端分别焊接在一块竖向钢板上。

进一步的，在水平钢架的顶部设置前后相对的两个水平杆限定轴承，这两个水平杆限定轴承穿在水平杆上的两条谐振弹簧之间。

进一步的，在水平钢架和竖直齿条之间安装斜向的支撑杆。

进一步的，在浮子与水平固定轴相交的位置设置轴承。

进一步的，所述浮子的顶部为圆柱形，底部为圆锥形，水平固定轴沿径向穿入浮子的顶部。