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1、(10)申请公布号 CN 102287315 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102287315 A *CN102287315A* (21)申请号 201110233308.7 (22)申请日 2011.08.16 F03B 13/22(2006.01) (71)申请人 蔡元奇 地址 430072 湖北省武汉市武汉大学工学部 64 栋 104 号 (72)发明人 蔡元奇 (74)专利代理机构 武汉帅丞知识产权代理有限 公司 42220 代理人 朱必武 李南平 (54) 发明名称 共振式波力发电装置 (57) 摘要 共振波力发电装置, 包括船体、 可控提能装置 和发电装置, 。
2、其特征在于 : 所述可控提能装置是 由重力平衡器、 刚度调节系统及摆体构成, 通过 海浪引起摆体与船体相对运动, 提取海浪能能量, 并将其转化为机械振动能量 ; 重力平衡器, 包括 支架、 摆振子、 弹性机构和轨道 ; 刚度调节系统包 括刚度传递机构和变刚器, 在摆体与船体发生相 对运动时, 刚度调节系统与固定的齿轮座一起为 摆体提供扭转刚度, 与之形成振动吸能系统 ; 通 过对变刚器的刚度调节来改变振动系统的自振周 期, 使其与海浪的周期一致, 实现在海浪激励下振 动系统形成共振, 从而实现吸能效率最高。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权。
3、利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页 CN 102287327 A1/1 页 2 1. 共振波力发电装置, 包括船体、 可控提能装置和发电装置 ; 船体用于承载提能系统和发电装置, 是漂浮于海面上的载体 ; 发电装置将振动产生的机械能通过液压缸转换成液压能, 再由液压能带动液压马达, 通过液压马达带动发电机实现发电 ; 发电装置与固定于船舱的齿轮座通过扇形齿轮连接在 一起 ; 其特征在于 : 所述可控提能装置由重力平衡器、 刚度调节系统和摆体组成 ; 通过海浪 引起摆体与船体相对运动, 提取海浪能能量, 并将其转化为机械振动能量 ; 重力平衡器, 包括支架、 摆振子、 弹性机构和轨道。
4、, 所述轨道是位于上方的固定轨道和 位于下方的活动轨道, 固定轨道固定在支架上不动, 活动轨道通过支铰轴铰接在支架上, 摆 振子与活动轨道刚性连接, 弹性机构跨连在上方的固定轨道和下方的活动轨道之间 ; 所述 弹性机构的上端和下端与固定轨道和活动轨道为滑动或滚动连接 ; 固定轨道是水平直线或 曲线 ; 活动轨道是曲线, 曲线形状通过力平衡方程或能量平衡方程或拓扑优化得到 ; 刚度调节系统包括刚度传递机构和变刚器, 刚度传递机构与固定于船舱的齿轮座通过 扇形齿轮连接在一起, 摆体的运动经刚度传递机构传至变刚器 ; 在摆体与船体发生相对运 动时, 刚度调节系统与固定的齿轮座一起为摆体提供扭转刚度,。
5、 与之形成振动吸能系统 ; 变 刚器调节可改变其刚度输出, 以改变提能系统的自振周期 ; 刚度调节系统和发电装置均置于由重力平衡器摆臂与纵横梁系形成的平台上, 重力平 衡器的支架固定安放在船体上 ; 重力平衡器摆臂和活动轨道的自重、 纵横梁系、 刚度调节系 统以及发电装置构成摆体, 摆体的重力对支铰轴产生的力矩均由重力平衡器平衡。 2. 如权利要求 1 所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 所述的刚度传递机构主要包 括扇形齿轮、 减速器、 齿轮齿条机构, 变刚器主要包括刚度输出端连接器、 薄膜带和刚度调 节机构。 3. 如权利要求 1 所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 摆平台包括纵。
6、横梁系和至少 两个重力平衡器, 多个重力平衡器间的摆振子通过纵横梁系连接在一起形成摆平台。 4. 如权利要求 1 或 2 或 3 所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 摆平台上放置配重 块 ; 重力平衡器摆振子和活动轨道的自重、 纵横梁系、 刚度调节系统、 发电装置和配重块构 成摆体。 权 利 要 求 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A1/7 页 3 共振式波力发电装置 技术领域 0001 本发明旨在提取海浪的能量实现发电。海浪以波动形式存在, 其能量由动能和势 能组成。海浪的动能是指海浪向前推进的能量, 势能是指海浪上下起伏的能量。。
7、海浪的动 能和势能相等。根据海浪的特点, 提取海浪能量最直接的方法是采用振动方式提能。通过 振动方式提取海浪能将其转化为机械能, 再将其转化为液压能, 由液压能带动液压马达再 带动发电机发电。从而实现利用海浪的波力发电。 背景技术 0002 海浪的能量蕴藏量大, 且具有清洁, 可再生, 取之不尽, 不占用陆域资源等优点。 由 于海浪能有规律可循, 因此可以开发利用, 是理想的新能源。与风能和光伏发电相比较, 若 海浪发电成功, 它将有能量输出大, 输出能量稳定, 发电成本低, 且海浪能利用资源丰富。 然 而, 尽管已作了大量的开发利用海浪能技术研究但迄今为止鲜有大功率的海浪发电装置 用于商业运。
8、行。 0003 现有的海浪发电装置主要由提能系统和发电系统两部分构成。由于对提能没有 达成共识, 提出的方案多种多样。但基本上是采用振动原理。若按大类分, 海浪发电装置 的提能系统有 : 振荡水柱式 (OWC) 、 振荡浮子式 (Buoy) 、 摆式(Pendulum)、 鸭式(Duck)、 筏式 (Raft)、 收缩坡道式 (Tapchan)、 蚌式 (Clam) 等。而发电系统主要有 : 通过空气叶轮机带动 发电机发电、 采用低水头发电技术的水轮机带动发电机发电、 通过液压系统的液压马达带 动发电机发电。 0004 波力发电是现在研究的热点, 相关的专利提出超出 1500 件。由于海浪是以。
9、波动形 式存在, 采用振动方式提能最直接。根据振动系统的特性来看, 只有振动系统处于共振状 态时, 其提能效率最高。在非共振状态, 其提能效率较低, 且不平稳。现有的波力发电装置 为了提高发电输出功率都不约而同地增大装置的体量, 提能效率被动地依靠海浪变化而变 化。这样就造成发电装置成本高昂。同时也不适于海浪能量密度较低的提能方式。在现有 的波力发电装置中其发电系统或提能系统均与海水直接接触, 由于腐蚀、 海洋生物污染及 极端海况的破坏等原因, 其生存能力较差。 由于提能效率低和发电系统不能平稳输出电力, 现有的波力发电装置生产的电力品质较差。基于以上问题, 现有的波力发电装置绝大部分 难以实。
10、现商业化运行。 0005 针对海浪的特点, 本发明装置的提出克服了现有其它装置的缺点, 利用追踪海浪 的特性来调整和改变提能系统的特性, 保证提能系统处于共振状态, 实现时刻保证提能系 统最大效率的提取海浪的能量。提能系统为主动式提能。由于提能效率高, 设计结构紧凑, 可大大缩小发电装置的尺寸。实现最大发电功率输出。同时发电装置尺寸较小, 符合海浪 能量密度较低的特性, 可以采用分布式布置, 实现大规模的海上发电。 由于本装置的发电系 统和提能系统安装在船舱内, 均不与海水接触。接触海水的只有发电船船体。因此其生存 能力明显优于现有的其它波力发电装置。由于本装置提能效率高, 且通过能量转换系统。
11、的 控制, 生产出的电力品质高, 商业价值大。 综上优点可见, 相对现有其它波力发电装置, 本装 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A2/7 页 4 置具有提能效率高, 发电功率大, 尺寸小, 造价低, 适应能力强, 生存能力强, 发电品质高等 优点。因此极具商业价值。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种共振波力发电装置, 是利用振动惯性吸能方式提取海浪 的能量实现发电的装置, 提能系统和发电装置均不与海水接触, 具有同时提取海浪的动能 和势能, 并根据海浪的变化实现自动控制, 使提能系统处于共振状态, 实现最大提能, 从而。
12、 实现高效率的发电。 0007 本发明的技术方案是 : 共振波力发电装置, 包括船体、 可控提能装置和发电装置 ; 船体用于承载可控提能装置和发电装置, 是漂浮于海面上的载体 ; 发电装置将振动产生的机械能通过液压缸转换成液压能, 再由液压能带动液压马达, 通过液压马达带动发电机实现发电 ; 发电装置与固定于船舱的齿轮座通过扇形齿轮连接在 一起 ; 其特征在于 : 所述可控提能装置是由重力平衡器、 刚度调节系统及摆体构成, 通过海浪 引起摆体与船体相对运动, 提取海浪能能量, 并将其转化为机械振动能量 ; 重力平衡器, 包括支架、 摆振子、 弹性机构和轨道, 所述轨道是位于上方的固定轨道和 位。
13、于下方的活动轨道, 固定轨道固定在支架上不动, 活动轨道通过支铰轴铰接在支架上, 摆 振子与活动轨道刚性连接, 弹性机构跨连在上方的固定轨道和下方的活动轨道之间 ; 所述 弹性机构的上端和下端与固定轨道和活动轨道为滑动或滚动连接 ; 固定轨道是水平直线或 曲线 ; 活动轨道是曲线, 曲线形状通过力平衡方程或能量平衡方程或拓扑优化得到 ; 刚度调节系统包括刚度传递机构和变刚器, 刚度传递机构的作用是联系变刚器与摆 体 ; 刚度传递机构与固定于船舱的齿轮座通过扇形齿轮连接在一起, 摆体的运动经刚度传 递机构传至变刚器 ; 在摆体与船体发生相对运动时, 刚度调节系统与固定的齿轮座一起为 摆体提供扭转。
14、刚度, 与之形成振动吸能系统 ; 变刚器调节可改变其刚度输出, 以改变提能系 统的自振周期 ; 刚度调节系统与固定于船舱的齿轮座通过扇形齿轮连接在一起 ; 摆体的运动经扇形齿 轮、 减速器、 齿轮齿条机构传至变刚器刚度输出的连接器, 连接器与薄膜带相连接 ; 在摆体 与船体发生相对运动时, 刚度调节系统与固定的齿轮座一起为摆体提供扭转刚度, 与之形 成振动吸能系统 ; 变刚器的薄膜带刚度调节端的连接器连接刚度调节机构 ; 通过对变刚器 的刚度调节来改变振动系统的自振周期, 使其与海浪的周期一致, 实现在海浪激励下振动 系统形成共振, 从而实现吸能效率最高 ; 刚度调节系统和发电装置均置于重力平。
15、衡器摆臂与纵横梁系构成的平台上, 重力平衡 器的支架固定安放在船体上 ; 重力平衡器摆臂和活动轨道的自重、 纵横梁系、 刚度调节系统 以及发电装置构成摆体, 摆体的重力对支铰轴产生的力矩均由重力平衡器平衡。 0008 因此、 摆体可以 “悬浮” 在船舱内。海浪上下起伏导致船体随之起伏 (势能) , 及海 浪前进引起船体前倾后仰的摆动 (动能) 均能使摆体与船舱产生较大的相对运动。这种运动 将产生相对惯性力。 惯性力的大小与摆体对支铰轴的惯性矩及船体上下起伏和前后摆动加 速度有关。摆体的惯性矩越大, 由海浪引起船体运动带来的惯性力就越大。摆体上的质量 将有效提供惯性力。该布置可以紧凑结构空间, 。
16、有效利用设备自身质量带来的惯性力用于 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A3/7 页 5 发电, 不用或减少配重块的质量。 0009 如上所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 所述的刚度传递机构主要包括扇形 齿轮、 减速器、 齿轮齿条机构, 变刚器主要包括刚度输出端连接器、 薄膜带和刚度调节机构。 该刚度调节系统中的变刚器, 比现有的变刚器简单、 可靠, 调节方便。 0010 如上所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 摆平台包括纵横梁系和至少两个重 力平衡器, 多个重力平衡器间的摆振子 (或称摆臂) 通过纵横梁系连接在一起形。
17、成摆平台。 采用重力平衡器数量多少与摆体的重量有关。摆体的质量越大获得的惯性力矩越大, 所需 要的重力平衡器数量也越多。可以在摆平台上放置多台发电装置。 0011 如上所述的共振波力发电装置, 其特征在于 : 纵横梁系构成的平台上放置配重块 ; 重力平衡器摆振子和活动轨道的自身质量、 纵横梁系、 刚度传递机构、 变刚器、 发电装置和 配重块构成摆体。其优点是 : 可以放宽对摆振子和活动轨道的自重、 纵横梁系、 变刚器和发 电装置的重量设计要求, 用配重来弥补摆体重量不够的问题。 0012 重力平衡器的活动轨道与摆臂刚性连接, 其固定轨道与船舱固定连接, 中间由弹 性机构将活动轨道和固定轨道联系。
18、在一起。其主要作用用于平衡摆体的重力对摆的影响。 0013 刚度调节系统主要作用是为摆体提供刚度, 与之形成可控振动吸能系统。通过对 变刚器的刚度调节, 可改变振动系统的自振周期, 使其与海浪的周期一致。 实现在海浪激励 下振动系统形成共振。从而实现吸能效率最高。刚度调节系统与固定于船舱的齿轮座通过 齿轮连接在一起。在摆与船舱发生相对运动时, 刚度调节系统与固定的齿轮座一起为系统 提供扭转刚度。 0014 变刚器中的刚度调节机构包括连接器、 自锁式液压千斤顶、 电机。 薄膜带刚度调节 端通过连接器与自锁式液压千斤顶的活塞杆连接, 在电机的驱动下, 液压千斤顶的活塞发 生运动, 以改变薄膜带上的。
19、张力大小, 从而改变刚度输出端的输出刚度。 0015 发电装置是将振动产生的机械能通过液压缸转换成液压能, 再由液压能带动液压 马达, 通过液压马达带动发电机实现发电。发电装置均安放在摆平台上。摆平台与船体的 相对运动可通过固定的齿轮座与摆平台上的齿轮实现带动液压缸活塞运动。 液压缸输出的 流体通过管道进入液压马达带动发电机发电。由于液压缸输出的流量并不稳定, 需在液压 缸和液压马达之间设置蓄能器。蓄能器的作用是在液压缸输出流量多于发电要求时, 多余 流体进入蓄能器储存起来。在液压缸供应的流量少于发电需求时, 由蓄能器补充流体。从 而实现稳定发电。实现稳定发电还需在蓄能器与液压马达之间串入稳压。
20、节流阀。以稳定输 入到液压马达的流量和压力。液压缸出口处和进口处设置止回角阀, 起到保压作用。由于 海浪时常会发生变化, 发电机采用异步发电机, 可以根据需求调节其输出功率。 0016 发电功率与摆体对支铰轴惯性矩成正比。实际制作时需提高摆体的惯性矩。为了 紧凑结构和有效利用装置的自身质量, 增大摆体的惯性矩, 将刚度调节系统和发电装置及 重力平衡器 (部分) 全部布置悬挂在摆振子上。在设备提供的惯性矩没达到设计要求时, 通 过配重块调整达到设计值。 0017 本发明的优点是 : 根据海浪的特点及力学原理发明的共振波力发电装置, 该装置 可以同时提取海浪的动能和势能, 并根据海浪的变化实现自动。
21、控制, 使提能系统处于共振 状态, 实现最大提能, 从而实现高效率的发电。 由于本发电装置的提能系统和发电装置均不 与海水接触, 工作时可处于密闭状态, 其生存能力很强, 适用于恶劣海况及离岸较远的海域 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A4/7 页 6 发电。 由于可以高效稳定提能, 其发电输出稳定, 生产的电力品质高。 由于实现了高效提能, 整个发电装置体积较小, 可以实现分布式发电。 发电装置为漂浮式, 可自动调节海浪的入射 角, 不需要大规模的土木工程, 其造价低廉。在设计中考虑了现有技术水平, 发电设备均为 现有成熟技术,。
22、 易实现商业化。综以上优点, 本发电装置的商业价值有明显的优势。 附图说明 0018 图 1 本发明的实施例的共振式波力发电装置俯视图。 0019 图 2 重力平衡器轴承座 A 向视图。 0020 图 3 重力平衡器俯视图。 0021 图 4 重力平衡器摆臂 C-C 剖视图。 0022 图 5 重力平衡器中平衡装置 I 的主视图。 0023 图 6 重力平衡器中平衡装置 II 的主视图。 0024 图 7 刚度调节系统俯视图。 0025 图 8 刚度调节系统 D-D 向剖视图。 0026 图 9 刚度调节系统 E-E 向剖视图。 0027 图 10 刚度调节系统 F-F 向剖视图。 0028 。
23、图 11 发电装置俯视图 。 0029 图 12 发电装置 G-G 向剖视图。 0030 图 13 发电装置 H-H 向剖视图。 具体实施方式 0031 图1中的标记说明 : 重力平衡器1 ; 刚度调节系统2 ; 发电装置3 ; 液压源4 ; 纵横梁 系 5 ; 配重 6。 0032 图 2 中的标记说明 : 支铰轴 1.1, 轴承座 1.2。 0033 图 3 中的标记说明 : 第二活动轨道 1.3, 第一活动轨道 1.4, 摆臂 1.5。 0034 图 4 中的标记说明 : 支铰轴上键 1.6 ; 摆臂轴承座 1.24。 0035 图 5 中的标记说明 : 活动轨道滚轮 1.7、 固定变轨。
24、器 1.8, 下滚轮轴 1.9, 下连接件 1.10, 弹簧 1.11, 上连接件 1.12, 固定轨道滚轮 1.13, 上滚轮轴 1.14, 固定轨道 1.15。 0036 图 6 中标记的说明 : 活动变轨器 1.16, 下滚轮轴 1.17, 活动轨道滚轮 1.18, 下连接 件 1.19, 弹簧 1.20, 上连接件 1.21, 上滚轮轴 1.22、 固定轨道滚轮 1.23。 0037 图 7 中标记的说明 : 齿轮支座 2.1, 双扇形齿轮 2.2, 双扇形齿轮支撑轴 2.3, 轴承 座 2.4, 单扇形齿轮 2.5, 传动轴 2.6, 轴承座 2.7, 圆柱支撑件 2.8, 自锁式液。
25、压千斤顶 2.9, 电动机2.10, 导辊2.11, 齿条2.12, 齿轮2.13, 连接器2.14, 碳纤薄膜带2.15、 液压管2.16。 0038 图 9 中标记的说明 : 扇形齿轮键 2.17, 键 2.18。 0039 图 10 中标记的说明 : 键 2.19, 支座 2.20。 0040 图 11 中标记的说明 : 增速器 3.1, 齿轮 3.2, 齿轮 3.3, 传动轴 3.4, 轴承座 3.5, 液 压缸3.6, 止回角阀3.7, 液压管线3.8, 齿条3.9, 齿轮3.10, 传动轴3.11, 轴承座3.12, 蓄能 器 3.13, 稳压截流阀 3.14, 液压马达 3.15。
26、, 异步发电机 3.16 图 12 中标记的说明 : 键 3.17。 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A5/7 页 7 0041 图 13 中标记的说明 : 键 3.18。 0042 实施例 1。 0043 两个重力平衡器的实施例参见图 1。本实施例由六部分组成 : 船体、 摆平台 (即摆 式发电平台) 、 配重块 6、 重力平衡器 1、 刚度调节系统 2 和发电装置 3 组成。 0044 摆平台由两个重力平衡器 1 及连接重力平衡器摆臂的纵横梁系 5 构成。摆平台也 可以只包括一个重力平衡器或包括两个以上的重力平衡器。 0045。
27、 重力平衡装置的详细结构本人已经在 201120233912.5“重力平衡器” 专利申请 中做了说明, 其结构是 : 重力平衡器, 包括支架、 摆振子和弹性机构, 其特征在于 : 还包括轨 道, 所述轨道是位于上方的固定轨道和位于下方的活动轨道, 固定轨道固定在支架上不动, 活动轨道通过支铰轴铰接在支架上, 摆振子与活动轨道刚性连接, 弹性机构跨连在上方的 固定轨道和下方的活动轨道之间 ; 所述弹性机构的上端和下端与固定轨道和活动轨道为滑动或滚动连接 ; 固定轨道是水平直线或曲线 ; 活动轨道是曲线, 曲线形状通过力平衡方程或能量平衡 方程或拓扑优化得到。 0046 重力平衡器 1 用于平衡摆。
28、平台上悬挂摆体的重力, 所述的摆体由摆臂 1.5(图 3) 、 摆臂的纵横梁系 5、 配重块 6、 重力平衡器 1、 刚度调节系统 2 和发电装置 3 构成。 0047 参见图5和图6, 本实施例中, 重力平衡器1是由平衡装置和摆臂 (即摆振子) 构成, 平衡装置由第二活动轨道 1.3、 第一活动轨道 1.4 和固定轨道 1.15、 弹簧机构、 固定变轨器 1.8 和活动变轨器 1.16 组成。参见图 5, 平衡装置 I 由活动轨道 1.4 和固定轨道 1.15、 第 一弹簧机构和固定变轨器 1.8 构成。参见图 6, 平衡装置 II 由第二活动轨道 1.3、 固定轨道 1.15、 第二弹簧机。
29、构和活动变轨器 1.16 构成。 0048 固定轨道1.15与船体刚性连接。 两个活动轨道和摆臂1.5由支铰轴1.1支撑。 通 过支铰轴上键 1.6 及前端铆接, 将两个活动轨道与摆臂刚性连接在一起, 使活动轨道与摆 臂形成刚性连接。支铰轴通过轴承座 1.2 (图 2) 与船体连接。图 5 所示, 第一弹簧机构由活 动轨道滚轮 1.7、 下滚轮轴 1.9、 下连接件 1.10、 弹簧 1.11、 上连接件 1.12, 上滚轮轴 1.14、 固定轨道滚轮1.13构成 ; 图6所示, 第二弹簧机构由活动轨道滚轮1.18、 下滚轮轴1.17、 下 连接件 1.19、 弹簧 1.20、 上连接件 1.。
30、21, 上滚轮轴 1.22、 固定轨道滚轮 1.23 构成。轨道上 的滚轮可以在轨道上自由滚动和移动。固定轨道和活动轨道通过弹簧机构联系。在摆体绕 支铰轴 1.1 摆动过程, 弹簧机构在固定与活动轨道间移动。弹簧机构在移动过程, 其弹簧伸 长量和位置均发生变化, 由弹簧机构对支铰轴 1.1 产生的力矩与摆体重力对支铰轴产生的 力矩平衡, 保证摆体 “悬浮” , 消除重力对其影响。 用于构成平衡装置的活动轨道分为第一活 动轨道 1.4 和第二活动轨道 1.3 两段, 通过固定变轨器 1.8 和活动变轨器 1.16 分段实现对 重力的平衡。即 : 当摆体向上运动越过水平位置时, 固定变轨器 1.8。
31、 持住活动轨道 1.4 上 的滚轮, 使第弹簧机构与活动轨道 1.4 脱离连接, 而由活动变轨器 1.16 持住的滚轮进入 第 2 活动轨道 1.3, 由固定轨道、 第二弹簧机构、 第二活动轨道 1.3 构成平衡器, 实现与摆体 的重力平衡 ; 当摆体向下运动越过水平位置时, 活动变轨器 1.16 持住第 2 活动轨道 1.3 上 的滚轮, 使第 2 弹簧机构与第 2 活动轨道 (1.3) 脱离连接, 而由固定变轨器 1.8 持住的滚轮 进入活动轨道 1.4, 由固定轨道、 第弹簧机构、 活动轨道 1.4 构成平衡器, 实现与摆体的重 力平衡。 说 明 书 CN 102287315 ACN 1。
32、02287315 A CN 102287327 A6/7 页 8 0049 刚度调节系统 2 与摆体构成振动系统, 由变刚器提供刚度。刚度调节系统主要包 括扇形齿轮、 减速器、 齿轮齿条机构构成的刚度传递机构和连接器、 薄膜带和刚度调节机构 组成的变刚器。参见图 7, 刚度传递机构是由齿轮支座 2.1、 双扇形齿轮 2.2, 双扇形齿轮支 撑轴 2.3 及其轴承座 2.4、 单扇形齿轮 2.5 及其传动轴 2.6 和轴承座 2.7, 齿轮 2.13, 齿条 2.12 及其导辊 2.11 组成 ; 变刚器由连接器 2.14, 碳纤薄膜带 2.15、 自锁式液压千斤顶 2.9 及电动机 2.10 。
33、组成。 0050 所述的扇形齿轮是双扇形齿轮 2.2 ; 减速器包括双扇形齿轮 2.2、 单扇形齿轮 2.5 及其传动轴 2.6 和轴承座 2.7 ; 齿轮齿条机构包括齿轮 2.13, 齿条 2.12 及其导辊 2.11 ; 所述薄膜带是碳纤薄膜带 2.15 ; 刚度调节机构包括连接器 2.14、 自锁式液压千斤顶 2.9 及电动机 2.10。 0051 齿轮支座 2.1 固定在船体上, 其上齿轮的轴心与重力平衡器支铰轴 1.1 的轴心在 同一轴线上 (图 1) 。双扇形齿轮 2.2 由双扇形齿轮支撑轴 2.3 支撑, 通过 2 个轴承座 2.4 固 定在摆平台上。 双扇形齿轮的左端与齿轮支座。
34、啮合, 在摆平台作用下带动双扇形齿轮转动, 通过其半径比减小摆平台的摆幅输出。单扇形齿轮 2.5 由传动轴 2.6 支撑, 由两个固定在 摆平台上的轴承座 2.7 支撑。单扇形齿轮 2.5 通过键 2.18 与传动轴 2.6 连接, 齿轮 2.13 由传动轴2.6支撑, 并通过键2.19与传动轴2.6连接, 以保证运动的传递, 并保证齿轮2.13 与单扇形齿轮 2.5 转动同步。单扇形齿轮 2.5 与双扇形齿轮 2.2 的右端齿轮啮合。双扇形 齿轮转动带动单扇形齿轮转动, 通过其间半径比进一步减小输出转角。单扇形齿轮带动传 动轴 2.6 转动, 由其传递带动齿轮 2.13。齿条 2.12 由 。
35、4 个导辊 2.11 支撑, 导辊由 2 个固定 在摆平台上的支座 2.20 支撑。齿条 2.12 的右端由连接器 2.14 与张紧的碳纤薄膜带 2.15 线接触连接。碳纤薄膜带 2.15 安放在与摆平台固定的 2 个圆柱支撑件 2.8 上。齿条 2.12 与齿轮 2.13 啮合, 由齿轮 2.13 运动带动齿条 2.12, 将旋转运动转成直线运动。齿条 2.12 的运动带动刚度输出端连接器2.14引起碳纤薄膜带2.15变形, 从而产生弹性恢复力, 实现 为提能系统提供刚度。碳纤薄膜带 2.15 刚度调节端通过连接器 2.14 与固定在摆平台上的 自锁式液压千斤顶 2.9 的活塞连接, 自锁式。
36、液压千斤顶 2.9 由电动机 2.10 带动。通过液压 千斤顶活塞运动来改变碳纤薄膜带 2.15 上的张力, 在碳纤薄膜带 2.15 上的张力达到预设 值后, 由液压千斤顶上的自锁机构锁定活塞的位置, 保持碳纤薄膜带 2.15 上的张力。变刚 器是利用刚化效应实现变刚作用, 其刚度与碳纤薄膜带 2.15 上的张力有关。碳纤薄膜带上 张力越大, 它提供的刚度也越大。在齿条 2.12 引起碳纤薄膜带的变形较小时, 碳纤薄膜带 提供的刚度为线性刚度。因此、 需将大幅度摆平台的运动缩减到小幅运动。 0052 参见图 11, 发电装置 3 是整个装置实现发电的部分, 它的构成为齿轮支座 3.3, 齿 轮。
37、3.2, 传动轴3.4, 轴承座3.5, 增速器3.1, 传动轴3.11, 轴承座3.12, 齿轮3.10, 齿条3.9, 液压缸 3.6, 止回角阀 3.7, 液压管线 3.8, 蓄能器 3.13, 稳压截流阀 3.14, 液压马达 3.15 和 异步发电机 3.16。齿轮座 3.3 固定在船体上, 其上齿轮的轴心与重力平衡器支铰轴 1.1 的 轴心在同一轴线上。齿轮 3.2 通过键 3.18 与传动轴 3.4 连接。传动轴 3.4 一端由固定在 摆平台的轴承座 3.5 支撑, 另一端与增速器 3.1 连接。齿轮 3.2 与齿轮支座 3.3 啮合, 在摆 平台摆动时, 齿轮 3.3 发生转动。
38、, 并带动传动轴 3.4 转动。其转动输出到增速器 3.1。增速 器 3.1 固定在摆平台上, 其输出端与传动轴 3.11 连接, 传动轴 3.11 由固定在摆平台上的 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A7/7 页 9 2 个轴承座 3.12 支撑, 齿轮 3.10 通过键 3.17 与传动轴 3.11 连接。增速器 3.1 带动传动 轴 3.11 转动, 并由传动轴 3.11 带动齿轮 3.10 转动。齿条 3.9 与 2 个液压缸 3.6 的活塞联 接。齿条 3.9 与齿轮 3.10 啮合, 由齿轮 3.10 带动齿条 3.9。
39、 作往复直线运动, 从而带动液压 缸 3.6 内活塞作往复运动。在液压缸内活塞作往复运动时, 将液压缸内液体打入液压管道 3.8, 液体流动带动液压马达 3.15 转动, 再由液压马达带动异步发电机发电。液压缸 3.6 输 出的流量不稳定, 在液压缸 3.6 与液压马达 3.15 之间串入蓄能器 3.13 和稳压节流阀, 保证 输入到液压马达的流量恒定, 实现发电稳定输出。管路 3.8 上设置的止回阀 3.7 作用是防 止液体倒流和保压。 0053 安放在摆平台上的液压源4是为3个液压缸提供液压源。 配重6提供摆体的质量。 0054 设计摆臂长10m, 摆体重10T, 在浪高2m, 周期为3s。
40、的海浪作用下, 理论计算可实现 2.8Mw 以上的能量输出。 0055 本发明的实施例 2 : 本发明的刚度调节系统中, 变刚器也可以采用现有技术, 只要 能够起到提供可调节的刚度, 都可以用于本发明之中。 但是, 这些现有技术都不及本发明实 施例 1 中使用的变刚器简单、 可靠。现有技术的变刚器, 举例如下 : 变刚度弹性系统模拟装置 (ZL200410093082.5) , 提出一种变刚弹性系统模拟装置, 利用多种限制器件, 使弹性系统的弹性特性满足变刚要求 ; 变刚度调节控制装置 (ZL03250373.3) 采用调节悬臂梁的悬臂端长度调节输出的刚 度。 0056 变刚度调节型橡胶隔振器。
41、 (ZL200720076571.9) 通过改变橡胶体的受力状态改 变其刚度。 0057 一种变刚度螺旋扭力弹簧 (ZL200610147349.3) 利用弹簧的组合实现变刚。 0058 一种螺旋压缩弹簧的多级变刚度结构 (ZL200610030823.4) 利用弹簧组合实现 变刚。 0059 本发明的实施例 3 : 本实施例由五部分组成 : 船体、 重力平衡器 1, 摆平台、 刚度调 节系统 2 和发电装置 3 组成。摆平台只包括一个重力平衡器和一个纵横梁系, 刚度调节系 统 2 和发电装置 3 分别放置在摆臂两边的纵横梁系上, 平衡放置。 0060 本发明的实施例 4 : 本实施例的特点是。
42、有多个重力平衡器 1, 每两个重力平衡器间 都有纵横梁系, 其上都放置发电装置 3。 0061 具体实施方式中的实施例只是实现本发明权利要求技术方案的部分例子, 通过全 文表述的技术思想和具体实施方式给出的指引, 结合本技术领域的常识所做的多种变形都 应包含在本发明的保护范围内。 说 明 书 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A1/5 页 10 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A2/5 页 11 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A3/5 页 12 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A4/5 页 13 图 10 图 11 图 12 说 明 书 附 图 CN 102287315 ACN 102287315 A CN 102287327 A5/5 页 14 图 1 说 明 书 附 图 CN 102287315 ACN 102287315 A 。