本发明专利技术涉及一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法，装置由四个浮力‑发电系统及两个电力存储控制系统构成。浮球漂浮于水面，与外壳之间存在相对位移，浮球随波浪上下运动时带动动力输入杆上下运动，再通过杠杆带动动力输出杆运动，最终带动位移放大接收杆运动。相邻两个浮球发生反向运动时，在位移放大接收杆两端产生相反方向的旋转运动，实现了单侧位移的叠加放大。浮球运动带动上部与下部发电模块运动，产生的电能储存于蓄电器，同时向远程信号控制箱提供电能以控制单向阀的开合，调整装置的配重，以避开大风浪的作用。
A device and method of wave energy generation based on differential lever principle
【技术实现步骤摘要】
一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法
本专利技术属于新能源开发与利用
，具体涉及一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法。
技术介绍
能量转换与利用主要是指把环境中的能量，如机械能、光能、电磁能和热能等，捕获后转化为电能为人类生活所用的技术。能量捕获对于实现电能自供给和满足快速增长的电能需求具有重要意义。其中，机械能具有较高的能量密度，且不受昼夜、天气和设备封装的限制，属于一种理想的能量源。海洋蕴藏着巨大的能量，其中波浪具有循环可再生、总运动能量大的特点，是新能源开发利用的主要对象之一。然而波浪的升沉起伏运动不规则，如何有效捕获起伏不一的波浪能是波浪发电技术的重要前提。发电装置离不开传动机构，用于运动、力和能量的传递或转换。而要使得在小波幅的波浪作用下也能有明显的传动响应，则需要将微小位移放大。常见的微位移放大机构有多级杠杆放大、差式杠杆放大、多连杆放大、三角放大等结构形式。目前大多数机械能捕获装置只能从特定的方向收集能量，没有采用高效的机构连接形式。因此，针对波浪运动的不规则特性，设计出一种微位移放大的波浪能捕获装置显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是针对波浪运动不规则的特点及当前
技术介绍
中提出的不足，提出一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成。四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球、上部发电模块和下部发电模块构成。每个浮球被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球下部开有供两个动力输入杆插入的盲孔，相邻两个浮球之间由上部发电模块连接，在浮球上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆。上部发电模块由一个保护套、两个伸缩节、两个旋转接头连接杆、两个旋转接头和滑动式发电组件构成，保护套为一长方体箱体结构；两个伸缩节为圆筒形结构，分别固定于保护套的两端，伸缩节的轴线与保护套长边平行；两个旋转接头连接杆轴线与伸缩节轴线重合，一端固定于伸缩节外端面，一端连接有旋转接头；旋转接头套装在旋转接头固定杆上，可绕旋转接头固定杆轴线自由旋转；滑动式发电组件位于保护套内部，由磁铁、U型滑轨线圈、导体滑棒组成，两块磁铁分别处于保护套内部的上下两侧，相向布置且相对的两块磁铁磁性相反；U型滑轨线圈位于两块磁铁正中间，U型滑轨线圈中部开有供导体滑棒自由滑动的滑轨，滑轨其中一端为盲端。下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成。位移放大组件由一根位移放大接收杆、两根动力输入杆、两根杠杆、两个支座、两根动力输出杆及柔性短接组成；位移放大接收杆为一长方体，其轴线与保护套长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆垂直放置，其下端通过柔性短接与位移放大接收杆端部相连，而上端通过柔性短接与杠杆端部相连；两根杠杆对称布置，杠杆为长方柱体，杠杆轴线与位移放大接收杆轴线平行，杠杆一端通过柔性短接与动力输出杆相连，杠杆另一端通过柔性短接与动力输入杆连接，杠杆中部靠近动力输出杆的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆轴线垂直；支座的转轴穿过杠杆上的通孔后固定在支撑板上端，使杠杆可绕支座在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆垂直布置，其下端连接杠杆，而上端通过柔性短接插入到浮球下部的盲孔中固定；动力输入杆、杠杆、动力输出杆、位移放大接收杆均位于同一铅直平面。固定支撑组件包括两块支撑板和两根固定横杆。支撑板上端与支座通过焊接固定，支撑板下端固定于外壳内底面，支撑板下部开有供固定横杆穿过的水平通孔；固定横杆一端穿过支撑板上的通孔后通过螺钉与支撑板连接，另一端连接一块磁铁。转动式发电组件包括两个框式线圈和两块磁铁。水平布置的框式线圈固定在位移放大接收杆的两端；磁铁与固定横杆相连，相对的两块磁铁磁极布置相反。电力存储控制系统由外壳、蓄电器和水位控制组件构成。外壳为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳上表面开有供动力输入杆穿过的通孔，通孔与动力输入杆之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆可以上下自由滑动，外壳内底面设有固定支撑板的凹槽；蓄电器固定于外壳内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电。水位控制组件包括远程信号控制箱、水位控制箱、抽水泵、进水管、出水管和单向阀。远程信号控制箱由蓄电器供电，远程信号控制箱通过电线连接抽水泵、出水管上的单向阀和进水管上的单向阀；水位控制箱为一密闭的箱式容器；进水管一端连接水位控制箱，另一端穿过外壳上的通孔伸至海水中，在外壳内部的进水管上安装有一个单向阀；出水管一端连接水位控制箱，另一端经过抽水泵后穿过外壳上的通孔伸至海水中，在抽水泵出口与外壳间的出水管上安装有一个单向阀。采用所述的基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置提供一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的方法。整个装置布置于海面上，呈正方形分布，浮球因浮力作用漂浮于水面，四个浮球位于正方形的四个顶点；由于外壳上表面开有供动力输入杆穿过的通孔，通孔与动力输入杆之间采用密封轴承密封，当波浪引起海面起伏时，浮球带动动力输入杆上下自由运动，而外壳及其内部构件在重力作用与水位控制箱的调控下位于水面下方，处于相对静止状态，因此浮球与外壳之间存在相对位移。上部发电模块发电的方法：海面出现波浪时，浮球随波浪上下运动，因波浪存在一定的波长，相邻两个浮球间的起伏运动不一致，导致浮球之间存在高差，与旋转接头相连的旋转接头连接杆带动伸缩节和保护套向其中一个浮球倾斜，保护套内部的导体滑棒在倾斜状态下受重力作用沿U型导轨线圈滑动，在磁场中切割磁感线产生电能；当浮球上下运动时，伸缩节补偿吸收保护套轴向的伸缩变形，防止设备损坏。下部发电模块位移放大及发电的方法：波浪引起浮球上下运动，当浮球垂直向上运动h1，带动动力输入杆向上运动h1，在杠杆作用下动力输出杆向下运动h1·x1/x2，其中x1是动力输入端的力臂长度，x2是动力输出端的力臂长度，动力输出杆带动位移放大接收杆一端向下运动h1·x1/x2；同理，浮球垂直向下运动h2导致位移放大接收杆另一端向上运动h2·x1/x2；相邻两个浮球发生反向运动时，在位移放大接收杆两端产生相反方向的旋转运动，其叠加后的位移为h1·x1/x2+h2·x1/x2，实现了单侧位移的叠加放大。由于框式线圈与位移放大接收杆属于刚性连接，所以线圈运动位移同样为h1·x1/x2+h2·x1/x2，因此线圈内的磁通量在一次波浪升沉运动中变化更多，产生更多的电能。上部发电模块与下部发电模块产生的电能通过电线传输至蓄电器，蓄电器向远程信号控制箱提供电能以控制单向阀的开合状态。当海面出现大风浪时，远程信号控制箱接收信号，打开进水管上的单向阀，关闭抽水泵和出水管上的单向阀，通过压差作用向水位控制箱内部注入海水，增加整个装置的配重，使装置沉入水面以下免受海面大风浪的影响；大风浪过去后，远程信号控制箱接收信号，关闭进水管上的单向阀，打开抽水泵和出水管上的单向阀，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置，由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成；四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球(2)、上部发电模块和下部发电模块构成；每个浮球(2)被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球(2)下部开有供两个动力输入杆(11)插入的盲孔，相邻两个浮球(2)之间由上部发电模块连接，在浮球(2)上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆(6)；上部发电模块由一个保护套(3)、两个伸缩节(4)、两个旋转接头连接杆(7)、两个旋转接头(5)和滑动式发电组件构成；保护套(3)为一长方体箱体结构，两个伸缩节(4)为圆筒形结构，分别固定于保护套(3)的两端，伸缩节(4)的轴线与保护套(3)长边平行；两个旋转接头连接杆(7)轴线与伸缩节(4)轴线重合，一端固定于伸缩节(4)外端面，一端连接有旋转接头(5)；旋转接头(5)套装在旋转接头固定杆(6)上，可绕旋转接头固定杆(6)轴线自由旋转；下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成；位移放大组件由一根位移放大接收杆(18)、两根动力输入杆(11)、两根杠杆(12)、两个支座(15)、两根动力输出杆(13)及柔性短接(14)组成；位移放大接收杆(18)为一长方体，其轴线与保护套(3)长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆(13)垂直放置，其下端通过柔性短接(14)与位移放大接收杆(18)端部相连，而上端通过柔性短接(14)与杠杆(12)端部相连；两根杠杆(12)对称布置，杠杆(12)为长方柱体，杠杆(12)轴线与位移放大接收杆(18)轴线平行，杠杆(12)一端通过柔性短接(14)与动力输出杆(13)相连，杠杆(12)另一端通过柔性短接(14)与动力输入杆(11)连接，杠杆(12)中部靠近动力输出杆(13)的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆(12)轴线垂直；支座(15)的转轴穿过杠杆(12)上的通孔后固定在支撑板(16)上端，使杠杆(12)可绕支座(15)在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆(11)垂直布置，其下端连接杠杆(12)，而上端通过柔性短接(14)插入到浮球(2)下部的盲孔中固定；动力输入杆(11)、杠杆(12)、动力输出杆(13)、位移放大接收杆(18)均位于同一铅直平面；固定支撑组件包括两块支撑板(16)和两根固定横杆(17)；支撑板(16)上端与支座(15)通过焊接固定，支撑板(16)下端固定于外壳(1)内底面，支撑板(16)下部开有供固定横杆(17)穿过的水平通孔；电力存储控制系统由外壳(1)、蓄电器(21)和水位控制组件构成；外壳(1)为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳(1)上表面开有供动力输入杆(11)穿过的通孔，通孔与动力输入杆(11)之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆(11)可以上下自由滑动，外壳(1)内底面设有固定支撑板(16)的凹槽；蓄电器(21)固定于外壳(1)内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电；水位控制组件包括远程信号控制箱(24)、水位控制箱(22)、抽水泵(23)、进水管(26)、出水管(27)和单向阀(25)；远程信号控制箱(24)由蓄电器(21)供电，远程信号控制箱(24)通过电线(20)连接抽水泵(23)、出水管(27)上的单向阀(25)和进水管(26)上的单向阀(25)；水位控制箱(22)为一密闭的箱式容器；进水管(26)一端连接水位控制箱(22)，另一端穿过外壳(1)上的通孔伸至海水中，在外壳(1)内部的进水管(26)上安装有一个单向阀(25)；出水管(27)一端连接水位控制箱(22)，另一端经过抽水泵(23)后穿过外壳(1)上的通孔伸至海水中，在抽水泵(23)出口与外壳(1)间的出水管(27)上安装有一个单向阀(25)；其特征在于：所述的滑动式发电组件位于保护套(3)内部，由磁铁(8)、U型滑轨线圈(9)、导体滑棒(10)组成，两块磁铁(8)分别处于保护套(3)内部的上下两侧，相向布置且相对的两块磁铁(8)磁性相反；U型滑轨线圈(9)位于两块磁铁(8)正中间，U型滑轨线圈(9)中部开有供导体滑棒(10)自由滑动的滑轨，滑轨其中一端为盲端；所述的固定横杆(17)一端穿过支撑板(16)上的通孔后通过螺钉与支撑板(16)连接，另一端连接一块磁铁(8)；转动式发电组件包括两个框式线圈(19)和两块磁铁(8)，水平布置的框式线圈(19)固定在位移放大接收杆(18)的两端；磁铁(8)与固定横杆(17)相连，相对的两块磁铁(8)磁极布置相反。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置，由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成；四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球(2)、上部发电模块和下部发电模块构成；每个浮球(2)被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球(2)下部开有供两个动力输入杆(11)插入的盲孔，相邻两个浮球(2)之间由上部发电模块连接，在浮球(2)上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆(6)；上部发电模块由一个保护套(3)、两个伸缩节(4)、两个旋转接头连接杆(7)、两个旋转接头(5)和滑动式发电组件构成；保护套(3)为一长方体箱体结构，两个伸缩节(4)为圆筒形结构，分别固定于保护套(3)的两端，伸缩节(4)的轴线与保护套(3)长边平行；两个旋转接头连接杆(7)轴线与伸缩节(4)轴线重合，一端固定于伸缩节(4)外端面，一端连接有旋转接头(5)；旋转接头(5)套装在旋转接头固定杆(6)上，可绕旋转接头固定杆(6)轴线自由旋转；下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成；位移放大组件由一根位移放大接收杆(18)、两根动力输入杆(11)、两根杠杆(12)、两个支座(15)、两根动力输出杆(13)及柔性短接(14)组成；位移放大接收杆(18)为一长方体，其轴线与保护套(3)长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆(13)垂直放置，其下端通过柔性短接(14)与位移放大接收杆(18)端部相连，而上端通过柔性短接(14)与杠杆(12)端部相连；两根杠杆(12)对称布置，杠杆(12)为长方柱体，杠杆(12)轴线与位移放大接收杆(18)轴线平行，杠杆(12)一端通过柔性短接(14)与动力输出杆(13)相连，杠杆(12)另一端通过柔性短接(14)与动力输入杆(11)连接，杠杆(12)中部靠近动力输出杆(13)的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆(12)轴线垂直；支座(15)的转轴穿过杠杆(12)上的通孔后固定在支撑板(16)上端，使杠杆(12)可绕支座(15)在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆(11)垂直布置，其下端连接杠杆(12)，而上端通过柔性短接(14)插入到浮球(2)下部的盲孔中固定；动力输入杆(11)、杠杆(12)、动力输出杆(13)、位移放大接收杆(18)均位于同一铅直平面；固定支撑组件包括两块支撑板(16)和两根固定横杆(17)；支撑板(16)上端与支座(15)通过焊接固定，支撑板(16)下端固定于外壳(1)内底面，支撑板(16)下部开有供固定横杆(17)穿过的水平通孔；电力存储控制系统由外壳(1)、蓄电器(21)和水位控制组件构成；外壳(1)为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳(1)上表面开有供动力输入杆(11)穿过的通孔，通孔与动力输入杆(11)之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆(11)可以上下自由滑动，外壳(1)内底面设有固定支撑板(16)的凹槽；蓄电器(21)固定于外壳(1)内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电；水位控制组件包括远程信号控制箱(24)、水位控制箱(22)、抽水泵(23)、进水管(26)、出水管(27)和单向阀(25)；远程信号控制箱(24)由蓄电器(21)供电，远程信号控制箱(24)通过电线(20)连接抽水泵(23)、出水管(27)上的单向阀(25)和进水管(26)上的单向阀(25)；水位控制箱(22)为一密闭的箱式容器；进水管(26)一端连接水位控制箱(22)，另一端穿过外壳(1)上的通孔伸至海水中，在外壳(1)内部的进水管(26)上安装有一个单向阀(25)；出水管(27)一端连接水位控制箱(22)，另一端经过抽水泵(23)后穿过外壳(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱红钧，唐涛，李国民，胡洁，张春，谭小年，唐堂，褚鑫，刘红叶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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