CN104389729B - 一种海底洋流发电及电能储存系统 - Google Patents

一种海底洋流发电及电能储存系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种海底洋流发电及电能储存系统，通过两个电子罗盘分别检测喇叭口的方向及三脚架的方向，ADCP检测洋流的方向，并将这些方向信息传送给微控制器，微控制器通过水下电机控制器控制水下电机转动，使喇叭口始终跟洋流方向保持一致，喇叭口将海底洋流聚流，洋流汇聚后带动叶轮转动，从而使洋流发电机转动发电，产生的电能通过充电与供电电路储存并给海底设备供电。本系统通过十字万向节构成自平衡体系，使其在使用时稳定不会侧翻，此外，本系统可以实时跟随洋流方向转动，能够最大化的利用洋流能，使其转化成电能，并储存起来，给外部的设备供电。

Description

一种海底洋流发电及电能储存系统
技术领域
本发明涉及一种洋流发电及电能储存装置，尤其涉及一种利用海底洋流的发电及电能储存系统。
背景技术
目前，公知的洋流发电机是海面漂浮式，将海面的波浪能转化为电能传到岸基。然而，通过聚集海底洋流发电并将电能储存起来给海底设备供电的装置还没有出现。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种海底洋流发电及电能储存系统，以实现将海底洋流转化为电能并进行储存给设备供电。
本发明的海底洋流发电及电能储存系统，包括三脚架、十字万向节、连杆一、内置有水下电机的电机安装腔、吊放架、固定于吊放架上的导筒、分别安装在导筒两端的喇叭口和洋流发电装置、电子罗盘腔、ADCP（即声学多普勒流速剖面仪，简称为ADCP）、连杆二、电路腔以及配重块；
十字万向节的水平轴两端分别通过轴承安装在三脚架顶部，十字万向节垂直轴的一端与并位于三脚架上方的连杆一的下端固定，另一端与位于三脚架下方的连杆二的上端固定，连杆一的上端与电机安装腔固定连接，吊放架与电机安装腔内的水下电机转子固定，电子罗盘腔固定在吊放架顶部，内置有用于检测喇叭口方向的第一电子罗盘，连杆二的另一端与电路腔固定连接，配重块安装在电路腔下方，用于检测洋流方向的ADCP 安装在三脚架的一个支架上，电路腔内置有充电与供电电路、水下电机控制器、微控制器及用于检测三脚架方向的第二电子罗盘；
洋流发电装置包括叶轮、连杆三、变速箱、连杆四及洋流发电机，叶轮面向喇叭口，连杆三一端与叶轮中心固定连接，另一端连接变速箱的输入轴，连杆四的一端连接变速箱的输出轴，另一端连接洋流发电机的转子；
电路腔内的充电与供电电路包括一个整流模块、N个将48V直流电压转换为12V的隔离降压模块、N个充电管理模块、由N个电池串联构成的电池组及一个稳压模块，N=1~25，洋流发电机的电源输出端与整流模块的输入端连接，整流模块的N个输出端分别与N个隔离降压模块的输入端连接，N个隔离降压模块的输出端分别与N个充电管理模块的输入端连接，每个充电管理模块输出端的正极和负极分别与电池组中一个电池的正极和负极连接，电池组的输出端与稳压模块的输入端连接，稳压模块具有两个输出端，一个输出端给第一电子罗盘、第二电子罗盘、ADCP、微控制器、水下电机控制器及水下电机供电，另一个给外部海底设备供电；
第一电子罗盘、第二电子罗盘及ADCP均通过串口与微控制器的串口连接，微控制器的信号输出端与水下电机控制器连接。
上述技术方案中，所述的微控制器采用的型号为stm32f103。
本发明的系统通过ADCP检测洋流的方向，第一电子罗盘检测喇叭口的方向及第二电子罗盘检测三脚架的方向，并将这些方向信息传送给微控制器，经分析后，微控制器通过水下电机控制器控制水下电机转动，使喇叭口始终跟洋流方向保持一致，喇叭口将海底洋流聚流，洋流汇聚后带动叶轮转动，从而使洋流发电机转动发电，产生的电能通过置于电路腔中的充电与供电电路储存并给海底设备供电。
本发明的有益效果在于：本发明的系统通过十字万向节构成自平衡体系，使系统使用时稳定不会侧翻，且本系统可以实时跟随洋流方向转动，能够最大化的利用洋流能，使其转化成电能，并储存起来，给外部的设备供电。
附图说明
图1是海底洋流发电及电能储存系统的机械结构示意图；
图2是洋流发电装置的结构示意图；
图3是海底洋流发电及电能储存系统的供电框图；
图4是海底洋流发电及电能储存系统的转向控制图；
其中，1.喇叭口，2.电路腔，3.水密输出接口，4.配重块，5.三脚架，6.十字万向节，7.ADCP，8.电机安装腔，9.导筒，10.洋流发电装置，11.吊放架，12.电子罗盘腔，13.连杆二，14.连杆一，15.叶轮，16.连杆三，17.变速箱，18.连杆四，19.洋流发电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
海底洋流发电及电能储存系统，如图1所示，包括三脚架5、十字万向节6、连杆一14、内置有水下电机的电机安装腔8、吊放架11、固定于吊放架11上的导筒9、分别安装在导筒9两端的喇叭口1和洋流发电装置10、电子罗盘腔12、ADCP 7（即声学多普勒流速剖面仪，简称为ADCP）、连杆二13、电路腔2以及配重块4；
十字万向节6的水平轴两端分别通过轴承安装在三脚架5顶部，十字万向节6中与水平轴相垂直的轴，一端与连杆一14的一端固定连接并位于三脚架5上方，另一端与连杆二13的一端固定连接并位于三脚架5下方，连杆一14的另一端与内置有水下电机的电机安装腔8固定连接，吊放架11固定连接在电机安装腔8内水下电机的转子上，电子罗盘腔12固定在吊放架11顶部，内置有用于检测喇叭口方向的第一电子罗盘，连杆二13的另一端与电路腔2固定连接，配重块4安装在电路腔2下方，用于检测洋流方向的ADCP 7安装在三脚架5的一个支架上，电路腔2内置有充电与供电电路、水下电机控制器、微控制器stm32f103及用于检测三脚架方向的第二电子罗盘；
整个系统通过十字万向节构成一个自平衡体系，可保持稳定，不会发生侧翻。
如图2所示，洋流发电装置10包括叶轮15、连杆三16、变速箱17、连杆四18及洋流发电机19，连杆三16一端与叶轮15中心固定连接，另一端连接变速箱17的输入轴，连杆四18的一端连接变速箱17的输出轴，另一端连接洋流发电机19的转子，叶轮面向喇叭口，当洋流经喇叭口汇聚后动能增大，冲击叶轮使其转动，通过变速箱带动洋流发电机发电，变速箱可增大发电机转子的转速，提高发电量；
电路腔2内的充电与供电电路，如图3所示，包括一个整流模块、N个将48V直流电压转换为12V的隔离降压模块、N个充电管理模块、由N个电池串联构成的电池组及一个稳压模块，N=1~25，洋流发电机19的电源输出端与整流模块的输入端连接，整流模块的N个输出端分别与N个隔离降压模块的输入端连接，N个隔离降压模块的输出端分别与N个充电管理模块的输入端连接，每个充电管理模块输出端的正极和负极分别与电池组中一个电池的正极和负极连接，这样每一个电池充电是相互独立互不影响的，可保证每块电池都能充满，并且延长电池的寿命。电池组的输出端与稳压模块的输入端连接，稳压模块具有两个输出端，一个输出端给系统内部第一电子罗盘、第二电子罗盘、ADCP、微控制器stm32f103、水下电机控制器及水下电机供电，另一个输出端通过电路腔2腔体上的水密输出接口3给外部海底设备供电；
如图4所示，第一电子罗盘、第二电子罗盘及ADCP 7均通过串口与微控制器stm32f103的串口连接，微控制器stm32f103的信号输出端与水下电机控制器连接。
工作时， ADCP检测洋流的方向，第一电子罗盘检测喇叭口的方向，第二电子罗盘检测三脚架的方向，ADCP、第一电子罗盘及第二电子罗盘将采集的方向信息通过串口传送给微控制器stm32f103，经分析后，微控制器stm32f103将控制信息输出给水下电机控制器，控制水下电机转动，使喇叭口始终跟洋流方向保持一致，喇叭口将海底洋流聚流，洋流汇聚后带动叶轮转动，从而使洋流发电机转动发电，产生的电能通过置于电路腔中的充电与供电电路储存并给海底设备供电。

Claims (1)

1. 一种海底洋流发电及电能储存系统，其特征在于包括三脚架（5）、十字万向节（6）、连杆一（14）、内置有水下电机的电机安装腔（8）、吊放架（11）、固定于吊放架（11）上的导筒（9）、分别安装在导筒（9）两端的喇叭口（1）和洋流发电装置（10）、电子罗盘腔（12）、ADCP（7）、连杆二（13）、电路腔（2）以及配重块（4）；
十字万向节（6）的水平轴通过轴承安装在三脚架（5）顶部，十字万向节（6）垂直轴的一端与位于三脚架（5）上方的连杆一（14）的下端固定，另一端与位于三脚架（5）下方的连杆二（13）的上端固定，连杆一（14）的上端与电机安装腔（8）固定连接，吊放架（11）与电机安装腔（8）内的水下电机转子固定，电子罗盘腔（12）固定在吊放架（11）顶部，电子罗盘腔（12）内置有用于检测喇叭口方向的第一电子罗盘，连杆二（13）的下端与电路腔（2）固定连接，配重块（4）安装在电路腔（2）下方，用于检测洋流方向的ADCP （7）安装在三脚架（5）的一个支架上，电路腔（2）内置有充电与供电电路、水下电机控制器、微控制器及用于检测三脚架方向的第二电子罗盘；
洋流发电装置（10）包括叶轮（15）、连杆三（16）、变速箱（17）、连杆四（18）及洋流发电机（19），叶轮（15）面向喇叭口，连杆三（16）一端与叶轮（15）中心固定，另一端连接变速箱（17）的输入轴，连杆四（18）的一端连接变速箱（17）的输出轴，另一端连接洋流发电机（19）；
电路腔（2）内的充电与供电电路包括一个整流模块、N个将48V直流电压转换为12V的隔离降压模块、N个充电管理模块、由N个电池串联构成的电池组及一个稳压模块，N=1~25，洋流发电机(19)的电源输出端与整流模块的输入端连接，整流模块的N个输出端分别与N个隔离降压模块的输入端连接，N个隔离降压模块的输出端分别与N个充电管理模块的输入端连接，每个充电管理模块输出端的正极和负极分别与电池组中一个电池的正极和负极连接，电池组的输出端与稳压模块的输入端连接，稳压模块具有两个输出端，其中一个输出端给系统内部第一电子罗盘、第二电子罗盘、ADCP、微控制器、水下电机控制器及水下电机供电，另一个输出端给系统外部海底设备供电；
第一电子罗盘、第二电子罗盘及ADCP（7）均通过串口与微控制器的串口连接，微控制器的信号输出端与水下电机控制器连接。
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