CN106160631B - 一种多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标,其主要包含浮标本体系统、风光发电系统、浪流发电系统和信息采集发射系统四个部分,其中浮标本体结构采用多壳体嵌套式的结构,在浮标本体上安装有用于实现海上风能、太阳能和浪流能的收集和存储的风光发电系统和浪流发电系统,所述风光发电系统和浪流发电系统相互独立设置,避免了因海上气候不稳定而产生的浮标续航问题,保证浮标持续续航和全天候数据收集能力。本发明结构设计紧凑,便于海上浮标结构的一性保护、安装和搬运,结构新颖,具有再深入研究和推广的价值。

Description

一种多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋观测设备装置领域,具体地说,特别涉及到一种多壳体嵌套式风 浪光集成自供电资料浮标。
背景技术
[0002] 海洋资料浮标是一种现代观测工具,可安置在海洋指定位置,或随波逐流,可对海 洋进行环境变化、海水物质和温度等变化的数据进行实时收集和监测。与卫星、调查船、潜 水器等探测设备一起组成了此案带海洋环境主体检监测系统。通过浮标对海洋数据的观测 信息是了解全球变暖、大气和海洋污染、厄尔尼诺现象的重要依据,与人类生活息息相关, 因此完善海洋浮标结构,建立一个关于海洋信息资料的大数据,是极其必要的。
[0003] 海洋资料浮标的电源技术一直是一个需重要攻关的技术难题。因浮标所处海洋环 境的恶劣,在浮标设计时就需严格的采用低功耗原则,虽然浮标采用短波通讯方式,但其耗 电量依旧十分可观,常规使用的镉镍碱性电池重量大,且对电池配液、充电、安装的工程巨 大,投资费用较高,另浮标布放后,还需要对蓄电池重新充电,再布放,这样便造成了维护费 用和管理上的难题。
[0004] 近些年来,太阳能加蓄电池供电的方式在浮标上应用较为广泛,因太阳能蓄电池 性能稳定、寿命长、成本较可镉镍碱性电池低,因此得到了浮标行业的广泛认可和利用。但 因海洋环境天气的不可预测性,尤其是在恶劣海域,连续几个月阴雨天气对太阳能光伏的 利用产生了较大挑战,也就强烈的限制了浮标的全天候、长时间持续观测的可能性。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术中的不足,提供一种多壳体嵌套式风浪光集成自 供电资料浮标,以解决现有技术中存在的问题。
[0006] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007] —种多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标,包括浮标本体,以及设置于所述 浮标本体上的风光发电系统、浪流发电系统、信息采集传输系统;
[0008]所述浮标本体包括浮标端盖、浮标内壳、浮标上壳、浮标下托盘、浮子及防撞层和 浮标外壳;浮标内壳具有安装腔体,在浮标内壳的顶部设有浮标上壳和浮标端盖,在浮标内 壳的外部设有浮标外壳,浮标内壳的底部设有浮标下托盘,所述浮标端盖、浮标内壳、浮标 上壳和浮标外壳通过嵌套固定结构构成密闭空腔;
[0009]所述风光发电系统包括风叶空心轴、风叶、风机转子、风机定子、太阳能电池板和 风光互补控制器;所述风叶空心轴的主体穿出浮标本体的顶部,在风叶空心轴上安装有若 千风叶,风叶空心轴的底部与安装于浮标本体内的风机转子联动,在风机转子的外部设有 风机定子,在所述浮标本体的顶部还安装有太阳能电池板,太阳能电池板的电源输出端与 安装于浮标本体内的风光互补控制器连接,风机转子切割风机定子的磁感线产生的电流流 经风光互补控制器后存储于蓄电池中;
[0010] 所述浪流发电系统包括浪流叶片、浪流转子、浪流定子和逆变整流器;所述浪流叶 片固定安装于可相对浮标内壳和浮标下托盘旋转的浮标外壳上,在外表外壳的内部开设有 圆柱形通孔,在圆柱形通孔上安装有浪流转子,在浪流转子外部的浮标内壳和浮标下托盘 上安装有流浪定子,浪流转子切割浪流定子的磁感线产生的电流流经逆变整流器后存储于 蓄电池中;
[0011] 所述信息采集传输系统包括风向仪、信号发射器、风速仪、天台、支撑空心轴、天台 析架、流速流向仪、水温传感器和彳目号米集处理装置;天台析架安装于泮标本体的顶部,在 天台桁架的顶端设有支撑空心架,所述支撑空心架的上方设有天台,在天台上分别安装有 风向仪、信号发射器和风速仪,在浮标本体的底部安装有流速流向仪和水温传感器,所述风 向仪、信号发射器、风速仪、流速流向仪和水温传感器均与位于浮标本体内部的信号采集处 理装置连接。
[0012] 进一步的,所述浮标内壳为双层酒罐形状,底部设有凸出的空心通孔,所述浮标上 壳为中空伞形薄壳透明结构,所述浮标外壳为上端大开口的圆柱形壳体结构,其底部设有 凸出的圆柱形通孔,在浮标外壳底部焊接有浪流叶片,所述浮标下托盘为倒T结构,所述浮 子及防撞层为耐腐蚀柔性材料的圆环形结构。
[0013] 进一步的,所述浮标上壳的上端开口处与浮标内壳的上端以及浮标端盖通过螺钉 固定连接,浮标下托盘凸出空心轴通过花型联轴器与浮标内壳固定连接,所述浮标外壳与 浮标上壳、浮标内壳和浮标下托盘的连接面设有类轴承式轨道环,在类轴承式轨道环内设 有滚珠,用于实现相互的旋转运动,所述浮子及防撞层包裹在浮标外壳。
[0014] 进一步的,所述浮标本体的底部设有圆形小托盘,在圆形小托盘的底面连接有万 向节,所述万向节与浮标锚链的一端连接,浮标锚链的另一端连接有重锚。
[0015] 与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0016] 结构简单,设计巧妙,实现了浮标海上风能、太阳能以及浪流能与蓄电池集成结合 的方式对浮标所搭载仪器传感设备供电,解决了常规浮标供电维护成本高昂、电源持续续 航的难题。本浮标结构设计紧凑,便于海上浮标结构的保护、安装和搬运。
附图说明
[0017] 图1为壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标的外部结构示意图。
[0018] 图2为壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标的剖视图。
[0019] 图3a为图1中浮标内壳的结构示意图。
[0020] 图3b为图1中浮标内壳的结构示意图。
[0021] 图4a为图1中浮标外壳的结构示意图。
[0022] 图4b为图1中浮标外壳的结构示意图。
[0023] 图5a为图1中浮标上壳的结构示意图。
[0024] 图5b为图1中浮标上壳的结构示意图。
[0025] 图6a为图1中浮标下托盘的结构示意图。
[0026] 图6b为图1中浮标下托盘的结构示意图。
[0027] 图7a为图1中花型联轴器机构的示意图。
[0028] 图7b为图1中花型联轴器机构的示意图。
[0029]图7c为图1中花型联轴器机构的示意图。
具体实施方式
[0030] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合
具体实施方式,进一步阐述本发明。 ^
[0031]参见图1和图2,本发明所述的壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标,可分为浮 标本体、风光发电系统、浪流发电系统和信息采集发射系统。
[0032]所述浮标本体由浮标端盖9,浮标内壳10,浮标上壳11,浮标外壳13,浮子及防撞层 12和浮标下托盘15构成。
[0033]参见图3a和图3b,所述浮标内壳10为双层酒罐形状,浮标内壳10被圆环形隔板1〇-4隔成上下两层,所述圆环形隔板10-4通过焊接的方式与浮标内壳10内侧壁固定连接,并通 过均布焊接6根立杆10-7与浮标内壳10底部固定,在圆环形隔板10-4上焊接安装圆环形风 机定子支架1〇-5,在浮标内壳10底部焊接安装浪流定子支架10-7,在浮标内壳10的上部环 形均布4个太阳能支架版10-1。所述浮标内壳10的主要特征是在其外斜上表面、外侧圆柱表 面、外侧底面设计有凸起类轴承式轨道环10-2,10-3,10-6。其中类轴承式轨道环10-2在其 上侧和内侧设有圆形滚珠槽,而10-3,10-6都设有单侧圆形滚珠槽。
[0034] 参见图4a和图4b,所述浮标外壳13为上端大开口的圆柱形壳体结构,其底部设有 凸出的圆柱形通孔13-5,在其底部外侧斜面上均布焊接5片浪流叶片14,所述的浮标外壳13 的关键特征在于其壳体内侧设计有凸起类轴承式轨道环13-1,13-2,13-4,在其外侧上斜面 设计有凸起类轴承式轨道环13-6,在其底部壳体外侧设有6条凸形的环形轨道13-7;其中在 类轴承式轨道环13-1的上侧和外侧分别设有半圆形滚珠槽,将于浮标内壳10中的类轴承式 轨道环1〇-2中的两槽配合,两槽内将布置滚珠,则13-1与10-2将形成类似轴承的内、外环结 构,同样,在类轴承式轨道环13-2,13-4的上侧设有单侧圆形滚珠槽,分别与浮标内壳10中 的10_3,10-6配合并在槽中布置滚珠,形成类似轴承结构。这样的布置设计的有益效果是使 浮标外壳13能够与浮标内壳10形成转动。
[0035]参见图5a和图5b,所述浮标上壳11为带有一定弧度的、上端圆形开口的伞形透明 壳体结构,可为有机玻璃材料,其中在浮标上壳11上端通过螺钉与浮标内壳10上端、浮标端 盖9固定连接,所述浮标上壳11上打有四个方形孔,与浮标内壳1〇的太阳能板支撑架相配 合,所述浮标上壳11的主要特征在于其内壁底部设计有凸起类轴承式轨道环11-1,其上设 计有单侧半圆形槽,将于浮标外壳13中的13-7相配形成类似轴承结构的内、外环结构,配合 后所形成的圆形槽中安装滚珠。该设计的有益效果是,其一可实现浮标本体系统的表面流 线性,避免雨水在浮标表面的集聚,其二可支撑和稳定浮标外壳的旋转运动。
[0036]参见图ea、图6b、图7a、图7b和图7c,所述浮标下托盘15为倒T形结构,其中浮标下 托盘I5的中空轴15_1上端与花型联轴器25螺钉固定连接,所述花型联轴器25通过螺栓与浮 标内壳隔板10-4固定连接,在浮标下托盘15的圆形盘上设计有6条凹形的环形轨槽15-2,该 环形轨槽15-2将于浮标外壳13的环形轨道相互配合,该设计可实现浮标下托盘15与浮标内 壳10的一体式结构,也可给浮标外壳13底部支撑,加固浮标外壳13绕浮标本体中心的旋转 运动。在所述浮标下托盘15的下端均布焊接4根立杆15-3,4根立杆锥形摆放,在立杆15-3上 可搭载浮标所需传感器,诸如水温传感器19以及流速流向仪16等。所述立杆的下端焊接在 一个圆形小托盘上,小托盘下面链接万向节n,所述万向节n与浮标锚链18链接。倒锥形立 杆的设计有益效果是避免锚链的缠绕且可可最优化的搭载多个传感器。
[0037]所述浮子及防撞层12为防腐塑性材料,固定包裹在浮标外壳的外侧面,根据浮标 的设计提供浮力支撑以及防止浮标的碰揸破坏。
[0038] 本发明通过上述浮标纟而盖9,浮标上壳11,浮标内壳10浮标外壳I3分别嵌套固定的 方式形成密闭空腔,浮标内部通过浮标的的功能特点结构分别放置风光互补器24,风机定 子23,风机转子22,信息处理和发射器30,蓄电池29,浪流转子28,浪流定子27,逆变整理器 26,花型联轴器25。
[0039]本浮标的风光供电系统包含风叶空心轴7,风叶8,风机转子22,风机定子23,太阳 能电池板21,风光互补控制器24,蓄电池29。所述风叶空心轴7的一端通过轴承连接在花型 联轴器25的一侧,所述花型联轴器25 (如附图6所示)通过螺栓与浮标内壳隔板1〇-4连接,风 叶8固定安装在风叶空心轴7的上端,于此同时风机转子22也固定安装在风叶空心轴7的底 端,风机定子23通过螺栓连接在浮标内壳10的风机定子支架10-5上;所述太阳能电池板通 过螺栓连接在浮标内壳10的太阳能电池板支架10-1上。
[0040]本浮标风光供电系统实现自供电的过程:风推动风叶8转动,从而带动风叶空心轴 7转动,从而带动风叶空心轴7底部的风机转子转动,以此与风机定子23切割磁感线运动产 生电流,光照照射太阳能电池板21产生的电流统一经过风光互补控制器24,对电流进行分 配,再将电源存储于蓄电池29中,进而对本浮标搭载的传感测量仪器设备以及信息采集发 射设备供电。
[0041 ]本浮标浪流发电系统包含浮标外壳13,浪流叶片14,浪流转子28,浪流定子27,逆 变整流器26,蓄电池29,其中所述浪流叶片14固定焊接在浮标外壳13的底部,所述浪流转子 28固定安装在浮标外壳13的圆形轴孔1:3-5上,浪流定子27通过螺栓连接在浮标内壳1〇的浪 流定子支架10-8上。
[0042]本浮标浪流发电系统实现自供电的过程:根据前述浮标内、外壳的结构设计,在本 浮标浪流发电系统中,浮标内壳10与浮标下托盘I5是固定一体结构,浪流叶片与浮标外壳 是一体结构,当浪流推动叶片14,从而带动与叶片一体的浮标外壳绕着与浮标内壳和浮标 下托盘旋转,进而促使固定在浮标外壳圆柱形通孔1:3-5上的浪流转子28转动,进而与浪流 定子27之间切割磁感线运动产生电流,电流经过逆变整流器26后将平稳的电流输入至蓄电 池29中,进而对本浮标搭载的传感测量仪器设备以及信息采集发射设备供电。
[0043]本浮标的信息收集和传输部分包括风向仪1,信号发射器2,风速仪3,天台4,支撑 空心轴5,天台桁架6,流速流向仪16,水温传感器19,信号采集处理装置30。其中风向仪1,信 号发射器2,风速仪3安装在浮标天台4上,天台4通过天台桁架6支撑,所述天台桁架6通过螺 栓连接的方式固定在浮标端盖9上,其中所述支撑空心轴5嵌套安装通过叶片空心轴7,花型 联轴器25,下托盘空心轴15-连接天台4和浮标下托盘空心轴15_i,并在下托盘底部托盘凸 出轴上通过轴承连接固定,本支撑空心轴5连接天台4和浮标下托盘15,促使浮标结构的整 体性,也保证浮标中信号、电源线路的走向。
[°044]本发明实现信息传输过程:浮标所搭载的传感仪器设备收集各项资料数据,并将 资料数据传输给信号采集处理装置3〇,经信号采集处理装置30整理后,在将信息数据发送 给信号发射器2,以便完成数据的采集和发射。
[0045]由于该浮标为在海洋环境中工作,各零部件首选防腐材料,以及各部件之间的链 接出采取密封措施。
[0046]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱尚本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。

Claims (2)

1.一种多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标,其特征在于:包括浮标本体,以及设 置于所述浮标本体上的风光发电系统、浪流发电系统、信息采集传输系统; 所述浮标本体包括浮标端盖、浮标内壳、浮标上壳、浮标下托盘、浮子及防撞层和浮标 外壳;浮标内壳具有安装腔体,在浮标内壳的顶部设有浮标上壳和浮标端盖,在浮标内壳的 外部设有浮标外壳,浮标内壳的底部设有浮标下托盘,所述浮标端盖、浮标内壳、浮标上壳 和浮标外壳通过嵌套固定结构构成密闭空腔; 所述风光发电系统包括风叶空心轴、风叶、风机转子、风机定子、太阳能电池板和风光 互补控制器;所述风叶空心轴的主体穿出浮标本体的顶部,在风叶空心轴上安装有若干风 叶,风叶空心轴的底部与安装于浮标本体内的风机转子联动,在风机转子的外部设有风机 定子,在所述浮标本体的顶部还安装有太阳能电池板,太阳能电池板的电源输出端与安装 于浮标本体内的风光互补控制器连接,风机转子切割风机定子的磁感线产生的电流流经风 光互补控制器后存储于蓄电池中; 所述浪流发电系统包括浪流叶片、浪流转子、浪流定子和逆变整流器;所述浪流叶片固 定安装于可相对浮标内壳和浮标下托盘旋转的浮标外壳上,在外表外壳的内部开设有圆柱 形通孔,在圆柱形通孔上安装有浪流转子,在浪流转子外部的浮标内壳和浮标下托盘上安 装有流浪定子,浪流转子切割浪流定子的磁感线产生的电流流经逆变整流器后存储于蓄电 池中; 所述信息采集传输系统包括风向仪、信号发射器、风速仪、天台、支撑空心轴、天台桁 架、流速流向仪、水温传感器和信号采集处理装置;天台桁架安装于浮标本体的顶部,在天 台桁架的顶端设有支撑空心架,所述支撑空心架的上方设有天台,在天台上分别安装有风 向仪、信号发射器和风速仪,在浮标本体的底部安装有流速流向仪和水温传感器,所述风向 仪、信号发射器、风速仪、流速流向仪和水温传感器均与位于浮标本体内部的信号采集处理 装置连接; 所述浮标上壳的上端开口处与浮标内壳的上端以及浮标端盖通过螺钉固定连接,浮标 下托盘凸出空心轴通过花型联轴器与浮标内壳固定连接,所述浮标外壳与浮标上壳、浮标 内壳和浮标下托盘的连接面设有类轴承式轨道环,在类轴承式轨道环内设有滚珠,用于实 现相互的旋转运动,所述浮子及防撞层包裹在浮标外壳; 所述浮标内壳为双层酒罐形状,底部设有凸出的空心通孔,所述浮标上壳为中空伞形 薄壳透明结构,所述浮标外壳为上端大开口的圆柱形壳体结构,其底部设有凸出的圆柱形 通孔,在浮标外壳底部焊接有浪流叶片,所述浮标下托盘为倒T结构,所述浮子及防撞层为 耐腐蚀柔性材料的圆环形结构。 _
2.根据权利要求1所述的多壳体嵌套式风浪光集成自供电资料浮标,其特征在于:所述 浮标本体的底部设有圆形小托盘,在圆形小托盘的底面连接有万向节,所述万向节与浮标 锚链的一端连接,浮标锚链的另一端连接有重锚。
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