CN107612150A - 水面能量集能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水面能量集能系统，一种水面能量集能系统，设置有船体，该船体设置有船身舱和船底舱，其特征在于：所述船身舱的内部和外壁面分别设置有第一集能系统和第三集能系统，所述船底舱内部设置第二集能系统和蓄电装置；所述第一集能系统和第三集能系统收集波浪能并将波浪能转换成电能，所述第二集能系统收集风能并将风能转换成电能，所述蓄电装置分别存储所述第一集能系统、第二集能系统和第三集能系统产生的电能。有益效果：采用本发明的水面能量集能系统，水面的波浪能量高效的利用，整合了水面波动引起的多维运动模式并对其进行高效率的搜集与转化，而且总体结构简单，制作成本低廉，转化效率较高，可以直接运用到目前众多领域。

Description

水面能量集能系统
技术领域
本发明涉及波浪能量收集领域，特别是涉及一种水面能量集能系统。
背景技术
随着智能化设备技术的发展，人们对电能的需求也无处不在，从传感器到一个庞大的系统都需要有足够的电源保持其正常工作。然而在一些环境较恶劣的地方使用这些智能设备，由于无论是采用布线还是定期更换电源的方法都比较麻烦，通常采用的办法是通过收集设备周围的环境能源并将其转换成电能对负载进行供电。
目前主流的能量搜集方式有基于法拉第电磁感应的磁电转化、基于光生伏特效应的光电转化。基于法拉第电磁感应的磁电转化内部结构相对复杂，导致其体积比较大，而且不能实现平面化的能量搜集。光生伏特效应的转化效率对天气的依赖程度比较高，造成了电源供应的不稳定，其次造价比较高昂，考虑到经济效应，应用在某些较小的场合还不大现实，不能进行很好的推广。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种水面能量集能系统，分别收集波浪能和风能。
技术方案如下：
一种水面能量集能系统，设置有船体，该船体设置有船身舱和船底舱，其关键在于：所述船身舱内部设置有第一集能系统集能系统，外壁面设置第三集能系统，所述船底舱内部设置有蓄电装置；
所述第一集能系统和第三集能系统收集波浪能并将波浪能转换成电能，所述蓄电装置存储所述第一集能系统和第三集能系统产生的电能，所述蓄电装置还存储第二集能系统产生的电能，该第二集能系统为风力发电系统。
采用上述结构，蓄电装置设置有3个蓄电池，分别存储3个集能系统收集的能量。2个集能系统能同时收集波浪能，能更有效地收集更多的波浪能。波浪较大，表明水面的风也较大，第二集能系统能同时收集风能，3个集能系统同时收集能量，使收集的能量更多。
更进一步的，所述第一集能系统由N层摩擦发电板和金属片交替组成，摩擦发电板和金属片之间设置有弹性支撑机构；
所述摩擦发电板的发电输出端组连接有充电电路，该充电电路与所述蓄电装置连接，所述充电电路设置有第一限流二极管和第二限流二极管：
所述第一限流二极管的阳极与摩擦发电板的发电输出正端连接，阴极与所述蓄电装置的正极连接，所述蓄电装置的负极连接第二限流二极管的阳极，所述第二限流二极管的阴极连接所述摩擦发电板的发电输出负端。
采用上述结构，波浪带动整个船体上下运动，在惯性的作用下，弹性支撑机构使摩擦发电板和金属片发生接触分离，从而使摩擦发电板产生电能。
所述金属片与摩擦发电板的中轴线与船体的中轴线重合，不会使整个船体的重心发生便宜，使船体在水面上更加稳定，不会发生较大的偏移。
更进一步的，所述摩擦发电板设置有绝缘板，该绝缘板上排布有M个结构一致的发电单元，该发电单元与所述金属片相对；
该发电单元设置有感应金属片、第一单向二极管和第二单向二极管，该感应金属片上覆盖有摩擦发电薄膜；
所有发电单元并联在所述第一限流二极管和第二限流二极管之间；所述感应金属片的发电正端接第一单向二极管的阳极，所述第一单向二极管的阴极连接所述第一限流二极管的阳极；
所述感应金属片的发电负端接第二单向二极管的阴极，所述第二单向二极管的阳极连接所述第二限流二极管的阴极。
更进一步的，所述船身舱内设置有连通所述船底舱和船身舱顶部的支撑管，所述支撑管的中轴线与所述船身舱的中轴线重合，所述摩擦发电板与支撑管固定，摩擦发电板上设置有弹簧，该弹簧套装在所述支撑管上，所述弹簧下端连接摩擦发电板，上端连接金属片，所述金属片活套在支撑管上。
第一集能系统的重量主要集中在摩擦发电板上。将摩擦发电板固定在支撑管上，能使摩擦发电板与船体之间不会发生相对位移，避免摩擦发电板在船身舱内不规则移动，造成整个船体侧翻。
更进一步的，所述支撑管内沿轴向开设布线通道，该布线通道与所述船底舱连通，所述支撑管与摩擦发电板连接处设置有过线孔，该过线孔与所述布线通道连通。方便了走线。
更进一步的，所述第二集能系统设置有风力发电机，该风力发电机设置在所述船底舱内，所述风力发电机的转动轴上部穿出所述支撑管后，与设置在所述船身舱顶部的风轮固定。
水面起浪一般伴随着较大的风，整个集能系统在收集波浪能的同时收集风能，使收集的能量更多。
更进一步的，所述第二集能系统设置有风力发电机，该风力发电机设置在所述船底舱内，所述风力发电机的转动轴上部穿出所述船身舱顶部与风轮固定；
所述转动轴与金属片固定，所述摩擦发电板活套在所述转动轴上，所述摩擦发电板上设置有弹簧，该弹簧套装在所述转动轴上，所述弹簧下端连接摩擦发电板，上端与所述金属片抵接。
转动轴转动时会带动金属片转动，当金属片与摩擦发电板接触时，旋转的金属片能使摩擦发电板产生更多的电能。
更进一步的，所述第三集能系统包括摩擦起电薄膜和两组条形金属片组成，所述两组条形金属片交替排布在所述船身舱外壁，两组条形金属片相互绝缘，摩擦起电薄膜覆盖住所有条形金属片；
其中第一组条形金属片中的所有条形金属片并接在整流电路的第一输入端，第二组条形金属片中的所有条形金属片并接在整流电路的第二输入端，该整流电路的输出端与所述蓄电装置连接。
当波浪拍打船身舱外壁面时，会使摩擦起电薄膜得到电子，在静电感应效应的作用下，感应金属板会产生感应电能。
因为波浪拍打船身舱的位置不同，所以能使不同的条形金属片的电压不同，从而产生电势差，形成电流。
更进一步的，所述船身舱为圆锥台形状，所述船底舱为半球形状，所述船底舱内还设置有钟摆机构。
钟摆机构能稳定船体。
更进一步的，所述蓄电装置设置有三个蓄电池，所述第一集能系统、第二集能系统、第三集能系统分别为三个蓄电池充电。
三个蓄电池分别存储3个集能系统产生的电能，避免3个集能系统同时给一个蓄电池充电，损坏蓄电池。
有益效果：采用本发明的水面能量集能系统，水面的波浪能量高效的利用，整合了水面波动引起的多维运动模式并对其进行高效率的搜集与转化，而且总体结构简单，制作成本低廉，转化效率较高，可以直接运用到目前众多领域。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构剖视图；
图2为图1的正视图；
图3为图1中摩擦发电板的安装结构立体图；
图4为条形金属片的安装结构示意图；
图5为发电装置的电路连接图。
图6为实施例二的摩擦发电板安装结构立体图.
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，一种水面能量集能系统，设置有船体1，该船体1设置有船身舱2和船底舱3，为了保证船体在水中的稳定性，所述船身舱2为圆锥台形状，所述船底舱3为半球形状，所述船底舱3内还设置有钟摆机构20。
所述船身舱2的内部和外壁面分别设置有第一集能系统4和第三集能系统6，所述船底舱3内部设置第二集能系统5和蓄电装置7；
所述第一集能系统4和第三集能系统6收集波浪能并将波浪能转换成电能，所述第二集能系统5收集风能并将风能转换成电能，所述蓄电装置7分别存储所述第一集能系统4、第二集能系统5和第三集能系统6产生的电能。
所述第一集能系统4沿竖直方向设置有N＝2层摩擦发电板8和金属片9，该摩擦发电板8和金属片9交替排列，所述金属片9与摩擦发电板8的中轴线均与所述船身舱2的中轴线重合，所述金属片9与其下方的摩擦发电板8之间设置有弹性结构；
所述摩擦发电板8与所述蓄电装置7之间设置有第一限流二极管D1和第二限流二极管D2，该第一限流二极管D1的正极与所述摩擦发电板8连接，负极与所述蓄电装置7的正极连接，该第二限流二极管D2的正极与所述蓄电装置7的负极连接，负极与所述摩擦发电板8连接。
所述摩擦发电板8设置有绝缘板10，该绝缘板10正对所述金属片9的一面设置有M个发电单元11，该发电单元11设置有感应金属片12，该感应金属片12上覆盖有摩擦发电薄膜13；
所述感应金属片12与第一限流二极管D1、第二限流二极管D2之间分别设置有第一单向二极管T1和第二单向二极管T2，该第一单向二极管T1的正极连接所述感应金属片12，负极连接所述第一限流二极管D1的正极，该第二单向二极管T2的正极连接所述第二限流二极管D2的负极，负极连接所述感应金属片12。
所述第二集能系统5设置有用于给所述蓄电装置7充电的风力发电机13，该风力发电机13设置在所述船底舱3内，所述风力发电机13的转动轴14沿所述船身舱2的中轴线穿出所述船身舱2顶部，并与设置在所述船身舱2顶部的风轮固定。
所述船身舱2内设置有连通所述船底舱3和船身舱2顶部的支撑管15，所述转动轴14沿支撑管15穿出所述船身舱2与所述风轮固定，所述支撑管15的中轴线与所述船身舱2的中轴线重合，所述摩擦发电板8与支撑管15固定，所述金属片9与其下方的摩擦发电板8之间设置有弹簧16，该弹簧16套设在所述支撑管15上；
所述摩擦发电板8通过导线与所述蓄电装置7连接，所述支撑管15上设置有用于布放导线的布线支撑管a，该支撑管在摩擦发电板8与支撑管15固定处还开设有过线孔b，导线从过线孔b伸入布线支撑管a，然后沿布线支撑管a延伸到船底舱3与所述蓄电装置7连接。
所述第三集能系统6包括摩擦起电薄膜18和两组条形金属片组成，所述两组条形金属片交替排布在所述船身舱2外壁，两组条形金属片相互绝缘，摩擦起电薄膜18覆盖住所有条形金属片19；
其中第一组条形金属片中的所有条形金属片19并接在整流电路的第一输入端，第二组条形金属片中的所有条形金属片19并接在整流电路的第二输入端，该整流电路的输出端与所述蓄电装置7连接。
实施例二、实施例二与实施例一结构原理大致相同，其主要区别是：如图6所示，所述转动轴14与所述金属片9固定，所述金属片9与其下方的摩擦发电板8之间设置有弹簧16，该弹簧16套设在所述转动轴14，弹簧16的两端分别与摩擦发电板8和金属片9连接。
所述摩擦发电板8通过导线与所述蓄电装置7连接，导线留有余量，防止因为摩擦发电板8上下运动时扯断导线。导线沿所述船身舱2的内壁延伸到船底舱3，并与所述蓄电装置7连接。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水面能量集能系统，设置有船体(1)，该船体(1)设置有船身舱(2)和船底舱(3)，其特征在于：所述船身舱(2)内部设置有第一集能系统(4)集能系统，外壁面设置第三集能系统(6)，所述船底舱(3)内部设置有蓄电装置(7)；
所述第一集能系统(4)和第三集能系统(6)收集波浪能并将波浪能转换成电能，所述蓄电装置(7)存储所述第一集能系统(4)和第三集能系统(6)产生的电能，所述蓄电装置(7)还存储第二集能系统(5)产生的电能，该第二集能系统(5)为风力发电系统。
2.根据权利要求1所述水面能量集能系统，其特征在于：所述第一集能系统(4)由N层摩擦发电板(8)和金属片(9)交替组成，摩擦发电板(8)和金属片(9)之间设置有弹性支撑机构；
所述摩擦发电板(8)的发电输出端组连接有充电电路，该充电电路与所述蓄电装置(7)连接，所述充电电路设置有第一限流二极管(D1)和第二限流二极管(D2)：
所述第一限流二极管(D1)的阳极与摩擦发电板(8)的发电输出正端连接，阴极与所述蓄电装置(7)的正极连接，所述蓄电装置(7)的负极连接第二限流二极管(D2)的阳极，所述第二限流二极管(D2)的阴极连接所述摩擦发电板(8)的发电输出负端。
3.根据权利要求2所述水面能量集能系统，其特征在于：所述摩擦发电板(8)设置有绝缘板(10)，该绝缘板(10)上排布有M个结构一致的发电单元(11)，该发电单元(11)与所述金属片(9)相对；
该发电单元(11)设置有感应金属片(12)、第一单向二极管(T1)和第二单向二极管(T2)，该感应金属片(12)上覆盖有摩擦发电薄膜(13)；
所有发电单元(11)并联在所述第一限流二极管(D1)和第二限流二极管(D2)之间；所述感应金属片(12)的发电正端接第一单向二极管(T1)的阳极，所述第一单向二极管(T1)的阴极连接所述第一限流二极管(D1)的阳极；
所述感应金属片(12)的发电负端接第二单向二极管(T2)的阴极，所述第二单向二极管(T2)的阳极连接所述第二限流二极管(D2)的阴极。
4.根据权利要求2所述水面能量集能系统，其特征在于：所述船身舱(2)内设置有连通所述船底舱(3)和船身舱(2)顶部的支撑管(15)，所述支撑管(15)的中轴线与所述船身舱(2)的中轴线重合，所述摩擦发电板(8)与支撑管(15)固定，摩擦发电板(8)上设置有弹簧(16)，该弹簧(16)套装在所述支撑管(15)上，所述弹簧(16)下端连接摩擦发电板(8)，上端连接金属片(9)，所述金属片(9)活套在支撑管(15)上。
5.根据权利要求4所述水面能量集能系统，其特征在于：所述支撑管(15)内沿轴向开设布线通道(a)，该布线通道(a)与所述船底舱(3)连通，所述支撑管(15)与摩擦发电板(8)连接处设置有过线孔(b)，该过线孔(b)与所述布线通道(a)连通。
6.根据权利要求4所述水面能量集能系统，其特征在于：所述第二集能系统(5)设置有风力发电机(13)，该风力发电机(13)设置在所述船底舱(3)内，所述风力发电机(13)的转动轴(14)上部穿出所述支撑管(15)后，与设置在所述船身舱(2)顶部的风轮固定。
7.根据权利要求2所述水面能量集能系统，其特征在于：所述第二集能系统(5)设置有风力发电机(13)，该风力发电机(13)设置在所述船底舱(3)内，所述风力发电机(13)的转动轴(14)上部穿出所述船身舱(2)顶部与风轮固定；
所述转动轴(14)与金属片(9)固定，所述摩擦发电板(8)活套在所述转动轴(14)上，所述摩擦发电板(8)上设置有弹簧(16)，该弹簧(16)套装在所述转动轴(14)上，所述弹簧(16)下端连接摩擦发电板(8)，上端与所述金属片(9)抵接。
8.根据权利要求1所述水面能量集能系统，其特征在于：所述第三集能系统(6)包括摩擦起电薄膜(18)和两组条形金属片组成，所述两组条形金属片交替排布在所述船身舱(2)外壁，两组条形金属片相互绝缘，摩擦起电薄膜(18)覆盖住所有条形金属片(19)；
其中第一组条形金属片中的所有条形金属片(19)并接在整流电路的第一输入端，第二组条形金属片中的所有条形金属片(19)并接在整流电路的第二输入端，该整流电路的输出端与所述蓄电装置(7)连接。
9.根据权利要求1所述水面能量集能系统，其特征在于：所述船身舱(2)为圆锥台形状，所述船底舱(3)为半球形状，所述船底舱(3)内设置有钟摆机构(20)。
10.根据权利要求1所述水面能量集能系统，其特征在于：所述蓄电装置(7)设置有三个蓄电池，所述第一集能系统、第二集能系统、第三集能系统分别为三个蓄电池充电。
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