CN108622317A - 一种应用于海洋浮标的新型发电装置 - Google Patents

一种应用于海洋浮标的新型发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于海洋浮标的新型发电装置，包括支架、小型风力发电机、固定支架、固定框架、万向联轴器、小型发电机、摆动小球；小型风力发电机固定设于支架上；固定支架上端固定设于所述支架上；下端与固定框架上端固定相连；固定框架内部、前后左右四个侧面分别固定设有小型发电机，四个小型发电机位于同一高度处；万向联轴器位于固定框架内，且分别与四个小型发电机的转子固定相连，下端与摆动小球固定相连。本发明可以直接应用在海洋浮标上，利用海洋浮标在波浪和风作用下的姿态变化运动，将其转化为在相应轴方向上的上下运动，实现电能输出，给电源供电，以增强海洋浮标的续航。

Description

一种应用于海洋浮标的新型发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种应用于海洋浮标的波浪能和风能联合发电装置，属于海洋新能源发电技术领域。
背景技术
海洋浮标技术是伴随着海洋科学的发展，在传统技术的基础上发展起来的海洋监测新技术。海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施。它具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。目前，大多数海洋浮标都采用蓄电池供电，航行距离取决于蓄电池的容量，航行能力有限；也有的使用太阳能电池板，但太阳能电池板太过笨重，而且海上天气多变，遇上连续阴雨天，也会出现使用故障。如何增强海洋浮标的续航能力，成为了海洋浮标研制的难题之一。
新型能源风能和波浪能作为海上最常见的，既可再生，又是清洁能源，而且成本低，是目前最经济节约的方式，海洋浮标的供电方式应该尽可能的利用这些现有的新能源。
中国专利CN201020211459.3公布了一种浮标用波浪能发电装置，包括浮子套筒、曲轴、发电机、联轴器。用波浪能发电装置将波浪的动能和势能转化为两个浮子的相对上下运动，从而带动曲轴的转动，进而带动发电机旋转工作进行发电，但是浮子与海水之间会有阻力，既发电效率，又影响海洋浮标的稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效利用风能和波浪能的联合发电装置，且不影响海洋浮标的稳定性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于海洋浮标的新型发电装置，包括支架、小型风力发电机、固定支架、固定框架、万向联轴器、小型发电机、摆动小球；所述小型风力发电机固定设于所述支架上；所述固定支架上端固定设于所述支架上；下端与所述固定框架上端固定相连；所述固定框架内部、前后左右四个侧面分别固定设有所述小型发电机，四个小型发电机位于同一高度处；所述万向联轴器位于所述固定框架内，且分别与四个小型发电机的转子固定相连，下端与所述摆动小球固定相连。
进一步的，本发明新型发电装置还包括安装底座；所述支架呈倒U型，包括两根竖杆和连接两根竖杆的横杆，所述安装底座分别设于两个竖杆的底端；所述小型风力发电机设于所述横杆的中心位置上端；所述固定支架设于所述横杆的中心位置下端。
进一步的，固定框架采用长方体框架；所述四个小型发电机分别位于长方体框架的四个侧面的内部中心位置处。
进一步的，上述新型发电装置还包括整流模块、电源管理模块、蓄电池；所述小型风力发电机、小型发电机均依次通过整流模块、电源管理模块与所述蓄电池相连。
进一步的，支架和固定支架中空，所述整流模块与小型风力发电机、小型发电机相连的导线内部分别设于对应的支架、固定支架的中空部分。
进一步的，蓄电池为两个；所述电源管理模块包括stm32控制器、继电器；所述继电器为两个，所述整流模块分别通过对应的继电器与各蓄电池相连；各蓄电池分别与stm32控制器相连。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明可以直接应用在海洋浮标上，利用海洋浮标在波浪和风作用下的姿态变化运动，将其转化为在相应轴方向上的上下运动，实现电能输出，给电源供电，以增强海洋浮标的续航；
本发明安装方便，可移植性强，海洋浮标只要有安装孔位，便可安装本波浪能和风能联合发电装置，安装方便且位置不固定，不影响海洋浮标的其他功能使用；
本发明采用活动固定的结构，间接捕获X轴方向和Y轴方向的波浪能，以及用小型风力发电机捕获风能，捕获的是海洋浮标在波浪能和风能作用下姿态变化运动，不影响海洋浮标的运动稳定性；
且本发明利用电源管理模块能够对两块蓄电池进行轮流切换供电和充电，避免了长时间对一块电池的充电，延长了蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明应用于海洋浮标的新型发电装置的结构示意图；
图2为图1中固定框架内部的俯视图；
图3为本发明新型发电装置进行发电的原理示意图；
图4为图3中电源管理模块的原理框图。
图中，1-安装底座，2-支架，3-风扇，4-小型风力发电机，5-固定支架，6、8、11、12-小型发电机，7-长方体框架，9-万向联轴器，10-摆动小球。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明应用于海洋浮标的新型发电装置包括以下部件：
安装底座1：用于固定该发电装置，上留有螺丝孔，通过螺丝安装到海洋浮标上；
支架2：倒U型，用于支撑整个发电装置，固定小型风力发电机4，并用于垂钓波浪能发电结构；
小型发电机6、8、11、12：一端连接在长方体框架7上，一端连接在万向联轴器9的四个轴承上，固定设于长方体框架7的前后左右四个方向；
长方体框架7：通过固定支架5固定在支架2上；
万向联轴器9：通过四个小型发电机固定在长方体框架7内部；
摆动小球10：连接在9万向联轴器的正中位置，用来捕获波浪能；
支架2、固定支架5和长方体框架7可设计为一个整体，且支架2和固定支架5内部都是空心的，用来走线。
结合图2所示，四个小型发电机6、8、11、12一端连接在长方体框架7上，一端连接在9万向联轴器上。通过摆动小球10在捕获波浪能后会带动万向联轴器9转动，从而带动四个小型发电机发电。
如图3所示，小型风力发电机4和四个小型发电机6、8、11、12输出的交流电，通过整流器整流为直流电，然后通过电源管理模块管理波浪能和风能发电联合装置输出的电能，蓄电池用于给海洋浮标供电。电源管理模块，本设计提供两块蓄电池，轮流供电，当stm32检测到电池1电压不足以供电时，通过控制继电器切换到电池2，同时此设计系统捕获的电能给电池1充电，从而延长蓄电池的使用寿命。
具体的，电源管理模块包括stm32控制器、继电器、蓄电池；继电器为两个，整流模块分别通过对应的继电器与各蓄电池相连，当检测到电池没电时，控制继电器，向蓄电池充电；各蓄电池与stm32相连，通过stm32读取各蓄电池现有的剩余电量，设定一个阈值，当所测得的剩余电量低于该值时，切换到另一个蓄电池供电；stm32控制器与蓄电池相连，蓄电池给stm32供电。
整流模块（采用整流器）和电源管理模块通过导线与波浪能和风能联合发电装置相连接，故可与波浪能发电和风能联合装置分离；本发明采用的是分离的连接方式，波浪能和风能发电装置上没有设计整流模块以及电源管理模块的安装空间。
在使用时，电能处理部分（即图3所示整流器、电源管理模块、蓄电池结构部分）安装在海洋浮标的内部。本发明波浪能发电和风能联合装置部分通过安装底座1固定在海洋浮标上，波浪能发电部分的四个小型发电机分布在四个方向，风能发电装置固定在支撑杆上，中心与9万向联轴器一致。
本发明的所有小型发电机型号和功率都是相同的，安装在万向联轴器9上的4个小型发电机6、8、11、12和与之连接的输出线通过固定支架5内的走线连接到整流器的输入，通过电源管理模块连接到海洋浮标的蓄电池，给其供电。
海洋浮标在航行过程中会收到来自不同方向上波浪的作用，不同波向的波浪作用在海洋浮标时，海洋浮标会在相应方向上摇晃运动，即在X、Y轴等方向上的姿态发生变化，本发明就是利用这一原理现象设计而成的。
在海洋浮标航行的过程中，遇到波向从前后方向（沿Y轴）传播的波浪时，海洋浮标在波浪的作用下，会发生一定幅度的前后摇晃（幅度大小取决于波浪大小），Y轴方向的姿态变化；摆动小球10会前后晃动，带动万向联轴器9捕捉到海洋浮标的这一姿态变化，颠簸和前后方向上的摇晃会运动带动小型发电机6和11的转动，将旋转运动转变为电能输出。
当海洋浮标遇到波向从左右方向（沿X轴）传播的波浪时，海洋浮标同样会发生上下颠簸和一定范围内的左右摇晃，X轴方向的姿态变化；摆动小球10会左右晃动，带动万向联轴器9捕获海洋浮标在这一方向上的姿态变化，颠簸和左右方向上的摇晃运动转化会带动小型发电机8和12的转动，将海洋浮标的运动转化为电能输出。
当海洋浮标遇到从其它方向传播的波浪时，波向与X、Y轴存在角度偏差，海洋浮标均会在该波方向上摇晃，万向联轴器9会不同角度的转动，进而带动四个小型发电机6、8、11、12的转动，将海洋浮标的运动转换为电能输出。
当海洋浮标受风力影响时，小型风力发电机4上的风扇3会转动，从而将风能转换为电能输出。
本发明在工作过程中，海洋浮标始终处于能承受的最大波浪和风力的等级之内，即本发明在正常工作时不会因为捕获波浪能和风能而使海洋浮标系统无法正常工作。

Claims (6)

1.一种应用于海洋浮标的新型发电装置，其特征在于：包括支架、小型风力发电机、固定支架、固定框架、万向联轴器、小型发电机、摆动小球；所述小型风力发电机固定设于所述支架上；所述固定支架上端固定设于所述支架上；下端与所述固定框架上端固定相连；所述固定框架内部、前后左右四个侧面分别固定设有所述小型发电机，四个小型发电机位于同一高度处；所述万向联轴器位于所述固定框架内，且分别与四个小型发电机的转子固定相连，下端与所述摆动小球固定相连。
2.根据权利要求1所述的新型发电装置，其特征在于：所述新型发电装置还包括安装底座；所述支架呈倒U型，包括两根竖杆和连接两根竖杆的横杆，所述安装底座分别设于两个竖杆的底端；所述小型风力发电机设于所述横杆的中心位置上端；所述固定支架设于所述横杆的中心位置下端。
3.根据权利要求2所述的新型发电装置，其特征在于：所述固定框架采用长方体框架；所述四个小型发电机分别位于长方体框架的四个侧面的内部中心位置处。
4.根据权利要求3所述的新型发电装置，其特征在于：所述新型发电装置还包括整流模块、电源管理模块、蓄电池；所述小型风力发电机、小型发电机均依次通过整流模块、电源管理模块与所述蓄电池相连。
5.根据权利要求4所述的新型发电装置，其特征在于：所述支架和固定支架中空，所述整流模块与小型风力发电机、小型发电机相连的导线内部分别设于对应的支架、固定支架的中空部分。
6.根据权利要求5所述的新型发电装置，其特征在于：所述蓄电池为两个；所述电源管理模块包括stm32控制器、继电器；所述继电器为两个，所述整流模块分别通过对应的继电器与各蓄电池相连；各蓄电池分别与stm32控制器相连。
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