CN108639250A - 一种自发电海洋浮标 - Google Patents

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杨阳
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Abstract

本发明提供一种自发电海洋浮标，包括浮标本体，浮标本体底端安装有发电装置本体，所述发电装置本体上端设置有自动陀，自动陀下端设置有传动模块，传动模块下端连接有发条装置，发条装置一侧设置有稳定释能模块，发条装置另一侧连接有发电机，发电机上连接有电池，本发明的自发电海洋浮标，发电部分借鉴机械手表结构，利用自动陀的摆动带动齿轮传动机构,实现全波浪输出，进行发条储能；整体结构紧密，没有水中活动部件，有利于抗台风，减小损坏率；擒总机构稳定输出，将不稳定的波浪能转化为稳定的能量输出，以获得最佳的发电效率。

Description

一种自发电海洋浮标
技术领域
本发明属于海洋监测设备技术领域，特别涉及一种自发电海洋浮标。
背景技术
海洋浮标是以锚定在海上的观测浮标为主体组成的海洋水文气象自动观测站，作为一种新兴的现代化海洋监测技术，海洋浮标可在恶劣的海洋环境条件下工作，对海洋环境进行自动、长期、连续监测。有助于灾难预警，海洋资源探测等，对沿海国家的发展及安全防范具有重要意义。因此受到世界各国的极大重视和大力发展。
电源系统是海洋浮标的一个重要组成部分。为保证气象站能在恶劣的环境中全天候的工作，其供电系统必须稳定可靠。据不完全统计，我国海洋浮标在海上运行的多次失败，25％以上是由于电源原因造成的。海洋浮标通常采用蓄电池供电，但是随着海洋浮标功能的多样化，尤其是卫星定位及其数据传输技术的发展，基于卫星检测技术的浮标设备耗电量大，仅仅依靠蓄电池供电会面临频繁更换电池，补给成本高，补给困难等诸多问题。
能源危机问题备受关注，波浪能作为一种清洁的可再生能源，具有巨大的开发前景。对于在海面上长期工作且耗电的海洋浮标来说，如何更好的利用波浪能，能节省一大笔人力物力。本作品针对现有海洋浮标耗电量大，但补给困难的问题，设计了一种机械手表原理式自发电海洋浮标，与以往自供能海洋浮标相比，本作品具有更好的发电效益，以及稳定的机械结构。通过自动陀、齿轮传动机构、擒纵机构、发条、小型电机等配合构建，实现全波浪，全天候发电，无水中活动部件，抗风抗浪性能好，损坏率低，大大增强了海洋浮标的持续性作业能力。
目前现有的自发电式海洋浮标，其方式主要为太阳能发电及风力发电。虽然这两种发电方式技术较为成熟，但这两种方法在海洋浮标上应用有较多缺陷
(1)风力发电受天气影响较大，无风无法发电；风力过大时易导致海洋浮标不稳定，并可能出现发电机过速而烧毁电机的现象，严重时会损坏浮标，存在一定安全隐患；
(2)太阳能发电能量密度低，但海洋浮标空间有限，太阳能电池板占地面积过大，且受天气影响较大。
目前已有的几种波浪能发电方式，都有其局限性，且只有浮子式能应用于海洋浮标，但是浮子会承受过多的冲击，损坏率较高。因此我们设计了一种新型海洋浮标。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单，使用方便的自发电海洋浮标。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种自发电海洋浮标，包括浮标本体，浮标本体底端安装有发电装置本体。
本发明的自发电海洋浮标，所述发电装置本体上端设置有自动陀，自动陀下端设置有传动模块，传动模块下端连接有发条装置，发条装置一侧设置有稳定释能模块，发条装置另一侧连接有发电机，发电机上连接有电池。
本发明的自发电海洋浮标，所述传动模块设置有齿轮A，齿轮A与自动陀同轴设置，所述齿轮A上水平卡合有齿轮B和齿轮D，齿轮B下端同轴设置有齿轮C，齿轮D下端同轴设置有齿轮E，齿轮E上连接有齿轮F。
本发明的自发电海洋浮标，所述齿轮C和齿轮E与自身中间轴之间均设置有单项轴承。
本发明的自发电海洋浮标，所述齿轮C和齿轮E旋转方向相反。
本发明的自发电海洋浮标，所述稳定释能模块中设置有擒纵轮，擒纵轮一侧设置有游丝，游丝与擒纵轮之间设置有擒纵叉。
本发明的自发电海洋浮标，所述擒纵轮上端同轴设置有齿轮，齿轮与发条装置卡合。
本发明的自发电海洋浮标，所述发条装置与发电机之间设置有加速模块。
本发明的自发电海洋浮标，所述发电装置本体外端设置有防护罩，自动陀位于防护罩的外侧。
本发明的自发电海洋浮标，具有以下优点：
(1)发电部分借鉴机械手表结构，利用自动陀的摆动带动齿轮传动机构，实现全波浪输出，进行发条储能；
(2)整体结构紧密，没有水中活动部件，有利于抗台风，减小损坏率；
(3)擒总机构稳定输出，将不稳定的波浪能转化为稳定的能量输出，以获得最佳的发电效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的发电装置本体结构示意图；
图3为本发明的传动模块结构示意图；
图4为本发明的稳定释能模块的结构示意图；
图5为本发明的发电模块结构示意图。
图中，1浮标本体；2发电装置本体；3自动陀；4传动模块；5发条装置；6稳定释能模块；7电池；8发电机；9齿轮A；10齿轮B：11齿轮C；12齿轮D；13齿轮E；14齿轮F；15单向轴承；16游丝；17擒纵叉；18擒纵轮；19加速模块。
具体实施方式
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。
附图1-5为本发明的一种具体实施例。该实施例包括浮标本体1，浮标本体1底端安装有发电装置本体2。
本发明的自发电海洋浮标，所述发电装置本体2上端设置有自动陀3，自动陀3下端设置有传动模块4，传动模块4下端连接有发条装置5，发条装置5一侧设置有稳定释能模块6，发条装置5另一侧连接有发电机8，发电机8上连接有电池7，电池7为蓄电池，自动陀3是一种重心偏移的惯性元件，可通过螺丝固定在机芯中间的自动陀3轴上面，自动陀3的边缘为金属，密度较大，具有很大的重量，形成了偏心结构，当整体有轻微波动时，自动陀即可带动轴心转动，进行能量收集，电池7为蓄电池，本装置发条装置5采用双发条设计，可以实现储能与释能同时进行，以保证发电机的持续工作，当一条发条释能时，另一条发条接收来自浮标波动的能量，当一条发条释能完毕后，另一条发条继续释放能量同时第一发条旋紧储能。同时在两主发条的末端焊接一小段副发条，副发条厚而硬，当自动陀上链给主发条上满链的时候，整个发条受到收缩力大于副发条的膨胀力，使副发条收缩，整个发条向后滑动，滑动时释放多余的能量。释能之后，副发条再次膨胀就会再次固定整个发条。通过主副发条设计，使整个发条储存的能量保持在一个最大限度，这样就会避免让发条一直上链导致崩断；传动模块4主要包括齿轮机构的设计及配合，选取合适的参数，以达到合适的传动比，及储能所需的转速及扭矩，保证自动陀传递给发条能量的最大化，并且在保证功能的同时，尽量减少齿轮传动级数，以减小摩擦带来的能量损失。
本发明的自发电海洋浮标，所述传动模块4设置有齿轮A9，齿轮A9与自动陀3同轴设置，所述齿轮A9上水平卡合有齿轮B10和齿轮D12，齿轮B10下端同轴设置有齿轮C11，齿轮D12下端同轴设置有齿轮E13，齿轮E13上连接有齿轮F14，所述齿轮C11和齿轮E13与自身中间轴之间均设置有单项轴承15，所述齿轮C11和齿轮E13旋转方向相反，当自动陀3带动轴转动时，齿轮A9被带动，如若齿轮A9为逆时针转向，则齿轮B10与齿轮D12皆为顺时针转向，而齿轮13E与齿轮C11中间装有单向轴承，齿轮E13中为顺时针单向轴承，齿轮中C11为逆时针单向轴承。因齿轮B10为顺时针转向，无法带动齿轮C11的转动，只有齿轮D12带动齿轮E13顺时针转动，从而带动传动齿轮F14的逆时针转动。当自动陀3顺时针转动时，同理，只有齿轮B10能带动齿轮C11的逆时针转动，从而带动齿轮E13顺时针转动，进而带动齿轮F14的逆时针转动，这样保证了无论自动陀如何转动，都能带动传动机构的单向传动，为发条储能，大大增加能量的利用率。
本发明的自发电海洋浮标，所述稳定释能模块6中设置有擒纵轮18，擒纵轮18一侧设置有游丝16，游丝16与擒纵轮18之间设置有擒纵叉17，将发条中的能量转换为电能是本装置最为关键的部分，发电机8是转换装置，将机械能转换为电能，但发电机8有对转速有着严苛的要求，要能保持均匀的转速，但如果光以发条输出能量，因为发条越紧力越大，发条越松力越小，转矩和转速都是不稳定的，很难带动发电机完成机械能-电能的转换，因此本装置添加了擒纵机构，以保证发条中弹性势能的稳定输出，游丝16决定着擒纵叉17的摆动频率，而擒纵叉17控制着擒纵轮18的稳定转动，擒纵轮18与发条装置5同轴，这样整个擒纵机构就控制着发条的稳定输出，可调控游丝16以获得相应的频率。
本发明的自发电海洋浮标，所述擒纵轮18上端同轴设置有齿轮，齿轮与发条装置5卡合。
本发明的自发电海洋浮标，所述发条装置5与发电机8之间设置有加速模块19，加速模块19为多组齿轮卡合传动进行加速。
本发明的自发电海洋浮标，所述发电装置本体2外端设置有防护罩，防护罩可以防水防腐蚀，自动陀3位于防护罩的外侧。
本装置发电时，自动陀3跟随波浪振动之后带动齿轮A9转动，最终带动齿轮F14逆时针转动带动发条装置5转动，稳定释能模块6稳定发条频率，发条的机械能通过加速模块19传动给发电机8进行转化为电能，进而把电能储存在电池7中，电池7给浮标本体1供电，在不改变原设备整体布局和不影响传感器正常工作的情况下，将发电装置融合于原浮标浮体结构内，装置的传动机构与原浮标其他机构互不干涉，在实现能量收集，能量传动的同时尽量减少传动级数，以减少齿轮摩擦带来的能量损耗。
以上对本发明的具体实施进行了详细描述，但是只是作为一个范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施案例，对本发明进行的等同修改也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自发电海洋浮标，包括浮标本体（1），其特征在于：浮标本体（1）底端安装有发电装置本体（2）；
所述发电装置本体（2）上端设置有自动陀（3），自动陀（3）下端设置有传动模块（4），传动模块（4）下端连接有发条装置（5），发条装置（5）一侧设置有稳定释能模块（6），发条装置（5）另一侧连接有发电机（8），发电机（8）上连接有电池（7）。
2.如权利要求1所述的自发电海洋浮标，其特征在于：所述传动模块（4）设置有齿轮A（9），齿轮A（9）与自动陀（3）同轴设置，所述齿轮A（9）上水平卡合有齿轮B（10）和齿轮D（12），齿轮B（10）下端同轴设置有齿轮C（11），齿轮D（12）下端同轴设置有齿轮E（13），齿轮E（13）上连接有齿轮F（14）。
3.如权利要求2所述的自发电海洋浮标，其特征在于：所述齿轮C（11）和齿轮E（13）与自身中间轴之间均设置有单项轴承（15）。
4.如权利要求3所述的自发电海洋浮标，其特征在于：齿轮C（11）和齿轮E（13）旋转方向相反。
5.如权利要求1所述的自发电海洋浮标，其特征在于：所述稳定释能模块（6）中设置有擒纵轮（18），擒纵轮（18）一侧设置有游丝（16），游丝（16）与擒纵轮（18）之间设置有擒纵叉（17）。
6.如权利要求5所述的自发电海洋浮标，其特征在于：所述擒纵轮（18）上端同轴设置有齿轮，齿轮与发条装置（5）卡合。
7.如权利要求1所述的自发电海洋浮标，其特征在于：所述发条装置（5）与发电机（8）之间设置有加速模块（19）。
8.如权利要求1所述的自发电海洋浮标，其特征在于：发电装置本体（2）外端设置有防护罩，自动陀（3）位于防护罩的外侧。
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