CN108953044A - 一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，包括太阳能发电装置、结合风能与水能的磁悬浮发电双转子、利用浮子随波浪的上下运动带动动子运动使发电机输出交流电的浮子式波浪能供电装置，可充分利用水面上丰富的太阳能、风能、水能、波浪能，最大化的回收利用自然能源和海洋潮汐资源，为浮标提供足够的电能；且根据多源供电设备需求设计的浮标结构不仅能满足不同发电设备的要求，还可有效降低船舶撞击、海水腐蚀、台风侵袭带来的损害，给海洋科研等带来准确可靠的数据。
Description
技术领域
本发明属于航行器设计技术领域，尤其涉及一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标。
背景技术
发展与改进我国海洋环境观测技术已成为我国海洋研究的重要课题，而浮标作为海洋观测技术中最可靠、最有效、最重要的手段之一，可以在各种复杂的海洋环境中提供长期、连续、实时、可靠的海洋观测数据，是随着科技发展和海洋环境监测、预报的需要而迅速发展起来的新型海洋环境监测设备。目前，大多数浮标是由蓄电池供电进行工作的，但蓄电池的毒性巨大，更换复杂，需要耗费时间与人力，而我国每年二十多个台风的登陆造成的浮标移位、丢失更是不计其数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，能为浮标提供足够的能量以供多种功能设备的正常运行，同时，能结合对浮标结构的适应性优化设计，提高整体结构稳定性和强度以适应复杂水上环境，实时监测周围水文、水质等信息，并提供无线充电平台，实现其功能的多样性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，包括太阳能发电装置、结合风能与水能的磁悬浮发电双转子、利用浮子随波浪的上下运动带动动子运动使发电机输出交流电的浮子式波浪能供电装置；太阳能发电装置，包括位于太阳能发电装置中心的太阳能电池板，安装在底座中心区域，在平行于太阳能电池板的上方安装圆形的菲涅尔透镜，连接菲涅尔透镜与底座的是球形的透镜结构；磁悬浮发电双转子中，风力涡轮机耦合链接发电机的内转子(磁芯)，在风力的作用下，风力涡轮机带动发电机的内转子做逆时针旋转；水轮涡轮机耦合连接发电机的外转子，在水流的作用下，水轮涡轮机带动发电机的外转子做顺时针旋转。形成内外转子逆向旋转的双转子发电机。内外双转子逆向旋转的双转子发电机具有增能效应。
按上述技术方案，浮子式波浪能供电装置由波浪能捕获装置、圆筒形永磁直线发电机构成，其中波浪能捕获装置包括浮子、T型运动杆、凸轮及拉簧，圆筒型永磁直线发电机置于浮标主体内部，波浪能捕获装置安装于浮标主体外壳的外部，两者相对分离，避免了因浮标和发电机自重影响波浪能捕获装置捕获波浪能。圆筒型永磁直线发电机的输出端连接AC/DC转换模板的输入端，AC/DC转换模板的输出端连接电源管理模板的输入端，电源管理模板管理太阳能发电装置、磁悬浮发电双转子、浮子式波浪能供电装置生产的电能，并通过稳压滤波处理后输入到磷酸铁锂电池中。
按上述技术方案，浮子与水面交接处安装有两个轴孔，T型运动杆头部两端与轴孔通过铰链连接，另一端与凸轮转轴刚性连接。没有波浪作用时，浮子的浮力和重力达到平衡状态，浮子静止不动，当波浪传递到波浪能捕获装置时，浮子会随着水面高程的变化而上下运动，T型运动杆T型头部随着浮子一起上下运动，另一端带动凸轮转轴旋转，进而带动圆筒型永磁直线发电机的运动轴上下运动。当浮子在波浪的作用下向下运动时，凸轮转轴逆时针旋转，凸轮反方向旋转，将圆筒型永磁直线发电机的运动轴顶起；当浮子在波浪的作用下向上运动时，转轴顺时针旋转，凸轮正方向旋转，圆筒型永磁直线发电机的运动轴在拉簧的拉伸作用下向下运动。
按上述技术方案，还包括风速风向传感器、方位传感器、水温传感器、气温传感器、气压传感器和流速流向传感器，分别布设在浮标的上部以采集相应水文水质信息。
按上述技术方案，浮标上加设了防撞与防腐模块和防台风的浮标自适应结构。保护了浮标，令浮标具有了抗腐蚀、抗撞击、抗强风的性能，从而使浮标的结构更加稳定。且通过无线充电模块的安装，使得浮标可以通过无线充电的方式将能源传输给无人艇。
本发明产生的有益效果是：可充分利用水面上丰富的太阳能、风能、水能、波浪能，最大化的回收利用自然能源和海洋潮汐资源，为浮标提供足够的电能；且根据多源供电设备需求设计的浮标结构不仅能满足不同发电设备的要求，还可有效降低船舶撞击、海水腐蚀、台风侵袭带来的损害，给海洋科研等带来准确可靠的数据。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例风流协同发电机图；
图2是本发明波浪能发电模块结构实施图；
图3是本发明波浪能发电模块结构剖面图；
图4是本发明实施多功能浮标的功能原理图；
图5是本发明实施例浮标丢失报警流程图；
图6是本发明实施例水文信息收集模块图；
图7是磁共振无线充电原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，提供一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，图1-4所示的均为不同种发电结构的结构或原理图，设置在浮标的不同位置，包括风流协同发电机、波浪能发电模块、新型聚光式太阳能供能模块和新型恒温磷酸铁锂电池。包括太阳能发电装置、结合风能与水能的磁悬浮发电双转子、利用浮子随波浪的上下运动带动动子运动使发电机输出交流电的浮子式波浪能供电装置；太阳能发电装置，包括位于太阳能发电装置中心的太阳能电池板，安装在底座中心区域，在平行于太阳能电池板的上方安装圆形的菲涅尔透镜，连接菲涅尔透镜与底座的是球形的透镜结构；磁悬浮发电双转子中，风力涡轮机耦合链接发电机的内转子，在风力的作用下，风力涡轮机带动发电机的内转子做逆时针旋转；水轮涡轮机耦合连接发电机的外转子，在水流的作用下，水轮涡轮机带动发电机的外转子做顺时针旋转。形成内外转子逆向旋转的双转子发电机。内外双转子逆向旋转的双转子发电机具有增能效应。
进一步地，浮子式波浪能供电装置由波浪能捕获装置、圆筒形永磁直线发电机构成，其中波浪能捕获装置包括浮子、T型T型运动杆、凸轮及拉簧，圆筒型永磁直线发电机置于浮标主体内部，波浪能捕获装置安装于浮标主体外壳的外部，两者相对分离，避免了因浮标和发电机自重影响波浪能捕获装置捕获波浪能。圆筒型永磁直线发电机的输出端连接AC/DC转换模板的输入端，AC/DC转换模板的输出端连接电源管理模板的输入端，电源管理模板管理太阳能发电装置、磁悬浮发电双转子、浮子式波浪能供电装置生产的电能，并通过稳压滤波处理后输入到磷酸铁锂电池中。
进一步地，浮子与水面交接处安装有两个轴孔，T型运动杆头部两端与轴孔通过铰链连接，另一端与凸轮转轴刚性连接。没有波浪作用时，浮子的浮力和重力达到平衡状态，浮子静止不动，当波浪传递到波浪能捕获装置时，浮子会随着水面高程的变化而上下运动，T型运动杆T型头部随着浮子一起上下运动，另一端带动凸轮转轴旋转，进而带动圆筒型永磁直线发电机的运动轴上下运动。当浮子在波浪的作用下向下运动时，凸轮转轴逆时针旋转，凸轮反方向旋转，将圆筒型永磁直线发电机的运动轴顶起；当浮子在波浪的作用下向上运动时，转轴顺时针旋转，凸轮正方向旋转，圆筒型永磁直线发电机的运动轴在拉簧的拉伸作用下向下运动。
进一步地，还包括风速风向传感器、方位传感器、水温传感器、气温传感器、气压传感器和流速流向传感器，分别布设在浮标的上部以采集相应水文水质信息。
进一步地，浮标上加设了防撞与防腐模块和防台风的浮标自适应结构。保护了浮标，令浮标具有了抗腐蚀、抗撞击、抗强风的性能，从而使浮标的结构更加稳定。且通过无线充电模块的安装，使得浮标可以通过无线充电的方式将能源传输给无人艇。
图5-7所示为适配供能系统的浮标功能应用方面的设计，设在浮标内部，通过各种传感器协同完成。包括水质检测模块、丢失报警模块、水文信息收集模块和无线充电模块。
本发明方案立足环境保护，设计了多元供能的机制，充足的电能和独特的结构设计可使该浮标支持多功能设计，在其中浮标加设的水文水质监测装置实现了浮标在关键水域对该水域的全范围、全天候实时监控，且多源发电的富余电量也可通过无线充电的方式传输给附近水域治污无人艇以增加其续航性能。这些设计的运用，使现有浮标从一个单一功能的航行器向一个工作更加稳定化，功能更加多元化的水上平台发展，给水上浮标类航行器设计的新思路。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，其特征在于，包括太阳能发电装置、结合风能与水能的磁悬浮发电双转子、利用浮子随波浪的上下运动带动动子运动使发电机输出交流电的浮子式波浪能供电装置；太阳能发电装置，包括位于太阳能发电装置中心的太阳能电池板，安装在底座中心区域，在平行于太阳能电池板的上方安装圆形的菲涅尔透镜，连接菲涅尔透镜与底座的是球形的透镜结构；磁悬浮发电双转子中，风力涡轮机耦合链接发电机的内转子，在风力的作用下，风力涡轮机带动发电机的内转子做逆时针旋转；水轮涡轮机耦合连接发电机的外转子，在水流的作用下，水轮涡轮机带动发电机的外转子做顺时针旋转。
2.根据权利要求1所述的基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，其特征在于，浮子式波浪能供电装置由波浪能捕获装置、圆筒形永磁直线发电机构成，其中波浪能捕获装置包括浮子、T型运动杆、凸轮及拉簧，圆筒型永磁直线发电机置于浮标主体内部，波浪能捕获装置安装于浮标主体外壳的外部，两者相对分离，圆筒型永磁直线发电机的输出端连接AC/DC转换模板的输入端，AC/DC转换模板的输出端连接电源管理模板的输入端，电源管理模板管理太阳能发电装置、磁悬浮发电双转子、浮子式波浪能供电装置生产的电能，并通过稳压滤波处理后输入到磷酸铁锂电池中。
3.根据权利要求2所述的基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，其特征在于，浮子与水面交接处安装有两个轴孔，T型运动杆头部两端与轴孔通过铰链连接，另一端与凸轮转轴刚性连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，其特征在于，还包括风速风向传感器、方位传感器、水温传感器、气温传感器、气压传感器和流速流向传感器，分别布设在浮标的上部以采集相应水文水质信息。
5.根据权利要求1或2所述的基于多源供能式耦合自发电的多功能浮标，其特征在于，浮标上加设了防撞与防腐模块和防台风的浮标自适应结构，且通过无线充电模块的安装，使得浮标可以通过无线充电的方式将能源传输给无人艇。
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2018
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