CN111181346B - 一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置。本发明包括半球体，半球体表面分布着永磁体；所述半球体位于下半球壳内，且两者球心相同；所述的下半球壳上分布着与半球体表面上永磁体相对应的圆孔，所述圆孔用于插入线圈柱；所述下半球壳与上半球壳相连组成完整球壳，上半球壳内部向球心支出支撑柱，所述支撑柱通过TBS关节轴承与半球体相连，使得半球体绕着TBS关节轴承的钢球球心可做任意方向上的转动；所述半球体上相邻永磁体的朝外部分的磁极相反，相邻线圈柱上缠绕的线圈缠绕方向相反。本发明能够各个方向上外部物体的能量，能直接收集能量并将其转换为电能；整体结构稳定，形状对称，对外部装置稳定性影响小。

Description

一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置
技术领域
本发明涉及振动能量收集技术领域，尤其涉及一种将波浪能转换为电能的电磁式能量收集装置。
背景技术
目前海洋机器人在作业中对能源的要求越来越高，而单纯的电池蓄能又满足不了作业需求。当前已经有研究者设计并制造出了面向海洋机器人的发电装置，总体来说这些装置分为两类：一种是共振式发电装置，另一种是旋转式发电装置。对于上述两种装置，都是利用法拉第电磁感应定律发电。其中，共振式的发电装置结构最为简单，通常运动方向为一条直线，设计容易，但是这也导致了该发电装置只能收集直线这一个方向上的能量来发电，发电效率低下，且要达到最大发电效率的频率要求脱离实际海波频率；另一种旋转式的发电装置虽然多出了旋转方向上的能量收集，但是在另一个方向上无法收集到能量。总而言之，两类能量收集器在海洋机器人无规则运动的时候都无法收集多个方向的能量，能量收集效率有限。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种电磁式振动能量收集装置，它能绕球心向任意角度转动，可以在多个自由度上将波浪能转换为电能，可替代现有的共振式和转动式的波浪能发电装置。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明包括半球体，半球体表面分布着用于发电所需要的永磁体；所述半球体位于下半球壳内，且两者球心相同；所述的下半球壳上分布着与半球体表面上永磁体相对应的圆孔，所述圆孔用于插入线圈柱；所述下半球壳与上半球壳相连组成完整球壳，上半球壳内部向球心支出支撑柱，所述支撑柱通过TBS关节轴承与半球体相连，使得半球体绕着TBS关节轴承的钢球球心可做任意方向上的转动；所述半球体上相邻永磁体的朝外部分的磁极相反，相邻线圈柱上缠绕的线圈缠绕方向相反。
进一步说，所述的圆孔周围还开有方形小孔，所述的线圈柱上带有方形凸起，线圈柱通过对应的圆孔和圆孔周围的方形小孔从下半球壳插入，利用方形凸起旋转后与下半球壳紧密固定。
进一步说，还包括一个整流器，用于将所有线圈产生的不规则交流电转换为直流电收集起来。
进一步说，所述的永磁体嵌入在半球体表面。
进一步说，所述的半球体材质采用铁合金。
本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：
本发明能够各个方向上外部物体的能量，能直接收集能量并将其转换为电能；整体结构稳定，形状对称，对外部装置稳定性影响小；泛用性好，能够安装到任何处于振动中的装置之中进行发电；安装使用方便，噪音很小。本发明可用于替代现有的安装在海洋机器人内部的振动发电装置，特别是应用于安装空间有限且需要持续工作的水下设备中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的电磁式振动能量收集装置的剖面结构示意图。
图2是本发明的正视图。
图3是本发明的爆炸图。
图中：1、上壳体，2、支撑柱，3、螺纹孔，4、TBS关节轴承，5、螺纹孔，6、下壳体，7、线圈，8、永磁体，9、线圈柱，10、半球体，11、螺钉，12、凹槽，13、线圈柱孔，14、凸柱。
具体实施方式
本发明提供了一种球形空间转动式发电装置。该装置包括半球体，半球体材质采用铁合金，半球体表面分布着圆形凹槽，用于安放发电所需要的永磁体；下半球壳上分布着与内部半球体的永磁体一一对应的圆孔，用于插入线圈柱；圆孔边缘有两个方形孔，用于线圈柱的插入与固定；上半球壳通过螺钉与下半球壳相连组成完整球壳，上半球壳内部向下支出支撑柱，支撑柱通过一个TBS关节轴承与半球体相连；线圈柱通过圆孔和圆孔周围的方形孔可以从下半球壳插入，利用方形凸起旋转后与下半球壳紧密固定。半球体上相邻磁体的朝外部分的磁极相反，相邻线圈柱上缠绕的线圈缠绕方向相反。
本发明整体呈球状，形状规则，重心居中，且在发电过程中重心横向移动不多，对外部整体的稳定性影响小。
本发明下半球壳开孔，孔周围再开方形小孔，整体设计方便线圈柱的插入和取出。
本发明采用双端螺纹的关节轴承，满足半球体向任意方向上的转动。
实施例：
图1～图3给出了一种电磁式振动能量收集装置。
实施例中的装置包括了上壳体1，上壳体1通过六个螺钉11与下壳体6紧密相连，上壳体1和下壳体6轴心线重叠，组成一个完整球壳。上壳体1内有支撑柱2，支撑柱2轴心线与上壳体1轴心线重叠。
支撑柱2与TBS关节轴承4通过螺纹孔3连接，TBS关节轴承4与半球体10通过螺纹孔5连接。半球体10为金属材质，优选铁合金，其上分布着发电所用的数个永磁体8。球体10可绕着球心向各个方向转动。
下壳体6上分布着数个线圈柱孔13。每个线圈柱孔13上有对称分布着两个凹槽12，线圈柱9上的两个凸柱14对齐凹槽12，线圈柱9穿过线圈柱孔13后，旋转半圈即可与下壳体6固定，线圈孔13的轴心线与线圈柱9的轴心线重叠。每个线圈柱9上都缠绕着线圈7，每个线圈7都连接起来组成一个整体线圈。
本发明的工作原理如下：
将该装置安装进入海洋机器人之中，整体上壳体1和下壳体6结合在一起且两个结构与海洋机器人相对静止，半球体10与上壳体1通过TBS关节轴承4连接，半球体可以与上壳体1发生相对运动，可以与下壳体6和线圈7发生相对运动。
在运动的过程中，搭载能量收集装置的海洋机器人整体上下无规律来回振动，带动上壳体1、下壳体6、线圈7和线圈柱9一起运动，而半球体10由于惯性的存在，会与上述几个结构发生相对运动，半球体10绕着TBS关节轴承的钢球球心可以做各个方向上的转动。而半球体10上的永磁体8就会与线圈柱9上的线圈7发生相对运动。根据电磁感应定律，线圈7内部的磁通量由此发生改变，内部产生感应电动势，最后线圈7内部就会产生电流。海洋机器人整体的无规则振动会在线圈7上产生不规律的电流。而相邻的永磁体8朝外一面的磁极是相反的，相邻的线圈7的绕线方向也是相反的，这样可以保证所有连接起来的线圈7内部产生的电动势不会相互抵消减小发电功率。
在运动的过程中，由于海波的不规律性，所有连在一起的线圈7最终产生的电流的大小和方向的改变也是无规律的，所以要搭载一个整流器用于将不规则交流电转换为直流电收集起来。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置，其特征在于：
包括半球体，半球体表面分布着用于发电所需要的永磁体；所述半球体位于下半球壳内，且两者球心相同；
所述的下半球壳上分布着与半球体表面上永磁体相对应的圆孔，所述圆孔用于插入线圈柱；
所述下半球壳与上半球壳相连组成完整球壳，上半球壳内部向球心支出支撑柱，所述支撑柱通过TBS关节轴承与半球体相连，使得半球体绕着TBS关节轴承的钢球球心可做任意方向上的转动；
所述半球体上相邻永磁体的朝外部分的磁极相反，相邻线圈柱上缠绕的线圈缠绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置，其特征在于：所述的圆孔周围还开有方形小孔，所述的线圈柱上带有方形凸起，线圈柱通过对应的圆孔和圆孔周围的方形小孔从下半球壳插入，利用方形凸起旋转后与下半球壳紧密固定。
3.根据权利要求1所述的一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置，其特征在于：还包括一个整流器，用于将所有线圈产生的不规则交流电转换为直流电收集起来。
4.根据权利要求1所述的一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置，其特征在于：所述的永磁体嵌入在半球体表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种面向海洋机器人的电磁式振动能量收集装置，其特征在于：所述的半球体材质采用铁合金。
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