CN111305995B - 自组装波浪能发电机网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了自组装波浪能发电机网络，若干自组装单元，所述自组装单元包括发电机和连接节点，其中，所述发电机为用于收集机械运动能量发电的器件；所述连接节点固定在所述发电机上；相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点吸附连接形成发电机网络；或者；分散的所述自组装单元，由于波浪的扰动发生相互的碰撞，由各自的连接节点进行吸附连接形成发电机网络。相应的，本发明还提供一种通过自组装形成大型结构物的方法。本发明的自组装网络可以实现分散自组装单元自行组装成网络，网络连接断裂后自行修复，可重构成不同网络构形等功能，具有自我组织、自我维护的“自治”能力。

Description

自组装波浪能发电机网络
技术领域
本公开属于波浪能收集领域，特别涉及一种自组装波浪能发电机网络，和自组装方法。
背景技术
现代社会资源环境的约束对于清洁可再生能源提出了更高的要求，波浪能作为一种清洁能源具有极大的应用潜力，而现有波浪能收集技术一般采用电磁式发电机，存在技术复杂、成本较高等限制，经过多年的发展，仍停留在小规模试验运行阶段。
波浪能发电机网络由小的发电单元构成，是一种新颖的波浪能收集技术。由于波浪能发电机网络涉及到大量的单元，其组装和连接是一个巨大的挑战。同时海洋环境中的极端天气也极易损坏网络结构，因此波浪能发电机网络需要进一步地改进，以便于更好地利用波浪能资源。
发明内容
针对上述本公开提供了一种自组装波浪能发电机网络，用于收集波浪能，将机械能转化为电能，至少部分解决以上所提出的技术问题。
本发明提供一种自组装波浪能发电机网络，包括：若干自组装单元，所述自组装单元包括发电机和连接节点，其中，
所述发电机为用于收集机械运动能量发电的器件；
所述连接节点固定在所述发电机上；
相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点吸附连接形成发电机网络；
或者；分散的所述自组装单元，由于波浪的扰动发生相互的碰撞，由各自的连接节点进行吸附连接形成发电机网络。
优选的，所述吸附连接为磁性吸附、粘性吸附或者机械连接。
优选的，每个自组装单元包括1个或者多个所述连接节点。
优选的，所述连接节点包括可自由转动的磁性部件，当两自组装单元的实施连接节点靠近时，由于磁力的作用，磁性部件能够发生自适应旋转，实现磁性吸附。
优选的，所述连接节点的结构包括底座、磁性部件、上盖，其中，底座为中心镂空结构，上盖为中心镂空结构，磁性部件可在底座和上盖形成的空腔中自由旋转。
优选的，所述磁性部件为球形或者棒状。
优选的，所述连接节点还包括限位块，用于限制互相连接的两连接节点在水平面内的相对转动；当两个所述连接节点吸附后，所述限位块在水平面内位于两个所述连接节点的对角位置。
优选的，所述自组装单元的发电机为球形结构，或者为方形结构、筒形结构、表面有连接臂凸起的结构。
优选的，所述发电机为摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、电磁发电机或混合式发电机。
优选的，所述自组装单元包括多个连接节点，多个所述连接节点伸向多个不同方向。
优选的，若干所述自组装单元进行多层堆垛向水下深度方向拓展，形成三维网络结构。
相应的本发明还提供一种通过自组装形成大型结构物的方法，其特征在于，自组装单元包括主体和固定在主体上的连接节点，相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点互相吸附将单元的主体连接形成大型网络结构物；
或者，在机械能的扰动作用下，分散的自组装单元发生相互的碰撞，由各自的连接节点进行吸附连接形成网络。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的自组装网络可以实现分散自组装单元自行组装成网络，网络连接断裂后自行修复，可重构成不同网络构形等功能，具有自我组织、自我维护的“自治”能力，将对波浪能发电机网络的建设、管理和维护提供极大的便利，降低成本，并可应用于其它水中结构物的建造中。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示的自组装单元结构的示意图。
图2为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络自组装示意图。
图3为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络自修复的示意图。
图4为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络结构可重构的示意图。
图5为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络具有不同连接节点数的单元组装形成的网络示意图。
图6为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中自适应磁性连接节点结构示意图。
图7为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中自适应磁性连接节点的剖面图。
图8为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中自适应磁性连接节点的俯视图。
图9为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中自适应磁性连接节点的工作原理示意图。
图10为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中的自适应磁性连接节点对不同方向运动自由度的限制的示意图。
图11为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中通过机械连接形成自组装的示意图。
图12为根据本公开一实施例所示的自组装波浪能发电机网络中通过粘性吸附形成自组装的示意图。
【符号说明】
100-自组装单元；
110-发电机；
120-连接节点；
121-底座；
122-磁性部件；
123-上盖；
124-限位块；
125-卡槽
126-关节小球
127-粘性片
具体实施方式
为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明白，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。
本发明的基本结构如图1，自组装单元100由两部分组成，分别为发电机110及连接节点120。其中发电机110可以为任何可收集机械运动能量发电的器件。连接节点120可以与邻近单元上的节点进行吸附连接，从而组成自组装网络。如图2所示，分散的自组装单元100漂浮在水中，由于波浪的扰动发生相互的碰撞，并由连接节点120进行吸附连接，最后形成网络。如图3所示，对于形成的网络，如果受到外力破坏分开，在外力撤除后，可自行通过连接节点120的吸附而回复到初始的状态。如图4所示，对于形成的网络结构，可在外力作用下，进行连接节点的重新连接，从而重构成不同的网络结构。自组装单元100上可以具有不同数量及分布的连接节点120，从而自组装形成不同的小模块及网络，如图5所示几种典型的单元、模块及网络结构。但连接节点120不限于这几种数量和分布形式，也不限于只在一个平面上分布。
本发明所述的吸附连接可以为磁性吸附、粘性吸附或者机械连接等连接方式。
对于磁性吸附连接，连接节点可以包括可自由转动的磁性部件，磁性部件可以为球形或者棒状等可自由旋转的结构。
图6给出了连接节点120的一种实现方法及其具体结构，具体而言是一种自适应磁性连接节点结构。其主要包括底座121、磁性部件122、上盖123、限位块124等。图7给出了自适应磁性连接节点的剖视图，相邻表面可通过粘接等方法结合到一起，磁性部件约束在中间的空腔中。图8给出了结构的俯视图。图9给出了自适应磁性连接节点的工作原理。磁性部件可在底座121和上盖123形成的空腔中自由旋转，对于任意方向的初始磁极，当两自组装单元的连接节点足够近时，由于磁力的作用，磁性部件会发生自适应旋转，从而旋转到正确的磁极方向并发生磁性吸附，从而保证了节点的高效可靠的自组装吸附，而在具体设计节点时不用考虑固定的磁极方向。为了保证网络构形的稳定，需要两吸附的连接节点不发生相对转动，而为了有效吸附波浪能，需要节点转动。为了同时满足这两项要求，设计了限位块124。其工作原理如图10所示，在水平面内，两连接节点120的限位块处于对角位置，限制了节点的相对转动，而在竖直平面内，还可以发生相对转动而受到波浪驱动，使得此连接同时具有保持网络结构和收集波浪能量的特性，这是通过普通的自组装或磁性结构所无法实现的。
磁性部件122的磁性大小可以根据需要设计，从而决定网络自组装的强度及断开的难易程度。图示尺寸和比例不形成限制。
图11给出了连接节点120的另一种实现方法，即机械连接，通过自组装单元随机碰撞，关节小球126嵌入卡槽125而形成组装和连接。
图12给出了连接节点120的另一种实现方法，即粘性吸附，通过自组装单元随机碰撞，粘性片127相互粘附而形成组装和连接。
自组装单元的发电机可以为各种结构形式的发电机，可以为球形结构，或者为方形结构、筒形结构、表面有连接臂凸起的结构等。发电机可以为任意将机械能转变为电能的发电结构，可以为摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、电磁发电机或混合式发电机。
相应的，本发明还提供一种通过自组装形成大型结构物的方法，自组装单元包括主体和固定在主体上的连接节点，相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点互相吸附将单元的主体连接形成大型网络结构物；
或者，在波浪等机械能的扰动作用下，分散的自组装单元发生相互的碰撞，由各自的连接节点进行吸附连接形成网络。所述的主体可以包括上述的发电机或者其他待组装的结构。
该自组装方法所述的吸附连接可以为上述的磁性吸附、粘性吸附或者机械连接等方式。该方法可以应用在波浪能或者其他机械扰动能环境中。
通过自组装形成大型结构物的方法可以实现分散的自组装单元自行组装成网络，网络连接断裂后自行修复，可重构成不同网络构形等功能，具有自我组织、自我维护的“自治”能力。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自组装波浪能发电机网络，其特征在于，包括：若干自组装单元，所述自组装单元包括发电机和连接节点，其中，
所述发电机为用于收集机械运动能量发电的器件；
所述连接节点固定在所述发电机上；
相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点磁性吸附形成发电机网络；
所述连接节点包括可自由转动的磁性部件，当两自组装单元的连接节点靠近时，由于磁力的作用，磁性部件能够发生自适应旋转，实现磁性吸附。
2.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其特征在于，所述相邻的自组装单元之间通过各自的连接节点吸附连接形成发电机网络包括：
所述相邻的自组装单元之间在波浪的扰动下发生相互碰撞以通过各自的连接节点吸附连接形成所述发电机网络。
3.根据权利要求1或2所述的自组装波浪能发电机网络，其中，每个自组装单元包括1个或者多个所述连接节点。
4.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述连接节点的结构包括底座、磁性部件、上盖，其中，底座为中心镂空结构，上盖为中心镂空结构，磁性部件可在底座和上盖形成的空腔中自由旋转。
5.根据权利要求1或4所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述磁性部件为球形或者棒状。
6.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述连接节点还包括限位块，用于限制互相连接的两连接节点在水平面内的相对转动；当两个所述连接节点吸附后，所述限位块在水平面内位于两个所述连接节点的对角位置。
7.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述自组装单元的发电机为球形结构、方形结构、筒形结构、表面有连接臂凸起的结构中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述发电机为摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、电磁发电机或混合式发电机。
9.根据权利要求1所述的自组装波浪能发电机网络，其中，所述自组装单元包括多个连接节点，多个所述连接节点伸向多个不同方向。
10.根据权利要求9所述的自组装波浪能发电机网络，其中，若干所述自组装单元进行多层堆垛向水下深度方向拓展，形成三维网络结构。
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