CN112502886A - 类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置 - Google Patents

类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,包括躯体以及设置在头部的控制单元和设置在尾部的摆动结构,躯体包括骨架结构以及外表面的蒙皮,躯体的骨架结构包括多组铰接的支撑板和支撑杆,前后相邻的支撑板经弹簧连接,弹簧的弯折处铰接连接;躯体外表面的蒙皮环绕躯体的骨架结构形成中空的密封结构;控制单元内部设有蓄电池;躯体的两侧部置嵌入微流元,躯体摆动时,嵌入微流元的变形结构在外力作用下挤压变形,使得变形结构内部的填充介质在压力作用下在管道中流动,带动发电机运转,对蓄电池充电。本发明的发电装置,不受水体流动方向限制,适应性好,可为水中用电设备供电,实用性好。

Description

类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置
技术领域
本发明属于清洁能源发电控制领域,具体涉及一种类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置。
背景技术
微型海洋监测装备,需要长时间在海域作业,这样对供电设备的续电时间要求就较高,而一般的电池续电能力限制了续电时间,需要多次人工更换,而海洋中的潮流能蕴含量丰富,若能对其加以开发利用,对海洋装备的能源持续补充的意义重大。传统的潮流能发电装置为水轮机发电组,在面向潮流正方向时,叶轮才会旋转进行发电,然而当潮汐能反向时,发电效率很低,因此,需要一种能够适应潮流方向变化的结构,实现正向、反向都能正常发电。
发明内容
本发明的技术问题是现有的潮流发电装置,在潮流正方向流动时,叶轮才会旋转进行发电,当潮汐反向流动时发电效率很低。
本发明的目的是针对上述问题,提供一种类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,利用嵌入微流元,在流动水体中水流的作用下,躯体不断地向左向右扭动,挤压嵌入微流元中的介质,流动的介质在压力作用下带动发电机对外供电,不受水流方向的影响,水流动时即可发电。
本发明的技术方案是类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,包括躯体以及设置在头部的控制单元和设置在尾部的摆动结构,躯体包括骨架结构以及外表面的蒙皮,躯体的骨架结构包括多组铰接的支撑板和支撑杆,前后相邻的支撑板弹簧连接,弹簧的弯折处铰接连接,弯折处与前支撑板或后支撑板连接;躯体外表面的蒙皮环绕躯体的骨架结构形成中空的密封结构;控制单元内部设有蓄电池。
躯体的两侧部置嵌入微流元,躯体随摆动结构摆动时,嵌入微流元的变形结构在外力作用下挤压变形,使得变形结构内部的填充介质在压力作用下在管道中流动,带动发电机运转,对蓄电池充电。
进一步地,控制单元还包括控制器和电压传感器,电压传感器的输入端与发电机的输出端连接,电压传感器的输出端与控制器连接。
优选地,摆动结构包括鱼尾和偏心块。
优选地,所述类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置还包括舵机,鱼尾与舵机的输出舵连接,舵机的控制端与控制器连接,鱼尾在舵机的驱动下自主摆动。
进一步地,嵌入微流元包括第一油囊、第二油囊、阀组、油马达、发电机,第一油囊、第二油囊分别经阀组连接到油马达,发电机的转轴与油马达的转轴连接,阀组用于控制第一油囊或第二油囊与油马达的连接管道中的介质单向流动;第一油囊受外力作用油压增加时,第一油囊中的油经管道、阀组流向油马达,经过油马达后流向第二油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机输出电流,对蓄电池充电;同样地,第二油囊受外力作用油压增加时,第二油囊中的油经管道、阀组、油马达流向第一油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机对蓄电池充电。
优选地,阀组包括梭阀和第一单向阀、第二单向阀。
优选地,所述躯体还包括升降单元,升降单元包括躯体侧边的气舱以及气舱中的气囊,气囊经气泵、导管与躯体的密封结构的中空部连通,气泵的控制端与控制器连接;气泵向躯体内中空部泵送空气时,气囊收缩,躯体受到的浮力减小,躯体下沉;气泵向气囊泵送空气时,气囊膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮。
所述类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置还包括设置在控制单元外侧的流速传感器,流速传感器的输出端与控制器连接。
所述类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置还包括与控制器连接的定位模块。
上述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置的发电控制方法,包括以下步骤,
步骤1:控制舵机,摆动鱼尾,尾部的摆动结构在水流的作用下起摆;
步骤2:躯体在水流的作用随尾部的摆动结构开始向躯体左侧或躯体右侧扭动;
步骤3:以躯体向左侧扭动为例,躯体扭动时,躯体右侧的蒙皮绷紧,挤压蒙皮、弹簧之间的第一油囊,第一油囊中的油经管道、阀组流向油马达,经过油马达后流向第二油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机输出电流,对蓄电池充电;
步骤4:躯体向左侧的扭动结束时,躯体在变形弹簧的弹力和水流的作用下,开始向右侧扭动,躯体左侧的蒙皮绷紧,挤压蒙皮、弹簧之间的第二油囊,第二油囊中的油经管道、阀组流向油马达,经过油马达后流向第一油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机输出电流,继续对蓄电池充电;
步骤5:利用流速传感器检测水流的流速,利用电压传感器检测发电机的输出电压,执行步骤2;
步骤5.1:控制器通过流速传感器检测到水流速低时,控制气泵向气囊泵送空气时,气囊膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮后,控制尾部的摆动结构起摆,执行步骤2;
步骤5.2:利用电压传感器采集发电机的输出电压,电压偏低时,通过控制舵机增加尾部的摆动结构的摆动幅度,执行步骤2。
相比现有技术,本发明的有益效果:
1)本发明的发电装置,放置在流动水体中即可发电,不受水体流动方向的限制,适应性好,可用于水中用电设备的供电,实用性好;
2)本发明的发电装置,可自主起摆、增加尾部摆动幅度,自动调节发电机输出电压,提高流动水体动能的利用率;
3)本发明的发电装置,可自主上浮或下沉,进入流速快的水体空间,提高发电效率;
4)本发明的发电装置,采用骨架结构和弹簧,兼具刚性和柔性,耐用性好;
5)本发明的发电装置带定位模块,便于管理人员找到发电装置的具体位置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的发电装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的发电装置的电路框图。
图3为本发明实施例的发电装置的嵌入微流元的示意图。
具体实施方式
如图1所示,类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,包括躯体1以及设置在头部的控制单元2和设置在尾部的摆动结构3,躯体1包括骨架结构以及外表面的蒙皮101,躯体的骨架结构包括多组铰接的支撑板102和支撑杆103,前后相邻的支撑板经弹簧104连接,弹簧104的弯折处铰接连接,弯折处与前支撑板或后支撑板连接。实施例中,躯体1底部设有锚接环,锚接环经系泊绳与海底的锚桩连接,锚桩防止实施例的发电装置漂走。
躯体外表面的蒙皮101环绕躯体的骨架结构形成中空的密封结构;控制单元2内部设有控制器201和蓄电池206。如图2所示,控制单元2还包括电压传感器202、舵机203、流速传感器204、定位模块205,电压传感器202的输入端与发电机的输出端连接,电压传感器202的输出端与控制器201连接。流速传感器204设置在控制单元外侧。
摆动结构3包括鱼尾301、偏心块302,偏心块302设置在鱼尾301上。鱼尾301与舵机203的输出舵连接,舵机203的控制端与控制器201连接,鱼尾301在舵机203的驱动下自主摆动。
图3为实施例的发电装置的俯视图,躯体的两侧部置2个嵌入微流元4。嵌入微流元4包括第一油囊401、第二油囊402、阀组403、油马达404、发电机405,第一油囊401、第二油囊402分别经阀组403连接到油马达404,发电机405的转轴与油马达404的转轴连接,阀组403用于控制第一油囊401或第二油囊402与油马达404的连接管道中的介质单向流动;第一油囊401受外力作用油压增加时,第一油囊401中的油经管道、阀组403流向油马达404,经过油马达404后流向第二油囊402,油马达404和发电机405的转轴运转,发电机405输出电流,对蓄电池406充电;同样地,第二油囊402受外力作用油压增加时,第二油囊402中的油经管道、阀组403、油马达404流向第一油囊401,油马达404和发电机405的转轴运转,发电机405对蓄电池406充电。阀组403由梭阀4031及第一单向阀4032、第二单向阀4033组成。第一油囊401经油管道与梭阀4031的第一进液口连接,第二油囊402经油管道与梭阀4031的第二进液口连接,梭阀4031的出液口与油马达404的进液口连接,油马达404的出液口分成两油路,一油路经第一单向阀4032与第二油囊连接,另一油路经第二单向阀4033与第一油囊401连接。
躯体1上部设有升降单元5,升降单元5包括躯体侧边的气舱501以及气舱501中的气囊502,气囊502经气泵503、导管与躯体的密封结构的中空部连通,气泵503的控制端与控制器201连接;气泵503向躯体内中空部泵送空气时,气囊502收缩,躯体受到的浮力减小,躯体下沉;气泵503向气囊502泵送空气时,气囊502膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮。
上述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置的发电控制方法,包括以下步骤,
步骤1:控制舵机203,摆动鱼尾301,尾部的摆动结构3在水流的作用下起摆;
步骤2:躯体在水流的作用随尾部的摆动结构开始向躯体左侧或躯体右侧扭动;
步骤3:以躯体向左侧扭动为例,躯体扭动时,躯体右侧的蒙皮101绷紧,挤压蒙皮101、弹簧104之间的第一油囊401,第一油囊401中的油经管道、阀组403的梭阀4031,流向油马达404,经过油马达404后再流经第一单向阀4032流向第二油囊402,油马达404和发电机405的转轴运转,发电机405输出电流,对蓄电池406充电;
步骤4:躯体向左侧的扭动结束时,躯体在变形的弹簧104的弹力和水流的作用下,开始向右侧扭动,躯体左侧的蒙皮101绷紧,挤压蒙皮101、弹簧104之间的第二油囊402,第二油囊402中的油经管道、阀组403流向油马达404,经过油马达404后再流经第二单向阀4033流向第一油囊401,油马达404和发电机405的转轴运转,发电机405输出电流,继续对蓄电池406充电;
步骤5:利用流速传感器204检测水流的流速,利用电压传感器202检测发电机的输出电压,执行步骤2;
步骤5.1:控制器通过流速传感器204检测到水流速低时,控制气泵503向气囊502泵送空气时,气囊502膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮后,控制尾部的摆动结构起摆,执行步骤2;
步骤5.2:利用电压传感器202采集发电机的输出电压,电压偏低时,通过控制舵机203增加尾部的摆动结构的摆动幅度,执行步骤2。
上述的发电控制方法也可以是步骤3中躯体向右侧扭动,嵌入微流元发电,然后步骤4中躯体再向左侧扭动,嵌入微流元发电,然后重复步骤3、4,嵌入微流元持续发电。

Claims (10)

1.类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,包括躯体(1)以及设置在头部的控制单元(2)和设置在尾部的摆动结构(3),躯体(1)包括骨架结构以及外表面的蒙皮(101),躯体的骨架结构包括多组铰接的支撑板(102)和支撑杆(103),前后相邻的支撑板经弹簧(104)连接,弹簧(104)的弯折处铰接连接,弯折处与前支撑板或后支撑板连接;
躯体外表面的蒙皮环绕躯体的骨架结构形成中空的密封结构;
控制单元(2)内部设有蓄电池(206);
躯体的两侧部置多个嵌入微流元(4),躯体随摆动结构摆动时,嵌入微流元的变形结构在外力作用下挤压变形,使得变形结构内部的填充介质在压力作用下在管道中流动,带动发电机运转,对蓄电池(206)充电。
2.根据权利要求1所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,控制单元(2)还包括控制器(201)和电压传感器(202),电压传感器(202)的输入端与发电机的输出端连接,电压传感器(202)的输出端与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,摆动结构(3)包括鱼尾(301)和偏心块(302)。
4.根据权利要求2所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,还包括舵机(203),鱼尾(301)与舵机的输出舵连接,舵机(203)的控制端与控制器连接,鱼尾(301)在舵机的驱动下自主摆动。
5.根据权利要求2所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,嵌入微流元(4)包括第一油囊(401)、第二油囊(402)、阀组(403)、油马达(404)、发电机(405),第一油囊(401)、第二油囊(402)分别经阀组(403)连接到油马达(404),发电机(405)的转轴与油马达(404)的转轴连接,阀组(403)用于控制第一油囊(401)或第二油囊(402)与油马达(404)的连接管道中的介质单向流动;第一油囊(401)受外力作用油压增加时,第一油囊(401)中的油经管道、阀组(403)流向油马达(404),经过油马达(404)后流向第二油囊(402),油马达(404)和发电机(405)的转轴运转,发电机(405)输出电流,对蓄电池(406)充电;同样地,第二油囊(402)受外力作用油压增加时,第二油囊(402)中的油经管道、阀组(403)、油马达(404)流向第一油囊(401),油马达(404)和发电机(405)的转轴运转,发电机对蓄电池(406)充电。
6.根据权利要求2所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,所述躯体(1)还包括升降单元(5),升降单元(5)包括躯体侧边的气舱(501)以及气舱中的气囊(502),气囊(502)经气泵(503)、导管与躯体的密封结构的中空部连通,气泵(503)的控制端与控制器连接;气泵(503)向躯体内中空部泵送空气时,气囊(502)收缩,躯体受到的浮力减小,躯体下沉;气泵(503)向气囊(502)泵送空气时,气囊(502)膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮。
7.根据权利要求2所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,还包括设置在控制单元外侧的流速传感器(204),流速传感器(204)的输出端与控制器(201)连接。
8.根据权利要求2所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置,其特征在于,还包括与控制器连接的定位模块(205)。
9.基于权利要求1-8任意一项所述的类鱼形状的流动水体嵌入微流元发电装置的发电控制方法,其特征在于,包括以下步骤,
步骤1:控制舵机,摆动鱼尾,尾部的摆动结构在水流的作用下起摆;
步骤2:躯体在水流的作用随尾部的摆动结构开始向躯体左侧或躯体右侧扭动;
步骤3:以躯体向左侧扭动为例,躯体扭动时,躯体右侧的蒙皮绷紧,挤压蒙皮、弹簧之间的第一油囊,第一油囊中的油经管道、阀组流向油马达,经过油马达后流向第二油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机输出电流,对蓄电池充电;
步骤4:躯体向左侧的扭动结束时,躯体在变形弹簧的弹力和水流的作用下,开始向右侧扭动,躯体左侧的蒙皮绷紧,挤压蒙皮、弹簧之间的第二油囊,第二油囊中的油经管道、阀组流向油马达,经过油马达后流向第一油囊,油马达和发电机的转轴运转,发电机输出电流,继续对蓄电池充电;
步骤5:流速传感器采集水流的流速,流速低时,控制气泵向气囊泵送空气时,气囊膨胀,躯体受到的浮力增大,躯体上浮后,控制尾部的摆动结构起摆,执行步骤2。
10.根据权利要求9所述的发电控制方法,其特征在于,步骤5还包括利用电压传感器采集发电机的输出电压,电压偏低时,通过控制舵机增加尾部的摆动结构的摆动幅度,执行步骤2。
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