CN113266510B - 利用波浪能的摩擦发电装置及带有该装置的海上监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用波浪能的摩擦发电装置及带有该装置的海上监测装置，包括外壳、固定摩擦板、底部重物、浮物、滑动摩擦板以及传动装置，其中：所述外壳为中空结构；所述固定摩擦板固定设于外壳的内侧壁，远离外壳内侧壁的一面设置有滑动型摩擦发电机；所述底部重物深入海面并且与外壳连接；所述浮物设于外壳外侧，悬浮于水面并随波浪上下运动；所述滑动摩擦板设于外壳内并与固定摩擦板滑动连接；所述传动装置第一端与滑动摩擦板连接，第二端伸出外壳与浮物连接，所述传动转轴的第一端和第二端同步运动，高效收集波浪能并将其转化电能，结构布置合理，安装简单，使用方便。

Description

利用波浪能的摩擦发电装置及带有该装置的海上监测装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种利用波浪能的摩擦发电装置及带有该装置的海上监测装置。
背景技术
我国拥有广袤的海岸线并且海洋波浪能、洋流能能量密度大，能源广泛，发展蓝色能源成为当下解决能源问题的重中之重。在早期中国以及外国的科学家们就已经意识到了海洋能量的巨大，但是一直以来都没有实质性的突破。由于海洋波浪运动的不规则性、海水腐蚀、波浪拍打导致这种能量极为不易收集起来。目前用于收集波浪能的发电装置大都属于电磁发电，成本高昂。海洋中的波浪能大都属于低频振动，现有的电磁发电机并不能收集到这种低频的振动能量，进而导致发电效率低下。面向巨大的海洋蓝色能源，如何能高效的将波浪能收集成为近期的首要任务。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种利用波浪能的摩擦发电装置及带有该装置的海上监测装置，以高效收集波浪能并将其转化电能并可应用于海上监测装置为其供电，结构布置合理，安装简单，使用方便。
一种利用波浪能的摩擦发电装置，包括外壳、固定摩擦板、底部重物、浮物、滑动摩擦板以及传动装置，其中：
所述外壳为中空结构；
所述固定摩擦板固定设于外壳的内侧壁，远离外壳内侧壁的一面设置有滑动型摩擦发电机；
所述底部重物深入海面并且与外壳连接；
所述浮物设于外壳外侧，悬浮于水面并随波浪上下运动；
所述滑动摩擦板设于外壳内并与固定摩擦板滑动连接；
所述传动装置第一端与滑动摩擦板连接，第二端伸出外壳与浮物连接，所述传动装置的第一端和第二端同步运动。
优选地，所述外壳为棱柱形或圆柱形，包括螺栓紧固连接的壳体和上盖，其中：
所述壳体的外表面具有防护涂层，所述壳体的材质为pla，所述防护涂层具体为聚脲或环氧树脂涂层；
所述上盖的材质为亚克力板。
优选地，所述传动装置包括连接件一、连接件二、支撑杆、滑杆和滑筒，其中：
所述滑筒固定设于外壳内部；
所述滑杆设于外壳内，所述滑杆下部伸入滑筒内并与滑筒滑动连接；
所述连接件一设于外壳的外部上方，并与浮物固定连接；
所述连接件二设于外壳内，与滑动摩擦板和滑杆均固定连接，所述连接件二与连接件一平行设置；
所述支撑杆的部分伸出外壳与连接件一固定连接，另一部分在外壳内与连接件二固定连接，所述支撑杆穿过上盖并与上盖滑动连接。
优选地，所述连接件一和连接件二均为十字支撑架，各所述十字支撑架分别包括一个十字形板和四个L形板，其中：
所述十字形板水平设置，包括指向四个不同方向的支出板，各所述支出板的末端分别沿其长度方向设置有多个螺纹孔；
各所述L形板的短板水平设置，长板朝向下方，各所述长板远离短板的末端与浮物或者滑动摩擦板连接，各所述短板沿其长度方向开设有条形孔，所述条形孔的宽度与螺纹孔的孔径匹配；四个所述L形板的短板与十字形板的四个支出板一一对应并且至少部分重叠，所述L形板的短板与十字形板的支出板之间的固定通过螺栓穿过条形孔与螺纹孔螺纹连接实现。
优选地，所述连接件一的L形板与浮物通过胶粘连接；所述连接件二的L形板与滑动摩擦板通过螺栓紧固连接。
优选地，所述滑筒、滑杆与外壳共轴设置，所述滑筒与滑杆之间通过直线轴承连接。
优选地，所述滑动摩擦板与固定摩擦板紧贴；
所述固定摩擦板为亚克力板材质，朝向滑动摩擦板的一面覆有PTFE膜，所述固定摩擦板与PTFE膜之间间隔贴有两片铝电极，所述固定摩擦板远离滑动摩擦板的一面与外壳内壁粘接；
所述滑动摩擦板为Q235钢材质，朝向固定摩擦板的一面粘接有尼龙层。
优选地，所述浮物具体为包围在外壳之外的环形体，其材质为PVC空心材质；所述底部重物为球形、直棒形或板形，与外壳底部通过刚体细棒连接。
本发明还提供一种海上监测装置，包括太阳能发电装置、超级电容、无线电发射装置、传感器上述的摩擦发电装置，
所述摩擦发电装置和太阳能发电装置分别经全桥整流芯片和肖特基二极管与超级电容并联，所述超级电容用于储存摩擦发电装置和太阳能发电装置所发电能并为无线电发射装置和传感器供电，所述传感器用于对不同海域进行实时监测，并将信号传输至终端。
优选的，所述海上监测装置还包括无线电盒，所述无线电盒用于容纳无线电发射装置，所述传感器和超级电容均固定于摩擦发电装置的外壳内的下部，所述外壳上方固定设置有四个安装板，一所述安装板用于固定无线电盒，其余所述安装板用于固定太阳能发电装置。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的利用波浪能的摩擦发电装置的装置主体由于本身质量较大，且下方伸长一定长度，吊有底部重物，因此主体不太会随海浪起伏，而且装置总体重量和海水浮力形成一个固定的吃水深度，海浪会带动密度低体积大的浮物上下运动，在浮力作用下通过传动装置带动滑动摩擦板与固定摩擦板产生相对运动，进而实现发电；
本发明提供的利用波浪能的摩擦发电装置设计简洁实用，成本控制合理，采用成本较低的板材折弯件、非金属板材、pvc等常见材料制作；安装简单，具有一定的调整空间，生产容错率较高，大大减小了二次加工的可能性；
本发明提供的利用波浪能的摩擦发电装置通过将滑筒和滑杆采用直线轴承连接，能够实现滑动阻力最小化；采用具有聚脲和环氧树脂涂层的壳体，能够有效防止实验过程中漏水造成内部电路原件损坏，进而延长装置的使用寿命；
本发明提供的摩擦发电装置还可以应用于海上监测装置，为海上监测装置提供电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的利用波浪能的摩擦发电装置的结构示意图；
图2为图1所示的利用波浪能的摩擦发电装置的剖视图；
图3为图1所示的利用波浪能的摩擦发电装置的A处放大示意图；
图4为本发明一实施例提供的利用波浪能的摩擦发电装置的结构示意图。
附图中，1-外壳，11-壳体，12-上盖，2-固定摩擦板，3-底部重物，4-浮物，5-滑动摩擦板，61-十字形板，62-L形板，63-支撑杆，64-条形孔，65-螺纹孔，7-太阳能发电装置，8-无线电盒，9-安装板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明提供一种利用波浪能的摩擦发电装置，如图1至图2所示，包括外壳1、固定摩擦板2、底部重物3、浮物4、滑动摩擦板5以及传动装置，其中：外壳1为中空结构；固定摩擦板2固定设于外壳1的内侧壁，远离外壳1内侧壁的一面设置有滑动型摩擦发电机；底部重物3深入海面并且与外壳1连接；浮物4设于外壳1外侧，悬浮于水面并随波浪上下运动；滑动摩擦板5设于外壳1内并与固定摩擦板2滑动连接；传动装置第一端与滑动摩擦板5连接，第二端伸出外壳1与浮物4连接，传动装置的第一端和第二端同步运动。
在本发明中，底部重物3深入海面，其所在位置的海水几乎静止，因其质量较重，使得与其连接的外壳1仅略微的随海水起伏而起伏，即，底部重物3、外壳1以及固定摩擦板2在整个装置中可以看成是几乎静止的，浮物4质量较轻，随海水波浪上下起伏，通过传动装置带动着滑动摩擦板5同步运动，滑动摩擦板5与固定摩擦板2产生相对滑动，从而发电。
在本发明的某些实施例中，外壳1为棱柱形或圆柱形，优选为长方体形，包括螺栓紧固连接的壳体11和上盖12，其中：
壳体11的外表面具有防护涂层，壳体11的材质优选为pla，防护涂层的目的是起到防腐作用，同时能够防止实验过程中漏水造成内部电路原件损坏，防护涂层优选为聚脲或环氧树脂涂层；上盖12的材质为亚克力板，与壳体11可通过螺栓紧固连接。
在本发明的某些实施例中，传动装置包括连接件一、连接件二、支撑杆63、滑杆和滑筒，如图2所示，其中：
滑筒固定设于外壳1内部；滑杆设于外壳1内，滑杆下部伸入滑筒内并与滑筒滑动连接；
在此基础上进一步的，滑筒与滑杆的材质均优选为45钢；滑筒、滑杆与外壳1共轴设置，滑筒与滑杆之间可以通过加长型LM直线轴承连接，可选型号例如LMUW12 LMC12-12等，通过采用直线轴承，可实现滑动阻力最小化的效果；需要说明的是，滑杆与滑筒的长度均小于壳体11的长度，滑杆在壳体11内必须具有一定的上下行程范围；
连接件一设于外壳1的外部上方，并与浮物4固定连接；连接件二设于外壳1内，与滑动摩擦板5和滑杆均固定连接，连接件二与连接件一平行设置；支撑杆63的部分伸出外壳1与连接件一固定连接，另一部分在外壳1内与连接件二固定连接，支撑杆63穿过上盖12并与上盖12滑动连接；
在此基础上进一步的，如图1至图2所示，连接件一和连接件二均为十字支撑架，材质优选为Q235钢，各十字支撑架分别包括一个十字形板61和四个L形板62，其中：
十字形板61水平设置，包括指向四个不同方向的支出板，各支出板的末端分别沿其长度方向设置有多个螺纹孔65；各L形板62的短板水平设置，长板朝向下方，各长板远离短板的末端与浮物4或者滑动摩擦板5连接，各短板沿其长度方向开设有条形孔64，条形孔64的宽度与螺纹孔65的孔径匹配；四个L形板62的短板与十字形板61的四个支出板一一对应并且至少部分重叠，L形板62的短板与十字形板61的支出板之间的固定通过螺栓穿过条形孔64与螺纹孔65螺纹连接实现；这样的设计使得L形板62与支出板之间重叠部分的长度可调，通过调整螺栓连接不同位置的螺纹孔65，可以使滑动摩擦板5紧贴固定摩擦板2，避免浮物4在起伏过程中与外壳1外壁产生摩擦，进一步提高了波浪能的利用率，同时也增大了生产过程中的容错率；
在此基础上进一步的，连接件一的L形板62与浮物4通过胶粘连接；连接件二的L形板62与滑动摩擦板5通过螺栓紧固连接；支撑杆63的作用是保持连接件一与连接件二之间的稳定刚性连接，其材质优选为铝，通过螺栓使其上部与连接件一的十字形板61紧固连接，下端与连接件二的十字形板61紧固连接；需要说明的是，支撑杆63穿过上盖12并与上盖12密封且滑动连接。
在本发明的某些实施例中，滑动摩擦板5与固定摩擦板2紧贴；固定摩擦板2为亚克力板材质，朝向滑动摩擦板5的一面覆有PTFE膜，固定摩擦板2与PTFE膜之间间隔贴有两片铝电极，固定摩擦板2远离滑动摩擦板5的一面与外壳1内壁粘接；滑动摩擦板5为Q235钢材质，朝向固定摩擦板2的一面粘接有尼龙层。
在本发明的某些实施例中，浮物4具体为包围在外壳1之外的环形体，其材质为PVC空心材质，可随海水上下起伏；底部重物3为球形、直棒形或板形，与外壳1底部通过刚体细棒连接，可保持外壳1处于近乎静止的状态。
本发明提供的摩擦发电装置还可以应用于海上监测装置，例如可以与太阳能发电装置7相结合，共同为海上监测装置（例如浮标装置等）提供电能。
例如本发明提供的一种海上监测装置，包括太阳能发电装置7、超级电容、无线电发射装置、传感器上述的摩擦发电装置，其中：
摩擦发电装置和太阳能发电装置7分别经全桥整流芯片和肖特基二极管与超级电容并联，超级电容用于储存摩擦发电装置和太阳能发电装置7所发电能并为无线电发射装置和传感器供电，传感器用于对不同海域进行实时监测，并将信号传输至终端；
海上监测装置还包括无线电盒8，无线电盒8用于容纳无线电发射装置，传感器和超级电容均固定于摩擦发电装置的外壳1内的下部，外壳1上方固定设置有四个安装板9，一安装板9用于固定无线电盒8，其余安装板9用于固定太阳能发电装置7。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：包括外壳、固定摩擦板、底部重物、浮物、滑动摩擦板以及传动装置，其中：
所述外壳为中空结构；
所述固定摩擦板固定设于外壳的内侧壁，远离外壳内侧壁的一面设置有滑动型摩擦发电机；
所述底部重物深入海面并且与外壳连接；
所述浮物设于外壳外侧，悬浮于水面并随波浪上下运动；
所述滑动摩擦板设于外壳内并与固定摩擦板滑动连接；
所述传动装置第一端与滑动摩擦板连接，第二端伸出外壳与浮物连接，所述传动装置的第一端和第二端同步运动；所述传动装置包括连接件一、连接件二、支撑杆、滑杆和滑筒，其中：所述滑筒固定设于外壳内部；所述滑杆设于外壳内，所述滑杆下部伸入滑筒内并与滑筒滑动连接；所述连接件一设于外壳的外部上方，并与浮物固定连接；所述连接件二设于外壳内，与滑动摩擦板和滑杆均固定连接，所述连接件二与连接件一平行设置；所述支撑杆的部分伸出外壳与连接件一固定连接，另一部分在外壳内与连接件二固定连接，所述支撑杆穿过上盖并与上盖滑动连接；
所述连接件一和连接件二均为十字支撑架，各所述十字支撑架分别包括一个十字形板和四个L形板，其中：所述十字形板水平设置，包括指向四个不同方向的支出板，各所述支出板的末端分别沿其长度方向设置有多个螺纹孔；各所述L形板的短板水平设置，长板朝向下方，各所述长板远离短板的末端与浮物或者滑动摩擦板连接，各所述短板沿其长度方向开设有条形孔，所述条形孔的宽度与螺纹孔的孔径匹配；四个所述L形板的短板与十字形板的四个支出板一一对应并且至少部分重叠，所述L形板的短板与十字形板的支出板之间的固定通过螺栓穿过条形孔与螺纹孔螺纹连接实现。
2.根据权利要求1 所述的一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：所述外壳为棱柱形或圆柱形，包括螺栓紧固连接的壳体和上盖，其中：
所述壳体的外表面具有防护涂层，所述壳体的材质为pla，所述防护涂层具体为聚脲或环氧树脂涂层；
所述上盖的材质为亚克力板。
3.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：所述连接件一的L形板与浮物通过胶粘连接；所述连接件二的L形板与滑动摩擦板通过螺栓紧固连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：所述滑筒、滑杆与外壳共轴设置，所述滑筒与滑杆之间通过直线轴承连接。
5.根据权利要求1 所述的一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：
所述滑动摩擦板与固定摩擦板紧贴；
所述固定摩擦板为亚克力板材质，朝向滑动摩擦板的一面覆有PTFE膜，所述固定摩擦板与PTFE膜之间间隔贴有两片铝电极，所述固定摩擦板远离滑动摩擦板的一面与外壳内壁粘接；
所述滑动摩擦板为Q235钢材质，朝向固定摩擦板的一面粘接有尼龙层。
6.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的摩擦发电装置，其特征在于：所述浮物具体为包围在外壳之外的环形体，其材质为PVC空心材质；所述底部重物为球形、直棒形或板形，与外壳底部通过刚体细棒连接。
7.一种海上监测装置，其特征在于：包括太阳能发电装置、超级电容、无线电发射装置、传感器以及如权利要求1-6任一项所述的摩擦发电装置，
所述摩擦发电装置和太阳能发电装置分别经全桥整流芯片和肖特基二极管与超级电容并联，所述超级电容用于储存摩擦发电装置和太阳能发电装置所发电能并为无线电发射装置和传感器供电，所述传感器用于对不同海域进行实时监测，并将信号传输至终端。
8.根据权利要求7所述的海上监测装置，其特征在于：还包括无线电盒，所述无线电盒用于容纳无线电发射装置，所述传感器和超级电容均固定于摩擦发电装置的外壳内的下部，所述外壳上方固定设置有四个安装板，一所述安装板用于固定无线电盒，其余所述安装板用于固定太阳能发电装置。
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