CN203239504U - 环境水体原位自动监测仪的供电装置 - Google Patents

环境水体原位自动监测仪的供电装置 Download PDF

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胡鸿志
梁英
徐翠锋
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Abstract

环境水体原位自动监测仪的供电装置，在由水下半球外壳与其上的圆柱体外壳及水上透明外壳形成的密闭壳体内，中间的圆柱体段上部的支撑板之上安置着太阳能发电机和风力发电转动叶片位于水上透明外壳之外的风力发电机，支撑板之下对称安置着至少二台相同的利用海浪能的往复式发电机；太阳能发电机、风力发电机和往复式发电机分别连接着安置在位于圆柱体段下部的往复式发电机组支撑板内的整流叠加电路板；该装置集风能发电、光能发电、海浪能发电于一体，大大增加了能量的供给量，通过电源输出线与原位自动监测仪的蓄电池相连，对其进行间歇式充电，保障原位自动监测仪的能量供应。

Description

环境水体原位自动监测仪的供电装置
技术领域
本实用新型涉及水质监测，特别是环境水体原位自动监测仪，具体是环境水体原位自动监测仪的供电装置。
背景技术
随着工业化进程的加快，湖泊、河流和近岸海域等水体的富营养化现象越来越严重，对水体中富营养化的氮、磷等营养盐的原位监测成为环境监测的热点。原位监测是指在水质污染的现场做实时实地的自动测量，然而由于监测点常常远离陆地，电能的供给成为仪器能否长期工作关键。
发明内容
本实用新型提供环境水体原位自动监测仪的供电装置，该装置将风能发电、光能发电、海浪能发电集于一体，大大增加了能量的供给量，再经过电路处理后，可以对蓄电池进行充分的间歇式充电，以保证原位自动监测仪工作之需要。
本实用新型的环境水体原位自动监测仪的供电装置，在由水下半球外壳与其上的圆柱体外壳及水上透明外壳形成的密闭壳体内，中间的圆柱体段上部的支撑板之上安置着太阳能发电机和风力发电转动叶片位于水上透明外壳之外的风力发电机，支撑板之下对称安置着至少二台相同的利用海浪能的往复式发电机；太阳能发电机、风力发电机和利用海浪能的往复式发电机分别连接着安置在位于圆柱体段下部的往复式发电机组支撑板内且设置了低电压整流与叠加电路、直流电压升压电路和蓄电池充电管理电路的整流叠加电路板；
风力发电机的线圈竖立固定于支撑板上，线圈整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线不成垂直地绕于圆柱环上，风力发电机磁铁呈与线圈相吻合的带塞帽盖式，带塞帽盖的可以套住线圈的外圆柱环形的中部是可以塞进线圈内部空心的圆柱形，磁铁帽盖的顶与风力发电机纵向转动轴固接；
利用海浪能的往复式发电机的线圈竖立固定于往复式发电机组支撑板上面的中部，线圈整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线不成平行地绕于圆柱环上，往复式发动机磁铁呈与线圈相吻合的带塞帽盖式，带塞帽盖的可以套住线圈的外圆柱环形的中部是可以塞进线圈内部空心的圆柱形，磁铁帽盖的顶与往复式发电机磁铁连接杆固接，往复式发电机磁铁连接杆通过杠杆滑块与活动杠杆的滑动区连接，活动杠杆的另一端拴着重力球牵引线，活动杠杆在重力球牵引线拴着点附近位置与固定在往复式发电机组支撑板上的活动杠杆支架成可以绕动的连接，一头固定于往复式发电机组支撑板上的弹簧的另一头连接在活动杠杆的滑动区结束后的位置附近；  
由等长的穿过往复式发电机组支撑板上对称的牵引线过孔的重力球牵引线系住的重力球悬挂在水下半球外壳与往复式发电机组支撑板形成的空间的垂直中心线位置。
为了尽可能多地利用海浪能，对称安置的利用海浪能的往复式发电机的台数越多越好，但是考虑到装置整体的重量和大小，适宜的台数以4~20为好，最合适的台数为8~12。
为了充分利用太阳能发电，圆柱体段上部支撑板之上安置的太阳能发电机的太阳能板与水平面成30°～75°地在东南西北四个方向对称安置。
为了尽可能多地切割磁力线而产生更多的电能，风力发电机的线圈绕线与圆柱轴线成0°~5°地绕于圆柱环上，而利用海浪能的往复式发电机的线圈绕线与圆柱轴线成85°~90°地绕于圆柱环上。
本实用新型的环境水体原位自动监测仪的供电装置，漂浮于水面，其水下半球由于整体的重量和重力球的作用而沉入水下，通过电源输出线与环境水体原位自动监测仪的蓄电池相连，而对蓄电池进行充分的间歇式充电，以保障原位自动监测仪的能量供应。
本实用新型中，风力发电机的磁铁外环套在线圈的外部，磁铁中部的圆柱形磁铁塞入线圈内部空心处。位于水上透明外壳之外的风力发电转动叶片在风力带动下转动，进而带动横向轴、纵向轴转动，磁铁随同纵向轴转动，与线圈绕线成角度切割，相当于绕线成角度切割磁力线，从而在绕线中产生电流。
利用海浪能的往复式发电机的磁铁外环套在线圈的外部，磁铁中部的圆柱形磁铁塞入线圈内部空心处。在海浪的颠簸和摇晃下，悬挂的重力球产生不规则的摆动，从而扯动牵引线，活动杠杆在牵引线、弹簧、支架支点的共同作用下，带动往复式发电机磁铁连接杆进而带动磁铁作上下往复运动，与线圈绕线成角度切割，相当于绕线成角度切割磁力线，从而在绕线中产生电流。
所以，本实用新型的环境水体原位自动监测仪的供电装置，综合利用风能、太阳能和海浪能，在无风的时候可以利用太阳能和海浪能，在无海浪的时候可以利用风能和太阳能，在夜晚无太阳的时候利用风能和海浪能，在无风的夜晚可以利用海浪能。而且在利用风能和海浪能的时候，无论风朝哪个方向吹动，也无论海浪是将装置上推或者下拉，只要产生磁铁和线圈的相对运动，就可以产生电流，只是电流的方向不同罢了，这样的方向不同的电流通过整流叠加电路板中的低电压整流与叠加电路、直流电压升压电路和蓄电池充电管理电路后，均变成方向一致的可以给蓄电池充电的电流。
附图说明
图1是本实用新型的环境水体原位自动监测仪的供电装置结构示意图；
图2是八个往复发电机安装俯视图
图3是往复式发电机线圈示意图；
图4是发电机磁铁示意图；
图5是本实用新型的整流叠加电路原理图；
图6是风力发电机线圈示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型给予更加详细具体的说明。
见图1。为了便于叙述，先将图中零部件序号和名称的对应关系列于下：1：水下半球外壳；2：重力球；3：往复发电机电源输出线；4：往复发电机线圈；5：重力球牵引线；6：整流叠加电路板；7：太阳能电源输出线；8：牵引线过孔；9：弹簧；10：活动杠杆支架；11：圆柱体外壳；12：活动杠杆；13：往复式发电机磁铁连接杆；14：杠杆滑块；15：太阳能板；16：风力发电机线圈；17：风力发电机磁铁；18：固定板；19：风力发电纵向轴外壳；20：风力发电纵向转动轴；21：风力发电转动叶片；22：风力发电横向轴外壳；23：转动传动机构外壳；24：转动传动机构；25：风力发电横向轴；26：风力发电转动叶片；27：水上透明外壳；28：太阳能板；29：风力发电机电源输出线；30：杠杆滑块；31：太阳能电源输出线；32：往复式发电机磁铁连接杆；33：弹簧；34：活动杠杆支架；35：活动杠杆；36：往复式发电机组支撑板；37：电源输出线；38：牵引线过孔；39：重力球牵引线；40：往复发电机磁铁；41：往复发电机线圈；42：往复发电机电源输出线；43：往复发电机磁铁；44：支撑板。
水下半球外壳1与其上的圆柱体外壳11及水上透明外壳27粘合成密闭壳体。伸出本实用新型装置之外的电源输出线37在圆柱体外壳11的伸出位置，以及风力发电机纵向转动轴20穿过水上透明外壳27的穿过位置，均密封。
支撑板44之下对称安置着8台结构相同的利用海浪能的往复式发电机（见图2）；8个相同的往复式发电机的线圈（如往复式发电机线圈4、往复式发电机线圈41，另外6个没有画出）对称竖立固定于往复式发电机组支撑板36上面的中部。
为了叙述方便，下面只以一台利用海浪能的往复式发电机为例。
往复式发电机的线圈4整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线成垂直（90°）地横绕于圆柱环上（见图3），从往复式发电机线圈4的底部拉出绕线连接电源输出线3，接入位于圆柱体外壳11下部的往复式发电机组支撑板36内整流叠加电路板6，以便将产出的电能传送到整流叠加电路板6进行后续处理（见图5）。往复式发电机的磁铁43呈与线圈4相吻合的带塞帽盖式（见图4），帽盖式磁铁43的外环套在线圈4的外部，磁铁43中部的圆柱形磁铁塞入线圈4内部空心处，磁铁43帽盖的顶与往复式发电机磁铁连接杆13固接。
往复式发电机磁铁连接杆13通过杠杆滑块14与活动杠杆12的滑动区连接，活动杠杆12的另一端拴着重力球牵引线5，活动杠杆12在重力球牵引线15拴着点附近位置与固定在往复式发电机组支撑板36上的活动杠杆支架10成可以绕动的连接，一头固定于往复式发电机组支撑板36上的弹簧9的另一头连接在活动杠杆12的滑动区结束后的位置附近。
穿过往复式发电机组支撑板36上牵引线过孔8的重力球牵引线5系住的重力球2悬挂在水下半球外壳1与往复式发电机组支撑板36形成的空间。
在无风无浪的状态时，整个供电装置静静地浮于水面，8台往复式发电机处于不发电的静止状态，8根活动杠杆处于水平位置，8个往复发电机磁铁正好盖住8个线圈的一半，8根弹簧处于不紧不松的平衡状态，每个杠杆滑块均位于各根活动杠杆滑动区的中部，8根等长的重力球牵引线将重力球拉住使之悬于水下半球外壳1与往复式发电机组支撑板36形成的空间的垂直中心线位置即平衡位置。
在东南西北四个方向对称安置四台太阳能发电机，即在圆柱体段上部的支撑板44之上对称安置四块太阳能板15、28（另外两块没有在图中画出），每块太阳能板太阳能板与水平面成45°角，下部放置在支撑板44之上并紧挨着水上透明外壳27，上部与方形固定板18连接，每一台太阳能发电机都由太阳能电源输出线（如太阳能输出线7、31）均接入位于圆柱体外壳11下部的往复式发电机组支撑板36内整流叠加电路板6，以便将由光能转换成的电能传送到整流叠加电路板6进行后续处理（见图2）。
圆柱体段上部的支撑板44之上竖立固定风力发电机线圈16，风力发电机线圈16整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线成平行（0°）地直绕于圆柱环上（见图6），从风力发电机线圈16的底部拉出绕线连接风力发电机电源输出线29，风力发电机电源输出线29接入位于圆柱体外壳11下部的往复式发电机组支撑板36内整流叠加电路板6，以便将由风能转换成的电能传送到整流叠加电路板6进行后续处理（见图5）。风力发电机磁铁17呈与线圈16相吻合的带塞帽盖式（见图4，与往复式发动机磁铁形状相类似，但尺寸大小不一定一致），帽盖式磁铁17外环套在线圈16的外部，磁铁17中部的圆柱形磁铁塞入线圈16内部空心处，磁铁17帽盖的顶与风力发电机纵向转动轴20固接。风力发电机纵向转动轴20穿过固定板18和水上透明外壳27，通过转动传动机构23连接于风力发电横向轴25的中点，风力发电横向轴25的两端安装风力发电转动叶片21、26。风力发电纵向轴外壳19、风力发电横向轴外壳22、转动传动机构外壳23均有保护作用。
整流叠加电路板6中设置低电压整流与叠加电路、直流电压升压电路和蓄电池充电管理电路以及伸出本实用新型装置之外的电源输出线37。

Claims (6)

1.环境水体原位自动监测仪的供电装置，包括发电装置、电路，其特征在于：在由水下半球外壳与其上的圆柱体外壳及水上透明外壳形成的密闭的壳体内，中间的圆柱体段上部的支撑板之上安置着太阳能发电机和风力发电转动叶片位于水上透明外壳之外的风力发电机，支撑板之下对称安置着至少二台相同的利用海浪能的往复式发电机；太阳能发电机、风力发电机和利用海浪能的往复式发电机分别连接着安置在位于圆柱体段下部的往复式发电机组支撑板内且设置了低电压整流与叠加电路、直流电压升压电路和蓄电池充电管理电路的整流叠加电路板；
风力发电机的线圈竖立固定于支撑板上，线圈整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线不成垂直地绕于圆柱环上，风力发电机磁铁呈与线圈相吻合的带塞帽盖式，带塞帽盖的可以套住线圈的外圆柱环形的中部是可以塞进线圈内部空心的圆柱形，磁铁帽盖的顶与风力发电机纵向转动轴固接；
利用海浪能的往复式发电机的线圈竖立固定于往复式发电机组支撑板上面的中部，线圈整体呈圆柱环形，绕线与圆柱轴线不成平行地绕于圆柱环上，往复式发动机磁铁呈与线圈相吻合的带塞帽盖式，带塞帽盖的可以套住线圈的外圆柱环形的中部是可以塞进线圈内部空心的圆柱形，磁铁帽盖的顶与往复式发电机磁铁连接杆固接，往复式发电机磁铁连接杆通过杠杆滑块与活动杠杆的滑动区连接，活动杠杆的另一端拴着重力球牵引线，活动杠杆在重力球牵引线拴着点附近位置与固定在往复式发电机组支撑板上的活动杠杆支架成可以绕动的连接，一头固定于往复式发电机组支撑板上的弹簧的另一头连接在活动杠杆的滑动区结束后的位置附近；  
由等长的穿过往复式发电机组支撑板上对称的牵引线过孔的重力球牵引线系住的重力球悬挂在水下半球外壳与往复式发电机组支撑板形成的空间的垂直中心线位置。
2.根据权利要求1的供电装置，其特征在于：对称安置的利用海浪能的往复式发电机的台数为4~20。
3.根据权利要求1或2的供电装置，其特征在于：对称安置的利用海浪能的往复式发电机的台数为8~12。
4.根据权利要求1的供电装置，其特征在于：圆柱体段上部支撑板之上安置的太阳能发电机的太阳能板与水平面成30°～75°地在东南西北四个方向对称安置。
5.根据权利要求1的供电装置，其特征在于：风力发电机的线圈绕线与圆柱轴线成0°~5°地绕于圆柱环上。
6.根据权利要求1的供电装置，其特征在于：利用海浪能的往复式发电机的线圈绕线与圆柱轴线成85°~90°地绕于圆柱环上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103122832A (zh) * 2013-03-04 2013-05-29 桂林电子科技大学 环境水体原位自动监测仪的供电装置
CN116292052A (zh) * 2023-04-26 2023-06-23 浙江大学 一种面向圆筒状自主水下机器人的波浪能收集装置

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