CN211623610U - 双电机相互切换控制的水伞发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双电机相互切换控制的水伞发电装置，包括转动连接于机架上的方向跟随轴和主轴，通过滚动轴承转动连接于主轴上的线盘，通过支架固定连接于主轴上的减速步进电机，减速步进电机的电机轴穿过支架与线盘通过齿轮啮合，固定在主轴上的发电机和传感与控制箱，发电机给传感与控制箱和减速步进电机提供电源，传感与控制箱控制减速步进电机转动，机架上还固定有滑轮组，一端与线盘的线槽固定连接，另一端穿过滑轮组后分别与若干分伞绳一端汇聚点连接的动力伞绳以及与伞杆位于水伞内侧一端连接的控制伞绳。本申请利用减速步进电机对动力伞绳和控制伞绳进行周期控制，达到依次控制水伞处于展开或闭合状态，从而拉动发电机旋转断续发电。

Description

双电机相互切换控制的水伞发电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种双电机相互切换控制的水伞发电装置。

背景技术

小溪、大江、海洋里有大量流动水体，其蕴藏的动能极大，如果能进行低成本、大规模开发利用，能够极大的降低碳排放，从而造福子孙后代。然而，当前主要的洋流开发方式是建设水下风车，如水平轴升力型水下风车、垂直轴水下风车。水平轴升力型水下风车对水流速度要求较高，一般不低于2米/秒，导致较多的低速水流动能不能充分开发利用。而且本实用新型的发明人经过研究发现，由于水体密度极大，各类型的水下风车叶片承受极大的水流压力，风车笨重，单个水下风车不易做大；而且水下风车叶片尖端高速运动时对水下生物具有较大的影响或伤害，不太生态。不仅如此，水下风车需要很大的土建基础或者浮体，投资成本极高，建设周期长，对河床和海床上的生物具有较大影响。因而如何创新的开发一种低成本、能快速大规模开发利用平流微水能量的新型水力发电设备就显得十分必要了。

实用新型内容

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种双电机相互切换控制的水伞发电装置，该装置能够极大地降低成本并能大规模利用低流速的平流微水能量。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

双电机相互切换控制的水伞发电装置，包括机架、方向跟随轴、主轴、第一线盘、第二线盘、第一减速步进电机、第二减速步进电机、第一支架、第二支架、发电机、传感与控制箱、第一滑轮组、第二滑轮组、动力伞绳、控制伞绳、伞杆、水伞和若干分伞绳；其中，所述方向跟随轴和主轴转动连接于机架上，所述第一线盘和第二线盘通过线盘内孔嵌套的滚动轴承分别与主轴转动连接，所述第一减速步进电机通过第一支架与主轴固定连接，所述第二减速步进电机通过第二支架与主轴固定连接，所述第一减速步进电机的电机轴穿过第一支架与第一线盘通过齿轮啮合，所述第二减速步进电机的电机轴穿过第二支架与第二线盘通过齿轮啮合，所述发电机固定在主轴的一端上，所述传感与控制箱固定在主轴上，所述传感与控制箱内部设有水流传感器、充电电路、充电电池和控制器，所述水流传感器用于测量水流速度，所述充电电路用于将发电机发出的电力变换为充电电池可接收的平稳电压，所述充电电池用于存储变换后的发电机电力以便给控制器、第一减速步进电机和第二减速步进电机提供工作电源，所述控制器用于控制第一减速步进电机和第二减速步进电机转动，所述第一滑轮组和第二滑轮组固定连接在机架上，所述动力伞绳的一端固定连接在第一线盘的线槽内，所述动力伞绳的另一端穿过第一滑轮组后与若干分伞绳一端的汇聚点连接，若干所述分伞绳的另一端沿水伞外周边均匀固定连接，所述控制伞绳的一端固定连接在第二线盘的线槽内，所述控制伞绳的另一端穿过第二滑轮组后与伞杆位于水伞内侧的一端连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置，采用减速步进电机的电机轴与线盘通过齿轮啮合，即直接采用减速步进电机啮合线盘，利用减速步进电机对动力伞绳和控制伞绳进行周期控制，达到依次控制水伞的展开和闭合，利用平流微水对展开的水伞的巨大拉力带动发电机旋转来断续发电。本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置，是一种便携、低成本、绿色环保的平流微水发电设备，能够在极低速平流微水中采集水流动能，若采用的线盘直径很小，则发电机转速就较高，所以本发电装置适用于的水流速可以极低，也可以很高，流速适用范围广；当水伞较大时，则具有较高的发电功率。相对于现有水筝发电中的8字形飞行轨迹，本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置扫掠空间极小，所以本实用新型适合在小溪、大江和具有低速稳定洋流等多种场合地方进行电力生产，水中没有高速转动部件，因而不会威胁水下生物，如果采用双机或者多机并联，则可以不间断发电；如果各伞绳上串联多个水伞，采用多个水伞拖动一套发电机，则可以实现大规模发电。

进一步，所述主轴为空心轴。

进一步，所述发电机选用具有两套绕组和永磁芯片的永磁发电机，其中一套绕组固定在主轴上跟随主轴转动，而永磁芯片固定在机架上，以此为传感与控制箱提供控制电源；另一套绕组固定在机架上，而永磁芯片固定在主轴上，以此作为动力输出源为用户提供功率电力。

进一步，所述传感与控制箱内部还设有用于测量水位高度的水位传感器及测量主轴转速的转速传感器。

进一步，所述伞杆的长度长于水伞直径与分伞绳长度之和的两倍。

进一步，所述水伞采用柔软、抗拉耐磨强度高、耐候性好的尼龙布制成，且制成的水伞展开后呈半球面状。

附图说明

图1是本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置第一侧视结构示意图。

图2是本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置第二侧视结构示意图。

图中，1、机架；2、方向跟随轴；3、主轴；4、第一线盘；5、第二线盘；6、第一减速步进电机；7、第二减速步进电机；8、第一支架；9、第二支架；10、发电机；11、传感与控制箱；12、第一滑轮组；13、第二滑轮组；14、动力伞绳；15、控制伞绳；16、伞杆；17、水伞；18、分伞绳；19、第一轴承；20、第二轴承；21、水流。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1和图2所示，本实用新型提供一种双电机相互切换控制的水伞发电装置，包括机架1、方向跟随轴2、主轴3、第一线盘4、第二线盘5、第一减速步进电机6、第二减速步进电机7、第一支架8、第二支架9、发电机10、传感与控制箱11、第一滑轮组12、第二滑轮组13、动力伞绳14、控制伞绳15、伞杆16、水伞17和若干分伞绳18；其中，所述方向跟随轴2和主轴3转动连接于机架1上，所述方向跟随轴2和主轴3具体可分别通过第一轴承19和第二轴承20与机架1转动连接，所述机架1用于容纳或安装电机、轴承、传感器等部件，使用时所述方向跟随轴2的下端竖直插入河床或者船舶或者漂浮泊系物上从而让机架1位于水面上，以此使所述机架1和水伞17能随时按水流21方向不断跟随变换，所述第一线盘4和第二线盘5通过线盘内孔嵌套的滚动轴承分别与主轴3转动连接，所述第一减速步进电机6通过第一支架8与主轴3固定连接，所述第二减速步进电机7通过第二支架9与主轴3固定连接，具体为所述第一支架8和第二支架9固定套接在主轴3上，而所述第一减速步进电机6固定安装在第一支架8上，所述第二减速步进电机7固定安装在第二支架9上，所述第一减速步进电机6的电机轴穿过第一支架8与第一线盘4通过齿轮啮合，所述第二减速步进电机7的电机轴穿过第二支架9与第二线盘5通过齿轮啮合，即在两个减速步进电机的电机轴上都设有电机齿轮，而在两个线盘上都设有线盘齿轮，通过电机齿轮和线盘齿轮相啮合，实现线盘与减速步进电机相啮合，由此线盘的旋转角度可由减速步进电机来控制，所述发电机10固定在主轴3的一端上，所述传感与控制箱11固定在主轴3上，所述传感与控制箱11内部设有水流传感器、充电电路、充电电池和控制器，所述水流传感器用于测量水流速度，所述充电电路用于将发电机10发出的电力变换为充电电池可接收的平稳电压，所述充电电池用于存储变换后的发电机电力以便给控制器、第一减速步进电机6和第二减速步进电机7提供工作电源，所述控制器用于控制第一减速步进电机6和第二减速步进电机7转动，由此进一步控制第一线盘4和第二线盘5的旋转角度，具体所述充电电路可以采用现有的稳压直流电路来实现，所述控制器可控制两个减速步进电机有序配合，以达到最大功率跟踪和过速保护的目的，具体所述控制器可以采用现有的AT89C51单片机来实现，所述第一滑轮组12和第二滑轮组13固定连接在机架1上，所述动力伞绳14的一端固定连接在第一线盘4的线槽内，所述动力伞绳14的另一端穿过第一滑轮组12后与若干分伞绳18一端的汇聚点A连接，若干所述分伞绳18的另一端沿水伞17外周边均匀固定连接，所述控制伞绳15的一端固定连接在第二线盘5的线槽内，所述控制伞绳15的另一端穿过第二滑轮组13后与伞杆16位于水伞17内侧的一端连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置，采用减速步进电机的电机轴与线盘通过齿轮啮合，即直接采用减速步进电机啮合线盘，利用减速步进电机对动力伞绳和控制伞绳进行周期控制，达到依次控制水伞的展开和闭合，利用平流微水对展开的水伞的巨大拉力带动发电机旋转来断续发电。本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置，是一种便携、低成本、绿色环保的平流微水发电设备，能够在极低速平流微水中采集水流动能，若采用的线盘直径很小，则发电机转速就较高，所以本发电装置适用于的水流速可以极低，也可以很高，流速适用范围广；当水伞较大时，则具有较高的发电功率。相对于现有水筝发电中的8字形飞行轨迹，本实用新型提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置扫掠空间极小，所以本实用新型适合在小溪、大江和具有低速稳定洋流等多种场合地方进行电力生产，水中没有高速转动部件，因而不会威胁水下生物，如果采用双机或者多机并联，则可以不间断发电；如果各伞绳上串联多个水伞，采用多个水伞拖动一套发电机，则可以实现大规模发电。

作为具体实施例，所述主轴3为空心轴，而该空心轴的轴心内空心部分用于电力电缆与信号电线走线，例如所述发电机10提供给传感与控制箱11的电力电缆走线，由此可以使整个发电装置的电缆走线更隐蔽更科学。

作为具体实施例，所述发电机10选用具有两套绕组和两套永磁芯片的现有永磁发电机，其中一套绕组固定在主轴上跟随主轴3转动，而一套永磁芯片固定在机架1上，以此为传感与控制箱11提供控制电源；另一套绕组固定在机架1上，而另一套永磁芯片固定在主轴3上，以此作为动力输出源为用户提供功率电力。

作为具体实施例，所述传感与控制箱11内部还设有用于测量水位高度的水位传感器及测量主轴转速的转速传感器，由此可以确定水位高度是否太低会对水伞16构成危险，同时通过对主轴转速进行测量可以更好控制动力伞绳14和控制伞绳15的长度。

作为具体实施例，所述伞杆16的长度长于水伞17直径与分伞绳18长度之和的两倍，即所述伞杆16的长度比水伞17的直径与分伞绳18的长度之和的两倍还长，由此可以使得水伞无论处于展开或者闭合状态，还是在两者之间的转换过渡阶段，各伞绳不会相互缠绕，而影响伞的正常展开与闭合。具体所述伞杆16的密度稍大于水，较直而细，为半钢性或者钢性材质，所述伞杆16穿过水伞17的顶点，且所述伞杆16的中间点与水伞17的顶点B固定连接，伞杆15与分伞绳18和动力伞绳14之间没有连接关系。

作为具体实施例，所述水伞17采用柔软、抗拉耐磨强度高、耐候性好的尼龙布制成，且制成的水伞17展开后呈半球面状，由此可以在高速水流情况下安全运行，延长伞的使用寿命，且在低速水流时能较大限度的采集水流动能。

为了更好地对本申请提供的双电机相互切换控制的水伞发电装置进行理解，以下将对该发电装置的控制过程进行描述：

1、启动前：在首次或者维修重启动情况下，主轴3一般不旋转，动力伞绳14和控制伞绳15需要恢复到初始状态，其具体包括：传感与控制箱11控制第一减速步进电机6和第二减速步进电机7旋转，带动第一线盘4和第二线盘5旋转，回收动力伞绳14和控制伞绳15，具体可先回收控制伞绳15，再回收动力伞绳14，使得各伞绳最大限度回收到各线盘上，此时各线盘上的伞绳绕向一致，水伞17离机架1较近，并且水伞17的顶点B接近分伞绳18的汇聚点A，水伞17整体保持浸入水中。

2、启动(需在有适当水流21速度情况下才启动)：启动时，在水流21冲击下，伞杆16及水伞17的一部分会被水流冲击力向前拉，这时逐步释放控制伞绳15，则水伞17会逐步展开，待其完全展开时，展开的有效面积较大，水流21对水伞17的冲击力很大，这时停止控制伞绳15的释放；停止释放控制伞绳15后，动力伞绳14和控制伞绳15同步随水流前进，水伞17展开一定程度后，水伞17即会顺序拖动动力伞绳14、两个线盘、主轴6和发电机10转动实现发电。

3、回收水伞17：当两个线盘相对机架1旋转若干圈数后，动力伞绳14和控制伞绳15即将释放完全长，此时以稍慢于水流21的速度释放动力伞绳14，而控制伞绳15保持不释放；在水流21对水伞17的边沿部分冲击牵引下，若干分伞绳18的汇聚点A加速前进，较快的接近水伞17的顶点B，水伞17逐渐由展开变为闭合状态。在这个过程中，由于控制伞绳15保持不释放，其前进速度受发电机10转速限制，特别是最大功率跟踪时，前进速度大约为水流速度的2/3，其明显低于水流速度，为水伞17由展开变为闭合状态创造了条件；待水伞17完全变为闭合状态时，同步启动第一减速步进电机6和第一减速步进电机7，对动力伞绳14和控制伞绳15同步进行回收，待各伞绳回收到最小长度时，系统进入启动前的状态。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，包括机架、方向跟随轴、主轴、第一线盘、第二线盘、第一减速步进电机、第二减速步进电机、第一支架、第二支架、发电机、传感与控制箱、第一滑轮组、第二滑轮组、动力伞绳、控制伞绳、伞杆、水伞和若干分伞绳；其中，所述方向跟随轴和主轴转动连接于机架上，所述第一线盘和第二线盘通过线盘内孔嵌套的滚动轴承分别与主轴转动连接，所述第一减速步进电机通过第一支架与主轴固定连接，所述第二减速步进电机通过第二支架与主轴固定连接，所述第一减速步进电机的电机轴穿过第一支架与第一线盘通过齿轮啮合，所述第二减速步进电机的电机轴穿过第二支架与第二线盘通过齿轮啮合，所述发电机固定在主轴的一端上，所述传感与控制箱固定在主轴上，所述传感与控制箱内部设有水流传感器、充电电路、充电电池和控制器，所述水流传感器用于测量水流速度，所述充电电路用于将发电机发出的电力变换为充电电池可接收的平稳电压，所述充电电池用于存储变换后的发电机电力以便给控制器、第一减速步进电机和第二减速步进电机提供工作电源，所述控制器用于控制第一减速步进电机和第二减速步进电机转动，所述第一滑轮组和第二滑轮组固定连接在机架上，所述动力伞绳的一端固定连接在第一线盘的线槽内，所述动力伞绳的另一端穿过第一滑轮组后与若干分伞绳一端的汇聚点连接，若干所述分伞绳的另一端沿水伞外周边均匀固定连接，所述控制伞绳的一端固定连接在第二线盘的线槽内，所述控制伞绳的另一端穿过第二滑轮组后与伞杆位于水伞内侧的一端连接。

2.根据权利要求1所述的双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，所述主轴为空心轴。

3.根据权利要求1所述的双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，所述发电机选用具有两套绕组和永磁芯片的永磁发电机，其中一套绕组固定在主轴上跟随主轴转动，而永磁芯片固定在机架上，以此为传感与控制箱提供控制电源；另一套绕组固定在机架上，而永磁芯片固定在主轴上，以此作为动力输出源为用户提供功率电力。

4.根据权利要求1所述的双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，所述传感与控制箱内部还设有用于测量水位高度的水位传感器及测量主轴转速的转速传感器。

5.根据权利要求1所述的双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，所述伞杆的长度长于水伞直径与分伞绳长度之和的两倍。

6.根据权利要求1所述的双电机相互切换控制的水伞发电装置，其特征在于，所述水伞采用柔软、抗拉耐磨强度高、耐候性好的尼龙布制成，且制成的水伞展开后呈半球面状。

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