CN214887453U - 一种波浪能发电浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种波浪能发电浮标，包括能量转换装置、储能模块、浮标外壳和重物，所述浮标外壳为封闭式外壳，所述能量转换装置、储能模块和重物均安装在所述浮标外壳内，所述重物位于所述浮标外壳的下端，所述能量转换装置包括垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块，所述垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块均连接所述储能模块。与现有技术相比，本实用新型具有能量转化次数少，发电效率高，体积小，制作成本低等优点。

Description

一种波浪能发电浮标

技术领域

本实用新型涉及波浪能发电技术领域，尤其是涉及一种波浪能发电浮标。

背景技术

经过各国研究者的多年努力,现今人们对波浪能发电技术的研究取得了非常大的进步，无论是发电装置的稳定性、是耐用性还是经济性都让人看到了实际应用商业化的曙光。但从目前波浪能发电技术的研究水平来看，它仍然还处于试验阶段，距离大规模的应用还有很长的路要走。从工程建造上看，波浪能发电装置的建造仍存在一些困难，在应用方面还有许多问题需要解决。问题如下：

1)装置的可靠性与转化效率难以兼顾。比如：鸭式技术的转化效率比较高，但是他的部件直接与海水接触，容易受到海水的腐蚀，海中的一些生物也会寄生在这些装置上面，使装置老化得更快。

2)装置的能量转换系统不稳定。海洋中的波浪能并不稳定，影响它的因素有很多，具有很强的随机性。

3)装置的安装与维修困难。波浪能发电装置的水下部分安装难度大，安装成本高，安装精度直接影响了发电系统能否运行。如果发电装置产生了故障，水下维护的高费用也会比较高，这就在很大程度上增加了波浪发电装置的运营成本，导致其经济性与与其他发电方式差距进一步拉大。

4)装置在极端海洋环境下存活率低。

5)装置输出的电能难以大规模并入电网。由于波浪本身的不稳定性，导致输出功率也不稳定，如果将其大规模地接入电网，会对电网造成很大的冲击，甚至损坏电网，这样不稳定的电网也不适合直接给用电设备供电。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在装置的安装与维修困难的缺陷而提供一种波浪能发电浮标。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种波浪能发电浮标，包括能量转换装置、储能模块和浮标外壳，所述波浪能发电浮标还包括重物，所述浮标外壳为封闭式外壳，所述能量转换装置、储能模块和重物均安装在所述浮标外壳内，所述重物位于所述浮标外壳的下端，所述能量转换装置包括垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块，所述垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块均连接所述储能模块。

进一步地，所述垂直方向波浪能收集模块包括发电管、弹簧和磁铁，所述发电管的管壁缠绕有第一线圈，所述弹簧和磁铁均位于所述发电管内，所述弹簧连接所述磁铁；

所述储能模块设有整流电路，所述第一线圈连接所述整流电路。

进一步地，所述磁铁为多个叠加的钕铁硼强磁铁片。

进一步地，所述发电管的主体部分为高透明亚克力有机玻璃管。

进一步地，所述水平方向波浪能收集模块包括发电环和磁铁球，所述发电环的环壁缠绕有第二线圈，所述发电环为中空的圆环结构，所述磁铁球位于所述发电环内；

所述储能模块设有整流电路，所述第二线圈连接所述整流电路。

进一步地，所述整流电路为桥式整流电路。

进一步地，所述储能模块还包括电容器和储能电池，所述桥式整流电路通过所述电容器给所述储能电池充电。

进一步地，所述储能电池为锂电池。

进一步地，所述波浪能发电浮标还包括控制组件，所述控制组件包括处理器以及分别连接该处理器的GPS定位单元、GSM短信模块、电压电流检测模块、湿度传感器、报警模块和电源，所述GSM短信模块连接有上位机。

进一步地，所述处理器采用STC89C51处理器。

下面对本实用新型波浪能发电浮标的工作原理进行描述：

能量转换装置包括垂直方向波浪能收集装置和水平方向波浪能收集装置。当海浪冲击浮标装置时，装置就会在海面上晃动，这种晃动可以分解成垂直方向和水平方向的两种运动。在垂直方向上，发电管上下运动时，管中的磁铁在弹簧的作用下与管壁上的线圈发生相对运动。这种运动与线圈切割磁感线的运动本质上是一样的，因而产生了交流电。在水平方向上，发电管左右晃动时，管中的磁铁球失去平衡开始在环中滚动，缠绕在环外壁上的线圈中的磁通量发生变化，同样产生了电流。垂直方向和水平方向上的运动是同时进行的，浮标不断地受到海浪的冲击，发电工作就不断的进行，波浪能就这样被波浪能收集装置源源不断的转化成电能。

由于浮标发电装置中磁铁切割磁感线所产生的电流为交流电，而交流电是不能直接用于给直流电源充电的，所以还需要用到整流电路。本实用新型采用的是桥式整流电路。但是经过整流电路整流后的输出电压不是真正意义上的直流电压，而是单向脉动电压，这样的电压有强度的变化跳跃，是无法满足精密的电子电路正常工作的要求的。因此需要一个电容器将单向波脉动电压变成均匀电压，本实施例中采用的是具有容量大、有较好的抗冲击性等特点的铝电解电容器(25V/2200UF)。发电装置将波浪能转化成电能后，经过电路整流稳压后将电能存储于电池当中。发电装置的储能电池选用功能和经济性都比较好的平头18650锂电池。

控制组件中电压电流检测模块对发电过程中储能模块的各个参数进行检测，当发现发电过程中的参数与正常工况下的参数存在较大差异，则认为浮标的发电装置可能出现问题；或者浮标内部的湿度传感器检测出湿度发生变化，则认为浮标的壳体可能发生破裂的现象。如果出现这两种情况处理器将指令发送给GPS定位单元，开始执行定位，并实时将定位信息通过GSM短信模块发出信号传递给上位机。同时报警模块开始工作，方便检修人员的寻找。检修人员可以根据GPS定位单元和报警模块找到出现故障的浮标进行检修。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型波浪能发电浮标可靠性高，由于该浮标的结构相对简单并且各部件全部由浮标壳体密闭起来，所以不容易出现故障；不同于大型的发电装置的水下安装操作复杂，该装置安装简单，直接安装在渔船，航标灯和钻井平台上，为之提供电能，或者直接安装在海面上做航标灯使用；装置制造和维修成本低；可以根据需求调节发电功率，需要大功率发电时，只需要将多个发电单元并联即可；清洁无污染，对环境基本无不良影响。

(2)本实用新型相比与以往的波浪能发电装置大都采用三级能量装换系统提出来一种新型的二级波浪能利用装置；第一次是将海浪的波浪能转换为浮标中磁铁的动能，第二次是将磁铁的动能转换成电能；这样的设计能够有效地利用波浪能并减少能量转换环节；它不仅提高了发电效率，而且使装置的体积大大减小，同时也减少了故障出现的概率。

(3)能将波浪能转化成电能存储于电池当中，晚上可以点亮灯泡作为航标灯使用并且可以给其他传感器供电加强人们对于海洋情况的监测或者多个组合起来给一些海上单位供电。

(4)当浮标出现故障时，控制组件会检测到，发送GPS位置信息并启动报警模块，方便工作人员的检修。

附图说明

图1为本实用新型波浪能发电浮标的结构示意图；

图2为本实用新型垂直方向波浪能收集模块的连接状态示意图；

图3为本实用新型水平方向波浪能收集模块的连接状态示意图；

图4为现有技术中桥式整流电路的结构示意图；

图5为本实用新型控制组件的结构示意图；

图中，1、浮标外壳，2、储能模块，201、桥式整流电路，202、电容器，203、电量显示板，204、储能电池，3、控制组件，301、处理器，302、GPS定位单元，303、GSM短信模块，304、电压电流检测模块，305、湿度传感器，306、报警模块，307、上位机，308、电源，4、重物，5、发电管，6、弹簧，7、磁铁，8、第一线圈，9、发电环，10、磁铁球，11、第二线圈，12、集成电路容纳器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供一种波浪能发电浮标，包括能量转换装置、储能模块2、浮标外壳1和重物4，浮标外壳1为封闭式外壳，能量转换装置、储能模块2和重物4均安装在浮标外壳1内，重物4位于浮标外壳1的下端，能量转换装置包括垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块，垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块均连接储能模块2。

作为一种优选的实施方式，垂直方向波浪能收集模块包括发电管5、弹簧6和磁铁7，发电管5的管壁缠绕有第一线圈8，弹簧6和磁铁7均位于发电管5内，弹簧6连接磁铁7；

储能模块2设有整流电路，第一线圈8连接整流电路。

进一步优选地，磁铁7为多个叠加的钕铁硼强磁铁片。

进一步优选地，发电管5的主体部分为高透明亚克力有机玻璃管。

作为一种优选的实施方式，水平方向波浪能收集模块包括发电环9和磁铁球10，发电环9的环壁缠绕有第二线圈11，发电环9为中空的圆环结构，磁铁球10位于发电环9内；

储能模块2设有整流电路，第二线圈11连接整流电路。

进一步优选地，整流电路为桥式整流电路201。

进一步优选地，储能模块2还包括电容器202和储能电池204，桥式整流电路201通过电容器202给储能电池204充电。

进一步优选地，储能电池204为锂电池。

作为一种优选的实施方式，波浪能发电浮标还包括控制组件3，控制组件3包括处理器301以及分别连接该处理器的GPS定位单元302、GSM短信模块303、电压电流检测模块304、湿度传感器305、报警模块306和电源308，GSM短信模块303连接有上位机307。

进一步优选地，处理器301采用STC89C51处理器。

进一步优选地，电源308为储能模块2。

本实施例还提供一种最优的实施方式，具体描述如下：

如图1所示，本实施例提供了一种小型波浪能发电浮标，包括浮标外壳、控制电路设计以及能量转换装置设计，控制电路以及能量转换装置安装在浮标外壳内部。控制电路设计包括储能模块2和控制组件3。浮标外壳由一个圆管和两个半球形圆盖组成，圆管内径150mm，外径156mm，壁厚3mm，半球形盖内径为150mm，外径156mm，壁厚3mm。本实施例在上层设置了集成电路容纳器12，储能模块2和控制组件3均设置在该集成电路容纳器12中。

如图2、3所示，垂直方向波浪能收集装置的发电管5的主体部分由高透明亚克力有机玻璃管构成(也可也采用其他材质)，其长度为250mm，外径为20mm，壁厚为2mm，内径为16mm；发电管5外壁上需要缠绕漆包线作为发电线圈，从发电效率和经济性等因数来考虑，选用直径0.2mm，材质为黄铜的线圈若干来作为发电线圈；发电管5内运动的磁铁7，由于圆管内径的限制，因此直径必须比圆管内径要小，考虑到市场上没有所需尺寸的磁铁，可采用磁铁片叠加的方式来代替，磁铁磁性越强发电效率越高，所以选用直径为12mm，厚度为4mm的钕铁硼强磁铁片，每个发电管配备十片，共30片；磁铁7的快速振动需要通过弹簧6来实现，考虑到圆管内径和磁铁振动性能，选用外径为14mm,长度为120mm的软质拉弹簧，每个管一根，共三根；水平方向波浪能收集装置具体参数设计为：采用外径150mm，内径110mm，壁厚2mm的半圆环，在管内放入磁铁球10，在其外部缠绕线圈；在市场上能买到的与环相配合的钕铁硼磁铁球直径为12.7mm，每个环配备若干个。本实施例波浪能发电浮标将水平方向波浪能收集装置和垂直方向波浪能收集装置集成在一起，发电管5位于发电环9的内侧分布，发电管5的数量可水平设置多个，相互并联即可，发电环9的数量可竖直设置多个，相互并联即可。

如图4所示，本波浪能发电浮标选用桥式整流电路，所以需要用到四个整流二极管，从电路的发电能力与经济性来考虑，选用型号为1N4007(1A/1200V)的整流二极管；考虑经整流后的电压和电流大小，选用直径为13mm长度为21mm的圆柱形优质铝电解电容器(25V/2200UF)一个；本波浪能发电浮标的储能电池204选用功能和经济性都比较好的平头18650锂电池，其额定电压为3.7V，电池容量为2200mA，数量为三节；本波浪能发电浮标将电能存储进锂电池后，还需显示其存储的电量和防止电池过充，因此需要液晶的电量显示板203一个，尺寸为66.15mm×27.6mm×15.15mm。

如图5所示，控制组件3的处理器301选用STC89C51处理器；GSM短信模块303选用SIM900A模块；电压电流检测模块304选用GSY-MK-211；湿度传感器305采用HR202L湿敏电阻；电源308可以直接使用浮标内的储能电池；报警模块306可以选取红色发光二极管或者蜂鸣器。

本实施例的工作原理为：

当海浪冲击波浪能发电浮标时，波浪能发电浮标就会在海面上晃动，这种晃动的时候水平方向的发电管和竖直方向的发电管就会产生交流电，交流电经过桥式整流电路整流后转化为单向脉动电压，在经过一个电容器将单向波脉动电压变成均匀电压，然后开始给锂电池充电。该装置可以直接安装在渔船，航标灯和钻井平台上，或者直接安装在海面上做航标灯使用。当需要大功率发电时，只需要将多个发电单元并联即可，或者直接在装置内增加发电管。

本波浪能发电浮标具有能量转化次数少，发电效率高，体积小，制作成本低等优点。

本波浪能发电浮标内部的控制组件可以在浮标出现故障时发送GPS位置信息，并启动报警模块。上位机接收到信号后，检修人员可以利用GPS位置信息和报警模块找到出现故障的浮标进行检修。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波浪能发电浮标，包括能量转换装置、储能模块(2)和浮标外壳(1)，其特征在于，所述波浪能发电浮标还包括重物(4)，所述浮标外壳(1)为封闭式外壳，所述能量转换装置、储能模块(2)和重物(4)均安装在所述浮标外壳(1)内，所述重物(4)位于所述浮标外壳(1)的下端，所述能量转换装置包括垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块，所述垂直方向波浪能收集模块和水平方向波浪能收集模块均连接所述储能模块(2)。

2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述垂直方向波浪能收集模块包括发电管(5)、弹簧(6)和磁铁(7)，所述发电管(5)的管壁缠绕有第一线圈(8)，所述弹簧(6)和磁铁(7)均位于所述发电管(5)内，所述弹簧(6)连接所述磁铁(7)；

所述储能模块(2)设有整流电路，所述第一线圈(8)连接所述整流电路。

3.根据权利要求2所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述磁铁(7)为多个叠加的钕铁硼强磁铁片。

4.根据权利要求2所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述发电管(5)的主体部分为高透明亚克力有机玻璃管。

5.根据权利要求1所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述水平方向波浪能收集模块包括发电环(9)和磁铁球(10)，所述发电环(9)的环壁缠绕有第二线圈(11)，所述发电环(9)为中空的圆环结构，所述磁铁球(10)位于所述发电环(9)内；

所述储能模块(2)设有整流电路，所述第二线圈(11)连接所述整流电路。

6.根据权利要求2或5所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述整流电路为桥式整流电路(201)。

7.根据权利要求6所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述储能模块(2)还包括电容器(202)和储能电池(204)，所述桥式整流电路(201)通过所述电容器(202)给所述储能电池(204)充电。

8.根据权利要求7所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述储能电池(204)为锂电池。

9.根据权利要求1所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述波浪能发电浮标还包括控制组件(3)，所述控制组件(3)包括处理器(301)以及分别连接该处理器的GPS定位单元(302)、GSM短信模块(303)、电压电流检测模块(304)、湿度传感器(305)、报警模块(306)和电源(308)，所述GSM短信模块(303)连接有上位机(307)。

10.根据权利要求9所述的一种波浪能发电浮标，其特征在于，所述处理器(301)采用STC89C51处理器。

Images