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CN114704420A - 一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统及方法 - Google Patents

一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统及方法，它包括用于提供动力的驱动装置，驱动装置包括箱体和晃动摆，箱体整体安装在潜标的内部，晃动摆安装在箱体的内部；所述晃动摆的输出端与用于传递动力的齿轮增速机构相连；所述齿轮增速机构的输出轴与用于发电和储能的交流电能变换与储能系统相连。当装置在水下时通过海流推动，当装置浮在水面时通过波浪推动，此装置能将海流能、波浪能转换成可利用电能，给蓄电池输入一定电功率进行补电，维持潜标长时间正常工作并储存能量。

Description

一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统及 方法
技术领域
本发明属于海洋开发利用领域，特别是一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统及方法。
背景技术
潜标能长时间在海域工作，需要充足的电量，对供电设备要求较高。目前海上投放的潜标，主要依靠蓄电池供电。一般的蓄电池供电能力有限，需多次更换，而潜标投放与回收成本高，电池更换麻烦，浪费人力物力。因此，维持潜标工作所需电量是限制其长期布置的关键因素。波流发电是通过波浪和海流发电的新能源利用技术，通过波流发电与储能系统捕获能量并将其转换为电能进行储存。海洋中的海流蕴含大量能量，若能将其应用于潜标能源补给，对潜标的开发与应用意义重大。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，当装置在水下时通过海流推动，当装置浮在水面时通过波浪推动，此装置能将海流能、波浪能转换成可利用电能，给蓄电池输入一定电功率进行补电，维持潜标长时间正常工作并储存能量。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，它包括用于提供动力的驱动装置，驱动装置包括箱体和晃动摆，箱体整体安装在潜标的内部，晃动摆安装在箱体的内部；
所述晃动摆的输出端与用于传递动力的齿轮增速机构相连；
所述齿轮增速机构的输出轴与用于发电和储能的交流电能变换与储能系统相连。
所述晃动摆包括两个配重和两根连接轴，配重通过连接轴与输入轴相连，输入轴通过轴承座支撑，轴承座通过加强筋固定在箱体内壁上。
所述齿轮增速机构采用多级齿轮传动机构，包括安装在晃动摆的输入轴上的输入齿轮，输入齿轮与传动小齿轮啮合传动，传动小齿轮安装在中间轴上，中间轴上安装有传动大齿轮，传动大齿轮与安装在输出轴上的输出齿轮啮合传动。
所述输入轴、中间轴和输出轴采用空间平行布置结构，三根主轴的两端分别通过对应的轴承座支撑在箱体的内侧壁上。
所述交流电能变换与储能系统包括交流发电机、蓄电池电能接入电路和蓄电池；交流发电机的主轴通过联轴器与输出轴相连，交流发电机通过发电机底座固定在箱体的内底部；所述交流发电机的电能输出端与蓄电池电能接入电路和蓄电池相连。
所述蓄电池电能接入电路包括整流电路和充电控制板，所述整流电路依次与安装在充电控制板上的滤波电容、稳压管、发光二极管和充电控制器相连，充电控制器与蓄电池相连。
所述整流电路采用是由多个二极管连接成整流桥的结构形式。
用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统进行波流发电的方法，包括以下步骤：
步骤1：将该系统安装在潜标内部，潜标在波浪或海流的激励下振动；
步骤2：潜标带动箱体运动，箱体带动晃动摆摆动，晃动摆的摆动带动齿轮增速机构转动；
步骤3：通过齿轮增速机构增大输入转速并驱动交流发电机；
步骤4：交流发电机发出的电经过整流电路、滤波电容、稳压管发出所需稳定的电压与电流，其中发光二极管是否亮就能够反应是否有电，然后经过充电控制器给蓄电池进行稳定的充电，实现潜标长航时工作。
所述齿轮增速机构的具体工作过程为，通过波浪或海流带动配重，通过配重驱动输入轴，通过输入轴驱动输入齿轮，通过输入齿轮驱动传动小齿轮，通过传动小齿轮驱动中间轴，通过中间轴带动传动大齿轮，通过传动大齿轮驱动输出齿轮，再有输出齿轮带动输出轴，通过输出轴和联轴器同步带动交流发电机，通过交流发电机进行发电。
本发明有如下有益效果：
1、潜标受到波流的激励带动箱体运动，箱体带动晃动摆摆动，通过晃动摆的摆动采集能量，将海流能、波浪能转换成晃动摆的动能。将不稳定的海流、波浪转化为稳定的能量输出，获得最佳的发电效率。
2、齿轮采用高强度复合材料，相比于其他常用齿轮材料，不影响齿轮刚度的同时减少整个装置的重量，减少齿轮转动时的转矩，提高齿轮寿命，增加齿轮传动的平稳性。
3、潜标受到波流的激励带动箱体运动，箱体带动晃动摆摆动，晃动摆通过齿轮增速机构带动交流发电机，交流发电机发出的交流电可通过蓄电池电能接入电路转换成可利用的直流电，给蓄电池输入一定电功率进行补电，维持潜标长时间正常工作并储存能量。
4、装置结构紧凑，安装在潜标内部，没有水中活动部件，有利于抵抗复杂环境，减少损害率。相比于其他发电装置所占空间更小，可安装多个波流混合驱动微型发电与储能装置，给潜标提供足够的能量并将多余的能量储存。
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本发明的整体结构图。
图2本发明的主视图。
图3本发明的图2中A-A视图。
图4本发明的内部结构第一视角三维图。
图5本发明的内部结构第二视角三维图。
图6本发明的整体结构透视图第一视角三维图。
图7本发明的整体结构透视图第二视角三维图。
图8本发明的蓄电池电能接入电路示意图。
图9本发明的交流电能变换与储能系统原理图。
图中：1-箱体；2-输入轴；3-轴承座；4-中间轴；5-交流发电机；6-发电机底座；7-联轴器；8-蓄电池；9-充电控制板；10-输出轴；11-输出齿轮；12-传动小齿轮；13-传动大齿轮；14-晃动摆；15-输入齿轮；16-二极管；17-滤波电容；18-稳压管；19-发光二极管；20-充电控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-9所示，一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，它包括驱动装置、齿轮增速机构和交流电能变换与储能系统。所述驱动装置包括箱体1和晃动摆14，箱体1具有封闭的内腔，所述齿轮增速机构通过轴承座3安装在箱体1中，齿轮增速机构的输入轴2上安装晃动摆14。所述交流电能变换与储能系统包括交流发电机5、蓄电池电能接入电路和蓄电池8，固定在箱体1中与齿轮增速机构输出轴10相连。上述装置，安装在潜标内部，给蓄电池输入一定电功率进行补电，维持潜标长时间工作，装置结构紧凑，可并联多个，为海洋潜标提供足够的电能，并收集多余能量。具体使用过程中，将该系统安装在潜标内部，潜标在波浪或海流的激励下振动。潜标带动箱体1运动，箱体1带动晃动摆14摆动，晃动摆14的摆动带动齿轮增速机构转动。通过齿轮增速机构增大输入转速并驱动交流发电机5。交流发电机5发出的交流电经过整流电路、滤波电容17、稳压管18发出所需稳定的电压与电流，其中发光二极管19是否亮可以看出是否有电，然后经过充电控制器20给蓄电池8进行稳定的充电。最终实现潜标无需更换电池长时间正常工作，并储存多余的能量。
如图4-5所示，所述晃动摆14包括两个配重和两根连接轴，配重通过连接轴与输入轴2相连，配重摆动带动输入轴2旋转，配重选择密度大的材料，在有限的空间内增大晃动摆14的转矩。采用晃动摆14结构能量采集装置，将海流能、波浪能转换成配重的动能。输入轴2通过轴承座3支撑，轴承座3通过加强筋固定在箱体1内壁上，保证装置的稳定性和可靠性，整个装置安装在潜标内部。
如图4-5所示，所述齿轮增速机构为二级齿轮传动，输入轴2上安装晃动摆14、输入齿轮15，中间轴4上安装传动小齿轮12、传动大齿轮13，输出轴10上安装输出齿轮11，齿轮增速机构三轴通过轴承座3安装在箱体1中，采用空间平行布置，减少齿轮增速机构所占空间，在有限的空间内实现最大传动比，保证交流发电机获得所需要的转速。齿轮采用高强度复合材料，不影响齿轮刚度的同时减少整个装置的重量，减少齿轮转动时的转矩。
如图8-9所示，所述交流电能变换与储能系统包括交流发电机5、蓄电池电能接入电路和蓄电池8。所述蓄电池电能接入电路包括充电控制板9、二极管16、滤波电容17、稳压管18、发光二极管19、充电控制器20。交流发电机5安装在发电机底座6上，通过联轴器7与增速机构的输出轴10相连，发电机底座6安装在箱体1底部。所述交流发电机5为新型发电机，满足工作环境、输入与输出转速的需求。交流发电机5发出的交流电经过整流电路、滤波电容17、稳压管18发出所需稳定的电压与电流，其中发光二极管19是否亮可以看出是否有电，然后经过充电控制器20给蓄电池8更加稳定的充电，维持潜标正常工作并储存多余的能量。给多个蓄电池8充电，可在蓄电池8之前加一个分电器，将电流进行循环处理，节约出更多的电量。
实施例2：
用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统进行波流发电的方法，包括以下步骤：
步骤1：将该系统安装在潜标内部，潜标在波浪或海流的激励下振动；
步骤2：潜标带动箱体1运动，箱体1带动晃动摆14摆动，晃动摆14的摆动带动齿轮增速机构转动；
步骤3：通过齿轮增速机构增大输入转速并驱动交流发电机5；
步骤4：交流发电机5发出的电经过整流电路16、滤波电容17、稳压管18发出所需稳定的电压与电流，其中发光二极管19是否亮就能够反应是否有电，然后经过充电控制器20给蓄电池8进行稳定的充电，实现潜标长航时工作。
进一步的，所述齿轮增速机构的具体工作过程为，通过波浪或海流带动配重，通过配重驱动输入轴2，通过输入轴2驱动输入齿轮15，通过输入齿轮15驱动传动小齿轮12，通过传动小齿轮12驱动中间轴4，通过中间轴4带动传动大齿轮13，通过传动大齿轮13驱动输出齿轮11，再有输出齿轮11带动输出轴10，通过输出轴10和联轴器7同步带动交流发电机5，通过交流发电机5进行发电。

Claims (9)

1.一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：它包括用于提供动力的驱动装置，驱动装置包括箱体（1）和晃动摆（14），箱体（1）整体安装在潜标的内部，晃动摆（14）安装在箱体（1）的内部；
所述晃动摆（14）的输出端与用于传递动力的齿轮增速机构相连；
所述齿轮增速机构的输出轴（10）与用于发电和储能的交流电能变换与储能系统相连。
2.根据权利要求1所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述晃动摆（14）包括两个配重和两根连接轴，配重通过连接轴与输入轴（2）相连，输入轴（2）通过轴承座（3）支撑，轴承座（3）通过加强筋固定在箱体（1）内壁上。
3.根据权利要求1所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述齿轮增速机构采用多级齿轮传动机构，包括安装在晃动摆（14）的输入轴（2）上的输入齿轮（15），输入齿轮（15）与传动小齿轮（12）啮合传动，传动小齿轮（12）安装在中间轴（4）上，中间轴（4）上安装有传动大齿轮（13），传动大齿轮（13）与安装在输出轴（10）上的输出齿轮（11）啮合传动。
4.根据权利要求3所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述输入轴（2）、中间轴（4）和输出轴（10）采用空间平行布置结构，三根主轴的两端分别通过对应的轴承座（3）支撑在箱体（1）的内侧壁上。
5.根据权利要求1所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述交流电能变换与储能系统包括交流发电机（5）、蓄电池电能接入电路和蓄电池（8）；交流发电机（5）的主轴通过联轴器（7）与输出轴（10）相连，交流发电机（5）通过发电机底座（6）固定在箱体（1）的内底部；所述交流发电机（5）的电能输出端与蓄电池电能接入电路和蓄电池（8）相连。
6.根据权利要求5所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述蓄电池电能接入电路包括整流电路（16）和充电控制板（9），所述整流电路（16）依次与安装在充电控制板（9）上的滤波电容（17）、稳压管（18）、发光二极管（19）和充电控制器（20）相连，充电控制器（20）与蓄电池（8）相连。
7.根据权利要求5所述一种用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统，其特征在于：所述整流电路（16）采用是由多个二极管连接成整流桥的结构形式。
8.采用权利要求1-7任意一项所述用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统进行波流发电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将该系统安装在潜标内部，潜标在波浪或海流的激励下振动；
步骤2：潜标带动箱体（1）运动，箱体（1）带动晃动摆（14）摆动，晃动摆（14）的摆动带动齿轮增速机构转动；
步骤3：通过齿轮增速机构增大输入转速并驱动交流发电机（5）；
步骤4：交流发电机（5）发出的电经过整流电路（16）、滤波电容（17）、稳压管（18）发出所需稳定的电压与电流，其中发光二极管（19）是否亮就能够反应是否有电，然后经过充电控制器（20）给蓄电池（8）进行稳定的充电，实现潜标长航时工作。
9.根据权利要求8所述用于海洋潜标的波流混合驱动微型发电与储能系统进行波流发电的方法，其特征在于：
所述齿轮增速机构的具体工作过程为，通过波浪或海流带动配重，通过配重驱动输入轴（2），通过输入轴（2）驱动输入齿轮（15），通过输入齿轮（15）驱动传动小齿轮（12），通过传动小齿轮（12）驱动中间轴（4），通过中间轴（4）带动传动大齿轮（13），通过传动大齿轮（13）驱动输出齿轮（11），再有输出齿轮（11）带动输出轴（10），通过输出轴（10）和联轴器（7）同步带动交流发电机（5），通过交流发电机（5）进行发电。
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