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CN113586325B - 一种深海涡激振动发电装置 - Google Patents

一种深海涡激振动发电装置 Download PDF

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CN113586325B CN202110924186.XA CN202110924186A CN113586325B CN 113586325 B CN113586325 B CN 113586325B CN 202110924186 A CN202110924186 A CN 202110924186A CN 113586325 B CN113586325 B CN 113586325B
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Abstract

本发明公开了一种深海涡激振动发电装置，涉及深海振动发电装置技术领域，包括：涡激振动能捕获模块，包括钝体、连接器、第一螺旋压簧、第二螺旋压簧和壳体，连接器套设于壳体上，钝体安装于连接器上，第一螺旋压簧和第二螺旋压簧分别设置于连接器的上下两侧；振动发电模块，包括第一永磁柱体、第二永磁柱体、线圈、铁芯和能量存储电路，第一永磁柱体和第二永磁柱体套设于壳体上，铁芯安装于壳体内，线圈绕制在铁芯上，线圈与能量储存电路连接；支撑模块，包括上端连接板和下端连接板。本发明不仅可以用于深海低流速涡激振动发电，同时适用于海洋任意深度下低流速发电的方法和装置，具有可再生、清洁、随时随地取能等优势。

Description

一种深海涡激振动发电装置
技术领域
本发明涉及深海振动发电装置技术领域，特别是涉及一种深海涡激振动发电装置。
背景技术
随着传感器、微电子学和计算机科学发展，深海探索研究和开发已成为21世纪各国竞争的热点领域，在海水中执行各种任务的水下无人机和带有智能传感器的便携式机器人等，自供能深海探测一直是追求的目标。
为更加迅速、精准的大方位探测深海海洋上层(海平面2-3KM水深)，预计在海洋中每4个维度放置一个自供能深海探测装置，通过数以千计的探测装置形成一个庞大探测网，自供能是探测网需要解决的核心问题。但由于深度越大，海洋环境越复杂，也就越能为深海武器提供更好的隐蔽环境，并增加攻击的突然性，因此如何能够到达更深的海域并且延长在深海的作业时间一直是各国深海应用研究的重点和难点。涡激振动能发电利用低流速的水流获取振动能量，具有可再生、清洁、输出波动小、随时随地取能等优势，与自供能深海探测装置相配合，可为深海多方位多角度探测蓄能。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海涡激振动发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，不仅可以用于深海低流速涡激振动发电，同时适用于海洋任意深度下低流速发电的方法和装置，具有可再生、清洁、随时随地取能等优势。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种深海涡激振动发电装置，包括：
涡激振动能捕获模块，所述涡激振动能捕获模块包括钝体、连接器、第一螺旋压簧、第二螺旋压簧和壳体，所述连接器套设于所述壳体上，所述钝体安装于所述连接器上，所述第一螺旋压簧和所述第二螺旋压簧分别设置于所述连接器的上下两侧，并套设于所述壳体上；
振动发电模块，所述振动发电模块包括第一永磁柱体、第二永磁柱体、线圈、铁芯和能量存储电路，所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体套设于所述壳体上，所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体分别连接于所述连接器上侧与所述第一螺旋压簧之间以及所述连接器下侧与所述第二螺旋压簧之间；所述铁芯安装于所述壳体内，所述线圈绕制在所述铁芯上，所述线圈与所述能量储存电路连接；
支撑模块，所述支撑模块用于对所述涡激振动能捕获模块以及所述振动发电模块进行支撑，所述支撑模块包括上端连接板和下端连接板，所述壳体的上下两端分别与所述上端连接板以及所述下端连接板连接。
优选的，所述支撑模块还包括方向固定架，所述方向固定架安装于所述上端连接板与所述钝体之间；所述方向固定架设置有两个，两个所述方向固定架对称设置于所述壳体的两侧。
优选的，所述上端连接板上安装有三维流速仪。
优选的，所述方向固定架连接有伺服电机，所述伺服电机能够控制所述方向固定架的方向。
优选的，所述壳体采用非铁磁性、非金属的耐高压环氧树脂材料制成，所述壳体的上下两端分别与所述上端连接板以及所述下端连接板密封连接。
优选的，所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体采用钕铁硼材料制成，所述铁芯采用圆柱形钢柱。
优选的，所述上端连接板和所述下端连接板上分别开设有上端内螺纹孔和下端内螺纹孔，所述上端连接板和所述下端连接板共同使用或单独使用。
优选的，所述第一螺旋压簧的底端与所述第一永磁柱体连接，顶端与所述上端连接板连接；所述第二螺旋压簧的顶端与所述第二永磁柱体连接，底端与所述下端连接板连接。
优选的，所述上端连接板靠近所述第一螺旋压簧的位置处以及所述下端连接板靠近所述第二螺旋压簧的位置处安装有永磁环，所述上端连接板以及所述下端连接板上的永磁环的磁极相反。
优选的，所述连接器为摩擦连接器。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的深海涡激振动发电装置，不受深海压力和海水腐蚀对电路的影响，系统便携性高，因此可以应用于深海低流速以及任何水流任意水深的场合，实现对海洋传感器的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中深海涡激振动发电装置的结构示意图；
图2为本发明中壳体的内剖面图；
图中：1-上端连接板，2方向固定架，3-第一螺旋压簧，4第一永磁柱体，5-钝体，6-摩擦连接器，7-第二永磁柱体，8-下端连接板，9-第二螺旋压簧，10-下端内螺纹孔，11-上端内螺纹孔，12-能量存储电路，13-线圈，14-铁芯，15-壳体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种深海涡激振动发电装置，以解决现有技术存在的问题，不仅可以用于深海低流速涡激振动发电，同时适用于海洋任意深度下低流速发电的方法和装置，具有可再生、清洁、随时随地取能等优势。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实施例中提供一种深海涡激振动发电装置，主要包括：涡激振动能捕获模块、振动发电模块和支撑模块三部分；
如图1所示，涡激振动能捕获模块与支撑模块的上端连接板1和下端连接板8连接；振动发电模块与涡激振动能捕获模块通过与钝体5一起振动的永磁柱体直接耦合。
在本实施例中，涡激振动能捕获模块包括钝体5，摩擦连接器6，第一螺旋压簧3、第二螺旋压簧9和壳体15，涡激振动能捕获模块目的是获得不同流速下的振动。第一螺旋压簧3、第一永磁柱体4、摩擦连接器6、第二永磁柱体7、第二螺旋压簧9同轴套在壳体15上，结合深海涡激振动发电装置的总质量、总浮力通过调整螺旋压簧的弹性系数，使得在一定流速范围内保持钝体5高振幅上下运动，钝体5上下运动的同时带动第一永磁柱体4和第二永磁柱体7和钝体5相同振幅下上下往复运动，从而实现机械能到电能的转化。
在本实施例中，振动发电模块包括第一永磁柱体4、第二永磁柱体7、线圈13、铁芯14和能量存储电路12，目的是实现机械能到电能的转化同时对电能进行收集。如图2所示，壳体15内部是密封的容纳腔，为保证电能的低损耗，壳体选择非铁磁性、非金属的耐高压环氧树脂材料，壳体厚度在保证耐压条件下越薄越好。线圈13绕制在铁芯14上，铁芯14与壳体15同轴，利用支撑模块实现铁芯14的固定。当第一永磁柱体4和第二永磁柱体7在钝体5的上下运动过程中也做上下往复运动时，壳体15内的线圈13切割磁力线产生感应电动势。第一永磁柱体4和第二永磁柱体7的材料为钕铁硼材料，铁芯14是圆柱形钢柱。线圈13产生的感应电动势通过导线连接到能量存储电路12将能量进行存储，存储后的电能可以为深海传感器通过无线或者有线方式直接功能，壳体15与支撑模块可以密封，保证振动发电模块受海水影响，造成腐蚀或者降低发电效率。
在本实施例中，支撑模块包括上端连接板1、方向固定架2，下端连接板8以及分别位于上端连接板1和下端连接板8上的上端内螺纹孔11和下端内螺纹孔10，目的是为涡激振动发电装置提供支撑。上端连接板1和下端连接板8配合上端内螺纹孔11和下端内螺纹孔10实现与深海平台的连接。上端连接板1和下端连接板8不必要成对使用，根据需要连接一端即可，当考虑在海面使用时，上端连接板1可以和海洋内的浮子式海洋平台直接固定，实现浅海涡激振动能发电。
在本实施例中，为实现钝体5的最大振幅动能的捕获，方向固定架2可以利用伺服电机控制其方向，即在上端连接板1上可以安装一个三维流速仪，实时获取海流能的三维流速，方向固定架3与上端连接板1和钝体5连接，目的是保证钝体5在海流流速作用下不被流速影响其方向，因此可以根据流速方向调整方向固定架2与钝体5，保证钝体5与流速之间垂直，实现最大效率的涡激振动能的输出。
在本实施例中，第一螺旋压簧3和第二螺旋压簧9目的是保证钝体最大振幅的往复运动，深海中可以采用在远离第一永磁柱体4和第二永磁柱体7的上端连接板1和下端连接板8固定一磁极相反的两个用磁环，实现对第一螺旋压簧3和第二螺旋压簧9的辅助调节作用。
本实施例中深海涡激振动发电装置有明显的三个方面的优势：
第一，深海涡激振动发电装置通过壳体对发电装置进行完全密封，发电效率不受海水电导率影响，同时发电装置避免被海水腐蚀。
第二，钝体结构可调整，既可以应用于深海涡激振动发电也可以用于其他浅海或者河流浅层涡激振动能的捕获及发电。
第三，螺旋压簧和磁力相结合的方式调整钝体对涡激振动的捕获效果，有助于钝体涡激振动的最大捕获，同时方向固定架的自适应调节也保证了钝体最大振幅的捕获，整个发电装置不依赖于平台，即可以多个装置并行发电也可以独立工作为传感器供能。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种深海涡激振动发电装置，其特征在于，包括：
涡激振动能捕获模块，所述涡激振动能捕获模块包括钝体、连接器、第一螺旋压簧、第二螺旋压簧和壳体，所述连接器套设于所述壳体上，所述钝体安装于所述连接器上，所述第一螺旋压簧和所述第二螺旋压簧分别设置于所述连接器的上下两侧，并套设于所述壳体上；
振动发电模块，所述振动发电模块包括第一永磁柱体、第二永磁柱体、线圈、铁芯和能量存储电路，所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体套设于所述壳体上，所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体分别连接于所述连接器上侧与所述第一螺旋压簧之间以及所述连接器下侧与所述第二螺旋压簧之间；所述铁芯安装于所述壳体内，所述线圈绕制在所述铁芯上，所述线圈与所述能量储存电路连接；
支撑模块，所述支撑模块用于对所述涡激振动能捕获模块以及所述振动发电模块进行支撑，所述支撑模块包括上端连接板和下端连接板，所述壳体的上下两端分别与所述上端连接板以及所述下端连接板连接；
所述支撑模块还包括方向固定架，所述方向固定架安装于所述上端连接板与所述钝体之间；所述方向固定架设置有两个，两个所述方向固定架对称设置于所述壳体的两侧，所述上端连接板上安装有三维流速仪；所述方向固定架连接有伺服电机，所述伺服电机能够控制所述方向固定架的方向。
2.根据权利要求1所述的深海涡激振动发电装置，其特征在于：所述壳体采用非铁磁性、非金属的耐高压环氧树脂材料制成，所述壳体的上下两端分别与所述上端连接板以及所述下端连接板密封连接。
3.根据权利要求1所述的深海涡激振动发电装置，其特征在于：所述第一永磁柱体和所述第二永磁柱体采用钕铁硼材料制成，所述铁芯采用圆柱形钢柱。
4.根据权利要求1所述的深海涡激振动发电装置，其特征在于：所述上端连接板和所述下端连接板上分别开设有上端内螺纹孔和下端内螺纹孔，所述上端连接板和所述下端连接板共同使用或单独使用。
5.根据权利要求1所述的深海涡激振动发电装置，其特征在于：所述第一螺旋压簧的底端与所述第一永磁柱体连接，顶端与所述上端连接板连接；所述第二螺旋压簧的顶端与所述第二永磁柱体连接，底端与所述下端连接板连接。
6.根据权利要求5所述的深海涡激振动发电装置，其特征在于：所述上端连接板靠近所述第一螺旋压簧的位置处以及所述下端连接板靠近所述第二螺旋压簧的位置处安装有永磁环，所述上端连接板以及所述下端连接板上的永磁环的磁极相反。
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