一种利用波浪能的船舶航道浮标的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用波浪能的船舶航道浮标，包含水面浮体，和设置在水面浮体上的密封箱、电力变换装置以及发光装置。密封箱内设有受能机构和机电转换机构；受能机构包含前表面设有齿槽的长方体形重物、带轴孔的槽型滑道、弹性部件、转轴以及设在转轴一端的齿轮；机电转换机构包含增速变向机构以及与增速变向机构相连的发电机，发电机的输出端与电力变换装置连接。发光装置包含发光器件和蓄电池。电力变换装置能够将发电机的交流电转换为直流电输送给发光器件和蓄电池。本实用新型提供的利用波浪能的船舶航道浮标，可以高效地将波浪能转换为电能，并可以用在波浪能丰富的远海。
【专利说明】一种利用波浪能的船舶航道浮标
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种船舶航道浮标，具体地，涉及一种利用波浪能的船舶航道浮标。
【背景技术】
[0002]为了船舶海上航行和靠港时安全，通常会在海上设灯塔、浮标等。目前灯塔、浮标均用蓄电池或电缆输送市政电能，不仅成本较高而且维护困难。特别是在远离海岸的远海，无论使用蓄电池还是电缆输送市政电能都很不方便。另外不管是蓄电池还是市政用电，其最终来源主要是火力发电，而火力发电要消耗大量有限的自然资源，而且对生态环境造成很大的破坏。
[0003]针对上述情况，有人提出利用风能发电供浮标用电的装置，但是这种装置一般都需要额外支撑装置，在风能丰富的远海，由于这种额外的支持装置不易建造，所以这种方法不能被广泛采用。
[0004]波浪的能量是大海和江河所具有的丰富的清洁能源，如果利用这种能量来发电，不仅可以缓解能源紧张的问题，而且不会对环境造成破坏。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种无支撑的利用水域波浪涌动能量发电的浮标，可以高效地将波浪能转换为电能，由于浮标装置不需要支撑结构，所以可以用在波浪能丰富的远海。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型提供了一种利用波浪能的船舶航道浮标，其中，该船舶航道浮标包含水面浮体，和从下到上依次设置在水面浮体上的密封箱、电力变换装置以及发光装置；所述的水面浮体为锥形体，增加了装置的稳定性，且有利于加强装置的上下运动，该水面浮体由于具有能够提供足够浮力的浮体结构，因此能够呈倒锥形浮在水面，即使搭载其上的装置也能很好地工作；所述的密封箱内设有受能机构和机电转换机构；所述的受能机构安装在密封箱内的一侧，该受能机构包含前表面设有齿槽的长方体形重物、带轴孔的槽型滑道、弹性部件、转轴以及设在转轴一端的齿轮；所述的机电转换机构安装在密封箱内的另一侧，该机电转换机构包含增速变向机构以及与增速变向机构相连的发电机，发电机的输出端与电力变换装置连接；所述的弹性部件设置在密封箱内的底部，该弹性部件上设有所述的长方体形重物；所述的带轴孔的槽型滑道竖直设置在密封箱内，所述的长方体形重物位于带轴孔的槽型滑道内侧与该侧的密封箱箱壁之间，并能够在弹性部件的作用下沿所述带轴孔的槽型滑道相对所述的水面浮体进行上下振动；也就是说，由于弹性部件的支持，长方体形重物和水面浮体的上下运动在时间上错开而使长方体形重物在带轴孔的槽型滑道内相对水面浮体发生上下振动；所述的转轴安装在带轴孔的槽型滑道的轴孔处，转轴上的齿轮与长方体形重物前表面的齿槽构成齿条结构，转轴的另一端与增速变向机构相连；所述的发光装置包含发光器件和蓄电池；所述的电力变换装置能够将发电机的交流电转换为直流电输送给所述的发光器件和蓄电池。通过长方体形重物在波浪能的作用下上下振动接收波浪涌动的能量，通过齿条结构、机械传动轴、增速变向机构将该能量转换为高速旋转的机械能，通过机电转换机构，电力变换装置将该高速旋转的机械能转换为稳定的直流电能输送到蓄电池和发光器件，从而达到存储电能和驱动发光器件发光的目的。
[0007]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的增速变向机构包含大齿轮和内啮合棘轮机构；大齿轮的主动齿与内啮合棘轮机构的棘轮从动齿啮合，内啮合棘轮机构的棘爪和轮毂棘轮从动齿啮合，轮毂棘轮主动齿与发电机转子轴上的齿痕啮合。
[0008]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的大齿轮安装在所述转轴的末端，使转轴与增速变向机构相连；该转轴在所述长方体形重物的上下振动作用下通过齿条结构带动大齿轮转动，再通过速变向机构带动发电机转子轴，由发电机将机械能转换为电能。
[0009]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的发电机与电力变换装置连接；所述的电力变换装置包含整流-滤波-稳压单元、蓄能单元和光控驱动单元；发电机、电力变换装置、蓄电池和发光器件组成波浪能浮标的电路系统。整流-滤波-稳压单元用于将交流电转换为稳定直流电，蓄能单元用以存储剩余电能，并在蓄电池与发光器件之间调配，光控驱动单元用以控制电力；所述的整流-滤波-稳压单元包含整流桥Br、限流电阻Rl、TVS(Transient Voltage Suppresso,瞬态抑制二极管)器件、滤波电容Cl、稳压限流电阻R2和稳压管Dl ;所述的蓄能单元包含隔离二极管D2和缓冲电容C2，并与蓄电池Ba连接；所述的光驱动单兀包含光电开关LCS,并与发光器件La连接。
[0010]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的整流-滤波-稳压单元，其整流桥Br的两交流输入端与发电机两输出端连接，整流桥Br的输出端正极分别与限流电阻Rl的一端、滤波电容Cl的正极、稳压限流电阻R2的一端同时连接，限流电阻Rl的另一端与TVS器件的负极连接，稳压限流电阻R2的另一端与稳压管Dl的负极、隔离管D2的正极相连接，隔离管D2的负极和缓冲电容C2的正极、蓄电池Ba的正极、光电开关LCS的进线端同时连接，光电开关LCS的出线端与发光器件La的一端连接，发光器件La另一端分别与蓄电池Ba的负极、缓冲电容C2的负极、稳压管Dl的正极、滤波电容Cl的负极、TVS器件正极、整流桥Br的输出端负极同时连接。
[0011]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的密封箱的下半部分嵌在水面浮体中，降低整个装置的重心，从而增强了整个装置的抗风浪能力。
[0012]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的水面浮体内设有水面浮体气室。
[0013]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的水面浮体，其上设置的弹性部件优选为空气弹簧，包含气缸、活塞和隔膜；所述的活塞底部固定在水面浮体的上表面，活塞和气缸之间通过隔膜密封，气缸上方与长方体形重物固定。
[0014]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的活塞内设有活塞气室，所述活塞气室的上方和下方分别设有控制气阀，能够使活塞气室分别与所述的气缸或水面浮体气室连通，从而调节空气弹簧的内容积，并可以根据加振水面浮体波浪的频率而改变弹性部件的弹性系数，使弹性部件的不衰减固有振动频率和波浪的振动频率接近或一致，从而使从而发电装置处于最佳工作状态。即通过内部空气容量变化使不衰减固有振动频率随波浪的振动数而变化，从而达到共振的效果，使空气弹簧的伸缩量最大，从而使发电效率更高。
[0015]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的长方体形重物在用空气弹簧支撑的状态下，在其侧面适当地设置了将基于上下运动的移动沿垂直壁面导向的辊子，另外在带轴孔的槽型滑道顶部还设有限制长方体形重物在一定范围内上升的弹性挡块。
[0016]上述的利用波浪能的船舶航道浮标，其中，所述的船舶航道浮标，通过波浪的涌动带动波浪发电装置整体上下振动，使弹性部件的振动与作用于水面浮体的波浪的加振力发生共振，利用所述共振状态可以得到最大的发电量。在波浪发电装置整体上下振动时候，由于弹性部件对长方体形重物的支撑作用，水面浮体和长方体形重物的上下振动在时间上错开而发生上下运动。预先设定弹性部件的弹性系数，使弹性部件的不衰减振动频率和加振水面浮体的波浪的频率接近或一致，从而发电装置处于最佳工作状态。考虑到不同地点、时间、季节、天气，波浪的振动数不同，所以要根据具体情况对弹性部件的弹性系数进行调整。对弹性部件来说，也可以是圈簧，板簧等，并不限制种类为空气弹簧。
[0017]本实用新型提供的利用波浪能的船舶航道浮标具有以下优点:
[0018]本实用新型通过波浪的带动，使长方体形重物上下振动，再通过齿条结构、机械传动轴、增速变向机构，将该能量转换为高速单向旋转的机械能，通过机电转换机构将高速单向旋转的机械能转换为电能，通过电力变换装置将交流电变换为稳定直流电输送到蓄电池和发光器件。该浮标可以高效地将波浪能转换为电能，又由于不需要支撑结构，所以可以用在波浪能丰富的远海。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的利用波浪能的船舶航道浮标示意图。
[0020]图2为本实用新型的利用波浪能的船舶航道浮标的增速变向机构示意图。
[0021]图3为本实用新型的利用波浪能的船舶航道浮标的电路系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0023]如图1所示，本实用新型提供的利用波浪能的船舶航道浮标，包含水面浮体1，和从下到上依次设置在水面浮体I上的密封箱15、电力变换装置以及发光装置。
[0024]水面浮体I为锥形体，增加了装置的稳定性，且有利于加强装置的上下运动，该水面浮体I由于具有能够提供足够浮力的浮体结构，因此能够呈倒锥形浮在水面，即使搭载其上的装置也能很好地工作。
[0025]密封箱15内设有受能机构和机电转换机构；受能机构安装在密封箱15内的一侧，该受能机构包含前表面设有齿槽的长方体形重物4、带轴孔的槽型滑道3、弹性部件6、转轴2以及设在转轴2—端的齿轮5 ;机电转换机构安装在密封箱15内的另一侧,该机电转换机构包含增速变向机构以及与增速变向机构相连的发电机(图中未示出)，发电机的输出端与电力变换装置连接。
[0026]弹性部件6设置在密封箱15内的底部，该弹性部6件上设有长方体形重物4 ;带轴孔的槽型滑道3竖直设置在密封箱15内，长方体形重物4位于带轴孔的槽型滑道3内侧与该侧的密封箱15箱壁之间，并能够在弹性部件6的作用下沿带轴孔的槽型滑道3相对水面浮体I进行上下振动；也就是说，由于弹性部件6的支持，长方体形重物4和水面浮体I的上下运动在时间上错开而使长方体形重物4在带轴孔的槽型滑道3内相对水面浮体I发生上下振动；转轴2安装在带轴孔的槽型滑道3的轴孔处，转轴2上的齿轮5与长方体形重物4前表面的齿槽构成齿条结构，转轴2的另一端与增速变向机构相连。
[0027]密封箱15的下半部分嵌在水面浮体I中，降低整个装置的重心，从而增强了整个装置的抗风浪能力。水面浮体I内设有水面浮体气室10。水面浮体I其上设置的弹性部件6优选为空气弹簧，包含气缸20、活塞17和隔膜8 ;活塞17底部固定在水面浮体I的上表面，活塞17和气缸20之间通过隔膜8密封,气缸20上方与长方体形重物4固定。活塞17内设有活塞气室7，活塞气室7的上方和下方分别设有控制气阀9，能够使活塞气室7分别与气缸20或水面浮体气室10连通，从而调节空气弹簧的内容积，并可以根据加振水面浮体I波浪的频率而改变弹性部件的弹性系数，使弹性部件6的不衰减固有振动频率和波浪的振动频率接近或一致，从而使从而发电装置处于最佳工作状态。即通过内部空气容量变化使不衰减固有振动频率随波浪的振动数而变化，从而达到共振的效果，使空气弹簧的伸缩量最大，从而使发电效率更高。
[0028]长方体形重物4在用空气弹簧支撑的状态下，在其侧面适当地设置了将基于上下运动的移动沿垂直壁面导向的辊子18，另外在带轴孔的槽型滑道3顶部还设有限制长方体形重物4在一定范围内上升的弹性挡块19。
[0029]如图2所示，增速变向机构包含大齿轮16和内啮合棘轮机构；大齿轮16的主动齿与内啮合棘轮机构的棘轮从动齿12a啮合，内啮合棘轮机构的棘爪12d和轮毂棘轮从动齿12c啮合，轮毂棘轮主动齿12b与发电机转子轴11上的齿痕啮合。
[0030]大齿轮16安装在转轴2的末端，使转轴2与增速变向机构相连；该转轴2在长方体形重物4的上下振动作用下通过齿条结构带动大齿轮16转动，再通过速变向机构带动发电机转子轴11，由发电机将机械能转换为电能。
[0031]发光装置包含发光器件La和蓄电池Ba。
[0032]电力变换装置能够将发电机的交流电转换为直流电输送给发光器件La和蓄电池Ba。通过长方体形重物4在波浪能的作用下上下振动接收波浪涌动的能量，通过齿条结构、机械传动轴、增速变向机构将该能量转换为高速旋转的机械能，通过机电转换机构，电力变换装置将该高速旋转的机械能转换为稳定的直流电能输送到发光器件La和蓄电池Ba，从而达到存储电能和驱动发光器件La发光的目的。
[0033]电力变换装置包含整流-滤波-稳压单元、蓄能单元和光控驱动单元；发电机、电力变换装置、蓄电池Ba和发光器件La组成波浪能浮标的电路系统。整流_滤波_稳压单元用于将交流电转换为稳定直流电，蓄能单元用以存储剩余电能，并在蓄电池Ba与发光器件La之间调配，光控驱动单元用以控制电力；整流-滤波-稳压单元包含整流桥Br、限流电阻Rl、TVS器件、滤波电容Cl、稳压限流电阻R2和稳压管Dl ;蓄能单元包含隔离二极管D2和缓冲电容C2，并与蓄电池Ba连接；光驱动单元包含光电开关LCS，并与发光器件La连接。
[0034]如图3所示，整流-滤波-稳压单元，其整流桥Br的两交流输入端与发电机两输出端连接，整流桥Br的输出端正极分别与限流电阻Rl的一端、滤波电容Cl的正极、稳压限流电阻R2的一端同时连接，限流电阻Rl的另一端与TVS器件的负极连接，稳压限流电阻R2的另一端与稳压管Dl的负极、隔离管D2的正极相连接，隔离管D2的负极和缓冲电容C2的正极、蓄电池Ba的正极、光电开关LCS的进线端同时连接，光电开关LCS的出线端与发光器件La的一端连接，发光器件La另一端分别与蓄电池Ba的负极、缓冲电容C2的负极、稳压管Dl的正极、滤波电容Cl的负极、TVS器件正极、整流桥Br的输出端负极同时连接。
[0035]本实用新型提供的利用波浪能的船舶航道浮标，通过波浪的涌动带动波浪发电装置整体上下振动，使弹性部件6的振动与作用于水面浮体I的波浪的加振力发生共振，利用共振状态可以得到最大的发电量。在波浪发电装置整体上下振动时候，由于弹性部件6对长方体形重物4的支撑作用，水面浮体I和长方体形重物4的上下振动在时间上错开而发生上下运动。预先设定弹性部件6的弹性系数，使弹性部件6的不衰减振动频率和加振水面浮体I的波浪的频率接近或一致，从而发电装置处于最佳工作状态。考虑到不同地点、时间、季节、天气，波浪的振动数不同，所以要根据具体情况对弹性部件6的弹性系数进行调整。对弹性部件6来说，也可以是圈簧，板簧等，并不限制种类为空气弹簧。
[0036]本实用新型提供的利用波浪能的船舶航道浮标，通过波浪的带动，使长方体形重物4上下振动，再通过齿条结构、机械传动轴、增速变向机构，将该能量转换为高速单向旋转的机械能，通过机电转换机构将高速单向旋转的机械能转换为电能，通过电力变换装置将交流电变换为稳定直流电输送到蓄电池Ba和发光器件La。该浮标可以高效地将波浪能转换为电能，又由于不需要支撑结构，所以可以用在波浪能丰富的远海。
[0037]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，该船舶航道浮标包含水面浮体(1)，和从下到上依次设置在水面浮体(1)上的密封箱(15)、电力变换装置以及发光装置； 所述的水面浮体(1)为锥形体，能够浮在水面； 所述的密封箱(15)内设有受能机构和机电转换机构；所述的受能机构安装在密封箱(15)内的一侧，该受能机构包含前表面设有齿槽的长方体形重物(4)、带轴孔的槽型滑道(3 )、弹性部件(6 )、转轴(2 )以及设在转轴(2 ) 一端的齿轮(5 );所述的机电转换机构安装在密封箱(15)内的另一侧，该机电转换机构包含增速变向机构以及与增速变向机构相连的发电机，发电机的输出端与电力变换装置连接； 所述的弹性部件(6)设置在密封箱(15)内的底部，该弹性部件(6)上设有所述的长方体形重物(4);所述的带轴孔的槽型滑道(3)竖直设置在密封箱(15)内，所述的长方体形重物(4)位于带轴孔的槽型滑道(3)内侧与该侧的密封箱(15)箱壁之间，并能够在弹性部件(6)的作用下沿所述带轴孔的槽型滑道(3)相对所述的水面浮体(1)进行上下振动；所述的转轴(2)安装在带轴孔的槽型滑道(3)的轴孔处，转轴(2)上的齿轮(5)与长方体形重物(4)前表面的齿槽构成齿条结构，转轴(2)的另一端与增速变向机构相连； 所述的发光装置包含发光器件(La)和蓄电池(Ba)； 所述的电力变换装置能够将发电机的交流电转换为直流电输送给所述的发光器件(La)和蓄电池 (Ba)。
2.如权利要求1所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的增速变向机构包含大齿轮(16)和内啮合棘轮机构；大齿轮(16)的主动齿与内啮合棘轮机构的棘轮从动齿(12a)啮合，内啮合棘轮机构的棘爪(12d)和轮毂棘轮从动齿(12c)啮合，轮毂棘轮主动齿(12b)与发电机转子轴(11)上的齿痕啮合。
3.如权利要求2所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的大齿轮(16)安装在所述转轴(2)的末端，该转轴(2)在所述长方体形重物(4)的上下振动作用下带动大齿轮(16)转动，再通过速变向机构带动发电机转子轴(11)，由发电机将机械能转换为电倉泛。
4.如权利要求3所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的发电机与电力变换装置连接；所述的电力变换装置包含整流-滤波-稳压单元、蓄能单元和光控驱动单元；所述的整流-滤波-稳压单元包含整流桥(Br)、限流电阻(Rl)、TVS器件、滤波电容(Cl)、稳压限流电阻(R2)和稳压管(Dl);所述的蓄能单元包含隔离二极管(D2)和缓冲电容(C2)，并与蓄电池(Ba)连接；所述的光驱动单元包含光电开关(LCS)，并与发光器件(La)连接。
5.如权利要求4所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的整流-滤波-稳压单元，其整流桥(Br)的两交流输入端与发电机两输出端连接，整流桥(Br)的输出端正极分别与限流电阻(Rl)的一端、滤波电容(Cl)的正极、稳压限流电阻(R2)的一端同时连接，限流电阻(Rl)的另一端与TVS器件的负极连接，稳压限流电阻(R2)的另一端与稳压管(Dl)的负极、隔离管(D2)的正极相连接，隔离管(D2)的负极和缓冲电容(C2)的正极、蓄电池(Ba)的正极、光电开关(LCS)的进线端同时连接，光电开关(LCS)的出线端与发光器件(La)的一端连接，发光器件(La)另一端分别与蓄电池(Ba)的负极、缓冲电容(C2)的负极、稳压管(Dl)的正极、滤波电容(Cl)的负极、TVS器件正极、整流桥(Br)的输出端负极同时连接。
6.如权利要求1所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的密封箱(15)的下半部分嵌在水面浮体(1)中。
7.如权利要求6所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的水面浮体(1)内设有水面浮体气室(10)。
8.如权利要求7所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的水面浮体(1)，其上设置的弹性部件(6)为空气弹簧，包含气缸(20)、活塞(17)和隔膜(8);所述的活塞(17 )底部固定在水面浮体(1)的上表面，活塞(17 )和气缸(20 )之间通过隔膜(8 )密封，气缸(20)上方与长方体形重物(4)固定。
9.如权利要求8所述的利用波浪能的船舶航道浮标，其特征在于，所述的活塞(17)内设有活塞气室(7)，所述活塞气室(7)的上方和下方分别设有控制气阀(9)，能够使活塞气室(7)分别与所述的气缸或水面浮体气室(10)连通，从而调节空气弹簧的内容积。
【文档编号】B63B22/16GK203714145SQ201420029237
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】康利云, 阚安康, 曹丹 申请人:上海海事大学