一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标

本发明涉及一种浮标，特别是涉及一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，属于浮标。

背景技术：

1、随着海洋的开发利用，构建海洋传感器监测网络，逐渐成为维护海洋通道安全、实现海洋环境监测和资源保护的有效手段，然而，随着传感器网络数量和规模的快速增长，保证海洋监测节点的稳定，实现海洋监测节点的全天候能源供给逐渐成为构建海洋传感器监测网络的瓶颈，目前，相当多的海洋监测节点采用电池供电，这种方法不仅维护成本高昂，而且会造成海洋环境污染，不适合大规模使用，因此，采集海洋环境中的能量，将之转换为电能为节点供能，构建自供能的无线传感节点，成为改善该问题的一个重要思路。

2、目前，用于实现海洋环境能源收集和转换方法主要有太阳能发电和基于电磁发电技术的波浪能发电两种，其中，太阳能发电方法可以部分解决能源问题，但该方法容易受到天气影响且无法全天候供电，而传统的基于电磁发电技术的波浪能发电方法普遍存在“低频低能”的问题。近年来，新兴的基于摩擦起电和静电感应耦合效应的摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator，简称teng)技术具有成本低、材料来源广泛、制作简单和环境友好等优点，尤其是teng技术优异的低频性能(一般而言，≤5hz时，其能量转换效率显著高于电磁发电技术)特别适用于对低频、方向和幅值高随机的波浪能进行能量收集，这为海洋波浪能的高效收集提出了一种有效解决方案，然而，当前传统的基于固－固接触起电形式的teng波浪能发电装置普遍存在耐久性低、适用海况单一、接触不足等缺点，因此，本专利设计了一种新型高效、高耐久、适用范围更广的teng类型的波浪能发电装置，该装置将“基于固－液接触起电形式的teng发电单元”和“基于电磁发电技术的电磁发电机(electromagnetic generator，简称emg)发电单元”合理结合，有效的克服了传统teng的缺点。

3、如申请号为：cn112623119b公开的一种海洋监测浮标，包括浮体，浮体内设有立柱，立柱的顶端伸出浮体的顶面并连接有风力发电装置，立柱上穿设有配重壳，配重壳内设有防水壳，防水壳内设有控制系统、与控制系统电性连接的海洋监测系统与控制系统电性连接的水泵，由水泵通过吸水管将海水引入到配重壳内，对引入的海水进行检测，当海水引入量达到预定值时，则压力传感器发出电信号给集控中心，通过海洋监测系统对引入的海水进行温度、盐度的检测，将检测数据转为矩阵，并进行矢量压缩，降低数据冗余，与历史数据进行比较，在比较之前对历史数据进行同样的矩阵转换，并逐一进行归一化、逆变换处理，同步配合下节省传输码长以及传输次数，提高工作效率。

4、基于检索和分析得出现有技术仍然存在不足：

5、当前传统的基于固－固接触起电形式的teng波浪能发电装置普遍存在耐久性低、适用海况单一、接触不足等缺点

6、因此，本专利设计了一种新型高效、高耐久、适用范围更广的teng类型的波浪能发电装置，对传统不足做出改进。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是为了提供一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，本发明通过将emg和teng合理结合，兼顾了摩擦起电和电磁发电的电能输出特性，结合了二者优点，极大地提高了该装置的环境适应能力，本发明采用的基于固－液接触起电形式极大地提高了装置耐久度；

2、本发明是一款能够大规模投入使用的、低成本环境友好型的、续航能力强的新型海洋检测浮标。

3、本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

4、一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，包括外部的球壳；

5、球壳内设置有随着波浪运动转换成往复的旋转运动的波浪能俘获子系统和将往复的旋转运动高效地转换为电能输出的能量输出子系统；

6、球壳内分为动子组件和定子组件；

7、动子组件包括安装在异形轴中间安装有铅锤，异形轴由两侧的支撑架安装在球壳内部支撑连接，异形轴上对称安装有钕磁铁和teng单元，teng单元的外侧安装有铜电极，铜电极一侧安装有亚克力圆环；

8、定子组件包括线圈盘和球壳，支撑架和钕磁铁的中间安装有线圈盘。

9、优选的、波浪能俘获子系统包括单摆、异型轴、t型夹具和摆架四部分组成，单摆上部依靠t型夹具和摆架与异形轴连接在一起。

10、优选的、能量输出子系统包括对称安装在球壳内的teng单元和emg，teng单元和emg安装在异形轴上，teng单元由至少一组的从中间向两侧半径依次减小的发电单元组成。

11、优选的、铜电极的外侧覆盖有ptfe膜，铜电极的中间开设有孔，emg由中间的钕磁铁和两侧的支架连接。

12、优选的、线圈盘与teng单元为串联而组成的堆栈结构。

13、优选的、ptfe膜的两侧分别安装有铜电极b和铜电极a，ptfe膜的内侧设有流动的去离子水。

14、优选的、异型轴贯穿teng单元与铅锤连接。

15、优选的、发电单元以亚克力圆环为支撑主体，亚克力圆环两侧贴有超薄的ptfe膜。

16、优选的、异形轴两端与支撑架相连，支撑架内开设有凹槽，球壳与亚克力环固定连接，支架和线圈盘通过螺栓固定。

17、优选的、球壳的外圈安装有通过螺丝和螺母将上下两半球壳牢牢固定在一起的铝制压铁、硅橡胶密封圈和亚克力环，所述铝制压铁的内侧覆盖有硅橡胶密封圈，所述硅橡胶密封圈的内层覆盖有亚克力环。

18、本发明的有益技术效果：

19、本发明提供的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，本发明通过将emg和teng合理结合，兼顾了摩擦起电和电磁发电的电能输出特性，结合了二者优点，极大地提高了该装置的环境适应能力，本发明采用的基于固－液接触起电形式极大地提高了装置耐久度；

20、本发明是一款能够大规模投入使用的、低成本环境友好型的、续航能力强的新型海洋检测浮标。

技术特征：

1.一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，包括外部的球壳(10)；

2.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：波浪能俘获子系统包括单摆、异型轴(5)、t型夹具(4)和摆架(11)四部分组成，单摆上部依靠t型夹具(4)和摆架(11)与异形轴(5)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：能量输出子系统包括对称安装在球壳(10)内的teng单元(2)和emg，teng单元(2)和emg安装在异形轴(5)上，teng单元(2)由至少一组的从中间向两侧半径依次减小的发电单元组成。

4.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：铜电极(21)的外侧覆盖有ptfe膜(22)，铜电极(21)的中间开设有孔，emg由中间的钕磁铁(31)和两侧的支架(3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：线圈盘(32)与teng单元(2)为串联而组成的堆栈结构。

6.根据权利要求5所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：ptfe膜(22)的两侧分别安装有铜电极b(12)和铜电极a(14)，ptfe膜(22)的内侧设有流动的去离子水(13)。

7.根据权利要求6所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：异型轴(5)贯穿teng单元(2)与铅锤(1)连接。

8.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：发电单元以亚克力圆环(23)为支撑主体，亚克力圆环(23)两侧贴有超薄的ptfe膜(22)。

9.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：异形轴(5)两端与支撑架(6)相连，支撑架(6)内开设有凹槽，球壳(10)与亚克力环(8)固定连接，支架(3)和线圈盘(32)通过螺栓固定。

10.根据权利要求1所述的一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，其特征在于：球壳(10)的外圈安装有通过螺丝和螺母将上下两半球壳牢牢固定在一起的铝制压铁(7)、硅橡胶密封圈(9)和亚克力环(8)，铝制压铁(7)的内侧覆盖有硅橡胶密封圈(9)，硅橡胶密封圈(9)的内层覆盖有亚克力环(8)。

技术总结本发明公开了一种新型高耐久能源自供给海洋监测浮标，属于浮标技术领域，球壳内设置有随着波浪运动转换成往复的旋转运动的波浪能俘获子系统和将往复的旋转运动高效地转换为电能输出的能量输出子系统，动子组件包括安装在异形轴中间安装有铅锤，异形轴上对称安装有钕磁铁和TENG单元，TENG单元的外侧安装有铜电极，铜电极一侧安装有亚克力圆环，本发明通过将EMG和TENG合理结合，兼顾了摩擦起电和电磁发电的电能输出特性，结合了二者优点，极大地提高了该装置的环境适应能力，本发明采用的基于固－液接触起电形式极大地提高了装置的耐久度，本发明是一款能够大规模投入使用的、低成本环境友好型的、续航能力强的新型海洋检测浮标。技术研发人员：肖鹏,赵波,黄始凡,李整林,鞠相诚,李承帮受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5