CN112319703B - 一种采用海能供电的漂浮式航标灯 - Google Patents

Abstract

一种采用海能供电的漂浮式航标灯，属于航标灯及新能源应用技术领域，其将所述直线发电装置安装在漂浮体的下方，所述直线发电装置包括筒状机壳、定子、动子、直轴、定向装置和回弹装置；将机壳的一端设为轴孔端盖，轴孔端盖上设第一轴孔，并增设定向筒，定向筒的外端设有定向端盖，定向端盖的中心设有第二轴孔，所述两个轴孔及直轴的轴心线均在同一条直线上；在轴孔端盖的内外两侧各设有一个弹簧和固定盘；在直线发电装置下方还安装有定位板；其有益效果是利用航标灯自身漂浮的动力发电，将直线发电装置与航标灯通过缆绳分开装接，并设置了定向装置、回弹装置和定位板，有效提高了海浪动能的转换效率。

Description

一种采用海能供电的漂浮式航标灯

技术领域

本发明属于航标灯及新能源应用技术领域，特别是一种采用海能供电的漂浮式航标灯。

背景技术

航标在引导船舶安全航行中具有重要作用，按航标结构可分为固定式航标灯和水中漂浮式航标灯两种，漂浮式航标灯可以直接设置在航道中障碍物边缘，能够简单明了的标示航道轮廓，因此深受船舶驾驶人员的欢迎。

常见的为漂浮式航标灯供电的方式有外接式电源、蓄电池、太阳能一体式等方式。而对于海上漂浮式航标灯常见的电源是来自太阳能电池板发电，太阳能发电系统一般由太阳能电池板、蓄电池、控制系统三部分组成，但目前来说整个太阳能供电系统体积和重量都很大，在维护的时候给工作人员带来了很大的难度和安全问题。而近年来随着人们对压电材料的研究取得的进一步深入，使得将波浪能转化为电能这种方法再次进入人们的视线。

专利文献CN 106428433 A公开了一种灯浮标，包括浮标体，所述浮标体上方安装有灯架，灯架顶部安装有航标灯，在灯架上安装有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄电池连接，在浮标体上安装有防撞装置，在浮标体的下方设有若干个立柱，立柱通过立柱固定器嵌在浮标体内，所述立柱内安装有发电装置，发电装置与钢丝绳连接，钢丝绳通过位于立柱内的定滑轮与系泊缆底部的大抓力锚连接。该灯浮标具有良好的稳性，采用了多种供电方式，并搭载风浪流能量发电装置，充分利用海上可再生能源，并能持续、有效的为船舶指示航道，避免了海损事故的发生。但是该方案是将永久磁铁17一端通过连接器18与弹簧19连接，弹簧19安装在立柱固定器10上，另一端通过缓冲块16与钢丝绳13连接，钢丝绳13通过位于立柱4内的定滑轮15与系泊缆5底部的大抓力锚6连接，而立柱4通过立柱固定器10嵌在浮标体3内。

这种方案个非常大的缺陷，因为其连接顺序是浮标体3-固定器10-弹簧19-连接器18-永久磁铁17-缓冲块16-钢丝绳13-定滑轮15-系泊缆5，即永久磁铁17与浮标体3是通过弹簧19直接相连的；同时有另一个连接顺序，即浮标体3-固定器10-立柱4、绝艳内壁13-线圈11，即线圈11与浮标体3是固定相连的，这种安装结构使得线圈与永久磁铁间的相对运动非常有限，特别是当系泊缆5没有拉直而处于松弛状态时，弹簧19可能根本就不会动，这种结构的能源转换率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种定子和动子中只有一个与航标直接相连的发电机，将动子通过定子与航标相连，以确保动子与定子能够灵活的发生相对运动。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种定位板，以使航标灯受到海浪冲击时，定位板相对不动，使定子和动子更容易发生相对运动，提高能源转化率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种采用海能供电的漂浮式航标灯，包括航标灯，所述航标灯包括漂浮体、电灯、缆绳和锚爪，电灯安装在漂浮体上方，缆绳系住锚爪安装在浮漂体下方，其特征在于还包括直线发电装置，整流稳压器和蓄电池，所述直线发电装置通过导电线电连接整流稳压器，整流稳压器电连接蓄电池，蓄电池电连接电灯；所述直线发电装置安装在漂浮体的下方，所述整流稳压器和蓄电池安装在漂浮体内部。

所述直线发电装置包括筒状机壳、定子、动子、直轴、定向装置和回弹装置；所述定子固定安装在机壳中部的内壁上，所述动子固定安装在直轴上，并安装在定子的轴心线上，使定子、动子和直轴的轴心线重合；所述机壳的一端为封闭端盖，另一端为轴孔端盖，所述封闭端盖完全封闭，所述轴孔端盖的中心设有第一轴孔。

所述定向装置包括一个定向筒和两个定向塞管；所述轴孔端盖的第一轴孔内设有第一定向塞管，所述定向塞管为类似活塞管的通孔式管状物；所述直轴从第一定向塞管中穿过，直轴与第一定向塞管之间设有油封；所述轴孔端盖的外侧固定设置有定向筒，所述定向筒为中空的筒状体，定向筒的外端设有定向端盖，定向端盖的中心设有第二轴孔，第二轴孔内设有第二定向塞管，所述直轴从第二定向塞管中穿过，直轴与第二定向塞管之间设有油封；所述两个轴孔及直轴的轴心线均在同一条直线上；这样无论海浪方向和力度如何，都可保证直轴会做直线运动，而不用担心动子会在气隙中发生偏移。

所述回弹装置包括两个弹簧和两个固定盘；在机壳内部，动子与轴孔端盖之间的直轴上固定安装第一固定盘，在所述第一固定盘与轴孔端盖之间的直轴上安装第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别固定安装在第一固定盘和轴孔端盖上；在机壳外部的所述轴孔端盖外侧的直轴上固定安装有第二固定盘，所述第二固定盘与轴孔端盖之间的直轴上安装有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别固定安装在第二固定盘和轴孔端盖上；此时，直轴上的第二固定盘及第二弹簧是封闭在定向筒内部的；这样在海水冲击力的作用下，漂浮体会带动第一弹簧伸张，第二弹簧压缩，回浪时，漂浮体会带动第一弹簧压缩，第二弹簧伸张，而且两个弹簧会在自身的弹力作用下，自行压缩和伸张，进而带动直轴呈反复直线运动，造成定子和动子相互运动，产生电流。

所述机壳底部的封闭端盖通过第一缆绳与漂浮体直接相连接，所述直轴的外端连接第二缆绳，并通过第二缆绳连接锚爪。这样便于定子与动子之间灵活相对运动，但由于漂浮体漂浮不定，一旦出现旋转就会使导电线与缆绳缠绕，导致导电线长度不够，不便于导电线与整流稳压器的稳定连接。

为此，将所述导电线做成螺旋状，并与缆绳并行绑接，这样即使导电线与缆绳缠绕也不会出现长度不够的问题，而且缆绳一旦旋纽到一定程度后会回转，减少或消除缠绕。

这样，当海浪冲击漂浮体时，漂浮体会牵拉第一缆绳，第一缆绳牵拉筒状机壳，进而带动定子向上向侧方移动，也会带动机壳、定向筒及动子、弹簧等整体装置向上向侧方移动；此时，处在海底的锚爪不会受到冲击，或者冲击不会对锚爪产生影响，锚爪通过第二缆绳将直轴向原位置牵拉，将直轴向机壳的轴孔端盖之外抽动，会将第一弹簧压缩，将第二弹簧伸张，使定子与动子之间发生定子倾斜向上、动子倾斜向下的相对运动；当第一弹簧压缩和第二弹簧伸张达到极限后，第一弹簧会伸张，将第二弹簧会压缩，带动动子倾斜向上运动，或者浪潮回转后，还会使机壳回转，定子倾斜向下运动，这样使定子与动子之间发生定子倾斜向下、动子倾斜向上的相对运动；如此反复，动子和定子会产生电流，通过导电线接入到整流稳压器处理后将电流输出到蓄电池收集存储得到电能。

另外，所述机壳底部的封闭端盖也可以直接固定安装在漂浮体的底部。这样便于导线与整流稳压器直接相连接，但不利于定子与动子之间灵活运动。

由于动子通过第一弹簧和第二弹簧与定子连接，在整体上仍属于一体，当海浪冲击漂浮体时，仍可能从整体上移动，即定子与动子之间发生相对运动的尺度可能不会太大，从而影响海浪动能的转换效率。

为此，进一步的，还包括定位板，将第二缆绳的下端装接在定位板上表面的中心位置，再设置连接锚爪的缆绳作为第三缆绳，将第三缆绳的上端装接在定位板下表面的中心位置；所述定位板为圆形或正方形，其直径或边长远大于厚度，设直径或边长为厚度的50-150倍；所述定位板的浮力等于定位板的重量加上第三缆绳中悬置段的重量减去该悬置段的浮力，即F=G+(G₁-F₁)，其中F为定位板的浮力，G为定位板的重量，G₁为第三缆绳中悬置段的重量，F₁为第三缆绳中悬置段的浮力；所述定位板悬置在直线发电装置下方的海水中；所述悬置段是指安装在定位板下表面中心位置的缆绳，悬置在海底底面之上的部分，不包括搁置在海底的部分。这样，当海水静止时，定位板可悬置在海水中的任何位置，当装接在第二缆绳上时，其呈水平状悬置在第二缆绳的下方；当海浪冲击漂浮体时，漂浮体会带动机壳和定子运动，而动子及其直轴经第二缆绳连接在定位板上，而定位板呈水平悬置在有一定深度的海水中，其移动会受到定位板上方的水体阻力，因此不易移动，因此，动子也不易移动，这样，定子与动子之间就很容易产生相对运动。

在有海底海流冲击时，定位板也不容易保持水平状态，严重时会接近竖直状态，失去定位功能。

为此，进一步的，在所述定位板周边加设边沿腔，将边沿腔固定安装在定位板的周边，并确定边沿腔的浮力远大于定位板的浮力，且边沿腔每个位置的浮力相等；即在水中时，所述边沿腔所受的浮力减去其重量远大于定位板所受的浮力减去其重量，并且所述定位板在加上边沿腔后的整体浮力等于其整体重量加上第三缆绳中悬置段的重量减去该悬置段的浮力；这样，悬置在海水中的定位板会因为边沿腔的原因始终趋近于水平状态，任何位置也无法偏向上方。

所述定位板的投影面积等于漂浮体的投影面积。

所述定位板和/或边沿腔可以是空心的也可以是实心的，最好是实心的。

本发明具有如下有益效果：

1.利用航标灯自身漂浮的动力发电，将直线发电装置与航标灯通过缆绳分开装接，可有效提高海浪动能的转换率。

2.设置了定向装置，可以使直线发电装置在非垂直状态下保持直线运动，提高能源转换效率。

3.设置了回弹装置，不仅可以增加定子和动子的运动频率，还可以提高能源转换效率。

4.将导电线做成螺旋状并与缆绳并行绑接，可以避免因缠绕损坏导电线，减少维修。特别是，不能反过来将动子通过直轴直接连接漂浮体，而将定子通过机壳直接连接缆绳及锚爪，这样会极大的增加导电线的连接难度。

5.设置了水下定位板，可以避免动子随直线发电装置整体进行运动，提高动子与定子的相对运动尺度，进而提高海浪动能转换效率。

6.在定位板周边设置了边沿腔，可以使定位板保持水平，增加动子运动的难度，使定子因随着漂浮体运动而更容易产生与动子的相对运动，提高能源转换效率。

附图说明

图1为本发明一种采用海能供电的漂浮式航标灯的整体结构示意图。

图2为本发明中直线发电装置的整体结构示意图。

图3为本发明中直线发电装置在运行时的三种状态的对比结构示意图。

图4为本发明中定位板的斜视结构示意图。

图5为实施例1中的采用海能供电的漂浮式航标灯的整体结构示意图。

图中：1.航标灯、2.漂浮体、3.电灯、4.缆绳、5.锚爪、6.直线发电装置、7.整流稳压器、8.蓄电池、9.机壳、10.定子、11.动子、12.直轴、13.第一轴孔、14.封闭端盖、15.轴孔端盖、16.第一定向塞管、17.第一固定盘、18.第一弹簧、19.第二固定盘、20.第二弹簧、21.定向筒、22.定向端盖、23.第二定向塞管、24.第一缆绳、25.第二缆绳、26.定位板、27.第三缆绳、28.边沿腔、29.第二轴孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1。

如图所示，在现有漂浮式航标灯1的基础上制作一种采用海能供电的漂浮式航标灯，现有的航标灯1包括漂浮体2、电灯3、缆绳4和锚爪5，其中电灯3安装在漂浮体2上方，缆绳3系住锚爪5安装在浮漂体2下方，本实施例在此基础上增设直线发电装置6、整流稳压器7和蓄电池8，将所述直线发电装置6通过导电线电连接整流稳压器7，整流稳压器7电连接蓄电池8，蓄电池8电连接电灯3；所述直线发电装置6安装在漂浮体2的下方，所述整流稳压器7和蓄电池8安装在漂浮体2的内部。

其中所述直线发电装置6的部件包括筒状机壳9、定子10、动子11、直轴12、定向筒21、两个弹簧、两个固定盘和两个定向塞管。

首先将所述定子10固定安装在机壳9中部的内壁上，将所述动子11固定安装在直轴12上，并设置在定子10的轴心线上，使定子10、动子11和直轴12的轴心线重合；所述机壳9的一端为封闭端盖14，另一端为轴孔端盖15，所述封闭端盖14完全封闭，所述轴孔端盖15的中心设有第一轴孔13，直轴12从第一轴孔13中穿过，构成直线发电装置6的主体。

然后在第一轴孔13内固定设置第一定向塞管16，所述定向塞管为类似活塞管的通孔式管状物；将并所述直轴12从第一定向塞管16中穿过，在直轴12与第一定向塞管16之间设有油封；在机壳9内部，在动子11与轴孔端盖15之间的直轴12上固定安装第一固定盘17，然后在所述第一固定盘17与轴孔端盖15之间的直轴12上安装第一弹簧18，将所述第一弹簧18的两端分别固定安装在第一固定盘17和轴孔端盖15上；在机壳1外部的所述轴孔端盖15外侧的直轴12上固定安装第二固定盘19，在所述第二固定盘19与轴孔端盖15之间的直轴12上安装第二弹簧20，所述第二弹簧20的两端分别固定安装在第二固定盘19和轴孔端盖15上；然后所述轴孔端盖15的外侧固定设置定向筒21，所述定向筒21为中空的筒状体，定向筒21的外端设有定向端盖22，定向端盖22的中心设有第二轴孔29，第二轴孔29内设有第二定向塞管23，所述直轴12从第二定向塞管23中穿过，直轴12与第二定向塞管23之间设有油封，将直轴12上的第二固定盘19及第二弹簧20封闭在定向筒21中；所述两个轴孔及直轴12的轴心线均在同一条直线上；然后将发电机导电线与整流稳压器7电连接，整流稳压器7与蓄电池8电连接。这样，定向筒21和两个定向塞管共同构成直轴定向装置，两个弹簧和两个固定盘共同构成直轴回弹装置。

然后将所述机壳9底部的封闭端盖14通过第一缆绳24与漂浮体2的底部直接相连接，将所述直轴12的外端连接第二缆绳25，并通过第二缆绳25连接锚爪5；然后将所述导电线做成螺旋状，并与第一缆绳24并行绑接。

这样，当海浪冲击漂浮体2时，漂浮体2会牵拉第一缆绳24，第一缆绳24牵拉筒状机壳9，进而带动定子10向上向侧方移动，也会带动机壳9、定向筒21及动子11、弹簧等整体装置向上向侧方移动；此时，处在海底的锚爪5不会受到冲击，或者冲击不会对锚爪5产生较大的影响，锚爪5通过第二缆绳25将直轴12向原位置牵拉，进而将直轴12向机壳9的轴孔端盖15之外抽动，会将第一弹簧18压缩，将第二弹簧20伸张，使定子10与动子11之间发生定子倾斜向上、动子倾斜向下的相对运动；当第一弹簧18压缩和第二弹簧20伸张达到极限后，第一弹簧18会反向伸张，第二弹簧20会反向压缩，带动动子11倾斜向上运动，或者浪潮回转后，还会使机壳9回转，带动定子10倾斜向下运动，这样使定子10与动子11之间发生定子倾斜向下、动子倾斜向上的相对运动；如此反复运动，动子11和定子10产生连续不断的电流，通过导电线接入到整流稳压器7处理后将电流输入到蓄电池8中收集存储得到电能。

另外，所述机壳9底部的封闭端盖14也可以直接固定安装在漂浮体2的底部。这样便于导电线不经过缆绳与整流稳压器7直接相连接，但不利于定子10与动子11之间灵活运动。

实施例2。

如图所示，在实施例1的基础上，还设置水下定位板26，将第二缆绳25的下端装接在定位板26上表面的中心位置，再设置连接锚爪5的缆绳作为第三缆绳27，将第三缆绳27的上端装接在定位板26下表面的中心位置；所述定位板26为圆形或正方形，其直径或边长远大于厚度，设直径或边长为厚度的50-150倍，本实施例将定位板26做成正方形，将其边长做成为厚度的100倍；并将所述定位板26的投影面积做成等于漂浮体2的投影面积；将所述定位板26的浮力做成等于定位板26的重量加上第三缆绳27中悬置段的重量减去第三缆绳27中悬置段的浮力，即F=G+(G₁-F₁)，其中F为定位板26的浮力，G为定位板26的重量，G₁为第三缆绳27中悬置段的重量，F₁为第三缆绳27中悬置段的浮力；这样就可将所述定位板26悬置在直线发电装置6下方的海水中；所述悬置段是指安装在定位板26下表面中心位置的缆绳，即第三缆绳27中的悬置部分，只包括悬置在海底底面之上的部分，不包括搁置在海底的部分；这样，当海水静止时，定位板26可悬置在海水中的任何位置，当装接在第二缆绳25上时，其呈水平状悬置在第二缆绳25的下方；当海浪冲击漂浮体2时，漂浮体2会带动机壳9和定子10运动，而动子11及其直轴12经第二缆绳25连接在定位板26上，而定位板26呈水平悬置在有一定深度的海水中，其倾斜向上移动会受到定位板26上方的水体阻力，由于定位板26面积大，因此水体阻力的而不易移动，由此，动子11也不易移动，这样，当漂浮体2受到冲击而发生移动时，定子10与动子11之间就很容易产生相对运动，可有效提高海浪能源转化率。

实施例3。

如图所示，在实施例2的基础上，在所述定位板26周边加设边沿腔28，将边沿腔28固定安装在定位板26的周边，并确定边沿腔28的浮力减去其自身重量远大于定位板26的浮力减去其自身重量，且边沿腔28每个位置的浮力均匀相等，重量也均匀相等；即在水中时，所述边沿腔28所受的浮力减去其自身重量远大于定位板26所受的浮力减去其重量，本实施例将所述边沿腔28的浮力做成等于所述定位板26的浮力的10倍，并且所述定位板26在加上边沿腔28后的整体浮力等于其整体重量加上第三缆绳27中悬置段的重量减去第三缆绳27中悬置段的浮力；这样，悬置在海水中的定位板26会因为边沿腔28的原因始终趋近于水平状态，其中任何位置也无法单独偏向上方，即使有海底海流冲击时，定位板26即使临时偏转，也会始终趋向于保持水平状态，这样，定位板26就能够为延缓和阻止直轴12随着定子10运动提供强大的阻力，使定子10与动子11之间顺利产生相对运动，有效提高海浪能源转换效率。

Claims (5)

1.一种采用海能供电的漂浮式航标灯，包括航标灯，所述航标灯包括漂浮体、电灯、缆绳和锚爪，电灯安装在漂浮体上方，缆绳系住锚爪安装在漂浮体下方，其特征在于还包括直线发电装置，整流稳压器和蓄电池，所述直线发电装置通过导电线电连接整流稳压器，整流稳压器电连接蓄电池，蓄电池电连接电灯；所述直线发电装置安装在漂浮体的下方，所述整流稳压器和蓄电池安装在漂浮体内部；

所述直线发电装置包括筒状机壳、定子、动子、直轴、定向装置和回弹装置；

所述定子固定安装在机壳中部的内壁上，所述动子固定安装在直轴上，并安装在定子的轴心线上；所述机壳的一端为封闭端盖，另一端为轴孔端盖，所述封闭端盖完全封闭，所述轴孔端盖的中心设有第一轴孔；

所述定向装置包括一个定向筒和两个定向塞管；所述第一轴孔内设有第一定向塞管，所述直轴从第一定向塞管中穿过，直轴与第一定向塞管之间设有油封；所述轴孔端盖的外侧固定设置有定向筒，定向筒的外端设有定向端盖，定向端盖的中心设有第二轴孔，第二轴孔内设有第二定向塞管，所述直轴从第二定向塞管中穿过，直轴与第二定向塞管之间设有油封；所述两个轴孔及直轴的轴心线均在同一条直线上；

所述回弹装置包括两个弹簧和两个固定盘；在机壳内部，动子与轴孔端盖之间的直轴上固定安装第一固定盘，在所述第一固定盘与轴孔端盖之间的直轴上安装第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别固定安装在第一固定盘和轴孔端盖上；在机壳外部的所述轴孔端盖外侧的直轴上固定安装有第二固定盘，所述第二固定盘与轴孔端盖之间的直轴上安装有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别固定安装在第二固定盘和轴孔端盖上；直轴上的第二固定盘及第二弹簧均封闭在定向筒内部；

还包括定位板，将第二缆绳的下端装接在定位板上表面的中心位置，再设置连接锚爪的缆绳作为第三缆绳，将第三缆绳的上端装接在定位板下表面的中心位置；所述定位板为圆形或正方形，其直径或边长远大于厚度；所述定位板的浮力等于定位板的重量加上第三缆绳中悬置段的重量减去该悬置段的浮力，即F=G+(G₁-F₁)；所述定位板悬置在直线发电装置下方的海水中。

2.根据权利要求1所述的采用海能供电的漂浮式航标灯，其特征在于所述机壳顶部的封闭端盖通过第一缆绳与漂浮体直接相连接，所述直轴的外端连接第二缆绳，并通过第二缆绳连接锚爪。

3.根据权利要求2所述的采用海能供电的漂浮式航标灯，其特征在于所述导电线做成螺旋状，并与缆绳并行绑接。

4.根据权利要求3所述的采用海能供电的漂浮式航标灯，其特征在于所述定位板周边加设有边沿腔，所述边沿腔固定安装在定位板的周边，并确定边沿腔的浮力远大于定位板的浮力，且边沿腔每个位置的浮力相等。

5.根据权利要求4所述的采用海能供电的漂浮式航标灯，其特征在于所述定位板的投影面积等于漂浮体的投影面积。

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