[发明专利]微型高效水波能获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水波能获取装置，尤其是一种把水面波浪动能转换成电能的微型高效能量获取装置。

背景技术

无线传感器网络将向天、空、海、陆、地一体化综合传感器网络的方向发展，无线传感器网络与互联网的融合是下一代物联网的发展方向。无线传感器网络将最终成为现实世界和数字世界的最优接口。地球村的梦想，期待无线传感器网络技术的不断成熟和应用的日益广泛而成为现实。因此，无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类未来的生活方式产生深远影响。

但是，无线传感器网络与传统的无线网络不同，无线传感器网络中的节点带宽、内存等资源更为匮乏，尤其是其有限的能量资源直接影响传感器网络的生命周期以及网络的信息质量。由于传感器节点的能量通常很难得到补充，因此，就无线传感器网络的能量利用问题，形成了无线传感器网络技术的两大研究主流。一种是以节约已有的有限的能量资源为主的研究方向，在能量有限的前提下，讨论如何提高有限能量的利用率，如：研究单个节点的节能优化，通过设计低功耗硬件、通过动态电源管理等措施降低能耗，再如：研究通信协议层的节能机制，通过休眠等待、低耗路由、数据融合及功率控制等措施。这些措施的综合应用，能够有效地利用节点有限的能量，以延长网络的生命周期。这对于要求传感器节点微型化、成本低廉、生命周期不长的无线传感器网络是非常重要的。但对于要求生命周期较长，如数年、数十年甚至更长的无线传感器网络，就必须从根本上解决能量的补充问题。因此，形成了另一种是以能量补充为主的研究方向，主要讨论如何利用太阳能、风能、地热能等自然能或其它形式的能对传感器节点实施能量补充。这就保证了传感器网络的生命周期以及网络的信息质量。

目前，虽然利用太阳能、风能、地热能等自然能的技术很多，然而，由于无线传感器网络节点要求体积小、重量轻、成本低。这就要求与之配套的节点能量获取装置也必须是超微型结构。如何设计制造体积厘米级以下的超微型能量获取装置以高效地获取环境能量是该领域研究的热点问题和难点问题。

本发明是在国家自然科学基金项目、科技部创新基金项目及重庆市自然科学基金项目、重庆市科技攻关项目的联合支持下，开展“基于无线传感器网络的三峡库区水环境监系统”等相关课题的研究。为了充分利用三峡水库的水波能资源，解决三峡库区水环境监网络的节点能量补给问题，提出了这种微型高效水波能获取装置。

通过调研及查阅大量的文献资料表明：以水面波浪为动力的发电装置早已出现，如已公布的水波浮力发电装置(200510043912.8)，其技术方案是借鉴目前液压驱动发电技术的部分优势，结合水波浪的特点提出的。它包括发电机、液压马达、油箱、高压输油管、低压回油管和液压油泵连接后装置在平台上组成。多个液压油泵间隔联接固定在浮力平台的周边，并依次与联接固定在周边的高压输油管和低压回油管并行连接，在每个液压油泵的加力轴上分别联接固定有连杆，每根连杆的外端联接固定有浮球或浮筒。为了防止平台被大风浪淹覆，平台采用浮力平台，平台周边设有联接固定拉绳，防止平台任意漂移；再如已经公布的高效水波发电机(200910158119.0)，其特点是：有一种浮板通过转轴与底板相铰链，底板上面通过支架支撑一套传动机构，传动机构有一支一端铰链在浮板上，另一端两侧分别装有齿条的推杆，两条齿条各与一个双向齿轮相啮合，两个双向齿轮各通过一支传动轴固连一个同步齿轮，各传动轴上均通过轴承装有单向齿轮，同步齿轮通过千斤爪与单向齿轮保持间歇传动，两个单向齿轮与一个输出齿轮相啮合，输出齿轮与发电机相联系；还有许多专利是利用海浪的发电装置。它们的共同特点都是利用水波能进行发电。

通过对现有的水波能发电技术的研究可知，现有的水波能获取装置多采用水波转换成机械动力驱动发电机运转以产生电能，这种水波能获取装置设备庞大，技术复杂，成本高，只适合于水波能丰富的水域。而在一些只需要微小电能补给的应用场所，如：库区水环境监测无线传感器网络的节点能量补给、河道航标灯及导航器的能量补给、水文监测点的能量补给等，只需功率很小的发电装置即可，且要求水波能获取装置的体积小、成本低。因此，现有的水波能获取装置不能满足这种应用需求。

为此，发明了一种专门用于微电子低功耗电子设备供能的微型水波能采集装置，该装置具有水波能采集效率高、无机械磨损、体积微小、重量轻、成本低等特点。可有效满足水面、河道、库岸的低功耗电子设备水波能采集应用需求，特别适用于水域及其附近的无线传感器网络节点的能量补给，具有广泛的应用前景。