專利名稱：用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下推進器，尤其涉及用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
水下推進器實際是一種遙控潛水器，它可分為有纜和無纜兩種。有纜水下滑翔機器人是 通過電纜及通信光纜為潛水器提供動力并對它進行控制，如德國斯特那拉斯(STNAtlas)電 子公司研制出"企鵝"B3型遙控潛水器，該類機器人的能源主要采用臍帶電纜或電池供給，臍 帶電纜限止了機器人的活動范圍和潛水深度(潛水深度〈7000m)，且容易出現(xiàn)臍帶糾纏等現(xiàn) 象；無纜水下滑翔機器人是真正意義上的自治水下機器人，其具有自治能力強、航程長、機 動性好等優(yōu)點，該類機器人通常由電池作為其能源供給，電池供給的水下滑翔機器人的續(xù)航 時間非常有限，目前續(xù)航時間最長的為法國的法國艦艇建造局(DCN)公司正在開發(fā)的半潛 水系統(tǒng)FDS3，僅為74小時。因此，能源供給問題成為制約水下滑翔機器人其應(yīng)用向深入發(fā) 展的技術(shù)瓶頸。充分利用海洋巨大的能源解決水下滑翔機器人的能源供給問題，成為各個國 家研究的重點。在國外，英國愛丁堡大學(xué)史蒂芬，沙爾特(StephenSalter)于1974年發(fā)明了"鴨 子"(Duck)的發(fā)電設(shè)備，該裝置采用鴨子形的凸輪，當(dāng)波浪作用于凸輪時它可以繞著固定的 中心軸作上下擺動，從而實現(xiàn)把水平方向的動力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。英國蘭開斯特大學(xué)研制的青 蛙(Frog)是一種適合于深海使用的具有較小反作用力的波浪發(fā)電設(shè)備，海浪推動青蛙(Frog) 內(nèi)部安裝在彈簧結(jié)構(gòu)上的反力滑動體產(chǎn)生上下運動，即將波浪的運動轉(zhuǎn)換為機械運動并驅(qū)動 發(fā)電機產(chǎn)生電能。在國內(nèi)，清華大學(xué)提出了一種基于永磁振子的漂浮式波浪發(fā)電裝置，發(fā)電 裝置由一臺往復(fù)運動的永磁振子發(fā)電機構(gòu)支架中間的重錘會在成，均布在六面體的支架上， 波浪力的作用下，在空腔內(nèi)進行上下擺動，通過纜繩牽引發(fā)電機振子做往復(fù)運動，從而使發(fā) 電機定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。廣州海洋能實驗室研制的BD型航標(biāo)燈用波力發(fā)電裝置能在 波高為0.3~2米、周期為3~5秒的波浪下發(fā)電，為蓄電池充電。此外，現(xiàn)有水下滑翔機器人 受推進技術(shù)的限制，還存在著姿態(tài)調(diào)整難度大、動作靈敏度不高、不能適應(yīng)水下地形地貌的 復(fù)雜變化等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，支 持遠距離航行的用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括蓄電池、波浪感應(yīng)部分、運動傳遞部分、 單向運動轉(zhuǎn)換部分和蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分，所述波浪感應(yīng)部分包括內(nèi)框架、橫軸、第一縱軸、 第二縱軸和重錘，所述第一縱軸和第二縱軸支承于機身框架上，所述內(nèi)框架一端支承于第一 縱軸上，另一端與第二縱軸固定連接，所述橫軸與第一縱軸垂直布置，且橫軸的兩端支承于 內(nèi)框架上，所述橫軸上裝設(shè)有第二錐齒輪和重錘，所述第一縱軸上裝設(shè)有與第二錐齒輪嚙合 的第一錐齒輪，第一縱軸和第二縱軸分別與運動傳遞部分相連，所述運動傳遞部分通過單向 運動轉(zhuǎn)換部分與蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分相連，蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分與蓄電池相連。
所述運動傳遞部分包括兩組皮帶傳動機構(gòu)，所述單向運動轉(zhuǎn)換部分包括第一換向裝置和 第二換向裝置，所述第一換向裝置的輸出端和第二換向裝置的輸出端分別連接于蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā) 電部分的兩端，第一換向裝置的輸入端通過一組皮帶傳動機構(gòu)與第一縱軸連接，第二換向裝 置的輸入端通過另一組皮帶傳動機構(gòu)與第二縱軸連接。
所述第一換向裝置和第二換向裝置均包括雙向輸入軸、單向輸出軸、單向離合齒輪、單 向離合器、內(nèi)齒輪軸和行星輪，所述單向離合齒輪和單向離合器的內(nèi)圈均與雙向輸入軸固接， 并且單向離合齒輪和單向離合器的離合旋向相反，內(nèi)齒輪軸一端的內(nèi)齒輪部通過行星輪與單 向離合齒輪外圈的齒輪部嚙合，內(nèi)齒輪軸另一端與單向離合器的外圈相接，所述單向輸出軸 與單向離合器的外圈固定連接。
所述蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分包括蓄能蝸簧、第一電磁離合器、摩擦輪、第二電磁離合器、計 數(shù)控制器、位移傳感器以及與蓄電池連接的發(fā)電機，所述第一換向裝置的輸出端與蓄能蝸簧 的內(nèi)圈連接，第二換向裝置的輸出端經(jīng)第一電磁離合器與蓄能蝸簧的外圈飛輪連接，所述摩 擦輪與外圈飛輪緊密貼合，摩擦輪輸出端經(jīng)第二電磁離合器與發(fā)電機輸入端連接，兩件位移 傳感器分別設(shè)于第一換向裝置和第二換向裝置的輸出端，計數(shù)控制器的數(shù)據(jù)采集端與兩件位 移傳感器相連，計數(shù)控制器的控制端與第一電磁離合器和第二電磁離合器相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用波浪能轉(zhuǎn)換裝置借助波浪運動產(chǎn)生機械能， 并將機械能轉(zhuǎn)換為電能存儲于蓄電池中，使蓄電池可以持續(xù)為推進器提供能源，實現(xiàn)遠距離 航行；當(dāng)波浪運動作用于推進器上時，波浪感應(yīng)部分的內(nèi)框架和重錘形成往復(fù)擺動，將波浪 能轉(zhuǎn)換為機械能，運動傳遞部分將往復(fù)機械運動傳遞到單向運動轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)單向運動轉(zhuǎn)換 部分將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成單向轉(zhuǎn)動，使蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分中的蝸簧產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，從而將機械能以 彈性勢能的形式存儲于蝸簧中，當(dāng)蝸簧扭轉(zhuǎn)到設(shè)定量時，集中釋放彈性勢能，使彈性勢能通 過發(fā)電機動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，最后將電能存儲于畜電池中，用于為推進器提供動力。本發(fā)明的用 于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置還具有制造成本和維護費用低、可重復(fù)利用等特點。
圖1是本發(fā)明波浪能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一; 圖2是本發(fā)明波浪能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二; 圖3是本發(fā)明換向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明換向裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中各標(biāo)號表示
1、機身框架21、第一換向裝置
22、第二換向裝置201、內(nèi)框架
202、橫軸204、第二縱軸
203、第一縱軸205、第一錐齒輪
206、第二錐齒輪207、重錘
208、蓄能蝸簧209、第一電磁離合器
210、摩擦輪211、第二電磁離合器
212、發(fā)電機213、計數(shù)控制器
214、位移傳感器215、雙向輸入軸
216、單向輸出軸217、單向離合齒輪
218、單向離合器219、內(nèi)齒輪軸
220、行星輪221、行星輪架
224、大帶輪225、小帶輪
226、傳動皮帶2081、內(nèi)圈
2082、外圈飛輪
具體實施例方式
如圖1至圖4所示，本發(fā)明的用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括蓄電池、波浪感 應(yīng)部分、運動傳遞部分、單向運動轉(zhuǎn)換部分和蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分。波浪感應(yīng)部分包括內(nèi)框架 201、橫軸202、第一縱軸203和第二縱軸204,第一縱軸203和第二縱軸204通過軸承支承 于機身框架1上，第一縱軸203上裝設(shè)有第一錐齒輪205，內(nèi)框架201 —端通過軸承支承于 第一縱軸203上，另一端與第二縱軸204固定連接，橫軸202與第一縱軸203垂直布置，且 橫軸202的兩端支承于內(nèi)框架201上，橫軸202上裝設(shè)有重錘207以及與第一錐齒輪205嚙 合的第二錐齒輪206，該重錘207由剛性桿、配重箱和配重物組成，剛性桿一端與橫軸202 固定連接，另一端與配重箱固定連接，配重物裝設(shè)于配重箱內(nèi)，本實施例中用蓄電池作為配重物，這樣既可利用蓄電池重量大的特點滿足配重要求，又可節(jié)省空間，便于推進器中其它 組件的安裝。運動傳遞部分由兩組皮帶傳動機構(gòu)組成，各皮帶傳動機構(gòu)均包括大帶輪224、 小帶輪225和傳動皮帶226，大帶輪224和小帶輪225通過傳動皮帶226連接。單向運動轉(zhuǎn) 換部分包括第一換向裝置21和第二換向裝置22，第一換向裝置21和第二換向裝置22均包 括雙向輸入軸215、單向輸出軸216、單向離合齒輪217、單向離合器218、內(nèi)齒輪軸219、 行星輪220和通過軸承支承于雙向輸入軸215上的行星輪架221，單向離合齒輪217和單向 離合器218的內(nèi)圈均與雙向輸入軸215固接，并且單向離合齒輪217和單向離合器218的離 合旋向相反，行星輪220的轉(zhuǎn)軸固定于行星輪架221上，內(nèi)齒輪軸219—端的內(nèi)齒輪部通過 行星輪220與單向離合齒輪217外圈的齒輪部嚙合，內(nèi)齒輪軸219另一端與單向離合器218 的外圈相接，單向輸出軸216與單向離合器218的外圏固定連接。第一換向裝置21的雙向輸 入軸215通過一組皮帶傳動機構(gòu)與第一縱軸203連接，其中大帶輪224與第一縱軸203連接， 小帶輪225與雙向輸入軸215連接；第二換向裝置22的雙向輸入軸215通過另一組皮帶傳動 機構(gòu)與第二縱軸204連接，其中大帶輪224與第二縱軸204連接，小帶輪225與雙向輸入軸 215連接，第一換向裝置21和第二換向裝置22的單向輸出軸216處于同一軸線上，且輸出 的旋轉(zhuǎn)方向相反。蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分包括蓄能蝸簧208、第一電磁離合器209、摩擦輪210、 第二電磁離合器211、計數(shù)控制器213、與蓄電池連接的發(fā)電機212以及兩件位移傳感器214， 第一換向裝置21的單向輸出軸216與蓄能蝸簧208的內(nèi)圈2081連接，第二換向裝置22的單 向輸出軸216經(jīng)第一電磁離合器209與蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082連接，摩擦輪210與外 圈飛輪2082緊密貼合，摩擦輪210輸出端經(jīng)第二電磁離合器211與發(fā)電機212輸入端連接， 兩件位移傳感器214分別設(shè)于第一換向裝置21和第二換向裝置22的輸出端，計數(shù)控制器213 的數(shù)據(jù)采集端與兩件位移傳感器214相連，計數(shù)控制器213的控制端與第一電磁離合器209 和第二電磁離合器211相連。
本發(fā)明用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的具體工作過程可分為蓄能過程和發(fā)電過程兩 個部分。蓄能過程中，第一電磁離合器209閉合，第二電磁離合器211斷開，當(dāng)波浪作用于 機身框架1上時，內(nèi)框架201和重錘207由于本身的慣性，會產(chǎn)生相對于機身框架1的擺動， 內(nèi)框架201擺動時，帶動與其固定連接的第二縱軸204作往復(fù)轉(zhuǎn)動，第二縱軸204將這一往 復(fù)轉(zhuǎn)動經(jīng)皮帶傳動機構(gòu)傳遞到第二換向裝置22的雙向輸入軸215。當(dāng)雙向輸入軸215以圖3 中箭頭所示方向正向輸入時，單向離合齒輪217的內(nèi)圈隨雙向輸入軸215正向轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外 圈之間的滾動體處于內(nèi)、外圈之間的間隙大端，外圈不隨內(nèi)圈轉(zhuǎn)動；同時，單向離合器218 的內(nèi)圈隨雙向輸入軸215正向轉(zhuǎn)動，由于單向離合器218與單向離合齒輪217的離合旋向相反，所以單向離合器218內(nèi)、外圏之間的滾動體被壓迫至內(nèi)、外圈之間的間隙小端，并且內(nèi) 圈通過滾動體將外圏頂緊，使單向離合器218的外圈隨內(nèi)圈正向轉(zhuǎn)動，與單向離合器218外 圈固定連接的單向輸出軸216正向輸出，并經(jīng)第一電磁離合器209帶動蓄能蝸簧208的外圈 飛輪2082正向轉(zhuǎn)動(同時，與單向離合器218外圈固定連接的內(nèi)齒輪軸219正向轉(zhuǎn)動，并經(jīng) 行星輪220傳遞給單向離合齒輪217外圈的齒輪部，使單向離合齒輪217外圈相對內(nèi)圈反向 轉(zhuǎn)動，不會對內(nèi)圈的正向轉(zhuǎn)動造成干涉)。當(dāng)雙向輸入軸215反向輸入時，單向離合齒輪217 的內(nèi)圈隨雙向輸入軸215反向轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外圈之間的滾動體被壓迫至內(nèi)、外圈之間的間隙小 端，內(nèi)圈通過滾動體將外圈頂緊，使單向離合齒輪217外圈的齒輪部隨內(nèi)圈反向轉(zhuǎn)動，并徑 行星輪220傳遞給內(nèi)齒輪軸219的內(nèi)齒輪部，使內(nèi)齒輪軸219正向轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪軸219通過 單向離合器218外圈將正向轉(zhuǎn)動傳遞給單向輸出軸216,使單向輸出軸216正向輸出，并經(jīng) 第一電磁離合器209帶動蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082正向轉(zhuǎn)動(同時，單向離合器218內(nèi) 圈反向轉(zhuǎn)動、外圈正向轉(zhuǎn)動，單向離合器218內(nèi)、外圈之間的滾動體處于內(nèi)、外圈之間的間 隙大端，不會對單向離合器218內(nèi)、外圈之間的相對轉(zhuǎn)動造成干涉)。重錘207擺動時，橫軸 202隨之往復(fù)轉(zhuǎn)動，并依次經(jīng)第二錐齒輪206、第一錐齒輪205、第一縱軸203和皮帶傳動機 構(gòu)傳遞給第一換向裝置21的雙向輸入軸215，第一換向裝置21的工作原理與第二換向裝置 22的工作原理相同，在此不再贅述，但是第一換向裝置21中單向輸出軸216的轉(zhuǎn)動方向與 第二換向裝置22中單向輸出軸216的轉(zhuǎn)動方向相反，這樣，第一換向裝置21中單向輸出軸 216帶動蓄能蝸簧208的內(nèi)圈2081反向轉(zhuǎn)動，內(nèi)圈2081與外圈飛輪2082的旋轉(zhuǎn)方向相反， 加速能量蓄集，提高波浪能利用效率。在蓄能過程中，第一換向裝置21和第二換向裝置22 輸出端的位移傳感器214用于收集第一換向裝置21和第二換向裝置22的輸出軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)， 并將該信息傳遞到計數(shù)控制器213，計數(shù)控制器213將兩者的轉(zhuǎn)動圈數(shù)相加，當(dāng)兩者的轉(zhuǎn)動 圈數(shù)之和達到設(shè)定值時，計數(shù)控制器213發(fā)出控制信號，使第一電磁離合器209斷開，第二 電磁離合器211閉合，進入發(fā)電過程。在發(fā)電過程中，蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082在彈性 勢能的作用下旋轉(zhuǎn)，并由外圈飛輪2082帶動摩擦輪210高速旋轉(zhuǎn)，摩擦輪210經(jīng)第二電磁離 合器211將轉(zhuǎn)動傳遞到發(fā)電機212，使發(fā)電機212開始發(fā)電，發(fā)電機212產(chǎn)生的電能被存儲 到蓄電池中。
權(quán)利要求
1、一種用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括蓄電池、波浪感應(yīng)部分、運動傳遞部分、單向運動轉(zhuǎn)換部分和蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分，所述波浪感應(yīng)部分包括內(nèi)框架(201)、橫軸(202)、第一縱軸(203)、第二縱軸(204)和重錘(207)，所述第一縱軸(203)和第二縱軸(204)支承于推進器的機身框架(1)上，所述內(nèi)框架(201)一端支承于第一縱軸(203)上，另一端與第二縱軸(204)固定連接，所述橫軸(202)與第一縱軸(203)垂直布置，且橫軸(202)的兩端支承于內(nèi)框架(201)上，所述橫軸(202)上裝設(shè)有第二錐齒輪(206)和重錘(207)，所述第一縱軸(203)上裝設(shè)有與第二錐齒輪(206)嚙合的第一錐齒輪(205)，第一縱軸(203)和第二縱軸(204)分別與運動傳遞部分相連，所述運動傳遞部分通過單向運動轉(zhuǎn)換部分與蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分相連，蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分與蓄電池相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述運動傳 遞部分包括兩組皮帶傳動機構(gòu)，所述單向運動轉(zhuǎn)換部分包括第一換向裝置(21)和第二換向 裝置(22)，所述第一換向裝置(21)的輸出端和第二換向裝置(22)的輸出端分別連接于蝸 簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分的兩端，第一換向裝置(21)的輸入端通過一組皮帶傳動機構(gòu)與第一縱軸(203) 連接，第二換向裝置(22)的輸入端通過另一組皮帶傳動機構(gòu)與第二縱軸(204)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述第一換 向裝置(21)和第二換向裝置(22)均包括雙向輸入軸(215)、單向輸出軸(216)、單向離 合齒輪(217)、單向離合器(218)、內(nèi)齒輪軸(219)和行星輪(220)，所述單向離合齒輪(217) 和單向離合器(218)的內(nèi)圈均與雙向輸入軸(215)固接，并且單向離合齒輪(217)和單向 離合器(218)的離合旋向相反，內(nèi)齒輪軸(219) —端的內(nèi)齒輪部通過行星輪(220)與單向 離合齒輪(217)外圈的齒輪部嚙合，內(nèi)齒輪軸(219)另一端與單向離合器(218)的外圈相 接，所述單向輸出軸(216)與單向離合器(218)的外圈固定連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述蝸簧扭 轉(zhuǎn)發(fā)電部分包括蓄能蝸簧(208)、第一電磁離合器(209)、摩擦輪(210)、第二電磁離合器(211)、計數(shù)控制器(213)、發(fā)電機(212)以及兩件位移傳感器(214)，所述第一換向裝置 (21)的輸出端與蓄能蝸簧(208)的內(nèi)圈(2081)連接，第二換向裝置(22)的輸出端經(jīng)第 一電磁離合器(209)與蓄能蝸簧(208)的外圈飛輪(2082)連接，所述摩擦輪(210)與外 圈飛輪(2082)緊密貼合，摩擦輪(210)輸出端經(jīng)第二電磁離合器(211)與發(fā)電機(212)輸 入端連接，兩件位移傳感器(214)分別設(shè)于第一換向裝置(21)和第二換向裝置(22)的輸出 端，計數(shù)控制器(213)的數(shù)據(jù)采集端與兩件位移傳感器(214)相連，計數(shù)控制器(213)的控 制端與第一電磁離合器(209)和第二電磁離合器(211)相連，發(fā)電機(212)與蓄電池連接。
全文摘要
一種用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括蓄電池、波浪感應(yīng)部分、運動傳遞部分、單向運動轉(zhuǎn)換部分和蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分，波浪感應(yīng)部分包括內(nèi)框架、橫軸、第一縱軸、第二縱軸和重錘，第一縱軸和第二縱軸支承于機身框架上，內(nèi)框架一端支承于第一縱軸上，另一端與第二縱軸固定連接，橫軸與第一縱軸垂直布置，且橫軸的兩端支承于內(nèi)框架上，橫軸上裝設(shè)有第二錐齒輪和重錘，第一縱軸上裝設(shè)有與第二錐齒輪嚙合的第一錐齒輪，第一縱軸和第二縱軸分別與運動傳遞部分相連，運動傳遞部分通過單向運動轉(zhuǎn)換部分與蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分相連，蝸簧扭轉(zhuǎn)發(fā)電部分與蓄電池相連。該用于水下推進器的波浪能轉(zhuǎn)換裝置具有可將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，支持推進器遠距離航行的優(yōu)點。
文檔編號B63H19/02GK101549751SQ20091004292
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者楠 叢, 尚建忠, 王曉明, 羅自榮 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)