CN104454300B - 有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置，两个垂直轴海流发电装置分别安装在航行器壳体上，通过两个螺杆将两个曲柄主动杆分别与两个丝杠螺母连接，构成了由叶片、两曲柄和叶轮壳体组成的平行四边形的展开机构。叶片在来流的冲击下绕中心轴转动，在不同方位角，叶片所受的升力L和阻力D不同，并产生驱动转轴转动的切向力使叶片、支撑机构以及发电装置支架绕水下航行器纵轴线旋转，带动绕组定子转动，切割永磁体转子，产生感应电动势，从而将海流的动能转化为供水下航行器使用的电能。本发明中，捕获海流能所产生的功率与叶片的展长和旋转半径成正比，解决了水下航行器的能源供给问题，延长水下航行器的工作时间，节约成本。

Description

有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置
技术领域
本发明涉及水下航行器领域，具体是一种具有平行四边形展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置。
背景技术
水下航行器是一种航行于水下的航行体，包括载人水下航行器和无人水下航行器，它能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。水下航行器具有活动范围大、潜水深度深、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持等优点，还具有成本和维护费用低、可重复利用、投放回收方便、续航能力长等特点。在海洋开发日益重要的现在，水下航行器越来越得到了各个国家的重视，无论是在民用还是在军用上，都扮演着重要的角色。
能源对水下航行器的长时间水下连续工作和执行远程任务能力起着决定性的作用。目前国内外的水下航行器主要由机载电池供电，但体积尺寸、重量限制，水下航行器的使用寿命及作用范围，无法满足携带大量探测、通讯设备在水下长时连续工作的需求。如果能充分利用海洋中蕴藏的能量，解决水下航行器的能源供给问题，将会是水下航行器能源供给的重大突破。
海洋中蕴藏着丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭。目前国内外海洋能技术主要出现在商业领域，商业发展以提高发电效率和功率为研究重点，导致相关发电设备额定功率和尺寸普遍较大，不适合用在水下航行器上。如英国2009年最新研制的“海蛇”海浪发电装置，其长度达到150米。如2003年英国水下涡轮公司建成的Seafow海流能发电系统，发电功率为300kW，其叶轮的直径就达到11米。
为了解决水下航行器能源补给问题，目前国内外相关机构、学者开展了大量的研究工作，但主要集中在温差能、太阳能、晃动能等环境能源技术在水下航行器上的应用研究。
王延辉，王树新，谢春刚在天津大学学报2007年02期的《基于温差能源的水下滑翔器动力学分析与设计》一文中公开了温差能的应用，水下航行器主要通过在海洋中进行锯齿运动，穿越不同的温度的海水层，利用冷热交换原理从海洋暖水层和冷水层之间的温度差中获取能量，但能量转换效率较低，且对其运行轨迹有严格的限制。
Komerska,R.J.,Chappell S.G.在2006年OCEANS会议的《A SimulationEnvironment for Testing and Evaluating Multiple Cooperating Solar-powered UUVs》一文中公开了太阳能的应用，通过将水下航行器外形改变成扁平型，在其表面增设太阳能面板，并在近水面吸收太阳能来获取能量，虽然能量转换效率较高，但受天气影响较大，且需要对航行外形进行特殊改造，不适合常规水下发射装置进行水下发射。
在公开号为102705139A的发明创造中，公开了一种回转体水下航行器发电装置。该装置通过海洋扰动引起的惯性摆摆动和质量块移动收集航行器的晃动能，但晃动能发电装置放置在航行器内，不与海洋直接接触，其转化效率低。
为此，必须进一步深入探索研究水下航行器新型能源技术。海流能是海水平稳且有规律流动的动能，海流能具有：有规律可预测，几乎不受天气的影响；能量密度大；发电装置置于海面下，受风浪影响小的特点。如果能将航行器所处环境下的海流收集起来并转换成电能，那么将解决水下航行器的水下能源供给问题，提高其水下工作时间。
发明内容.
为克服现有技术中存在的能量转换效率较低、运行轨迹有严格的限定和不适合常规水下发射装置进行水下发射的不足，本发明提出了一种有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置。
本发明包括航行器前段、航行器中段、航行器后段、鳍舵、螺旋桨和锚链；其特征在于：还包括垂直轴海流发电装置，并且：
a.垂直轴海流发电装置位于航行器前段与航行器中段之间，并均通过中心轴同轴将所述垂直轴海流发电装置与固连所处位置的航行器同轴连接。所述航行器中段壳体外表面分别均布有三个凹槽。凹槽的横截面为弧形，用于收纳海流发电装置的叶片和曲柄。
b.所述垂直轴海流发电装置包括安装支架、三个叶片和三套展开机构。所述安装支架位于航行器前段和航行器中段之间，套装在所述中心轴上，并能够绕所述中心轴旋转。所述三个展开机构均匀分布并安装在所述安装支架的圆周上，并使位于各展开机构顶端的叶片伸出叶轮壳体之外。三个叶片分别铰接在各展开机构中曲柄的顶端，并使位于伸出叶轮壳体之外。所述中心轴的一端装入航行器前段一端端面的中心孔内，该中心轴的另一端装入航行器中段一端端面的中心孔内。在所述中心轴的两端分别套装固定螺母，从而将所述航行器前段和航行器中段固连。所述发电机安装在所述中心轴上，所述前盖板和后盖板分别位于发电机的两端，并通过轴承安装在所述中心轴上。
c.所述展开机构包括两个曲柄、两个推进电机、两个滚珠丝杠、两个丝杠螺母和两个螺杆，其中，两个滚珠丝杠分别与两个推进电机的输出轴固连，两个丝杠螺母分别套装在所述两个滚珠丝杠上。两个曲柄主动杆分别置于所述两个丝杠螺母之间，通过两个螺杆将两个曲柄主动杆分别与两个丝杠螺母连接，构成了由叶片、两曲柄和叶轮壳体组成的平行四边形的展开机构。
所述的推进电机的后端固定安装在后盖板上，丝杠螺母的顶端通过轴承安装在前盖板上。两个滚珠丝杠之间的平行安装距离为两曲柄的径向安装距离的两倍。两曲柄之间的安装距离。
所述安装支架中的叶轮壳体为圆筒形，通过所述前盖板和后盖板圆筒内间的空间封闭。叶轮壳体的外径与航行器的外径相同。在中所叶轮壳体圆周表面有轴向分布的开口，该开口与航行器中段上的凹槽共同组成了各叶片和各曲柄的收纳槽；所述收纳槽的外形尺寸与叶片和曲柄的横截面尺寸相适应，当各叶片和各曲柄收回时，嵌入该收纳槽中。所述收纳槽长度方向中心线与叶轮壳体的中心线平行。
本发明中，叶片的叶面有前后放置并左右错位固定安装的吊耳，与所述展开机构中的两个曲柄的错位相对应。三个叶片分别通过销轴铰接在所述展开机构的两个曲柄的顶端，当展开机构打开后，形成了H型的垂直轴海流发电装置叶轮。
发电机为嵌入式集成永磁发电机，由永磁体转子、绕组定子组成。该永磁体转子通过端面的螺纹孔分别有前盖板和后盖板固定安装，可与安装支架中的叶轮壳体、前盖板、后盖板以及展开机构一同转动。所述绕组定子所述绕组定子固定安装在中心轴上。当永磁体转子随发电装置支架一同转动时，切割绕组定子，从而产生感应电动势。
本发明的目的是解决水下航行器能源补给问题，延长水下工作时间。由于本发明采取了上述技术措施，取得了显著的效果。
当水下航行器处于驻留状态时，水下航行器前段与航行器后段的锚链投入海底，使航行器水平稳定驻留，保持发电装置叶轮轴线水平。推进电机带动滚珠丝杠旋转，使丝杠螺母及螺栓沿着滚珠丝杠轴向移动，螺栓滑动带动曲柄绕叶轮壳体上销钉转动，叶片在曲柄的带动下展开。如图所示，叶片在来流v∞冲击下，叶片绕中心轴O转动，当转动到不同方位角时，叶片所受的升力L和阻力D不同，L和D可以分解为沿叶片翼弦方向的切向力和垂直于翼弦方向的轴向力，其中，切向力是推动转轴转动的驱动力。于是，叶片、支撑机构以及发电装置支架绕水下航行器纵轴线旋转，带动绕组定子一同转动，切割永磁体转子，产生感应电动势，从而将海流的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能，供水下航行器使用。
本发明中，叶片的展长越长，旋转半径越大，则其所受到的海流力矩越大，捕获海流能所产生的功率就越大。控制电机控制展开机构来调整叶片的伸展长度，从而控制叶片捕能功率，保护发电机构，延长装置的寿命，延长水下系留平台的工作时间。本装置可控性强、转化效率高，整体外形呈圆柱形，结构紧凑，可作为单独模块直接装载回转体型水下航行器上，将海流动能转化为供水下航行器使用的电能，从根本上解决了水下航行器的能源供给问题，延长水下航行器的工作时间，节约成本。
附图说明
图1是本发明的展开机构收起后的结构示意图；
图2是本发明的展开机构打开后的结构示意图；
图3是有垂直轴海流发电装置的航行器的结构示意图；
图4是海流发电装置与航行器配合的示意图，其中4a是轴测图，4b是4a的剖视图；
图5是海流发电装置的结构示意图，其中5a是轴测图，5b是5a的放大图；
图6是海流发电装置内部结构剖示意图，其中6a是轴测图，6b是6a的剖视图；
图7是海流发电装置展开机构示意图，其中7a是轴测图，7b是7a的放大图；
图8是丝杠螺母和螺杆的配合示意图；
图9是曲柄的结构示意图；
图10是前盖板的结构示意图；
图11是后盖板的结构示意图；
图12是发电机的结构示意图，其中12a是轴测图，12b是12a的侧视图；
图13是发电机绕组图；
图14是本发明的运动原理简图。
图中：1.航行器前段；2.垂直轴海流发电装置；3.凹槽；4.航行器中段；5.航行器后段；6.鳍舵；7.锚链；8.中心轴；9.前盖板；10.曲柄；11.叶片；12.后盖板；13.销钉；14.叶轮壳体；15.滚珠丝杠；16.螺杆；17.丝杠螺母；18.推进电机；19.轴承；20.发电机；21.绕组定子；22.永磁体转子。
具体实施方式
本实施例是一种有平行四边形展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置。
本实施例安装在水下航行器上，所述水下航行器采用现有技术，包括航行器前段1、航行器中段4、航行器后段5、鳍舵6和锚链7。航行器前段1、航行器中段4、航行器后段5均为回转体。在所述航行器前段1与航行器中段4之间安装有垂直轴海流发电装置2，在所述航行器前段1与航行器中段4之间通过中心轴8采用螺母同轴固连。
所述航行器中段4壳体外表面分别均布有三个凹槽3，相邻凹槽3之间间隔120°。凹槽3的横截面为矩形，用于收纳叶片11和曲柄10，凹槽3长宽略大于叶片11的长宽，使叶片11和曲柄10能够贴合与壳体外径范围内，以减小航行器所受阻力。
在航行器前段1和航行器后段5设有锚链7，航行器驻留时投放锚链7，使航行器能够水平驻留并保持稳定，并使垂直轴海流发电装置叶轮轴线保持水平。
所述垂直轴海流发电装置2，主要由发电装置安装支架、三个相同的叶片11、三套相同的展开机构和发电机20组成。其中安装支架由叶轮壳体14、前盖板9和后盖板12组成。
所述安装支架位于航行器前段1和航行器中段4之间，通过轴承19套装于所述中心轴8上，并可绕所述中心轴8旋转。所述三个展开机构环绕发电机的圆周均布，并使所述三个展开机构的两端分别固定在前盖板9和后盖板12上。所述叶片11通过销轴铰接在所述展开机构的曲柄10顶端，并伸出叶轮壳体14之外。
所述中心轴8的一端装入航行器前段1一端端面的中心孔内，该中心轴8的另一端装入航行器中段4一端端面的中心孔内。在所述中心轴8的两端分别套装有固定螺母，从而将所述航行器前段1和航行器中段4固连。所述发电机20安装在所述中心轴8上，所述前盖板9和后盖板12分别位于发电机20的两端，并通过轴承19安装在所述中心轴8上。
所述三个展开机构的结构相同，本实施例以其中的一个为例加以说明。
所述展开机构包括两个曲柄10、两个推进电机18、两个滚珠丝杠15、两个丝杠螺母17和两个螺杆16，其中，两个推进电机18的输出轴的长度与所述推进电机的长度之和等于发电机的长度。在所述推进电机的输出轴表面加工有螺纹，使输出轴成为展开机构中的两个滚珠丝杠15。两个丝杠螺母17分别套装在所述两个滚珠丝杠15上。所述两个丝杠螺母17均为套筒状，在各丝杠螺母的外表面均有凸出的连接板，并且该连接板沿该丝杠螺母轴向分布，在所述各连接板的两端分别有螺杆16的安装孔。所述两个曲柄10由两段直杆组成，并且所述两段直杆的连接处有135゜的夹角。在所述曲柄的一端有与所述螺杆16配合的条形通槽，该条形通槽的长度为展开机构展开过程中螺杆16运动行程的1.5倍。在所述曲柄的另一端有与叶片铰接的耳片。在所述两段直杆的连接处有用于将曲柄10与壳体铰接的通孔。装配时，将两个丝杠螺母17分别套装在所述两个滚珠丝杠15上，将两个曲柄与所述螺杆16配合端分别置于所述两个丝杠螺母17之间，并使所述两个曲柄上的条形通槽分别与两个丝杠螺母连接板上的安装孔对应，将一根螺杆16穿入两个丝杠螺母连接板的同一端的安装孔内，以及与该安装孔对应的第一个曲柄的条形通槽内，并使第一个曲柄位于两个丝杠螺母17之间；以此方法，将另一根螺杆16穿入两个丝杠螺母连接板的另一端的安装孔内，以及与该安装孔对应的第二个曲柄的条形通槽内，并使第二个曲柄位于两个丝杠螺母17之间；所述螺杆16可在曲柄10的条形通槽内滑动。
所述的两个滚珠丝杠15之间相互平行，所述的两个曲柄10之间相互平行。叶片11绞接在两个曲柄10被动杆的顶端。由此构成了由叶片11、两曲柄10和叶轮壳体14组成的平行四边形的展开机构，并且所述各展开机构中铰接点处均能够转动。
所述的推进电机18为现有技术中的的直线步进电机，该推进电机的后端固定安装在后盖板12上，丝杠螺母的顶端通过轴承安装在前盖板9上。两个滚珠丝杠15之间的平行安装距离为两曲柄10的径向安装距离的两倍。
所述安装支架中的叶轮壳体14为圆筒形，通过前盖板9和后盖板12将所述叶轮壳的两端封闭。叶轮壳体14的外径与航行器的外径相同。各展开机构中所述曲柄10所处的叶轮壳体14的圆周表面有轴向分布的开口，由于两个曲柄10的位置沿所述滚珠丝杠15的轴向前后放置，靠近前盖板9部分的开口为阶梯型形，靠近后盖板12部分为矩形，与航行器中段4上的凹槽3的截面形状相同，并与航行器中段4上的凹槽3共同组成了各叶片11和各曲柄10的收纳槽；所述收纳槽的外形尺寸与叶片11和曲柄10的横截面尺寸相适应，当各叶片11和各曲柄10收回时，嵌入该收纳槽中。所述收纳槽长度方向中心线与叶轮壳体14的中心线平行。
所述前盖板9为圆环形薄板，在所述前盖板9表面的外缘均布有螺纹孔，其作用为密封叶轮壳体14。在所述前盖板9的中间有安装滚珠丝杠15的通孔。所述前盖板9通过轴承19套装在中心轴8上。
所述后盖板12为圆环形薄板，在所述后盖板12表面的外缘均布有螺纹孔，其作用为密封叶轮壳体14，所述后盖板12上固定安装有推进电机18。同时后盖板12圆周有与收纳槽相同的豁口。所述后盖板12通过轴承19套装在中心轴8上。
所述叶片11采用NACA翼型。叶片11叶面有前后放置并左右错位固定安装的吊耳，与所述展开机构中的两个曲柄10的错位相对应。三个叶片11分别通过销轴铰接在所述展开机构的两个曲柄10的顶端，当展开机构打开后，形成了H型的垂直轴海流发电装置叶轮。
所述发电机20为嵌入式集成永磁发电机，额定电压为24V，由永磁体转子22、绕组定子21组成。所述永磁体转子22中磁极采用NdFeB33UH磁钢，极对数为8。该永磁体转子22通过端面的螺纹孔分别有前盖板9和后盖板12固定安装，可与安装支架中的叶轮壳体14、前盖板9、后盖板12以及展开机构一同转动。
所述绕组定子21绕线采用Y形，双层整距叠绕接法。绕组定子21上的并联支路数为1个，槽数为48个，线圈极距为3，线圈节距为3。绕组定子21上的电枢冲片采用35W310材料。所述绕组定子21固定安装在中心轴8上。
当永磁体转子22随发电装置支架一同转动时，切割绕组定子21，从而产生感应电动势。
工作时，当水下航行器处于驻留状态时，水下航行器前段1与航行器后段5的锚链7投入海底，使航行器水平稳定驻留，保持发电装置叶轮轴线水平。推进电机18带动滚珠丝杠15旋转，使丝杠螺母17及螺杆16沿着滚珠15丝杠轴向移动，螺杆16滑动带动曲柄10绕叶轮壳体14上销钉13转动，叶片11在曲柄10的带动下展开。如图所示，叶片11在来流v∞冲击下，叶片绕中心轴O转动，当转动到不同方位角时，叶片所受的升力L和阻力D不同，L和D可以分解为沿叶片翼弦方向的切向力和垂直于翼弦方向的轴向力，其中，切向力是推动转轴转动的驱动力。于是，叶片11、支撑机构以及发电装置支架绕水下航行器纵轴线旋转，带动绕组定子21一同转动，切割永磁体转子22，产生感应电动势，从而将海流的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能，供水下航行器使用。

Claims (3)

1.一种有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置，所述水下航行器包括航行器前段、航行器中段、航行器后段、鳍舵、螺旋桨和锚链；其特征在于：还包括垂直轴海流发电装置，并且：
a.垂直轴海流发电装置位于航行器前段与航行器中段之间，并均通过中心轴将所述垂直轴海流发电装置与固连所处位置的航行器同轴连接；所述航行器中段壳体外表面分别均布有三个凹槽；凹槽的横截面为弧形，用于收纳海流发电装置的叶片；
b.所述垂直轴海流发电装置包括安装支架、三个叶片和三套展开机构；所述安装支架位于航行器前段和航行器中段之间，套装在所述中心轴上，并能够绕所述中心轴旋转；所述三套展开机构均匀分布并安装在所述安装支架的圆周上，并使位于各展开机构顶端的叶片伸出叶轮壳体之外；三个叶片分别铰接在各展开机构中曲柄的顶端，并使位于伸出叶轮壳体之外；所述中心轴的一端装入航行器前段一端端面的中心孔内，该中心轴的另一端装入航行器中段一端端面的中心孔内；在所述中心轴的两端分别套装固定螺母，从而将所述航行器前段和航行器中段固连；发电机安装在所述中心轴上，前盖板和后盖板分别位于发电机的两端，并通过轴承安装在所述中心轴上；
c.所述展开机构包括两个曲柄、两个推进电机、两个滚珠丝杠、两个丝杠螺母和两个螺杆，其中，两个滚珠丝杠分别与两个推进电机的输出轴固连，两个丝杠螺母分别套装在所述两个滚珠丝杠上；两个曲柄主动杆分别置于所述两个丝杠螺母之间，通过两个螺杆将两个曲柄主动杆分别与两个丝杠螺母连接，构成了由叶片、两曲柄和叶轮壳体组成的平行四边形的展开机构。
2.如权利要求1所述有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置，其特征在于，所述的推进电机的后端固定安装在后盖板上，丝杠螺母的顶端通过轴承安装在前盖板上；两个滚珠丝杠之间的平行安装距离为两曲柄的径向安装距离的两倍。
3.如权利要求1所述有展开机构的水下航行器垂直轴海流发电装置，其特征在于，所述安装支架中的叶轮壳体为圆筒形，通过所述前盖板和后盖板将圆筒内的空间封闭；叶轮壳体的外径与航行器的外径相同；在所述叶轮壳体圆周表面有轴向分布的开口，该开口与航行器中段上的凹槽共同组成了各叶片和各曲柄的收纳槽；所述收纳槽的外形尺寸与叶片和曲柄的横截面尺寸相适应，当各叶片和各曲柄收回时，嵌入该收纳槽中；所述收纳槽长度方向中心线与叶轮壳体的中心线平行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713875B (zh) * 2019-01-25 2024-03-26 山东大学 一种垂直轴海洋能液态金属磁流体发电装置及方法
CN110985268B (zh) 2019-11-05 2020-10-16 浙江大学 一种用于水下航行器的水平轴海流发电装置
CN112977773A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 西北工业大学 一种可利用潮流能发电的水下无人自主航行器
CN113148081B (zh) * 2021-06-09 2023-01-03 西北工业大学 一种auv保形支撑式驻留装置及auv
CN113945422B (zh) * 2021-09-30 2024-02-27 自然资源部第一海洋研究所 一种海洋柱状采泥器及采泥方法
CN114475987A (zh) * 2022-02-28 2022-05-13 复旦大学 一种多模态移动机器人

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002127988A (ja) * 2000-10-26 2002-05-09 Yuji Takemoto 海流発電潜水船
CN2906117Y (zh) * 2006-01-27 2007-05-30 陈际军 潜水式水流发电器装置
US20090140524A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Kejha Joseph B Deployable submarine-hydroelectric generator for sea currents energy harvesting
UY31395A1 (es) * 2008-10-15 2009-01-05 Martin Eugenio Corradini Sistema de generación de energía para embarcaciones y submarinos por medio de turbinas hidroeléctricas
CN201486738U (zh) * 2009-05-18 2010-05-26 邹建义 一种水流发电装置

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