CN105799888B - 一种波浪俘能自发电救生衣 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪俘能自发电救生衣，包括救生衣，救生衣上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，俘能整流模块能将不规则的波浪振动机械能转化成输出轴的旋转机械能，从而稳定的驱动发电机工作，发电储能模块能够将发电机发的电进行处理并存储在电池中，并且可以根据需要智能分配电能，功能模块中的电器负载通过发电储能模块的供电实现相应功能，例如碳纤维发热薄膜、GPS位置发射器、防鲨器、求救信号灯等等；本救生衣可根据外界环境自动调节落水者体温，延长其在海水中的生存时间，从而大大提高遇难者获救几率，所述装置在未落入水中时，俘能整流模块与发电储能模块可收附于救生衣的背部。
Description
技术领域
本发明涉及救生装备技术领域，具体涉及一种波浪俘能自发电救生衣。
背景技术
全世界每年都会发生不同程度的海难，造成严重的财产损失和人员伤亡。当落水人员处在温度较低的海水中时，对其生命最大的威胁是体温的丧失，因为在同等温度下，人体浸没在水中热量散失的速度是在空气中的26倍。在无隔热防护的情况下，当遇险者浸泡在温度较低的海水中时，温差会使热量迅速流失，出现体温过低的现象。重度或极重度的体温过低死亡率很高，全世界每年发生的海难中，80％的落水者都是在穿着救生衣的情况下被冻死的。在水温15度左右的海水中，落水人员最多只能存活4个小时，这也是国际通用的海难黄金救援时间为3小时的主要原因。且落水后无法发出相关求救定位信号，不能及时被救援人员发现并捕救。
海洋波浪能作为一种可再生清洁能源，分布广泛，能量密度大，是海洋能源中蕴藏最为丰富的能源之一。运动海洋蕴含波浪能的数量级1000GW，与全球电能消耗量为同一数量级，储量巨大，具有着广阔的开发前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种波浪俘能自发电救生衣，将波浪能转化为机械能，再将机械能转化为热能，为人体供热，延长求生时间。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种波浪俘能自发电救生衣，包括救生衣，救生衣上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，俘能整流模块将波浪能转化为机械能，发电储能模块将俘能整流模块输出的机械能转化为电能储存起来，并为功能模块供电，功能模块包括发热元件，发热元件持续为人体提供热能，延长求生时间。
接上述技术方案，所述俘能整流模块包括一个或多个俘能整流单元，俘能整流模块与发电储能模块之间设有柔性传动轴，当所述俘能整流模块包括多个俘能整流单元时各俘能整流单元之间均设有柔性传动轴，柔性传动轴将各俘能整流单元串联起来，实现万向传递扭矩，柔性传动轴保证所连接的各俘能整流单元之间自由漂浮在水面上而不相互干涉。
接上述技术方案，所述俘能整流单元包括浮板、连接轴和整流齿轮箱，浮板通过连接轴与整流齿轮箱连接，并在落水后保持相应的整流齿轮箱一起浮于水面，波浪带动浮板绕连接轴转动，浮板带动整流齿轮箱绕刚性主轴转动，整流齿轮箱包括刚性主轴，通过刚性主轴与柔性传动轴连接；通过浮板同时收集浮板绕连接轴转动以及浮板运动带动整流齿轮箱绕刚性主轴转动的两个自由度的不规则波浪能，将其转化为刚性主轴单方向的旋转机械能。
接上述技术方案，所述整流齿轮箱还包括多个锥齿轮，多个锥齿轮之间两两啮合进行动力传输，输出端的锥齿轮上设有单向离合器；单向离合器同向布置对输入端传递的转动进行单向整流，转化为刚性主轴单方向的旋转机械能输出。
接上述技术方案，所述刚性主轴横向或竖向贯穿于整流齿轮箱与相应的两个锥齿轮套接，锥齿轮个数不少于三个，套接在刚性主轴上可作为输出端的两个锥齿轮同轴对心布置，与连接轴固联的锥齿轮同这两个锥齿轮分别啮合，锥齿轮通过轴承定位于整流齿轮箱内部，两个套接在刚性主轴上的锥齿轮中任意一个为输出端的锥齿轮。
接上述技术方案，所述发电储能模块包括壳体、变速箱、发电机和储能电池，变速箱、发电机和储能电池均设置于壳体内，发电机通过变速箱与俘能整流模块对接，发电机与储能电池连接，将机械能转化为电能。
接上述技术方案，所述发电储能模块还包括控制系统和传感器，储能电池通过控制系统与发热元件连接，控制系统通过传感器实时捕获环境温度与人体温度，并且根据储能电池的储能状态智能调配电能为发热元件供电。
接上述技术方案，所述发热元件材料为碳纤维发热薄膜，发热元件设置于救生衣内侧，对应覆盖人体心肺及腰腹处。
接上述技术方案，所述功能模块还包括GPS位置发射器、求救信号灯和防鲨器。
接上述技术方案，所述俘能整流模块设置于救生衣背部，发电储能模块设置于救生衣背部上端，在未落入水中时，俘能整流模块与发电储能模块可收附于救生衣的背部，在落水后俘能整流模块与发电储能模块迅速展开。
本发明具有以下有益效果：
1、俘能整流模块将波浪能转化为机械能，发电储能模块将俘能整流模块输出的机械能转化为电能储存起来，并为发热元件供电，发热元件持续为人体提供热能，延长求生时间，实现救生衣的能量自供给。
2、通过俘能整流模块俘获海水中的波浪能，经特定的机械装置将俘获转换的扭矩传输到变速箱，经变速箱将俘能整流模块输出的转速与发电机匹配从而稳定的驱动电机通过电磁感应原理产生电能存储到储能装置中，功能模块通过控制电路与储能装置相连，可根据需要合理利用电能而实现相应功能，能够实时捕获环境温度与人体温度，并且根据储能电池的储能状态智能分级调配电能，最终实现能量的分级管理。
附图说明
图1是本发明提供的实施例中波浪俘能自发电救生衣的背面结构示意图；
图2是图1的A局部放大示意图；
图3是本发明提供的实施例中功能模块的示意图；
图4是本发明提供的实施例中人体穿戴波浪俘能自发电救生衣在水面示意图；
图5是本发明提供的实施例中波浪俘能自发电救生衣工作状态的侧面展开示意图；
图6是本发明提供的实施例中浮板的两个自由度示意图；
图7是本发明提供的实施例中整流齿轮箱的结构示意图；
图中，1-救生衣，2-电机箱，3-第一整流齿轮箱，4-第二整流齿轮箱，5-第一浮板，6-第二浮板，7-第一柔性传动轴，8-第二柔性传动轴，9-第一刚性主轴，10-第二刚性主轴，11-第一连接轴，12-第二连接轴，13-第一发热元件，14-第二发热元件，15-变速箱，16-发电机，17-储能电池，18-第一锥齿轮，19-第二锥齿轮，20-第三锥齿轮，21-第四锥齿轮，22-第一径向轴承，23-第二径向轴承，24-第三径向轴承，25-第四径向轴承，26-第一轴向轴承，27-第二轴向轴承，28-第三轴向轴承，29-第四轴向轴承，30-第一齿轮限位块，31-第二齿轮限位块，32-第三齿轮限位块，33-第四齿轮限位块，34-第一骨架油封，35-第二骨架油封，36-第一单向离合器，37-第二单向离合器，38-第三骨架油封，39-控制电路板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1所示，本发明提供的一个实施例中的一种波浪俘能自发电救生衣，包括救生衣1，救生衣1上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，俘能整流模块将波浪能转化为机械能，发电储能模块将俘能整流模块输出的机械能转化为电能储存起来，并为功能模块供电，功能模块包括发热元件，发热元件持续为人体提供热能，延长求生时间。
进一步地，所述俘能整流模块包括一个或多个俘能整流单元，俘能整流模块与发电储能模块之间设有柔性传动轴，当所述俘能整流模块包括多个俘能整流单元时各俘能整流单元之间均设有柔性传动轴，柔性传动轴将各俘能整流单元串联起来，实现万向传递扭矩；柔性传动轴保证所连接的各俘能整流单元之间自由漂浮在水面上而不相互干涉，柔性传动轴的材料可采用钢丝软轴。
进一步地，所述俘能整流单元包括浮板、连接轴和整流齿轮箱，浮板通过连接轴与具有机械整流桥特征的整流齿轮箱连接，并在落水后保持相应的整流齿轮箱一起浮于水面，波浪带动浮板绕连接轴转动，浮板带动整流齿轮箱绕刚性主轴转动，整流齿轮箱包括刚性主轴，通过刚性主轴与柔性传动轴连接；浮板受波浪激励，收集浮板绕连接轴转动以及浮板运动带动整流齿轮箱绕刚性主轴转动的两个自由度的不规则波浪能，将其转化为刚性主轴单方向的旋转机械能，从而驱动发电机16工作。
进一步地，所述整流齿轮箱还包括多个锥齿轮，多个锥齿轮之间两两啮合进行动力传输，输出端的锥齿轮外端设有单向离合器；单向离合器同向布置对输入端传递的转动进行单向整流，转化为刚性主轴单方向的旋转机械能输出。
进一步地，所述刚性主轴横向或竖向贯穿于整流齿轮箱与相应的两个锥齿轮套接，锥齿轮总个数不少于三个，套接在刚性主轴上可作为输出端的两个锥齿轮同轴对心布置，与连接轴固联的锥齿轮同这两个锥齿轮分别啮合，锥齿轮通过轴承定位于整流齿轮箱内部，两个套接在刚性主轴上的锥齿轮中任意一个为输出端的锥齿轮；从而按以上方式布置的多个锥齿轮，无论以其中任意一个锥齿轮作为输入端时，作为输出端的刚性主轴都只能单方向转动，因此该齿轮箱具有机械整流特征，从而稳定的驱动发电机16工作。
进一步地，所述发电储能模块包括壳体、变速箱15、发电机16和储能电池17，变速箱15、发电机16和储能电池17均设置于壳体内，发电机16通过变速箱15与俘能整流模块对接，发电机16与储能电池17连接，将机械能转化为电能；变速箱15将俘能整流模块的输出转速同发电机16的转速匹配，使发电机16高效工作进而将产生的电能存储在储能电池17中，从而高效管理并调配电能，使其持续稳定的输出进而满足不同工况下的用电需求，发电机16能够利用刚性主轴的非匀速转动根据电磁感应定律产生电能，可采用永磁无刷发电机16，密封壳体方便拆卸，具有良好的稳固性和防水防腐蚀的特性。
进一步地，所述发电储能模块还包括控制系统和传感器，储能电池17通过控制系统与发热元件连接，控制系统通过传感器实时捕获环境温度与人体温度，并且根据储能电池17的储能状态智能调配电能为发热元件供电；可根据外界环境自动调节落水者体温，延长其在海水中的生存时间，从而大大提高遇难者获救几率。
进一步地，控制系统包括控制电路板39，控制电路板上设有控制芯片。
进一步地，所述功能模块还包括GPS位置发射器。
进一步地，所述功能模块还包括求救信号灯和防鲨器。
进一步地，所述俘能整流模块设置于救生衣1背部，发电储能模块设置于救生衣1背部上端，在未落入水中时，俘能整流模块与发电储能模块可收附于救生衣1的背部，且能够在落水后迅速便捷的展开；不影响美观也不妨碍正常情况下的穿戴。
进一步地，所述发热元件设置于救生衣1内侧，人在穿上救生衣1后，发热元件覆盖人体心肺及腰腹处，能够实现能量的分级管理，从而合理利用储能电池17中的电能发热达到智能调控人体温度。
进一步地，所述发热元件材料为碳纤维发热薄膜。
本发明的工作原理：通过俘能整流模块俘获海水中的波浪能，经特定的机械装置将俘获转换的扭矩传输到变速箱15，经变速箱15将俘能整流模块输出的转速与发电机16匹配从而稳定的驱动电机通过电磁感应原理产生电能存储到储能装置中，功能模块通过控制电路与储能装置相连，可根据需要合理利用电能而实现相应功能。
本发明的提供的实施例一中的波浪俘能自发电救生衣包括救生衣1，救生衣1上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，当人体未落入水中时，俘能整流模块和发电储能模块通过铰链连接在救生衣1的背部，具体布置形式如图1～图2所示，发电储能模块包含有电机箱2、变速箱15、发电机16、储能电池17和控制电路板39；变速箱15、发电机16、储能电池17和控制电路板39布置在电机箱2内部，电机箱2上端与救生衣1上端领口处通过铰链连接，发电储能模块通过第一柔性传动轴7与俘能整流模块连接，且俘能整流模块的每一个重复单元之间也通过柔性传动轴8连接，既能够实现万向传递扭矩又能保证所连接的各模块自由漂浮在水面上而不相互干涉，第一浮板5通过第一连接轴11同第一整流齿轮箱3连接，整个俘能整流模块和发电储能模块布置在救生衣1的背部时，不影响救生衣1的正常穿着与美观。救生衣1内部布置的第一发热元件13和第二发热元件14，如图3所示布置在所覆盖的人体心肺及腰腹处，且可以实时监测环境温度与人体温度和储能状况通过控制电路分区域多档位发热供能，从而智能调控人体温度。
当人体落入水中后，救生衣1的背部的俘能整流模块和发电储能模块能够迅速自由展开随人体漂浮于水面，具体展开形式如图4所示，所述俘能整流模块包括两个俘能整流单元，俘能整流单元之间通过第二柔性传动轴8进行连接，因此可根据负载功耗需求增加浮板及整流齿轮箱的工作数量从而拓展俘能整流模块，通过柔性传动轴进行串接，拓展形式如图5所示；浮板可以捕获不规则的波浪能量做两个自由度的运动，如图6所示，浮板作两个自由度运动时的工作状态，即浮板可以绕第一连接轴11(X轴)转动，或带动第一整流齿轮箱3一起绕第一刚性主轴9(Y轴)转动。
第一整流齿轮箱3或第二整流齿轮箱4的内部机械结构如图7所示，其内部包括第一锥齿轮18、第二锥齿轮19、第三锥齿轮20、第四锥齿轮21、第一径向轴承22、第二径向轴承23、第三径向轴承24、第四径向轴承25、第一轴向轴承26、第二轴向轴承27、第三轴向轴承28、第四轴向轴承29、第一齿轮限位块30、第二齿轮限位块31、第三齿轮限位块32、第四齿轮限位块33﹑第一骨架油封34﹑第二骨架油封35、第一单向离合器36、第二单向离合器37、第三骨架油封38；其中第一锥齿轮18、第二锥齿轮19、第三锥齿轮20、第四锥齿轮21两两啮合呈中心对称分布在第一整流齿轮箱3或第二整流齿轮箱4内部，以第一锥齿轮18为例，第一锥齿轮18通过第一径向轴承22和第一轴向轴承26定位于第一齿轮限位块30的内部，第一齿轮限位块30定位于第一整流齿轮箱3对应内部卡槽内，其他锥齿轮组均以该方式定位，第一锥齿轮18和第二锥齿轮19内部各同向布置一个第一单向离合器36及第二单向离合器37，第一刚性主轴9贯穿第一单向离合器36和第二单向离合器37。
当第一浮板5捕获波浪能量绕第一连接轴11转动时，第一连接轴11带动第四锥齿轮21转动。若第四锥齿轮21顺时针转动时，第一单向离合器36锁止，第二单向离合器37打滑，此时由第一锥齿轮18驱动第一刚性主轴9顺时针旋转；若第四锥齿轮21逆时针转动时，第二单向离合器37锁止，第一单向离合器36打滑，此时由第二锥齿轮19驱动第一刚性主轴9顺时针旋转，因此第一浮板5绕第一连接轴11无论是顺时针还逆时针转动时，第一刚性主轴9都只作单向转动。
当第一浮板5捕获波浪能量通过第一连接轴11带动第一整流齿轮箱3绕第一刚性主轴9转动时，此时第一整流齿轮箱3内第三锥齿轮20和第四锥齿轮21不自转，带动第一锥齿轮18和第二锥齿轮19绕第一刚性主轴9转动。若第一整流齿轮箱3随第一浮板5绕第一刚性主轴9顺时针转动时，第一单向离合器36和第二单向离合器37同时锁止，此时由第一锥齿轮18和第二锥齿轮19同时驱动第一刚性主轴9顺时针旋转；若第一整流齿轮箱3随第一浮板5绕第一刚性主轴9逆时针转动时，第一单向离合器36和第二单向离合器37同时打滑，从而不能驱动第一刚性主轴9旋转；因此第一浮板5带动第一整流齿轮箱3绕第一刚性主轴9无论是顺时针还逆时针转动，第一刚性主轴9都只作单向转动。
经以上列述的第一浮板5所做的两个自由度的转动经具有机械整流桥特征的第一整流齿轮箱3进行机械整流之后，第一刚性主轴9都只作单向转动，并通过变速箱15将俘能整流模块的输出转速匹配到发电机16的高效工作区间，可以稳定的驱动发电机16利用电磁感应发电并存储在储能电池17中。
波浪俘能自发电救生衣包括救生衣1，救生衣1上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，俘能整流模块、发电储能模块和功能模块相对独立，便于改装、维护、拓展和批量生产，俘能整流模块在普通状态下固定于救生衣1的背部，不影响美观也不妨碍正常情况下的穿戴，且能够在落水后迅速便捷的展开，第一整流齿轮箱3的壳体及相关传动轴均布置有密封垫、骨架油封等密封材料，使第一整流齿轮箱3能够随第一浮板5漂浮于水面且其内部能保持良好的润滑效果，从而保证了第一整流齿轮箱3的传动效率和使用寿命。发电储能模块中，变速箱15、发电机16、控制电路与传感器和储能电池17固定于救生衣1背部上端电机箱1中，且可方便拆卸，具有良好的稳固性和防水防腐蚀的特性。功能模块通过控制电路与储能电池17相连，能够实时捕获环境温度与人体温度，并且根据储能电池17的储能状态智能分级调配电能，实现相应功能。整个装置结构合理且机械传动效率高，能够通过俘获波浪能量进行自发电供能，可调控落水者体温达到延长其等待救援的时间和提高救援成功率的目的。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种波浪俘能自发电救生衣，包括救生衣，其特征在于，救生衣上设有俘能整流模块、发电储能模块和功能模块，俘能整流模块将波浪能转化为机械能，发电储能模块将俘能整流模块输出的机械能转化为电能储存起来，并为功能模块供电，功能模块包括发热元件，发热元件持续为人体提供热能，延长求生时间；
所述俘能整流模块包括一个或多个俘能整流单元，俘能整流模块与发电储能模块之间设有柔性传动轴，当所述俘能整流模块包括多个俘能整流单元时各俘能整流单元之间均设有柔性传动轴，柔性传动轴将各俘能整流单元串联起来，实现万向传递扭矩，柔性传动轴保证所连接的各俘能整流单元之间自由漂浮在水面上而不相互干涉；
所述俘能整流单元包括浮板、连接轴和整流齿轮箱，浮板通过连接轴与整流齿轮箱连接，并在落水后保持相应的整流齿轮箱一起浮于水面，浮板受波浪激励，收集浮板绕连接轴转动以及浮板运动带动整流齿轮箱绕刚性主轴转动的两个自由度的不规则波浪能，整流齿轮箱包括刚性主轴，通过刚性主轴与柔性传动轴连接；
所述整流齿轮箱还包括多个锥齿轮，多个锥齿轮之间两两啮合进行动力传输，输出端的锥齿轮上设有单向离合器；单向离合器同向布置从而对输入端传递的转动进行单向整流，转化为刚性主轴单方向的旋转机械能输出；
所述刚性主轴横向或竖向贯穿于整流齿轮箱与相应的两个锥齿轮套接，锥齿轮个数不少于三个，套接在刚性主轴上可作为输出端的两个锥齿轮同轴对心布置，与连接轴固联的锥齿轮同这两个锥齿轮分别啮合，锥齿轮通过轴承定位于整流齿轮箱内部，两个套接在刚性主轴上的锥齿轮中任意一个为输出端的锥齿轮。
2.根据权利要求1所述的波浪俘能自发电救生衣，其特征在于，所述发电储能模块包括壳体、变速箱、发电机和储能电池，变速箱、发电机和储能电池均设置于壳体内，发电机通过变速箱与俘能整流模块对接，发电机与储能电池连接，将机械能转化为电能。
3.根据权利要求2所述的波浪俘能自发电救生衣，其特征在于，所述发电储能模块还包括控制系统和传感器，储能电池通过控制系统与发热元件连接，控制系统通过传感器实时捕获环境温度与人体温度，并且根据储能电池的储能状态智能调配电能为发热元件供电。
4.根据权利要求1所述的波浪俘能自发电救生衣，其特征在于，所述发热元件材料为碳纤维发热薄膜，发热元件设置于救生衣内侧，对应覆盖人体心肺及腰腹处。
5.根据权利要求1所述的波浪俘能自发电救生衣，其特征在于，所述功能模块还包括GPS位置发射器、求救信号灯和防鲨器。
6.根据权利要求1所述的波浪俘能自发电救生衣，其特征在于，所述俘能整流模块设置于救生衣背部，发电储能模块设置于救生衣背部上端，在未落入水中时，俘能整流模块与发电储能模块可收附于救生衣的背部，在落水后俘能整流模块与发电储能模块迅速展开。
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