CN105822487B - 一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，主要用于AUV等小型波浪能航行器的电力供应。该装置包括主箱体、外置浮体、水翼、水翼轴、联轴器、卷簧、增速齿轮箱、发电机等，其中水翼、水翼轴沿主箱体轴线方向水平布置。基本原理是海洋波浪力冲击水翼时，水翼随着波浪的上下起伏运动带动水翼轴的转动，从而使海洋波浪能转化为水翼轴的旋转机械能，水翼轴通过联轴器、增速齿轮箱带动发电机运转，从而使旋转机械能转化为电能。本发明可实现小型海洋航行器的波浪能随体发电功能，从而使其摆脱能源限制，持续航行，无需因动力不足回收。

Description

一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置
技术领域
本发明属于海洋波浪能发电装置领域，尤其涉及一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置。
背景技术
小型海洋航行器发挥着日益重要的作用。它是一种低成本的海洋运载工具，通常具备遥控或者自主航行及作业的能力，在海洋勘测、水下检修、军事侦查、海底搜救等领域广泛应用。AUV(Autonomous Underwater Vehicle,自主水下航行器)是其中的一种重要类型，比如知名的有金枪鱼(Bluefin)AUV,可执行海底搜寻任务。然而，小型海洋航行器的能源供应是其严重制约。小型海洋航行器通常利用螺旋桨推进，或者采用更加节能的滑翔推进方式，但是，由于其体积较小(长度2m左右，直径30cm左右)，通常采用电池供电，容量有限，必须到期回收，充电或者更换电池，才能开始下一次任务，因此，离不开母船或者基地的支持，严重限制了其活动范围。
小型海洋航行器可捕获海洋波浪能量用于发电，就地持续的供应AUV等航行器的电力需要，使其摆脱能源限制和随之而来的巨大的财力、物力、人力支出，真正实现自主运行。因此，研究小型海洋航行器波浪能随体发电技术势在必行。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，提供一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，为小型海洋航行器提供动力，使其持续航行，无需因动力不足回收。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，包括主箱体、对称固定在主箱体两侧的一对外置浮体、2个水翼，每个外置浮体的外侧连接1个水翼，每个外置浮体中分别设置水翼轴、轴承组件、联轴器、发电机，水翼轴沿水平面方向，主箱体中设置蓄电池，水翼通过水翼轴连接在外置浮体上，在外置浮体内部，轴承组件将水翼轴固定在外置浮体上，水翼轴与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与发电机的转动轴连接，发电机的输出端通过线缆与蓄电池相连。水翼、水翼轴沿外置浮体的轴线方向与水面平齐布置。外置浮体可通过螺栓、螺母和密封垫圈固定在主箱体上，主箱体作为AUV等小型波浪能航行器结构一部分，可为圆柱体或者其它对称形状。水翼轴沿主箱体轴线方向水平布置，水翼绕水翼轴旋转。外置浮体是部分密闭式，形状可为长方体状，材料选用航空铝材。
按上述技术方案，在每根水翼轴的两端分别设置1个卷簧，每根水翼轴上的2个卷簧的顺、逆时针方向相反，每个卷簧的内钩固定在水翼轴上，外钩固定在外置浮体上。卷簧的扭矩调整为使水翼在静水中可与水面自然平齐。
按上述技术方案，在联轴器与发电机之间设置增速齿轮箱。当海洋波浪力冲击水翼时，水翼随着波浪的上下起伏运动带动水翼轴转动，从而使海洋波浪能转化为水翼轴的旋转机械能，水翼轴通过联轴器、增速齿轮箱带动发电机运转，从而使旋转机械能转化为电能。水翼轴上装有顺、逆时针两个方向的卷簧使水翼快速复位水平位置，增强了水翼轴旋转运动的强度。
按上述技术方案，水翼采用翼形框架结构，翼形框架结构的内部填充浮体材料。水翼轴与水翼之间的连接采用可拆卸方式。
按上述技术方案，外置浮体包括依次设置的开放式腔室、第一密闭式腔室和第二密闭式腔室，水翼轴、卷簧、轴承组件设置在开放式腔室中，水翼轴的一端伸入与开放式腔室相邻的第一密闭式腔室中，与第一密闭式腔室内设置的联轴器的一端相连，发电机设置在第二密闭式腔室内。如果设置了增速齿轮箱，则增速齿轮箱和发电机均固定在第二密闭式腔室内，增速齿轮箱和发电机可采用一体式设计。第一密闭式腔室和第二密闭式腔室203采用压盖、密封垫圈和螺钉把紧密封。
按上述技术方案，水翼轴伸入第一密闭式腔室的连接处设有水密封装置。通过在主箱体和外置浮体的固定接触面上打贯穿密封孔，将发电机的连接电缆引入主箱体内，供其它装置转换、存储或使用。
本发明产生的有益效果是：将水翼轴、轴承组件、联轴器、发电机集成在外置浮体中，两个外置浮体相对于主箱体对称布置，作为AUV等小型海洋航行器的波浪能随体发电装置来为其提供动力，使其摆脱能源限制，可持续航行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置的俯视图；
图2是本发明实施例外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置的主视图；
图3是本发明实施例中外置浮体的外形主视图；
图4是本发明实施例中水翼与水翼轴的连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1-图4所示，提供一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，包括主箱体1、对称固定在主箱体两侧的一对外置浮体2、2个水翼3，每个外置浮体的外侧连接1个水翼，每个外置浮体中分别设置水翼轴4、轴承组件6、联轴器7、发电机9，水翼轴沿水平面方向，主箱体中设置蓄电池，水翼通过水翼轴连接在外置浮体上，在外置浮体内部，轴承组件将水翼轴固定在外置浮体上，水翼轴与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与发电机的转动轴连接，发电机的输出端通过线缆与蓄电池相连。水翼、水翼轴沿外置浮体的轴线方向与水面平齐布置。外置浮体可通过螺栓、螺母和密封垫圈固定在主箱体上，主箱体作为AUV等小型波浪能航行器结构一部分，可为圆柱体或者其它对称形状。水翼轴沿主箱体轴线方向水平布置，水翼绕水翼轴旋转。外置浮体是部分密闭式，形状可为长方体状，材料选用航空铝材。
进一步地，在每根水翼轴的两端分别设置1个卷簧5，每根水翼轴上的2个卷簧的顺、逆时针方向相反，每个卷簧的内钩固定在水翼轴上，外钩固定在外置浮体上。卷簧的扭矩调整为使水翼在静水中可与水面自然平齐。
进一步地，在联轴器与发电机之间设置增速齿轮箱8。当海洋波浪力冲击水翼时，水翼随着波浪的上下起伏运动带动水翼轴转动，从而使海洋波浪能转化为水翼轴的旋转机械能，水翼轴通过联轴器、增速齿轮箱带动发电机运转，从而使旋转机械能转化为电能。水翼轴上装有顺、逆时针两个方向的卷簧使水翼快速复位水平位置，形成振动发电装置。
本发明实施例中，进一步地，水翼采用翼形框架结构，翼形框架结构的内部填充浮体材料。例如选取泡沫作为浮体材料，翼形框架结构的上、下面可用与翼形框架结构的形状相同、材质相同的薄盖板压紧。水翼轴与水翼之间的连接采用可拆卸方式。
进一步地，外置浮体包括依次设置的开放式腔室201、第一密闭式腔室202和第二密闭式腔室203，水翼轴、卷簧、轴承组件设置在开放式腔室中，水翼轴的一端伸入与开放式腔室相邻的第一密闭式腔室中，与第一密闭式腔室内设置的联轴器的一端相连，发电机设置在第二密闭式腔室内。如果设置了增速齿轮箱8，则增速齿轮箱8和发电机9均固定在第二密闭式腔室203内，增速齿轮箱8和发电机9可采用一体式设计。第一密闭式腔室202和第二密闭式腔室203采用压盖、密封垫圈和螺钉把紧密封。第二密闭式腔室203内左侧4个孔为盲孔，为固定一体式增速齿轮箱8和发电机9所用，中间2个对称孔为将外置浮体2用螺栓密封固定在主箱体1外侧所用，右侧中心线上孔为贯穿密封孔，为防水密封线缆进主箱体1入口。
本发明实施例中，进一步地，水翼轴伸入第一密闭式腔室的连接处设有水密封装置。通过在主箱体和外置浮体的固定接触面上打贯穿密封孔，将发电机的连接电缆引入主箱体内，供其它装置转换、存储或使用。
当浪峰冲击水翼时，水翼3在浮力和波浪力的作用下向上运动，带动水翼轴4的转动，从而使海洋波浪能转化为水翼轴4的旋转机械能，水翼轴4通过联轴器7、增速齿轮箱8带动发电机9运转，从而使旋转机械能转化为电能，同时，卷簧5存储了能量。浪峰过后，水翼轴两端的2个卷簧5储存的能量释放，使水翼快速复位水平位置。当浪谷冲击水翼3时，水翼3在重力的作用下随波浪向下运动，带动水翼轴4的转动，从而使海洋波浪能转化为水翼轴4的旋转机械能，水翼轴4通过联轴器7、增速齿轮箱8带动发电机9运转，从而使旋转机械能转化为电能，同时，卷簧5存储了能量。波谷过后，水翼3在浮力和卷簧5的弹力作用下，使水翼3快速复位水平位置。然后，水翼3准备迎接第二个浪峰的到来，周而复始，从而实现持续发电。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，包括主箱体、对称固定在主箱体两侧的一对外置浮体、2个水翼，每个外置浮体的外侧连接1个水翼，每个外置浮体中分别设置水翼轴、轴承组件、联轴器、发电机，水翼轴沿水平面方向，主箱体中设置蓄电池，水翼通过水翼轴连接在外置浮体上，在外置浮体内部，轴承组件将水翼轴固定在外置浮体上，水翼轴与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与发电机的转动轴连接，发电机的输出端通过线缆与蓄电池相连。
2.根据权利要求1所述的外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，在每根水翼轴的两端分别设置1个卷簧，每根水翼轴上的2个卷簧的顺、逆时针方向相反，每个卷簧的内钩固定在水翼轴上，外钩固定在外置浮体上。
3.根据权利要求1或2所述的外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，在联轴器与发电机之间设置增速齿轮箱。
4.根据权利要求1或2所述的外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，水翼采用翼形框架结构，翼形框架结构的内部填充浮体材料。
5.根据权利要求2所述的外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，外置浮体包括依次设置的开放式腔室、第一密闭式腔室和第二密闭式腔室，水翼轴、卷簧、轴承组件设置在开放式腔室中，水翼轴的一端伸入与开放式腔室相邻的第一密闭式腔室中，与第一密闭式腔室内设置的联轴器的一端相连，发电机设置在第二密闭式腔室内。
6.根据权利要求5所述的外置集成式的海洋波浪能发电水翼装置，其特征在于，水翼轴伸入第一密闭式腔室的连接处设有水密封装置。
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