CN106870267B - 一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，包括能量模块、信号收发模块和海上浮动平台模块，海上浮动平台模块包括从上往下设置的防水舱、浮力舱和配重舱，浮力舱底部连接锚链，其与配重舱之间通过圆柱管相连，信号收发模块包括无线路由器、外置天线和密封壳体，无线路由器置于密封壳体内，外置天线设于密封壳体顶部，能量模块包括一级整流单元、二级整流单元、发电机和蓄电池，一级整流单元和二级整流单元通过输入轴相连，二级整流单元与发电机通过输出轴相连，蓄电池分别通过电线与发电机及无线路由器相连，二级整流单元设于防水舱内。本发明可作为物理通信节点，实现路基网络信号向远海区域的辐射。

Description

一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台

技术领域

本发明属于海上通信装备的技术领域，尤其涉及一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台。

背景技术

随着世界船舶数量的不断增加，船舶发展日益大型化、高速化，海上交通日趋繁忙。因此，空前发展的海上无线网络通信技术，需要更先进和可靠的通信网络体系，来提供多样化的通信手段以满足用户的海上网络需求。例如，东海、南海、西沙等近海海域通信网络覆盖存在较大盲区，其原因在于海上无线通信环境不同于陆地环境，由海水运动对网络天线高度和方向带来的变化，会影响信号的覆盖区域和链路的质量。同时，天线高度的变化会改变海面反射角度，进而影响传输的路径损耗。这些效果将会降低海上环境中无线链路的稳定性。

现有的海上通信服务主要有两种方式：基于海底光缆建设的海上大型通信基站或卫星通信系统。其中，海上大型通信基站的建设、安装、运输、维护成本高昂，且受到海洋地形限制，基站难以在广阔的大海上大量布置，形成较大覆盖范围的通信网络，从而导致大量通信盲区的存在；而卫星通信系统的通信效果受天气影响较大，同时卫星资源十分有限，该系统多采用信道租赁的方式，通信成本十分高昂。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，具有广阔的开发前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，将波浪能转化为机械能，再将机械能转化为电能，提供给无线通信设备，实现路基通信信号向远海区域的辐射。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，包括能量模块、信号收发模块和海上浮动平台模块，所述海上浮动平台模块包括从上往下设置的防水舱、浮力舱和配重舱，所述浮力舱底部连接锚链，浮力舱与所述配重舱之间通过圆柱管相连，所述信号收发模块包括无线路由器、外置天线和密封壳体，所述无线路由器置于所述密封壳体内，所述外置天线设于密封壳体顶部，所述能量模块包括一级整流单元、二级整流单元、发电机和蓄电池，所述一级整流单元和二级整流单元通过输入轴相连，二级整流单元与发电机通过输出轴相连，所述蓄电池分别通过电线与发电机及无线路由器相连，二级整流单元设于所述防水舱内。

按上述方案，所述一级整流单元包括浮板、连接轴和一级整流齿轮箱，所述浮板通过连接轴与一级整流齿轮箱连接，一级整流齿轮箱包括第一箱体、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮，所述第一、第二、第三和第四锥齿轮两两啮合呈中心对称分布在第一箱体内，第一和第二锥齿轮相对称设置，第三和第四锥齿轮相对称设置，多个锥齿轮均通过一级轴向轴承和一级径向轴承定位于一级限位块内，第一和第二锥齿轮内同向设有第一和第二单向离合器，所述浮板通过所述连接轴与第四锥齿轮相连，所述输入轴一端贯穿第一箱体与第一、第二锥齿轮相连。

按上述方案，所述输入轴上间隔设有两个一级整流单元，两个浮板分设于输入轴的两侧。

按上述方案，所述二级整流单元包括第二箱体、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、第三输入锥齿轮和输出锥齿轮，所述第一、第二和第三输入锥齿轮均匀间隔分布于第二箱体内的底部，所述输入轴的另一端穿入第二箱体分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相连，输入轴均通过二级轴向轴承与二级限位块相配置定位，所述输出锥齿轮设于第二箱体内的顶部中心，分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相啮合。

按上述方案，所述无线路由器为无线mesh路由器，所述外置天线为全向双极化天线。

按上述方案，所述浮力舱的外壁上设有螺旋侧板。

按上述方案，所述圆柱管上均匀间隔设有数块垂荡阻尼板。

按上述方案，所述输入轴一端及连接轴与第一箱体的贯穿处设有骨架油封。

本发明的有益效果是：提供一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，充分利用波浪能，通过一级整流单元和二级整流单元将其高效的转化为机械能，进一步的通过发电机转化为电能，为提供给平台通信设备供电，实现能量的自供给；平台在竖直方向上的高度远远大于水平方向的宽度，且重心低于浮心，使得平台在波浪扰动下能够快速回正，该模块保证了整套系统在海洋环境中的姿态稳定性，使得平台能够适应恶劣的海洋环境，从而保证了通信的质量；信号转接模块使用以多跳网络结构为基础的无线mesh路由器，再加上外置全向双极化天线，体积小，信号覆盖范围大，能优先选择最优路径传递信号。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的能量模块的结构示意图。

图3为本发明一个实施例的信号收发模块的结构示意图。

图4为本发明一个实施例的海上浮动平台模块的结构示意图。

图5为本发明一个实施例的一级整流单元的结构示意图。

图6为本发明一个实施例的二级整流单元的结构示意图。

其中：1-信号收发模块，2-能量模块，3-海上浮动平台模块，4-输入轴，5-骨架油封，6-浮板，7-连接轴，8-一级整流齿轮箱，9-第一箱体，10-第一锥齿轮，11-第二锥齿轮，12-第三锥齿轮，13-第四锥齿轮，14-一级轴向轴承，15-一级径向轴承，16-一级限位块，17-第一单向离合器，18-第二单向离合器，19-第二箱体，20-第一输入锥齿轮，21-第二输入锥齿轮，22-第三输入锥齿轮，23-输出锥齿轮，24-二级轴向轴承，25-二级限位块，26--外置天线，27-密封壳体，28-防水舱，29-螺旋侧板，30-圆柱管，31-垂荡阻尼板，32-浮力舱，33-锚链，34-配重舱，35-输出轴。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。

如图1-4所示，一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，包括能量模块2、信号收发模块1和海上浮动平台模块3，海上浮动平台模块包括从上往下设置的防水舱28、浮力舱32和配重舱34，浮力舱底部连接锚链33，浮力舱与配重舱之间通过圆柱管30相连，浮力舱的外壁上设有螺旋侧板29，圆柱管上均匀间隔设有数块垂荡阻尼板31，垂荡阻尼板增加了垂荡阻尼，垂荡运动减小显著，螺旋侧板起到导流作用，减少涡激效应对装置稳定性的影响。

信号收发模块包括无线路由器、外置天线26和密封壳体27，无线路由器置于密封壳体内，外置天线设于密封壳体顶部，无线路由器为无线mesh路由器，外置天线为全向双极化天线，无线mesh路由器其网络结构基础为多跳网络，主要功能是将陆基信号通过无线mesh路由器辐射到海面，能优先选择最优路径传递信号，合理分配信道，使网络的利用率达到最高，无线mesh路由器本身就有内置天线，再加上外置天线的增益作用，信号的辐射范围大。而内置天线与外置天线均为全向双极化天线，在海面的覆盖范围为360°全向覆盖，接收、发射信号由同一根天线完成，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。

能量模块包括一级整流单元、二级整流单元、发电机和蓄电池，一级整流单元和二级整流单元通过输入轴4相连，二级整流单元与发电机通过输出轴35相连，蓄电池分别通过电线与发电机及无线路由器相连，二级整流单元设于防水舱内。

如图5所示，一级整流单元包括浮板6、连接轴7和一级整流齿轮箱8，浮板通过连接轴与一级整流齿轮箱连接，一级整流齿轮箱包括第一箱体9、第一锥齿轮10、第二锥齿轮11、第三锥齿轮12、第四锥齿轮13，第一、第二、第三和第四锥齿轮两两啮合呈中心对称分布在第一箱体内，第一和第二锥齿轮相对称设置，第三和第四锥齿轮相对称设置，多个锥齿轮均通过一级轴向轴承14和一级径向轴承15定位于一级限位块16内，第一和第二锥齿轮内同向设有第一单向离合器17和第二单向离合器18，浮板通过连接轴与第四锥齿轮相连，输入轴一端贯穿第一箱体与第一、第二锥齿轮相连，输入轴一端及连接轴与第一箱体的贯穿处设有骨架油封5，输入轴上间隔设有两个一级整流单元，两个浮板分设于输入轴的两侧。

如图6所示，二级整流单元包括第二箱体19、第一输入锥齿轮20、第二输入锥齿轮21、第三输入锥齿轮22和输出锥齿轮23，第一、第二和第三输入锥齿轮均匀间隔分布于第二箱体内的底部，输入轴的另一端穿入第二箱体分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相连，输入轴均通过二级轴向轴承24与二级限位块25相配置定位，输出锥齿轮设于第二箱体内的顶部中心，分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相啮合。

当浮板捕获波浪能量绕连接轴转动时，连接轴带动第四锥齿轮转动，若第四锥齿轮顺时针转动时，第一单向离合器锁止，第二单向离合器打滑，此时由第一锥齿轮驱动输入轴顺时针旋转；若第四锥齿轮逆时针转动时，第二单向离合器锁止，第一单向离合器打滑，此时由第二锥齿轮驱动输入轴顺时针旋转，因此浮板绕连接轴无论是顺时针还是逆时针转动时，输入轴都只作单向转动。

当浮板捕获波浪能量通过连接轴带动一级整流齿轮箱绕输入轴转动时，若一级整流齿轮箱随浮板绕输入轴顺时针转动时，第一单向离合器和第二单向离合器同时锁止，此时由第一锥齿轮和第二锥齿轮同时驱动输入轴顺时针旋转；若一级整流齿轮箱随浮板绕输入轴轴逆时针转动时，第一单向离合器和第二单向离合器同时打滑，从而不能驱动输入轴旋转，因此浮板带动一级整流齿轮箱绕输入轴无论是顺时针还逆时针转动，输入轴都只作单向转动。

经以上述的浮板所做的两个自由度的转动经具有机械整流桥特征的一级整流齿轮箱进行机械整流之后，输入轴都只作单向转动。

当浮板俘获海浪能量经过一级整流单元整流后，带动输入轴单方向转动，由于输入锥齿轮与输出锥齿轮啮合，将会带动输出锥齿轮转动，进而带动输出轴转动。若第一输入锥齿轮的转速大于第二输入锥齿轮、第三输入锥齿轮的转速，则第一输入锥齿轮可以与输出锥齿轮啮合进行力的传递，第二输入锥齿轮和第三输入锥齿轮由于单向离合器的布置便会打滑，此即当三个输入锥齿轮的中的一个输入锥的转速大于另外的两个输入锥齿轮的转速时，则较慢速的输入锥齿轮上的单向离合器将会打滑，将不能驱动输出轴转动。

经过上述的二级整流单元进行机械整流之后，输出轴将会以三输入轴的最大速度作为能量输入进行单向转动，并将输出的转速匹配到发电机的高效工作区间，可以稳定的驱动发电机利用电磁感应发电，经过充放电电路后能量储存于蓄电池中，用于信号收发模块中网络通信设备的供电。

当装置进入水中后，在海水的激励下装置在垂直方向上运动时，垂荡阻尼板提供较大的垂荡阻尼，使得平台在垂直方向上的运动位移减小显著，螺旋侧板起到导流作用，减少涡激振动效应对平台的影响，在水平方向上横摆时，由于平台在竖直方向上的高度远小于水平方向上的宽度，且平台的重心大大低于其浮心，平台能像不倒翁一样快速回正。

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做的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，包括能量模块、信号收发模块和海上浮动平台模块，所述海上浮动平台模块包括从上往下设置的防水舱、浮力舱和配重舱，所述浮力舱底部连接锚链，浮力舱与所述配重舱之间通过圆柱管相连，所述信号收发模块包括无线路由器、外置天线和密封壳体，所述无线路由器置于所述密封壳体内，所述外置天线设于密封壳体顶部，所述能量模块包括一级整流单元、二级整流单元、发电机和蓄电池，所述一级整流单元和二级整流单元通过输入轴相连，二级整流单元与发电机通过输出轴相连，所述蓄电池分别通过电线与发电机及无线路由器相连，二级整流单元设于所述防水舱内。

2.根据权利要求1所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述一级整流单元包括浮板、连接轴和一级整流齿轮箱，所述浮板通过连接轴与一级整流齿轮箱连接，一级整流齿轮箱包括第一箱体、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮，所述第一、第二、第三和第四锥齿轮两两啮合呈中心对称分布在第一箱体内，第一和第二锥齿轮相对称设置，第三和第四锥齿轮相对称设置，多个锥齿轮均通过一级轴向轴承和一级径向轴承定位于一级限位块内，第一和第二锥齿轮内同向设有第一和第二单向离合器，所述浮板通过所述连接轴与第四锥齿轮相连，所述输入轴一端贯穿第一箱体与第一、第二锥齿轮相连。

3.根据权利要求2所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述输入轴上间隔设有两个一级整流单元，两个浮板分设于输入轴的两侧。

4.根据权利要求2或3所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述二级整流单元包括第二箱体、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、第三输入锥齿轮和输出锥齿轮，所述第一、第二和第三输入锥齿轮均匀间隔分布于第二箱体内的底部，所述输入轴的另一端穿入第二箱体分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相连，输入轴均通过二级轴向轴承与二级限位块相配置定位，所述输出锥齿轮设于第二箱体内的顶部中心，分别与第一、第二和第三输入锥齿轮相啮合。

5.根据权利要求1所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述无线路由器为无线mesh路由器，所述外置天线为全向双极化天线。

6.根据权利要求1所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述浮力舱的外壁上设有螺旋侧板。

7.根据权利要求1所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述圆柱管上均匀间隔设有数块垂荡阻尼板。

8.根据权利要求2所述的一种能量自供给海上网络通信热点浮动平台，其特征在于，所述输入轴一端及连接轴与第一箱体的贯穿处设有骨架油封。