CN107344608A - 一种便捷式太阳能风帆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便捷式太阳能风帆，包括固定底座、旋转底座、桅杆、折叠支撑组件、帆面支架和帆面；所述旋转底座可旋转地安装于固定底座上，可在固定底座上沿水平平面旋转；所述桅杆有两个，所述两个桅杆互相平行设置且通过若干个横杆相互固定连接，两个桅杆的底端均铰接于旋转底座上，可在旋转底座上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；所述帆面支架固定于所述至少两个桅杆上，所述帆面固定于帆面支架上且被帆面支架撑开呈弧形，帆面上设置有柔性太阳能电池板。本发明提供的一种便捷式太阳能风帆，帆面可通过旋转底座便捷地进行360度帆向角调整，以更好地利用风能；还可通过折叠支撑组件实现帆面的90度俯仰角调整，以更好地利用太阳能。

Description

一种便捷式太阳能风帆

技术领域

本发明涉及航海工具领域，具体涉及一种便捷式太阳能风帆。

背景技术

近年来，船舶所造成的污染物和温室气体排放问题日益为人类所关注。随着能源需求压力的增大，石油资源的短缺，节约能源、探索利用能源的新方法以及寻找新能源等成为世界航运业研究的重点。

风帆为船舶提供推进力的历史已有数千年，但由于风力资源的不确定性和内燃机动力推进系统的出现，使得风帆逐渐退出航运业，仅在体育活动中才能看到其身影。

在风力分布适合的航线上，风帆助航可达到较好的节能效果，我国推广风帆助航技术其节能可达船舶耗能的9％-15％。检验风帆助航设备是否适合船舶使用的标准，优先考虑的是经济性、简洁性(简单易操作，减少运动部件)、耐用性等。

随着近年来太阳能产业的发展，将风帆与太阳能光伏组件相结合，为船舶提供清洁、环保的能源，成为了新的发展趋势。但是，现有的太阳能风帆，要么为了满足风帆的机动性而牺牲了太阳能组件的效率，要么为了提高太阳能组件的效率而牺牲了风帆的机动性。

发明内容

有鉴于此，有必要针对现有技术中存在的问题，提供一种便捷式太阳能风帆，实现风帆和太阳能组件的有机结合，兼顾风帆的机动性和太阳能组件的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种便捷式太阳能风帆，包括固定底座、旋转底座、桅杆、折叠支撑组件、帆面支架和帆面；

所述旋转底座可旋转地安装于固定底座上，可在固定底座上沿水平平面旋转；

所述桅杆有两个，所述两个桅杆互相平行设置且通过若干个横杆相互固定连接，两个桅杆的底端均铰接于旋转底座上，可在旋转底座上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；

所述折叠支撑组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的一端铰接于旋转底座上，另一端与第二支撑杆的一端铰接，第二支撑杆的另一端铰接于两个桅杆之间的横杆上；第一支撑杆和第二支撑杆的铰接节点处设置有铰接固定件，用于将第一支撑杆和第二支撑杆的铰接节点固定；

当旋转底座在固定底座上沿水平平面旋转时，设置于旋转底座上的桅杆和折叠支撑组件也随旋转底座一起旋转；

当第一支撑杆和第二支撑杆围绕铰接节点处相对转动，两者的夹角改变时，两个桅杆也在旋转底座上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；通过铰接固定件将第一支撑杆和第二支撑杆相互固定，进而固定两者的夹角时，两个桅杆的俯仰角也随之固定；

所述帆面支架固定于所述至少两个桅杆上，所述帆面固定于帆面支架上且被帆面支架撑开呈弧形，帆面上设置有柔性太阳能电池板；所述帆面的俯仰角随桅杆改变。

进一步地，还包括旋转固定组件，所述旋转固定组件固定安装于固定底座上，且与旋转底座可拆卸连接，用于固定旋转底座与固定底座的相对旋转角度。

进一步地，所述旋转底座通过轴承旋转安装于固定底座上。

进一步地，所述旋转底座呈圆盘状，旋转底座的圆弧形外侧面设有多个销钉孔；

所述旋转固定组件包括固定座和销钉，所述固定座固定连接于固定底座上，固定座上设有螺纹通孔，所述销钉螺纹连接于螺纹通孔内，且销钉的一端贯穿螺纹通孔后插入到旋转底座的销钉孔中；

通过销钉插入到不同的销钉孔中，以调整旋转底座与固定底座的相对旋转角度，实现帆面朝向角度的变化。

进一步地，所述旋转固定组件有多个。

进一步地，所述第一支撑杆与旋转底座的铰接节点以及两个桅杆与旋转底座的铰接节点呈等腰三角形；所述第二支撑杆与横杆的铰接节点位于两个桅杆的中点处。

进一步地，所述铰接固定件为穿过铰接节点的螺栓或紧固旋钮。

进一步地，旋转底座的圆弧形外侧面设有20个销钉孔，每相邻两个销钉孔之间间隔18°。

进一步地，第一支撑杆和第二支撑杆的长度符合以下要求：

其中，L₁为第一支撑杆的长度，L₂为第二支撑杆的长度，a为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第二支撑杆与桅杆的铰接节点的距离，b为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第一支撑杆与旋转底座的铰接节点的距离。

本发明提供的一种便捷式太阳能风帆，能更好地利用船舶航行环境中的太阳能和风能为其提供推进动力，其结构简单；帆面可通过旋转底座便捷地进行360度帆向角调整，以更好地利用风能；还可通过折叠支撑组件实现帆面的90度俯仰角调整，以更好地利用太阳能；本发明可应用在小型船舶上，无需液压设备，方便手动便捷操作。

附图说明

图1是本发明提供的一种便捷式太阳能风帆的整体结构示意图。

图2是本发明提供的一种便捷式太阳能风帆的侧面结构示意图。

图3是本发明提供的一种便捷式太阳能风帆的部件长度示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供了一种便捷式太阳能风帆，帆面结构为矩形圆弧翼帆，用两根桅杆及帆面支架支撑，在帆面的迎风面布置有柔性太阳能电池板。该装置能更好地利用船舶航行环境中的太阳能和风能为其提供推进动力，其结构简单；帆面可通过旋转底座便捷地进行360度帆向角调整，以更好地利用风能；还可通过折叠支撑组件实现帆面的90度俯仰角调整，以更好地利用太阳能；本发明可应用在小型船舶上，无需液压设备，方便手动便捷操作。

具体地，如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种便捷式太阳能风帆包括固定底座1、旋转底座2、桅杆3、折叠支撑组件、帆面支架5和帆面6；

所述旋转底座2可旋转地安装于固定底座1上，可在固定底座1上沿水平平面旋转；在本实施例中，所述旋转底座2通过轴承旋转安装于固定底座1上，可实现360°水平旋转。

所述桅杆3有两个，所述两个桅杆3互相平行设置且通过若干个横杆30相互固定连接，两个桅杆3的底端均铰接于旋转底座2上，可随旋转底座2完成360°水平旋转，也可在旋转底座2上沿竖直平面摆动以改变俯仰角。本发明采用的双桅杆结构能够加强对帆面的支撑，使其更加牢固，而两个桅杆3之间的多个横杆30则可以有效保证两个桅杆3同时动作，避免在桅杆3摆动过程中导致帆面6变形。

所述折叠支撑组件包括第一支撑杆41和第二支撑杆42，所述第一支撑杆41的一端铰接于旋转底座2上，另一端与第二支撑杆42的一端铰接，第二支撑杆42的另一端铰接于两个桅杆3之间的横杆30上；第一支撑杆41和第二支撑杆42的铰接节点处设置有铰接固定件40，用于将第一支撑杆41和第二支撑杆42的铰接节点固定。

当旋转底座2在固定底座1上沿水平平面旋转时，设置于旋转底座2上的桅杆3和折叠支撑组件也随旋转底座2一起旋转；

当第一支撑杆41和第二支撑杆42围绕铰接节点处相对转动，两者的夹角改变时，两个桅杆3也在旋转底座2上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；通过铰接固定件40将第一支撑杆41和第二支撑杆42相互固定，进而固定两者的夹角时，两个桅杆3的俯仰角也随之固定。

在本发明实施例中，所述铰接固定件40为穿过铰接节点的螺栓或紧固旋钮。同时，作为改进，所述第二支撑杆42与横杆30的铰接节点处也可设置铰接固定件40，以增强桅杆俯仰角度固定的稳固性。相应地，额外增加的铰接固定件40会使桅杆3的固定操作变得更加繁琐；因此，在获得足够的稳固性的前提下，可以省去第二支撑杆42与横杆30之间的铰接固定件40，以提升操作的便捷性。

所述帆面支架5固定于所述至少两个桅杆3上，所述帆面6固定于帆面支架5上且被帆面支架5撑开呈弧形，帆面6上设置有柔性太阳能电池板；所述帆面6的俯仰角随桅杆3改变。本发明中的帆面6形状采用空气动力学性能最好的圆弧型硬质帆，可更好地利用风力为船舶提供动力。

进一步地，本发明实施例提供的一种便捷式太阳能风帆还包括旋转固定组件21，所述旋转固定组件21固定安装于固定底座1上，且与旋转底座2可拆卸连接，用于固定旋转底座2与固定底座1的相对旋转角度。

具体地，所述旋转底座2呈圆盘状，旋转底座2的圆弧形外侧面设有多个销钉孔20；所述旋转固定组件21包括固定座和销钉，所述固定座固定连接于固定底座1上，固定座上设有螺纹通孔，所述销钉螺纹连接于螺纹通孔内，且销钉的一端贯穿螺纹通孔后插入到旋转底座2的销钉孔20中；通过销钉插入到不同的销钉孔20中，以调整旋转底座2与固定底座1的相对旋转角度，实现帆面6朝向角度的变化。

在本实施例中，旋转底座的圆弧形外侧面设有20个销钉孔，每相邻两个销钉孔之间间隔18°。方便调整旋转底座2使帆向角达到最佳位置后插入销钉进行固定。

作为改进，在固定底座1上也可设置多个旋转固定组件21，以增强固定底座1和旋转底座2相对固定的牢固性。相应地，旋转固定组件21数量的增加会使旋转底座2的固定操作变得更加繁琐；因此，在获得足够的稳固性的前提下，应尽量减少旋转固定组件的21数量，以提升操作的便捷性。

进一步地，所述第一支撑杆41与旋转底座2的铰接节点以及两个桅杆3与旋转底座2的铰接节点呈等腰三角形；所述第二支撑杆42与横杆30的铰接节点位于两个桅杆3的中点处。这种对称结构使得折叠支撑组件和两个桅杆3之间的相互支撑关系实现最佳平衡。

为实现帆面的90度俯仰角调整，需要对第一支撑杆和第二支撑杆的长度进行适当的限定。具体地，如图3所示，第一支撑杆和第二支撑杆的长度符合以下要求：

即：

其中，L₁为第一支撑杆的长度，L₂为第二支撑杆的长度，a为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第二支撑杆与桅杆的铰接节点的距离，b为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第一支撑杆与旋转底座的铰接节点的距离。

基于以上限定规则，当第一支撑杆41和第二支撑杆42的夹角为180°时(即第一支撑杆和第二支撑杆位于同一直线上时)，两个桅杆3刚好垂直于旋转底盘2所在平面，此时，帆面与水平面的夹角为90°。当第一支撑杆41和第二支撑杆42的夹角接近0°时，两个桅杆3也接近于平行旋转底盘2所在平面，此时，帆面与水平面的夹角也接近0°。由此实现了帆面的90度俯仰角调整。

本发明在使用时，需将固定底座1固定于船甲板上作为基础支撑；然后通过将旋转底座2旋转到适当角度以调整最佳帆向角，调整妥当之后，可使用销钉旋入固定座并插入销钉孔20中，实现旋转底座2的固定，即帆向角的固定。

在风力分布适合的航线上，可以通过调整第一支撑杆41和第二支撑杆42之间的夹角以将帆面6调整至最佳俯仰角，以更好的利用太阳能；调整完毕后，通过拧紧铰接固定件40将第一支撑杆41和第二支撑杆42相对固定，此时，两个桅杆3受限于第一支撑杆41和第二支撑杆42，也无法进行任何动作，确保了帆面6俯仰角的稳定性。当风力资源不理想而光照充足时，又可以松开铰接固定件40以使第一支撑杆41和第二支撑杆42能够再次转动，此时，两个桅杆3又可以带动帆面6摆动以调整俯仰角；通过调整第一支撑杆41和第二支撑杆42之间的夹角以将帆面6调整至与阳光垂直，实现光照资源的最大化利用，同时减少风的不利影响；调整完毕后，又再次拧紧铰接固定件40将第一支撑杆41和第二支撑杆42相对固定。此时，通过帆面6上固定的同等面积的柔性太阳能电池板，可以采集太阳辐射能，进而转换为电能；经控制器处理后，输送至蓄电池储存，以便风能不便利用时为小型船舶的电动推进器提供动力，以及供给船上其他用电等。

本发明利用固定底座1和旋转底座2之间的旋转结构调整帆向角，在船舶甲板上仅需要能与固定底座1面积等同的甲板即可固定于船上，对船的深度空间无特殊要求，可安装在较多类型的船舶之上。本发明还利用折叠支撑组件和两个桅杆3之间的铰接联动机构调整帆的俯仰角，且仅在一个铰接关节处使用一个铰接固定件40即可有效起到整体固定作用，通过简单而又巧妙的结构提高了太阳能的利用率；在无风、风力使用不便或船停泊期间，可将帆放平置于船甲板之上，既可以最大面积地利用太阳能，将能量储存；又能够减少风对船舶的不利影响。

本发明的结构简单、安装便捷、适用性强，且对于船舶甲板面积要求不高；可为小型船舶(如渔船，观光船，江河作业船等)提供辅助动力，更大程度地利用水上风能和太阳能提供混合动力，减少油耗，减少污染物排放，降低了船舶运行成本。装有本发明提供的太阳能风帆的船舶，航行时可手动便捷操作风帆的帆向角和俯仰角，无需大型液压设备和电动设备；船舶的大部分时间停泊于水上，可将风帆平放于船面，更好的利用非航行时间储存太阳能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种便捷式太阳能风帆，其特征在于，包括固定底座、旋转底座、桅杆、折叠支撑组件、帆面支架和帆面；

所述旋转底座可旋转地安装于固定底座上，可在固定底座上沿水平平面旋转；

所述桅杆有两个，所述两个桅杆互相平行设置且通过若干个横杆相互固定连接，两个桅杆的底端均铰接于旋转底座上，可在旋转底座上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；

所述折叠支撑组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的一端铰接于旋转底座上，另一端与第二支撑杆的一端铰接，第二支撑杆的另一端铰接于两个桅杆之间的横杆上；第一支撑杆和第二支撑杆的铰接节点处设置有铰接固定件，用于将第一支撑杆和第二支撑杆的铰接节点固定；

当旋转底座在固定底座上沿水平平面旋转时，设置于旋转底座上的桅杆和折叠支撑组件也随旋转底座一起旋转；

当第一支撑杆和第二支撑杆围绕铰接节点处相对转动，两者的夹角改变时，两个桅杆也在旋转底座上沿竖直平面摆动以改变俯仰角；通过铰接固定件将第一支撑杆和第二支撑杆相互固定，进而固定两者的夹角时，两个桅杆的俯仰角也随之固定；

所述帆面支架固定于所述至少两个桅杆上，所述帆面固定于帆面支架上且被帆面支架撑开呈弧形，帆面上设置有柔性太阳能电池板；所述帆面的俯仰角随桅杆改变。

2.根据权利要求1所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，还包括旋转固定组件，所述旋转固定组件固定安装于固定底座上，且与旋转底座可拆卸连接，用于固定旋转底座与固定底座的相对旋转角度。

3.根据权利要求1所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，所述旋转底座通过轴承旋转安装于固定底座上。

4.根据权利要求2所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，所述旋转底座呈圆盘状，旋转底座的圆弧形外侧面设有多个销钉孔；

所述旋转固定组件包括固定座和销钉，所述固定座固定连接于固定底座上，固定座上设有螺纹通孔，所述销钉螺纹连接于螺纹通孔内，且销钉的一端贯穿螺纹通孔后插入到旋转底座的销钉孔中；

通过销钉插入到不同的销钉孔中，以调整旋转底座与固定底座的相对旋转角度，实现帆面朝向角度的变化。

5.根据权利要求4所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，所述旋转固定组件有多个。

6.根据权利要求1所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，所述第一支撑杆与旋转底座的铰接节点以及两个桅杆与旋转底座的铰接节点呈等腰三角形；所述第二支撑杆与横杆的铰接节点位于两个桅杆的中点处。

7.根据权利要求1所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，所述铰接固定件为穿过铰接节点的螺栓或紧固旋钮。

8.根据权利要求4所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，旋转底座的圆弧形外侧面设有20个销钉孔，每相邻两个销钉孔之间间隔18°。

9.根据权利要求1所述的便捷式太阳能风帆，其特征在于，第一支撑杆和第二支撑杆的长度符合以下要求：

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其中，L₁为第一支撑杆的长度，L₂为第二支撑杆的长度，a为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第二支撑杆与桅杆的铰接节点的距离，b为桅杆与旋转底座的两铰接节点连线的中心点到第一支撑杆与旋转底座的铰接节点的距离。