CN109736997A - 一种适用于水下无人航行器的海流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下无人航行领域，特别涉及一种用于水下无人航行器的海流发电装置。此发明是通过在水下无人航行器尾部安装一个水力发电装置来为水下无人航行器充电，海流会带动水力发电装置的叶片旋转，从而驱使发电机产生电能并储存在蓄电池中，完全满足航行器的工作需求，达到永久续航的目的。该水下无人航行器可以通过所加的水力发电装置满足远洋探测所需的电力；当水下无人航行器定点探测时，同时也可以利用水力发电装置进行充电；水力发电装置安装在航行器尾部，占据航行器内部空间很小；水力发电装置可以收缩叶片贴近航行器，使水力发电装置不影响水下无人航行器的航行及其航速。

Description

一种适用于水下无人航行器的海流发电装置

技术领域

本发明涉及一种水下无人航行器的充电系统，特别是涉及一种适用于水下无人航行器的海流发电装置。

背景技术

海洋占地球表面71％，面积广阔，蕴藏着丰富的海洋资源，但目前开发利用的程度还很低，因此探索海洋资源具有十分重要的意义。为了了解海洋资源分布，各国从20世纪50年代末相继对水下无人航行器进行了研究，并且水下无人航行器不仅可以探测海洋资源，而且还可以用于军事活动，比如情报收集、通信中继和水雷探测等方面。传统的水下无人航行器由于体积小，容量有限，造成电源系统能量有限，因而续航能力不强，不能长时间航行，若测量的目标地点过远，还需要用其它载具携带水下无人航行器至目标区域投放，十分不便。

为了解决水下无人航行器长时间航行的问题，许多专利都提出了具有建设性的方法，但它们或多或少的存在一些问题。对于专利申请号为201410450768.9，名称为“利用风能或水流能充电续航的螺旋桨”，如果利用风能充电，飞行器停泊位置，固定方法还需要解决，若是停在地面，风力很弱，发电量低，若是停在高处，风力很强，使飞行器无法固定；如果利用水流能充电，这种两叶片的螺旋桨结构的推进效果不好，同时水下发电效率很低。对于专利申请号为201710218259.7,名称为“一种用于水下航行器的流体动能收集装置”，其装置内置于水下航行器的舱体中，包括两个以上的振动舱和一个以上的水轮舱，这种装置工作时水流由一端流入，另一端流出，需要从航行器内部穿过才能满足需要，因此其占用航行器内部空间大，会影响航行器原有的内部结构。对于专利申请号为201610185853.6，名称为“一种用于小型海洋航行器的摆翼式波浪能收集装置”，对于安装这种装置的长期工作在海面以下的水下航行器，当需要充电时，航行器还需上浮到海面上才能发挥最大的作用，从而会使航行器相应的调节系统更加复杂。对于专利申请号为201610826041.5，名称为“一种基于海浪-光能互补发电的水下航行器感应充电系统”，如果水下航行器进行远距离探测时，这种充电方式需要布置大量的集洋面漂浮模块、海浪发电模块、光能发电模块、储能模块及水下非接触充电模块，这使得成本增加，并且也为其它在海面航行的船舶增加了安全隐患。对于专利申请号为201410592554.5，名称为“一种液压式的水下航行器垂直轴海流发电装置”，包括两个垂直轴海流发电装置，分别安装在航行器前段与航行器中段之间，航行器中段与航行器后段之间。这种装置将航行器分成三段，使前段、中段及后段之间的联系更加复杂，从而会影响航行器原有的内部构造，难以实现系统有机统一。每个垂直轴海流发电装置都有一套由液压油箱、柱塞泵、液压管路和旋转接头组成的液压系统，液压系统不仅占据了很多的航行器内部空间，而且液压系统一旦发生故障，将影响垂直轴海流能发电装置的发电效果及水下航行器运行性能和安全性。

发明内容

本发明的目的是在不影响水下无人航行器内部结构布局和航行性能的前提下，提供一种可以保证水下无人航行器永久续航的海流发电装置。

一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，该装置安装在水下无人航行器尾端的外侧，其特征在于，该装置包括：永磁发电机9、主轴3、垂直轴式水轮机1和叶片，永磁发电机9安装在水下无人航行器尾端的内侧，永磁发电机9通过主轴3与驱动装置相连，主轴3通过驱动装置与垂直轴式水轮机1相连，垂直轴式水轮机1上安装有叶片。

该装置还包括：转轴、拉杆、力臂和锚链，其中拉杆共有四个，力臂共有四个，垂直轴式水轮机1通过转轴与力臂一端相连，力臂另一端与叶片相连，其中拉杆与力臂通过转轴相连并与叶片相连。

所述驱动装置为直线电机4，直线电机4安装于垂直式水轮机1与主轴3之间，直线电机4通过转轴与拉杆相连。

所述驱动装置为光滑小球、液压伸缩臂、沟槽12和圆盘13，圆盘13安装于垂直式水轮机1与主轴3之间，圆盘13与垂直式水轮机1不固定，四个液压伸缩臂与主轴3并列从从航行器尾端内部伸出，液压伸缩臂与圆盘13的底部固定，圆盘13上端有一圈沟槽12，拉杆的一端是放在沟槽12内的光滑小球。

水下无人航行器采用锚泊装置，水下无人航行器前段和后段部位均安装有锚链2。

本发明的有益效果在于：

1.该水下无人航行器可以通过所加的海流发电装置满足远洋探测所需的电力；

2.当水下无人航行器定点探测时，同时也可以利用海流发电装置进行充电；

3.海流发电装置安装在航行器尾部，占据航行器内部空间很小；

4.海流发电装置可以收缩叶片贴近航行器，使海流发电装置不影响水下无人航行器的航行及其航速。

附图说明

图1为水下无人航行器的整体构造示意图。

图2为锚泊装置示意图。

图3为水下无人航行器尾端外侧的整体发电装置安装位置示意图。

图4为水下无人航行器尾端内侧的永磁发电机安装的位置示意图。

图5为整体发电装置构造示意图。

图6为另一种实施方式的发电装置构造示意图。

图7为圆盘构造示意图。

图8为小球与沟槽位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明构造如下：

一种适用于具有永久续航能力的水下无人航行器的海流发电装置方案，如图1、2、3、4和5所示，包括垂直轴式水轮机1、直线电机4、拉杆5和永磁发电机9。水下无人航行器整体构造如图1所示，其中整体发电装置安装在水下无人航行器尾端的外侧，减少了发电装置占据的航行器内部空间，不会改变航行器原有的内部结构。水下无人航行器采用的锚泊装置如图2所示，水下无人航行器通过其前段和后段部位共同抛出锚链2固定，相较于抛出单锚链方式，这种方式可使水下无人航行器的固定更加稳定。水下无人航行器整体发电装置安装在水下无人航行器尾端的外侧，如图3所示，此时垂直轴式水轮机1的叶片8呈收缩状态，直线电机4紧贴航行器尾端外表面。水下无人航行器尾端内侧有一个永磁发电机9，安装位置如图4所示。当水下无人航行器需要充电时，水下无人航行器先按照如图2的锚泊方式固定，然后整体发电装置运行至如图5所示的位置。结合图3、4和5说明，永磁发电机9通过主轴3从航行器尾端内部穿出与垂直轴式水轮机1连接，直线电机4在主轴3上做直线运动，转轴6共有12个，分别位于直线电机4上端与拉杆5的连接处，拉杆5、叶片8和力臂7的公共连接处，以及力臂7与主轴3的连接处，直线电机4通过转轴6带动拉杆5控制垂直轴式水轮机1叶片8的收缩与展开。如从图3整体发电装置的状态运行到图5整体发电装置的状态，直线电机4向远离航行器的一侧运动，会使拉杆5推动叶片8和力臂7一并运动，从而实现垂直轴式水轮机1的展开。垂直轴式水轮机1在水下无人航行器航行时呈收缩状态是为了防止航行器航行时垂直轴式水轮机1转动对航行产生影响。

工作原理：此发明是通过在水下无人航行器尾部安装一个垂直轴式水轮机来为水下无人航行器充电，锚泊装置采用双锚链方式固定好航行器后，海流会带动垂直轴式水轮机的叶片旋转，从而驱使永磁发电机旋转产生电能并储存在蓄电池中，完全满足航行器的工作需求，达到永久续航的目的。

具体实施方式1：参见图1、图2、图3、图4和图5。

水下无人航行器航行时，整体发电装置安装在水下无人航行器尾端外侧的两个螺旋桨中间位置，直线电机4紧贴航行器尾端外表面，垂直轴式水轮机1的叶片8呈收缩状态，永磁发电机9紧贴航行器尾端内侧，如图3和4所示。

水下无人航行器需要充电时，结合图2、3、4和5。首先水下无人航行器以图2的双锚链方式固定，然后直线电机4向远离航行器尾端方向运动至指定位置，在直线电机4运动过程中，会使拉杆5推动叶片8和力臂7一并运动，将垂直轴式水轮机1的叶片8展开，最后松开发电装置的电磁抱闸，开始发电。当垂直轴式水轮机1受到海流冲击时便可转动，使航行器尾端内侧的永磁发电机9旋转产生电能。在水下无人航行器充电时，也可以实现定点检测的功能。

水下无人航行器充电完毕后，按照上述相反的步骤运行即可回到初始位置。首先闭合发电装置的电磁抱闸，停止充电。然后直线电机4朝向贴近航行器尾端方向运动，会使拉杆5拉动叶片8和力臂7一并运动，将垂直轴式水轮机1的叶片8收缩。最后水下无人航行器收锚，继续航行。

具体实施方式2：参加图6、图7和图8。

发电装置的收缩与展开采用如图6所示的构造，包括光滑小球10、液压伸缩臂11、沟槽12和圆盘13，其中圆盘13与方式1中的直线电机4的位置相同，圆盘13和液压伸缩臂11与方式1中的直线电机4的作用相同。结合图6、7和8来具体说明，从航行器尾端内部伸出的液压伸缩臂11与圆盘13的底部固定，用于控制发电装置叶片8的收缩与展开。圆盘13上端有一圈沟槽12，拉杆5的一端的光滑小球10可在沟槽12内圆周运动，当垂直轴式水轮机1旋转时，圆盘13与液压伸缩臂11不会一起旋转。由于具体方式2的实施过程与具体方式1类似，下面仅简述充电时过程。

水下无人航行器需要充电时，航行器尾端伸出液压伸缩臂11带动圆盘13和拉杆5等一并运动，即垂直轴式水轮机1的叶片8展开，然后松开发电装置的电磁抱闸，开始发电。当垂直轴式水轮机1受到海流冲击便可旋转，通过主轴3带动航行器尾端内侧的永磁发电机9旋转产生电能。拉杆5也会随垂直轴式水轮机1一起旋转，但由于拉杆5的另一端是放在沟槽12内的光滑小球10，光滑小球10在沟槽12内圆周运动，不会带动圆盘13一起旋转，因此可以减少启动转矩。

Claims (5)

1.一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，水下无人航行器整体发电装置安装在水下无人航行器尾端的外侧，其特征在于，该装置包括：永磁发电机(9)、主轴(3)、垂直轴式水轮机(1)和叶片，永磁发电机(9)安装在水下无人航行器尾端的内侧，永磁发电机(9)通过主轴(3)与驱动装置相连，主轴(3)通过驱动装置与垂直轴式水轮机(1)相连，垂直轴式水轮机(1)上安装有叶片。

2.根据权利要求1所述的一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，其特征在于，该装置还包括：转轴、拉杆、力臂和锚链，其中拉杆共有四个，力臂共有四个，转轴共有12个，主轴(3)通过转轴与力臂一端相连，力臂另一端通过转轴与叶片相连，拉杆与力臂通过转轴相连并与叶片相连。

3.根据权利要求1所述的一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，其特征在于：所述驱动装置为直线电机(4)，直线电机(4)安装于主轴(3)中部，直线电机(4)通过转轴与拉杆相连。

4.根据权利要求1所述的一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，其特征在于：所述驱动装置为光滑小球、液压伸缩臂、沟槽(12)和圆盘(13)，圆盘(13)安装于主轴(3)中部，圆盘(13)与主轴(3)不固定，四个液压伸缩臂与主轴(3)并列且从航行器尾端内部伸出，液压伸缩臂与圆盘(13)的底部固定，圆盘(13)上端有一圈沟槽(12)，拉杆的一端是放在沟槽(12)内的光滑小球。

5.根据权利要求1所述的一种适用于水下无人航行器的海流发电装置，其特征在于：水下无人航行器采用锚泊装置，水下无人航行器前段和后段部位均安装有锚链(2)。