CN111846181B - 一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，包括：船艇、安装于船艇上的至少一个陀螺惯性海浪发电装置、至少一个蓄电设备、船艇推进器、控制器；陀螺惯性海浪发电装置包括发电机以及陀螺减摇电机；控制器分别与蓄电设备、陀螺惯性海浪发电装置、船艇连接；蓄电设备分别与发电机、陀螺减摇电机、船艇推进器电连接；控制器用于调控船艇推进器、陀螺减摇电机的用电量。本发明通过将陀螺惯性海浪发电装置作为唯一动力源应用于无人船艇上，进一步通过控制器调控船艇上各用电设备的用电量，保证无人船艇的高效、合理的供电，为无人船舰的续航或分时段作业提供源源不断的动力，有效提高无人船艇的续航能力，实现无人船艇的无限续航。

Description

一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇

技术领域

本发明属于无人船艇领域，具体涉及一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇。

背景技术

无人船艇包括具有自主规划、自主航行、自主环境感知能力的全自主型无人船艇，以及非自主航行的遥控型无人船艇和按照内置程序航行并执行任务的半自主型无人船艇。它集船舶设计、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体，研究内容涉及自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等多方面，可根据其使用功能的不同，采用不同的模块，搭载不同的传感器及设备，具有民事用途：水文地理勘察、科研调查、环境保护、货运、和军事用途：情报收集、安防、反潜、精确打击、搜寻救助、等。

现阶段无人船艇的功能还不够成熟和完善，在续航和航速的选择上有很大的限制。大部分技术都只能维持0.5海里/小时的航速，工作航程也被限制在了20海里左右的近海范围内，现有的无人船的动力来源大部分是由蓄电池储备，因此受到了电池技术和制造成本的限制，即使使用太阳能或其他自然能源，也存在多重困难。尤其对于在远距离作业，长时间续航工作等方面都成为了无人船动力技术的瓶颈。

发明内容

本发明为了解决背景技术中所提出的技术问题，提供了一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇。

本发明的技术方案为：

一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，包括：

船艇、安装于所述船艇上的至少一个陀螺惯性海浪发电装置、至少一个蓄电设备、船艇推进器、控制器；所述陀螺惯性海浪发电装置包括发电机以及陀螺减摇电机；

所述控制器分别与所述蓄电设备、所述陀螺惯性海浪发电装置、所述船艇连接；所述蓄电设备分别与所述发电机、所述陀螺减摇电机、所述船艇推进器电连接；所述控制器用于调控所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量。

进一步优选的，所述控制器通过分别控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电时间来分别控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量；和/或所述控制器通过调控所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的功率来控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量。

进一步优选的，所述船艇上还设置一用于测量所述船艇横摇角度的角度传感器，所述角度传感器与所述控制器连接，所述控制器根据所述角度传感器测量的所述船艇横摇角度，调节所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量。

进一步优选的，当所述船艇的横摇角大于5°时，所述控制器控制降低所述船艇推进器的功率，以及提高所述陀螺减摇电机的功率，用于增大船艇减摇力矩。

进一步优选的，当所述船艇的横摇角小于5°时，所述控制器降低所述陀螺减摇电机的功率，提高所述船艇推进器的功率，用于增大船艇航行速度。

进一步优选的，所述船艇上设置多个所述蓄电设备，多个所述蓄电设备串联和/或并联形成蓄电模块，增大所述蓄电模块的电储蓄量。

进一步优选的，所述船艇上还设置有用于监测所述蓄电设备剩余电量的电量传感器，当所述电量传感器显示所述蓄电设备电量不足时，所述控制器降低所述船艇推进的功率、所述陀螺减摇电机的功率，来提高所述发电机的输出功率。

进一步优选的，所述船艇上还设置有用于监测船速的速度传感器，所述控制器根据所述速度传感器显示的船速数据来调控所述船艇推进器的功率。

进一步优选的，所述船艇上还设置有多个用电设备；多个所述用电设备分别与所述蓄电设备、所述控制器连接；所述控制器根据不同的工况分别控制多个所述用电设备的用电量。

进一步优选的，所述陀螺惯性海浪发电装置包括至少一陀螺系统；所述陀螺系统包括底座、转子、转子框架、所述陀螺减摇电机、变速子系统和所述发电机，所述底座设置在所述船艇上；所述转子框架通过框架进动轴转动设置在所述底座上；所述转子通过轴承转动设置在所述转子框架内，所述转子通过所述驱动电机的驱动在所述转子框架内旋转；所述陀螺系统随所述船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动所述转子和所述转子框架沿着所述框架进动轴进动，所述框架进动轴经所述变速子系统与所述发电机连接，将所述转子和转子框架进动的动能转化为电能。

进一步优选的，所述陀螺惯性海浪发电装置包括至少一陀螺系统；所述陀螺系统包括底座以及设置在所述底座上的转动组件、转子、转子框架、所述陀螺减摇电机、阻尼器和所述发电机，所述底座设置在所述船艇上；所述转动组件设置在所述底座上，所述转子框架通过一支撑结构设置在所述转动组件上；所述转子通过轴承转动设置在所述转子框架内；所述转子通过所述驱动电机的驱动在所述转子框架内旋转；所述陀螺系统随所述船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动所述转子、所述转子框架带动所述转动组件做平行于所述底座的进动，所述阻尼器的运动端与所述转动组件连接且随所述转动组件做平行于所述底座的进动，所述发电机与所述阻尼器连接，将所述转子和转子框架进动的动能转化为电能。

本发明提供了一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：现阶段无人船艇的动力来源大部分是由蓄电池储备，即使船艇上设置有太阳能或其他自然能源等发电装置，往往也会出现能量不足的现象，通常需要储备蓄电池、多种发电装置共同为船艇提供能量，设备繁杂，增加船艇的负重等。

1、而本发明提供的无限续航无人船艇，将陀螺惯性海浪发电装置作为唯一电量来源应用于无人船艇上，陀螺惯性海浪发电装置可将波浪能转换成电能，其所产生的电量不仅仅用于进行船艇减摇，同时还可用于为船艇上的其他设备提供能量；本发明相应的通过控制器合理的控制陀螺惯性海浪发电装置的产电量和调控船上用电设备的用电量，保证无人船艇的合理的供电，为无人船舰的续航或分时段作业提供源源不断的动力，有效提高无人船艇的续航能力，实现无人船艇的无限续航，无需另外配备其他储能设备和/或产能设备。

2、控制器还可根据不同的工况调整陀螺惯性海浪发电装置的输出功率及调控船上各个用电设备的供电，确保无人船艇动力充足，根据不同的任务对应调控用电设备的用电量，从而更加高效的完成水文地理勘、科研调查、反潜等各种任务。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明实施例中无人船艇上多种设备的电路连接示意图；

图2为本发明中第一种陀螺惯性海浪发电装置的结构示意图；

图3为本发明中第二种陀螺惯性海浪发电装置的结构示意图；

图4为本发明中第二种陀螺惯性海浪发电装置的阻尼器设置于底座上的结构俯视图。

符号说明：

1-陀螺惯性海浪发电装置；2-发电机；3-陀螺减摇电机；4-转子框架；5-框架进动轴；6-底座；7-变速子系统；8-转动组件；9-阻尼器；10-支撑结构。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

参照图1，本发明提供了一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，包括：船艇、安装于船艇上的至少一个陀螺惯性海浪发电装置1、至少一个蓄电设备、船艇推进器、控制器；陀螺惯性海浪发电装置1包括发电机2以及陀螺减摇电机3；控制器分别与蓄电设备、陀螺惯性海浪发电装置1、船艇连接；蓄电设备分别与发电机2、陀螺减摇电机3、船艇推进器电连接；控制器用于调控船艇推进器、陀螺减摇电机3的用电量。

本发明通过将陀螺惯性海浪发电装置用于无人船艇上，实现船艇减摇的同时陀螺惯性海浪发电装置还可将海浪能转换为电能，为无人船艇提供源源不断的的动力；并相应的通过控制器合理的控制陀螺惯性海浪发电装置的产电量以及合理分配陀螺惯性海浪发电装置产生的电能，即调控船上用电设备的用电量，保证无人船艇的合理的供电，为无人船舰的续航或分时段作业提供源源不断的动力，有效提高无人船艇的续航能力。

其中，陀螺惯性海浪发电装置1包括发电机2以及陀螺减摇电机3，陀螺减摇电机3用于为陀螺惯性海浪发电装置1减摇提供动力；船艇推进器为行船提供动力；蓄电设备用于储蓄发电机产生的电能，并预先储蓄电能使开始工作时陀螺减摇电机3驱动陀螺达到工作转速。

进一步的，控制器通过分别控制船艇推进器、陀螺减摇电机3的用电时间来分别控制船艇推进器5陀螺减摇电机3的用电量，例如在海况良好时可关闭陀螺减摇电机3，从而节省电能用于延长船艇推进器的工作时长或加快船艇推进器的功率，从而加快船艇航行速度；当然控制器也可以通过调控船艇推进器、陀螺减摇电机3的功率来控制船艇推进器、陀螺减摇电机3的用电量，当海况良好时，船艇摇晃较小时，控制器可降低陀螺减摇电机3的功率，从而减少陀螺减摇电机3的用电量，并提高船艇推进器的功率，实现调控增大船艇推进器的用电量，用于加快船艇航行速度。

在本实施例中，船艇上还设置一用于测量无人船艇横摇角度的角度传感器，角度传感器与控制器连接，控制器根据角度传感器测量的船艇横摇角度，调控船艇推进器、陀螺减摇电机3的用电量，当海况恶劣时，需确保船艇航行过程中的稳定安全，当海况良好时，需确保船舶的航行速度，合理的分配电量，大幅提高船艇的续航能力，且更加高效的完成工作任务。

具体的，当船艇的横摇角大于5°时，船艇摇晃角度较大，控制器相应的控制降低船艇推进器的功率，即降低船艇的速度；同时控制器控制提高陀螺减摇电机3的功率，用于增大陀螺减摇的功率，从而增大船艇的减摇力矩，减少无人船艇的摇晃，提高船艇在恶劣海况下的安全系数，保证船艇航行稳定、安全。

当船艇的横摇角小于5°时，海况良好，船艇航行稳定，减摇需求下降，从而控制器相应的降低陀螺减摇电机3的减摇功率，节省电量，并为船艇推进器提供充足的电量，提高船艇推进器的功率，加快船艇航行速度，或用于其他仪器的工作，提高船艇的工作效率。

在本实施例中，船艇上还可以设置多个蓄电设备，多个蓄电设备串联和/或并联形成蓄电模块，增大蓄电模块的电储蓄量，在海况良好时用于储存更多的电量，以备海况恶劣时或遇到棘手任务时可更保证航行安全以及更高效的完成任务。

进一步的，在本实施例中，蓄电设备选用蓄电池，当然在其他实施例中，也可以选用其他蓄电设备，此处不做限制。

值得注意的是，在相同海况下，船艇速度慢且横摇角度较大时，发电机2的发电量明显增多，从而通过控制器1控制调节船艇推进5的功率、陀螺减摇电机3的功率，可调节发电机2的输出功率。通过控制调节船艇推进器的功率、陀螺减摇电机3功率、发电机2的输出功率这三个参数，实现合理控制无人船艇的用电量及发电量，从而实现船艇的无限续航以及高效的完成相应的工作任务。

进一步的，在本实施例中，优选的船艇上还设置有用于监测蓄电设备剩余电量的电量传感器，当电量传感器显示蓄电设备电量不足时，控制器降低船艇推进器的功率、陀螺减摇电机3的功率，此时发电机2的输出功率明显增加，可为蓄电设备快速补充电能。

进一步的，船艇上还设置有用于实时监测船速的速度传感器，控制器1调控降低或升高船艇推进器的功率时，实时参考速度传感器显示的速度值，防止船艇推进器的功率过低或过高导致船速过低或过高，影响船艇正常航行。

当然在其他实施例中，船艇上还可设置其他仪器仪表，用于检测海况与船艇工作的数据，从而为控制器提供数据支撑，更好的完成工作任务，其他仪器仪表的设置可根据实际情况而定，此处不做限制。

进一步的，船艇上还设置有多个用电设备；多个用电设备分别与蓄电设备、控制器连接；控制器1根据不同的工况分别控制多个用电设备的用电量。根据无人船艇的功能，所配备的多个用电设备也不尽相同，例如进行民事用途与进行军事用途的无人船艇相比，船艇上的设备各不相同，控制器1可根据无人船艇的用途合理的控制各个用电设备的用电量，以确保无人船艇高效的完成各种任务。

在本发明中，对所采用的陀螺惯性海浪发电装置1的具体结构及安装的位置不做限制，以下举例具体说明陀螺惯性海浪发电装置1在无人船艇上的应用及安装：

在本发明中，可采用如下所述的第一种陀螺惯性海浪发电装置，参阅图2，其包括至少一陀螺系统；陀螺系统包括底座6、转子、转子框架4、陀螺减摇电机3、变速子系统7和发电机2，底座6设置在船艇上；转子框架4通过框架进动轴5转动设置在底座上；转子通过轴承转动设置在转子框架4内，转子通过驱动电机的驱动在转子框架4内旋转；陀螺系统随船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动转子和转子框架4沿着转动轴5转动，转动轴5经变速子系统7与发电机2连接，将转子转动的动能转化为电能。

其中，在船艇随着波浪摇摆时，高速旋转的转子输出一个与船艇摇晃方向相反的力矩达到减摇、稳定船体的目的。在减摇的同时，陀螺系统为了维持自身的稳定，会产生一个垂直于底座6平面的摇摆运动。这部分进动摇摆的能量正是由波浪能产生的，发电机2能够收集这部分能量，以电能的形式储存于蓄电设备中，控制器进一步的将蓄电设备中的电能用于陀螺惯性海浪发电装置1中陀螺减摇电机3的驱动，一部分电能用于维持船艇上其他用电设备的供电，从而实现无人船艇的无限电力供给。

当然陀螺惯性海浪发电装置的具体结构形式也不局限于以上所述或图中所示的方式，例如也可以是如下所述的第二种陀螺惯性海浪发电装置，参阅图3、4，其包括至少一陀螺系统；陀螺系统包括底座6以及设置在底座6上的转动组件8、转子、转子框架4、陀螺减摇电机3、阻尼器9和发电机2，底座6设置在船艇上；转动组件8设置在底座6上，转子框架4通过一支撑结构10设置转动组件8上；转子通过轴承转动设置在转子框架4内；转子4通过陀螺减摇电机3的驱动在转子框架4内旋转；陀螺系统随船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动转子、转子框架4带动转动组件8做平行于底座6的进动；阻尼器9的运动端与转动组件8连接且随转动组件8做平行于底座6的往复运动，发电机2与阻尼器9连接，将转子和转子框架4进动的的动能转化为电能。

其中，在船艇随着波浪摇摆时，高速旋转的转子输出一个与船艇摇晃方向相反的力矩达到减摇、稳定船体的目的。在减摇的同时，陀螺系统为了维持自身的稳定，会产生一个平行于惯性陀螺底座6的水平摇摆，且摇摆的角度很大，所以必须通过阻尼器9来限制摆动并消耗摆动中的能量，阻尼器9将这部分转子、转子框架4的动能传递至发电机2，从而发电机2可收集这部分的能量产生电能。

各类陀螺惯性海浪发电装置的结构以及工作方式有所不同，但原理上均是将陀螺惯性海浪发电装置摆动的动能通过发电机2转化为电能，该电能用于实现船艇减摇驱动的同时，并通过控制器的调配，将电能合理的应用于船艇上的其他设备，为无人船艇提供源源不断电力供给。

当然陀螺惯性海浪发电装置的具体结构形式不局限以上所述的两种陀螺惯性海浪发电装置，也可以是其他陀螺惯性海浪发电装置。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，其特征在于，包括：

船艇、安装于所述船艇上的至少一个陀螺惯性海浪发电装置、至少一个蓄电设备、船艇推进器、控制器；所述陀螺惯性海浪发电装置包括发电机以及陀螺减摇电机；

所述控制器分别与所述蓄电设备、所述陀螺惯性海浪发电装置、所述船艇连接；所述蓄电设备分别与所述发电机、所述陀螺减摇电机、所述船艇推进器电连接；所述控制器用于调控所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量；所述控制器通过分别控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电时间来分别控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量；和/或所述控制器通过调控所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的功率来控制所述船艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量；

所述船艇上还设置一用于测量所述船艇横摇角度的角度传感器，所述角度传感器与所述控制器连接，所述控制器根据所述角度传感器测量的所述船艇横摇角度，调节所述船 艇推进器、所述陀螺减摇电机的用电量；当所述船艇的横摇角大于5°时，所述控制器控制降低所述船艇推进器的功率，以及提高所述陀螺减摇电机的功率，用于增大船艇减摇力矩；当所述船艇的横摇角小于5°时，所述控制器降低所述陀螺减摇电机的功率，提高所述船艇推进器的功率，用于增大船艇航行速度；

所述船艇上还设置有用于监测所述蓄电设备剩余电量的电量传感器，当所述电量传感器显示所述蓄电设备电量不足时，所述控制器降低所述船艇推进的功率、所述陀螺减摇电机的功率，来提高所述发电机的输出功率；

所述船艇上还设置有用于监测船速的速度传感器，所述控制器根据所述速度传感器显示的船速数据来调控所述船艇推进器的功率。

2.根据权利要求1所述的使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，其特征在于，所述船艇上设置多个所述蓄电设备，多个所述蓄电设备串联和/或并联形成蓄电模块，增大所述蓄电模块的电储蓄量。

3.根据权利要求1或2所述的使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，其特征在于，所述船艇上还设置有多个用电设备；多个所述用电设备分别与所述蓄电设备、所述控制器连接；所述控制器根据不同的工况分别控制多个所述用电设备的用电量。

4.根据权利要求1所述的使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，所述陀螺惯性海浪发电装置包括至少一陀螺系统；所述陀螺系统包括底座、转子、转子框架、所述陀螺减摇电机、变速子系统和所述发电机，所述底座设置在所述船艇上；所述转子框架通过框架进动轴转动设置在所述底座上；所述转子通过轴承转动设置在所述转子框架内，所述转子通过所述陀螺减摇电机的驱动在所述转子框架内旋转；所述陀螺系统随所述船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动所述转子和所述转子框架沿着所述框架进动轴进动，所述框架进动轴经所述变速子系统与所述发电机连接，将所述转子和转子框架进动的动能转化为电能。

5.根据权利要求1所述的使用陀螺惯性海浪发电装置的无人船艇，所述陀螺惯性海浪发电装置包括至少一陀螺系统；所述陀螺系统包括底座以及设置在所述底座上的转动组件、转子、转子框架、所述陀螺减摇电机、阻尼器和所述发电机，所述底座设置在所述船艇上；所述转动组件设置在所述底座上，所述转子框架通过一支撑结构设置在所述转动组件上；所述转子通过轴承转动设置在所述转子框架内；所述转子通过所述陀螺减摇电机的驱动在所述转子框架内旋转；所述陀螺系统随所述船艇摇摆产生一进动力矩，此进动力矩推动所述转子、所述转子框架带动所述转动组件做平行于所述底座的进动，所述阻尼器的运动端与所述转动组件连接且随所述转动组件做平行于所述底座的进动，所述发电机与所述阻尼器连接，将所述转子和转子框架进动的动能转化为电能。

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