CN112160883B - 一种基于船舶多自由度运动的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于船舶多自由度运动的发电装置，该装置包括装置架、发电装置组、移动导杆架、滚动球组、连接杆组等。船舶航行时受到波浪影响会产生六个自由度运动，本发明装置可以采用滚动球捕获其中多个自由度耦合运动所产生的机械能，实现船舶航行过程中对波浪能的间接利用，解决航行船舶利用波浪能的难题。另外，本发明装置采用多层构架，可以实现采用同一装置同时对多层空间的能量回收，充分利用船舶垂向空间，减少装置所占据的面积，从而可放置更多的装置，利用船体中蕴含的更多的机械能。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种基于船舶多自由度运动的发电装置。
背景技术
船舶航行在海洋过程中，需要燃烧燃油为航行提供动力，这不仅要消耗大量的燃油，而且燃烧燃油排放的二氧化碳等废气加剧了对环境的污染。为降低船舶油耗，减小船舶排放对环境的污染，世界各国纷纷出台各种船舶节能减排的举措，国际海事组织(IMO)也对船舶的排放提出了更高的要求，因此，降低能耗和寻找新型能源成为船舶业亟待解决的问题。一些学者对太阳能、风能等清洁能源在航行船舶上应用进行了研究并取得一定的效果。而波浪能作为一种在海洋中储量丰富的可再生清洁能源，其在航行船舶上应用有着得天独厚的优势。
船舶在海洋中航行时，受波浪等因素的影响，会发生横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡六个自由度的运动，船舶的实际运动实质上就是这六个自由度运动的耦合。当船舶在风浪天中航行时，船舶的运动会更加剧烈，其蕴含的机械能会更加丰富。若是将船舶航行过程中产生的机械能回收利用起来，为船舶航行提供部分动力，将能有效的减少船舶的燃料消耗，实现船舶节能减排。
由于船舶的运动是由波浪引起的，所以对船体中蕴含机械能的利用实质上就是实现了间接对波浪能的利用，因此，一些学者对如何在航行中船舶上来间接利用波浪能进行了初期的研究，并取得了一定的效果，开发出一些航行船舶波浪能利用装置，这些装置有效的减少了船舶的能源损耗和废气排放。因此，开发航行船舶波浪能利用装置具有更大的实际意义。
此外，基于船舶运动的特点和复杂性，船舶每个自由度中都蕴含着一定的机械能，仅对一种自由度方向的机械能进行回收相对容易，而如何同时高效地回收两个或者多个自由度中蕴含的机械能，仍是个不小的难题，若要解决此问题，能量回收装置中能量捕获单元应拥有尽可能多的自由度，而拥有一定质量的球体放置在平面上，其自身拥有五个方向上的自由度，且由于球体与平面的接触面积小，平面稍有倾斜，球体就会发生滚动，所以放置在船舶平面上的球体对船舶的运动反应较为迅捷，灵敏度高，可考虑作为船舶运动中蕴含机械能的捕获装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种基于船舶多自由度运动的发电装置，用来回收船舶航行过程中所蕴含的机械能，进而转化为电能。
该装置包括：装置架、发电装置组、移动导杆架、滚动球组、连接杆组。所述装置架包括：滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C、齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ、滑轨Ⅰ、滑轨Ⅱ、滑轨Ⅲ、滑轨Ⅳ。所述发电装置组包括：导向槽Ⅰ、导向槽Ⅱ、导向槽Ⅲ、导向槽Ⅳ、发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ、发电机齿轮Ⅰ、发电机齿轮Ⅱ、发电机齿轮Ⅲ、发电机齿轮Ⅳ、滑块Ⅰ、滑块Ⅱ、滑块Ⅲ、滑块Ⅳ。所述移动导杆架包括：球套A、球套B、球套C、导杆Ⅰ、导杆Ⅱ、导杆Ⅲ、导杆Ⅳ。所述滚动球组包括：滚动球A、滚动球B、滚动球C。所述连接杆组包括：连接杆Ⅰ、连接杆Ⅱ、连接杆Ⅲ、连接杆Ⅳ。
所述装置架自上而下依次分为A层、B层、C层，其中，每层截面都为大小相同的正方形，层与层之间通过金属杆连接。装置架的A层、B层、C层依次设有滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C，所述滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C均是具有一定直径的圆形凹槽，且凹槽的底面为平面，可以形成局部空间使滚动球A、滚动球B、滚动球C自由滚动。所述装置架中层横截面正方形靠近左舷的边线设为边线Ⅰ，靠近船首的边线设为边线Ⅱ，靠近右舷的边线设为边线Ⅲ，靠近船尾的边线设为边线Ⅳ。
所述齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ固定在装置架B层外边缘上平面，齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ的形状相同，齿条Ⅰ所在的轴线与边线Ⅰ平行，齿条Ⅱ所在的轴线与边线Ⅱ平行，齿条Ⅲ所在的轴线与边线Ⅲ平行，齿条Ⅳ所在的轴线与边线Ⅳ平行，其中齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ在B层外边缘上平面形成方形框，所述滑轨Ⅰ、滑轨Ⅱ、滑轨Ⅲ、滑轨Ⅳ固定在装置架B层外边缘的下平面，与齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ依次对应。
所述发电装置组中发电机齿轮Ⅰ、发电机齿轮Ⅱ、发电机齿轮Ⅲ、发电机齿轮Ⅳ分别与齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ啮合，所述发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ分别通过传动轴与发电机齿轮Ⅰ、发电机齿轮Ⅱ、发电机齿轮Ⅲ、发电机齿轮Ⅳ相连接。
所述滑块Ⅰ、滑块Ⅱ、滑块Ⅲ、滑块Ⅳ分别固定在发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ底部，并分别与滑轨Ⅰ、滑轨Ⅱ、滑轨Ⅲ、滑轨Ⅳ相配合，在发电机齿轮Ⅰ、发电机齿轮Ⅱ、发电机齿轮Ⅲ、发电机齿轮Ⅳ分别与齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ啮合传动过程中实现沿滑轨Ⅰ、滑轨Ⅱ、滑轨Ⅲ、滑轨Ⅳ滑动。
所述导向槽Ⅰ、导向槽Ⅱ、导向槽Ⅲ、导向槽Ⅳ分别固定在发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ的顶部，其中导向槽Ⅰ、导向槽Ⅱ、导向槽Ⅲ、导向槽Ⅳ的槽口均为直径相同的圆形。
所述移动导杆架中的导杆Ⅰ、导杆Ⅱ、导杆Ⅲ、导杆Ⅳ的长度大于滚动盘B的直径，其截面直径比导向槽Ⅰ、导向槽Ⅱ、导向槽Ⅲ、导向槽Ⅳ的槽口直径略小以保证导杆Ⅰ沿导向槽Ⅰ滑动，导杆Ⅱ沿导向槽Ⅱ滑动，导杆Ⅲ沿导向槽Ⅲ滑动，导杆Ⅳ沿导向槽Ⅳ滑动。
所述滚动球组中的滚动球A、滚动球B、滚动球C均为形状相同，大小相等的圆球，分别在装置架中的滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C内滚动，其中滚动球A、滚动球B、滚动球C分别套有球套A、球套B、球套C，所述球套A、球套B、球套C皆为空心球被间距为1/3滚动球A直径的两平行平面所截得中间部分的弧形圆环，弧形圆环内部的曲率半径与滚动球A滚动球B、滚动球C的半径相等，且球套A、球套B、球套C上下截面的最外圆半径相同，可保证滚动球A、滚动球B、滚动球C在滚动过程中可以实现与球套A、球套B、球套C相对滑动，且不会从球套A、球套B、球套C中脱落。其中球套B沿周向分别刚性固定导杆Ⅰ、导杆Ⅱ、导杆Ⅲ、导杆Ⅳ。
所述连接杆Ⅰ、连接杆Ⅱ、连接杆Ⅲ、连接杆Ⅳ的中点分别与B层上的导杆Ⅰ、导杆Ⅱ、导杆Ⅲ、导杆Ⅳ刚性固定，其两端分别与A层和C层的四根导杆刚性固定。
所述装置架垂直水平面安装在船舶的空余舱室等处所，在安装时需保证装置架(1)中A层的截面正方形中的两条平行对边平行于船舶的中纵剖面，另外两条平行对边垂直于船舶的中纵剖面，不仅如此，本发明装置还需关于船舶的中纵剖面成对安装。
当船舶航行过程中发生摇摆运动时，所述装置架的滚动盘A所在的平面、滚动盘B所在的平面、滚动盘C所在的平面不再保持水平，滚动球A、滚动球B、滚动球C就会在自身重力作用下向滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C所在平面最低点的方向滚动，由于滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C的倾斜角度相同，所以滚动球A、滚动球B、滚动球C的滚动是同步进行的。滚动球A、滚动球B、滚动球C的滚动会带动球套A、球套B、球套C移动。其中球套B的移动会带动导杆Ⅰ、导杆Ⅱ、导杆Ⅲ、导杆Ⅳ移动，在导向槽Ⅰ、导向槽Ⅱ、导向槽Ⅲ、导向槽Ⅳ的作用下带动发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ移动，进而带动发电机齿轮Ⅰ、发电机齿轮Ⅱ、发电机齿轮Ⅲ、发电机齿轮Ⅳ分别与齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿条Ⅲ、齿条Ⅳ啮合，实现发电机Ⅰ、发电机Ⅱ、发电机Ⅲ、发电机Ⅳ发电。此外，当船舶发生横荡、纵荡或者艏摇运动时，即使运动幅度较小，也会使船舶产生一个加速度，进而使滚动球A、滚动球B、滚动球C相对于滚动盘A、滚动盘B、滚动盘C滚动，从而带动发电机发电。
上述装置架虽共分A层、B层、C层，但不仅仅指的是三层，其中B层为发电层，位于多层构架的中间层，B层上方可设多层与A层相同的构架，B层的下方可设多层与C层相同构架，且B层上方和下方的层数相同，将装置架中的多层构架从低到高按升序排列，依次是第1层、第2层、第3层……第n层，其中，n≥3，且n为奇数，则发电层B层为第(n+1)/2层。
本发明有益效果：
1.本发明装置采用滚动球捕获船舶航行过程中蕴含的机械能，实现船舶航行过程中对波浪能的间接利用，解决了航行船舶利用波浪能的难题，为船舶的航行提供部分动力，降低了船舶的燃料消耗量。
2.本发明装置采用多层构架，可以实现采用同一装置同时对多层空间的能量回收，充分利用船舶垂向空间，减少装置所占据的面积，从而可放置更多的装置，利用船体中蕴含的更多的机械能。
3.本发明装置不仅可以回收单一自由度运动产生的机械能，如船舶的横摇、纵摇、艏摇、横荡或纵荡，还可以回收其中两个、三个、四个甚至五个自由度耦合运动产生的机械能，这将会进一步提高波浪能的利用率，提高装置的发电效果。
附图说明
图1是本发明装置的示意图；
图2是本发明装置的三维模型；
图3是本发明装置中装置架示意图；
图4是本发明装置中齿条的示意图；
图5是本发明装置中滑轨的示意图；
图6是本发明装置中发电机齿轮与齿条啮合的示意图；
图7是本发明装置中滑块与滑轨相配合的示意图；
图8是本发明装置中发电装置的示意图；
图9是本发明装置中发电装置的三维模型；
图10是本发明装置中移动导杆架与连接杆组的示意图；
图11是本发明装置中移动导杆架与连接杆组的三维模型；
图12是本发明装置中滚动球B与球套B的三维模型；
图13是本发明装置中滚动球组与移动导杆架的三维模型；
图14是本发明装置在船舶横摇时的三维模型；
图15是本发明装置在船舶纵摇时的三维模型；
图16是本发明装置在船舶同时发生横摇和纵摇时的三维模型；
图17是本发明装置安装在船舶上的示意图；
附图中：1.装置架； 101a.滚动盘A 101b.滚动盘B； 101c.滚动盘C； 102b.齿条Ⅰ；103b.齿条Ⅱ； 104b.齿条Ⅲ； 105b.齿条Ⅳ； 106b滑轨Ⅰ； 107b.滑轨Ⅱ； 108b.滑轨Ⅲ；109b.滑轨Ⅳ； 2.发电装置组； 201b.导向槽Ⅰ； 202b.导向槽Ⅱ； 203b.导向槽Ⅲ； 204b.导向槽Ⅳ； 205b.发电机Ⅰ； 206b.发电机Ⅱ； 207b.发电机Ⅲ； 208b.发电机Ⅳ； 209b.发电机齿轮Ⅰ； 210b.发电机齿轮Ⅱ； 211b.发电机齿轮Ⅲ； 212b.发电机齿轮Ⅳ； 213b.滑块Ⅰ； 214b.滑块Ⅱ； 215b.滑块Ⅲ； 216b.滑块Ⅳ； 3.移动导杆架； 301a.球套A； 301b.球套B； 301c.球套C； 302b.导杆Ⅰ； 303b.导杆Ⅱ； 304b.导杆Ⅲ； 305b.导杆Ⅳ； 4.滚动球组；4a.滚动球A； 4b.滚动球B； 4c.滚动球C； 5.连接杆组； 501.连接杆Ⅰ； 502.连接杆Ⅱ；503.连接杆Ⅲ； 504.连接杆Ⅳ。
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，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种基于船舶多自由度运动的发电装置，如图1所示，该装置包括：装置架(1)、发电装置组(2)、移动导杆架(3)、滚动球组(4)、连接杆组(5)，其三维模型如图2所示。
如图3、图4和图5所示，所述装置架(1)包括：滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)、齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)、滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)。
所述装置架(1)自上而下依次分为A层、B层、C层，其中，每层截面都为大小相同的正方形，层与层之间通过金属杆连接。装置架(1)的A层、B层、C层依次设有滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)，所述滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)均是具有一定直径的圆形凹槽，且凹槽的底面为平面，可以形成局部空间使滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)自由滚动。
所述齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)固定在装置架(1)B层外边缘上平面，齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)的形状相同，齿条Ⅰ(102b)所在的轴线与边线Ⅰ平行，齿条Ⅱ(103b)所在的轴线与边线Ⅱ平行，齿条Ⅲ(104b)所在的轴线与边线Ⅲ平行，齿条Ⅳ(105b)所在的轴线与边线Ⅳ平行，其中齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)在B层外边缘上平面形成方形框。
所述滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)固定在装置架(1)B层外边缘的下平面，与齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)依次对应。
所述发电装置组(2)是由四个发电装置组成，其包括：导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)、发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)、发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)、滑块Ⅰ(213b)、滑块Ⅱ(214b)、滑块Ⅲ(215b)、滑块Ⅳ(216b)，如图6和图7所示。
所述发电装置组(2)中发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)分别与齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)啮合，所述发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)分别通过传动轴与发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)相连接。
所述滑块Ⅰ(213b)、滑块Ⅱ(214b)、滑块Ⅲ(215b)、滑块Ⅳ(216b)分别固定在发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)底部并分别与滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)相配合，在发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)分别与齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)啮合传动过程中实现沿滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)滑动。
所述导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)分别固定在发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)的顶部，其中导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)的槽口均为直径相同的圆形。
图8是所述发电装置组(2)其中一个发电装置的示意图，图9是该发电装置的三维模型。
所述移动导杆架(3)包括：球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)、导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)，如图10和图11所示。
所述移动导杆架(3)中的导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)的长度大于滚动盘B(101b)的直径，其截面直径比导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)的槽口直径略小以保证导杆Ⅰ(302b)沿导向槽Ⅰ(201b)滑动，导杆Ⅱ(303b)沿导向槽Ⅱ(202b)滑动，导杆Ⅲ(304b)沿导向槽Ⅲ(203b)滑动，导杆Ⅳ(305b)沿导向槽Ⅳ(204b)滑动。
如图13所示，所述滚动球组(4)包括：滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)，其中滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)是材料相同、质量相等的球体，之所以采用球体，是因为球体和平面的接触面积小，平面稍有倾斜，球体就会发生滚动，所以放置在船舶平面上的球体对船舶的运动反应较为迅捷，灵敏度高。
所述滚动球组(4)中的滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)均为形状相同，大小相等的圆球，分别在装置架(1)中的滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)内滚动，其中滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)分别套有球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)，所述球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)皆为空心球被间距为1/3滚动球A(4a)直径的两平行平面所截得中间部分的弧形圆环，弧形圆环内部的曲率半径与滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)的半径相等，且球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)上下截面的最外圆半径相同，可保证在滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)在滚动过程中可以实现与球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)相对滑动，且不会从球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)中脱落。其中，球套B(301b)与滚动球B(4b)的三维模型如图12所示。其中球套B(301b)沿周向分别刚性固定导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)。
所述连接杆组(5)包括：连接杆Ⅰ(501)、连接杆Ⅱ(502)、连接杆Ⅲ(503)、连接杆Ⅳ(504)。
所述连接杆Ⅰ(501)、连接杆Ⅱ(502)、连接杆Ⅲ(503)、连接杆Ⅳ(504)的中点分别与B层上的导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)刚性固定，其两端分别与A层和C层的四根导杆刚性固定。
当船舶正浮航行时，所述装置架(1)垂直安装在船舶的空余舱室等处所，安装时需保证装置架(1)中A层的截面正方形中的两条平行对边平行于船舶的中纵剖面，另外两条平行对边垂直于船舶的中纵剖面，不仅如此，本发明装置还需关于船舶的中纵剖面成对安装，
当船舶航行过程中发生横摇运动时，如图14所示，所述装置架(1)向船舶的左右方向发生偏转，所述滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)不再保持水平，所述滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会在自身重力作用下会向船舶的左右方向移动，从而带动球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)左右移动，所述球套B(301b)的移动会带动导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)移动，进而通过导向槽Ⅱ(202b)和导向槽Ⅳ(204b)实现发电机齿轮Ⅱ(210b)与齿条Ⅱ(103b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅳ(212b)与齿条Ⅳ(105b)啮合运动，从而带动发电机Ⅱ(206b)和发电机Ⅳ(208b)发电。
当船舶航行过程中发生纵摇运动时，如图15所示，所述装置架(1)会向船舶的前后方向发生偏转，所述滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)不再保持水平，所述滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会在自身重力作用下会向船舶的前后方向移动，从而带动球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)前后移动，所述球套B(301b)的移动会带动导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)移动，进而通过导向槽Ⅰ(201b)和导向槽Ⅲ(203b)实现发电机齿轮Ⅰ(209b)与齿条Ⅰ(102b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅲ(211b)与齿条Ⅲ(104b)啮合运动，从而带动发电机Ⅰ(205b)和发电机Ⅲ(207b)发电。
当船舶航行过程中同时发生横摇和纵摇运动时，如图16所示，所述装置架(1)中的滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)不再保持水平，所述滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会在自身重力作用下向平面最低点方向移动，从而带动球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)向平面最低点方向移动，所述球套B(301b)的移动会带动导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)移动，进而通过导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)实现发电机齿轮Ⅰ(209b)与齿条Ⅰ(102b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅱ(210b)与齿条Ⅱ(103b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅲ(211b)与齿条Ⅲ(104b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅳ(212b)与齿条Ⅳ(105b)的啮合运动，从而分别带动发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)发电。
当船舶发生横荡运动时，船舶沿左右方向上会存在一个加速度，所述滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会相对于滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)向船舶的左右方向移动，从而带动球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)左右移动，所述球套B(301b)的移动会带动导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)移动，进而通过导向槽Ⅱ(202b)和导向槽Ⅳ(204b)实现发电机齿轮Ⅱ(210b)与齿条Ⅱ(103b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅳ(212b)与齿条Ⅳ(105b)的啮合运动，带动发电机Ⅱ(206b)和发电机Ⅳ(208b)发电。
当船舶航行过程中发生纵荡运动时，由于船舶存在一个前后方向上的加速度，所以滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会相对于滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)向船舶的前后方向移动，从而带动球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)前后移动，所述球套B(301b)的移动会带动导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)移动，进而通过导向槽Ⅰ(201b)和导向槽Ⅲ(203b)实现发电机齿轮Ⅰ(209b)与齿条Ⅰ(102b)的啮合运动，发电机齿轮Ⅲ(211b)与齿条Ⅲ(104b)的啮合运动，带动发电机Ⅰ(205b)和发电机Ⅲ(207b)发电。
当船舶航行过程中发生艏摇运动时，船体会产生一个绕z轴旋转的加速度，加速度，所述滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)会相对于滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)滚动，进而带动发电机发电。
所述发明装置安装在船舶内舱室或者货舱内，安装时成对安装并且关于船舶中纵剖面对称，如图17所示。
上述发明装置的安装和实施都是在船舶正浮状态下，当船舶尾倾航行时，在开航之前需调节本发明装置中的装置架(1)，使得滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)所在的平面平行于水平面，以保证在船舶摇摆的过程中滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)能够迅速地做出反应，达到更好的捕获能量的效果。
此外，本发明装置不仅可以设为如图1所示的三层构架，还可以设为多层构架。在多层构架中B层为发电层，位于多层构架的中间层，B层上方可设多层与A层相同的构架，B层的下方可设多层与C层相同构架，且B层上方和下方的层数相同，将装置架(1)中的多层构架从低到高按升序排列，依次是第1层、第2层、第3层……第n层，其中，n≥3，且n为奇数，则发电层B层为第(n+1)/2层。本发明装置的层数可根据船舶实际的空间设置，以便达到更好的机械能回收效果。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于船舶多自由度运动的发电装置，其特征在于：该装置包括装置架(1)、发电装置组(2)、移动导杆架(3)、滚动球组(4)、连接杆组(5)，
所述装置架(1)包括滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)、齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)、滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)，
所述发电装置组(2)包括导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)、发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)、发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)、滑块Ⅰ(213b)、滑块Ⅱ(214b)、滑块Ⅲ(215b)、滑块Ⅳ(216b)，
所述移动导杆架(3)包括球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)、导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)，
所述滚动球组(4)包括滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)，
所述连接杆组(5)包括连接杆Ⅰ(501)、连接杆Ⅱ(502)、连接杆Ⅲ(503)、连接杆Ⅳ(504)，
所述装置架(1)自上而下依次分为A层、B层、C层，其中，每层截面都为大小相同的正方形，层与层之间通过金属杆连接，装置架(1)的A层、B层、C层依次设有滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)，所述滚动盘A(101a)、滚动盘B(101b)、滚动盘C(101c)均是具有一定直径的圆形凹槽，且凹槽的底面为平面，可以形成局部空间使滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)自由滚动，
所述装置架(1)中层横截面正方形靠近左舷的边线设为边线Ⅰ，靠近船首的边线设为边线Ⅱ，靠近右舷的边线设为边线Ⅲ，靠近船尾的边线设为边线Ⅳ，
所述齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)固定在装置架(1)B层外边缘上平面，齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)的形状相同，齿条Ⅰ(102b)所在的轴线与边线Ⅰ平行，齿条Ⅱ(103b)所在的轴线与边线Ⅱ平行，齿条Ⅲ(104b)所在的轴线与边线Ⅲ平行，齿条Ⅳ(105b)所在的轴线与边线Ⅳ平行，其中齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)在B层外边缘上平面形成方形框，
所述发电装置组(2)中发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)分别与齿条Ⅰ(102b)、齿条Ⅱ(103b)、齿条Ⅲ(104b)、齿条Ⅳ(105b)啮合，所述发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)分别通过传动轴与发电机齿轮Ⅰ(209b)、发电机齿轮Ⅱ(210b)、发电机齿轮Ⅲ(211b)、发电机齿轮Ⅳ(212b)相连接，
所述滚动球组(4)中滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)分别套有球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)，所述球套B(301b)沿周向分别刚性固定导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)，
所述导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)分别固定在发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)的顶部，所述移动导杆架(3)中的导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)的截面直径比导向槽Ⅰ(201b)、导向槽Ⅱ(202b)、导向槽Ⅲ(203b)、导向槽Ⅳ(204b)的槽口直径略小以保证导杆Ⅰ(302b)沿导向槽Ⅰ(201b)滑动，导杆Ⅱ(303b)沿导向槽Ⅱ(202b)滑动，导杆Ⅲ(304b)沿导向槽Ⅲ(203b)滑动，导杆Ⅳ(305b)沿导向槽Ⅳ(204b)滑动，
所述滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)固定在装置架(1)B层外边缘的下平面，所述滑块Ⅰ(213b)、滑块Ⅱ(214b)、滑块Ⅲ(215b)、滑块Ⅳ(216b)分别固定在发电机Ⅰ(205b)、发电机Ⅱ(206b)、发电机Ⅲ(207b)、发电机Ⅳ(208b)底部并分别与滑轨Ⅰ(106b)、滑轨Ⅱ(107b)、滑轨Ⅲ(108b)、滑轨Ⅳ(109b)相配合，
所述连接杆Ⅰ(501)、连接杆Ⅱ(502)、连接杆Ⅲ(503)、连接杆Ⅳ(504)的中点分别与B层上的导杆Ⅰ(302b)、导杆Ⅱ(303b)、导杆Ⅲ(304b)、导杆Ⅳ(305b)刚性固定，其两端分别与A层和C层的四根导杆刚性固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于船舶多自由度运动的发电装置，其特征在于：所述球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)皆为空心球被间距为1/3滚动球A(4a)直径的两平行平面所截得中间部分的弧形圆环，弧形圆环内部的曲率半径与滚动球A(4a)、滚动球B(4b)、滚动球C(4c)的半径相等，且球套A(301a)、球套B(301b)、球套C(301c)上下截面的最外圆半径相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于船舶多自由度运动的发电装置，其特征在于：本发明装置可设为多层构架，其中B层为发电层，位于多层构架的中间层，B层上方可设多层与A层相同的构架，B层的下方可设多层与C层相同构架，且B层上方和下方的层数相同，将装置架(1)中的多层构架从低到高按升序排列，依次是第1层、第2层、第3层……第n层，其中，n≥3，且n为奇数，则发电层B层为第(n+1)/2层。
4.根据权利要求1所述的一种基于船舶多自由度运动的发电装置，其特征在于：所述装置架(1)垂直于水平面安装在船舶的空余舱室等处所，安装时装置架(1)中A层的截面正方形中两条平行对边平行于船舶的中纵剖面，另外两条平行对边垂直于船舶的中纵剖面，不仅如此，该装置关于船舶的中纵剖面成对安装。
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