CN113107750B - 潜航器海底发电充电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜航器海底发电充电站,包括结构相同的反向转动的水动力单元A结构体和水动力单元B结构体,水动力单元A结构体和水动力单元B结构体之间设置有低速交流永磁发电机,水动力单元A结构体上端通过凯夫拉缆与深海浮体连接,水动力单元B结构体下端通过凯夫拉复合输电缆与潜航器靠泊器的大口端顶部相连,潜航器靠泊器大口端外侧圆周上均布有多个高频声源阵列,潜航器靠泊器小口端为送电线圈,送电线圈外侧两端设置有机械臂,潜航器靠泊器下方设置有蓄电池仓组,蓄电池仓组前端设置有中央控制器,中央控制器上设置有低频声源换能器,蓄电池仓组设置在重力锚上。本发明结构设计合理,充电效果好,潮流能转化效率高,使用方便可靠。
Description
技术领域
本发明涉及的是发电、存储充电系统技术领域,具体涉及一种潜航器海底发电充电站。
背景技术
水下潜航器是指靠遥控或自动控制在水下航行的设备,以代替潜水员或小型载人潜艇进行深海探测、救生等水下作业。潜航器用于执行水下工程任务。目前潜航器存在深远海海底充电难的问题,因为充电系统对潮流能的利用率低,导致其充电问题出在一个瓶颈区,为了解决上述问题,本发明设计了一种潜航器海底发电充电站。
发明内容
针对现有技术上存在的不足,本发明目的是在于提供一种潜航器海底发电充电站,结构设计合理,充电效果好,潮流能转化电能效率高,使用方便可靠,实用性强。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:潜航器海底发电充电站,包括结构相同的反向转动的水动力单元A结构体和水动力单元B结构体,水动力单元A结构体和水动力单元B结构体之间设置有低速交流永磁发电机,水动力单元A结构体上端通过凯夫拉缆与深海浮体连接,水动力单元B结构体下端通过凯夫拉复合输电缆与潜航器靠泊器的大口端顶部相连,潜航器靠泊器大口端外侧圆周上均布有多个高频声源阵列,潜航器靠泊器小口端为送电线圈,送电线圈外侧两端设置有机械臂,潜航器靠泊器下方设置有蓄电池仓组,蓄电池仓组前端设置有中央控制器,中央控制器上设置有低频声源换能器,蓄电池仓组设置在重力锚上,重力锚连接锚固在海底,潜航器与潜航器靠泊器相配合;所述的机械臂夹持固定潜航器。
作为优选,所述的水动力单元A结构体包括设置在水动力叶片子轴上的ABS塑料注塑而成的a-1水动力叶片3、a-2水动力叶片和a-3水动力叶片,距离水动力叶片子轴轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱,a-1水动力叶片、a-2水动力叶片和a-3水动力叶片两两呈120°夹角,水动力叶片子轴中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴同轴心配合,发电系统主轴上端连接凯夫拉缆;水动力单元A结构体下端安装有a伞齿轮,与发电系统主轴轴同心。
作为优选,所述的水动力单元B结构体包括设置在水动力叶片子轴上的ABS塑料注塑而成的b-1水动力叶片、b-2水动力叶片和b-3水动力叶片,距离水动力叶片子轴轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱,b-1水动力叶片、b-2水动力叶片和b-3水动力叶片两两夹角呈120°,且a-1水动力叶片与b-1水动力叶片(a-2水动力叶片与b-2水动力叶片,a-3水动力叶片与b-3水动力叶片)永远处于镜像或重合状态;水动力叶片子轴中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴同轴心配合,水动力单元B结构体上端安装有b伞齿轮,与发电系统主轴轴同心;所述的a伞齿轮与b伞齿轮均与发电机动力输入齿轮相啮合,发电机动力输入齿轮安装在低速交流永磁发电机上。
作为优选,所述的水动力叶片子轴的叶片轴两边宽度比为1:2.5。
作为优选,所述的低速永磁交流发电机内部注满绝缘油。保护线圈、轴承与钕铁硼磁铁不受海水的腐蚀。
作为优选,所述的蓄电池仓组内置磷酸铁锂电池。
作为优选,所述的潜航器靠泊器为镂空式漏斗状。
本发明的发电系统位于海平面20米以下,避开水面漂浮垃圾缠绕在运动部件;减少海浪对水动力叶片的不规则扰动。发电系统在水体中呈竖直状态,水动力单元结构体A与水动力单元结构体B反向转动。水动力叶片与来自任何方向的水平流自动形成做功切面,推动水动力单元结构体伞齿轮旋转啮合发电机动力输入齿轮驱动低速永磁交流发电机旋转发电。发电系统与存储充电系统的金属构件材质都是TC4钛合金加工而成。
本发明的有益效果:本发明的结构设计合理,水动力叶片在做功区受到水平流冲击的截面是水动力叶片在非做功区受到水平流冲击截面的8倍。对潮流能的利用率高达70%。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明;
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的发电系统结构示意图;
图3为本发明的水动力单元架构示意图;
图4为本发明的水动力单元结构示意图;
图5为本发明的水动力单元A结构体与水动力单元B结构体一种做功状态示意图;
图6为本发明的水动力单元A结构体与水动力单元B结构体另一种做功状态示意图;
图7为本发明的潜航器充电状态示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
参照图1-7,本具体实施方式采用以下技术方案:潜航器海底发电充电站,包括结构相同的反向转动的水动力单元A结构体2和水动力单元B结构体8,水动力单元A结构体2和水动力单元B结构体8之间设置有低速交流永磁发电机12,水动力单元A结构体2上端通过凯夫拉缆27与深海浮体25连接,水动力单元B结构体8下端通过凯夫拉复合输电缆26与潜航器靠泊器17的大口端顶部相连,潜航器靠泊器17大口端外侧圆周上均布有多个高频声源阵列18,潜航器靠泊器17小口端为送电线圈16,送电线圈16外侧两端设置有机械臂23,潜航器靠泊器17下方设置有蓄电池仓组22,蓄电池仓组22前端设置有中央控制器20,中央控制器20上设置有低频声源换能器21,蓄电池仓组22设置在重力锚24上,重力锚24连接锚固在海底,潜航器19与潜航器靠泊器17相配合;所述的机械臂23夹持固定潜航器19。
值得注意的是,所述的水动力单元A结构体2包括设置在水动力叶片子轴9上的ABS塑料注塑而成的a-1水动力叶片3、a-2水动力叶片14和a-3水动力叶片15,距离水动力叶片子轴9轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱13,a-1水动力叶片3、a-2水动力叶片14和a-3水动力叶片15两两呈120°夹角,水动力叶片子轴9中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴1同轴心配合,发电系统主轴1上端连接凯夫拉缆27;水动力单元A结构体2下端安装有a伞齿轮4,与发电系统主轴1轴同心。
此外,所述的水动力单元B结构体8包括设置在水动力叶片子轴9上的ABS塑料注塑而成的b-1水动力叶片10、b-2水动力叶片7和b-3水动力叶片11,距离水动力叶片子轴9轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱13,b-1水动力叶片10、b-2水动力叶片7和b-3水动力叶片11两两夹角呈120°,且a-1水动力叶片3与b-1水动力叶片10(a-2水动力叶片14与b-2水动力叶片7,a-3水动力叶片15与b-3水动力叶片11)永远处于镜像或重合状态;水动力叶片子轴9中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴1同轴心配合,水动力单元B结构体8上端安装有b伞齿轮5,与发电系统主轴1轴同心;所述的a伞齿轮4与b伞齿轮5均与发电机动力输入齿轮6相啮合,发电机动力输入齿轮6安装在低速交流永磁发电机12上。
本具体实施方式中的发电系统主轴1上端用凯夫拉缆27连接深水浮体25,中间水平方向安装低速永磁交流发电机12。发电机输电电缆顺着主轴中孔延伸至下端对接凯夫拉复合输电缆26内部电缆。发电系统主轴下端通过凯夫拉复合输电缆26与重力锚24连接锚固在海底。a-1水动力叶片3材质为ABS塑料注塑而成。安装在9水动力叶片子轴上,为滑动摩擦。叶片轴两边宽度比为1:2.5,俯视横截面为低水阻流线型。水动力单元A结构体中的三个水动力叶片只能自由逆时针单项旋转,顺时针旋转受到水动力叶片限位挡柱13的阻挡停止转动,与水平流形成做功切面。水动力单元B结构体中的三个水动力叶片只能自由顺时针单项旋转,逆时针旋转受到水动力叶片限位挡柱13的阻挡停止转动,与水平流形成做功切面。b-2水动力叶片7、b-1水动力叶片10、b-3水动力叶片11、a-2水动力叶片14、a-3水动力叶片15的材质、规格参数和安装方式与a-水动力叶片31一致。
本具体实施方式的低速永磁交流发电机12内部注满绝缘油。保护线圈、轴承与钕铁硼磁铁不受海水的腐蚀。水动力叶片限位挡柱13阻挡水动力叶片转动,与水平流形成做功切面。送电线圈16为潜航器19进行无线充电。潜航器靠泊器17如同一个镂空漏斗。潜航器19由大口进入靠泊充电,充电完成由小口驶出。高频声源阵列18发出(600khz)声波,潜航器19的声纳可以精准定位到潜航器靠泊器17大口位置,顺利进入。
本具体实施方式的中央控制器监听到潜航器19发出的请求充电信号,开始发出低频声波,让潜航器19确定海底充电站的方位与距离。当潜航器19接近海底充电站,中央控制器20启动高频声源阵列18发出(600khz)声波。潜航器19的声纳可以精准定位到潜航器靠泊器17大口位置,顺利进入。当潜航器19进入潜航器靠泊器17,中央控制器20操控机械手臂23抱拢潜航器19横向移动,使潜航器19的受电线圈与送电线圈16重合进行充电。中央控制器20时刻监控蓄电池仓组22内磷酸铁锂电池的存储状态进行充电与断电,保证磷酸铁锂电池不过充过放电。低频声源换能器21发出和接收(75khz)声波。
本具体实施方式水动力叶片在推动水动力单元结构体转动过程中与水平流的切面不断变化。水动力叶片呈镜像状态的其中两组在水动力单元结构体与水平流向共线的中心线两侧5°~175°之间产生推力推动水动力单元结构体伞齿轮旋转啮合发电机动力输入齿轮驱动低速永磁交流发电机旋转发电形成做功区。水动力叶片在0°~4°和176°~180°只能在水动力单元A结构体、水动力单元B结构体推动下运动。水动力叶片呈镜像状态的一组在水动力单元A结构体、水动力单元B结构体推动下以最小阻力面迎合水平流逆流运动形成非做功区。水动力叶片在做功区受到水平流冲击的截面是水动力叶片在非做功区受到水平流冲击截面的8倍。对潮流能的利用率高达70%。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.潜航器海底发电充电站,其特征在于,包括结构相同的反向转动的水动力单元A结构体(2)和水动力单元B结构体(8),水动力单元A结构体(2)和水动力单元B结构体(8)之间设置有低速交流永磁发电机(12),水动力单元A结构体(2)上端通过凯夫拉缆(27)与深海浮体(25)连接,水动力单元B结构体(8)下端通过凯夫拉复合输电缆(26)与潜航器靠泊器(17)的大口端顶部相连,潜航器靠泊器(17)大口端外侧圆周上均布有多个高频声源阵列(18),潜航器靠泊器(17)小口端为送电线圈(16),送电线圈(16)外侧两端设置有机械臂(23),潜航器靠泊器(17)下方设置有蓄电池仓组(22),蓄电池仓组(22)前端设置有中央控制器(20),中央控制器(20)上设置有低频声源换能器(21),蓄电池仓组(22)设置在重力锚(24)上,重力锚(24)连接锚固在海底,潜航器(19)与潜航器靠泊器(17)相配合;所述的机械臂(23)夹持固定潜航器(19);
所述的水动力单元A结构体(2)包括设置在水动力叶片子轴(9)上的ABS塑料注塑而成的a-1水动力叶片(3)、a-2水动力叶片(14)和a-3水动力叶片(15),距离水动力叶片子轴(9)轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱(13),a-1水动力叶片(3)、a-2水动力叶片(14)和a-3水动力叶片(15)两两呈120°夹角,水动力叶片子轴(9)中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴(1)同轴心配合,发电系统主轴(1)上端连接凯夫拉缆(27);水动力单元A结构体(2)下端安装有a伞齿轮(4),与发电系统主轴(1)轴同心;
所述的水动力单元B结构体(8)包括设置在水动力叶片子轴(9)上的ABS塑料注塑而成的b-1水动力叶片(10)、b-2水动力叶片(7)和b-3水动力叶片(11),距离水动力叶片子轴(9)轴心25cm处安装有水动力叶片限位挡柱(13),b-1水动力叶片(10)、b-2水动力叶片(7)和b-3水动力叶片(11)两两夹角呈120°,且a-1水动力叶片(3)与b-1水动力叶片(10)处于镜像或重合状态;所述的a-2水动力叶片(14)与b-2水动力叶片(7)处于镜像或重合状态,所述的a-3水动力叶片(15)与b-3水动力叶片(11)处于镜像或重合状态;水动力叶片子轴(9)中心设置有中央轴管,中央轴管两端内嵌陶瓷轴承与发电系统主轴(1)同轴心配合,水动力单元B结构体(8)上端安装有b伞齿轮(5),与发电系统主轴(1)轴同心;所述的a伞齿轮(4)与b伞齿轮(5)均与发电机动力输入齿轮(6)相啮合,发电机动力输入齿轮(6)安装在低速交流永磁发电机(12)上;
所述的水动力叶片子轴(9)的叶片轴两边宽度比为1:2.5;
所述的低速交流永磁发电机(12)内部注满绝缘油,保护线圈、轴承与钕铁硼磁铁不受海水的腐蚀;
所述的蓄电池仓组(22)内置磷酸铁锂电池;
所述的潜航器靠泊器(17)为镂空式漏斗状。
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GR01 | Patent grant | ||
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