CN114135437B - 一种水下航行器波浪能发电系统 - Google Patents

一种水下航行器波浪能发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水下航行器波浪能发电系统，包括设置在水下航行器壳体(1)内通过隔离板2隔离出的密封舱体，发电装置部分，减震缓冲结构和锚泊部分。发电装置部分包括永磁直线电机的定子3、永磁直线电机的动子(4)、下浮体(11)、可折叠密封管(9)、伸缩装置；减震缓冲结构包括顶部减震缓冲箱、至少一个底部减震缓冲箱和两个弹性橡胶垫(17)。锚泊部分包括锚泊室(13)、锚机(18)、滚筒(19)、转轴(20)、锚唇(14)、锚链(15)和锚(16)。本发明既能减少捕获的能量损耗，提高整个发电装置的效率，还可以减缓运动的波浪对装置和航行器产生的冲击振荡。

Description

一种水下航行器波浪能发电系统
技术领域
本发明属于波浪发电领域，具体涉及一种自主式水下航行器波浪能发电系统。
背景技术
自主式水下航行器(AUV)是一种综合先进的海洋航行器，在海洋任务以及海洋应用等诸多领域有着极其重要的战略意义和应用前景。然而它的电源主要是依靠自身携带的蓄电池，由于自身尺寸和蓄电池容量限制，使得航行时间不长，运动里程受限。因此研究一套可以给AUV持续供电的发电系统显得尤为重要和有实际意义。波浪能是海洋中蕴含能量非常丰富的可再生清洁能源，合理有效地利用它将对海洋的诸多领域产生益处。
目前用在水下航行器的波浪发电装置一般都是旋转发电机，带有很复杂的传动和变速机构，不仅增加了装置的复杂性和体积，而且加大了能量损耗，使得发电装置的效率较低。同时采用的这些发电装置大多都没有添加振荡缓冲的相关结构，由于波浪的运动突然产生的振荡冲击对于发电装置本身和航行器都会有一定的影响，在恶劣的海况下甚至还会直接破坏装置本身。
发明内容
本发明提供一种水下航行器波浪能发电系统，既能减少捕获的能量损耗，提高整个发电装置的效率，还可以减缓运动的波浪对装置和航行器产生的冲击振荡，实现水下航行器极大的自主续航。技术方案如下：
一种水下航行器波浪能发电系统，包括设置在水下航行器壳体1内通过隔离板2隔离出的密封舱体，发电装置部分，减震缓冲结构和锚泊部分，其特征在于，
发电装置部分包括永磁直线电机的定子3、永磁直线电机的动子4、下浮体11、可折叠密封管9、伸缩装置，永磁直线电机的定子3固定在隔离板2上，伸缩装置包含第一连接杆10和与第一连接杆活动相连的第二连接杆12，第二连接杆12的一端能够在第一连接杆10的内部伸缩，永磁直线电机的动子4与伸缩装置第一连接杆10的一端固定连接，第一连接杆10分为在航行器内的部分和伸出航行器外的部分，第一连接杆10通过可折叠密封管9实现与水下航行器壳体1之间的动态连接和密封，在第一连接杆10伸出航行器外的部分连接有下浮体11；
所述的减震缓冲结构包括顶部减震缓冲箱、至少一个底部减震缓冲箱和两个弹性橡胶垫17，两个弹性橡胶垫17分别固定在永磁直线电机的动子4的上下两个端面；顶部用来进行减震缓冲的箱体7的底面为密封舱体顶部的一部分，顶部箱体7的顶面即面向永磁直线电机的动子4的一面设置有弹性体，且在顶部箱体7内部设置有减震器5，减震器5的两端分别连接在箱体底面和顶面之间；底部箱体7分布在可折叠密封管9的外侧，底部箱体7的底面为密封舱体底面的一部分，顶面向外设置有弹性体，且在底部箱体7内部设置有减震器5，减震器5的两端分别连接在箱体7底面和顶面之间。
锚泊部分包括锚泊室13、锚机18、滚筒19、转轴20、锚唇14、锚链15和锚16，锚泊室13与第二连接杆12的另一端相连，锚泊室13是空心柱形，滚筒19和锚机18通过同轴连接置于锚泊室13中，锚泊室13的底面固定一个空心筒，空心筒下部设置有锚唇14，锚链15缠绕在滚筒19上，锚链15的终端连接锚16。
进一步地，所述的弹性体为弹簧。
进一步地，所述的空心筒为漏斗形空心筒。
本发明的有益效果如下：
1)自主式水下航行器波浪发电系统采用直驱式波浪发电，可以直接将捕获的海洋动能转化成电能，省去了中间的传动机构，减少了能量损耗，提高了整个发电装置的效率。
2)该自主式水下航行器波浪发电系统添加了缓冲机构，可以减缓由于发电装置的上下运动给航行器带来的冲击振荡。
3)该自主式水下航行器在水下运行时可以收回捕获能量的装置，减弱阻碍，让航行器更流畅无阻的进行水下任务。
4)该自主式水下航行器发电系统整体结构简单，维修成本低，使用寿命较高，从而可以实现水下航行器的自主续航。
附图说明
图1是自主式水下航行器波浪能发电装置的结构示意图；
图2是锚泊装置示意图；
图3是航行器顶部的减震箱体装置布局示意图；
图4是航行器底部的减震箱体装置布局示意图；
图5是航行器波浪发电系统整体构造侧面概图。
附图标记说明如下
1为航行器壳体，2为隔离板，3为永磁直线电机的定子，4为永磁直线电机的动子，5为减震器，6为弹簧，7为箱体，8为定位机构，9为可折叠密封管，10为第一连接杆，11为下浮体，12为第二连接杆，13为锚泊室，14为锚唇，15为锚链，16为锚，17为弹性橡胶垫，18为锚机，19为滚筒，20为转轴。
具体实施方式
下面将结合附图对前面所述的自主式水下航行器波浪能发电系统的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1、2、3、4、5所示，一种自主式水下航行器波浪能发电系统的整体构造。本装置主要包括发电装置部分，减震缓冲结构，锚泊部分；发电装置部分包括永磁直线电机的定子3、永磁直线电机的动子4、下浮体11、可折叠密封管9、伸缩装置；减震缓冲结构包括减震器5、弹簧6、箱体7、弹性橡胶垫17；锚泊部分包括锚泊室13、锚唇14、锚链15、锚16、锚机18、滚筒19、转轴20。
所述发电装置部分中永磁直线电机的定子3固定在隔离板2上，隔离板2又被固定在水下航行器壳体1内，永磁直线电机的动子4与第一连接杆10的一端固定连接，第一连接杆10分为在航行器内的部分和伸出航行器外的部分，第一连接杆10通过可折叠密封管9实现与水下航行器壳体1之间的动态连接和密封，第一连接杆10的另一端连接外形是圆盘形的下浮体11。
所述的锚泊部分中锚泊室13与第二连接杆12的另一端相连，锚泊室13是空心圆柱形，滚筒19和锚机18通过同轴连接安置于锚泊室13中，锚泊室13的底面固定安有一个漏斗形空心筒，漏斗形空心筒中较小的口是锚唇14，同时锚链15缠绕在滚筒19上，锚链15的终端连接锚16，航行器执行任务时锚16收置在锚唇14上，充电时则抛下锚16固定在海底面；
所述的减震缓冲结构由三个用来减震缓冲的箱体7和两个弹性橡胶垫17组成，两个弹性橡胶垫17分别固定在永磁直线电机动子4的上下层面，航行器顶部有一个箱体7，顶部箱体7的底面为密封舱体顶部的一部分，顶部箱体7的顶面即面向永磁直线电机的动子4的一面设置有九个弹性体，里面安置有两个减震器5，航行器底部有两个箱体7，底部箱体7的底面为密封舱体底面的一部分，顶面向外每个分别设置有3个弹性体，每个里面均安置一个减震器5，其中弹簧6和减震器5都有各自的布局。
当航行器需要储能蓄电时，会浮至水面，随着波浪的运动的而运动，同时锚泊装置会进行图2中的动作。所述发电装置中永磁直线电机可以采用双边平板型永磁直线发电机，航行器充电时，滚筒19会通过锚机18带动旋转将锚链15和锚16抛出，锚16会在海底面慢慢的下沉固定。此时通过控制电路控制第一连接杆10和第二连接杆12将下浮体11和锚泊部分进行伸展，同时利用定位机构8进行固定，因此航行器、永磁直线电机的定子3和下浮体11、永磁直线电机的动子4之间就会产生上下方向的相对运动，直线电机就会以一种相对速度运行，进而发电。
海洋波浪具有随机性，当扰动过大时，会导致永磁直线电机的运行幅度过大，对电机造成损害，所以其上下运行时必须要对装置进行保护；所述的减震缓冲结构中两个弹性橡胶垫17分别使用螺栓和螺圈固定在永磁直线电机的动子4的上下层面，箱体7的整体布局如图3、4所示，图中三角形代表弹簧6的布局，正方形代表减震器5的布局。如图1所示，当永磁直线电机的动子4行到极限位置时，弹性橡胶垫17会保护装置，减弱直接伤害，弹簧6负责缓冲电机的运动，减震器5会吸收振荡的能量，整个缓冲结构相互配合，协作运行。
当充电完毕，航行器需要执行任务时，锚机18运行，带动滚筒19旋转，将锚16和锚链15收回，并且使得锚16最终固定在锚唇14上；同时控制电路控制第一连接杆10和第二连接杆12收缩固定，使得下浮体11和锚泊室13贴近航行器的底部并停止运动，减弱其对航行器运行时造成的阻碍。

Claims (3)

1.一种水下航行器波浪能发电系统，包括设置在水下航行器壳体(1)内通过隔离板(2)隔离出的密封舱体，发电装置部分，减震缓冲结构和锚泊部分，其特征在于，
发电装置部分包括永磁直线电机的定子(3)、永磁直线电机的动子(4)、下浮体(11)、可折叠密封管(9)、伸缩装置，永磁直线电机的定子(3)固定在隔离板(2)上，伸缩装置包含第一连接杆(10)和与第一连接杆活动相连的第二连接杆(12)，第二连接杆(12)的一端能够在第一连接杆(10)的内部伸缩，永磁直线电机的动子(4)与伸缩装置第一连接杆(10)的一端固定连接，第一连接杆(10)分为在航行器内的部分和伸出航行器外的部分，第一连接杆(10)通过可折叠密封管(9)实现与水下航行器壳体(1)之间的动态连接和密封，在第一连接杆(10)伸出航行器外的部分连接有下浮体(11)；
所述的减震缓冲结构包括顶部减震缓冲箱、至少一个底部减震缓冲箱和两个弹性橡胶垫(17)，两个弹性橡胶垫(17)分别固定在永磁直线电机的动子(4)的上下两个端面；顶部用来进行减震缓冲的箱体(7)的底面为密封舱体顶部的一部分，顶部箱体(7)的顶面即面向永磁直线电机的动子(4)的一面设置有弹性体，且在顶部箱体(7)内部设置有减震器(5)，减震器(5)的两端分别连接在箱体底面和顶面之间；底部箱体(7)分布在可折叠密封管(9)的外侧，底部箱体(7)的底面为密封舱体底面的一部分，顶面向外设置有弹性体，且在底部箱体(7)内部设置有减震器(5)，减震器(5)的两端分别连接在箱体(7)底面和顶面之间;
锚泊部分包括锚泊室(13)、锚机(18)、滚筒(19)、转轴(20)、锚唇(14)、锚链(15)和锚(16)，锚泊室(13)与第二连接杆(12)的另一端相连，锚泊室(13)是空心柱形，滚筒(19)和锚机(18)通过同轴连接置于锚泊室(13)中，锚泊室(13)的底面固定一个空心筒，空心筒下部设置有锚唇(14)，锚链(15)缠绕在滚筒(19)上，锚链(15)的终端连接锚(16)。
2.根据权利要求1所述的水下航行器波浪能发电系统，其特征在于，所述的弹性体为弹簧。
3.根据权利要求1所述的水下航行器波浪能发电系统，其特征在于，所述的空心筒为漏斗形空心筒。
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