JP6484387B2

JP6484387B2 - 駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置

Info

Publication number: JP6484387B2
Application number: JP2018502251A
Authority: JP
Inventors: 鵬飛徐; 金海鄭; 冠卿張
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: JP2019506321A; US20180370605A1; EP3372486B1; EP3372486A4; EP3372486A1; CN106828831B; WO2018133314A1; CN106828831A

Description

本発明は潜水装置の技術分野に属して、具体的に駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置に関する。

潜水装置は海洋開発利用の主要な技術手段の１つとして、すでに海洋ハイ・テクノロジーにとって、重要な最前線技術になった。現在、潜水装置は次々と大量に発明されて、その内に人間潜水装置人（ＨＯＶ）は、ケーブルリモート・コントロール潜水装置（ＲＯＶ）及びＡＩ機能付き潜水装置（ＡＵＶ）などを含む。これらの潜水装置から見て、ＡＵＶのような潜水装置にとって、近海底に巡航するか又は海底に待機することができるが、海底上で自由に移動することができない。海底で稼働するＲＯＶの装置にとって、給電ケーブルが必要であり、それゆえ現在の世界には海底と水中で自主的に浮遊型の潜水装置がまだ開発されていない。

従来の潜水装置はフレーム式、細長い回転体、マルチ機能付きの機体から構成される。稼働状態は水の中に浮遊することである。クローラ式と車輪駆動であるので、牽引負荷が大きくて、より嵩張り、不安定になりやすい。

本発明の目的は、従来技術の不足を克服して、水中で浮遊するだけではなく、海底にも移動したり、陸地で移動したりすることができ、設備の投下と回収が簡単になる、駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置を提供することである。

現有の技術問題を解決するために、本発明は、駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置を開示し、以下の部分を含む。外球殻、推進装置、内球殻、ローリングパワーユニット、浮力調整装置及びステアリング装置である。

内球殻は、外球殻に相対して第１軸方向に回転して外球殻の内側に配置される。前記外球殻には一の球面形の外壁があって、前記内球殻には一の球面形の内壁がある。前記内球殻は、前記外球殻に相対して第１軸方向に回転して前記外球殻の内側に配置される。前記回転動力装置は内球殻に配置され、第２軸を中心に回転して、偏心モーメントを発生させて、水中に前進又は後退するようにすることができる。前記浮力調整装置及びステアリング装置は外球殻と内球殻との間に設置され、前記浮力調整装置は潜水装置の浮上と沈下を操縦することができ、前記ステアリング装置は前記内球殻を駆動して、前記外球殻に相対して回転させることができる。前記第１軸は前記第２軸に垂直である。

更に、前記回転動力装置は以下の部分を含む。回転フレーム、回転輪、駆動モータ、コントローラとバッテリーである。前記回転フレームの相対両側にそれぞれ前記回転輪が設けられ、前記回転輪と前記球面形の内壁に接触して、前記駆動モータは片側回転輪を駆動して、それによって前記回転フレームが前記内球殻に相対して回転するようにさせる。前記コントローラが前記駆動モータに接続する。その内、前記バッテリーはそれぞれ前記コントローラと前記駆動モータに接続する。

その内、駆動モータとバッテリーは前記回転フレームに偏心方式で取り付けて、前記回転動力装置に偏心モーメントを与える。

更に、前記回転フレームは、中心フレームと弾性フレームを備え、前記回転輪はそれぞれ前記中心フレームと弾性フレームに設けられる。前記弾性フレームはスプリングによって前記中心フレームから両側の回転輪の中心線方向の弾性接続を形成し、それによって両側の回転輪が常に球面形の内壁に接触することになる。

更に、浮力の調節装置は注水排水ケーシング、吸い揚げポンプと集成バルブユニットを付けるのを含んで、水は吸い揚げポンプと前記バルブユニットにより、前記注水排水ケーシングに注入するか、又は排出することができる。

更に、注水排水ケーシングは管状のリング形という構造で製造され、前記内球殻の外周に回って設けられる。

更に、前記ステアリング装置は以下を含む。転向リングギヤ、転向モータと転向歯車である。前記転向リングギヤは前記内球殻の外壁に設けられ、前記転向モータは前記外球殻の内壁に設けられ、前記転向歯車は前記転向モータの回転軸に設けられて、前記転向リングギヤに噛み合う。

更に、前記外球殻はその直径方向の両端でそれぞれその外壁に突き出る取り付け部があって、前記推進装置はそれぞれすべての取り付け部に設けられる。

更に、すべての取り付け部に２つの推進装置が設けられ、同一の取り付け部に設けられる推進装置は垂線方向で対称的に配置する。互いに９０°角になる。

更に、すべての取り付け部に１つの推進装置が設けられ、前記推進装置は取り付け部に設けられて、±９０°で回転することができる。

更に、前記外球殻の外壁に、水中運動の摩擦を強化するために、凸凹構造が分布する。

本発明のメリットは下記の通りである。水中に浮かべたり、水底に移動したりするだけでなく、陸上で自由に移動することができるので、設備の投下と回収は簡単になる。

図１は本発明の実施形態の構造図である。図２は図１に表示された実施形態の立面図である。図３は図１に表示された実施形態の構造正面図である。図４は図１に表示された実施形態の構造側面図である。図５は図１に表示された実施形態の回転動力装置の構造立体図である。図６は図１に表示された実施形態の動力装置の構造正面図である。図７は図１に表示された実施形態の動力装置の構造側面図である。図８は図１に表示された実施形態の動力装置の稼働原理の概略図である。図９は図１に表示された実施形態のステアリング装置の構造俯瞰図である。図１０は本発明の推進装置構造の正面図である。図１１は図１０に表示された実施形態の推進装置構造の正面図である。

次に図面を参照して本発明に対して更に説明を行う。以下の実施形態は発明技術方案を説明するものであり、本発明の保護の範囲を制限するものではない。

（実施形態１）
図１〜９に表示される内容のように、駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置は、以下を含む。外球殻の１、推進装置２、内球殻４、回転駆動動力装置、浮力調節装置とステアリング装置である。

具体的に、水の底部又は陸地の移動性を強化するために、外球殻１は球形の殻で、その内壁と外壁は球面で、その外壁で分凸構造１．２又はタイヤのグルーブ筋模様の構造が分布している。

内球殻４が外球殻１にしっかり固定されるだけではなく、回転動力装置が偏心モーメントを発生させるために、内球殻４も球形の殻であり、その内壁と外壁は皆球面である。内球殻４は支持フレーム３と同心方式で外球殻１の内部に設けられ、そして外球殻１に相対して第１軸の周りを回転することができる。回転動力装置は内球殻４の内部に設けられ、浮力調節装置とステアリング装置は外球殻１と内球殻４との間に設けられる。

偏心モーメントを発生させる回転動力装置は下記の構造を含む。回転動力装置は以下を含む。回転フレーム、回転輪５、駆動モータ７、コントローラとバッテリーである。回転フレームの相対的な両側に、それぞれ回転輪５が設けられ、回転輪５と内球殻４の内壁には回転接触構造が形成され、駆動モータ７は片側の回転輪５を駆動して、それによって、回転ワークを内球殻４に相対して、第２軸の周りを回る。コントローラはと駆動モータ７は正回転と反転を実現することができ、バッテリーはコントローラと駆動モータに給電する。その内、駆動モータ７とバッテリーは、回転動力装置の大部分の質量を占めたため、偏心的に回転フレームに設けられるので、回転フレームが回転するときに、偏心モーメントを発生させることができる。

図８に表示された内容により、内球殻４と外球殻１は１つの完全な球体とみなして、球体には当該球体を支える作用点と、支持点が構成され、駆動モータ７とバッテリーを振り子にみなして、重力効果の下で、振り子は球体の底部に位置して、駆動モータ７が稼働する時に、当該振り子が球体に相対して回転する時に、振り子の重さと支持点からモーメントが発生し、当該モーメントは球体を駆動して逆方向に回して、それから振り子は開始位置に戻る。球体の回転過程に、この球体を支える球面の摩擦力は同時に球体を駆動して前進し、当該過程を繰り返して、球体は連続的に回転前進することができる。

回転輪５が回転過程において常に内球殻４の内壁に接触するために、回転フレームは可動的な２部分に分けて、１つの部分は中心フレーム８に分けて、もう１つの部分は弾性フレーム９に分けて、中心支柱８に２つの回転輪５が設けられ、弾性支持フレーム９の上にも２つの回転輪５が設けられ、中心支柱８に設けられる２つの回転輪５は１つの駆動モータ７に駆動される。弾性支持フレーム９はスプリング１０と中心支柱８を通じて構成して両側回転輪５センターラインの方向弾性接続を構成し、スプリング１０の作用で弾性支持フレーム９は中心支柱８に相対して、外面へ運動する傾向があって、それによって両側回転輪５は常に内球殻４の内壁と接触する。

浮力調節装置の稼働方式は下記の通りである。浮力調節装置は以下を含む。注水排水ケーシング、吸い揚げポンプと集成バルブユニットである。吸い揚げポンプは単方向ポンプを利用して、水は吸い揚げポンプとバルブユニットにより、注水排水ケーシングに注入するか、又は排水する。注水排水ケーシングは管状のリング形という構造で製造され、前記内球殻の外周に回って設けられる。このように水の重さが平均的に分布されるだけではなく、それによって偏心モーメントに対して影響を与えることができる。

単方向ポンプがオンにした後に、水の圧力を活かして、水を自動的に注水排水ケーシングに吸い込んで、潜水装置の重さは増加して、自身の浮力を上回って、水の底部まで沈下して、この時、動力装置を通じて海底の移動を実現する。一部の水が注水排水ケーシングから排出された後に、潜水装置の重さは下降して、それ自身の浮力に相当するときに、潜水装置は水中に浮遊するようにして、この時に推進装置２により、潜水装置の移動を実現する。単方向ポンプは逆方向に稼働すると、更に水を排出して、潜水装置の重さはその自身の浮力より小さくなる場合に、潜水装置の回収を実現することができる。

ステアリング装置は潜水装置の転向を実現する手段である。ステアリング装置は以下を含む。転向リングギヤ６、転向歯車１１及び転向モータである。転向リングギヤ６は内球殻４の外壁に設けられ、その駆動軸線は第１軸に共線し、内球殻の赤道に設けられる。転向モータは外球殻１の内壁に設けられ、転向歯車１１に転向モータの回転軸に設けられて、転向リングギヤ６に噛み合う。

転向モータの転向により、内球殻４及び内部回転動力装置は同時に回転して、元の位置に相対して一定の角度を回して、この時に潜水装置は転向した後の新しい方位に沿って、水の底部又は陸地で移動する。

推進装置２は対称方式で取り付けられて、外球柄１はその直径方向の両端にそれぞれその外壁に突き出す取り付け部１．１が設けられ、推進装置２はそれぞれすべての取り付け部１．１に設けられる。本発明は２種類の推進装置の取り付け方法がある。具体的な取り付け方式は下記の通りである。

それぞれの取り付け部１．１に設けられる推進装置は２セットがある、同一の取り付け部１．１に設けられる２セット推進装置は互いに９０°角になる。このような取付け方法に基づいて、潜水装置が任意角度でも、前進、浮上、転向を実現することができ、３つ方向の推進力と緊急浮上を実現することができる。

（実施形態２）
図１０と１１のように、実施形態１と違う箇所は下記の通りである。本実施形態の中で、すべての取り付け部１．１に設けられる推進装置２の数量が１セットで、推進装置２は±９０°で回転するままに、取り付け部１．１に設けられる。一般的には、２つの推進装置は水平的に配置されて、前進の推力駆動力が生じる。それ以外に、当該推進装置２は更に垂直状態まで回転することができ、浮上と沈下の推力が生じる。この取り付け部は流線型の構造があるだけではなく、透明材料で製造するので、潜水装置の内部構造を観察しやすい。

（実施形態３）
実施形態１と違う箇所は下記の通りである。本実施の例の中で、吸い揚げポンプが双方向ポンプを利用して、注水と排水を実現する。

バルブユニットの閉鎖を防止するために、注排水口を当該取り付け部の上部に設けて、水底部と陸地の接触から、注排水口を守る。

どのような取り付け方法を採用するにも関わらず、推進装置２は転向後の潜水装置に対して、干渉が発生する。そのため具体的な状況によってステアリング装置の転向角度を範囲内に設定する必要がある。それによって２組の回転輪の干渉を避ける。

本発明の中で、第１軸は図２の中のＹ軸の方向であり、第２軸は図２の中のＸ軸の方向であり、Ｘ軸とＹ軸とは相互に垂直である。

当該潜水装置は母船から配布され、岸辺から入水し、空中から投下することができて、その浮力調節装置の調節により、水底に沈下して回転前進するか、又は水中に浮遊する。タスクが終了した後で、水底から母船に帰還できる。従来の潜水装置が甲板から釈放して回収するが、本発明の潜水装置は他の新しい方式を使用した。近海調査、氷下観測、海洋牧場の監視測定、海底長期観測などの分野で重要な役割を発揮する。

以上の説明は発明の最適化実施の方法として、本技術分野の普通な技術者にとって、本発明の技術原理から逸脱しない前提で、本発明に対して修正と変形を行うことができて、本発明に対する一切の修正も本発明の保護範囲だとみなすべきである。

（付記）
（付記１）
外球殻と推進装置とを含み、さらに内球殻、回転動力装置、浮力調節装置及びステアリング装置を含む、駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置であって、
前記外球殻は一の球面形の外壁があって、前記内球殻は一の球面形の内壁があり、前記内球殻は、前記外球殻に相対して第１軸方向に回転して前記外球殻の内側に配置され、前記回転動力装置は内球殻に配置され、第２軸を中心に回転して、偏心モーメントを発生させて、水中に前進又は後退するようにすることができ、前記浮力調整装置及びステアリング装置は外球殻と内球殻との間に設置され、前記浮力調整装置は潜水装置の浮上と沈下を操縦することができ、前記ステアリング装置は前記内球殻を駆動して、前記外球殻に相対して回転させることができ、前記第１軸は前記第２軸に垂直である、
ことを特徴とする駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記２）
前記回転動力装置は、回転フレーム、回転輪、駆動モータ、コントローラ及びバッテリーを含み、前記回転フレームの相対両側にそれぞれ前記回転輪が設けられ、前記回転輪と前記球面形の内壁に接触して、前記駆動モータは片側回転輪を駆動して、それによって前記回転フレームが前記内球殻に相対して回転するようにさせ、前記コントローラが前記駆動モータに接続し、前記バッテリーはそれぞれ前記コントローラと前記駆動モータに接続し、
駆動モータとバッテリーは前記回転フレームに偏心方式で取り付けられて、前記回転動力装置に偏心モーメントを与える、
ことを特徴とする付記１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記３）
前記回転フレームは中心フレームと弾性フレームとを含み、前記回転輪はそれぞれ前記中心フレームと弾性フレームとに設けられ、前記弾性フレームはスプリングによって前記中心フレームから両側の回転輪の中心線方向の弾性接続を形成し、それによって両側の回転輪が常に球面形の内壁に接触することになる、ことを特徴とする付記２に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記４）
浮力調節装置は注水排水ケーシング、吸い揚げポンプ及び集成バルブユニットを含み、水を吸い揚げポンプと前記バルブユニットとにより、前記注水排水ケーシングに注入するか、又は排出する、ことを特徴とする付記１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記５）
注水排水ケーシングは管状のリング形という構造で製造され、前記内球殻の外周に一周回って設けられる、ことを特徴とする付記４に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記６）
前記ステアリング装置は転向リングギヤ、転向モータ及び転向歯車を含み、前記転向リングギヤは前記内球殻の外壁に設けられ、前記転向モータは前記外球殻の内壁に設けられ、前記転向歯車は前記転向モータの回転軸に設けられて、前記転向リングギヤに噛み合う、ことを特徴とする付記１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記７）
前記外球殻はその直径方向の両端でそれぞれその外壁に突き出る取り付け部を備え、前記推進装置はそれぞれの取り付け部に設けられる、ことを特徴とする付記１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記８）
各取り付け部に２つの推進装置が設けられ、同一の取り付け部に設けられる推進装置は垂線方向で対称的に配置され、互いに９０°角になる、ことを特徴とする付記７に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記９）
各取り付け部に１つの推進装置が設けられ、前記推進装置は取り付け部に±９０°で回転可能に設けられる、ことを特徴とする付記７に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

（付記１０）
前記外球殻の外壁に、水中運動の摩擦を強化するために、凸凹構造が分布される、ことを特徴とする付記１〜９のいずれか１つに記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。

１外球殻、１．１取り付け部、１．２凸構造、２推進装置、３支持フレーム、４内球殻、５回転輪、６転向リングギヤ、７駆動モータ、８中心支持フレーム、９弾性支持フレーム、１０スプリング、１１転向歯車。

Claims

外球殻と推進装置とを含み、さらに内球殻、回転動力装置、浮力調節装置及びステアリング装置を含む、駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置であって、
前記外球殻は一の球面形の外壁があって、前記内球殻は一の球面形の内壁があり、前記内球殻は、前記外球殻に相対して第１軸方向に回転して前記外球殻の内側に配置され、前記回転動力装置は内球殻に配置され、第２軸を中心に回転して、偏心モーメントを発生させて、水中に前進又は後退するようにすることができ、前記浮力調整装置及びステアリング装置は外球殻と内球殻との間に設置され、前記浮力調整装置は潜水装置の浮上と沈下を操縦することができ、前記ステアリング装置は前記内球殻を駆動して、前記外球殻に相対して回転させることができ、前記第１軸は前記第２軸に垂直である、
ことを特徴とする駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
前記回転動力装置は、回転フレーム、回転輪、駆動モータ、コントローラ及びバッテリーを含み、前記回転フレームの相対両側にそれぞれ前記回転輪が設けられ、前記回転輪と前記球面形の内壁に接触して、前記駆動モータは片側回転輪を駆動して、それによって前記回転フレームが前記内球殻に相対して回転するようにさせ、前記コントローラが前記駆動モータに接続し、前記バッテリーはそれぞれ前記コントローラと前記駆動モータに接続し、
駆動モータとバッテリーは前記回転フレームに偏心方式で取り付けられて、前記回転動力装置に偏心モーメントを与える、
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
前記回転フレームは中心フレームと弾性フレームとを含み、前記回転輪はそれぞれ前記中心フレームと弾性フレームとに設けられ、前記弾性フレームはスプリングによって前記中心フレームから両側の回転輪の中心線方向の弾性接続を形成し、それによって両側の回転輪が常に球面形の内壁に接触することになる、ことを特徴とする請求項２に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
浮力調節装置は注水排水ケーシング、吸い揚げポンプ及び集成バルブユニットを含み、水を吸い揚げポンプと前記バルブユニットとにより、前記注水排水ケーシングに注入するか、又は排出する、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
注水排水ケーシングは管状のリング形という構造で製造され、前記内球殻の外周に一周回って設けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
前記ステアリング装置は転向リングギヤ、転向モータ及び転向歯車を含み、前記転向リングギヤは前記内球殻の外壁に設けられ、前記転向モータは前記外球殻の内壁に設けられ、前記転向歯車は前記転向モータの回転軸に設けられて、前記転向リングギヤに噛み合う、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
前記外球殻はその直径方向の両端でそれぞれその外壁に突き出る取り付け部を備え、前記推進装置はそれぞれの取り付け部に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
各取り付け部に２つの推進装置が設けられ、同一の取り付け部に設けられる推進装置は垂線方向で対称的に配置され、互いに９０°角になる、ことを特徴とする請求項７に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
各取り付け部に１つの推進装置が設けられ、前記推進装置は取り付け部に±９０°で回転可能に設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。
前記外球殻の外壁に、水中運動の摩擦を強化するために、凸凹構造が分布される、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の駆動部内蔵式のロールオーバ浮動式マルチハビタット潜水装置。