CN102705139B

CN102705139B - 一种回转体水下航行器发电装置

Info

Publication number: CN102705139B
Application number: CN201210210823.8A
Authority: CN
Inventors: 田文龙; 毛昭勇; 丁文俊; 袁潇; 宋保维
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102705139A

Abstract

一种回转体水下航行器发电装置，四个发电机固定在十字形支架上，摆锤位于十字形支架中心下方，通过四套由顶杆、连杆和螺套组成的空间曲柄滑块机构将摆锤的摆动运动转化为各个螺套的直线运动。螺套直线运动时，受导杆的约束，通过逆向滚珠丝杠传动，带动发电机转子轴转动，实现将采集到的机械能转化为电能供回转体水下航行器使用的目的。本发明将摆锤在空间内任何方向的晃动动能转化为电能，从根本上解决了回转体水下航行器的能源供给问题；装置结构简单，易于加工；效率高；整体外形呈圆柱形，结构紧凑，整个装置作为一个独立模块安装在回转体水下航行器内，具有可更换性，且工作时不受海洋恶劣环境影响，不受发电时间限制。

Description

一种回转体水下航行器发电装置

技术领域

本发明属水下航行器领域，具体涉及一种水下系留航行器晃动发电装置。

背景技术

水下航行器是一种航行于水下的航行体，包括载人水下航行器和无人水下航行器，它能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。水下航行器具有活动范围大、潜水深度深、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持等优点，还具有成本和维护费用低、可重复利用、投放回收方便、续航能力长等特点。目前，水下航行器越来越得到了各个国家的重视，无论是在民用还是在军用上，都扮演着重要的角色。

水下系留航行器是水下航行器的一种，它通过抛放锚链将航行器主体系留在水下，主要完成海洋定点监测、通讯等功能。能源对水下系留航行器的长时间水下连续工作和执行远程任务能力起着决定性的作用，而目前，水下系留航行器主要采用自带能源供给，但受体积尺寸、重量的限制，航行器只能携带有限的能源，因此无法满足携带大量探测、通讯设备在水下长时连续工作的需求。

海洋中蕴藏着丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭。目前国内外海洋能技术主要出现在商业领域，商业发展以提高发电效率和功率为研究重点，导致相关发电设备额定功率和尺寸普遍较大，不适合用在水下航行器上。如英国2009年最新研制的“海蛇”海浪发电装置，其长度达到150米。如2003年英国水下涡轮公司建成的Seafow海流能发电系统，发电功率为300kW，其叶轮的直径就达到11米。

针对水下航行器能源补给问题，目前国内外相关机构、学者开展了大量的研究工作，但主要集中在温差能、太阳能等环境能源技术在水下航行器上的应用研究。温差能水下航行器主要通过从海洋暖水层和冷水层之间的温度差中获取能量，但能量转换效率较低，且对水下航行器运行轨迹有严格的限制；而太阳能水下航行器通过在近水面吸收太阳能来获取能量，虽然能量转换效率较高，但受天气影响较大。

水下系留航行器布放之后，航行器主体漂浮在海面以下一定深度，受复杂的海水运动（浪、涌、潮等）的影响会产生晃动，如果能将航行器主体在水下的晃动颠簸动能收集起来并转换成电能，那么将解决水下系留航行器的水下能源供给问题，大大提高其水下工作时间。

发明内容

为克服现有技术中存在的工作期限短、使用成本高的的不足，本发明提出了一种回转体水下航行器发电装置。

本发明包括支架、四个发电机、四个螺套、四个顶杆、四个连杆、四个电机固定件和摆锤；其中：

支架为十字形，由个支架平板组成，两个相邻的支架平板之间的直角区形成了发电机的安装面；四个发电机通过四个电机固定件分别固定在支架的四个安装面内；中心球铰固定在在支架下端的十字形中心处；摆锤位于中心球铰的下方，并与所述中心球铰连接；在中心球铰的外圆表面分别固定有根水平放置的顶杆；所述顶杆位于每个发电机的安装面的中间，使所述顶杆与两个相邻的支架平板之间的夹角均为45°；摆锤的中心线与支架的十字中心重合；四个发电机的中心线均与摆锤1的中心线平行；

所述发电机转子轴伸出端的表面加工成滚珠丝杠；四个螺套7分别套装在被加工成滚珠丝杠的发电机转子轴的伸出端上；在每个螺套上的定位孔内均装有导杆；所述该导杆位于发电机转子轴的两侧，并且所述导杆的中心线与发电机转子轴的轴线相互平行；位于同一螺套上的两根导杆与转子轴处于同一垂直平面上；

连杆一端与螺套上的销轴铰接，连杆的另一端通过连杆球绞与顶杆的悬臂端顶端连接。

所述电机固定件界面为弧形板件；电机固定件的弧度为90°，并且该电机固定件的弧长与相邻的支架平板外端表面之间的距离相同；在电机固定件的两端分别有固定板；所述电机固定件两端固定板的表面与支架的表面平行。

所述的支架平板的宽度为1/2回转体水下航行器壳体内径，高度为发电机长度的两倍。

所述螺套7由一个底板和一个螺纹套筒组成；在所述底板一侧表面的中心处有一对突出该表面的耳片，在该耳片之间有销轴；在所述底板一个表面的几何中心有贯通孔，该贯通孔的孔径与螺纹套筒的内径相同；所述的螺纹套筒位于该底板一个表面的几何中心处，并且该套筒的中心线与平板上的螺纹通孔的中心线重合，用于与位于发电机转子轴的端面的滚珠丝杠配合；在所述的螺纹套筒的两侧，对称分布有一对贯通该底板的定位孔。

本发明提供了一种小型的可以将回转体水下航行器在水下的晃动颠簸动能收集起来并转换成电能的回转体水下航行器发电装置。本发明中，利用摆锤的晃动将机械能采集起来，通过四套由顶杆、连杆和螺套组成的空间曲柄滑块机构将摆锤的摆动运动转化为各个螺套的直线运动，螺套直线运动时，受导杆的约束，通过逆向滚珠丝杠传动，带动发电机转子轴转动，实现将采集到的机械能转化为电能供回转体水下航行器使用的目的，从根本上解决了回转体水下航行器的能源供给问题。本发明结构简单，易于加工，整个装置作为一个独立模块安装在回转体水下航行器内，具有可更换性，能够将摆锤在空间内任何方向的晃动动能转化为电能，效率高。且工作时不受海洋恶劣环境影响，不受发电时间限制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是支架与摆锤的连接示意图；

图4是发电机转子轴、导杆和螺套的配合示意图；

图5是螺套的结构示意图；

图6是本发明在回转体水下航行器壳体内的安装示意图。其中：

1.摆锤 2.中心球铰 3.顶杆 4.连杆 5.发电机

6.支架 7.螺套 8.发电机转子轴 9.导杆 10.连杆球铰

11.回转体水下航行器壳体 12.锚链 13.电机固定件

具体实施方式

本实施例是一种回转体水下航行器发电装置，包括支架6、四个相同的发电机5、四个相同的螺套7、四个相同的顶杆3、四个相同的连杆4、四个相同的电机固定件13和摆锤1。

支架6由4个支架平板组成。所述的支架平板的宽度为1/2回转体水下航行器壳体内径，高度为发电机5长度的两倍。各支架平板的一端固定连接，并且各相邻的两个支架平板之间为直角，组成十字形。构成每个直角的两个相邻的支架平板形成了发电机5的安装面。四个发电机5通过四个电机固定件13分别固定在支架6的四个直角面内。在支架6下端的十字形中心固定有连杆，中心球铰2固定在该连杆的下端。摆锤1与所述中心球铰2连接，并位于中心球铰2的下方。在中心球铰2的外圆表面分别固定有4根水平放置的顶杆3；所述顶杆3位于每个发电机的安装面的中间，使所述顶杆与两个相邻的支架平板之间的夹角均为45°。摆锤1的中心线与支架6的十字中心重合；四个发电机5的中心线均与摆锤1的中心线平行。

所述发电机转子轴8伸出端的表面加工有螺纹，形成了滚珠丝杠。四个螺套7分别套装在被加工成滚珠丝杠的发电机转子轴8的伸出端上；每个螺套上的定位孔内均装有导杆9。所述导杆9位于发电机转子轴8的两侧，并且该导杆9的中心线与发电机转子轴8的轴线相互平行。位于同一螺套上的两根导杆9与转子轴8处于同一垂直平面上。所述导杆的中心线与所述发电机转子轴中心线之间的间距为该发电机转子轴直径的2倍。

所述的发电机5均为低速稀土永磁发电机。

连杆4的一端与螺套7上的销轴铰接，连杆4的另一端通过连杆球绞10与顶杆3的悬臂端顶端连接。

所述电机固定件13为弧形板件，用与固定低速稀土永磁发电机5。电机固定件的弧度为90°，并且该电机固定件的弧长与相邻的支架平板外端表面之间的距离相同。在电机固定件的两端分别有固定板，在该固定板上有螺钉孔，通过螺栓将该电机固定件13与支架6连接。所述电机固定件两端固定板的表面与支架6的表面平行。

所述螺套7由一个矩形的底板和一个螺纹套筒组成。在所述底板一侧表面的中心处有一对突出该表面的耳片，在该耳片之间有销轴。在所述底板一个表面的几何中心有贯通孔，该贯通孔的孔径与螺纹套筒的内径相同。所述的螺纹套筒位于该底板一个表面的几何中心处，并且该套筒的中心线与平板上的螺纹通孔的中心线重合，用于与位于发电机转子轴8的端面的滚珠丝杠配合。在所述的螺纹套筒的两侧，对称分布有一对贯通该底板的定位孔，用于导杆9的单位，并且当导杆9装入所述光孔后，两者之间滑动配合。

中心球铰2的球部件通过连杆固定安装在支架6下端面的中心。所述中心球铰2的衬套与摆锤1和四根顶杆3固定连接。

摆锤1总长度为300mm，顶端为刚性的连杆，底端为球状。摆锤1的顶端与中心球铰2的衬套固定连接。

四根顶杆3的一端呈十字形焊接在中心球铰2的衬套上，四根顶杆3而另一端分别通过四个连杆球铰10与四个连杆4的一端连接。

各连杆4的一端通过连杆球铰10分别与各顶杆3的另一端连接；各连杆4的另一端与螺套7连接。

使用时，如图5所示，将本实施例通过支架6沿回转体水下航行器壳体11长轴方向安装在回转体水下航行器壳体内部。受海水的力的作用，回转体水下航行器壳体11会产生复杂的空间平移和旋转运动，根据惯性原理，偏心质量较大的摆锤1相对于回转体水下航行器壳体11其他部分做相对运动，获得晃动动能，由于海底环境复杂，摆锤1的摆动方向具有不确定性，本发明设置了四套由顶杆3、连杆4和螺套7组成的空间曲柄滑块机构，将摆锤1的复杂空间摆动分解为四个螺套7的直线运动，再利用螺套7和发电机转子轴8的逆向滚珠丝杠传动，将螺套7的直线运动转化为发电机转子轴8的旋转运动，通过发电机5实现将机械能转化为电能以供回转体水下航行器使用。

Claims

1.一种回转体水下航行器发电装置，其特征在于，包括支架、四个发电机、四个螺套、四个顶杆、四个连杆、四个电机固定件和摆锤；其中：

支架由4个支架平板组成，两个相邻的支架平板之间的直角区形成了发电机的安装面；四个发电机通过四个电机固定件分别固定在支架的四个安装面内；中心球铰固定在在支架下端的十字形中心处；摆锤位于中心球铰的下方，并与所述中心球铰连接；在中心球铰的外圆表面分别固定有4根水平放置的顶杆；所述顶杆位于每个发电机的安装面的中间，使所述顶杆与两个相邻的支架平板之间的夹角均为45°；摆锤的中心线与支架的十字中心重合；四个发电机的中心线均与摆锤（1）的中心线平行；

所述发电机转子轴伸出端的表面加工成滚珠丝杠；四个螺套（7）分别套装在被加工成滚珠丝杠的发电机转子轴的伸出端上；在每个螺套上的定位孔内均装有导杆；所述该导杆位于发电机转子轴的两侧，并且所述导杆的中心线与发电机转子轴的轴线相互平行；位于同一螺套上的两根导杆与转子轴处于同一垂直平面上；

2.如权利要求1所述回转体水下航行器发电装置，其特征在于，所述电机固定件为弧形板件；电机固定件的弧度为90°，并且该电机固定件的弧长与相邻的支架平板外端表面之间的距离相同；在电机固定件的两端分别有固定板；所述电机固定件两端固定板的表面与支架的表面平行。

3.如权利要求1所述回转体水下航行器发电装置，其特征在于，所述的支架平板的宽度为1/2回转体水下航行器壳体内径，高度为发电机长度的两倍。

4.如权利要求1所述回转体水下航行器发电装置，其特征在于，所述螺套（7）由一个底板和一个螺纹套筒组成；在所述底板一侧表面的中心处有一对突出该表面的耳片，在该耳片之间有销轴；在所述底板一个表面的几何中心有贯通孔，该贯通孔的孔径与螺纹套筒的内径相同；所述的螺纹套筒位于该底板一个表面的几何中心处，并且该套筒的中心线与平板上的螺纹通孔的中心线重合，用于与位于发电机转子轴的端面的滚珠丝杠配合；在所述的螺纹套筒的两侧，对称分布有一对贯通该底板的定位孔。