[发明专利]一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置，特别是一种可以搭载在水下无人移动平台内部的发电和储能装置。

背景技术

海浪中蕴含着巨大的能量，为了实现水下无人移动平台具有长时间执行任务的能力，国内外相关机构、学者对水下无人移动平台新型能源技术异常重视，美国、俄罗斯等国已开展了多项围绕适合水下无人移动平台的新型能源技术的研究工作，其中美国是目前世界上水下无人移动平台技术水平最高的国家，从事水下无人移动平台研制的组织机构有数十家，已经研制出几十种各类水下无人移动机器人。主要集中在温差能、太阳能等环境能源在水下无人移动平台上的应用，并取得了一定的研究成果。如美国Webb实验室研制了温差能驱动的Slocum Thermal水下滑翔机，俄罗斯研制了太阳能水下航行器。在国内，如天津大学、中国科学院沈阳自动化所、国家海洋技术中心、西北工业大学等一些研究所和高校也相继开展了有关水下无人移动平台能源技术的研究工作。

目前对温差能的利用，水下机器人需要穿越不同的等差层，为了达到较大的温差需要穿越的深度比较深，且不适合定点监测。太阳能的利用随天气变化波动较大，另外采用太阳能，为了增加吸收太阳能的面积，水下无人移动平台的外形结构比较特殊，同样不适合常规结构外形的实现水下无人移动平台。

探测型水下无人移动平台为常规外形，当其进人工作地点后，通过锚链系留或者悬停于近水面，并转换工作状态进入探测模式。其主要工作为在相关海域完成信息收集、环境监测、情报侦查等任务。常规能源模式为电池供电，服务期多为半年。为了延长服务期，上述新型能源方式无法应用到本探测型水下无人移动平台上，另外水下无人移动平台内部空间狭小，一般的小型发电装置无法满足安装要求。波浪能量及其转换装置的研究由来已久，1940年Masuda开始研究波浪能技术，1974 年Salter在Nature发表波浪能文章，波浪能量转换装置相继问世，主要有鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式、摆式等几种类型。其中，摆式波浪能量转换装置具有频率响应范围宽、可靠性好、常规海况条件转换效率高、成本较低等优点。因此发明题开展了基于一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置的研究。

发明内容

根据探测型水下无人移动平台在海洋中运动的特点，发明了一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置，以解决探测型水下无人移动平台在长期工作探测模式下的能源自给问题。此发电装置能够利用海洋中波浪起伏、海流扰动、潮汐等海洋动能，通过移动平台受到海洋动能的作用，使其内部晃动摆的惯性作用产生的机械能将其转化为电能并储存，为其内部探测模块电子设备提供能源补给。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置，它包括获能模块，获能模块的输出轴连接行星齿轮增速机构的输入轴，飞轮通过安全离合器与行星齿轮增速机构相连，永磁同步电机通过联轴器与飞轮相连，整流模块与永磁同步电机相连，充电蓄能模块与整流模块相连，工作模块与充电蓄能模块之间连接有逆变器。

所述获能模块为对称式双摆获能机构，由一对摆球与相应的摆臂相连，摆臂再与转轴相连。

所述行星齿轮增速机构为两级行星齿轮增速器，其增速器的传动比i≥30。

所述飞轮能够蓄能和稳定系统的波动。

本发明有如下有益效果：

本发明提供的一种新型搭载式海洋动能转换与发电装置，重点部分是如何实现波浪能到电能的转换，其整个过程为：系统安装在水下无人移动平台内部，通过其平台潜在海洋中受到海洋动能的作用力而产生振动，使其内部的获能模块通过对称摆产生一定角度摆动，破坏了获能机构的动态平衡，来俘获波浪能，再通过行星齿轮增速机构提高转速，输出给飞轮储能，以获得稳定机械能，再通过飞轮高速旋转带动永磁同步发电机转轴旋转切割磁感线发电，接着经过整流器模块获得稳定的电流为蓄电池模块充电，获取电能，并加以储存，为后续工作模块提供动力。最终保证水下无人移动平台在水下具有长时间续航能力。各个机构在具体实施实例中予以说明。

上述获能模块，为安装在水下无人移动平台内部与海水隔离的一种转换与发电装置。

上述双摆获能机构，为获取海洋动能俘获能量模块，包括一对摆球、一对摆臂按照一定锐度对称安装，并与转轴连接。

上述行星齿轮增速机构，为两级行星齿轮增速器，通过传动轴与对称式双摆连接。

上述飞轮，为一种具有较大转动惯量和质量的飞轮，能够进行蓄能，并减少机械运转过程的速度波动。

上述永磁同步电机，为发电装置，通过联轴器连接飞轮的输出轴。