一种应用于无人船智变多模态波浪能发电降阻增程装置

1.本发明专利涉及波浪能发电技术领域，具体为一种应用于无人船的随体式波浪能发电装置。


背景技术：

2.无人船作为水上智能装备，在水域巡逻、水下探测、水上救援、远程作战等方面相比传统有人船具有可突破时间、天气和环境等限制的优势。目前无人船主要采用一次性电池、蓄电池及燃料电池等，受到船的空间和重量限制，上述电能供给方式只能为船提供短时间的电力供应。在远海作业过程中无人船会面临补给困难、成本较高等问题，从而限制了无人船的作业水平和续航能力。波浪虽然只是流体质点在原地的起伏运动，但却包含有巨大的能量。据估算，一平方公里海面上的波浪能可以高达25万千瓦。因此，波浪能只要利用得当，可以有效解决无人船在远海作业时所面临的能源短缺问题。为解决上述问题，实现“海能海用，就地取能”，需要根据无人船自身特点开发一款可持续随体供电的波浪能发电技术，利用无人船自身结构进行波浪能随体发电是解决未来无人船能源补给的有效途径之一。


技术实现要素：

3.无人船需要远离陆地到深海去作业，电能是支撑无人船动力系统及船上众多电子仪器设备在远海过程中长期稳定工作的基础。目前无人船主要采用一次性电池、蓄电池及燃料电池等，受到船的空间和重量限制，上述电能供给方式只能为船提供短时间的电力供应，从而限制了无人船的作业水平和续航能力。波浪能具有能量密度大、分布范围广并且容易获取等优点，结合无人船自身结构特点，利用波浪及无人船在波浪中的运动为无人船提供电能，可以有效解决深远海中无人船能量短缺的问题。
4.为了解决利用波浪能为无人船供电的问题，本发明采用如下技术方案：
5.一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，装置所有部件安装于无人船船舱内；浮子发电装置对称的安装在船体两侧面舱内，侧面舱底部在水线位置之上，并向外侧有一定的坡度，防止舱底积水；当无人船处于定位状态时，侧面舱门打开，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸出，浮子与水面接触，波浪能带动浮子摆臂不停地摆动，通过液压缸、液压马达驱动发电机进行发电。当船体处于航行状态时，侧面舱门关闭，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸进船体舱内以减小无人船航行时的阻力。位于水面以下的船舱底部安装了一个夹角成75
°
大小的扇形惯性转子发电机，当船体处于航行或定位状态时，惯性转子都可以依赖无人船的横摇及纵摇进行转动，从来带动发电机进行发电；控制机构用于调节电机阻尼以优化发电效率，对电机的输出电能进行整流处理以及控制浮子机构的伸缩。
6.无人船智变多模态波浪能发电降阻增程装置主要由无人船、浮子发电装置、一个可水平转动的惯性转子发电机和控制机构组成。
7.所述的一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，其特征是：以
无人船为载体，无人船由舷侧板、上甲板和船底板等组成，在船中有一道横舱壁。在船艏部上甲板的舱室内，两侧面舱门可以打开或关闭，用于浮子波浪能发电装置中浮子机构的自由伸缩。
8.所述的一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，其特征是：以无人船为载体，在位于无人船船尾的船舱底部安装了一个夹角成75
°
大小的扇形惯性转子发电机，其由扇形惯性转子、发电机、连接轴组成，并且在扇形惯性转子的外围安装了有一个圆形的防护围板。当船体处于航行或定位状态时，惯性转子都可以依赖无人船自身的横摇及纵摇进行转动，从来带动发电机进行发电。所述发电机构为一低速交流电机，在惯性转子的驱动下将机械能转化为电能；
9.所述的一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，其特征是：以无人船为载体，在位于无人船船艏的上甲板船舱内，浮子发电装置对称的安装在船体两侧面舱内，侧面舱底部在水线位置之上，并向外侧有一定的坡度，防止舱底积水；当无人船处于定位状态时，侧面舱门打开，浮子机构在转动电机的驱动下伸出，浮子与水面接触，波浪能带动浮子摆臂不停地摆动，通过液压缸、液压马达驱动发电机进行发电。当船体处于航行状态时，侧面舱门关闭，浮子机构在转动电机的驱动下伸进船体舱内以减小无人船航行时的阻力。
10.所述的一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，其特征是：以无人船为载体，在位于无人船船艏的上甲板船舱内安装有一个控制机构，所述控制机构用于调节电机阻尼以优化发电效率，对电机的输出电能进行整流处理以及控制浮子机构的伸缩。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
12.本发明要解决无人船远海作业能源短缺问题。本发明所述的一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置能够将无人船自主航行时出现的横摇和纵摇运动通过惯性转子发电机转换为电能，也能将无人船定位时通过浮子波浪能发电装置和惯性转子发电机将波浪能转换为电能。本专利所述的装置无论无人船处于航行状态还是定位状态，都能持续为无人船提供源源不断的电能。另外，由于惯性转子发电机和浮子波浪能发电装置都安装在无人船船舱内部，核心设备都不与海水接触，避免了受到海水的侵蚀，可靠性高。
附图说明
13.图1为本发明专利总体示意图；
14.图2为本发明专利的无人船示意图；
15.图3为本发明专利的浮子波浪能发电装置示意图；
16.图4为本发明专利的惯性转子发电机示意图；
17.图5为本发明专利的控制机构示意图；
具体实施方式
18.下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明权利要求范围。
19.无人船智变多模态波浪能发电降阻增程装置整体如图1所示，其包括无人船船体结构1、浮子波浪能发电装置2、惯性转子发电机3和控制机构4。无人船船体结构为一种金属壳体，装置的所有部件都安装在无人船船舱内。
20.无人船结构如图2所示，壳体由舷侧板106和船底板101将海水隔离形成一个封闭的空间。无人船船体结构通过横舱壁104将无人船船舱分为船艏区和船尾区两个区域；通过上甲板102又将无人船船舱分为船底船舱和上甲板船舱；位于船艏上甲板区域的舷侧舱门105和103可以上下移动，从而方便无人船在定位时将浮子波浪能发电装置中的浮子机构伸出船舱。
21.浮子波浪能发电装置如图3所示，其包括第一浮子201、第二浮子202、第一摆臂203、第二摆臂204、液压机构205、液压油缸206、第一驱动油缸207、第二驱动油缸208、第一油管209、蓄能器210、第二油管211、液压马达212、连接轴213和第一发电机214。浮子为半圆形空心圆柱体，在浮子中间的上表面有一块凸起来的长方体，用来与摆臂进行固定连接；摆臂是空心的圆柱体，一端与浮子链接，另一端与液压油缸连接；液压机构包括油箱、单向阀、释压阀、液压油缸等；整个系统工作原理为：浮子与水面接触，波浪能带动浮子摆臂不停地摆动，摆臂带动液压油缸产生压力油。压力油通过第一油管209进入蓄能器，之后进入液压马达驱动发电机进行发电；当船体处于航行状态时，侧面舱门关闭，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸进船体舱内；当船体处于定位状态时，侧面舱门打开，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸出船体舱内，浮子与水面接触。
22.惯性转子发电机如图4所示，其包括第二发电机301、惯性转子302、防护围板303和连接轴承304；惯性转子由实心铁构成，质量较大，当无人船发生横摇或纵摇运动时利用转子的惯性实现惯性转子的往复摆动；惯性转子302与连接轴304连接，从带动第二发电机301里面的动子运动，动子绕定子相对运动，动子的线圈切割定子的磁力线将机械能转化为电能。
23.控制机构如图5所示，其包括蓄电池401、整流单元402、控制器403；整流单元一端连接交流发电机，将交流发电机的输出的电能进行交直流转换和稳压，另一端连接蓄电池将电能储存在蓄电池中；控制器由plc、可变电阻、加速度传感器和可控开关组成，加速度传感器固定于惯性转子上，通过线缆分别连接plc和蓄电池，蓄电池为加速度传感器提供电源，加速度传感器的数据传输至plc；plc连接蓄电池，由蓄电池为其供电。通过加速度传感器采集惯性转子的加速度，并传输给plc，当加速度大于预先设定的加速度阈值时，调节电阻以增加发电机的阻尼，从而减小惯性转子的运动速度，使惯性转子的运动保持相对平稳的状态；反之亦然。可控开关用于控制浮子机构的伸缩。
24.本发明公开了一种应用于无人船的智变多模态波浪能发电降阻增程装置，属于波浪能发电技术领域。该装置由无人船、浮子波浪能发电装置、一个可水平转动的惯性转子发电机和控制机构组成。装置所有部件安装于无人船船舱内；浮子发电装置对称的安装在船体两侧面舱内，侧面舱底部在水线位置之上，并向外侧有一定的坡度，防止舱底积水；当无人船处于定位状态时，侧面舱门打开，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸出，浮子与水面接触，波浪能带动浮子摆臂不停地摆动，通过液压缸、液压马达驱动发电机进行发电。当船体处于航行状态时，侧面舱门关闭，浮子机构在驱动油缸的驱动下伸进船体舱内以减小无人
船航行时的阻力。位于水面以下的船舱底部安装了一个夹角成75
°
大小的扇形惯性转子发电机，当船体处于航行或定位状态时，惯性转子都可以依赖无人船的横摇及纵摇进行转动，从来带动发电机进行发电；控制机构用于调节电机阻尼以优化发电效率，对电机的输出电能进行整流处理以及控制浮子机构的伸缩。本发明具有安装简单，供电方式便捷、能量密度大、可靠性高、成本低、绿色无污染等优点，可为无人船远海作业持续供电，提高其生存能力和作业水平。