專利名稱：一種可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及海洋移動載體的波浪能吸收和轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體的說是一種可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著海洋對人類社會的影響日益增大，對國家安全和經(jīng)濟(jì)的作用日益重要，海洋無人系統(tǒng)和自主系統(tǒng)已經(jīng)成為具有戰(zhàn)略意義的前沿研究領(lǐng)域。小型、高效、自主運(yùn)動的海洋人工系統(tǒng)，例如，AUV系統(tǒng)、水下仿生機(jī)器人系統(tǒng)、自主巡航武器系統(tǒng)、海洋環(huán)境監(jiān)測平臺等，是世界各國一直在大力研究和開發(fā)的科學(xué)研究與應(yīng)用的前沿領(lǐng)域，海洋自主人工系統(tǒng)對海洋資源的開發(fā)和探索、對環(huán)境的有效監(jiān)控和利用具有重要的科學(xué)意義和戰(zhàn)略意義。海洋自主人工系統(tǒng)涉及到的技術(shù)有很多，如控制、導(dǎo)航、動力、傳感技術(shù)等。其中，能源問題是其關(guān)鍵技術(shù)之一。而能量自補(bǔ)給問題，對海洋移動人工系統(tǒng)的性能和作業(yè)能力的提高具有重要意義。因而海洋可再生能源利用的研究具有其科學(xué)意義與實(shí)際意義。目前利用海洋能發(fā)電的基本形式為岸基式與錨定式，具有不可移動等局限性，不適合人工移動載體移動中自主獲取能量的需要，對于海洋環(huán)境中要求長期值守的人工移動載體無法提供能量的自補(bǔ)給。可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置能夠?qū)Ｑ笠苿尤斯は到y(tǒng)巡航作業(yè)能力和生存能力具有關(guān)鍵意義，對海洋科學(xué)發(fā)展和利用無疑也具有重要意義。目前利用海洋能提供能量的人工移動載體還未見報道。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)海洋移動人工系統(tǒng)的能量自補(bǔ)給、提高海洋移動人工系統(tǒng)續(xù)航能力的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置具有多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、 傳遞增速機(jī)構(gòu)以及能量轉(zhuǎn)換裝置和存儲裝置，其中多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的每個輸出端通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與傳遞增速機(jī)構(gòu)相連，多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過轉(zhuǎn)向和傳遞，在傳遞增速機(jī)構(gòu)的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉(zhuǎn)輸出；傳遞增速機(jī)構(gòu)的輸出端接有能量轉(zhuǎn)換和存儲
直ο所述多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)采用Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)，其以擺錘做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉(zhuǎn)副做為三個輸出端分別連接各自的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有超越離合器、第一錐齒輪、第二錐齒輪以及軸，超越離合器將 Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)的一個旋轉(zhuǎn)副與軸固定連接，繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動，第一錐齒輪固定安裝在軸上，隨軸繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動；第二錐齒輪與第一錐齒輪垂直安裝嚙合，第二錐齒輪與傳遞增速機(jī)構(gòu)的第一齒輪軸固定連接。所述傳遞增速機(jī)構(gòu)包括第一 六直齒輪、輸出軸以及第一 三齒輪軸，其中，第一直齒輪通過第一齒輪軸與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的第二錐齒輪固定在一起，隨第二錐齒輪一起轉(zhuǎn)動，第一直齒輪與第二直齒輪嚙合，帶動第二直齒輪和與其固定的第二齒輪軸一起轉(zhuǎn)動；第三直齒輪與第二直齒輪通過第二齒輪軸固定在一起，并隨第二直齒輪一起轉(zhuǎn)動，第三直齒輪與第四直齒輪嚙合，帶動第四直齒輪和與第四直齒輪固定的第三齒輪軸轉(zhuǎn)動；第五直齒輪與第四直齒輪通過第三齒輪軸固定在一起，并隨第四直齒輪一起轉(zhuǎn)動，第五直齒輪與第六直齒輪嚙合，帶動第六直齒輪和與第六直齒輪固定連接的輸出軸轉(zhuǎn)動。所述能量轉(zhuǎn)換裝置為大扭矩低轉(zhuǎn)速微型發(fā)電機(jī)?？梢苿硬ɡ四芪蘸娃D(zhuǎn)換裝置整體安裝于密閉殼體內(nèi)，漂浮于洋面上或者懸浮于洋流中。本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置能夠在三維空間上運(yùn)動，在海洋環(huán)境中任何時間都有能量輸出，能更有效的獲取外部隨機(jī)動能或勢能激勵，使用超越離合器使往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動，避免克服能量吸收裝置的啟動力矩而會損失激勵
能量°2.本實(shí)用新型采用錐齒輪與增速齒輪機(jī)構(gòu)，將不同方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化到同一個軸上連續(xù)旋轉(zhuǎn)輸出，簡化結(jié)構(gòu)的設(shè)計，節(jié)約成本，減輕整個裝置的重量；Delta并聯(lián)結(jié)構(gòu)的成型設(shè)計很多也很成熟，結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)。

圖1為本實(shí)用新型組成及能量傳輸原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡圖；圖3A為本實(shí)用新型中Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖:3B為圖3A的正面視圖；圖4A為本實(shí)用新型中傳遞增速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4B為本實(shí)用新型中傳遞增速機(jī)構(gòu)的俯向視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。如圖1、2所示，本實(shí)用新型可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置具有多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2、傳遞增速機(jī)構(gòu)3以及能量轉(zhuǎn)換裝置和存儲裝置4，其中多自由度慣性擺機(jī)構(gòu) 1的每個輸出端通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2與傳遞增速機(jī)構(gòu)3相連，多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過轉(zhuǎn)向和傳遞，在傳遞增速機(jī)構(gòu)3的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉(zhuǎn)輸出；傳遞增速機(jī)構(gòu)3的輸出端接有能量轉(zhuǎn)換和存儲裝置4。所述多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)采用Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)1，其以擺錘101做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉(zhuǎn)副做為三個輸出端分別連接各自的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。如圖3A所示，Delta并聯(lián)擺機(jī)構(gòu)主要由擺錘101、第一 二萬向副105 106、驅(qū)動桿103、從動桿104和第一 三旋轉(zhuǎn)副107 109等部件組成，驅(qū)動桿103 —端通過第一萬向副105與擺錘101連接，另一端通過第二萬向副106與從動桿104連接；從動桿104的另外一端通過第一位置旋轉(zhuǎn)副107與固定的擺盤102連接，從動桿104與驅(qū)動桿103連接端通過彈簧110與擺盤102連接，被固定成一定的初始姿態(tài)，擺盤102在密閉的殼體內(nèi)部固定連接。當(dāng)密閉的殼體在波浪力的作用下，擺錘101隨擺盤102運(yùn)動，其運(yùn)動是多維的，可分解成空間內(nèi)的三維運(yùn)動。擺錘101在Z方向運(yùn)動時，其帶動三個位置上的驅(qū)動桿拉動從動桿繞旋轉(zhuǎn)副做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時彈簧變形蓄能。同理擺錘在X方向運(yùn)動時，三個從動桿也繞各自旋轉(zhuǎn)副做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，只是第一旋轉(zhuǎn)副107的旋轉(zhuǎn)角度較第二、三旋轉(zhuǎn)副108與109的大。 當(dāng)擺錘101在Y方向運(yùn)動時，第一旋轉(zhuǎn)副107不產(chǎn)生運(yùn)動，Delta并聯(lián)擺機(jī)構(gòu)的另外兩個輸出端的第二、三旋轉(zhuǎn)副108與109做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。如圖4A所示，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有超越離合器201、第一錐齒輪202、第二錐齒輪203以及軸204，Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)1 一個旋轉(zhuǎn)副從動桿104通過超越離合器201與軸204固定連接，繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動只在單方向上有輸出，反方向上空轉(zhuǎn)；第一錐齒輪202固定安裝在軸204上，隨軸204繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動；第二錐齒輪203與第一錐齒輪202垂直安裝嚙合，帶動第二錐齒輪203與傳遞增速機(jī)構(gòu)3的第一齒輪軸308轉(zhuǎn)動。如圖4A、4B所示，傳遞增速機(jī)構(gòu)3包括第一 六直齒輪301 306、輸出軸307以及第一 三齒輪軸308 310，其中，第一直齒輪301通過第一齒輪軸308與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2的第二錐齒輪203固定在一起，隨第二錐齒輪203 —起轉(zhuǎn)動，第一直齒輪301與第二直齒輪 302嚙合，帶動第二直齒輪302和與其固定的第二齒輪軸309 —起轉(zhuǎn)動；第三直齒輪303與第二直齒輪302通過第二齒輪軸309固定在一起，并隨第二直齒輪302 —起轉(zhuǎn)動，第三直齒輪303與第四直齒輪304嚙合，帶動第四直齒輪304和與第四直齒輪304固定的第三齒輪軸310轉(zhuǎn)動；第五直齒輪305與第四直齒輪304通過第三齒輪軸310固定在一起，并隨第四直齒輪304 —起轉(zhuǎn)動，第五直齒輪305與第六直齒輪306嚙合，帶動第六直齒輪306和與第六直齒輪306固定連接的輸出軸307轉(zhuǎn)動。本實(shí)施例以第一旋轉(zhuǎn)副107為例，如圖:3B所示擺錘101隨擺盤102在波浪力作用下運(yùn)動，擺錘101帶動與其連接的驅(qū)動桿103運(yùn)動，驅(qū)動桿103帶動與其連接的從動桿 104運(yùn)動，從動桿104通過超越離合器201與軸204固定連接繞旋轉(zhuǎn)副107轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動只在單方向上有輸出，反方向上空轉(zhuǎn)。第一錐齒輪202也固定安裝在軸204上，隨軸204繞旋轉(zhuǎn)副107轉(zhuǎn)動，第二錐齒輪203與第一錐齒輪202垂直安裝嚙合，帶動第二錐齒輪203和與其固定連接的第一齒輪軸308轉(zhuǎn)動并改變運(yùn)動的方向，其他兩處從動桿的設(shè)計相同，三個方向上的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成同一個平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)是軸對稱的，其他兩處的設(shè)計也完全相同，最后三處從動桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過轉(zhuǎn)向和傳遞，最終在輸出軸307處為連續(xù)單方向的旋轉(zhuǎn)輸出。當(dāng)從動桿104產(chǎn)生反方向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時，由于帶負(fù)載工作，從動桿104帶動超越離合器繞軸204空轉(zhuǎn)，其他零部件無動作，輸出軸307無輸出。當(dāng)其他兩處從動桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度高于第一旋轉(zhuǎn)副107位置處從動桿104的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度時，第六直齒輪306與第五直齒輪305嚙合，帶動其反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。最后該反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在第一錐齒輪202作用下帶動軸204產(chǎn)生反方向的運(yùn)動，繞第一位置旋轉(zhuǎn)副107反方向旋轉(zhuǎn)。由于從動桿104與超越離合器201固定連接，反方向的運(yùn)動并不能驅(qū)動從動桿104運(yùn)動，從動桿104保持原有姿態(tài)不變化。由此可見，本實(shí)用新型能夠在三維空間上運(yùn)動，在海洋環(huán)境中任何時間都有能量輸出，可將波浪能的隨機(jī)無序激勵轉(zhuǎn)換為連續(xù)的單方向旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動，通過輸出末端輸出軸307連接發(fā)電機(jī)401與蓄能電池將機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換為電能存儲。
權(quán)利要求1.一種可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于具有多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)O)、傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)以及能量轉(zhuǎn)換裝置和存儲裝置G)，其中多自由度慣性擺機(jī)構(gòu) (1)的每個輸出端通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(2)與傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)相連，多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過轉(zhuǎn)向和傳遞，在傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉(zhuǎn)輸出；傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)的輸出端接有能量轉(zhuǎn)換和存儲裝置G)。
2.按權(quán)利要求1所述的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)采用Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)(1)，其以擺錘(101)做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉(zhuǎn)副做為三個輸出端分別連接各自的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
3.按權(quán)利要求1所述的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有超越離合器001)、第一錐齒輪(202)、第二錐齒輪Q03)以及軸004)，超越離合器 (201)將Delta并聯(lián)慣性擺機(jī)構(gòu)的一個旋轉(zhuǎn)副與軸(204)固定連接，繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動，第一錐齒輪(20 固定安裝在軸(204)上，隨軸(204)繞旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動；第二錐齒輪(20 與第一錐齒輪(20 垂直安裝嚙合，第二錐齒輪O03)與傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)的第一齒輪軸(308)固定連接。
4.按權(quán)利要求1所述的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述傳遞增速機(jī)構(gòu)(3)包括第一 六直齒輪(301 306)、輸出軸(307)以及第一 三齒輪軸(308 310)， 其中，第一直齒輪(301)通過第一齒輪軸(308)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)O)的第二錐齒輪O03)固定在一起，隨第二錐齒輪(20 —起轉(zhuǎn)動，第一直齒輪(301)與第二直齒輪(302)嚙合，帶動第二直齒輪(30 和與其固定的第二齒輪軸(309) —起轉(zhuǎn)動；第三直齒輪(30 與第二直齒輪(30 通過第二齒輪軸(309)固定在一起，并隨第二直齒輪(30 —起轉(zhuǎn)動，第三直齒輪(303)與第四直齒輪(304)嚙合，帶動第四直齒輪(304)和與第四直齒輪(304)固定的第三齒輪軸(310)轉(zhuǎn)動；第五直齒輪(30 與第四直齒輪(304)通過第三齒輪軸固(310) 定在一起，并隨第四直齒輪(304) —起轉(zhuǎn)動，第五直齒輪(305)與第六直齒輪(306)嚙合， 帶動第六直齒輪(306)和與第六直齒輪(306)固定連接的輸出軸(307)轉(zhuǎn)動。
5.按權(quán)利要求1所述的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換裝置為大扭矩低轉(zhuǎn)速微型發(fā)電機(jī)G01)。
6.按權(quán)利要求1所述的可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置整體安裝于密閉殼體內(nèi)，漂浮于洋面上或者懸浮于洋流中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可移動波浪能吸收和轉(zhuǎn)換裝置，具有多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、傳遞增速機(jī)構(gòu)以及能量轉(zhuǎn)換裝置和存儲裝置，其中多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的每個輸出端通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與傳遞增速機(jī)構(gòu)相連，多自由度慣性擺機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過轉(zhuǎn)向和傳遞，在傳遞增速機(jī)構(gòu)的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉(zhuǎn)輸出；傳遞增速機(jī)構(gòu)的輸出端接有能量轉(zhuǎn)換和存儲裝置。本實(shí)用新型能夠在三維空間上運(yùn)動，使用超越離合器使往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動，避免克服能量吸收裝置的啟動力矩而會損失激勵能量簡化結(jié)構(gòu)的設(shè)計，節(jié)約成本，減輕整個裝置的重量。Delta并聯(lián)結(jié)構(gòu)的成型設(shè)計很多也很成熟，結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號F03B13/14GK201991685SQ20112006446
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者于鵬, 劉柱, 周磊, 楊洋, 董再勵 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所