專利名稱：一種可移動波浪能吸收和轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及海洋移動載體的波浪能吸收和轉換技術，具體的說是ー種可移動波浪能吸收和轉換裝置。
背景技術：
近年來，隨著海洋對人類社會的影響日益増大，對國家安全和經濟的作用日益重要，海洋無人系統(tǒng)和自主系統(tǒng)已經成為具有戰(zhàn)略意義的前沿研究領域。小型、高效、自主運動的海洋人工系統(tǒng)，例如，AUV系統(tǒng)、水下仿生機器人系統(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)的科學研究與應用的前沿領域，海洋自主人 エ系統(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意義和戰(zhàn)略意義。海洋自主人工系統(tǒng)涉及到的技術有很多，如控制、導航、動力、傳感技術等。其中，能源問題是其關鍵技術之一。而能量自補給問題，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意義與實際意義。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給?？梢苿硬ɡ四芪蘸娃D換裝置能夠對海洋移動人工系統(tǒng)巡航作業(yè)能力和生存能力具有關鍵意義，對海洋科學發(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。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)海洋移動人工系統(tǒng)的能量自補給、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換裝置。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是本發(fā)明可移動波浪能吸收和轉換裝置具有多自由度慣性擺機構、轉向機構、傳遞增速機構以及能量轉換裝置和存儲裝置，其中多自由度慣性擺機構的每個輸出端通過轉向機構與傳遞增速機構相連，多自由度慣性擺機構的旋轉運動通過轉向和傳遞，在傳遞增速機構的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉輸出；傳遞增速機構的輸出端接有能量轉換和存儲裝置。所述多自由度慣性擺機構采用Delta并聯(lián)慣性擺機構，其以擺錘做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉副做為三個輸出端分別連接各自的轉向機構。所述轉向機構具有超越離合器、第一錐齒輪、第二錐齒輪以及軸，超越離合器將Delta并聯(lián)慣性擺機構的一個旋轉副與軸固定連接，繞旋轉副轉動，第一錐齒輪固定安裝在軸上，隨軸繞旋轉副轉動；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構的第一齒輪軸固定連接。所述傳遞增速機構包括第一 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向機構的第二錐齒輪固定在一起，隨第二錐齒輪一起轉動，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動；第三直齒輪與第二直齒輪通過第二齒輪軸固定在一起，井隨第二直齒輪一起轉動，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動；第五直齒輪與第四直齒輪通過第三齒輪軸固定在一起，井隨第四直齒輪一起轉動，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動。所述能量轉換裝置為大扭矩低轉速微型發(fā)電機。 可移動波浪能吸收和轉換裝置整體安裝于密閉殼體內，漂浮于洋面上或者懸浮于洋流中。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點I.本發(fā)明可移動波浪能吸收和轉換裝置能夠在三維空間上運動，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動能或勢能激勵，使用超越離合器使往復旋轉運動轉化成單向旋轉機械運動，避免克服能量吸收裝置的啟動カ矩而會損失激勵能量。2.本發(fā)明裝置采用錐齒輪與增速齒輪機構，將不同方向的旋轉運動轉化到同一個軸上連續(xù)旋轉輸出，簡化結構的設計，節(jié)約成本，減輕整個裝置的重量；Delta并聯(lián)結構的成型設計很多也很成熟，結構上易于實現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明組成及能量傳輸原理示意圖；圖2為本發(fā)明裝置結構簡圖；圖3A為本發(fā)明裝置中Delta并聯(lián)慣性擺機構的結構示意圖；
圖3B為圖3A的正面視圖；圖4A為本發(fā)明裝置中傳遞增速機構的結構示意圖；圖4B為本發(fā)明裝置中傳遞增速機構的俯向視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步詳述。如圖1、2所示，本發(fā)明可移動波浪能吸收和轉換裝置具有多自由度慣性擺機構、轉向機構2、傳遞增速機構3以及能量轉換裝置和存儲裝置4，其中多自由度慣性擺機構I的每個輸出端通過轉向機構2與傳遞增速機構3相連，多自由度慣性擺機構的旋轉運動通過轉向和傳遞，在傳遞增速機構3的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉輸出；傳遞增速機構3的輸出端接有能量轉換和存儲裝置4。所述多自由度慣性擺機構采用Delta并聯(lián)慣性擺機構1，其以擺錘101做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉副做為三個輸出端分別連接各自的轉向機構。如圖3A所示，Delta并聯(lián)擺機構主要由擺錘101、第一 ニ萬向副105 106、驅動桿103、從動桿104和第一 三旋轉副107 109等部件組成，驅動桿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副107與固定的擺盤102連接，從動桿104與驅動桿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在密閉的殼體內部固定連接。當密閉的殼體在波浪力的作用下，擺錘101隨擺盤102運動，其運動是多維的，可分解成空間內的三維運動。擺錘101在Z方向運動時，其帶動三個位置上的驅動桿拉動從動桿繞旋轉副做旋轉運動，同時彈簧變形蓄能。同理擺錘在X方向運動時，三個從動桿也繞各自旋轉副做旋轉運動，只是第一旋轉副107的旋轉角度較第二、三旋轉副108與109的大。當擺錘101在Y方向運動時，第一旋轉副107不產生運動，Delta并聯(lián)擺機構的另外兩個輸出端的第二、三旋轉副108與109做旋轉運動。如圖4A所示，轉向機構具有超越離合器201、第一錐齒輪202、第二錐齒輪203以及軸204，Delta并聯(lián)慣性擺機構I 一個旋轉副從動桿104通過超越離合器201與軸 204固定連接，繞旋轉副轉動，旋轉運動只在單方向上有輸出，反方向上空轉；第一錐齒輪202固定安裝在軸204上，隨軸204繞旋轉副轉動；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與傳遞增速機構3的第一齒輪軸308轉動。如圖4A、4B所示，傳遞增速機構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與轉向機構2的第二錐齒輪203固定在一起，隨第二錐齒輪203 —起轉動，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，井隨第四直齒輪304 —起轉動，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轉動。本實施例以第一旋轉副107為例，如圖3B所示擺錘101隨擺盤102在波浪力作用下運動，擺錘101帶動與其連接的驅動桿103運動，驅動桿103帶動與其連接的從動桿104運動，從動桿104通過超越離合器201與軸204固定連接繞旋轉副107轉動，旋轉運動只在單方向上有輸出，反方向上空轉。第一錐齒輪202也固定安裝在軸204上，隨軸204繞旋轉副107轉動，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轉動并改變運動的方向，其他兩處從動桿的設計相同，三個方向上的轉動轉化成同一個平面內的旋轉運動。本發(fā)明機構是軸対稱的，其他兩處的設計也完全相同，最后三處從動桿的旋轉運動通過轉向和傳遞，最終在輸出軸307處為連續(xù)單方向的旋轉輸出。當從動桿104產生反方向的旋轉轉動時，由于帶負載工作,從動桿104帶動超越離合器繞軸204空轉，其他零部件無動作，輸出軸307無輸出。當其他兩處從動桿的旋轉運動速度高于第一旋轉副107位置處從動桿104的旋轉運動速度時，第六直齒輪306與第五直齒輪305嚙合，帶動其反方向旋轉運動。最后該反方向旋轉運動在第一錐齒輪202作用下帶動軸204產生反方向的運動，繞第一位置旋轉副107反方向旋轉。由于從動桿104與超越離合器201固定連接，反方向的運動并不能驅動從動桿104運動，從動桿104保持原有姿態(tài)不變化。由此可見，本發(fā)明裝置能夠在三維空間上運動，在海洋環(huán)境中任何時間都有能量輸出，可將波浪能的隨機無序激勵轉換為連續(xù)的單方向旋轉機械運動，通過輸出末端輸出軸307連接發(fā)電機401與蓄能電池將機 械運動轉換為電能存儲。
權利要求
1.ー種可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在干具有多自由度慣性擺機構、轉向機構(2)、傳遞增速機構(3)以及能量轉換裝置和存儲裝置(4)，其中多自由度慣性擺機構(I)的每個輸出端通過轉向機構(2)與傳遞增速機構(3)相連，多自由度慣性擺機構的旋轉運動通過轉向和傳遞，在傳遞增速機構(3)的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉輸出；傳遞增速機構(3)的輸出端接有能量轉換和存儲裝置(4)。
2.按權利要求I所述的可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在于所述多自由度慣性擺機構采用Delta并聯(lián)慣性擺機構(I)，其以擺錘(101)做為獲取波浪能的輸入端，以三個旋轉副做為三個輸出端分別連接各自的轉向機構。
3.按權利要求I所述的可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在于所述轉向機構具有超越離合器(201)、第一錐齒輪(202)、第二錐齒輪(203)以及軸(204)，超越離合器(201)將Delta并聯(lián)慣性擺機構的一個旋轉副與軸(204)固定連接，繞旋轉副轉動，第一錐齒輪(202)固定安裝在軸(204)上，隨軸(204)繞旋轉副轉動；第二錐齒輪(203)與第一錐齒輪(202)垂直安裝嚙合，第二錐齒輪(203)與傳遞增速機構(3)的第一齒輪軸(308)固定連接。
4.按權利要求I所述的可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在于所述傳遞增速機構(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)與轉向機構(2)的第二錐齒輪(203)固定在一起，隨第二錐齒輪(203) —起轉動，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，井隨第二直齒輪(302) —起轉動，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)轉動；第五直齒輪(305)與第四直齒輪(304)通過第三齒輪軸固(310)定在一起，井隨第四直齒輪(304) —起轉動，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)轉動。
5.按權利要求I所述的可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在于所述能量轉換裝置為大扭矩低轉速微型發(fā)電機(401)。
6.按權利要求I所述的可移動波浪能吸收和轉換裝置，其特征在于所述可移動波浪能吸收和轉換裝置整體安裝于密閉殼體內，漂浮于洋面上或者懸浮于洋流中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可移動波浪能吸收和轉換裝置，具有多自由度慣性擺機構、轉向機構、傳遞增速機構以及能量轉換裝置和存儲裝置，其中多自由度慣性擺機構的每個輸出端通過轉向機構與傳遞增速機構相連，多自由度慣性擺機構的旋轉運動通過轉向和傳遞，在傳遞增速機構的輸出端為連續(xù)單方向的旋轉輸出；傳遞增速機構的輸出端接有能量轉換和存儲裝置。本發(fā)明能夠在三維空間上運動，使用超越離合器使往復旋轉運動轉化成單向旋轉機械運動，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構的設計，節(jié)約成本，減輕整個裝置的重量。Delta并聯(lián)結構的成型設計很多也很成熟，結構上易于實現(xiàn)。
文檔編號F16H1/22GK102678428SQ20111005957
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權日2011年3月11日
發(fā)明者于鵬, 劉柱, 周磊, 楊洋, 董再勵 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所