(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811064598.5
(22)申请日 2018.09.12
(71)申请人 中国科学院广州能源研究所
地址 510640 广东省广州市天河区五山能
源路2号
(72)发明人 叶寅 盛松伟 王坤林
(74)专利代理机构 广州科粤专利商标代理有限
公司 44001
代理人 周友元 莫瑶江
(51)Int.Cl.
B63H 19/02(2006.01)
B63H 21/17(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种由波浪能驱动的无人艇，
波浪的作用下相互旋转以产生角位移，能量转换
系统通过电缆与蓄电池连接，将艇艏和艇尾的相
互旋转运动转换成电能后存储在蓄电池中，船舶
推进螺旋桨利用蓄电池存储的电能驱动无人艇
在海面航行。本发明的由波浪能驱动的无人艇，
可以由波浪作为无人艇动力在海中航行，结构简
单，制造和维护成本低，工作周期长可达数月甚
至数年。权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 109334935 A 2019.02.15
C N 109334935
A
1.一种由波浪能驱动的无人艇，其特征在于：包括艇艏(1)、艇尾(2)、能量转换系统
(7)、船舶推进螺旋桨(10)和蓄电池(23)；艇艏(1)和艇尾(2)沿艇宽方向铰接，二者在波浪的作用下相互旋转以产生角位移，能量转换系统(7)通过电缆(22)与蓄电池(23)连接，将艇艏(1)和艇尾(2)的角位移转换成电能后存储在蓄电池(23)中，船舶推进螺旋桨(10)利用蓄电池(23)存储的电能驱动无人艇在海面航行。
2.根据权利要求1所述的由波浪能驱动的无人艇，其特征在于：所述的能量转换系统
(7)包括第一棘轮(12)、第二棘轮(13)、第一主动齿轮(14)、第二主动齿轮(15)、第一棘爪 (16)、第二棘爪(17)、第一从动齿轮(18)、第二从动齿轮(19)、双出轴永磁发电机(20)和主轴(21)；
主轴(21)固定在艇尾(2)上，第一棘轮(12)和第二棘轮(13)相距一定间隔地安装在主轴(21)上，第一棘轮(12)和第二棘轮(13)可绕主轴(21)转动，且二者的棘齿朝向相反；第一棘爪(16)和第二棘爪(17)固定在艇艏(1)上，第一棘爪(16)与第一棘轮(12)啮合，第二棘爪
(17)与第二棘轮(13)啮合；
第一主动齿轮(14)套设在主轴(21)上，并与第一棘轮(12)固定连接；第二主动齿轮
(15)套设在主轴(21)上，并与第二棘轮(13)固定连接；第一从动齿轮(18)与第一主动齿轮
(14)啮合，第二从动齿轮(19)与第二主动齿轮(15)啮合；双出轴永磁发电机(20)一端与第一从动齿轮(18)连接，另一端与第二从动齿轮(19)连接。
3.根据权利要求1所述的由波浪能驱动的无人艇，其特征在于：所述的艇尾(2)上设有轴套支撑座(3)，轴套支撑座(3)上设有轴套(4)；所述的艇艏(1)设有销轴支撑座(5)，销轴支撑座(5)上设有销轴(6)，销轴(6)嵌入轴套(4)中，使艇艏(1)和艇尾(2)铰接在一起。
4.根据权利要求1-3任一所述的由波浪能驱动的无人艇，其特征在于：所述的艇艏(1)和艇尾(2)上均设有上限位橡胶块(9)和下限位橡胶块(11)，上限位橡胶块(9)通过上限位橡胶块支撑座(8)安装在艇艏(1)和艇尾(2)的上方，下相位橡胶块(11)安装在艇艏(1)和艇尾(2)连接处的下方。
权 利 要 求 书1/1页CN 109334935 A
一种由波浪能驱动的无人艇
技术领域
[0001]本发明涉及波浪能发电领域，具体涉及一种利用波浪能作为动力驱动的无人艇。
背景技术
[0002]小型的海上无人艇，具有体积小，移动灵活，布放和回收方面，隐身性能好，成本低等优点，在海洋资源勘探、水面水下军事侦察，海洋环境监测等方面具有重要的用途。但由于动力供应的问题，无人艇的航程受到制约，目前无人艇的动力来源方式一般有三种：第一种是独自携带柴油或者蓄电池，由于无人艇体积小，无法携带大量的燃油，也无法安装大容量的蓄电池，因此限制了无人艇的航程；第二种是利用太阳能作为动力来源，在无人艇上安装太阳能板，由太阳能给蓄电池充电，该方式虽然可以不用大容量的蓄电池，但是由于海上天气变化以及到了夜晚，没有阳光时，无人艇便没了
动力，因此很难保证无人艇动力供应的稳定性；第三种就是母船携带无人艇，由母船为无人艇提供动力，但这种方式减小了无人艇的活动范围，降低了无人艇的隐蔽性。
[0003]由于无人艇动力供给的制约，目前急需要一种能在恶劣的海洋环境中可以长航时、活动范围大的水面无人艇，无人艇的续航能力决定着无人艇的性能。波浪能是海洋中蕴藏的一种可再生能源，具有分布范围广，能量密度高，如果利用波浪能作为动力，几乎可以为无人艇提供无限的续航能力，并且波浪能在转换为电能的过程中几乎不产生任何的污染。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种由波浪能驱动的无人艇，利用波浪能作为无人艇的动力源，使无人艇可以不依赖其他母船而增加航程和活动范围。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006]一种由波浪能驱动的无人艇，包括艇艏、艇尾、能量转换系统、船舶推进螺旋桨和蓄电池；艇艏和艇尾沿艇宽方向铰接，二者在波浪的作用下相互旋转以产生角位移，能量转换系统通过电缆与蓄电池连接，将艇艏和艇尾的角位移转换成电能后存储在蓄电池中，船舶推进螺旋桨利用蓄电池存储的电能驱动无人艇在海面航行。
[0007]根据本发明的一种改进，所述的能量转换系统包括第一棘轮、第二棘轮、第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一棘爪、第二棘爪、第一从动齿轮、第二从动齿轮、双出轴永磁发电机和主轴；
[0008]主轴固定在艇尾上，第一棘轮和第二棘轮相距一定间隔地安装在主轴上，第一棘轮和第二棘轮可绕主轴转动，且二者的棘齿朝向相反；第一棘爪和第二棘爪固定在艇艏上，第一棘爪与第一棘轮啮合，第二棘爪与第二棘轮啮合；
[0009]第一主动齿轮套设在主轴上，并与第一棘轮固定连接；第二主动齿轮套设在主轴上，并与第二棘轮固定连接；第一从动齿轮与第一主动齿轮啮合，第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合；双出轴永磁发电机一端与第一从动齿轮连接，另一端与第二从动齿轮连接。
[0010]根据本发明的一种改进，所述的艇尾上设有轴套支撑座，轴套支撑座上设有轴套；所述的艇艏设有销轴支撑座，销轴支撑座上设有销轴，销轴嵌入轴套中，使艇艏和艇尾铰接在一起。
[0011]根据本发明的一种改进，所述的艇艏和艇尾上均设有上限位橡胶块和下限位橡胶块，上限位橡胶块通过上限位橡胶块支撑座安装在艇艏和艇尾的上方，下相位橡胶块安装在艇艏和艇尾连接处的下方。限位块的设置，可防止在大浪下艇艏和艇尾产生的角位移过大，确保艇艏和艇尾的相对角度保持在一定的范围内。
[0012]本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
[0013]1、本发明的无人艇和现有无人艇相比，利用波浪能作为动力源，而海洋中的波浪每时每刻都存在，因此本发明的无人艇的动力几乎源源不断。
[0014]2、本发明结构简单，直接将艇艏和艇尾分成两段，进行铰接，能量转换系统由两对棘轮-齿轮机构组成，安装制造都极为简便。
[0015]3、本发明中的能量转换系统不但可以用在波浪能无人艇中，也可应用在其他双浮体铰接的小型波浪能装置上，应用范围广阔，具有重要的使用价值。
[0016]4、其他类似的波浪能推进可移动平台大多数利用装置的横摇，本发明利用的是装置的纵摇，纵摇的力矩远大于横摇，因此在装置尺寸相近的情况下，俘获的波浪能更多。
附图说明
[0017]图1是本发明一种由波浪能驱动的无人艇俯视图；
[0018]图2是本发明一种由波浪能驱动的无人艇主视图；
[0019]图3是本发明一种由波浪能驱动的无人艇的能量转换系统组成示意图；
[0020]图4是本发明一种由波浪能驱动的无人艇中能量转换系统棘轮-齿轮机构组成图；[0021]图5是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时工作状态图；[0022]图6是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时棘轮-齿轮机构运转状态图；
[0023]图7是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时齿轮-发电机运转状态图；
[0024]图8是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时工作状态图；[0025]图9是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时棘轮-齿轮机构运转状态图；
[0026]图10是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时齿轮-发电机运转状态图；
[0027]附图标记说明：1-艇艏；2-艇尾；3-轴套支撑座；4-轴套；5-销轴支撑座；6-销轴；7-能量转换系统；8-上限位橡胶块支撑座；9-上限位橡胶块；10-船舶推进螺旋桨11-下限位橡胶块；12-第一棘轮；13-第二棘轮；14-第一主动齿轮；15-第二主动齿轮；16-第一棘爪；17-第二棘爪；18-第一从动齿轮；19-第二从动齿轮；20-双出轴永磁发电机；21-主轴；22-电缆；23-蓄电池。
具体实施方式
[0028]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0029]如图1至图4所示，本发明的一种由波浪能驱动的无人艇，包括艇艏1、艇尾2、轴套支撑座3、轴套4、销轴支撑座5、销轴6、能量转换系统7、上限位橡胶块支撑座8、上限位橡胶块9、船舶推进螺旋桨10、下限位橡胶块11、电缆22和蓄电池23。
[0030]艇艏1和艇尾2是两节独立的艇体，前后铰接在一起，在静水中，保持完整的船形，如图1和图2所示，并且艇艏1和艇尾2都采用无人艇通用的外形设计，以利降低无人艇在航行时的阻力。轴套4通过轴套支撑座3固定连接在艇尾2上，销轴6通过销轴支撑座5固定在艇艏1上，销轴6嵌入轴套4中，实现艇艏1和艇尾2的铰接，二者在波浪的作用下，可以相互旋转，以产生角位移。轴套4和销轴6的数量可以根据实际要求设计，本实施例中，均为2个，对称布置在无人艇宽度方向的两侧。
[0031]上限位橡胶块9通过上限位橡胶块支撑座8安装在艇艏1和艇尾2的上方，下相位橡胶块11安装在艇艏1和艇尾2连接处的下方，艇艏1和艇尾2上均设置2个上限位橡胶块9和2个下相位橡胶块11，且相对布置。上限位橡胶块9和下限位橡胶块11的目的是为了防止在大浪下，艇艏1和艇尾2产生的角位移过大，导致无人艇上的设备失稳，同时也为了保持艇艏1和艇尾2的姿态类似于船形，从而使无人艇的可以减小航行时的阻力，使艇艏1和艇尾2一直保持在微幅的相对角位移状态。
[0032]能量转换系统7安装在无人艇中部，作为无人艇的波浪能发电装置，其包括第一棘轮12、第二棘轮13、第一主动齿轮14、第二主动齿轮15、第一棘爪16、第二棘爪17、第一从动齿轮18、第二从动齿轮19、双出轴永磁发电机20和主轴21。
[0033]第一棘轮12和第二棘轮13相隔一定距离地嵌套在主轴21上，可以绕主轴21旋转，主轴21则安装固定在艇尾2上。第一棘轮12与第二棘轮13的棘齿朝向相反(如图4所示，需要说明的是，图4以及后面的图6和图9中，将两对棘轮-齿轮机构画在同一平面中，是为了便于表示，实际状况是，两对机构是前后间隔地安装在主轴21上，如图3、7、10所示)。第一棘轮12和第一主动齿轮14安装在一起，由键连接，使第一棘轮12和第一主动齿轮14可以同步旋转。第二棘轮13和第二主动齿轮15安装在一起，由键连接，使第二棘轮13和第二主动齿轮15可以同步旋转。
[0034]第一棘爪16和第二棘爪17安装固定在艇艏1上，第一棘爪16与第一棘轮12啮合，以驱动第一棘轮12旋转，第二棘爪17与第二棘轮13啮合，以驱动第二棘轮13旋转。第一棘轮12旋转可以带动第一主动齿轮14旋转，第一主动齿轮14和第一从动齿轮18相互啮合，第一从动齿轮18与双出轴永磁发电机20左端通过联轴器相连；第二棘轮13旋转可以带动第二主动齿轮15旋转，第二主动齿轮15和第二从动齿轮19相互啮合，第二从动齿轮19与双出轴永磁发电机20右端通过联轴器相连。
[0035]双出轴永磁发电机20可商购获得，其发出的电由电缆22经过电力变换输入到蓄电池23中，再由蓄电池23存储的电驱动船舶推进螺旋桨10使无人艇在海面航行。
[0036]下面结合图5至图10，对本发明的无人艇的工作原理说明如下：
[0037]当无人艇在海上航行时，由于波浪的作用，艇艏1和艇尾2会产生相对角位移，如图5和所示，艇
的中部会凹下去，类似于船舶中的中垂现象，称为中垂做功形式，或者如图8所
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