船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置的制作方法

本发明涉及一种船用折叠伸缩、智能追光太阳能发电板及风帆推进集成装置，尤其涉及一种灵活适应不同船舶航行空间环境、不同时间尺度、绿色智能和混合能源的船舶推进技术。

背景技术：

环境、能源及人口压力迫使船舶行业推行绿色新能源技术。海洋中的太阳能和风能资源丰富，但是目前人们对海上的太阳能和风能资源开发十分有限，此领域具有十分广阔的发展前景。目前船舶动力来源多采用传统化石燃料，海上航运尾气排放占比全球总排放达10%以上，因此在船舶动力领域进行能源结构调整具有十分重要的意义。传统的太阳能船舶利用技术多为在船舶甲板上铺设大面积固定的太阳能发电板，占用了大量的甲板有效面积，只能适用于个别类型的船舶，如游船，因此严重限制了该技术在其他类型船舶上的推广应用，虽然也有专利（如申请号201810592948.9,201721782165.4，201810165797.9）提及了可折叠的太阳能板技术方案，但其多是针对少量的太阳能板进行设计，应用领域并非船舶技术，并且其发明结构形式、执行机构及工作用途和本申请的方案也完全不同。对于风能和太阳能混合能源利用形式在船舶上的应用，专利申请号201410209365.5虽然提出了一种风帆和太阳能电池板的船用技术方案，但是其太阳能电池板并不能折叠，也没有涉及自动智能追光系统，仍属于传统技术方案，灵活性并不强，适用船型有限，因此与本申请的结构形式及权限要求不同。同时值得提出的是，上述专利提及的太阳能发电板的安装空间均限制在船体已有空间内，不具有外展性，这和本申请提出的外展型方案有本质区别。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以人工或自动控制的太阳能发电板折叠伸缩和追光装置，并兼具风帆助推的绿色船舶推进功能。通过对多个折叠臂和太阳能发电板迎光面积和角度的控制，实现了船舶在不同空间环境和时间尺度内的能量吸收最大化，扩大了绿色船舶的适用范围，同时保证不妨碍船舶的正常作业和进出港口。

本发明的技术方案如下：

一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置，包括：

基座，固定在船体侧面；

两旋转自由度驱动装置，固定在所述基座1上且输出端与所述折叠式太阳能发电板机构驱动连接；

折叠式太阳能发电板机构，其一端与两旋转自由度串联驱动装置的输出端驱动连接；

追光系统，与所述两旋转自由度串联驱动装置电气连接，用于调节所述折叠式太阳能发电板机构的姿态以控制太阳能发电板的迎光面积和角度；

风速风向监测装置，与所述两旋转自由度串联驱动装置电气连接，用于根据所监测的风速风向数据调节所述折叠式太阳能发电板机构抬起实现风帆推进的功能。

进一步地，所述的两旋转自由度驱动装置包括仰俯角度调节装置、翻滚角度调节装置、连接桥，所述仰俯角度调节装置固定在所述基座上，所述翻滚角度调节装置与仰俯角度调节装置的输出端固定连接，所述连接桥与所述翻滚角度调节装置的输出端固定连接。

进一步地，所述的仰俯角度调节装置包括轴承座、第一步进电机，所述轴承座固定在所述基座上，所述第一步进电机的输出端依次通过转轴及万向节与所述翻滚角度调节装置固定连接，所述转轴与所述轴承座转动配合。

进一步地，所述的仰俯角度调节装置包括两个轴承座和第一步进电机，两个所述轴承座对称地固定在所述基座上，两个所述第一步进电机对称分布且输出端分别通过转轴及万向节与所述翻滚角度调节装置固定连接，各转轴分别与对应的所述轴承座转动配合。

进一步地，所述的翻滚角度调节装置包括电机外壳、第二步进电机，所述的第二步进电机固定在所述在所述电机外壳内，所述的第二步进电机输出端与连接桥固定连接，所述电机外壳与所述的仰俯角度调节装置输出端固定连接。

进一步地，所述的折叠式太阳能发电板机构包括若干通过合页依次铰接的太阳能板、位于各太阳能板下方且依次转动连接的若干折叠臂。

进一步地，每个所述的折叠臂均包括本体，所述本体的一端设置有折叠臂电机，所述折叠臂电机的输出端设置有电机外齿轮；所述本体的另一端设置有与相邻折叠臂连接的铰接接头，所述的铰接接头上设置有与相邻的所述折叠臂的电机外齿轮相啮合的折叠臂内齿轮。

进一步地，相邻的太阳能板之间还是设置有限位杆。

进一步地，所述追光系统采用光电追踪式追光系统或视日运动轨迹追踪式追光系统。

进一步地，所述的风速风向监测装置还用于根据所监测的风速风向数据驱动所述的第二步进电机调整所述折叠式太阳能发电板机构的迎风攻角优化风帆推进功能。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明为具有折叠伸缩和智能追光功能的船用太阳能发电装置，采用外展性设计，不占用船舶既有甲板面积，适用船舶类型范围广。本发明同时兼具风帆推进的功能是对现有绿色船舶领域的拓延和创新，具有较好的新颖性、实用性及较大的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置实施例一的太阳能板完全展开时的结构示意图。

图2是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置实施例一的太阳能板折叠过程示意图。

图3是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置实施例一的太阳能板完全折叠后的示意图。

图4是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置模块结构示意图。

图5是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置太阳能发电板连接示意图。

图6是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置折叠臂结构示意图。

图7是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置模块局部示意图。

图8是本发明的一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置实施例二的示意图。

图中所示为：1-基座；2-轴承座；3-纵向槽；4-横向槽；5-第一步进电机；6-万向节；7-电机外壳；8-连接桥；9-太阳能板；10-折叠臂；11-折叠臂内齿轮；12-合页；13-第二步进电机；14-电机外齿轮；15-折叠臂电机；16-限位杆；17-船体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1、图2和图3所示，一种船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置，包括：

基座1，固定在船体侧面，整体呈l形，为了使电机顺利转动被干涉，所述基座1的分别设置有竖直的纵向槽3和水平的横向槽4，为电机旋转预留足够的运动空间；

两旋转自由度驱动装置，固定在所述基座1上且输出端与所述折叠式太阳能发电板机构驱动连接；

折叠式太阳能发电板机构，其一端与两旋转自由度串联驱动装置的输出端驱动连接；

追光系统，与所述两旋转自由度串联驱动装置电气连接，用于调节所述折叠式太阳能发电板机构的姿态以控制太阳能发电板的迎光面积和角度；

风速风向监测装置，与所述两旋转自由度串联驱动装置电气连接，用于根据所监测的风速风向数据调节所述折叠式太阳能发电板机构抬起实现风帆推进的功能。

具体而言，如图7所示，所述的两旋转自由度驱动装置包括仰俯角度调节装置、翻滚角度调节装置、连接桥8，所述仰俯角度调节装置固定在所述基座1上，所述翻滚角度调节装置与仰俯角度调节装置的输出端固定连接，所述连接桥8与所述翻滚角度调节装置的输出端固定连接。

其中，所述的仰俯角度调节装置包括两个轴承座2和第一步进电机5，两个所述轴承座2对称地固定在所述基座1上，两个所述第一步进电机5对称分布且输出端分别通过转轴及万向节与所述翻滚角度调节装置固定连接，各转轴分别与对应的所述轴承座2转动配合。

其中，所述的翻滚角度调节装置包括电机外壳7、第二步进电机13，所述的第二步进电机13固定在所述在所述电机外壳7内，所述的第二步进电机13输出端与连接桥8固定连接，所述电机外壳7与所述的仰俯角度调节装置输出端固定连接。

如图4和图5所示，所述的折叠式太阳能发电板机构包括若干通过合页12依次铰接的太阳能板9、位于各太阳能板9下方且依次转动连接的若干折叠臂10，折叠臂10在满足结构强度、刚度及稳定性的前提下不限定数量。相邻的太阳能板9之间还是设置有限位杆16。

如图6所示，每个所述的折叠臂10均包括本体，所述本体的一端设置有折叠臂电机15，所述折叠臂电机15的输出端设置有电机外齿轮14；所述本体的另一端设置有与相邻折叠臂10连接的铰接接头，所述的铰接接头上设置有与相邻的所述折叠臂10的电机外齿轮14相啮合的折叠臂内齿轮11。

所述追光系统采用光电追踪式追光系统或视日运动轨迹追踪式追光系统，以实现光利用的最大化。其中，光电追踪式追光系统利用光敏传感器对太阳光强进行检测，并由伺服机构使电池板对准阳光实现追光；而视日运动轨迹追踪式追光系统则是根据当前时间对应的太阳能方位角调整电池板对准阳光实现追光，两种方式各有特点，具体的实现方案为现有技术，本领域技术人员可以根据需要进行适当选择，在不在赘述。

所述的风速风向监测装置还用于根据所监测的风速风向数据驱动所述的第二步进电机13调整所述折叠式太阳能发电板机构的迎风攻角优化风帆推进功能，获得最佳的推进效果。

本实施例中，所述基座1及除了所述船体17以外的所有零部件作为一个整体模块，该模块固定在船体17上的适当位置，如船体17的夹板两侧，数量可以根据需要而定，本实施例设置对称设置了两套，所述船体17可以是现有船舶，也可以是新造船舶。如图1所示，当船体17在海况良好的海上航行时，折叠臂和连接桥以及各折叠臂之间铰接处的折叠臂电机15驱动折叠臂伸展动作，同时折叠臂带动铺于其上的太阳能发电板一起伸展开来，完成最大的受光面积，同时，位于电机外壳7内部的第二步进电机会动态驱动连接桥及折叠臂绕电机轴转动完成追光动作，以保持太阳能电池板与太阳角的动态跟踪。如图2和图3所示，在海况不好或进入港口航道等狭小空间或海上作业时，则可以完成与上述动作相反的操作，即收起折叠臂，使各太阳能发电板9折叠起来。在上述所有动作中各太阳能电池9板会保持和折叠臂动作的同步，即同步折叠、伸缩、俯仰、旋转。所述太阳能发电板输出的电能可以供船用电气设备使用或用于辅助推进。

实施例二

如图8所示，本实施例与实施例一的区别在于：当海上风力适宜的时候，所述基座1上的第一步进电机5驱动电机外壳7及连接桥8和下游的折叠臂等完成向上抬起动作，所述折叠式太阳能发电板机构抬起作为风帆使用时可以直接用于船舶的辅助推进，以实现风帆推进的功能，其并且迎风攻角可以通过电机外壳7内部的第二步进电机13驱动调整，或者最佳的推进效果。在海况不好或进入港口航道等狭小空间或海上作业时，则可以完成与上述动作相反的操作，即收起折叠臂。在上述所有动作中太阳能电池板会保持和折叠臂动作的同步，即同步折叠、伸缩、俯仰、旋转。

应当指出，本发明的发电方案不限于实施例所述的船用情形，所有适宜于本装置模块的场合均属于此发明的保护范围。

如上所述，上述实施例提出的具有折叠伸缩和智能追光功能的船用太阳能电池板装置，同时兼具风帆推进的功能是对现有绿色船舶领域的创新，具有较好的新颖性和实用性，具有较大的推广应用前景。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。