一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置

本发明属于新能源开发，具体涉及一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置。

背景技术：

1、21世纪以来，海洋资源开发利用和海洋战略空间布局进入了新阶段，海洋从国家安全保障与经济循环助力等方面的战略地位更加突出。构建自立自强的海洋观测探测技术对海洋资源开发、建设海洋强国具有重要意义。在海洋监测体系中，海洋浮标检测由于其具有的生产成本低、适用范围广、可以多功能检测等多种特点，成为最常用的检测手段之一。目前海洋浮标所携带的集成监测传感器等单元电力供应，需要消耗大量的能源，传统化学电池终究是有限的能源储存器，由此，从外界海洋环境中收集能量，解决海洋浮标电力能源不足具有重要意义。

2、现有技术中公开了收集海洋波浪能的复合发电机，当该种复合发电装置受到外部低频波浪冲击时，通过弹性取力器对波浪能进行存储，并缓慢释放，摆锤上放置磁铁，通过摆锤的往复摆动改变磁场分布，从而实现下方至少一个线圈的发电，其结构弊端在于：1、摆锤往复摆动时磁通量变化不稳定，发电稳定性低且发电量难以保证。2、结构难以在保证发电效果的前提下小型化设计。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，海洋的波浪对置于其上的物体能够产生激励力，通过能量收集模块对所产生的激励力进行收集、并进行归一化处理，得到适用于发电机单向旋转的输出力矩，能够实现持续发电状态；本发明解决了现有技术中发电状态不稳定、发电量低难以满足需求等问题。

3、本发明的技术方案是：一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，包括外部支撑模块及搭载于其内的能量收集模块、发电模块；

4、所述外部支撑模块能够搭载能量收集模块、发电模块置于海洋中或海洋表面，将受到的不同方向海洋激励力传递至所述能量收集模块；

5、所述能量收集模块能够接收外部支撑模块传递的不同方向海洋激励力，并对各方向激励力进行归一化处理，输出单向旋转力矩；

6、所述发电模块接收能量收集模块输出的单向旋转力矩，将单向旋转运动转化为电流。

7、本发明的进一步技术方案是：所述外部支撑模块包括壳体及置于其内用于支撑单元；所述壳体为抗压承载结构，并进行水密处理；所述壳体与支撑单元之间的连接能够将所接收激励力完全传递至支撑单元；

8、所述支撑单元包括与壳体连接的支撑部件、安装于支撑部件上的承力轨迹导向件，所述承力轨迹导向件接收海洋不同方向激励力在其轴向上的分力，将叠加于其导向方向的不同方向激励力分力传递至能量收集模块。

9、本发明的进一步技术方案是：所述壳体由两个半球外壳合体而成；所述支撑单元包括作为支撑部件相对固定于壳体内壁的两个安装圆盘和固定于两个安装圆盘之间的安装架；所述安装架为框架结构，用于安装所述能量收集模块和发电模块。

10、本发明的进一步技术方案是：所述能量收集模块包括与承力轨迹导向件配合安装的力矩接收端、与发电模块配合安装的力矩输出端、以及完成力矩接收端和力矩输出端之间力矩方向/形式转化的中转端；

11、所述力矩接收端将叠加于承力轨迹导向件轴向的不同方向激励力分力转化为沿轴向的直线往复运动；

12、所述中转端将直线往复运动转化为单向旋转运动，并通过力矩输出端向该旋转力矩传递至发电模块的转轴。

13、本发明的进一步技术方案是：所述承力轨迹导向件为两个平行相对设置的滑杆，所述滑杆的两端分别穿过安装架与两侧的安装圆盘连接。

14、本发明的进一步技术方案是：所述能量收集模块的力矩接收端包括滑动齿条，所述滑动齿条滑动安装于滑杆上，其沿直线滑动方向设置有啮合齿；

15、所述力矩输出端为安装于发电模块转轴上的小齿轮。

16、本发明的进一步技术方案是：所述滑动齿条为矩形框架结构，四个顶点处分别通过直线轴承与两侧的滑杆滑动连接，框架内平行于滑杆的两侧内壁上设置有啮合齿；

17、所述滑杆位于滑动齿条的四个顶点与安装架之间部分均套装有弹簧。

18、本发明的进一步技术方案是：所述中转端依次设置有双向旋转单元和单向旋转单元；

19、所述双向旋转单元包括转动连接于安装架上的主动转盘和辅助转盘，所述主动转盘和辅助转盘相互啮合，同时与所述滑动齿条的啮合齿啮合，能够将滑动齿条的往复直线运动转化为双向旋转运动；

20、所述单向旋转单元包括分别与小齿轮啮合的一号齿轮和二号齿轮，所述一号齿轮和二号齿轮分别通过单向轴承安装于主动转盘和辅助转盘的中心轴上，能够将主动转盘和辅助转盘的顺时针旋转和逆时针旋转转化为控制小齿轮单一方向旋转的力矩。

21、本发明的进一步技术方案是：所述主动转盘的端面上沿周向设置有多个凸起，用于与所述滑动齿条的啮合齿啮合。

22、本发明的进一步技术方案是：所述发电模块包括发电机及将其安装于安装架上的发电机支架，所述发电机的转轴与小齿轮同轴固定安装，将小齿轮传动的单向旋转力矩转化为电流。

23、有益效果

24、本发明的有益效果在于：本发明进行了二级运动转换设计，第一级运动转换实现了激励从直线运动模块到双向旋转模块的传递，通过间歇运动机构将往复的直线运动转换为双向的旋转运动；而第二级运动转换将激励从双向旋转模块传递到单向旋转模块，通过单向轴承等机构将双向旋转运动转化为单向的旋转运动，并用于发电模块进行发电，从而提高环境能量的利用率，其中第二级运动转换可以达到机械整流的效果，在接受不同方向的激励时，通过单向轴承实现了运动转换齿轮(一号齿轮和二号齿轮)的主动啮合和从动啮合的自动切换，保证运动输出齿轮(小齿轮)运动方向始终一致，在往复运动激励能量收集过程中同时收集两个运动方向的能量，从而实现收集效率翻倍，同时提高了能量收集的稳定性和可靠性，一方面小齿轮稳定运动输出提供了稳定的输出电能，另一方面机械结构也解决了其他整流方式(如整流电路)在海洋环境下的应用风险。也避免了直线往复运动中机械能到电能转化时，返程运动过程中能量的浪费，实现了机械能的全程、无间隙收集，有效地将海洋波浪的不规则振动能量转换为电能。

技术特征：

1.一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置,其特征在于：包括外部支撑模块及搭载于其内的能量收集模块、发电模块；

2.根据权利要求1所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述外部支撑模块包括壳体及置于其内用于支撑单元；所述壳体为抗压承载结构，并进行水密处理；所述壳体与支撑单元之间的连接能够将所接收激励力完全传递至支撑单元；

3.根据权利要求1所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述壳体由两个半球外壳合体而成；所述支撑单元包括作为支撑部件相对固定于壳体内壁的两个安装圆盘和固定于两个安装圆盘之间的安装架；所述安装架为框架结构，用于安装所述能量收集模块和发电模块。

4.根据权利要求2所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述能量收集模块包括与承力轨迹导向件配合安装的力矩接收端、与发电模块配合安装的力矩输出端、以及完成力矩接收端和力矩输出端之间力矩方向/形式转化的中转端；

5.根据权利要求4所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述承力轨迹导向件为两个平行相对设置的滑杆，所述滑杆的两端分别穿过安装架与两侧的安装圆盘连接。

6.根据权利要求4所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述能量收集模块的力矩接收端包括滑动齿条，所述滑动齿条滑动安装于滑杆上，其沿直线滑动方向设置有啮合齿；

7.根据权利要求6所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述滑动齿条为矩形框架结构，四个顶点处分别通过直线轴承与两侧的滑杆滑动连接，框架内平行于滑杆的两侧内壁上设置有啮合齿；

8.根据权利要求6所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述中转端依次设置有双向旋转单元和单向旋转单元；

9.根据权利要求8所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述主动转盘的端面上沿周向设置有多个凸起，用于与所述滑动齿条的啮合齿啮合。

10.根据权利要求1-9任一项所述一种基于往复直线-单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，其特征在于：所述发电模块包括发电机及将其安装于安装架上的发电机支架，所述发电机的转轴与小齿轮同轴固定安装，将小齿轮传动的单向旋转力矩转化为电流。

技术总结
本发明一种基于往复直线‑单向旋转运动转化机制的海洋能收集装置，属于新能源开发技术领域；包括外部支撑模块及搭载于其内的能量收集模块、发电模块；外部支撑模块能够搭载能量收集模块、发电模块置于海洋中或海洋表面，将受到的不同方向海洋激励力传递至所述能量收集模块；能量收集模块能够接收外部支撑模块传递的不同方向海洋激励力，并对各方向激励力进行归一化处理，输出单向旋转力矩；发电模块接收能量收集模块输出的单向旋转力矩，将单向旋转运动转化为电流。本发明通过能量收集模块对所产生的激励力进行收集、转化，得到适用于发电机单向旋转的输出力矩，能够实现持续发电状态，解决了发电状态不稳定、发电量低难以满足需求等问题。

技术研发人员：陶凯,毛新辉,张继元,郭向阳,郭庆,郭燕
受保护的技术使用者：西北工业大学深圳研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4