CN111016672A - 一种变面积多帆推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于混合动力推进技术领域，具体公开了一种变面积多帆推进装置,该装置包括椭圆形底盘、底座、第一电机、第二电机、第一丝杆、第二丝杆、前帆推进装置和后帆推进装置，底座包括第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘，椭圆形底盘安装在第三圆盘的下方，第一丝杆的下端贯穿通过第一圆盘和第二圆盘且与第一电机转动连接，第一丝杆上设有从动轮，第二丝杆设在第一圆盘的上部，第二丝杆上设有行星齿轮，第一丝杆和第二丝杆通过从动轮与行星齿轮配合转动连接，在第一丝杆上端设有后帆推进装置，在第二丝杆上端设有前帆推进装置。本装置可以实现帆板面积变化，以及单帆和双帆工作模式。

Description

一种变面积多帆推进装置

【技术领域】

本发明属于混合动力推进技术领域，特别涉及一种变面积多帆推进装置。

【背景技术】

风能作为一种绿色能源，在很多领域中得到应用，特别是作为一种驱动动力使用。但传统上的都是利用风帆为动力的海上运动项目而实现的，现有的草原和沙滩上使用的考察车或者其他类型的机器人也可以采用分类推进，但现有的船用风帆大多只有手工操作，耗时耗力，操作繁琐效率比较低，而且占用面积大，最重要的是现有风帆结构比较固定，提供动力不足，不能够根据实时的风向以及风速来调整帆的方向和帆的面积，进而不能达到多级速度的调节，不能够满足实际运行中的需要。

【发明内容】

本发明专利所要解决的技术问题是：提供一种变面积多帆推进装置，本装置可以实现帆板面积变化，以及单帆和双帆工作模式，即使在微弱的风中通过改变帆的面积和数目，也能提供充足动力。本装置还可以根据实时的风速和风向，及时调节风帆面积和数目，实现多级变速，满足对不同速度的要求，实用性较高，能提高工作效率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种变面积多帆推进装置，包括椭圆形底盘、底座、第一电机、第二电机、第一丝杆、第二丝杆、前帆推进装置和后帆推进装置，

所述底座包括第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘，所述椭圆形底盘上方设有所述第三圆盘，所述第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘同心设置，在所述第三圆盘和所述椭圆形底盘之间设有连接轴，所述连接轴的上端与所述第三圆盘的中心位置固定连接，所述连接轴的下端与所述椭圆形底盘的中心位置转动连接，所述第三圆盘的上方设有所述第二圆盘，所述第三圆盘和所述第二圆盘之间固定设有若干个支撑柱，所述第一圆盘设在所述第二圆盘的上方，所述第一圆盘的直径小于所述第二圆盘的直径，所述第一圆盘与所述第二圆盘转动连接，所述连接轴上固定设有第一从动轮，所述第一电机安装在所述椭圆形底盘上，所述第一电机上设有第一主动轮，所述第一主动轮与所述第一从动轮啮合传动连接，所述第二电机安装在所述第三圆盘上，所述第二电机上设有第二主动轮，

在所述第一圆盘中心设有所述第一丝杆，所述第一丝杆贯穿通过所述第一圆盘和第二圆盘且与所述第二圆盘转动连接，所述第一丝杆的下端设有第二从动轮，所述第二主动轮与所述第二从动轮啮合传动连接，在所述第一圆盘的上方于所述第一丝杆上固定设有第三从动轮，在所述第三从动轮的上方于所述第一丝杆上套设有第一螺母，所述第一螺母与所述第一丝杆螺纹连接，

所述后帆推进装置包括第一桅杆、第一支撑件、第一拉杆和第一连接杆，所述第一桅杆竖向设在所述第二圆盘后部的端面上，所述第一支撑件设在所述第一桅杆上，所述第一支撑件包括第一左支撑臂、第一右支撑臂、第一左连接杆和第一右连接杆，所述第一左支撑臂和第一右支撑臂水平设置，所述第一左支撑臂和第一右支撑臂之间通过固定于所述第一桅杆上的铰接轴铰接，所述第一左连接杆倾斜设置且上端与所述第一左支撑臂的中部铰接，所述第一右连接杆倾斜设置且上端与所述第一右支撑臂的中部铰接，所述第一左连接杆和第一右连接杆的下端通过固定于所述第一拉杆上的铰接轴铰接，所述第一连接杆的一端固定连接在所述第一拉杆上，所述第一连接杆的另一端固定连接在所述第一螺母上，

在所述第一圆盘于所述第一丝杆的前侧转动安装设有竖向设置的所述第二丝杆，在所述第一丝杆和所述第二丝杆之间设有条形连接件，所述条形连接件的一端与所述第一丝杆固定连接，所述条形连接件的另一端与所述第二丝杆转动连接，在所述第二丝杆上固定设有行星齿轮，所述行星齿轮与所述第三从动轮相互啮合，在所述行星齿轮上方于所述第二丝杆上套设有第二螺母，所述第二螺母与所述第二丝杆螺纹连接，

所述前帆推进装置包括第二桅杆、第二支撑件、第二拉杆和第二连接杆，所述第二桅杆竖向设在所述第一圆盘前部的端面上，所述第二桅杆位于所述第二丝杆前方，所述第二支撑件设在所述第二桅杆上，所述第二支撑件包括第二左支撑臂、第二右支撑臂、第二左连接杆和第二右连接杆，所述第二左支撑臂和第二右支撑臂水平设置，所述第二左支撑臂和第二右支撑臂之间通过固定于所述第二桅杆上的铰接轴铰接，所述第二左连接杆倾斜设置且上端与所述第二左支撑臂的中部铰接，所述第二右连接杆倾斜设置且上端与所述第二右支撑臂的中部铰接，所述第二左连接杆和第二右连接杆的下端通过固定于所述第二拉杆上的铰接轴铰接，所述第二连接杆的一端固定连接在所述第二拉杆上，所述第二连接杆的另一端固定连接在所述第二螺母上。

优选的，所述第一支撑件和第二支撑件分别设有两个以上，所述第一桅杆上的所述第一支撑件上下相对设置，所述第二桅杆上的所述第二支撑件上下相对设置。

优选的，所述第一左支撑臂包括第一支撑杆和第一弯杆，所述第一支撑杆的一端与所述第一弯杆的一端铰接，所述第一弯杆向内侧弯曲，所述第一左支撑臂和所述第一右支撑臂形状构造对称。

优选的，所述第二左支撑臂包括第二支撑杆和第二弯杆，所述第二支撑杆的一端和所述第二弯杆的一端铰接，所述第二弯杆向内侧形成U型状，所述第二左支撑臂和所述第二右支撑臂形状构造对称。

优选的，还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括风向风速采集器和微型计算机，所述风向风速采集器设置在所述第一桅杆和第二桅杆的顶部，所述微型计算机设置在所述椭圆形底盘的底部，所述风向风速采集器采集风向和风速信息，所述微型计算机用于接收所述风向和风速信息并控制所述第一电机和第二电机运转。

优选的，还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板和所述蓄电池设置在所述椭圆形底盘的上部，所述太阳能电池板通过导线连接所述蓄电池，所述蓄电池为所述第一电机、第二电机、风向风速采集器和微型计算机供电。

优选的，在所述椭圆形底盘的底部安装有轮子。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种变面积多帆推进装置，本装置可以实现帆板面积变化，以及单帆和双帆工作模式，即使在微弱的风中通过改变帆的面积和数目，也能提供充足动力。本装置还可以根据实时的风速和风向，及时调节风帆面积和数目，实现多级变速，满足对不同速度的要求，实用性较高，能提高工作效率。

2、本发明采用丝杆传动方式，可有效节省空间，达到轻量化。另外由于螺纹传动具有自锁能力，可保证推进装置稳定运行，安全可靠，节能环保，克服传统传动方式复杂，占据空间大，不具有机械自锁的弊端。

3、本发明采用行星轮机构实现单双帆切换，得益于这一机构的优良特性，使装置的动力原件大幅减少，只需要一个电动机即可实现多个动作，极大节省电机数目，节省空间，能源，***可靠性高。另外采用行星轮和丝杆的配合，可实现运动的同步性，挨单双帆切换的过程中，同时进行帆面面积的变化，更好适应实际工作中的需求。

4、本发明中前帆方位会发生变化，双帆行驶和单帆行驶，对于前帆来说，迎风方向相反，前帆推进装置采用U型翼板设计，可使帆在不同方位，都可以保证帆面呈U型，承受最大迎风面积，采用这种U型支撑件，可保证不管哪种风向，都可撑起帆面，结构可靠。

5、本发明实现完全收帆装置，当遇到超大风暴时，可以把帆完全收起，进而避免机构遭到破坏，同时还可以实现整体风帆位置调整，以适应不同的风向，把迎风角调到最佳位置，为装置提供充足动力。

6、本发明设置有自动控制装置，本装置采用微型计算机和传感器技术，利用风向风速采集器和微型计算机进行数据采集和自动控制，进行自动感知风向和风速。通过微型计算机控制电机调节风帆角度，取代传统人力，灵活性比较高，自动化程度高，操作简单。

7、本发明设置有太阳能发电装置，太阳能发电装置包括太阳能电池板和蓄电池，能够持续为第一电机、第二电机、风向风速采集器和微型计算机供电，利用太阳能提供动力实现对装置的推进实现高效绿色，环保节能的目的。

【附图说明】

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的前帆推进装置和后帆推进装置展开状态示意图；

图3是本发明的前帆推进装置和后帆推进装置收缩状态示意图

图4是本发明的前帆推进装置结构示意图；

图5是本发明的后帆推进装置结构示意图；

图6是本发明的第二左支撑臂和第二右支撑臂的结构示意图；

图7是本发明的第一左支撑臂和第一右支撑臂的结构示意图；

图8是本发明的电路连接图；

图9是本发明的自动控制***工作原理图；

主要元件符号说明如下：

1-椭圆形底盘，2-第一电机，3-第二电机，4-第一丝杆，5-第二丝杆，6-第一圆盘，7-第二圆盘，8第三圆盘，9-连接轴，10-第一从动轮，11-第一主动轮，12-第二主动轮，13-第二从动轮，14-第三从动轮，15-第一螺母，16-第一桅杆，17-第一支撑件，171-第一左支撑臂，172-第一右支撑臂，173-第一左连接杆，174-第一右连接杆，175-第一支撑杆，176-第一弯杆，18-第一拉杆，19-第一连接杆，20-条形连接件，21-行星齿轮，22-第二螺母，23-第二桅杆，24-第二支撑件，241-第二左支撑臂，242-第二右支撑臂，243-第二左连接杆，244-第二右连接杆，245-第二支撑杆，246-第二弯杆，25-第二拉杆，26-第二连接杆，27-风向风速采集器，28-太阳能电池板，29-轮子。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

【具体实施方式】

如图1至图9所示，一种变面积多帆推进装置，包括椭圆形底盘1、底座、第一电机2、第二电机3、第一丝杆4、第二丝杆5、前帆推进装置和后帆推进装置，底座包括第一圆盘6、第二圆盘7和第三圆盘8，椭圆形底盘1上方设有第三圆盘8，第一圆盘6、第二圆盘7和第三圆盘8同心设置，在第三圆盘8和椭圆形底盘1之间设有连接轴9，连接轴9的上端与第三圆盘8的中心位置固定连接，连接轴9的下端与椭圆形底盘1的中心位置转动连接，第三圆盘8的上方设有第二圆盘7，第三圆盘8和第二圆盘7之间固定设有若干个支撑柱，第一圆盘6设在第二圆盘7的上方，第一圆盘6的直径小于第二圆盘7的直径，第一圆盘6与第二圆盘7转动连接，连接轴9上固定设有第一从动轮10，第一电机2安装在椭圆形底盘1上，第一电机2上设有第一主动轮11，第一主动轮11与第一从动轮10啮合传动连接，第二电机3安装在第三圆盘8上，第二电机3上设有第二主动轮12，在第一圆盘6中心设有第一丝杆4，第一丝杆4贯穿通过第一圆盘6和第二圆盘7且与第二圆盘7转动连接，第一丝杆4的下端设有第二从动轮13，第二主动轮12与第二从动轮13啮合传动连接，在第一圆盘6的上方于第一丝杆4上固定设有第三从动轮14，在第三从动轮14的上方于第一丝杆4上套设有第一螺母15，第一螺母15与第一丝杆4螺纹连接。

后帆推进装置包括第一桅杆16、第一支撑件17、第一拉杆18和第一连接杆19，第一桅杆16竖向设在第二圆盘7后部的端面上，第一支撑件17设在第一桅杆上16，第一支撑件17包括第一左支撑臂171、第一右支撑臂172、第一左连接杆173和第一右连接杆174，第一左支撑臂171包括第一支撑杆175和第一弯杆176，第一支撑杆175的一端与第一弯杆176的一端铰接，第一弯杆176向内侧弯曲，第一左支撑臂171和第一右支撑臂172形状构造对称。第一左支撑臂171和第一右支撑臂172水平设置，第一左支撑臂171和第一右支撑臂172之间通过固定于第一桅杆16上的铰接轴铰接，第一左连接杆173倾斜设置且上端与第一左支撑臂171的中部铰接，第一右连接杆174倾斜设置且上端与第一右支撑臂172的中部铰接，第一左连接杆173和第一右连接杆174的下端通过固定于第一拉杆18上的铰接轴铰接，第一连接杆19的一端固定连接在第一拉杆18上，第一连接杆19的另一端固定连接在第一螺母15上，在第一圆盘于第一丝杆4的前侧转动安装设有竖向设置的第二丝杆5，在第一丝杆4和第二丝杆5之间设有条形连接件20，条形连接件20的一端与第一丝杆4固定连接，条形连接件20的另一端与第二丝杆5转动连接，在第二丝杆5上固定设有行星齿轮21，行星齿轮21与第三从动轮14相互啮合，在行星齿轮21上方于第二丝杆5上套设有第二螺母22，第二螺母22与第二丝杆5螺纹连接。

前帆推进装置包括第二桅杆23、第二支撑件24、第二拉杆25和第二连接杆26，第二桅杆23竖向设在第一圆盘6前部的端面上，第二桅杆23位于第二丝杆5前方，第二支撑件24设在第二桅杆23上，第二支撑件24包括第二左支撑臂241、第二右支撑臂242、第二左连接杆243和第二右连接杆244，第二左支撑臂241包括第二支撑杆245和第二弯杆246，第二支撑杆245的一端和第二弯杆246的一端铰接且形成U型状，第二弯杆246向内侧形成U型状，第二左支撑臂241和第二右支撑臂242形状构造对称。第二左支撑臂241和第二右支撑臂242水平设置，第二左支撑臂241和第二右支撑臂242之间通过固定于第二桅杆23上的铰接轴铰接，第二左连接杆243倾斜设置且上端与第二左支撑臂241的中部铰接，第二右连接杆244倾斜设置且上端与第二右支撑臂242的中部铰接，第二左连接杆243和第二右连接杆244的下端通过固定于第二拉杆25上的铰接轴铰接，第二连接杆26的一端固定连接在第二拉杆25上，第二连接杆26的另一端固定连接在第二螺母22上。第一支撑件17和第二支撑件24分别设有两个以上，第一桅杆上16的第一支撑件17上下相对设置，第二桅杆23上的第二支撑件24上下相对设置。

本发明还包括自动控制装置和太阳能发电装置，自动控制装置包括风向风速采集器27和微型计算机，风向风速采集器27设置在第一桅杆16和第二桅杆23的顶部，微型计算机设置在椭圆形底盘1的底部，风向风速采集器27采集风向和风速信息，微型计算机用于接收风向和风速信息并控制第一电机2和第二电机3运转。太阳能发电装置包括太阳能电池板28和蓄电池，太阳能电池板28和蓄电池设置在椭圆形底盘1的上部，太阳能电池板28通过导线连接蓄电池，蓄电池为第一电机2、第二电机3、风向风速采集器27和微型计算机供电。在椭圆形底盘1的底部安装有轮子29。

本发明的工作原理：如图1至图3所示，风向风速采集器27采集到风速和风向后，将数据传入到微型计算机，微型计算机经过处理反馈到第一电机2和第二电机3，进而控制第一从动轮10和第二从动轮13转动，当第二从动轮13转动时，会带动其上的第一丝杆4转动，进而推动第一丝杆4上的第一螺母15上下移动，进而带动第一连接杆19，第一连接杆19带动第一拉杆18，实现第一拉杆18的上下移动，第一拉杆18带动第一左连接杆173和第一右连接杆174运动，从而实现第一支撑件17的开合，实现风帆面积的变化。上述第一丝杆4的转动会带动条形连接件20的转动，从而带动第二丝杆5的运动，第二丝杆5转动会使上面的第二螺母22上下移动，从而带动第二连接杆26，第二连接杆26带动第二拉杆25，实现第二拉杆25的上下移动，第二拉杆25带动第二左连接杆243和第二右连接杆244运动，从而实现第二支撑件24的开和，从而控制前帆面积的变化。

同时第二丝杆5带动行星齿轮21的转动，行星齿轮21除了绕着第三从动轮14公转，自身同时自转，并且由于第二丝杆5的公转会带动第一圆盘6的自转，固定在第一圆盘6上的第二桅杆23就会转动，随着第一圆盘6的转动，前帆和后帆距离会慢慢缩短，与此同时前帆和后帆的面积会越来越小，从而合为一个帆；当行星齿轮21反向运动时，前帆和后帆距离会慢慢增加，当前帆和后帆转动到对立面时，前帆和后帆距离达到最大，此时两帆的面积均最大，可提供最大动力；当第一电机2带动第一从动轮10转动时，会带动底座的整体转动，从而带动底座上所有装置的转动，实现推动装置的最佳迎风角，提供足够的动力。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种变面积多帆推进装置，其特征在于，包括椭圆形底盘、底座、第一电机、第二电机、第一丝杆、第二丝杆、前帆推进装置和后帆推进装置，

所述底座包括第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘，所述椭圆形底盘上方设有所述第三圆盘，所述第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘同心设置，在所述第三圆盘和所述椭圆形底盘之间设有连接轴，所述连接轴的上端与所述第三圆盘的中心位置固定连接，所述连接轴的下端与所述椭圆形底盘的中心位置转动连接，所述第三圆盘的上方设有所述第二圆盘，所述第三圆盘和所述第二圆盘之间固定设有若干个支撑柱，所述第一圆盘设在所述第二圆盘的上方，所述第一圆盘的直径小于所述第二圆盘的直径，所述第一圆盘与所述第二圆盘转动连接，所述连接轴上固定设有第一从动轮，所述第一电机安装在所述椭圆形底盘上，所述第一电机上设有第一主动轮，所述第一主动轮与所述第一从动轮啮合传动连接，所述第二电机安装在所述第三圆盘上，所述第二电机上设有第二主动轮，

在所述第一圆盘中心设有所述第一丝杆，所述第一丝杆贯穿通过所述第一圆盘和第二圆盘且与所述第二圆盘转动连接，所述第一丝杆的下端设有第二从动轮，所述第二主动轮与所述第二从动轮啮合传动连接，在所述第一圆盘的上方于所述第一丝杆上固定设有第三从动轮，在所述第三从动轮的上方于所述第一丝杆上套设有第一螺母，所述第一螺母与所述第一丝杆螺纹连接，

所述后帆推进装置包括第一桅杆、第一支撑件、第一拉杆和第一连接杆，所述第一桅杆竖向设在所述第二圆盘后部的端面上，所述第一支撑件设在所述第一桅杆上，所述第一支撑件包括第一左支撑臂、第一右支撑臂、第一左连接杆和第一右连接杆，所述第一左支撑臂和第一右支撑臂水平设置，所述第一左支撑臂和第一右支撑臂之间通过固定于所述第一桅杆上的铰接轴铰接，所述第一左连接杆倾斜设置且上端与所述第一左支撑臂的中部铰接，所述第一右连接杆倾斜设置且上端与所述第一右支撑臂的中部铰接，所述第一左连接杆和第一右连接杆的下端通过固定于所述第一拉杆上的铰接轴铰接，所述第一连接杆的一端固定连接在所述第一拉杆上，所述第一连接杆的另一端固定连接在所述第一螺母上，

在所述第一圆盘于所述第一丝杆的前侧转动安装设有竖向设置的所述第二丝杆，在所述第一丝杆和所述第二丝杆之间设有条形连接件，所述条形连接件的一端与所述第一丝杆固定连接，所述条形连接件的另一端与所述第二丝杆转动连接，在所述第二丝杆上固定设有行星齿轮，所述行星齿轮与所述第三从动轮相互啮合，在所述行星齿轮上方于所述第二丝杆上套设有第二螺母，所述第二螺母与所述第二丝杆螺纹连接，

所述前帆推进装置包括第二桅杆、第二支撑件、第二拉杆和第二连接杆，所述第二桅杆竖向设在所述第一圆盘前部的端面上，所述第二桅杆位于所述第二丝杆前方，所述第二支撑件设在所述第二桅杆上，所述第二支撑件包括第二左支撑臂、第二右支撑臂、第二左连接杆和第二右连接杆，所述第二左支撑臂和第二右支撑臂水平设置，所述第二左支撑臂和第二右支撑臂之间通过固定于所述第二桅杆上的铰接轴铰接，所述第二左连接杆倾斜设置且上端与所述第二左支撑臂的中部铰接，所述第二右连接杆倾斜设置且上端与所述第二右支撑臂的中部铰接，所述第二左连接杆和第二右连接杆的下端通过固定于所述第二拉杆上的铰接轴铰接，所述第二连接杆的一端固定连接在所述第二拉杆上，所述第二连接杆的另一端固定连接在所述第二螺母上。

2.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，所述第一支撑件和第二支撑件分别设有两个以上，所述第一桅杆上的所述第一支撑件上下相对设置，所述第二桅杆上的所述第二支撑件上下相对设置。

3.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，所述第一左支撑臂包括第一支撑杆和第一弯杆，所述第一支撑杆的一端与所述第一弯杆的一端铰接，所述第一弯杆向内侧弯曲，所述第一左支撑臂和所述第一右支撑臂形状构造对称。

4.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，所述第二左支撑臂包括第二支撑杆和第二弯杆，所述第二支撑杆的一端和所述第二弯杆的一端铰接，所述第二弯杆向内侧形成U型状，所述第二左支撑臂和所述第二右支撑臂形状构造对称。

5.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括风向风速采集器和微型计算机，所述风向风速采集器设置在所述第一桅杆和第二桅杆的顶部，所述微型计算机设置在所述椭圆形底盘的底部，所述风向风速采集器采集风向和风速信息，所述微型计算机用于接收所述风向和风速信息并控制所述第一电机和第二电机运转。

6.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板和所述蓄电池设置在所述椭圆形底盘的上部，所述太阳能电池板通过导线连接所述蓄电池，所述蓄电池为所述第一电机、第二电机、风向风速采集器和微型计算机供电。

7.如权利要求1所述的一种变面积多帆推进装置，其特征在于，在所述椭圆形底盘的底部安装有轮子。

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