CN116654233A - 一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法，涉及波浪能驱动领域，驱动装置包括第一驱动部件和第二驱动部件；第一驱动部件包括水面浮体船、铠装缆和水下牵引机；水面浮体船在波浪的作用下，为水下牵引机提供前进驱动力；第二驱动部件包括直线发电机和螺旋桨；直线发电机将波浪能转换成电能；螺旋桨在波浪滑翔器的速度低于第一阈值以及波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，在电能的驱动下转动，提高水下牵引机的前进驱动力。本发明通过双驱动模式驱动波浪滑翔器运动，在波浪滑翔器速度较低或不稳定时，通过电能驱动螺旋桨转动，提高波浪滑翔器的速度或使波浪滑翔器的速度稳定，并且不受恶劣天气的影响，不影响波浪滑翔器电力供应。

Description

一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及波浪能驱动领域，特别是涉及一种基于波浪双驱动理论的波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法。

背景技术

波浪滑翔器是一种以波浪动力前进，利用太阳能为仪器通讯、控制、定位、导航、传感器数据采集等供应能量的新型海洋移动观测平台。

目前的波浪滑翔器驱动方式完全依靠水面浮体船吸收波浪能带动牵引机驱动，即波浪滑翔器速度很大程度取决于波浪条件，而海洋环境复杂多变，导致波浪滑翔器速度较低且不稳定。专利文献CN110395376A提出在水下牵引机加入主动推进器，从一定程度弥补速度缺陷，但是目前波浪滑翔器供电方式依靠太阳能电池板光伏发电，增加主动推进器对波浪滑翔器自身电力供应有更高要求，并且自然环境变化莫测，恶劣天气甚至会导致通讯设备失去电能。因此，亟需一种不影响波浪滑翔器电力供应的波浪滑翔器的驱动装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法，可在波浪滑翔器速度较低或不稳定时，提高水下牵引机的前进驱动力，从而提高波浪滑翔器的速度或使波浪滑翔器的速度稳定，并且其不通过太阳能发电，不受恶劣天气的影响，不影响波浪滑翔器电力供应。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种波浪滑翔器的驱动装置，所述装置包括第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件包括水面浮体船、铠装缆和水下牵引机；所述水面浮体船通过所述铠装缆与所述水下牵引机连接；所述水面浮体船用于在波浪的作用下，为所述水下牵引机提供前进驱动力；

所述第二驱动部件包括直线发电机和螺旋桨；

所述直线发电机，分别与所述水面浮体船和所述铠装缆固定连接，用于将波浪能转换成电能；

所述螺旋桨，固定连接在所述水下牵引机上，用于在波浪滑翔器的速度低于第一阈值或者所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，在所述电能的驱动下转动，以提高所述水下牵引机的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。

可选的，所述直线发电机包括发电机定子和发电机动子；所述发电机定子固定连接于所述水面浮体船上，所述发电机动子与所述铠装缆固定连接。

可选的，所述直线发电机还包括直线发电机缓冲弹簧；所述直线发电机缓冲弹簧的一端与所述发电机动子固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧的另一端与所述发电机定子固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧用于在所述发电机动子随所述铠装缆运动时保护所述波浪滑翔器。

可选的，所述第二驱动部件还包括整流滤波器；所述整流滤波器的输入端与所述直线发电机电连接，所述整流滤波器的输出端与所述螺旋桨电连接，所述整流滤波器用于对所述直线发电机产生的电能进行整流滤波，得到直流电。

可选的，所述第二驱动部件还包括蓄电池；所述蓄电池的输入端与所述整流滤波器电连接，所述蓄电池的输出端与所述螺旋桨电连接，所述蓄电池用于存储所述直流电。

可选的，所述螺旋桨通过螺钉与所述水下牵引机固定连接。

本发明还提供了一种如上所述的波浪滑翔器的驱动装置的控制方法，所述波浪滑翔器的驱动装置的控制方法包括：

在波浪滑翔器的速度低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，通过电能驱动螺旋桨转动，以提高所述水下牵引机的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法，该驱动装置包括：第一驱动部件和第二驱动部件；第一驱动部件包括水面浮体船、铠装缆和水下牵引机；水面浮体船通过铠装缆与水下牵引机连接；水面浮体船用于在波浪的作用下，为水下牵引机提供前进驱动力；第二驱动部件包括直线发电机和螺旋桨；直线发电机，分别与水面浮体船和铠装缆固定连接，用于将波浪能转换成电能；螺旋桨，固定连接在水下牵引机上，用于在波浪滑翔器的速度低于第一阈值以及波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，在电能的驱动下转动，以提高水下牵引机的前进驱动力，使波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。本发明通过第一驱动部件和第二驱动部件的双驱动模式驱动波浪滑翔器运动，在波浪滑翔器速度较低或不稳定时，通过直线发电机将吸收的波浪能转换成电能，驱动螺旋桨转动，能够提高水下牵引机的前进驱动力，从而提高波浪滑翔器的速度或使波浪滑翔器的速度稳定，并且其不通过太阳能发电，不受恶劣天气的影响，不影响波浪滑翔器电力供应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的波浪滑翔器的驱动装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的现有机械驱动***结构示意图；

图3为本发明实施例提供的圆筒直线发电机代替缓冲装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的纯机械驱动波浪能利用率和双驱动***的波浪能利用率对比图；

图5为本发明实施例提供的第二驱动部件示意图；

图6为本发明实施例提供的双驱动***互补方式示意图。

符号说明：

1-水面浮体船；2-铠装缆；3-水下牵引机；4-直线发电机；5-螺旋桨；6-发电机定子；7-发电机动子；8-直线发电机缓冲弹簧；9-缓冲装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种波浪滑翔器的驱动装置及其控制方法，波浪滑翔器的驱动装置是一种基于波浪双驱动理论的走航式智能检测平台，其包括两种驱动部件，第一驱动部件（第一驱动***）由水面浮体船、铠装缆以及水下牵引机组成，其为一种机械驱动方式，通过水面浮体船吸收波浪能带动水下牵引机运动；第二驱动部件（第二驱动***）由直线发电机和螺旋桨组成，直线发电机将波浪滑翔器原缓冲装置消耗的能量转化为电能，提高了波浪能的利用率，其为一种电能驱动方式，通过直线发电机产生的电能驱动螺旋桨转动。本发明利用直线发电机替代缓冲装置，并将直线发电机所发电能驱动位于水下牵引机尾部的螺旋桨，弥补了波浪滑翔器速度完全取决于复杂海洋环境的缺陷，有效提高了波浪滑翔器速度的稳定性和波浪能的利用率，组成一套不受能源限制可长期大范围作业，且无需现场维护的走航式海洋碳通量智能检测平台，并且其不通过太阳能发电，不受恶劣天气的影响，不影响波浪滑翔器电力供应，且不会消耗牵引机前进的能量，从而不会导致波浪滑翔器速度降低。

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。

如图1所示，本发明提供了一种波浪滑翔器的驱动装置，所述装置包括第一驱动部件和第二驱动部件。所述第一驱动部件包括水面浮体船1、铠装缆2和水下牵引机3；所述水面浮体船1通过所述铠装缆2与所述水下牵引机3连接；所述水面浮体船1用于在波浪的作用下，为所述水下牵引机3提供前进驱动力。

所述第二驱动部件包括直线发电机4和螺旋桨5。

所述直线发电机4，分别与所述水面浮体船1和所述铠装缆2固定连接，用于将波浪能转换成电能。

所述螺旋桨5，固定连接在所述水下牵引机3上，用于在波浪滑翔器的速度低于第一阈值或者所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，在所述电能的驱动下转动，以提高所述水下牵引机3的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。

如图2所示，现有波浪滑翔器只采用一种驱动方式，即机械驱动方式，其驱动部件包括水面浮体船1、铠装缆2、水下牵引机3以及缓冲装置9。缓冲装置9固定安装在水面浮体船1上，缓冲装置9下端连接于铠装缆2，铠装缆2的另一端固定连接于水下牵引机3。在水面浮体船1跟随波浪上下运动时带动水下牵引机3上下运动，进而水面浮体船1为水下牵引机3产生驱动力，在此过程中，为减缓运动冲击，缓冲装置9在水面浮体船1和水下牵引机3上下运动时，通过拉伸缓冲装置9中的弹簧减缓冲击。

如图3所示，本实施例将直线发电机4替换了现有机械驱动部件中的缓冲装置9。由此本发明中波浪滑翔器采用两种驱动***，第一种为机械驱动方式，依靠波浪能转化为机械能，第一驱动部件包括水面浮体船1、铠装缆2、水下牵引机3等部件，第二种为电能驱动方式，依靠波浪能转化为电能，第二驱动部件包括直线发电机4、整流滤波器、蓄电池以及螺旋桨5。

所述水面浮体船1主要起到吸收波浪能带动水下牵引机3以及圆筒直线发电机的发电机定子6运动的作用。铠装缆2主要起到将水面浮体船1和水下牵引机3物理连接起来的作用。水面浮体船1吸收的部分波浪能转化为带动牵引机前进的动力，从而通过铠装缆2带动水下牵引机3跟随水面浮体船1前进。由于波浪能不稳定导致机械驱动方式也存在不稳定情况，而电能驱动方式通过直线发电机4将波浪能转化为电能，并经过整流滤波最终储存在蓄电池（电池包）内，在机械驱动方式不稳定或者存在较大波动时，通过电能驱动方式带动螺旋桨5，从而弥补机械驱动方式的不足。

所述直线发电机4包括发电机定子6和发电机动子7；所述发电机定子6固定连接于所述水面浮体船1上，所述发电机动子7与所述铠装缆2固定连接。所述直线发电机4还包括直线发电机缓冲弹簧8；所述直线发电机缓冲弹簧8的一端与所述发电机动子7固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧8的另一端与所述发电机定子6固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧8用于在所述发电机动子7随所述铠装缆2运动时保护所述波浪滑翔器。

具体地，直线发电机缓冲弹簧8的顶端与发电机动子7的上端固定连接，直线发电机缓冲弹簧8的底端与发电机定子6的上端固定连接，发电机定子6固定连接于水面浮体船1船体上，发电机动子7的下端固定连接于铠装缆2。

由于本实施例将直线发电机4替换了现有机械驱动部件中的缓冲装置9，原本缓冲装置9中弹簧拉伸运动转换为直线发电机4中发电机定子6和发电机动子7的相对运动，发电机动子7一端连接铠装缆2一端，波浪带动水面浮体船1船体上升时会导致船体和铠装缆2产生相对位移，由于铠装缆2另一端连接水下牵引机3，导致水面浮体船1船体和水下牵引机3产生相对位移，铠装缆2带动发动机动子7向下运动，进而导致固定于水面浮体船1船体的发电机定子6和发电机动子7产生相对位移，发动机动子7上端连接的直线发电机缓冲弹簧8向下压缩。波浪下降时，直线发电机缓冲弹簧8回弹，带动发电机动子7和发电机定子6再次产生相对位移。直线发电机缓冲弹簧8的压缩和回弹能够起到减震作用，能够保护波浪滑翔器，避免其受到冲击。需要说明的是，在本实施例中，并不只是直线发电机缓冲弹簧8会起到缓冲作用，直线发电机4内部运动阻力也会起到缓冲作用。

由于波浪起伏导致水面浮体船1和水下牵引机3之间存在位移差，进而带动圆筒直线发电机的发电机定子6和发电机动子7之间相互运动，发电机定子6和发电机动子7产生切割磁感线运动，从而产生了电能。本实施例将缓冲装置9浪费的能量转化为直线发电机4的电能，解决了现有的波浪滑翔器的波浪能发电装置需要消耗部分牵引机前进的能量而发电所导致的波浪滑翔器速度降低的问题，在不影响原第一驱动***的驱动速度前提下，提高了波浪能的利用率，如图4所示，本发明的驱动装置波浪能利用率提升了10%以上。

如图5所示，在本实施例中，所述第二驱动部件还包括整流滤波器；所述整流滤波器的输入端与所述直线发电机4电连接，所述整流滤波器的输出端与所述螺旋桨5电连接，所述整流滤波器用于对所述直线发电机4产生的电能进行整流滤波，得到直流电。所述第二驱动部件还包括蓄电池；所述蓄电池的输入端与所述整流滤波器电连接，所述蓄电池的输出端与所述螺旋桨5电连接，所述蓄电池用于存储所述直流电。

具体地，整流滤波器以及蓄电池固定于水面浮体船1内部，将直线发电机4产生的交流电进行整流滤波后，得到直流电，充电器与整流滤波器和蓄电池电连接，在得到直流电后，通过充电器将直流电存储在蓄电池内部。

螺旋桨5固定安装于水下牵引机3尾部，螺旋桨5由桨叶及与水下牵引机连接结构组成，水下牵引机连接结构可为螺钉，即螺旋桨5通过螺钉与所述水下牵引机3固定连接。第一驱动***驱动下波浪滑翔器的速度不稳定或者存在较大波动时，在蓄电池存储的电能驱动下，螺旋桨5转动，提高水下牵引机的前进驱动力，提高波浪滑翔器的速度或使得波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值，从而弥补第一驱动***的不足。

如图6所示，本发明的整体双驱动模式，波浪能一部分转化为水下牵引机3的驱动力，水下牵引机3带动水面浮体船1前进速度，但由于海洋波浪环境的不稳定，第一驱动部件驱动下，波浪滑翔器的速度存在不稳定性；因此本发明将波浪能一部分转化为直线发电机4的电能并存储于蓄电池，获得更多的电力供应，在第一驱动***速度不稳定或者速度较低时，通过控制螺旋桨5转速弥补，从而在双驱动模式下，使检测平台速度稳定（波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值）或提升（波浪滑翔器的速度不低于第一阈值）。本发明采用双驱动模式，能够有效提高波浪滑翔器的机动性。

本发明还提供了一种如上所述的波浪滑翔器的驱动装置的控制方法，所述波浪滑翔器的驱动装置的控制方法包括：

在波浪滑翔器的速度低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，通过电能驱动螺旋桨5转动，以提高所述水下牵引机3的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述装置包括第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件包括水面浮体船、铠装缆和水下牵引机；所述水面浮体船通过所述铠装缆与所述水下牵引机连接；所述水面浮体船用于在波浪的作用下，为所述水下牵引机提供前进驱动力；

所述第二驱动部件包括直线发电机和螺旋桨；

所述直线发电机，分别与所述水面浮体船和所述铠装缆固定连接，用于将波浪能转换成电能；

所述螺旋桨，固定连接在所述水下牵引机上，用于在波浪滑翔器的速度低于第一阈值或者所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，在所述电能的驱动下转动，以提高所述水下牵引机的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。

2.根据权利要求1所述的波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述直线发电机包括发电机定子和发电机动子；所述发电机定子固定连接于所述水面浮体船上，所述发电机动子与所述铠装缆固定连接。

3.根据权利要求2所述的波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述直线发电机还包括直线发电机缓冲弹簧；所述直线发电机缓冲弹簧的一端与所述发电机动子固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧的另一端与所述发电机定子固定连接，所述直线发电机缓冲弹簧用于在所述发电机动子随所述铠装缆运动时保护所述波浪滑翔器。

4.根据权利要求1所述的波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述第二驱动部件还包括整流滤波器；所述整流滤波器的输入端与所述直线发电机电连接，所述整流滤波器的输出端与所述螺旋桨电连接，所述整流滤波器用于对所述直线发电机产生的电能进行整流滤波，得到直流电。

5.根据权利要求4所述的波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述第二驱动部件还包括蓄电池；所述蓄电池的输入端与所述整流滤波器电连接，所述蓄电池的输出端与所述螺旋桨电连接，所述蓄电池用于存储所述直流电。

6.根据权利要求1所述的波浪滑翔器的驱动装置，其特征在于，所述螺旋桨通过螺钉与所述水下牵引机固定连接。

7.一种如权利要求1所述的波浪滑翔器的驱动装置的控制方法，其特征在于，所述波浪滑翔器的驱动装置的控制方法包括：

在波浪滑翔器的速度低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值超过第二阈值时，通过电能驱动螺旋桨转动，以提高所述水下牵引机的前进驱动力，使所述波浪滑翔器的速度不低于第一阈值以及所述波浪滑翔器的速度的下降值不超过第二阈值。