技术领域
[0001] 本
发明涉及海流发电技术领域，具体涉及一种海流发电装置蓄能变速器。
背景技术
[0002] 目前，各种海洋监测设备如浮标、
水下潜标系统、水下
机器人、水下空间站等水下无人自主设备设施都主要依靠高能
蓄电池提供工作
电能。然而，随着海洋实时立体监测技术的进一步开展，我国自主式海洋探测平台逐年增加，平台上所携带的仪器数量多，工作时间长，功耗大，平台所带电池数量有限，高能电池已渐难满足此类设备仪器超长时间、高功率的
能源需求。因此，解决水下平台的电能补充问题变得越来越急迫。可供深海发电的概念有潮流发电、重
力发电、温差发电、盐差发电、压差发电、化学发电等，但是真正能够工程化应用的还很少。
海流能作为海洋新能源的一种，具有分布范围广、
能量密度大、流速变化状态稳定等特点，具有重要的开发利用价值。世界各国开发了多种类型的海流发电平台及技术，其中利用与
风力发电相似原理的海流发电技术被普遍采用并开展了广泛而深入的研究。利用海流能发
电解决海上作业能源补充问题，提高浮标、潜标的观测技术，在军事及海洋调查、海洋环境保护等方面都有着重要的应用前景。
[0003] 观测数据表明我国大部分海域流速普遍偏低，具有大规模发电开发价值的水域流速大于2m/s较少，且随着水深的增加，海流剖面流速一般下降很快，并且流向变化复杂。据现有观测资料显示，水深在小于200m时最大流速仅2m/s，而200～1000m处流速最大仅0.5m/s，这样的流速与常规海流发
电机所需的流速有较大差距。因此，无论是利用近水面进行大规模海流能开发还是利用深海低速流发电为海洋特种设备提供电能补充，发电装置都需要具有低速启动及适应流速范围大的特点。而目前尚未有具备低速启动以及适应流速范围较大的海流发电装置。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种海流发电装置蓄能变速器，针对海流发电装置进行低速启动，并且在较大的流速范围内均能够实现海流发电装置的发电。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种海流发电装置蓄能变速器，变速器置于
海水中，用于在海流发电装置的
叶片输入端和发电机输入端之间进行传动，变速器包括测速
传感器、
编码器、发电机输入端的连接轴即III轴、海流发电装置的叶片输入端的连接轴即I轴、电动切换组件以及低速驱动部。
[0006] 测速传感器，用于测量海水流速送入编码器。
[0007] 编码器，用于对海水流速进行判断：
[0008] 若海水流速大于0.1m/s，编码器控制电动切换组件切换I轴与III轴相连；海流发电装置的叶片输入端带动I轴转动，I轴转动直接带动III轴转动，使发电机发电。
[0009] 若海水流速小于或者等于0.1m/s，则编码器控制电动切换组件切换I轴与低速驱动部的前端相连；低速驱动部的后端连接III轴。
[0010] 低速驱动部的前端与后端之间，还包括
齿轮传动变速机构、蓄能
扭簧以及
棘轮机构。
[0011]
齿轮传动变速机构连接在I轴和III轴之间，蓄能扭簧连接在棘轮机构和III轴之间，棘轮机构与III轴之间通过
超越离合器相连，海流发电装置的叶片输入端带动I轴转动，此时棘轮机构处于
锁定状态，I轴的转动通过齿轮传动变速机构带动III轴转动，压缩蓄能扭簧；III轴上固定套接第一齿轮，第一齿轮上连接有拨销，III轴转动带动第一齿轮和拨销，拨销与棘轮机构中的棘爪
接触后，释放棘轮机构，从而蓄能扭簧被释放，蓄能扭簧带动棘轮机构中的棘轮转动，棘轮通过超越离合器带动III轴转动，使发电机发电。
[0012] 进一步地，电动切换组件包括电动
推杆、拨叉、滑套。
[0013] 电动推杆一端连接编码器，另一端通过拨叉与滑套接触连接。
[0014] 滑套固定套接在I轴末端，I轴前端用于连接海流发电装置的叶片输入端。
[0015] III轴前端具备离合轮。
[0016] 若海水流速大于0.1m/s，编码器控制电动推杆运动，使得滑套的后端齿与离合轮
啮合，实现I轴与III轴相连。
[0017] 进一步地，低速驱动部的前端具备第二齿轮；第二齿轮啮合连接齿轮传动变速机构。
[0018] 若海水流速小于或者等于0.1m/s，则编码器控制电动推杆运动，使得即滑套的后端齿与第二齿轮啮合，实现I轴与低速驱动部的前端相连。
[0019] 进一步地，齿轮传动变速机构包括齿轮轴即II轴、第三齿轮和第四齿轮。
[0020] 其中第三齿轮的直径大于第四齿轮，且大于第二齿轮。
[0021] 第三齿轮和第四齿轮固定连接在II轴的两端；第二齿轮与第三齿轮啮合连接，实现齿轮传动变速机构与I轴的连接；第四齿轮与第一齿轮啮合连接，实现齿轮传动变速机构与III轴的连接。
[0022] 有益效果：
[0023] 本发明提出了一种海流发电装置蓄能变速器，其为海流发电装置叶片输入端和发电机输入端之间的一种传动装置，有“高速直驱”和“低速蓄能周期驱动”两种传动方式、可根据输入流速
信号自动切换。其工作过程为：通过监测输入速度，当输入转速为高速时，程序控制电动推杆向左移动，通过拨叉带动滑套向左移动使滑套左端齿与Ⅲ轴的离合轮啮合，此时进入“高速直驱”传动模式；当输入转速为低速时，编码器通过程序控制电动推杆向右移动，通过拨叉带动滑套向右移动使滑套右端齿与Ⅰ轴
小齿轮第二齿轮啮合，此时进入“低速蓄能周期驱动”传动模式。本发明提供的蓄能变速器可根据海水流速的不同，自动切换传动模式。当海水流速较低例如≤0.1m/s时，采用蓄能周期集中释放驱动的工作模式；当海水流速较高时例如>0.1m/s时，采用直驱模式，从而解决低速海流无法驱动发电机的问题，大大扩大了
海流发电机的使用工况、以提高海流的能源利用率，实现了针对海流发电装置进行低速启动，并且在较大的流速范围内均能够实现海流发电装置的发电。
附图说明
[0024] 图1本发明
实施例提供的海流发电装置蓄能变速器结构示意图；
[0025] 图2本发明实施例提供的变速器两种工作模式原理图；
[0026] 图3本发明实施例提供的背轮机构结构示意图；
[0027] 图4本发明实施例提供的齿轮组结构示意图；
[0028] 图5本发明实施例提供的蓄能扭簧结构示意图；
[0029] 图6本发明实施例提供的释放机构结构示意图；
[0030] 图7本发明实施例提供的Ⅰ轴小齿轮结构示意图；
[0031] 图8本发明实施例提供的滑套结构示意图；
[0032] 图9本发明实施例提供的变速器三维结构示意图；
[0033] 1—缸筒组件、2—发电机安装座、3—棘爪轴、4—棘爪扭簧、5—棘爪、6—拨销、7—拨销支座、8—第四齿轮即Ⅱ轴小齿轮、9—
连接杆、10—Ⅲ轴离合轮11—滑套、12—Ⅱ轴、13—第三齿轮即Ⅱ轴大齿轮、14—Ⅰ轴左、Ⅱ轴右、Ⅲ轴右轴套、15—Ⅰ轴、16—Ⅰ轴右轴套、
17—
联轴器、18—
支撑板Ⅳ、19—支撑板Ⅲ、20—第二齿轮即Ⅰ轴小齿轮、21—限位板、22—拨叉、23—支撑板Ⅱ、24—第一齿轮即Ⅲ轴大齿轮、25—蓄能扭簧、26—扭簧挂板、27—棘轮、28—Ⅱ、Ⅲ轴轴套左、29—支撑板Ⅰ、30—Ⅲ轴、31—电动推杆支座；
[0034] B1—发电机、B2—螺钉、B3—
垫圈、B4—螺钉、B5—垫圈、B6—螺钉、B7—垫圈、B8—轴用弹性挡圈、B9—键、B10—
轴承、B11—孔用弹性挡圈、B12—螺钉、B13—垫圈、B14—接近
开关、B15—键、B16—
螺栓、B17—垫圈、B18—
螺母、B19—螺钉、B20—垫圈、B21—轴用弹性挡圈、B22—螺钉、B23—垫圈、B24—超越离合器、B25—孔用弹性挡圈、B26—笔式推杆、B27—梅花联轴器、B28—螺栓、B29—垫圈、B30—螺母。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0036] 本发明提供了一种海流发电装置蓄能变速器，变速器置于海水中，用于在海流发电装置的叶片输入端和发电机输入端之间进行传动，变速器包括测速传感器、编码器、发电机输入端的连接轴即III轴、海流发电装置的叶片输入端的连接轴即I轴、电动切换组件以及低速驱动部；
[0037] 测速传感器，用于测量海水流速送入编码器。
[0038] 编码器，用于对海水流速进行判断：
[0039] 若海水流速大于0.1m/s，编码器控制电动切换组件切换I轴与III轴相连；海流发电装置的叶片输入端带动I轴转动，I轴转动直接带动III轴转动，使发电机发电。
[0040] 若海水流速小于或者等于0.1m/s，则编码器控制电动切换组件切换I轴与低速驱动部的前端相连；低速驱动部的后端连接III轴。
[0041] 低速驱动部的前端与后端之间，还包括齿轮传动变速机构、蓄能扭簧25以及棘轮机构。
[0042] 齿轮传动变速机构连接在I轴和III轴之间，蓄能扭簧连接在棘轮机构和III轴之间，棘轮机构与III轴之间通过超越离合器B24相连，海流发电装置的叶片输入端带动I轴转动，此时棘轮机构处于锁定状态，I轴的转动通过齿轮传动变速机构带动III轴转动，压缩蓄能扭簧25；III轴上固定套接第一齿轮24，第一齿轮上24连接有拨销6，III轴转动带动第一齿轮24和拨销6，拨销6与棘轮机构中的棘爪5接触后，释放棘轮机构，从而蓄能扭簧25被释放，蓄能扭簧25带动棘轮机构中的棘轮27转动，棘轮27通过超越离合器B24带动III轴转动，使发电机发电。
[0043] 本发明实施例中，电动切换组件包括电动推杆B26、拨叉22、滑套11。电动推杆B26一端连接编码器，另一端通过拨叉22与滑套11接触连接。滑套11固定套接在I轴末端，I轴前端用于连接海流发电装置的叶片输入端。III轴前端具备离合轮10。
[0044] 若海水流速大于0.1m/s，编码器控制电动推杆B26运动，使得滑套11的后端齿与离合轮10啮合，实现I轴与III轴相连。
[0045] 本发明实施例中，低速驱动部的前端具备第二齿轮20；第二齿轮20啮合连接齿轮传动变速机构；
[0046] 若海水流速小于或者等于0.1m/s，则编码器控制电动推杆B26运动，使得即滑套11的后端齿与第二齿轮20啮合，实现I轴与低速驱动部的前端相连。
[0047] 本发明实施例中，齿轮传动变速机构包括齿轮轴即II轴、第三齿轮13和第四齿轮8。其中第三齿轮13的直径大于第四齿轮8，且大于第二齿轮20。第三齿轮13和第四齿轮8固定连接在II轴的两端；第二齿轮20与第三齿轮13啮合连接，实现齿轮传动变速机构与I轴的连接；第四齿轮8与第一齿轮24啮合连接，实现齿轮传动变速机构与III轴的连接。
[0048] 本发明实施例提供的海流发电装置蓄能变速器其结构如图1～图8所示。
[0049] 如图1所示，可以采用支撑板结构组成整个变速器的
框架，即包括第一支撑板Ⅰ29、第二支撑板Ⅱ23、第三支撑板Ⅲ19、第四支撑板Ⅳ18和连接杆9通过螺钉连接形成一个回转体框架结构，蓄能变速器由安装在此框架上的齿轮传动变速机构、蓄能扭簧和棘轮机构机构组成；蓄能变速器与框架成一个组件模
块，可以安装于海流发电机的耐压密封缸筒组件1内。
[0050] 如图2所示，本发明提供的流发电装置蓄能变速器其有“高速直驱”和“低速蓄能周期驱动”两种传动方式，可根据海水流速的不同，自动切换传动模式。当海水流速较低例如≤0.1m/s时，采用蓄能周期集中释放驱动的工作模式；当海水流速较高时例如>0.1m/s时，采用直驱模式，从而解决低速海流无法驱动发电机的问题，大大扩大了海流发电机的使用工况、以提高海流的能源利用率。
[0051] 如图3所示是齿轮传动变速机构与I轴和III轴的连接关系细节图。测速传感器采集输入转速到编码器，输入转速为高速时，编码器控制电动推杆B26向左移动，通过拨叉22带动滑套11向左移动、使滑套11左端齿与Ⅲ轴离合轮10啮合，直接带动Ⅲ轴30转动。滑套结构如图8所示。由于Ⅲ轴大齿轮24空套在Ⅲ轴30上，故不随之转动；棘轮27与Ⅲ轴30之间通过超越离合器B24连接，故Ⅲ轴30转动时棘轮27亦不转动，此时为入高速直驱传动模式。输入转速为低速时，编码器控制电动推杆B26向右移动，通过拨叉带动滑套11向右移动使滑套11右端齿与Ⅰ轴小齿轮20啮合，动力通过齿轮组、扭簧蓄能、最后由安装在Ⅲ轴大齿轮24上的拨销6周期拨动棘爪5，从而释放棘轮27、棘轮27在蓄能扭簧25的作用下驱动Ⅲ轴30转动，此时为低速蓄能周期驱动模式。其中，Ⅰ轴小齿轮20空套在Ⅰ轴15上，不能随之转动；棘轮27与Ⅲ轴30之间通过超越离合器B24连接，棘轮27转动时Ⅲ轴30随之转动。
[0052] 如图4所示为齿轮传动变速机构细节图，低速时即海水流速小于或者等于0.1m/s，经过齿轮组调节后输入扭簧机构存储、集中释放。Ⅲ轴大齿轮24和棘轮27之间通过扭簧挂板26安装有蓄能
弹簧25，当进入低速蓄能周期驱动模式时，Ⅰ轴15输入经齿轮组调节带动Ⅲ轴大齿轮24转动，棘轮27被棘爪5锁定、无法转动，此时蓄能弹簧25在Ⅲ轴大齿轮24的转动下被扭转压缩，低速输入的能量被收集储存。此蓄能功能解决了低速海流无法达到发电机额定输入功率的问题，大大扩大了海流发电机的使用工况、进而提高海流能量利用率。蓄能扭簧25结构见图5。
[0053] 如图6所示为棘轮机构以及第一齿轮24之间的结构细节图，扭簧25通过拨销6拨动棘爪5周期释放。棘爪5通过棘爪扭簧4压紧在棘
轮齿上限制棘轮27转动，拨销6安装在与棘轮27相对的Ⅲ轴大齿轮24端面，拨销6随Ⅲ轴大齿轮24绕
输出轴轴心线转动，转动到棘爪臂处与棘爪臂接触并拨动棘爪5，从而使棘爪5脱开与棘轮齿的接触，进而快速释放蓄能扭簧。Ⅲ轴大齿轮24每转动一周释放蓄能扭簧25一次。
[0054] 棘轮27与Ⅲ轴30之间通过超越离合器B24连接。蓄能扭簧25被释放后带动棘轮27旋转，超越离合器B24
外圈随之旋转，超越离合器B24外圈正向转速大于
内圈，内圈随之旋转，带动输出轴旋转，当棘爪27在棘爪扭簧4作用下重新限制棘轮27转动时，超越离合器B24外圈随之停止旋转，此时超越离合器外圈正向转速小于内圈，超越离合器B24内圈脱离外圈继续随惯性转动输出至停止。
[0055] 本发明提供的海流发电装置蓄能变速器的组装过程具体为：
[0056] 第一步:用连接杆9将支撑板Ⅰ29、支撑板Ⅱ23、支撑板Ⅲ19，支撑板Ⅳ18连接；
[0057] 第二步:首先将超越离合器B24装入棘轮27的内腔、并用挡圈B25锁紧备用；将轴承B10和挡圈B11装入支撑板Ⅰ29的相应孔位，将Ⅲ轴30套入轴承B10内圈至合适
位置并套入轴套28，接着装入键、超越离合器和棘轮组件并用挡圈锁紧；接着在Ⅲ轴30上装入蓄能扭簧25、Ⅲ轴大齿轮24、Ⅲ轴离合轮10；
[0058] 第三步：将Ⅱ轴12左端装入支撑板Ⅱ23相应位置，在Ⅱ轴12右端依次装入Ⅱ轴大齿轮(13)、轴套14、轴承B10、挡圈(B11)；在Ⅱ轴12左端依次装入轴套14、Ⅱ轴小齿轮8、挡圈B8；
[0059] 第四步：将Ⅰ轴15穿过支撑板Ⅲ(19)相应孔，同时装入Ⅰ轴小齿轮20和滑套11。Ⅰ轴小齿轮20细节图如图7所示。
[0060] 第五步，在Ⅰ轴15右端依次装入Ⅰ轴右轴套16、联轴器1。
[0061] 第六步：安装拔叉22、推杆26及
接近开关B14。
[0062] 第七步：用扭簧挂板26固定蓄能扭簧25；安装棘爪轴3、棘爪扭簧4、棘爪5、拨销6、拨销支座7。
[0063] 组装后结构如图9所示。
[0064] 工作过程为：
[0065] 通过监测输入速度，当输入转速为高速时，程序控制电动推杆向左移动，通过拨叉带动滑套向左移动使滑套左端齿与Ⅲ轴离合轮啮合，此时进入“高速直驱”传动模式；当输入转速为低速时，编码器通过程序控制电动推杆向右移动，通过拨叉带动滑套向右移动使滑套右端齿与Ⅰ轴小齿轮啮合，此时进入“低速蓄能周期驱动”传动模式。
[0066] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
