一种水下扑翼能量采集装置

本发明属于能量采集，具体涉及一种水下扑翼能量采集装置。

背景技术：

1、目前，对河流能的采集方式多为传统旋转叶轮式装备，例如：水电站使用的水轮机等装备，此类装备体积大，结构复杂，成本较高，对水流的流速或者地形的落差要求较高，导致部分河流的能量无法被采集。因此，有学者提出扑翼能量采集装置，其原理是利用扑翼在水中往复沉浮运动，从而带动发电机运行进行能量采集。

2、现有的扑翼能量采集装置多为半被动式，即由电机带动扑翼主动地进行俯仰角调整，使扑翼与水流方向保持一定的攻角，从而使扑翼在水流的作用下，能够被动地进行竖直方向的直线沉浮运动，再通过传动结构带动发电机转子旋转，从而实现能量采集。

3、然而该类能量采集装置是利用扑翼在竖直方向上的运动进行能量收集，在一些河流深度较浅的流域，扑翼在竖直方向上的行程有限，使得扑翼采集能量的运动周期较短，需要通过电机频繁的对扑翼进行俯仰角调整，增加了能量采集过程中俯仰角调整的耗能占比，导致扑翼能量采集装置的性能较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水下扑翼能量采集装置，实现扑翼在一个运动周期内能够尽可能多的采集能量，降低能量采集过程中的耗能占比，以便解决现有技术中的不足。

2、本发明的技术方案是：一种水下扑翼能量采集装置，包括工作平台，其上固定有导轨，导轨由两个弧形段导轨以及位于两个弧形段导轨之间的两个直线段导轨首尾依次连接构成，两个弧形段导轨的开口相互正对设置，直线段导轨分别与弧形段导轨相切，其中一个弧形段导轨的弧度小于180°，另一个弧形段导轨的弧度大于180°，两个弧形段导轨的总弧度为360°，两个弧形段导轨的圆心连线与水流方向相互垂直，导轨的一侧环绕设有外齿条，外齿条与导轨的轮廓线相同，运动模块包括发电组件、驱动组件以及扑翼组件，扑翼组件包括滑动连接于导轨的扑翼，扑翼与导轨所在的平面相互垂直，扑翼位于直线段导轨上时，扑翼沿与导轨所在平面垂直方向的最大截面与直线段导轨垂直，通过水流推动扑翼沿直线段导轨以及弧度小于180°的弧形段导轨移动，驱动组件连接在扑翼上，以带动扑翼沿弧度大于180°的弧形段导轨移动，发电组件包括：发电机以及连接在发电机转子上的发电齿轮，发电机连接在扑翼上，发电齿轮与外齿条啮合，发电齿轮沿外齿条位移时带动发电机的转子旋转。

3、优选的，驱动组件包括：内齿条、驱动电机以及连接在驱动电机转子上的驱动齿轮，内齿条固定在工作平台上，内齿条位于导轨远离外齿条的一侧，内齿条与弧度大于180°的弧形段导轨轮廓线相同，驱动电机固定在扑翼上，驱动齿轮与内齿条啮合。

4、优选的，驱动组件还包括：第一激光发射器、第二激光发射器、第一光敏电阻以及第二光敏电阻，第一激光发射器、第二激光发射器连接于扑翼的两侧，第一光敏电阻、第二光敏电阻固定在内齿条的两端，第一激光发射器照射到第一光敏电阻之上，输出第一个信号开启驱动电机，第二激光发射器照射到第二光敏电阻上时，输出第二个信号关停驱动电机。

5、优选的，第一激光发射器和第二激光发射器输出的激光强度不同。

6、优选的，运动模块还包括：滑座，滑动连接在导轨上，滑座与扑翼之间设有连接轴，连接轴的一端与滑座连接，另一端与扑翼固定连接，发电组件、驱动组件连接在滑座上。

7、优选的，还包括：多功能台，多功能台的纵截面为u型，且开口向下，多功能台的开口两端与滑座固定连接，连接轴远离扑翼的一端与多功能台固定连接。

8、优选的，滑座包括：滑座板、两个连接块以及多个滚轮，滑座板固定在多功能台的底部，连接块与滑座板的底部连接，两个连接块位于导轨的内外两侧，滚轮转动连接在连接块上，滚轮与导轨内外两侧的槽口抵接。

9、优选的，滑座板的底部两侧设有阶梯轴且与其相互垂直，阶梯轴的一端与滑座板固定连接，另一端与连接块转动连接。

10、优选的，扑翼采用naca翼型。

11、与现有技术相比，本发明提供的一种水下扑翼能量采集装置，通过工作平台、导轨、外齿条以及运动模块的发电组件、驱动组件、扑翼组件配合使用，能够利用水流推动扑翼在直线段导轨以及弧度小于180°的弧形段导轨上移动，再利用驱动组件主动带动扑翼沿弧度大于180°的弧形段导轨移动，实现扑翼在水平面上循环移动，利用外齿条、发电齿轮使得发电机的转子旋转进行能量采集，能够避免由于河流的深度限制扑翼的运动行程，实现扑翼在一个运动周期内能够尽可能多的采集能量，降低能量采集过程中的耗能占比，提高扑翼能量采集装置的性能，本发明的能量采集装置效果好，使用方便，实用性强，值得推广。

技术特征：

1.一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述驱动组件（9）包括：内齿条（6）、驱动电机（20）以及连接在所述驱动电机（20）转子上的驱动齿轮，所述内齿条（6）固定在工作平台（2）上，内齿条（6）位于导轨（5）远离外齿条（4）的一侧，内齿条（6）与弧度大于180°的所述弧形段导轨轮廓线相同，所述驱动电机（20）固定在所述扑翼（23）上，所述驱动齿轮与内齿条（6）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述驱动组件（9）还包括：第一激光发射器（24）、第二激光发射器（25）、第一光敏电阻（27）以及第二光敏电阻（28），所述第一激光发射器（24）、第二激光发射器（25）连接于所述扑翼（23）的两侧，所述第一光敏电阻（27）、第二光敏电阻（28）固定在所述内齿条（6）的两端，第一激光发射器（24）照射到第一光敏电阻（27）之上，输出第一个信号开启驱动电机（20），第二激光发射器（25）照射到第二光敏电阻（28）上时，输出第二个信号关停驱动电机（20）。

4.根据权利要求3所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述第一激光发射器（24）和第二激光发射器（25）输出的激光强度不同。

5.根据权利要求1所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述运动模块（1）还包括：滑座（7），滑动连接在所述导轨（5）上，所述滑座（7）与所述扑翼（23）之间设有连接轴，所述连接轴的一端与所述滑座（7）连接，另一端与所述扑翼（23）固定连接，所述发电组件（8）、驱动组件（9）连接在所述滑座（7）上。

6.根据权利要求5所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，还包括：多功能台（21），所述多功能台（21）的纵截面为u型，且开口向下，所述多功能台（21）的开口两端与所述滑座（7）固定连接，所述连接轴远离扑翼（23）的一端与多功能台（21）固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述滑座（7）包括：滑座板（11）、两个连接块（12）以及多个滚轮（13），所述滑座板（11）固定在所述多功能台（21）的底部，所述连接块（12）与所述滑座板（11）的底部连接，两个所述连接块（12）位于所述导轨（5）的内外两侧，所述滚轮（13）转动连接在所述连接块（12）上，所述滚轮（13）与所述导轨（5）内外两侧的槽口抵接。

8.根据权利要求7所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述滑座板（11）的底部两侧设有阶梯轴且与其相互垂直，所述阶梯轴的一端与所述滑座板（11）固定连接，另一端与所述连接块（12）转动连接。

9.根据权利要求1所述的一种水下扑翼能量采集装置，其特征在于，所述扑翼（23）采用naca翼型。

技术总结本发明涉及一种水下扑翼能量采集装置，属于能量采集技术领域，包括工作平台，其上固定有导轨，导轨的一侧环绕设有外齿条，运动模块包括发电组件、驱动组件以及扑翼组件，扑翼组件包括滑动连接于导轨的扑翼，驱动组件连接在扑翼上，发电组件包括：发电机以及连接在发电机转子上的发电齿轮，发电机连接在扑翼上，发电齿轮与外齿条啮合，本发明能够利用水流推动扑翼在直线段导轨以及弧度小于180°的弧形段导轨上移动，驱动组件主动带动运动模块沿弧度大于180°的弧形段导轨移动，实现扑翼在水平面上循环移动，利用外齿条、发电齿轮使得发电机的转子旋转进行能量采集，在一个运动周期内能够尽可能多的采集能量，提高扑翼能量采集装置的性能。技术研发人员：张荻,李昊,张强,朱发挥,谢永慧受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18