本发明公开了一种水下浮力发电装置及其工作方法。本发明公开的水下浮力发电装置，包括第一螺旋桨、发电机转子、发电机定子、蓄电池、壳体、压缩空气储存罐、储水仓和第二螺旋桨。呈环状的发电机定子固定在壳体内，发电机转子转动连接在发电机定子的内侧，发电机转子与发电机定子相对转动能够产生感应电流。发电机转子上同轴固定有转轴，转轴伸出壳体外。第一螺旋桨固定在转轴的外端，第二螺旋桨固定在壳体上。第一螺旋桨与第二螺旋桨的轴线重合，且旋向相反。本发明在上浮和下沉的过程中通过旋向相反的两个螺旋桨来带动发电机的定子和转子相对运动，产生电能，从而为水下作业机器人提供辅助电源，大幅提高水下立体探测器等水下装备的续航时长。
1.一种水下浮力发电装置，包括发电机转子（3）、发电机定子（5）、蓄电池（6）、壳体（7）；
其特征在于：还包括第一螺旋桨（1）、压缩空气储存罐（8）、储水仓（10）和第二螺旋桨（12）；
呈环状的发电机定子（5）固定在壳体（7）内；发电机转子（3）转动连接在发电机定子（5）的内侧；发电机转子（3）与发电机定子相对转动能够产生感应电流；
所述的发电机转子（3）上同轴固定有转轴；转轴伸出壳体（7）外；第一螺旋桨（1）固定在转轴的外端；第二螺旋桨（12）固定在壳体（7）上；第一螺旋桨（1）与第二螺旋桨（12）的轴线重合，且旋向相反；所述的蓄电池（6）、压缩空气储存罐（8）和储水仓（10）均固定在壳体（7）内；储水仓（10）开设有与壳体（7）外侧连通的排水口（11）；排水口（11）上设置有第一通断阀；发电机转子（3）或发电机定子上设置有绕组线圈；绕组线圈与蓄电池（6）通过充电电路连接；压缩空气储存罐（8）的出气口与储水仓（10）的充气接口通过第二通断阀连接；所述的第一螺旋桨（1）位于壳体（7）的上方；第二螺旋桨（12）位于壳体的下方；所述的储水仓（10）上设置有配重块（9）；配重块（9）的重心位于壳体（7）的竖直中心轴线上，且低于壳体（7）的几何中心；所述壳体（7）外侧面的顶部固定有浮力圈（4）；所述储水仓（10）的顶部设置有连接至壳体（7）的外侧的排气管道；排气管道上设置有第三通断阀；
该水下浮力发电装置安装在水下作业机器人上，通过控制储水仓（10）中的水量能够调节水下浮力发电装置的重量，实现水下浮力发电装置的上浮和下沉；该水下浮力发电装置能够为 水下装备供电；
步骤一、需要上浮时，第一通断阀和第二通断阀均开启，空气储存罐内存储的压缩空气将储水仓中的水排出，使得水下浮力发电装置受到的重力小于浮力，开始上浮；上浮过程中，第一螺旋桨带动发电机转子正向旋转，第二螺旋桨带动壳体（7）和发电机定子（5）反向旋转；相对转动的发电机转子（3）与发电机定子（5）产生电流，为蓄电池充电；
步骤二、需要下沉时，第一通断阀开启，第二通断阀关闭，水进入储水仓，使得水下浮力发电装置受到的重力大于浮力，开始下沉；水下浮力发电装置下沉过程中，第一螺旋桨带动发电机转子反向旋转，第二螺旋桨带动壳体（7）和发电机定子（5）正向旋转；相对转动的发电机转子（3）与发电机定子（5）产生电流，为蓄电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种水下浮力发电装置，其特征在于：所述的发电机定子（5）上嵌有永磁体；发电机转子（3）上设置有绕组线圈。
3.根据权利要求1所述的一种水下浮力发电装置，其特征在于：所述的第一通断阀和第二通断阀均采用电磁阀。
一种水下浮力发电装置及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用浮力的发电装置，具体是在装置上浮或下沉时正桨带动发电机转子旋转，反桨带动壳体以及固定于壳体内的发电机定子旋转，定子与转子旋转方向相反，将动能转化为电能通过电线储存到蓄电池中。
背景技术
[0002] 随着人类对海洋矿产资源的开发利用，水下立体探测器等水下装备得到快速发展。为了保证水下立体探测器等水下装备能够在水下长时间地执行任务，对其能源系统提出了很高的要求，而水下设备充电一直是难以解决的问题。目前水下无人航行器主要通过无线充电或接驳充电。由于上述充电方式成本较高且操作精度要求高，利用可再生能源如浮力与重力等发电的研究正在增加。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种水下浮力发电装置。
[0004] 本发明一种水下浮力发电装置，包括第一螺旋桨、发电机转子、发电机定子、蓄电池、壳体、压缩空气储存罐、储水仓和第二螺旋桨。呈环状的发电机定子固定在壳体内。发电机转子转动连接在发电机定子的内侧。发电机转子与发电机定子相对转动能够产生感应电流。
[0005] 所述的发电机转子上同轴固定有转轴。转轴伸出壳体外。第一螺旋桨固定在转轴的外端。第二螺旋桨固定在壳体上。第一螺旋桨与第二螺旋桨的轴线重合，且旋向相反。所述的蓄电池、压缩空气储存罐和储水仓均固定在壳体内。储水仓开设有与壳体外侧连通的排水口。排水口上设置有第一通断阀。发电机转子或发电机定子上设置有绕组线圈。绕组线圈与蓄电池通过充电电路连接。压缩空气储存罐的出气口与储水仓的充气接口通过第二通断阀连接。
[0006] 作为优选，所述的第一螺旋桨位于壳体的上方。第二螺旋桨位于壳体的下方。
[0007] 作为优选，所述的储水仓上设置有配重块。配重块的重心位于壳体的竖直中心轴线上，且低于壳体的几何中心。
[0008] 作为优选，所述的发电机定子上嵌有永磁体。发电机转子上设置有绕组线圈。
[0009] 作为优选，所述的第一通断阀和第二通断阀均采用电磁阀。
[0010] 作为优选，所述壳体外侧面的顶部固定有浮力圈。
[0011] 作为优选，该水下浮力发电装置安装在水下作业机器人上，通过控制储水仓中的水量能够调节水下浮力发电装置的重量，实现水下浮力发电装置的上浮和下沉。该水下浮力发电装置能够为水下立体探测器等水下装备供电。
[0012] 作为优选，所述储水仓的顶部设置有连接至壳体的外侧的排气管道；排气管道上设置有第三通断阀。
[0013] 该水下浮力发电装置的工作方法具体如下：
[0014] 步骤一、需要上浮时，第一通断阀和第二通断阀均开启，空气储存罐内存储的压缩空气将储水仓中的水排出，使得水下浮力发电装置受到的重力小于浮力，开始上浮。上浮过程中，第一螺旋桨带动发电机转子正向旋转，第二螺旋桨带动壳体和发电机定子反向旋转。相对转动的发电机转子与发电机定子产生电流，为蓄电池充电。
[0015] 步骤二、需要下沉时，第一通断阀开启，第二通断阀关闭，水进入储水仓，使得水下浮力发电装置受到的重力大于浮力，开始下沉。水下浮力发电装置下沉过程中，第一螺旋桨带动发电机转子反向旋转，第二螺旋桨带动壳体和发电机定子正向旋转。相对转动的发电机转子与发电机定子产生电流，为蓄电池充电。
[0016] 本发明具有的有益效果是：
[0017] 1、本发明利用存储在气罐中压缩空气进行充水和排水操作，调节自身重力，从而帮助水下作业机器人进行上浮或下沉运动；同时本发明在上浮和下沉的过程中通过旋向相反的两个螺旋桨来带动发电机的定子和转子相对运动，产生电能，从而为水下作业机器人提供辅助电源，大幅提高水下作业机器人的续航时长。
[0018] 2、本发明安装有压缩空气储存罐和储水仓，可以通过排水和进水控制装置的上浮和下沉。壳体外部上端安装有浮力块，下端内置有配重块，使装置浮心高于重心，确保装置可以维持自稳定。
附图说明
[0019] 图1是本发明的剖面示意图。
[0020] 图2是本发明的立体图。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0022] 实施例1
[0023] 如图1和2所示，一种水下浮力发电装置，包括第一螺旋桨1、联轴器2、发电机转子3、浮力圈4、发电机定子5、蓄电池6、壳体7、压缩空气储存罐8、配重块9、储水仓10、排水口11和第二螺旋桨12。呈圆环状的发电机定子5固定在壳体7内。发电机转子3同轴设置在发电机定子5的内侧，并与壳体7转动连接。发电机转子3的顶部固定有一根转轴。转轴与壳体7转动连接，且伸出壳体7外。第一螺旋桨1通过联轴器固定在转轴的外端。第二螺旋桨12间隔固定在壳体7的底部。第一螺旋桨1与第二螺旋桨12的轴线重合，且旋向相反。当壳体在水中上浮或下沉时，水流将带动第一螺旋桨1和第二螺旋桨12旋转。由于第一螺旋桨1与第二螺旋桨
12的旋向相反，故第一螺旋桨1与第二螺旋桨12在水中上浮或下沉时的旋转方向相反，由此就实现了发电机转子3与发电机定子5的相对转动，从而产生电流。
[0024] 储水仓10固定在壳体7的内腔的底部。储水仓10和壳体7的底部相同位置开设有排水口11。排水口11上设置有第一通断阀。压缩空气储存罐8和配重块9均安装在储水仓10的顶部。蓄电池6安装在配重块9上。发电机定子5上嵌有永磁体。发电机转子3上设置有绕组线圈。绕组线圈的输出接口与蓄电池6通过充电电路连接。该充电电路能够绕组线圈产生的波动电流稳压后为蓄电池6充电。压缩空气储存罐8的出气口与储水仓10的充气接口通过第二通断阀连接。第一通断阀和第二通断阀均采用电磁阀。浮力圈4套置固定在壳体7外侧面的顶部。浮力圈4和配重块9的重心均在壳体7的竖直中心轴线上。配重块9的位置低于壳体7的几何中心。浮力圈4的位置高于壳体7的几何中心。
[0025] 该水下浮力发电装置安装在水下作业机器人上，通过控制储水仓10中的水量能够调节水下浮力发电装置的重量，从而实现水下作业机器人的上浮和下沉，从而完成水下作业任务；并且在上浮和下沉的过程中，该水下浮力发电装置能够产生电能并存储到蓄电池中；该蓄电池能够为水下作业机器人上的用电元件供电，从而提高水下作业机器人的续航时长。
[0026] 该水下浮力发电装置的工作方法具体如下：
[0027] 步骤一、当水下作业机器人需要上浮发电时，排水口11上的第一通断阀开启，且压缩空气储存罐与储水仓之间的第二通断阀开启，空气储存罐内存储的高压空气将储水仓中的水排出，使得水下浮力发电装置受到的重力小于浮力，之后第一通断阀和第二通断阀均关闭；水下浮力发电装置带动水下作业机器人上浮。水下浮力发电装置上浮过程中，第一螺旋桨带动发电机转子正向旋转，第二螺旋桨带动壳体7和发电机定子5反向旋转。相对转动的发电机转子3与发电机定子5产生电流，为蓄电池充电。壳体7内的配重块和壳体外的浮力圈能够保持水下浮力发电装置保持竖直姿态，避免倾斜翻倒。
[0028] 步骤二、当水下作业机器人需要下沉发电时，排水口11上的第一通断阀开启，且压缩空气储存罐8与储水仓之间的第二通断阀关闭，水进入储水仓，使得水下浮力发电装置受到的重力大于浮力；水下浮力发电装置带动水下作业机器人上浮。水下浮力发电装置上浮过程中，第一螺旋桨带动发电机转子反向旋转，第二螺旋桨带动壳体7和发电机定子5正向旋转。相对转动的发电机转子3与发电机定子5产生电流，为蓄电池充电。
[0029] 综上，该水下浮力发电装置能控制水下作业机器人的上浮与下沉，并在沉浮过程中都能进行发电和储存电能，从而大幅提高水下作业机器人的续航时长。
[0030] 实施例2
[0031] 一种水下浮力发电装置，本实施例在实施例1的基础上，在储水仓10的顶部与壳体7的外侧之间设置有排气管道；排气管道上设置有第三通断阀。排气管道能够方便储水仓10中的气体排出。
[0032] 实施例3
[0033] 一种水下作业机器人，包括机器人主体和多个如实施例1或2所述的水下浮力发电装置。各水下浮力发电装置均匀安装在机器人主体的不同位置；各水下浮力发电装置内的蓄电池与机器人主体内的用电元件连接，或与机器人主体内的蓄电池连接。各水下浮力发电装置能够通过上浮下沉过程中产生的电能提高水下作业机器人的续航时长。
