本發(fā)明涉及航海工具領(lǐng)域，具體涉及一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，船舶所造成的污染物和溫室氣體排放問(wèn)題日益為人類所關(guān)注。隨著能源需求壓力的增大，石油資源的短缺，節(jié)約能源、探索利用能源的新方法以及尋找新能源等成為世界航運(yùn)業(yè)研究的重點(diǎn)。

風(fēng)帆為船舶提供推進(jìn)力的歷史已有數(shù)千年，但由于風(fēng)力資源的不確定性和內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得風(fēng)帆逐漸退出航運(yùn)業(yè)，僅在體育活動(dòng)中才能看到其身影。

在風(fēng)力分布適合的航線上，風(fēng)帆助航可達(dá)到較好的節(jié)能效果，我國(guó)推廣風(fēng)帆助航技術(shù)其節(jié)能可達(dá)船舶耗能的9％-15％。檢驗(yàn)風(fēng)帆助航設(shè)備是否適合船舶使用的標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先考慮的是經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)潔性(簡(jiǎn)單易操作，減少運(yùn)動(dòng)部件)、耐用性等。

隨著近年來(lái)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將風(fēng)帆與太陽(yáng)能光伏組件相結(jié)合，為船舶提供清潔、環(huán)保的能源，成為了新的發(fā)展趨勢(shì)。但是，現(xiàn)有的太陽(yáng)能風(fēng)帆，要么為了滿足風(fēng)帆的機(jī)動(dòng)性而犧牲了太陽(yáng)能組件的效率，要么為了提高太陽(yáng)能組件的效率而犧牲了風(fēng)帆的機(jī)動(dòng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆，實(shí)現(xiàn)風(fēng)帆和太陽(yáng)能組件的有機(jī)結(jié)合，兼顧風(fēng)帆的機(jī)動(dòng)性和太陽(yáng)能組件的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆，包括固定底座、旋轉(zhuǎn)底座、桅桿、折疊支撐組件、帆面支架和帆面；

所述旋轉(zhuǎn)底座可旋轉(zhuǎn)地安裝于固定底座上，可在固定底座上沿水平平面旋轉(zhuǎn)；

所述桅桿有兩個(gè)，所述兩個(gè)桅桿互相平行設(shè)置且通過(guò)若干個(gè)橫桿相互固定連接，兩個(gè)桅桿的底端均鉸接于旋轉(zhuǎn)底座上，可在旋轉(zhuǎn)底座上沿豎直平面擺動(dòng)以改變俯仰角；

所述折疊支撐組件包括第一支撐桿和第二支撐桿，所述第一支撐桿的一端鉸接于旋轉(zhuǎn)底座上，另一端與第二支撐桿的一端鉸接，第二支撐桿的另一端鉸接于兩個(gè)桅桿之間的橫桿上；第一支撐桿和第二支撐桿的鉸接節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有鉸接固定件，用于將第一支撐桿和第二支撐桿的鉸接節(jié)點(diǎn)固定；

當(dāng)旋轉(zhuǎn)底座在固定底座上沿水平平面旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)底座上的桅桿和折疊支撐組件也隨旋轉(zhuǎn)底座一起旋轉(zhuǎn)；

當(dāng)?shù)谝恢螚U和第二支撐桿圍繞鉸接節(jié)點(diǎn)處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者的夾角改變時(shí)，兩個(gè)桅桿也在旋轉(zhuǎn)底座上沿豎直平面擺動(dòng)以改變俯仰角；通過(guò)鉸接固定件將第一支撐桿和第二支撐桿相互固定，進(jìn)而固定兩者的夾角時(shí)，兩個(gè)桅桿的俯仰角也隨之固定；

所述帆面支架固定于所述至少兩個(gè)桅桿上，所述帆面固定于帆面支架上且被帆面支架撐開(kāi)呈弧形，帆面上設(shè)置有柔性太陽(yáng)能電池板；所述帆面的俯仰角隨桅桿改變。

進(jìn)一步地，還包括旋轉(zhuǎn)固定組件，所述旋轉(zhuǎn)固定組件固定安裝于固定底座上，且與旋轉(zhuǎn)底座可拆卸連接，用于固定旋轉(zhuǎn)底座與固定底座的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)底座通過(guò)軸承旋轉(zhuǎn)安裝于固定底座上。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)底座呈圓盤(pán)狀，旋轉(zhuǎn)底座的圓弧形外側(cè)面設(shè)有多個(gè)銷釘孔；

所述旋轉(zhuǎn)固定組件包括固定座和銷釘，所述固定座固定連接于固定底座上，固定座上設(shè)有螺紋通孔，所述銷釘螺紋連接于螺紋通孔內(nèi)，且銷釘?shù)囊欢素灤┞菁y通孔后插入到旋轉(zhuǎn)底座的銷釘孔中；

通過(guò)銷釘插入到不同的銷釘孔中，以調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座與固定底座的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)帆面朝向角度的變化。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)固定組件有多個(gè)。

進(jìn)一步地，所述第一支撐桿與旋轉(zhuǎn)底座的鉸接節(jié)點(diǎn)以及兩個(gè)桅桿與旋轉(zhuǎn)底座的鉸接節(jié)點(diǎn)呈等腰三角形；所述第二支撐桿與橫桿的鉸接節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)桅桿的中點(diǎn)處。

進(jìn)一步地，所述鉸接固定件為穿過(guò)鉸接節(jié)點(diǎn)的螺栓或緊固旋鈕。

進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)底座的圓弧形外側(cè)面設(shè)有20個(gè)銷釘孔，每相鄰兩個(gè)銷釘孔之間間隔18°。

進(jìn)一步地，第一支撐桿和第二支撐桿的長(zhǎng)度符合以下要求：

其中，l1為第一支撐桿的長(zhǎng)度，l2為第二支撐桿的長(zhǎng)度，a為桅桿與旋轉(zhuǎn)底座的兩鉸接節(jié)點(diǎn)連線的中心點(diǎn)到第二支撐桿與桅桿的鉸接節(jié)點(diǎn)的距離，b為桅桿與旋轉(zhuǎn)底座的兩鉸接節(jié)點(diǎn)連線的中心點(diǎn)到第一支撐桿與旋轉(zhuǎn)底座的鉸接節(jié)點(diǎn)的距離。

本發(fā)明提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆，能更好地利用船舶航行環(huán)境中的太陽(yáng)能和風(fēng)能為其提供推進(jìn)動(dòng)力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；帆面可通過(guò)旋轉(zhuǎn)底座便捷地進(jìn)行360度帆向角調(diào)整，以更好地利用風(fēng)能；還可通過(guò)折疊支撐組件實(shí)現(xiàn)帆面的90度俯仰角調(diào)整，以更好地利用太陽(yáng)能；本發(fā)明可應(yīng)用在小型船舶上，無(wú)需液壓設(shè)備，方便手動(dòng)便捷操作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆的部件長(zhǎng)度示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆，帆面結(jié)構(gòu)為矩形圓弧翼帆，用兩根桅桿及帆面支架支撐，在帆面的迎風(fēng)面布置有柔性太陽(yáng)能電池板。該裝置能更好地利用船舶航行環(huán)境中的太陽(yáng)能和風(fēng)能為其提供推進(jìn)動(dòng)力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；帆面可通過(guò)旋轉(zhuǎn)底座便捷地進(jìn)行360度帆向角調(diào)整，以更好地利用風(fēng)能；還可通過(guò)折疊支撐組件實(shí)現(xiàn)帆面的90度俯仰角調(diào)整，以更好地利用太陽(yáng)能；本發(fā)明可應(yīng)用在小型船舶上，無(wú)需液壓設(shè)備，方便手動(dòng)便捷操作。

具體地，如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆包括固定底座1、旋轉(zhuǎn)底座2、桅桿3、折疊支撐組件、帆面支架5和帆面6；

所述旋轉(zhuǎn)底座2可旋轉(zhuǎn)地安裝于固定底座1上，可在固定底座1上沿水平平面旋轉(zhuǎn)；在本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)底座2通過(guò)軸承旋轉(zhuǎn)安裝于固定底座1上，可實(shí)現(xiàn)360°水平旋轉(zhuǎn)。

所述桅桿3有兩個(gè)，所述兩個(gè)桅桿3互相平行設(shè)置且通過(guò)若干個(gè)橫桿30相互固定連接，兩個(gè)桅桿3的底端均鉸接于旋轉(zhuǎn)底座2上，可隨旋轉(zhuǎn)底座2完成360°水平旋轉(zhuǎn)，也可在旋轉(zhuǎn)底座2上沿豎直平面擺動(dòng)以改變俯仰角。本發(fā)明采用的雙桅桿結(jié)構(gòu)能夠加強(qiáng)對(duì)帆面的支撐，使其更加牢固，而兩個(gè)桅桿3之間的多個(gè)橫桿30則可以有效保證兩個(gè)桅桿3同時(shí)動(dòng)作，避免在桅桿3擺動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)致帆面6變形。

所述折疊支撐組件包括第一支撐桿41和第二支撐桿42，所述第一支撐桿41的一端鉸接于旋轉(zhuǎn)底座2上，另一端與第二支撐桿42的一端鉸接，第二支撐桿42的另一端鉸接于兩個(gè)桅桿3之間的橫桿30上；第一支撐桿41和第二支撐桿42的鉸接節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有鉸接固定件40，用于將第一支撐桿41和第二支撐桿42的鉸接節(jié)點(diǎn)固定。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)底座2在固定底座1上沿水平平面旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)底座2上的桅桿3和折疊支撐組件也隨旋轉(zhuǎn)底座2一起旋轉(zhuǎn)；

當(dāng)?shù)谝恢螚U41和第二支撐桿42圍繞鉸接節(jié)點(diǎn)處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者的夾角改變時(shí)，兩個(gè)桅桿3也在旋轉(zhuǎn)底座2上沿豎直平面擺動(dòng)以改變俯仰角；通過(guò)鉸接固定件40將第一支撐桿41和第二支撐桿42相互固定，進(jìn)而固定兩者的夾角時(shí)，兩個(gè)桅桿3的俯仰角也隨之固定。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述鉸接固定件40為穿過(guò)鉸接節(jié)點(diǎn)的螺栓或緊固旋鈕。同時(shí)，作為改進(jìn)，所述第二支撐桿42與橫桿30的鉸接節(jié)點(diǎn)處也可設(shè)置鉸接固定件40，以增強(qiáng)桅桿俯仰角度固定的穩(wěn)固性。相應(yīng)地，額外增加的鉸接固定件40會(huì)使桅桿3的固定操作變得更加繁瑣；因此，在獲得足夠的穩(wěn)固性的前提下，可以省去第二支撐桿42與橫桿30之間的鉸接固定件40，以提升操作的便捷性。

所述帆面支架5固定于所述至少兩個(gè)桅桿3上，所述帆面6固定于帆面支架5上且被帆面支架5撐開(kāi)呈弧形，帆面6上設(shè)置有柔性太陽(yáng)能電池板；所述帆面6的俯仰角隨桅桿3改變。本發(fā)明中的帆面6形狀采用空氣動(dòng)力學(xué)性能最好的圓弧型硬質(zhì)帆，可更好地利用風(fēng)力為船舶提供動(dòng)力。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種便捷式太陽(yáng)能風(fēng)帆還包括旋轉(zhuǎn)固定組件21，所述旋轉(zhuǎn)固定組件21固定安裝于固定底座1上，且與旋轉(zhuǎn)底座2可拆卸連接，用于固定旋轉(zhuǎn)底座2與固定底座1的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。

具體地，所述旋轉(zhuǎn)底座2呈圓盤(pán)狀，旋轉(zhuǎn)底座2的圓弧形外側(cè)面設(shè)有多個(gè)銷釘孔20；所述旋轉(zhuǎn)固定組件21包括固定座和銷釘，所述固定座固定連接于固定底座1上，固定座上設(shè)有螺紋通孔，所述銷釘螺紋連接于螺紋通孔內(nèi)，且銷釘?shù)囊欢素灤┞菁y通孔后插入到旋轉(zhuǎn)底座2的銷釘孔20中；通過(guò)銷釘插入到不同的銷釘孔20中，以調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座2與固定底座1的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)帆面6朝向角度的變化。

在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)底座的圓弧形外側(cè)面設(shè)有20個(gè)銷釘孔，每相鄰兩個(gè)銷釘孔之間間隔18°。方便調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座2使帆向角達(dá)到最佳位置后插入銷釘進(jìn)行固定。

作為改進(jìn)，在固定底座1上也可設(shè)置多個(gè)旋轉(zhuǎn)固定組件21，以增強(qiáng)固定底座1和旋轉(zhuǎn)底座2相對(duì)固定的牢固性。相應(yīng)地，旋轉(zhuǎn)固定組件21數(shù)量的增加會(huì)使旋轉(zhuǎn)底座2的固定操作變得更加繁瑣；因此，在獲得足夠的穩(wěn)固性的前提下，應(yīng)盡量減少旋轉(zhuǎn)固定組件的21數(shù)量，以提升操作的便捷性。

進(jìn)一步地，所述第一支撐桿41與旋轉(zhuǎn)底座2的鉸接節(jié)點(diǎn)以及兩個(gè)桅桿3與旋轉(zhuǎn)底座2的鉸接節(jié)點(diǎn)呈等腰三角形；所述第二支撐桿42與橫桿30的鉸接節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)桅桿3的中點(diǎn)處。這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)使得折疊支撐組件和兩個(gè)桅桿3之間的相互支撐關(guān)系實(shí)現(xiàn)最佳平衡。

為實(shí)現(xiàn)帆面的90度俯仰角調(diào)整，需要對(duì)第一支撐桿和第二支撐桿的長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)南薅?。具體地，如圖3所示，第一支撐桿和第二支撐桿的長(zhǎng)度符合以下要求：

即：

其中，l1為第一支撐桿的長(zhǎng)度，l2為第二支撐桿的長(zhǎng)度，a為桅桿與旋轉(zhuǎn)底座的兩鉸接節(jié)點(diǎn)連線的中心點(diǎn)到第二支撐桿與桅桿的鉸接節(jié)點(diǎn)的距離，b為桅桿與旋轉(zhuǎn)底座的兩鉸接節(jié)點(diǎn)連線的中心點(diǎn)到第一支撐桿與旋轉(zhuǎn)底座的鉸接節(jié)點(diǎn)的距離。

基于以上限定規(guī)則，當(dāng)?shù)谝恢螚U41和第二支撐桿42的夾角為180°時(shí)(即第一支撐桿和第二支撐桿位于同一直線上時(shí))，兩個(gè)桅桿3剛好垂直于旋轉(zhuǎn)底盤(pán)2所在平面，此時(shí)，帆面與水平面的夾角為90°。當(dāng)?shù)谝恢螚U41和第二支撐桿42的夾角接近0°時(shí)，兩個(gè)桅桿3也接近于平行旋轉(zhuǎn)底盤(pán)2所在平面，此時(shí)，帆面與水平面的夾角也接近0°。由此實(shí)現(xiàn)了帆面的90度俯仰角調(diào)整。

本發(fā)明在使用時(shí)，需將固定底座1固定于船甲板上作為基礎(chǔ)支撐；然后通過(guò)將旋轉(zhuǎn)底座2旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)角度以調(diào)整最佳帆向角，調(diào)整妥當(dāng)之后，可使用銷釘旋入固定座并插入銷釘孔20中，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)底座2的固定，即帆向角的固定。

在風(fēng)力分布適合的航線上，可以通過(guò)調(diào)整第一支撐桿41和第二支撐桿42之間的夾角以將帆面6調(diào)整至最佳俯仰角，以更好的利用太陽(yáng)能；調(diào)整完畢后，通過(guò)擰緊鉸接固定件40將第一支撐桿41和第二支撐桿42相對(duì)固定，此時(shí)，兩個(gè)桅桿3受限于第一支撐桿41和第二支撐桿42，也無(wú)法進(jìn)行任何動(dòng)作，確保了帆面6俯仰角的穩(wěn)定性。當(dāng)風(fēng)力資源不理想而光照充足時(shí)，又可以松開(kāi)鉸接固定件40以使第一支撐桿41和第二支撐桿42能夠再次轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，兩個(gè)桅桿3又可以帶動(dòng)帆面6擺動(dòng)以調(diào)整俯仰角；通過(guò)調(diào)整第一支撐桿41和第二支撐桿42之間的夾角以將帆面6調(diào)整至與陽(yáng)光垂直，實(shí)現(xiàn)光照資源的最大化利用，同時(shí)減少風(fēng)的不利影響；調(diào)整完畢后，又再次擰緊鉸接固定件40將第一支撐桿41和第二支撐桿42相對(duì)固定。此時(shí)，通過(guò)帆面6上固定的同等面積的柔性太陽(yáng)能電池板，可以采集太陽(yáng)輻射能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；經(jīng)控制器處理后，輸送至蓄電池儲(chǔ)存，以便風(fēng)能不便利用時(shí)為小型船舶的電動(dòng)推進(jìn)器提供動(dòng)力，以及供給船上其他用電等。

本發(fā)明利用固定底座1和旋轉(zhuǎn)底座2之間的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整帆向角，在船舶甲板上僅需要能與固定底座1面積等同的甲板即可固定于船上，對(duì)船的深度空間無(wú)特殊要求，可安裝在較多類型的船舶之上。本發(fā)明還利用折疊支撐組件和兩個(gè)桅桿3之間的鉸接聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整帆的俯仰角，且僅在一個(gè)鉸接關(guān)節(jié)處使用一個(gè)鉸接固定件40即可有效起到整體固定作用，通過(guò)簡(jiǎn)單而又巧妙的結(jié)構(gòu)提高了太陽(yáng)能的利用率；在無(wú)風(fēng)、風(fēng)力使用不便或船停泊期間，可將帆放平置于船甲板之上，既可以最大面積地利用太陽(yáng)能，將能量?jī)?chǔ)存；又能夠減少風(fēng)對(duì)船舶的不利影響。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、適用性強(qiáng)，且對(duì)于船舶甲板面積要求不高；可為小型船舶(如漁船，觀光船，江河作業(yè)船等)提供輔助動(dòng)力，更大程度地利用水上風(fēng)能和太陽(yáng)能提供混合動(dòng)力，減少油耗，減少污染物排放，降低了船舶運(yùn)行成本。裝有本發(fā)明提供的太陽(yáng)能風(fēng)帆的船舶，航行時(shí)可手動(dòng)便捷操作風(fēng)帆的帆向角和俯仰角，無(wú)需大型液壓設(shè)備和電動(dòng)設(shè)備；船舶的大部分時(shí)間停泊于水上，可將風(fēng)帆平放于船面，更好的利用非航行時(shí)間儲(chǔ)存太陽(yáng)能。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。