CN103032255B - 六维海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六维海浪发电装置，包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达、发电机和油箱，安装在安装平台下表面的液压缸装置，与液压缸装置相连接的连接平台，以及与连接平台下部相连的浮子装置，液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台上；液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油口与液压马达连接；液压缸进油口与油箱相连接；液压马达与油箱相连；发电机与液压马达相连；液压缸装置的六个液压缸分布在一直角坐标系的3个坐标轴上，x、y和z轴方向上分别分布2个液压缸。本发明充分利用海浪势能，更有效的吸收海浪主要的垂荡能量，从而提高了海浪能量的利用率，提高了发电效率。

Description

六维海浪发电装置

技术领域

本发明涉及新型发电装置技术领域，具体是一种六维海浪发电装置。

背景技术

经过对现有技术的检索发现，将海浪冲击能量转化为电能的扇形水槽海浪发电装置(中国专利号ZL.200920002647.X)存在下列不足：1.扇形水槽是浇注在岸基上的，由于扇形水槽施工过程受到地形的限制与涨落潮影响，施工难度及工程量相当大。2.扇形水槽是坐落在岸基上的，海浪最后达到该装置时，能量已经消耗了很多，因此该装置利用海浪能量发电的效率较低。3.在涨潮后，扇形浮块的摆动能力下降，在这过程中没能有效利用海浪发电。

考察现有的摆动式海浪发电装置，实用新型专利摆动式海浪发电装置(中国专利申请号201020587628.3)利用海浪冲击带动摆动板运动，通过摆动轴上的齿轮将运动传递给主轴上的飞轮，带动主轴单向转动。主轴最后将运动传递给发电机实现发电的，但是该装置存在以下不足：1.海浪的方向是无规则的。海浪能源只有在海浪的运动方向跟平板垂直的时候才能得到充分利用。该装置利用能源的效率较低。2.海浪冲击平板时，对摆动轴造成一定程度的冲击，容易出现冲击疲劳失效。

考察现有的感应发电的海浪发电装置，一种海浪发电装置(申请号/专利号：200720309279)。原理为浮子装置被海浪摇动，带动摆杆及球形永磁壳通过万向活节绕球形永磁壳和球形感应线圈的球心摆转，从球形永磁壳发出的磁力线被球形感应线圈切割，从而产生感应电流。存在的不足：1.由于海浪的波动是朝各个方向的，在该装置中总会有至少一个方向的海浪力未得到利用2.这些方向上的力由冲击装置影响发电装置的使用寿命3.该装置不存在自恢复的机构，到实际情况下可能发电效率不高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种六维海浪发电装置，本发明整体固定在固定支架上，固定支架打入海底。主体结构是通过SPS连接的液压缸构成2-2-2构型的六维机构。液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台上。六维液压缸呈2-2-2构型正交分布，液压缸分布在直角坐标系上。直角坐标系的三个坐标轴方向上各布置有2个液压缸。所述2-2-2构型装置能够均匀的接收来自各个方向的海浪能。浮体装置呈封闭中空船型，底部设有质量较大的铁块。这样的浮子装置能够在浮力及重力的作用下能够很快的回复到平衡状态。浮子装置在海浪及自重的作用下做六维运动。推动液压系统中液压缸同时开始工作。海浪传播来时通过推动浮体从而推动液压缸做六维运动，液压缸挤压一侧缸体。海浪过去以后浮子装置在浮力及自身重力作用下复位，这时液压缸挤压另一侧缸体。在每个液压缸上布置了进油口及出油口各一对，每个油口处设置有特定方向的单向阀，通过单向阀的闭合实现不同的油路的开闭，这样不论海浪如何运动都实现了压缩液压缸的一侧的油液，将油液通过出油口和单向阀压入液压马达，充分利用了海浪能量，提高发电能力。另外在液压缸到液压马达的油路上布置有蓄能器，能够充分利用能源，保持各装置中油液的压力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种六维海浪发电装置，包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达、发电机和油箱，安装在安装平台下表面的液压缸装置，与液压缸装置相连接的连接平台，以及与连接平台下部相连的浮子装置，其中，所述液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台上；所述液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；所述液压缸出油口与液压马达连接；所述液压缸进油口与油箱相连接；所述液压马达与油箱相连；所述发电机与液压马达相连；所述液压缸装置包括六个液压缸，六个液压缸分布在一直角坐标系的3个坐标轴上，其中，x、y和z轴方向上分别分布2个液压缸。

所述任一液压缸包括液压缸体以及液压缸活塞杆，其中，所述液压缸活塞杆的一端设置在液压缸体内部并与液压缸体紧密配合，其另一端端头处设有液压缸活塞球铰；所述液压缸体的一端端头上设有液压缸体球铰，其端部设有第一出油口、第一单向阀、第二进油口和第四单向阀，所述第一单向阀设置在第一出油口处形成第一液压缸出油口，第四单向阀设置在第二进油口处形成第二液压缸进油口；所述液压缸体的另一端端头处设有液压缸活塞杆，其端部设有第二出油口、第二单向阀、第一进油口和第三单向阀，第二单向阀设置在第二出油口处形成第二液压缸出油口，第三单向阀设置在第一进油口处形成第一液压缸进油口；所述液压缸与安装平台及连接平台连接，活塞杆通过液压缸活塞球铰与油箱球铰接，所述液压缸体通过液压缸体球铰与浮子装置球铰接。

所述安装平台分为下安装平台与上安装平台，其中，所述上安装平台的上表面设有2个方形凸台，分别用于安装液压马达和发电机；所述上安装平台开有两个通孔，两孔对称分布；输油管通过所述通孔连接液压缸、液压马达及油箱；其下表面设有用于连接Z轴方向设置的液压缸的第二组球铰座，其分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配；所述下安装平台成方筒状，通过桁架支脚固定到海底，其上部设有4个突台，其上开有螺纹孔；所述下安装平台的内表面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第一组球铰座，分布于相邻两面上，其分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；所述连接平台、连接杆及液压缸装置设置在下安装平台内。

所述上安装平台的下表面还设有止口，所述下安装平台的内径尺寸与止口的外径尺寸相同，用于定位；所述上安装平台侧面设有与下安装平台数量、位置一致的突台，所述上、下安装平台上的突台用于安装螺栓以固定。

所述连接平台为扁圆柱形，其上表面设有用于连接液压缸装置的第三组球铰座，且分布在同一平面上，所述第三组球铰座的分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配；其侧面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第四组球铰座，所述第四组球铰座的分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；其下表面设有一个用于连接浮子装置的连接座，所述连接座上开有止口，所述止口中设有螺纹通孔，所述连接座通过设置在螺纹通孔内的螺栓与浮子装置连接。

所述第三组球铰座和第四组球铰座成90°分布。

所述液压马达包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座，其中，液压马达进油口与液压缸出油口相连，液压马达出油口与油箱回油口相连接，液压马达通过转轴与发电机相连接，底座固定在安装平台上。

所述六维海浪发电装置，还包括蓄能器，所述蓄能器与液压马达相连。

所述安装平台分为上安装平台和下安装平台，所述上安装平台设有用于安装蓄能器的圆形突台，所述圆形突台的直径与蓄能器底座的直径相一致。

所述浮子装置整体为密封的中空船形结构，其内部底面上设有重量较大的铁块；其上表面设有用于与连接平台相连接的连接杆，所述连接杆上设有螺纹孔。

本发明采用的船形浮子装置带动液压系统，能够充分利用海浪势能。海浪运动的方向是不确定，但是不论海浪的方向如何，浮子装置总能在海浪的作用及自身的重力作用下做六维运动，带动液压系统工作，推动发电机发电，实现海浪能量的利用。

本发明除了浮子装置漂浮在海水中外，其他关键部分均置于海面上。箱体内没有部件暴露在海水之中，不会受到海水的侵蚀，维护难度也大大降低。同时也减少了液压系统对海水的污染。

本发明优选采用六个液压缸通过SPS的形式连接，构成2-2-2构型的六维机构。液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台上。六维液压缸呈2-2-2构型正交分布，液压缸分布在直角坐标系上。直角坐标系的三个坐标轴方向上各布置有2个液压缸。六个液压缸各带有2个进油口和2个出油口。其中缸体的两端各分布1个出油口、1个进油口。每个油口均连接单向阀。每个液压缸的工作时受压缩一侧的缸体内油压增大，打开出油口处的单向阀，而同侧的进油口处的单向阀处于关闭状态，将油液压入液压马达，驱动液压马达运动。每个液压缸在工作时同时实现压油和吸油的功能，六个液压缸同时工作时均能实现压油和吸油的功能，大大提高了海浪能量的利用率，提高了发电效率。

本发明优选采用了带有四个油口每个油口均带有单向阀的液压缸，并通过合理的设置单向阀的开口方向以及油路的合理设计实现了无论是液压缸的那一侧被压缩都实现将油液压入液压马达中带动液压马达工作，进而带动发电机发电，提高了发电的效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明内部结构图；

图3为本发明的俯视图；

图4为一个液压缸的的剖视图；

图5为连接平台的俯视图；

图6为连接平台的仰视图；

图7为浮体剖视图；

图8为液压马达立体图；

图9为本发明简单油路分析示意图；

图中，1为下安装平台，2为上安装平台，3为液压马达，4为发电机，5为蓄能器，6为油箱，7为液压缸体，8为液压缸活塞杆，9为连接平台，10为浮子装置，11为进油孔，12为输油管，13为回油孔，14为突台，15为液压缸体球铰，16为第一出油口，17为第一单向阀，18为第二出油口，19为第二单向阀，20为液压缸活塞球铰，21为第一进油口，22为第三单向阀，23为第二进油口，24为第四单向阀，25为连接平台液压缸球铰座，26为连接平台浮子装置连接座。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达3、发电机4和油箱6，安装在安装平台下表面的液压缸装置，与液压缸装置相连接的连接平台9，以及与连接平台9下部相连的浮子装置，其中，液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台9上；液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油口与液压马达3连接；液压缸进油口与油箱6相连接；液压马达3与油箱6相连；发电机4与液压马达3相连；液压缸装置包括六个液压缸，六个液压缸分布在一直角坐标系的3个坐标轴上，其中，x、y和z轴方向上分别分布2个液压缸。

液压缸装置包括六个液压缸，任一液压缸包括液压缸体7以及液压缸活塞杆8，其中，液压缸活塞杆8的一端设置在液压缸体7内部并与液压缸体7紧密配合，其另一端端头处设有液压缸活塞球铰20；液压缸体7的一端端头上设有液压缸体球铰15，其端部设有第一出油口16、第一单向阀17、第二进油口23和第四单向阀24，第一单向阀17设置在第一出油口16处形成第一液压缸出油口，第四单向阀24设置在第二进油口23处形成第二液压缸进油口；液压缸体的另一端端头处设有液压缸活塞杆，其端部设有第二出油口18、第二单向阀19、第一进油口21和第三单向阀22，第二单向阀19设置在第二出油口18处形成第二液压缸出油口，第三单向阀22设置在第一进油口21处形成第一液压缸进油口；液压缸活塞杆8通过液压缸活塞球铰20与连接平台9球铰接，液压缸体7通过液压缸体球铰15与上下安装平台1、2球铰接。

浮子装置10通过安装平台与海底固定连接并漂浮在海面上。

安装平台分为下安装平台1与上安装平台2，其中，下安装平台1成方筒状，通过桁架支脚固定到海底，其上部设有4个突台，其上开有螺纹孔；下安装平台1的内表面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第一组球铰座，分布于相邻两面上，其分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；上安装平台2的上表面设有2个方形凸台，分别用于安装液压马达3和发电机4；上安装平台2开有两个通孔，两孔对称分布；输油管12通过通孔连接液压缸、液压马达3及油箱6；其下表面设有用于连接Z轴方向设置的液压缸的第二组球铰座，其分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配。

上安装平台2的下表面还设有止口，下安装平台1的内径尺寸与止口的外径尺寸相同，用于定位；上安装平台2侧面设有与下安装平台数量、位置一致的突台14，上、下安装平台上的突台14用于安装螺栓以固定。

进一步地，下安装平台1安装在上安装平台2下方，用于保护液压缸装置，液压缸装置及连接平台9设置在下安装平台1内；下安装平台1的内方孔尺寸与上安装平台底部的止口的尺寸相同，用于定位；下安装平台1靠近上安装平台2底部的顶端侧面设有与上安装平台2突台数量一致的的下安装平台突台，上安装平台突台与下安装平台突台均设有相适配的用于安装固定螺栓通孔。

连接平台9为扁圆柱形，其上表面设有用于连接液压缸装置的第三组球铰座，且分布在同一平面上，第三组球铰座的分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配；其侧面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第四组球铰座，第四组球铰座的分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；其下表面设有一个用于连接浮子装置10的连接座26，连接座26上开有止口，止口中设有螺纹通孔，连接座26通过设置在螺纹通孔内的螺栓与浮子装置10连接。

第三组球铰座和第四组球铰座成90°分布。

液压马达3包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座，其中，液压马达进油口与液压缸出油口相连，液压马达出油口与油箱回油口相连接，液压马达通过转轴与发电机相连接，底座固定在安装平台上。

实施例2

实施例2为实施例1的变化例。

本实施例在实施例1的基础上，还包括蓄能器5，蓄能器5与液压马达3相连。

此时，上安装平台顶部还设有用于安装蓄能器5的圆形突台，圆形突台的直径与蓄能器5底座的直径相一致。

上述两个实施例具体为：

如图1至3所示，本实施例包括浮子装置10、连接平台9、通过SPS连接的1-2-3构型分布的六个液压缸、油箱6、液压马达3、发电机4、蓄能器5。其中，浮子装置10为密封的船形，内部掏空，浮子装置10内底部设有较重的铁块。浮子装置10顶部设有球铰座连接杆与连接平台9连接。连接平台9的下底面设有连接座，用于连接浮子装置10，连接平台9的上表面上设有3个球铰座，上链接平台9的侧表面上设有4个球铰座其中分为2对，每组为两个一对。上安装平台2的底面上同样设有2个球铰座，分布与上链接平台9上表面的球铰座分布相同。下安装平台1的内部侧面上设有4个球铰座其中分为2对，每组为两个一对，其分布与分布与上链接平台9侧面的球铰座分布相同。该6个球铰座同连接平台8上的六个球铰座一一对应，液压缸的缸体7上的球铰与上下安装平台1、2上的球铰座相连，液压缸的活塞8上的球铰与连接平台9上的球铰座相连。即安装平台1、2与连接平台9通过2-2-2构型的液压缸6、7连接在一起。

如图5至6所示，连接平台9为扁圆柱形，其上设有若干用于连接液压缸装置的上部球铰座，上部及侧面球铰座的数量与液压缸装置中液压缸数量相一致，且分布位置相对应；其底部设有一个用于连接浮子装置的连接座；

如图8所示，液压马达3包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座。

2-2-2构型液压缸缸体7上设有第一出油口16、第一单向阀17、第二出油口18、第二单向阀19、第一进油口21、第三单向阀22、第二进油口23、第四单向阀24，其中第一单向阀17、第二单向阀19、第三单向阀22、第四单向阀24的开口方向一致。如图2所示，第一出油口16，第二出油口18通过输油软管11穿过油箱2上的油管通孔27与液压马达的进油口相连。第一进油口21、第二进油口23通过输油软管11与油箱2上的油箱出油孔13相连。简单油路分析如图9所示。

当2-2-2构型液压缸7、8在浮子装置10的带动下下向左边运动时，1-2-3构型液压缸7、8左边的缸体被压缩。这时候第三单向阀22、第一单向阀17关闭。第二单向阀19、第四单向阀24打开。油液从第二出油口18流出推动液压马达运动。油液从油箱6经过第二进油口23流入液压缸右侧。

当2-2-2构型液压缸在浮子装置10的作用下向右边运动时，六并联液压缸的右边的缸体被压缩。这时候第二单向阀19、第四单向阀24关闭。第三单向阀22、第一单向阀17打开。油液从第一出油口16流出推动液压马达运动。油液从油箱2经过第一进油口22流入液压缸左侧。

通过4个油口与4个单向阀的协同作用实现了不论液压缸的哪侧缸体受到挤压都可以实现从同个方向压油驱动液压马达超相同的方向转动。

上安装平台2底部设有止口，止口的尺寸与下安装平台1的内尺寸相等，用于与下安装平台1配合上安装平台2圆柱面上设有突台其上开有通孔，下安装平台1的圆柱面上设有与上安装平台2上个数相同的突台14，其上同样开有通孔。用螺栓通过这些通孔将上安装平台2固定在下安装平台1上。

如图3所示上安装平台2的顶部设有突台，用于安装液压马达3。在液压马达安装突台的左侧设有小突台，用于安装蓄能器5。在也液压马达安装突台的右侧另设有一个突台，用于安装发电机4。

本实施例的工作原理如下：本实施例整体固定在下安装平台上。下安装平台通过支架固定于海底。海浪冲击浮子装置10，推动浮子装置运动；当海浪退去时，浮子装置10在浮力及自身的重力的作用下复位。在这浮子装置10运动的过程中带动2-2-2构型液压缸开始工作。2-2-2构型液压缸的6个液压缸同时工作。当浮子装置10在海浪推动下运动时，2-2-2构型液压缸挤压一侧的缸体，油液从下部的出油口挤压出去推动液压马达工作；当浮子装置10在浮力及自身的重力作用下回复时，推动2-2-2构型液压缸挤压另一侧的缸体，油液从上部的出油口挤压出去推动液压马达工作。2-2-2构型液压缸不论发生什么运动都实现了液压缸活塞杆8压缩液压缸缸体7的一侧的油液。这样就实现了六个液压缸的同时工作，充分利用了海浪能量，提高发电能力。2-2-2构型液压缸通过油箱2出油孔吸取油液。液压马达3的出油口与回油口相连，实现回油。蓄能器5在油路中油压较高时蓄能，油压较低时释放能量，维持液压马达5工作所需要的油压，保证发电机发电的稳定性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种六维海浪发电装置，包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达、发电机和油箱，安装在安装平台下表面的液压缸装置，与液压缸装置相连接的连接平台，以及与连接平台下部相连的浮子装置，其中，所述液压缸装置的一端铰接在安装平台的下表面，其另一端铰接在连接平台上；所述液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；所述液压缸出油口与液压马达连接；所述液压缸进油口与油箱相连接；所述液压马达与油箱相连；所述发电机与液压马达相连；其特征在于，所述液压缸装置包括六个液压缸，六个液压缸分布在一直角坐标系的3个坐标轴上，其中，x、y和z轴方向上分别分布2个液压缸；

所述安装平台分为下安装平台与上安装平台，其中，所述上安装平台的上表面设有2个方形凸台，分别用于安装液压马达和发电机；所述上安装平台开有两个通孔，两孔对称分布；输油管通过所述通孔连接液压缸、液压马达及油箱；其下表面设有用于连接Z轴方向设置的液压缸的第二组球铰座，其分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配；所述下安装平台成方筒状，通过桁架支脚固定到海底，其上部设有4个突台，其上开有螺纹孔；所述下安装平台的内表面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第一组球铰座，分布于相邻两面上，其分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；

所述浮子装置的上表面设有用于与连接平台相连接的连接杆；

所述连接平台、连接杆及液压缸装置设置在下安装平台内。

2.根据权利要求1所述的六维海浪发电装置，其特征在于，任一液压缸包括液压缸体以及液压缸活塞杆，其中，所述液压缸活塞杆的一端设置在液压缸体内部并与液压缸体紧密配合，其另一端端头处设有液压缸活塞球铰；所述液压缸体的一端端头上设有液压缸体球铰，其端部设有第一出油口、第一单向阀、第二进油口和第四单向阀，所述第一单向阀设置在第一出油口处形成第一液压缸出油口，第四单向阀设置在第二进油口处形成第二液压缸进油口；所述液压缸体的另一端端头处设有液压缸活塞杆，其端部设有第二出油口、第二单向阀、第一进油口和第三单向阀，第二单向阀设置在第二出油口处形成第二液压缸出油口，第三单向阀设置在第一进油口处形成第一液压缸进油口；所述液压缸与安装平台及连接平台连接，活塞杆通过液压缸活塞球铰与油箱球铰接，所述液压缸体通过液压缸体球铰与浮子装置球铰接。

3.根据权利要求1所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述上安装平台的下表面还设有止口，所述下安装平台的内径尺寸与止口的外径尺寸相同，用于定位；所述上安装平台侧面设有与下安装平台数量、位置一致的突台，所述上、下安装平台上的突台用于安装螺栓以固定。

4.根据权利要求1所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述连接平台为扁圆柱形，其上表面设有用于连接液压缸装置的第三组球铰座，且分布在同一平面上，所述第三组球铰座的分配方式及数量与Z轴方向设置的液压缸的分配方式及数量相适配；其侧面设有用于连接X轴和Y轴方向设置的液压缸的第四组球铰座，所述第四组球铰座的分配方式及数量与液压缸在X轴和Y轴方向上的分配方式及数量相适配；其下表面设有一个用于连接浮子装置的连接座，所述连接座上开有止口，所述止口中设有螺纹通孔，所述连接座通过设置在螺纹通孔内的螺栓与浮子装置连接。

5.根据权利要求4所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述第三组球铰座和第四组球铰座成90°分布。

6.根据权利要求1所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述液压马达包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座，其中，液压马达进油口与液压缸出油口相连，液压马达出油口与油箱回油口相连接，液压马达通过转轴与发电机相连接，底座固定在安装平台上。

7.根据权利要求1所述的六维海浪发电装置，其特征在于，还包括蓄能器，所述蓄能器与液压马达相连。

8.根据权利要求7所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述上安装平台设有用于安装蓄能器的圆形突台，所述圆形突台的直径与蓄能器底座的直径相一致。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的六维海浪发电装置，其特征在于，所述浮子装置整体为密封的中空船形结构，其内部底面上设有铁块；所述连接杆上设有螺纹孔。