CN103206339A - 三维海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维海浪发电装置，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或固接在安装平台的下表面，液压缸装置的另一端铰接或通过虎克铰连接在连接平台上；液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油孔与液压马达连接；液压缸进油孔与油箱相连接；液压马达与油箱相连；发电机与液压马达相连；液压缸装置包括三个液压缸，三个液压缸均布置在竖直方向上。本发明能够将浮子在海浪作用下的运动转化为三维液压缸的运动从而带动发电机发电。

Description

三维海浪发电装置

技术领域

本发明涉及新型发电装置技术领域，具体是一种三维海浪发电装置。

背景技术

扇形水槽海浪发电装置(中国专利号ZL200920002647.X)主要是通过扇形水槽利用海浪冲击能量，该专利存在下列不足：扇形水槽是浇注在岸基上的，浇筑施工过程难度大。另外扇形水槽是坐落在岸基上的，当海浪到达岸边时能量消耗了很多，因此该发电装置利用能源的效率低。另外在涨潮后，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。

海浪发电装置(中国专利号：ZL200720309279.7)。原理为海浪带动浮子摇动，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。

另外有些并联机构的海浪发电装置，只能够实现对于海浪的浮动的能量的吸收。没有能够有效的利用海浪的能量。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种三维海浪发电装置。本发明整体固定在固定支架上，固定支架打入海底。浮体装置呈中空船型，底部有重量较大的铁块。在浮力及重力的作用下能够很快的回复到平衡状态。海浪的运动推动浮子做三维运动。液压系统中的若干个液压缸同时开始工作。液压缸上设置有进油口、出油口各一对。两端各一个进油口一个出油口。每个口处配置有特定方向的单向阀。海浪传播来时通过推动浮体从而推动液压缸做三维运动，液压缸挤压一侧缸体。海浪过去以后浮子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。由于有合理配置的单向阀不论海浪如何运动都实现了压缩液压缸的一侧的油液，能够带动液压马达朝一个方向运动；从而液压缸不论是拉伸还是压缩，均能实现吸油和压油的动作，这样就实现了若干个液压缸的同时工作，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：

一种三维海浪发电装置，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连接在安装平台的下表面，液压缸装置的另一端连接在连接平台上；所述液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；所述液压缸出油孔与液压马达连接；所述液压缸进油孔与油箱相连接；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三个液压缸，三个液压缸均布置在竖直方向上；

所述三个液压缸中的其中两个液压缸的两端均分别铰接安装平台及连接平台，第三个液压缸的一端固定在安装平台下表面，第三个液压缸的另一端通过虎克铰连接在连接平台上；所述三个液压缸实现三维运动，所述三维运动包括z轴方向移动、绕x轴转动、绕y轴的转动。

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由液压缸体的第二端端头伸入液压缸体内部并与液压缸体紧密配合，液压缸活塞杆的另一端端头处设有液压缸活塞球铰或虎克铰；所述液压缸体的第一端端头上设有液压缸体球铰，液压缸体的第一端设有第一出油口、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；所述液压缸体的第二端设有第二出油口、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。

所述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；所述安装平台上开有两个通孔，两通孔对称分布，输油管通过所述通孔连接液压缸、液压马达及油箱；安装平台的下表面设有用于连接液压缸的两个球铰座及一个固定连接座；所述安装平台的边缘设有4个突台，所述突台上开有螺纹孔，用于连接外部支架。

所述连接平台为扁长方体，连接平台的上表面设有用于连接液压缸装置的两个球铰座及一个虎克铰连接座，所述连接平台下表面的中心处设有用于与浮子装置连接的螺纹通孔。

所述两个球铰座及一个虎克铰连接座分别分布在连接平台的3个顶角内。

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。

所述浮子装置整体为密封的中空船形结构，浮子装置内部底面上设有重量较大的铁块；浮子装置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。

上述三维海浪发电装置，还包括蓄能器，所述蓄能器与液压马达相连。

所述安装平台上表面上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。

本发明提供的三维海浪发电装置，采用船形浮子带动液压系统，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。

本发明优选采用三个液压缸的缸体同安装平台相连，活塞杆同连接平台连接。三个液压缸带有2个进油口和2个出油口，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，将油液通过软管输送到液压马达的输入口，驱动液压马达运动；而液压缸的另一侧体积增大，油压减小，此时进油口处的单向阀打开，同侧的出油口处的单向阀关闭，将油液从油箱吸入缸体。每个液压缸在工作时同时实现压油和吸油的功能，三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且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压缩还是拉伸液压缸都能同向的驱动液压马达工作，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为连接平台的仰视图；

图6为连接平台的俯视图；

图7为浮体装置剖视图；

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为安装平台，2为蓄能器，3为液压马达，4为发电机，5为油箱，6为液压缸体，7为液压缸活塞杆，8为连接平台，9为浮子装置，10为虎克铰，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，8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。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以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。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种三维海浪发电装置，包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达3、发电机4和油箱5，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8，以及与连接平台8下部相连的浮子装置9，其中，液压缸装置包括三个液压缸，其中的2个液压缸一端铰接在安装平台的下表面，另一端铰接在连接平台8上。液压缸装置中的第三个液压缸一端固定连接在安装平台的下表面，另一端通过虎克铰连接在连接平台8上；液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油孔与液压马达3连接；液压缸进油孔与油箱5相连接；液压马达3与油箱5相连；发电机4与液压马达3相连；浮子装置9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，连接杆上设有螺纹孔。

浮子装置9通过安装平台与海底固定连接并漂浮在海面上。

浮子在海浪的作用下做随机运动，带动连接平台运动。由于约束的存在连接平台做三维运动，所述三维运动为z轴方向的移动、绕x轴的转动、绕y轴的转动。大多数时刻连接平台的运动是这三个运动的随机合成运动。

液压缸装置包括三个液压缸，三个液压缸都布置在竖直方向，两个液压缸通过SPS(spherical-prismatic-spherical即两端为球铰中间为移动副的连接方式)连接安装平台及连接平台，另外一个液压缸一端固定在安装平台下表面，另一端通过PU(prismatic-Universal即移动副与万向节的组合形式)连接安装平台及连接平台，能够更有效的吸收海浪主要的垂荡能量。任一液压缸包括液压缸体6以及液压缸活塞杆7，其中，液压缸活塞杆7的活塞端设置在液压缸体6内部并与液压缸体6紧密配合，其另一端端头处设有液压缸活塞球铰或是虎克铰；液压缸体6的一端端头上设有液压缸体球铰15或是固定连接座，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7通过液压缸活塞球铰或是虎克铰与连接平台8球铰接，液压缸体6通过液压缸体球铰15或是固定连接座与安装平台1连接。

安装平台1成方筒状，通过其上部的突台连接到固定在海底的外支架上，所述的突台，数量为4个均布在安装平台的两个侧面，突台上开有螺纹孔；安装平台1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5；其下表面设有用于连接液压缸的2个球铰座以及1个固定支座，支座分布在下表面的三个顶角内。

液压缸装置及浮子装置9的连接平台8设置在安装平台1内，安装平台的下部是开口的液压缸装置通过下部的开口与连接平台连接。

连接平台8为扁长方体，其上表面设有用于连接液压缸装置的2个球铰座及一个虎克铰连接座。安装平台上表面的中心处开有螺纹通孔，螺纹通孔贯通到设置在连接平台下表面的浮子装置的安装座，所述螺纹孔用于安装连接浮子装置的螺栓。所述的连接平台的下表面设有一个用于连接浮子装置9的连接座，连接座上开有止口，止口中设有上述所述螺纹通孔，连接平台通过设置在螺纹通孔内的螺栓与浮子装置9连接。

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2，蓄能器2与液压马达3相连。

此时，安装平台1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2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9、连接平台8、通过液压缸装置连接，其具体为，液压缸装置包含3个液压缸，其中的2个通过两端为球铰，中间的运动副为移动副的SPS连接方式相连连接安装平台与连接平台。另外1个液压缸通过两端为1个球铰1个虎克铰，中间运动副为移动副的PU方式连接安装平台及连接平台。油箱5、液压马达3、发电机4、蓄能器2。其中，浮子装置9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9顶部设有球铰座连接杆与连接平台8连接。连接平台9的下底面设有连接座，用于连接浮子装置9，连接平台8的上表面上设有2个球铰座和1个虎克铰连接座。安装平台1的内部底面上对应的设有2个球铰座及1个固定连接座。其中固定连接座与连接平台上的虎克铰连接座对应。液压缸的缸体6上的球铰或是固定连接座与安装平台上的连接座相连，液压缸的活塞7上的球铰或是虎克铰9与连接平台8上的球铰座相连。即安装平台与连接平台8通过三维构型的液压缸6、7连接在一起。

如图5至6所示，连接平台8为扁长方体，其上设有若干用于连接液压缸装置的上部球铰座及虎克铰座；所述连接平台中心部位还开有1个螺纹通孔，用于安装紧固螺栓。其底部设有一个用于连接浮子的连接座；

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。

液压缸缸体6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5上的油管通孔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。

当液压缸6、7在浮子装置9的带动下向左边运动时，三维液压缸6、7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5经过第二进油口23流入液压缸右侧。

当三维液压缸在浮子装置9的作用下向右边运动时，三维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。

如图3所示的安装平台两侧面与顶面的相交处设有4个突台，突台上设有螺纹孔。通过所述的突台将整个海浪发电装置与外连接架连接在一起实现整机的安装。

如图3所示安装平台1的项部设有突台，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2。在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外部连接架上。外部连接架固定于海底。海浪冲击浮子装置9，推动浮子运动；当海浪退去时，浮子装置9在浮力及自身的重力的作用下复位。在这浮子装置9运动的过程中带动三维构型液压缸开始工作。三维构型液压缸的3个液压缸同时工作。当浮子装置9在海浪推动下运动时，三维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9在浮力及自身的重力作用下回复时，推动三维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。三维构型液压缸不论发生什么运动都实现了液压缸活塞杆7压缩液压缸缸体6的一侧的油液。这样就实现了3个液压缸的同时工作，充分利用了海浪能量，提高发电能力。三维构型液压缸通过油箱5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2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。

大部分时候浮子是在海浪作用下做复杂的六维运动，因此大部分时候三液压缸都是同时工作。

所述液压缸上设有2个出油口，2个进油口。每个油口上都设有一个单向阀。通过合理的配置单向阀的方向实现不论哪边的缸体被压缩都能够推动液压马达同向转动。

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)

1.一种三维海浪发电装置，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连接在安装平台的下表面，液压缸装置的另一端连接在连接平台上；所述液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；所述液压缸出油孔与液压马达连接；所述液压缸进油孔与油箱相连接；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三个液压缸，三个液压缸均布置在竖直方向上；

所述三个液压缸中的其中两个液压缸的两端均分别球铰接安装平台及连接平台，第三个液压缸的一端固定在安装平台下表面，第三个液压缸的另一端通过虎克铰连接在连接平台上；所述三个液压缸实现三维运动，所述三维运动包括z轴方向移动、绕x轴转动、绕y轴的转动。

2.根据权利要求1所述的三维海浪发电装置，其特征在于，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由液压缸体的第二端端头伸入液压缸体内部并与液压缸体紧密配合，液压缸活塞杆的另一端端头处设有液压缸活塞球铰或虎克铰；所述液压缸体的第一端端头上设有液压缸体球铰，液压缸体的第一端设有第一出油口、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；所述液压缸体的第二端设有第二出油口、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。

3.根据权利要求1所述的三维海浪发电装置，其特征在于，所述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；所述安装平台上开有两个通孔，两通孔对称分布，输油管通过所述通孔连接液压缸、液压马达及油箱；安装平台的下表面设有用于连接液压缸的两个球铰座及一个固定连接座；所述安装平台的边缘设有4个突台，所述突台上开有螺纹孔，用于连接外部支架。

4.根据权利要求1所述的三维海浪发电装置，其特征在于，所述连接平台为扁长方体，连接平台的上表面设有用于连接液压缸装置的两个球铰座及一个虎克铰连接座，所述连接平台下表面的中心处设有用于与浮子装置连接的螺纹通孔。

5.根据权利要求4所述的三维海浪发电装置，其特征在于，两个球铰座及一个虎克铰连接座分别分布在连接平台的3个项角内。

6.根据权利要求1所述的三维海浪发电装置，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所述的三维海浪发电装置，其特征在于，所述浮子装置整体为密封的中空船形结构，浮子装置内部底面上设有重量较大的铁块；浮子装置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。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的三维海浪发电装置，其特征在于，还包括蓄能器，所述蓄能器与液压马达相连。

9.根据权利要求8所述的三维海浪发电装置，其特征在于，所述安装平台上表面上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。

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