CN103306881B - 多维并联摆动海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维并联摆动海浪发电装置，顶盖固定连接在浮箱顶壁上，三自由度运动副的一端与顶盖固定连接，其另一端与摆动杆啮合，摆动杆的一端穿过浮箱顶壁固连在外界装置上，其另一端通过肋板的支撑固定在上平台上，弹簧固连在摆动杆的轴肩上，六并联液压缸设置在上平台与下平台之间，六并联液压缸的活塞杆与上平台铰接，六并联液压缸的缸体与下平台铰接，下平台固定在混合油箱上，混合油箱与浮箱侧壁固连，混合油箱通过分流管和回流管与液压马达相连，发电机连接在液压马达上，发电机与液压马达安装在浮箱的底面上，蓄能器与液压马达相连。本发明具有寿命高，污染小的特点，既能吸收左右摆动的海浪能量又能吸收竖直方向上的海浪能量。

Description

多维并联摆动海浪发电装置

技术领域

本发明涉及海浪发电装置技术领域，具体是一种多维并联摆动海浪发电装置。

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2L.200920002647.X)存在下列问题：1，扇形水槽坐落在岸边，海浪运动到岸边到达该发电装置时已损失很多能量，发电效率低。2.扇形水糟是浇注在岸基上的，因此在扇形水槽浇注的过程，在收到地形的限制与涨落潮影响下，浇注难度及工程量相当大。

考察现有的摆动式海浪发电装置，使用新型专利摆动式海浪发电装置(中国专利申请号201020587628.3)利用海浪冲击摆动板，通过摆动轴上的齿轮传递给主轴上的飞轮，并带动主轴单项转动。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，海浪冲击摆动板时，摆动轴总会遭受冲击，这种刚性冲击周而复始，影响了摆动轴寿命。2，只有当海浪方向垂直于摆动板时，该装置才能有效的发电，而海浪方向是随机的，故海浪利用率低下。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多维并联摆动海浪发电装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种多维并联摆动海浪发电装置，包括浮箱以及设置在浮箱内部的顶盖、三自由度运动副、摆动杆、弹簧、肋板、上平台、六并联液压缸、下平台、混合油箱、蓄能器、液压马达和发电机，其中，所述顶盖固定连接在浮箱顶壁上，所述三自由度运动副的一端与顶盖固定连接，所述三自由度运动副的另一端与摆动杆啮合，所述摆动杆的一端穿过浮箱顶壁固连在外界装置上，所述摆动杆的另一端通过肋板的支撑固定在上平台上，所述弹簧固连在摆动杆的轴肩上，所述六并联液压缸设置在上平台与下平台之间，六并联液压缸的活塞杆与上平台铰接，六并联液压缸的缸体与下平台铰接，所述下平台固定在混合油箱上，所述混合油箱与浮箱侧壁固定连接，所述混合油箱通过分流管和回流管与液压马达相连接，所述发电机连接在液压马达上，所述发电机与液压马达均安装在浮箱的底面上，所述蓄能器与液压马达相连。

优选地，所述浮箱内部的顶壁上设有第一凸台，所述第一凸台用于与顶盖螺钉连接;所述浮箱内部的底面上设有第二凸台，所述第二凸台用于与所述液压马达和发电机的底座装配连接。

优选地，所述三自由度运动副包括U形副和花键孔柱副，其中：

U形副包括两个转动副和一个U副，所述U副包括外环和内环，所述外环固定在顶盖上，所述外环与内环之间通过固定支架连接，且内环绕着两个转动副转动，从而实现绕x轴和绕y轴的二维转动;U副能确保装置吸收左右摆动的海浪能量;

花键孔柱副的一端与内环相连，花键孔柱副的另一端与摆动杆啮合，从而实现沿z轴方向的移动;花键孔柱副能够确保装置吸收竖直方向上的海浪能量。

优选地，所述上平台与下平台之间通过SPS(spherical-prismatic-spherical，即两端成球铰中间为一个移动副的连接)方式连接;所述上平台与下平台上均设有六个球铰，所述上平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为30度，所述下平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为90度，所述上平台的六个球铰与六并联液压缸的活塞杆铰接，所述下平台的六个球铰与六并联液压缸的缸体铰接。

优选地，所述六并联液压缸包括6个并联工作的液压缸，其中，每一个液压缸均包括：活塞杆、缸体以及设置在缸体上的第一进油口、第二进油口、第一出油口、第二出油口、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀，所述活塞杆与上平台铰接，所述第一单向阀安装在第一进油口处，所述第二单向阀安装在第二进油口处，所述第三单向阀安装在第一出油口处，所述第四单向阀安装在第二出油口处，所述缸体与下平台铰接。

优选地，所述混合油箱的底部设有突檐，所述突檐用于与浮箱底面螺钉连接;所述混合油箱包括集油箱与回油箱，所述集油箱与分流管相连，所述回油箱设置在集油箱的外侧并与回流管相连。

优选地，所述集油箱设有第三进油口、第四进油口以及第三出油口，其中第三进油口和第四进油口分别与六并联液压缸相连，所述第三出油口与分流管相连;所述回流箱设有第四出油口、第五出油口以及第六进油口，所述第四出油口和第五出油口分别与六并联液压缸相连，所述第六进油口与回流管相连。

优选地，所述液压马达包括第五进油口、第六出油口、转轴以及底座，其中，所述第五进油口与分流管相连接，所述第六出油口与回流管相连接，所述液压马达通过转轴与发电机相连接，所述底座与浮箱底面固连。

优选地，所述多维并联摆动海浪发电装置还包括四根输油软管，其中，第一输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一进油口和混合油箱的回流箱第四出油口相连，第二输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二进油口和混合油箱的回流箱第五出油口相连，第三输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一出油口和混合油箱的集油箱第三进油口相连，第四输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二出油口和混合油箱的集油箱第四进油口相连。

本发明与现有技术相比，具有以下技术特点：

(1)本发明具有良好的密封性，浮箱内部机构与外界相隔离，因此不会受到海水的侵蚀，同样对环境也没有污染，这样确保了系统寿命高，维护所需成本低;

(2)本发明采用三自由运动副中的U形副，由于是转动副，缓和了摆动轴与顶盖之间的刚性冲击冲击，大大提高了摆动轴的寿命;

(3)本发明采用圆筒形浮箱和三自由度运动副，能够充分的采集海浪能量，海浪运动的方向是不确定，由于浮箱为圆筒形，不论海浪从那个方向冲击浮箱，浮箱均发生倾斜，U型副内环绕着中间轴的两个圆柱轴转动，实现了机构绕轴和绕轴的二维转动，这样能够采集左右摆动的海浪能量，花键孔柱副可以实现机构沿z轴方向的移动，这样能够采集垂直运动的海浪能量，实现了海浪能量的充分的利用;

(4)本发明采用弹簧，能够防止垂直海浪能量过大时导致摆动杆竖直方向位移过大引起对装置的刚性冲击以及一定的储能平衡作用;

(5)本发明采用六个液压缸的缸体同下平台，活塞杆同上平台连接，六个液压缸带有2个进油口和2个出油口，每个油口处安装单向阀。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，而进油口处的单向阀处于关闭状态，将油液通过软管输送到混合油箱的集油箱中;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，出油口处的单向阀关闭，将油液从混合油箱的回油箱吸入缸体。每个液压缸在工作时同时实现压油和吸油的功能，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，提高了供油能力和发电效率;

(6)本发明采用的混合油箱包括集油箱与回油箱，其中回油箱为液压缸供油，液压缸活塞杆的作用下将油压进集油箱，集油箱又通过分流管与液压马达相连，液压马达通过回流管向回流箱输油，这样实现了油路的循环;

(7)本发明采用的蓄能器，能在油压过高时蓄能，在油压过低时释放能量，解决了油压过高时能量的浪费以及油压过低时液压马达无法工作的问题，保证了发电机发电的稳定性。

本发明提供的多维并联摆动海浪发电装置，漂浮在海面上，装置的摆动杆通过与外界装置固连而静止，当浪打来时，装置必然会绕着三自由度运动副的中心摆动或移动，六并联液压杆的活塞杆与上平台铰接，而上平台与摆动杆固连，同时六并联液压缸的缸体与下平台固连，而下平台与混合油箱固连也就是与装置固连，则六并联液压缸必然伸缩或拉长，通过多处单向阀和油路的设计，保证了液压缸在拉伸或压缩的状态下均能发电。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。由于本发明的关键部件都在浮箱内部，故其寿命高，污染小，是一种可以吸收多维海浪的装置，既能吸收左右摆动的海浪能量又能吸收竖直方向上的海浪能量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明浮箱内部立体图;

图2为六并联液压缸中其中一个液压缸的剖视图;

图3为六并联液压缸与混合油箱连接剖视图;

图4为油箱立体图;

图5为液压马达示意图;

图6为三自由度运动副立体图;

图7为摆动杆立体图;

图8为本发明剖视图;

图中：1为蓄能器，2为分流管，3为液压马达，4为回流管，5为发电机，6为混合油箱，7为下平台，8为液压缸，9为上平台，10为摆动杆，11为弹簧，12为三自由度运动副，13为顶盖，14为肋板，15为活塞杆，16为第一进油口，17为第一单向阀，18为第二单向阀，19为第二进油口，20为缸体，21为第一出油口，22为第三单向阀，23为第四单向阀，24为第二出油口，25为第三进油口，26为第四进油口，27为第三出油口，28为第四出油口，29为第五出油口，30为输油软管，31为第五进油口，32为第六出油口，33为转轴，34为底座，35为外环，36为花键孔柱副，37为内环，38为固定支架，39为回油箱，40为浮箱，41为集油箱。

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。

如图1所示，本实施例提供了一种多维并联摆动海浪发电装置，包括浮箱40以及设置在浮箱40内部的顶盖13、三自由度运动副12、摆动杆10、弹簧11、肋板14、上平台9、六个并联的液压缸8、下平台7、混合油箱6、蓄能器1、液压马达3、发电机5，其中，顶盖13通过螺钉连接固定连接在浮箱40凸台上，混合油箱6通过螺钉连接固连在浮箱40凸台上，三自由度运动副12的一端固定在顶盖13上，三自由度运动副12的另一端套在摆动杆10上，摆动杆10的一端固连在外界装置上，摆动杆10的另一端通过肋板支撑固定在上平台9上，弹簧11固连在摆动杆10的轴肩上，六并联液压缸8一端分别与上平台9铰接，六并联液压缸的另一端分别与下平台7铰接，下平台7固定在混合油箱6上，混合油箱通过分流管2和回流管4与液压马达3相连接，发电机5连接在液压马达3上，发电机5与液压马达3安装在浮箱40的底面上，蓄能器1与液压马达3相连。

进一步地，所述浮箱40内部的顶壁上设有第一凸台，所述第一凸台用于与顶盖13螺钉连接;所述浮箱40内部的底面上设有第二凸台，所述第二凸台用于与所述液压马达3和发电机5的底座装配连接。

进一步地，所述上平台9与下平台7之间通过SPS(spherical-prismatic-spherical，即两端成球铰中间为一个移动副的连接)方式连接;所述上平台9与下平台7上均设有六个球铰，所述上平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为30度，所述下平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为90度，所述上平台9的六个球铰与六并联液压缸的活塞杆铰接，所述下平台7的六个球铰与六并联液压缸的缸体铰接。

进一步地，如图2、图3和图8所示，所述六并联液压缸8的每个液压缸均包括：活塞杆15、第一进油口16、第一单向阀17、第二单向阀18、第二进油口19、缸体20、第一出油口21、第三单向阀22、第四单向阀23及第二出油口24，其中，活塞杆15与上平台9铰接，第一单向阀17安装在第一进油口16处，然后通过第一根输油软管30与混合油箱6的回油箱39的第五出油口29相连;第二单向阀18设置在第二进油口19处，然后通过第二根输油软管30与混合油箱6的回油箱39的第四出油口28相连;第三单向阀22设置在第一出油口21处，然后通过第三根输油软管30与混合油箱6的集油箱41的第四进油口26连接;第四单向阀23设置在第二出油口24处，然后通过第四根输油软管30与混合油箱6的集油箱41的第三进油口25连接，缸体20与下平台7铰接;所述的混合油箱包括集油箱41和回油箱39。

进一步地，如图5所示，所述液压马达9包括第五进油口31，第六出油口32、转轴33和底座34，其中，第五进油口31与分流管2相连接，分流管2与混合油箱6的集油箱41相连接，第六出油口32与回流管11相连接，回流管11与混合油箱6的回油箱39相连接，液压马达9通过转轴33与发电机5相连接，底座34固定在浮箱40的底面上。

进一步地，如图6所示，所述三自由度运动副包括U形副和花键孔柱副，其中：U形副包括两个转动副和一个U副，所述U副包括外环35和内环37，所述外环35固定在顶盖13上，所述外环35与内环37之间通过固定支架38连接，且内环37绕着两个转动副转动，从而实现绕x轴和绕y轴的二维转动;U副能确保装置吸收左右摆动的海浪能量;花键孔柱副36的一端与内环37相连，花键孔柱副36的另一端与摆动杆10啮合，从而实现沿z轴方向的移动;花键孔柱副36能够确保装置吸收竖直方向上的海浪能量。

进一步地，所述混合油箱6的底部设有突檐，所述突檐用于与浮箱40底面螺钉连接;所述混合油箱6包括集油箱41与回油箱39，所述集油箱41与分流管2相连，所述回油箱39设置在集油箱41的外侧并与回流管4相连。所述集油箱41设有第三进油口25、第四进油口26以及第三出油口27，其中第三进油口25和第四进油口26分别与六并联液压缸相连，所述第三出油口27与分流管2相连;所述回流箱39设有第四出油口28、第五出油口29以及第六进油口，所述第四出油口28和第五出油口29分别与六并联液压缸相连，所述第六进油口与回流管4相连。

本实施例提供的多维并联摆动海浪发电装置还包括四根输油软管，其中，第一输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一进油口16和混合油箱的回流箱第四出油口28相连，第二输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二进油口19和混合油箱的回流箱第五出油口29相连，第三输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一出油口21和混合油箱的集油箱第三进油口25相连，第四输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二出油口24和混合油箱的集油箱第四进油口26相连。

本实施例的工作原理如下：浮箱及内部装置漂浮在海面。海浪冲击浮箱40时，摆动杆10与外界固连保持静止，与摆动杆10固连的上平台9亦保持静止，浮箱40在海浪的冲击下发生倾斜，与浮箱40固连的下平台7也随之发生摆动，由于三自由度运动副12的存在，浮箱40和摆动杆10有相对左右前后方向上的摆动和竖直方向上的移动，则与上平台9铰接的活塞杆15和与下平台铰接的缸体20就存在相对运动，即六并联液压缸8开始工作。六并联液压缸8的6个液压缸同时工作，靠近海浪冲击一侧的液压缸发生压缩运动，远离海浪冲击一侧的液压缸发生拉伸运动。六并联液压缸8不论发生什么运动都实现了活塞杆15压缩液压缸缸体20的一侧的油液，将油液通过第一出油口21、第二出油口24、第三单向阀22和第四单向阀23压入混合油箱6的集油箱41;而缸体20另一侧实现低压，从而实现将混合油箱6的回油箱39中液体经过输油软管30、第一单向阀17、第二单向阀18和第一进油口16、第二进油口19进入缸体20。浮箱40收到海浪作用摆动时，每个液压缸或者拉伸或者压缩，但均能实现压油和吸油的运动。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。六个液压缸将油液同时压入集油箱41。集油箱41中油液压入分流管2，带动液压马达3的工作，从而带动发电机5发电。液压马达3的第六出油口32连接回流管4，从液压马达流出的油液回流经过回流管4进入混合油箱6的回油箱39，实现油路的循环。蓄能器1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3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 (8)

1.一种多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，包括浮箱以及设置在浮箱内部的顶盖、三自由度运动副、摆动杆、弹簧、肋板、上平台、六并联液压缸、下平台、混合油箱、蓄能器、液压马达和发电机，其中，所述顶盖固定连接在浮箱顶壁上，所述三自由度运动副的一端与顶盖固定连接，所述三自由度运动副的另一端与摆动杆啮合，所述摆动杆的一端穿过浮箱顶壁固连在外界装置上，所述摆动杆的另一端通过肋板的支撑固定在上平台上，所述弹簧固连在摆动杆的轴肩上，所述六并联液压缸设置在上平台与下平台之间，六并联液压缸的活塞杆与上平台铰接，六并联液压缸的缸体与下平台铰接，所述下平台固定在混合油箱上，所述混合油箱与浮箱侧壁固定连接，所述混合油箱通过分流管和回流管与液压马达相连接，所述发电机连接在液压马达上，所述发电机与液压马达均安装在浮箱的底面上，所述蓄能器与液压马达相连；

所述三自由度运动副包括U形副和花键孔柱副，其中：

U形副包括两个转动副和一个U副，所述U副包括外环和内环，所述外环固定在顶盖上，所述外环与内环之间通过固定支架连接，且内环绕着两个转动副转动，从而实现绕x轴和绕y轴的二维转动；

花键孔柱副的一端与内环相连，花键孔柱副的另一端与摆动杆啮合，从而实现机构沿z轴方向的移动。

2.根据权利要求1所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述浮箱内部的顶壁上设有第一凸台，所述第一凸台用于与顶盖螺钉连接；所述浮箱内部的底面上设有第二凸台，所述第二凸台用于与所述液压马达和发电机的底座装配连接。

3.根据权利要求1所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述上平台与下平台上均设有六个球铰，所述上平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为30度，所述下平台的六个球铰分成三组，每组两个，组内的两个球铰对应的圆心角为90度，所述上平台的六个球铰与六并联液压缸的活塞杆铰接，所述下平台的六个球铰与六并联液压缸的缸体铰接。

4.根据权利要求1所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述六并联液压缸包括6个并联工作的液压缸，其中，每一个液压缸均包括：活塞杆、缸体以及设置在缸体上的第一进油口、第二进油口、第一出油口、第二出油口、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀，所述活塞杆与上平台铰接，所述第一单向阀安装在第一进油口处，所述第二单向阀安装在第二进油口处，所述第三单向阀安装在第一出油口处，所述第四单向阀安装在第二出油口处，所述缸体与下平台铰接。

5.根据权利要求1所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述混合油箱的底部设有突檐，所述突檐用于与浮箱底面螺钉连接；所述混合油箱包括集油箱与回油箱，所述集油箱与分流管相连，所述回油箱设置在集油箱的外侧并与回流管相连。

6.根据权利要求5所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述集油箱设有第三进油口、第四进油口以及第三出油口，其中第三进油口和第四进油口分别与六并联液压缸相连，所述第三出油口与分流管相连；所述回流箱设有第四出油口、第五出油口以及第六进油口，所述第四出油口和第五出油口分别与六并联液压缸相连，所述第六进油口与回流管相连。

7.根据权利要求1所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，所述液压马达包括第五进油口、第六出油口、转轴以及底座，其中，所述第五进油口与分流管相连接，所述第六出油口与回流管相连接，所述液压马达通过转轴与发电机相连接，所述底座与浮箱底面固连。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，还包括四根输油软管，其中，第一输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一进油口和混合油箱的回流箱第四出油口相连，第二输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二进油口和混合油箱的回流箱第五出油口相连，第三输油软管的两端分别与六并联液压缸的第一出油口和混合油箱的集油箱第三进油口相连，第四输油软管的两端分别与六并联液压缸的第二出油口和混合油箱的集油箱第四进油口相连。