CN104005902B - 多维并联摆动海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的多维并联摆动海浪发电装置，包括混合油箱、下平台、转动平台、六组并联液压缸、上平台、摆动杆、三自由度运动副、顶盖、肋板、浮箱。顶盖固定连接在浮箱的上端内壁上；三自由度运动副的外圈与顶盖固定、内圈与摆动杆形成移动副；摆动杆一端穿过浮箱顶壁固连在外界装置上，另一端固定在上平台上；六组并联液压缸的活塞杆与上平台形成万向节连接，六组并联液压缸的缸体与转动平台形成两个球面副；转动平台与下平台形成球面副；下平台固定在混合油箱上，混合油箱与浮箱底部固定连接。本发明具有发电能力强，海浪能利用率高，寿命长，污染小等特点，既能吸收水平方向摆动的海浪能量，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技术领域，具体涉及一种多维并联摆动海浪发电装置。

背景技术

波涛起伏的大海，是一种海洋资源。在1平方千米的海面上，每秒钟就有20万千瓦的海浪运动能。海浪能发电的形式多种多样，有的利用波的上下波动，有的利用波的横向运动，有的利用由波产生的水中压力变化等等。

日本在1964年最先制成了利用海浪发电的航标灯。随后，世界上许多国家，如英国、美国、加拿大、芬兰、丹麦、法国等都在研究和试验海浪发电，并相继提出了数百种发电装置设计方案。但是，由于各种技术问题，海浪发电研究一直未取得重大的进展。直到今天，在能源开发方面，海浪能的利用仍然落后于风能和潮汐能。

经过对现有文献的检索发现，中国专利申请号为201310419252.3，名称为：一种海浪发电机。该装置通过浮体和平衡浮体的联合作用，将浮体在垂直方向下降时的能量通过滑轮传递到输出轴的飞轮上，再通过飞轮的惯性保证输出轴上的永磁同步发电机正常发电，但是该装置存在以下不足：该装置仅利用浮体下降时的能量，对于浮体上升以及海浪横向摆动的能量没有加以利用，导致海浪能的利用率低下。

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。本发明能量利用率高，可以大规模生产投入使用。

根据本发明提供的一种多维并联摆动海浪发电装置，包括浮箱10，还包括设置于浮箱10内的混合油箱1、下平台2、转动平台3、六组并联液压缸4、上平台5、摆动杆6、三自由度运动副7、顶盖8、肋板9；

所述顶盖8固定连接在浮箱10上端内壁上；所述三自由度运动副7的外圈与顶盖8固定，所述三自由度运动副7的内圈与摆动杆6形成移动副；所述摆动杆6的一端穿过浮箱顶壁用于固连在外界装置上，所述摆动杆6的另一端通过肋板9的支撑固定在上平台5的上表面；所述六组并联液压缸4设置在上平台5和下平台2之间，六组并联液压缸4的活塞杆24与上平台5形成万向节连接；所述转动平台3与下平台2形成球面副；所述下平台2固定在混合油箱1上，所述混合油箱1与浮箱10底部固定连接。

优选地，所述上平台5和下平台2之间的连接方式为6(2UPS-1UP-S)，即，上端为U副连接，中间为移动副连接，中下端为球副和固连混合连接，下端为球副连接；

所述六组并联液压缸4一共有六组液压缸组，每组液压缸组有三个液压缸；所述上平台5与六组并联液压缸4的活塞杆24形成十八个U副，所述十八个U副分成六组U副组，每组U副组之间夹角相等均匀的分布在上平台5的下侧面；所述转动平台3与每组液压缸组中的两个液压缸的缸体19形成两个球副，与第三个液压缸的缸体19固连；所述下平台2与转动平台3形成六个球副连接，所述六个球副以圆形阵列均匀的分布在下平台2的上表面。

优选地，所述六组并联液压缸4中每组液压缸组存在3个自由度，六组液压缸组并联在一起工作时一共存在六个自由度。

优选地，所述混合油箱1与液压马达连接，液压马达通过转轴与发电机连接；由六组并联液压缸4产生单向油液流动，从而催动液压马达单向运转，带动发电机发电。

优选地，所述三自由度运动副7包括U形副和花键孔柱副13；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14和内环12，所述外环14固定在顶盖8上，所述外环14和内环12之间通过固定支架连接11，内环12能够绕所述两个转动副转动，从而实现绕X轴和绕Y轴的转动，以确保吸收左右摆动的海浪能量；花键孔柱副13的一端与内环12相连，另一端与摆动杆6形成移动副，从而实现沿Z轴方向的移动，以确保吸收竖直方向的海浪能量。

优选地，每一个液压缸均包括：活塞杆24、缸体19以及设置在缸体上的第一进油口23、第二进油口20、第一出油口18、第二出油口15、第一单向阀22、第二单向阀21、第三单向阀17、第四单向阀16；

活塞杆24的活塞头将缸体19分隔为第一腔体和第二腔体，其中，第一进油口23、第二出油口15设置于第一腔体，第二进油口20、第一出油口18设置于第二腔体；第一单向阀22设置于第一进油口23，第二单向阀21设置于第二进油口20，第三单向阀17第一出油口18，第四单向阀16设置于第二出油口15。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的关键部件都设计在浮箱的内部，使内部机构与外界隔离，因此不会受到海水的侵蚀，而且也不会对外界环境造成污染，确保了系统寿命高，维护成本低。

2、本发明采用圆筒形浮箱和三自由度运动副，可以充分的吸收海浪能量。由于海浪运动方向的不确定性，故采用圆筒形浮箱设计，使浮箱在任意方向的海浪冲击下都会发生倾斜；U型副内部设计了两个互相垂直的转轴，实现了机构X轴和Y轴方向的绕轴运动，故能够采集左右摆动的海浪能量；花键孔柱副的设计可以实现机构沿Z轴方向的移动，故可以采集垂直方向的海浪能量，从而实现海浪能的充分利用。

3、本发明采用十八个液压缸并联收集能量，结构紧凑，空间利用率高，由于液压缸数目较多，所以在一次液压杆收缩或者拉伸的过程中能够排出较大的油液量，从而催动液压马达高速转动，进而使发电机产生较高的发电功率。且六个并联液压缸组对称分布，使结构各方向受力均匀，保证了结构的稳定性。

4、本发明对三自由度运动副中的U形副进行了设计，转动副的存在缓和了摆动轴和顶盖之间的刚性冲击，能够较大的提高机构的使用寿命。

5、本发明的每个液压缸都带有两个进油口和两个出油口，每个油口处安装单向阀。液压缸工作时，受压缩的一侧缸体油压增大，出油口处的单向阀打开，而进油口处的单向阀处于关闭状态，油液从受压缩的一侧流出；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，油液从混合油箱吸回缸体。通过输油软管实现进油口、出油口与混合油箱之间的特定连接，使每个液压缸在工作时同时实现吸油和压油的功能，从而使油液源源不断的单向流动，这大大提高了海浪能量的利用效率和发电功率。

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是本发明的结构示意图；

图2是本发明中液压缸的缸体和下平台的装配示意图；

图3是本发明中液压缸的液压杆和上平台的装配示意图；

图4是本发明中三自由度运动副的结构示意图；

图5是本发明中液压缸的剖视图；

图6是本发明中摆动杆的结构示意图。

其中：

1 为混合油箱；

2 为下平台；

3 为转动平台；

4 为液压缸；

5 为上平台；

6 为摆动杆；

7 为三自由度运动副；

8 为顶盖；

9 为肋板；

10 为浮箱；

11 为固定支架；

12 为内环；

13 为花键孔柱副；

14 为外环；

15 为第二出油口；

16 为第四单向阀；

17 第三单向阀；

18 第一出油口；

19 液压缸缸体；

20 第二进油口；

21 第二单向阀；

22 第一单向阀；

23 第一进油口；

24 液压缸液压杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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，在本实施例中，本发明提供了一种多维并联摆动海浪发电装置，包括混合油箱1、下平台2、转动平台3、六组并联液压缸4、上平台5、摆动杆6、三自由度运动副7、顶盖8、肋板9、浮箱10。所述顶盖8固定连接在浮箱10上端内壁上；所述三自由度运动副7的外圈与顶盖8固定，所述三自由度运动副7的内圈与摆动杆6形成移动副；所述摆动杆6的一端穿过浮箱顶壁固连在外界装置上，所述摆动杆6的另一端通过肋板的支撑固定在上平台5的上表面；所述六组并联液压缸4设置在上平台5和下平台2之间，六组并联液压缸4的活塞杆24与上平台5形成万向节连接；所述转动平台3与下平台2形成球面副；所述下平台2固定在混合油箱1上，所述混合油箱1与浮箱10底部固定连接。

进一步地，所述的三自由度运动副7包括U形副和花键孔柱副13。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14和内环12，所述外环14固定在顶盖8上，所述外环14和内环12之间通过固定支架连接11，内环12可以绕两个转动副转动，从而实现绕X轴和绕Y轴的转动；U副能确保装置吸收左右摆动的海浪能量；花键孔柱副13的一端与内环12相连，另一端与摆动杆6形成移动副，从而实现沿Z轴方向的移动；花键孔柱副13能够确保装置吸收竖直方向的海浪能量。

进一步地，所述的上平台5和下平台2之间的连接方式为6(2UPS-1UP-S)(即上端为U副连接，中间为移动副连接，中下端为球副和固连混合连接，下端为球副连接)；所述的六组并联液压缸4一共有六组，每组有三个液压缸；所述上平台5与六组并联液压缸4的活塞杆24形成十八个U副，所述的十八个U副分成六组，每组之间夹角相等均匀的分布在上平台5的下侧面；所述的转动平台3与每组液压缸中的两个缸体19形成两个球副，与另一个缸体19固连；所述的下平台2与转动平台3形成六个球副连接，所述的六个球副以圆形阵列均匀的分布在下平台2的上表面。

进一步地，所述的六组并联液压缸4中每组液压缸存在3个自由度，六组液压缸并联在一起工作时一共存在六个自由度。

进一步地，所述的六组并联液压缸4一共包括18个并联工作的液压缸，其中，每一个液压缸均包括：活塞杆24、缸体19以及设置在缸体上的第一进油口23、第二进油口20、第一出油口18、第二出油口15、第一单向阀22、第二单向阀21、第三单向阀17、第四单向阀16。其中，缸体19上的进油口和出油口通过输油软管与混合油箱1形成特定的连接，使活塞杆24无论推进还是推出，都能产生单一的油液流向。

进一步地，所述混合油箱1与液压马达连接，液压马达通过转轴与发电机连接。由六组并联液压缸4产生单向油液流动，从而催动液压马达单向运转，带动发电机发电。

在本实施例中，本发明提供的多维并联摆动海浪发电装置的工作过程如下：浮箱10以及其内部的装置漂浮在海面上，摆动杆6与外界固连保持静止，上平台5与摆动杆6固连，所以也保持静止，海浪冲击浮箱10的时候，浮箱10发生倾斜，与浮箱10固连的下平台2也随之发生摆动，由于存在三自由度运动副7，浮箱10与摆动杆6发生相对位移，包括绕X轴、Y轴的转动和Z轴方向上的移动，从而导致上平台5与下平台2之间的液压杆24和缸体19发生相对移动，六组并联液压缸4开始工作。六组并联液压缸4的十八个液压缸同时工作，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。六组并联液压缸4无论发生什么运动，都将导致受压缩的一侧缸体油压增大，出油口处的单向阀打开，而进油口处的单向阀处于关闭状态，油液从受压缩的一侧流出；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，油液从混合油箱吸回缸体。浮箱10在海浪的作用下，每个液压缸或者拉伸，或者收缩，但均能实现压油和吸油的运动。这样就实现了所有液压缸的同时工作，充分利用了海浪能量，提高了发电能力。通过将各进油口和出油口与混合油箱1连接，能够实现油液的单向运动，从而推动与混合油箱1相连接的液压马达单向运转，进而带动发电机发电。

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 (3)

1.一种多维并联摆动海浪发电装置，其特征在于，包括浮箱(10)，还包括设置于浮箱(10)内的混合油箱(1)、下平台(2)、转动平台(3)、六组并联液压缸(4)、上平台(5)、摆动杆(6)、三自由度运动副(7)、顶盖(8)、肋板(9)；

所述顶盖(8)固定连接在浮箱(10)上端内壁上；所述三自由度运动副(7)的外圈与顶盖(8)固定，所述三自由度运动副(7)的内圈与摆动杆(6)形成移动副；所述摆动杆(6)的一端穿过浮箱顶壁用于固连在外界装置上，所述摆动杆(6)的另一端通过肋板(9)的支撑固定在上平台(5)的上表面；所述六组并联液压缸(4)设置在上平台(5)和下平台(2)之间，六组并联液压缸(4)的活塞杆(24)与上平台(5)形成万向节连接；所述转动平台(3)与下平台(2)形成球面副；所述下平台(2)固定在混合油箱(1)上，所述混合油箱(1)与浮箱(10)底部固定连接；

多维并联摆动海浪发电装置所述上平台(5)和下平台(2)之间的连接方式为上端为U副连接，中间为移动副连接，中下端为球副和固连混合连接，下端为球副连接；

所述六组并联液压缸(4)一共有六组液压缸组，每组液压缸组有三个液压缸；所述上平台(5)与六组并联液压缸(4)的活塞杆(24)形成十八个U副，所述十八个U副分成六组U副组，每组U副组之间夹角相等均匀的分布在上平台(5)的下侧面；所述转动平台(3)与每组液压缸组中的两个液压缸的缸体(19)形成两个球副，与第三个液压缸的缸体(19)固连；所述下平台(2)与转动平台(3)形成六个球副连接，所述六个球副以圆形阵列均匀的分布在下平台(2)的上表面。

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，所述六组并联液压缸(4)中每组液压缸组存在3个自由度，六组液压缸组并联在一起工作时一共存在六个自由度。

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，所述混合油箱(1)与液压马达连接，液压马达通过转轴与发电机连接；由六组并联液压缸(4)产生单向油液流动，从而催动液压马达单向运转，带动发电机发电。