CN106194568A - 基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置 - Google Patents

基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，stewart平台包括正多边形中心平台和与中心平台各台边以合页机构连接的扇形浮台以及中心平台下方的扇形浮台支撑平板，各扇形浮台与扇形浮台支撑平板之间由液压缸支撑，方式为缸体球铰于扇形浮台支撑平板，液压杆球铰于对应扇形浮板的导轨滑块上；扇形浮台支撑平板上设有单向输出齿轮转换向箱，单向输出齿轮转换箱将由各液压缸对应驱动的棘齿轮双输出液压马达的动力集中并单向输送到输出轴，所述输出轴带动扇形浮台支撑平板底部平衡浮筒内的发电机发电。本发明具有自由度大，能灵活适应波浪变幻无常的波动，转化效率高、应用范围广。

Description

基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置
技术领域
本发明涉及发电设备，具体为一种基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置。
背景技术
波浪能在各水域中分布最广，能流密度大且具有无污染、分布广、可再生、储量大等优点，但目前利用率较低。
世界各国均有海浪发电方面的研究，最早对波浪能做研究的是巴黎，其次为英国。波浪能发电到目前已有较成熟的发展，各种波浪能的转换装置已经有1500多项专利，如“点头鸭”式、摆式、振荡浮子式等多种形式，由于现有波浪能转换装置基本运用于海浪，且装置体积要求大，难以应用于内陆河流湖泊等淡水水域。
我国是波浪能相对丰富的国家，海洋，内陆湖泊与河流是永不枯竭的能源，充分利用海洋和内陆江河湖泊所蕴藏的波浪能，研发效率高，成本低的波浪发电系统具有重要意义。
发明内容
为此，本发明提出了一种基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置。
本发明基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，其技术方案包括stewart平台，所不同的是所述stewart平台包括正多边形(包括正三边形，可根据结构尺寸大小选择多边形的类型)的中心平台和对应于中心平台各台边以合页机构连接的扇形浮台以及设于中心平台下方的扇形浮台支撑平板，各扇形浮台与扇形浮台支撑平板之间由对应的液压缸支撑，其支撑方式为各液压缸的缸体采用球铰结构连接扇形浮台支撑平板，液压缸的液压杆采用球铰结构连接在对应扇形浮板底部的径向导轨的滑块上；所述扇形浮台支撑平板上设有单向输出齿轮转换向箱，所述单向输出齿轮转换向箱内设有对应于各液压缸的棘齿轮双输出液压马达，各棘齿轮双输出液压马达的两个进油口分别连通对应液压缸的进、出油口，所述单向输出齿轮转换箱将由各液压缸对应驱动的棘齿轮双输出液压马达的动力集中并单向输送到输出轴，所述输出轴带动扇形浮台支撑平板底部平衡浮筒内的发电机发电。
上述结构中，波浪的上、下起伏转化为扇形浮台的上、下摆动，通过液压缸转化为液压能，最后通过机械结构转化为发电机发电的机械能。
进一步的设计为，所述发电机产生的电能通过浮筒内的蓄电池储存。
更进一步的设计为，所述浮筒上设有将蓄电池电能向外输出的电路接口。
为综合采集波浪的能量，所述单向输出齿轮转换箱上设置中心平台支撑板，所述中心平台与中心平台支撑板之间由圆周均布的三根支撑杆连接，连接方式为各支撑杆的上、下端均采用球铰机构连接中心平台与中心平台支撑板。
上述结构中，整个浮台(中心平台和四周的扇形平台)在波浪的波动下能够朝着多个方向摆动和绕着某一方向的轴进行一定的扭转，各独立的扇形浮板也能在波浪的作用下进行上下摆动，即浮台能随着波浪做任意方向的运动，在波浪的作用下，浮台发生的角位移和扭转是本发明的原动力。
所述单向输出齿轮转换箱将棘齿轮双输出液压马达动力集中并单向输送的结构方式之一为：所述棘齿轮双输出液压马达于单向输出齿轮转换向箱内圆周均布设置，棘齿轮双输出液压马达的上、下端输出轴通过棘轮机构安装传动齿轮，所述棘轮机构和传动齿轮构成棘齿轮，其既具有齿轮的传动功能，又同时具有棘轮的单向转动功能；各棘齿轮双输出液压马达的上、下端传动齿轮分别啮合上、下转盘内端面上的内齿轮，所述上、下转盘的外齿轮分别啮合同轴的上、下过渡齿轮，所述下转盘外端面上的内齿轮与中间齿轮之间通过行星齿轮连接，所述中间齿轮的转轴为单向输出齿轮转换向箱的输出轴。
本发明的有益效果：
1、本发明基于Stewart平台原理的下沉式水浪发电装置具有自由度大，体积可大可小，能灵活适应波浪变幻无常的波动，转化效率高，应用范围广。
2、本发明的动力装换中利用了液压原理，具有较强的稳定性和长久的使用寿命，运行无噪音，是高效的绿色能源。
3、本发明最大程度上提高了波浪能的利用率，能取得更好的发电效果。
4、本发明结构紧凑、拆装方便，普遍适用于各地区水域，为生活在水域周边的居民提供清洁的能源，满足日常生活用电需求。
5、本发明是一种下沉式结构，仅浮台位于水面上，其余部分位于水平面以下，整体稳定性好，外形美观，大型的浮台还可作为舞台或水上码头使用。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的立体结构示意图。
图2为图1实施方式的主视图。
图3为图2的侧视图。
图4为图1的俯视图。
图5为图1实施方式中单向输出齿轮转换向箱的爆炸图。
图6为图5中棘齿轮双输出轴液压马达的结构图。
图号标识：1、中心平台；2、支撑杆；3、中心平台支撑板；4、扇形浮台；5、单向输出齿轮转换向箱；5-1、上转盘；5-2、下转盘；5-3、上过渡齿轮；5-4、下过渡齿轮；5-5、中间齿轮；5-6、行星齿轮；5-7、箱体；6、平衡浮筒；7、扇形底板；8、液压缸；9、滑块；10、径向导轨；11、扇形浮台支撑平台；12、棘齿轮双输出液压马达；12-1、进油口；12-2、传动齿轮；13、发电机；14、蓄电池；15、电路接口；16、油管。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明基于Stewart平台原理的下沉式水浪发电装置包括波浪能采集机构、波浪能转化为机械能机构和机械能发电机构。
所述波浪能采集机构包括stewart平台，所述stewart平台包括正六边形的中心平台1、扇形浮台4、中心平台支撑板3和扇形浮台支撑平台11，六个扇形浮台4围绕中心平台1设置，各扇形浮台4安装于对应的扇形底板7上，各扇形底板7上与中心平台1的对应台边之间通过合页式铰连机构连接，各扇形底板7底部的对称中心线上设有径向导轨10，各径向导轨10上滑动安装有滑块9；所述中心平台支撑板3设于中心平台1的下方，所述扇形浮台支撑平台11(直径大于中心平台支撑板3)设于中心平台支撑板3下方，中心平台1与中心平台支撑板3之间圆周均布三根支撑杆2(均向外上方倾斜)，所述支撑杆2的上、下端均采用球铰机构连接安装在中心平台1底部和中心平台支撑板3的顶部，各扇形浮台4与扇形浮台支撑平台11之间对应设有液压缸8(均向外上方倾斜)，各液压缸8的缸体下端采用球铰机构安装在扇形浮台支撑平台11的对应位置上，液压缸8的液压杆上端采用球铰机构安装在对应扇形浮台4的滑块9上，如图1、图2、图3、图4所示。
所述波浪能转化为机械能机构包括单向输出齿轮转换向箱5和棘齿轮双输出液压马达12，所述单向输出齿轮转换向箱5设于中心平台支撑板3与扇形浮台支撑平台11之间，所述棘齿轮双输出液压马达12于单向输出齿轮转换向箱5的箱体5-7内圆周均布竖向设置于上转盘5-1与下转盘5-2之间，各棘齿轮双输出液压马达12上传动轴上的传动齿轮12-2(通过棘轮安装)啮合上转盘5-1下端面上的内齿轮，各棘齿轮双输出液压马达12下传动轴上的传动齿轮12-2(也通过棘轮安装)啮合下转盘5-2上端面上的内齿轮，上转盘5-1下端面上的外齿轮啮合上过渡齿轮5-3，下转盘5-2上端面上的外齿轮啮合下过渡齿轮5-4，上过渡齿轮5-3与下过渡齿轮5-4同轴安装，下转盘5-2下端面上安装有内齿轮，该内齿轮上啮合三个行星齿轮5-6，三个行星齿轮5-6均啮合中间齿轮5-5，所述中间齿轮5-5的转动轴为单向输出齿轮转换向箱5向下伸出的输出轴，如图5所示。
所述棘齿轮双输出液压马达12包括机体内、外侧上的进油口12-1，内、外进油口12-1对应在机体内的一对啮合齿中间，该对啮合齿的转动轴为上述棘齿轮双输出液压马达12的上、下转动轴，所述的内、外进油口12-1通过油管16分别连通对应液压缸8的进、出油口，所述液压缸8液压杆的压缩和伸出产生的高油压可分别通过内、外进油口12-1进入机体内推动啮合齿旋转，而使上、下转动轴的转动方向相反，由于上、下传动齿轮12-2通过棘轮安装于啮合齿的上、下转动轴上(传动齿轮12-2与棘轮构成棘齿轮)，因而无论内、外进油口12-1中哪个油口进油，均可保证有一个传动齿轮12-2转动而带动上转盘5-1或下转盘5-2转动，如图1、图2、图3、图5、图6所示。
所述机械能发电机构包括发电机13和蓄电池14，所述发电机13安装于扇形浮台支撑平台11底部的平衡浮筒6内部，所述发电机13通过电路连接平衡浮筒6内安装的蓄电池14，发电机13的输入轴向上连接单向输出齿轮转换向箱5伸出的输出轴，所述平衡浮筒6上设有将蓄电池14电能向外输出的电路接口15，如图1、图2、图3所示。
由于本发明长期沉浮在水中工作(扇形浮台4浮于水平，其余部分沉于水下)，为避免装置被水中尘埃、杂草、微生物等吸附而导致受力不均匀甚至下沉的问题而影响发电效果，在平衡浮筒6设计时，可利用单片机等控制系统，通过传感器等的设置而对平衡浮筒6进行浮力调节，即通过调节平衡浮筒6内部的储水量而改变装置的吃水深度，使装置上升或者下沉从而达到受力平衡，保持正常的工作状态。

Claims (5)

1.基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，包括stewart平台，其特征在于：所述stewart平台包括正多边形的中心平台(1)和对应于中心平台(1)各台边以合页机构连接的扇形浮台(4)以及设于中心平台(1)下方的扇形浮台支撑平板(11)，各扇形浮台(4)与扇形浮台支撑平板(11)之间由对应的液压缸(8)支撑，其支撑方式为各液压缸(8)的缸体采用球铰结构连接扇形浮台支撑平板(11)，液压缸(8)的液压杆采用球铰结构连接在对应扇形浮板(4)底部的径向导轨(10)的滑块(9)上；所述扇形浮台支撑平板(11)上设有单向输出齿轮转换向箱(5)，所述单向输出齿轮转换向箱(5)内设有对应于各液压缸(8)的棘齿轮双输出液压马达(12)，各棘齿轮双输出液压马达(12)的两个进油口(12-1)分别连通对应液压缸(8)的进、出油口，单向输出齿轮转换箱(5)将由各液压缸(8)对应驱动的棘齿轮双输出液压马达(12)的动力集中并单向输送到输出轴，所述输出轴带动扇形浮台支撑平板(11)底部平衡浮筒(6)内的发电机(13)发电。
2.根据权利要求1所述的基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，其特征在于：所述发电机(13)产生的电能通过浮筒(6)内的蓄电池(14)储存。
3.根据权利要求2所述的基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，其特征在于：所述浮筒(6)上设有将蓄电池(14)电能向外输出的电路接口(15)。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，其特征在于：所述单向输出齿轮转换箱(5)上设置中心平台支撑板(3)，所述中心平台(1)与中心平台支撑板(3)之间由圆周均布的三根支撑杆(2)连接，连接方式为各支撑杆(2)的上、下端均采用球铰机构连接中心平台(1)与中心平台支撑板(3)。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于stewart平台原理的下沉式水浪发电装置，其特征在于：所述棘齿轮双输出液压马达(12)于单向输出齿轮转换向箱(5)内圆周均布设置，棘齿轮双输出液压马达(12)的上、下端输出轴通过棘轮机构安装传动齿轮(12-2)，所述棘轮机构和传动齿轮(12-2)构成棘齿轮；各棘齿轮双输出液压马达(12)的上、下端传动齿轮(12-2)分别啮合上、下转盘(5-1、5-2)内端面上的内齿轮，所述上、下转盘(5-1、5-2)的外齿轮分别啮合同轴的上、下过渡齿轮(5-3、5-4)，所述下转盘(5-2)外端面上的内齿轮与中间齿轮(5-5)之间通过行星齿轮(5-6)连接，所述中间齿轮(5-5)的转轴为单向输出齿轮转换向箱(5)的输出轴。
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