專利名稱：用于轉(zhuǎn)換波能的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)附屬的權(quán)利要求1所述的用于吸收波能的設(shè)備。
背景技術(shù)：
該種設(shè)備由申請人自己的挪威專利申請No. 20032883而可以獲知。在該 申請中，描述了一種用于波浪發(fā)電器(wave powered generator)的設(shè)備。該 設(shè)備包括用于在水面上或水面附近漂浮的浮體?；钊麠U從該浮體延伸到緊固 于固定裝置的汽缸。該固定裝置設(shè)置在漂浮物(floater)上。
另外，由申請人自己的PCT申請WO 2004/113718可知一種平臺結(jié)構(gòu)， 該平臺結(jié)構(gòu)裝備有上述類型的用于吸收波能的設(shè)備。因此，該申請作為參考 而結(jié)合于此。所述平臺結(jié)構(gòu)通常包括高于水面的平臺和多個(如四個)向下 延伸到水中的腿狀件，該腿狀件具有足夠的浮力，以穩(wěn)定地將平臺保持在水 面之上。
根據(jù)WO 2004/113718中圖10的原理的實(shí)驗(yàn)平臺("Buldra")建造于2004 年下半年，并于2005年2月首次使用。該實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)行令人滿意。根據(jù)
"Buldra"實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對吸收波能的設(shè)備以及平臺結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行 了多處改進(jìn)。本發(fā)明涉及這些改進(jìn)之處的某一些，并特別針對能量傳遞裝置
(energy transmission means)。
用于波浪發(fā)電器的另一種已知的解決方案公開在US 6256987中，其中 描述了設(shè)置在淺水底部上的多個單元。每個單元包括用于相對于機(jī)架
(frame)垂直運(yùn)動的蓋(hood)。該蓋的內(nèi)部填充有氣體。當(dāng)波浪經(jīng)過所述 單元時，蓋會根據(jù)波浪而上下移動。也就是說，當(dāng)波谷經(jīng)過時，蓋會向上移 動，而當(dāng)波峰經(jīng)過時，蓋會向下移動。所述單元的下部填充有水。該水的體
4積能夠變化并壓縮氣體，因而，氣體體積能夠與波頻率相適應(yīng)，從而使共振
頻率(resonant frequency)也與波頻率相適應(yīng)。
該解決方案的最大的缺陷在于，必須設(shè)置在海底上。因此，難以靠近上 述單元，以進(jìn)行維護(hù)和修理。另外，所述單元必須設(shè)置在淺水中，從而對船 只和漁業(yè)構(gòu)成危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免當(dāng)將較重的可移動桿可移動地支撐在結(jié)構(gòu)中時 存在的緊固問題，例如在上述WO 2004/113718的圖la和圖lb中所示的結(jié) 構(gòu)。這通過將浮體可移動地設(shè)置在柔性地支撐在所述結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)桿上而得以 實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一目的是能夠利用波浪的橫向力。這通過將導(dǎo)桿連接于適于 從該導(dǎo)桿吸收橫向力的能量傳遞裝置而得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)由從屬的權(quán)利要求而詳細(xì)披露。


下面參考附圖中所示的實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)地描述，在附圖
中
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的波浪吸收設(shè)備；
圖2表示改進(jìn)的浮體；
圖3表示由下方觀察的圖2中的浮體；
圖4表示本發(fā)明的另一可選擇的實(shí)施方式；
圖5表示當(dāng)波峰經(jīng)過時圖4中的波浪吸收設(shè)備；
圖6表示當(dāng)波谷經(jīng)過時圖4中的波浪吸收設(shè)備；
圖7表示圖4中能量傳遞裝置的一部分；圖8表示包括多個波能吸收設(shè)備的平臺結(jié)構(gòu)；以及
圖9表示具有第二能量吸收設(shè)備的平臺結(jié)構(gòu)的腿狀件的一部分。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的波能吸收設(shè)備。該設(shè)備包括導(dǎo)桿1，浮體2能夠 沿該導(dǎo)桿l移動。導(dǎo)桿l為管狀體，該管狀體在上端夾緊于上甲板3。導(dǎo)桿 1延伸穿過下甲板4，并與下甲板4保持有一定的間隙。在下甲板4和導(dǎo)桿1 之間固定有四個臥式缸(horizontal cylinder) 5。該四個缸5彼此以直角布置。 因此，臥式缸5能夠接受導(dǎo)桿1受波浪影響的側(cè)向力。這些側(cè)向力在臥式缸 5內(nèi)產(chǎn)生水壓，并通過未顯示的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
第一支架6設(shè)置在浮體2的上端。兩個直桿7連接于該支架。該兩個直 桿7在其上端連接于第二支架8。第二支架8能夠在導(dǎo)桿1上滑動。第二支 架8與兩個傳動皮帶9、 IO連接，每個傳動皮帶位于第二支架8的一側(cè)。傳 動皮帶9、 10被引導(dǎo)經(jīng)過各自的下部再控制輥11 (omstyrningsruller)和各 自的上部再控制輥12a和12b。
在上部再控制輥12的每側(cè)，設(shè)置有齒輪系統(tǒng)13、 14、 15、 16，所述再 控制輥連接于該齒輪系統(tǒng)。齒輪系統(tǒng)13、 14、 15、 16與輔助輥17、 18連接。 無論再控制輥12a、 12b的旋轉(zhuǎn)方向如何，齒輪系統(tǒng)13、 14、 15、 16形成為 將再控制輥12a、 12b的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為同一方向的旋轉(zhuǎn)。這通過如下方式而實(shí) 現(xiàn)當(dāng)浮體2向下移動時，再控制輥12a的旋轉(zhuǎn)(該旋轉(zhuǎn)為順時針方向)傳 遞給齒輪系統(tǒng)13，并使輔助輥沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。另外，再控制輥12b的旋 轉(zhuǎn)(該旋轉(zhuǎn)為逆時針方向)通過齒輪系統(tǒng)15傳遞給輔助輥18，并使該輔助 輥沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。齒輪系統(tǒng)14和16會作為空轉(zhuǎn)輪，而不會傳遞任何旋 轉(zhuǎn)。
當(dāng)浮體向上運(yùn)動時，再控制輥12a的旋轉(zhuǎn)(現(xiàn)在，該旋轉(zhuǎn)為沿逆時針方向)通過齒輪系統(tǒng)16由輔助輥18轉(zhuǎn)換為逆時針方向的旋轉(zhuǎn)。再控制輥12b
的旋轉(zhuǎn)(現(xiàn)在，該旋轉(zhuǎn)為順時針方向)通過齒輪系統(tǒng)14由輔助輥17轉(zhuǎn)換為 順時針方向的旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，齒輪系統(tǒng)13和15作為空轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)。
這樣，輔助輥17總是沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，而輔助輥18總是沿逆時針方 向旋轉(zhuǎn)。通過在齒輪系統(tǒng)中或在輔助輥上設(shè)置飛輪，即便出現(xiàn)動力間歇供應(yīng)， 也能夠使輔助輥17、 18以基本一致的速度旋轉(zhuǎn)。通過上述結(jié)構(gòu)，傳動皮帶 上的載荷較為均勻。
未顯示的軸能夠從輔助輥17、 18中的每一個輸出該輔助輥17、 18的旋 轉(zhuǎn)能。該軸可連接于發(fā)電機(jī)。
優(yōu)選地，下部再控制輥11設(shè)置在水平可移動支架上，并連接于導(dǎo)桿l。
當(dāng)浮體2移動時，例如由于受到波峰的影響而向上移動時，由于發(fā)電機(jī) 受到低于波峰朝上的力10%的載荷的作用，因而浮體2受到限制。因此，與 浮力所需要沉浸的程度相比，浮體2會更多地沉浸在水中，而且作用在浮體 2上的力會因此而增大。
同樣地，浮體2還可以由向下的運(yùn)動并通過低于浮體2有效重力(重力 減去浮力)10。Z的力而受到限制。
在上述WO 2004/113718中，詳細(xì)描述了該浮體的裝置(attachment)如 何以液壓系統(tǒng)完成。然而，在這里說明的液壓系統(tǒng)中，浮體在波浪運(yùn)動的一 部分的作用下保持完全靜止。但是，利用電氣系統(tǒng)，能夠更為簡便地控制限 制浮體的力。電流控制領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會立即明白如何進(jìn)行上述工作。
在圖1中，浮體的形狀形成為具有下部，該下部具有朝下端19逐漸縮 小的直徑。如果浮體完全離開水，該形狀使浮體更為容易地放水；而如果浮 體再進(jìn)入水中，能夠使浮體更容易地切入水中。
圖2表示另一可選擇的浮體2。該浮體2裝備有沿浮體2的表面從頂部 延伸到底部的垂直翼片(vertical fin) 20。在圖2中，顯示有八個從浮體2垂直向外延伸的翼片，但是數(shù)目也可與此有所不同。從浮體2的表面到該翼 片的最外邊緣所測量的所述翼片的寬度也可以有所變化。但是，由于翼片不 會給浮體帶來凈浮力，從而不能包括重量的絕大部分，因而所述翼片的尺寸 受到重量的限制。
翼片20的作用為捕捉作用在浮體上的波浪的橫向力。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 波浪的橫向力所具有的能量為波浪垂直力的兩倍。因此，根據(jù)圖2的實(shí)施方 式的目的為收集這些力的絕大部分。由于翼片20沿多個方向從浮體2向外 突出，因此，無論波浪的方向如何，波浪都會接觸到基本相同的區(qū)域。
由圖3可知，翼片20具有傾斜的側(cè)表面21、 22，該側(cè)表面21、 22的作 用是使水流偏離，并減少紊流。因此，還能夠減少由于紊流引起的波浪作用 力的損失。
波浪的橫向力由浮體2傳遞給導(dǎo)桿1。由于導(dǎo)桿1允許進(jìn)行稍微的橫向 運(yùn)動(在下甲板4大約為100mm)，因而，所述力還繼續(xù)傳遞給臥式缸。從 這里，可以獲得液壓能，并繼而轉(zhuǎn)換為電能。
波浪的垂直力由浮體傳遞給與浮體一起移動的直桿7。由于直桿7通過 上支架8與傳動皮帶9、 IO連接，因而垂直力還傳遞至傳動皮帶9、 10，并 從這里傳遞給齒輪系統(tǒng)13、 14、 15、 16。如上所述，通過齒輪系統(tǒng)能夠收集 旋轉(zhuǎn)能，并繼而轉(zhuǎn)換為電能。齒輪系統(tǒng)具有將旋轉(zhuǎn)速度提高到用于隨后的發(fā) 電機(jī)的最佳的速度的轉(zhuǎn)換(exchange)。
也可以使用鏈、線、皮帶或其他柔韌延伸的驅(qū)動裝置來代替?zhèn)鲃悠А?br> 為了避免由導(dǎo)桿l向上甲板3傳遞較大的電壓，優(yōu)選地，導(dǎo)桿l柔性地 懸掛在上甲板3中，例如通過球形層(spherical layer)(未顯示)。通過穿過 下甲板4，導(dǎo)桿1能夠安裝有彈性緩沖材料，如果運(yùn)動太大以至于臥式缸5 不能吸收所有的力，則所述彈性緩沖材料能夠吸收來自導(dǎo)桿l的力。這對直 桿7也是有效的，當(dāng)直桿7穿過下甲板4時，也安裝有彈性緩沖材料。在另一可選擇的實(shí)施方式(圖中沒有顯示)中，傳動皮帶9、 IO和齒輪
系統(tǒng)13、 14、 15、 16可以由直接連接于直桿7的直線發(fā)電機(jī)(linear generator)
來代替。該直線發(fā)電機(jī)通過將定子連接于上甲板3并將直線轉(zhuǎn)子(英文中稱 為"移動件(mover)")連接于直桿7而直接連接于直桿7。該直線發(fā)電機(jī) 能夠?qū)⒅本€運(yùn)動能直接轉(zhuǎn)換為電能。
這里，也可以使用直線發(fā)電機(jī)來代替液壓臥式缸5。
優(yōu)選地，在垂直運(yùn)動時，浮體2設(shè)置為完全離開水。因此，導(dǎo)桿l會由 于重力而伸直到垂直位置，從而即便波浪側(cè)向力僅作用在一個方向上，導(dǎo)桿 1也不會在側(cè)部探出。
圖4表示本發(fā)明的另一可選擇的實(shí)施方式。這里，另外有一組直桿30 延伸穿過浮體2中的通道并與支架31連接。支架31繼而與形成為筒體32 的容器連接，該筒體32的上端封閉，而下端開放。筒體32能夠在導(dǎo)桿1上 滑動。
筒體32部分地填充有水，因而靠近筒體32封閉頂端的上部分填充有空 氣。當(dāng)所述設(shè)備放置在波浪中時，該筒體32會與浮體2反相位(anti-phase) 移動。圖5表示當(dāng)經(jīng)過波峰時的所述設(shè)備。波峰迫使浮體2向上。同時，作 用在筒體32內(nèi)的空氣上的壓力增大，因而更多的水會流過筒體32的開放的 下端。因此，筒體32的重量增大，而該筒體會在水中下沉。圖6表示當(dāng)經(jīng) 過波谷時的所述設(shè)備。在該情況下，筒體的下潛深度會減小。因而，該筒體 中的空氣會將水從筒體中擠出，并減少該筒體的重量，從而筒體在水中上升。 這里的原理與根據(jù)US6256985中使蓋與波浪同步移動的原理相同。
圖7表示另一可選擇的能量傳遞裝置的細(xì)節(jié)。該能量傳遞裝置與圖1中 實(shí)施方式的不同之處在于，直桿7被始終向上引導(dǎo)并穿過上甲板3。與筒體 32連接的直桿30也是如此。在上甲板3上設(shè)置有兩個發(fā)電機(jī)33、 34。第一 發(fā)電機(jī)33通過軸35連接于直桿30，在該軸35上設(shè)置有兩個輪36、 37，該兩個輪36、 37分別靠緊在各自對應(yīng)的直桿30上。在直桿30的相對側(cè)上設(shè) 置有對應(yīng)的支撐輪38、 39。
第二發(fā)電機(jī)34通過軸40連接于直桿7，在該軸40上設(shè)置有緊靠在各自 對應(yīng)的直桿7上的兩個輪41、 42。在直桿7的相對側(cè)上設(shè)置有對應(yīng)的支撐輪 43、 44。
當(dāng)浮體2、各自的筒體30向下移動時，每個發(fā)電機(jī)設(shè)置為沿順時針方向 旋轉(zhuǎn)；而當(dāng)浮體、各自的筒體30向上移動時，每個發(fā)動機(jī)設(shè)置為逆時針方 向旋轉(zhuǎn)。因而，由每個發(fā)電機(jī)產(chǎn)生隨波浪的周期變化的電流。利用傳統(tǒng)的電 力控制技術(shù)，該交流電能夠轉(zhuǎn)換為直流電或者具有固定頻率的交流電。
利用發(fā)電機(jī)33、 34，能夠非常容易地實(shí)現(xiàn)上述浮體的固定，而且還可以 容易地固定筒體32。由于允許輪36-38以及41-44向直桿7、 30滑動，因而 如果力超過一定的數(shù)值，能夠通過所述部件防止過載。
優(yōu)選地，浮體2由橡膠材料或類似橡膠的塑料材料制成，該種材料質(zhì)輕 且同時能夠應(yīng)對一定量的沖擊。為此，可以使用與防護(hù)裝置(fender)中相 同的材料。筒體32可以由鋼或混凝土制成。當(dāng)筒體32—半填充有水而另一 半填充有空氣/氣體時以及沒有波浪時，筒體32應(yīng)具有零浮力(neutral buoyancy)。
圖8表示使用多個根據(jù)圖5和圖6的波浪吸收設(shè)備的平臺結(jié)構(gòu)50。原則 上，該平臺結(jié)構(gòu)本身與WO/2004/113718中公開的平臺結(jié)構(gòu)相同，特別是圖 9，其中，波能吸收設(shè)備連接于甲板結(jié)構(gòu)51，該甲板結(jié)構(gòu)51包括兩個甲板3 和4 (與前述的甲板3和4對應(yīng))。通過所述甲板結(jié)構(gòu)51的每個角，連接填 充有空氣以提供浮力的腿狀件52。腿狀件52在其下端通過框架53而彼此連 接。該框架還用于包括用于所述波能吸收設(shè)備的導(dǎo)桿1的控制裝置(control)。 緩沖裝置56設(shè)置在所述腿狀件52的下端，腿狀件52可以與WO/2004/113718 中相同的方式形成。第二波能吸收設(shè)備54大約設(shè)置在每個腿狀件52的中部上。該第二波能
吸收設(shè)備54包括可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述腿狀件52上的葉輪55。葉輪55的葉 片可以是彎曲的，如圖8所示。無論波浪的方向如何，該波能吸收設(shè)備54 都能從波浪吸收能量。為了進(jìn)一步傳遞能量，葉輪55可以與設(shè)置在葉輪55 和腿狀件52之間的輥或類似裝置連接，其中，所述輥又與發(fā)電機(jī)連接。
圖9表示葉輪55的另一可選擇的實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，葉輪55 具有直的葉片57，但該葉片57沿長度軸線橫向地彎曲。在葉片57的內(nèi)長側(cè) 的每一端處的軸延伸部60處，將葉片57固定在兩個環(huán)58和59之間。銷61 設(shè)置在葉片57的外長側(cè)的每個端部，該銷61在軌道62中受到引導(dǎo)。因此， 葉片能夠從葉片57a所示的位置(該葉片從腿狀件52向外突出)擺動到葉 片57b所示的位置(該葉片基本與腿狀件52的表面平行)。在圖8所示的實(shí) 施例中，波浪方向由箭頭63表示。位于腿狀件右側(cè)的葉片57 (從箭頭63 的方向觀察)會擺開，因而從腿狀件52向外突出；而位于腿狀件52左側(cè)的 葉片57 (從箭頭63的方向觀察)則基本與腿狀件52的表面平行。因而，對 于這些葉片的阻力會減小。因此，無論流動方向如何，葉輪55都會沿逆時 針方向旋轉(zhuǎn)(從上方觀察)。
葉輪55支撐在多個輥64上，該輥64可旋轉(zhuǎn)地支撐在連接于腿狀件52 的支架65上。發(fā)電機(jī)(未顯示)可設(shè)置為與每個輥64連接。
權(quán)利要求
1. 用于吸收波能的設(shè)備，該設(shè)備包括浮體，該浮體適于根據(jù)波浪的影響而移動；以及能量傳遞裝置，該能量傳遞裝置將所述浮體的運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述浮體可移動地設(shè)置在導(dǎo)桿上，該導(dǎo)桿柔性地支撐在結(jié)構(gòu)(4)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)桿與適于從該導(dǎo) 桿吸收橫向力的能量吸收裝置連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述能量吸收裝置為液 壓缸，該液壓缸沿所述導(dǎo)桿的周圍從不同的側(cè)面橫向延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括彈性緩 沖材料，該彈性緩沖材料適于從所述導(dǎo)桿吸收超過所述能量吸收裝置所能吸 收的力的力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的設(shè)備，其特征在于，所述浮體裝備有 翼片，該翼片增加所述浮體朝波浪橫向力的正向面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述翼片基本垂直延伸， 并沿所述浮體的周圍從不同側(cè)面向外突出，因而所述浮體朝橫向力的正向面 積基本上相等，而與所述波浪的橫向運(yùn)動方向無關(guān)。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述浮體 具有向下逐漸變細(xì)的直徑，而且優(yōu)選地終止于一點(diǎn)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括容器，該容器具有封閉的上端和開放的下端，該容器適于部分地填充有 氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器可移動地設(shè)置 在所述導(dǎo)桿上并位于所述浮體之下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)桿在其上端懸掛 在平臺結(jié)構(gòu)中，該平臺結(jié)構(gòu)包括至少一個甲板和多個腿狀件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，圍繞所述至少一個腿狀 件設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)葉輪。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述葉輪的葉片按照 如下方式支撐當(dāng)受到水流影響時，所述葉片能夠圍繞其長度軸線從第一位 置旋轉(zhuǎn)到第二位置，在所述第一位置，所述葉片從所述腿狀件向外突出，在 所述第二位置，所述葉片基本與所述腿狀件的表面平行。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其特征在于，所述葉輪支撐在 設(shè)置于所述腿狀件的輥上。
全文摘要
用于吸收波能的設(shè)備，該設(shè)備包括浮體(2)，該浮體(2)適于根據(jù)波浪的影響而移動；以及能量傳遞裝置(9，10，13，14，15，16，7，36，42)，該能量傳遞裝置用于將所述浮體的運(yùn)動傳遞給發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述浮體(2)可移動地設(shè)置在導(dǎo)桿(1)上，該導(dǎo)桿(1)柔性地支撐在結(jié)構(gòu)(4)中。
文檔編號F03B13/18GK101460733SQ200780020262
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者H·厄伊加德納 申請人:福博克斯公司