專利名稱：用于將海洋中重復(fù)的海浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能的能量傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將海浪或水浪的能量轉(zhuǎn)換成有用的能量的方法和設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及把存在于海濱的周期性波浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成有用的電能。
背景技術(shù)：
自古以來(lái)，人類就以畏懼的心理觀察著海洋的巨大能力，并且長(zhǎng)期以來(lái)一直在尋找著把這一能量用于有用的目的的方法。也許，與海洋相關(guān)的最大的自然能量形式之一就是周而復(fù)始的潮汐和由此而產(chǎn)生的海浪，它們限定了與這大量的水相鄰的不斷地變化著的海岸。由于月亮的萬(wàn)有引力以及風(fēng)力、溫度和雨等變化著的氣候條件所賦予的動(dòng)力，永遠(yuǎn)變化著的潮汐和由此所造成的海浪運(yùn)動(dòng)在地球的絕大部分表面上的傳播產(chǎn)生了一種不可估量的巨大的作用力，它實(shí)際上不斷地?fù)舸蛑澜缟厦總€(gè)大陸的暴露的海岸線。
發(fā)掘這一能源的嘗試迄今為止收效甚微。盡管在河流上開發(fā)水電能源僅僅是在運(yùn)動(dòng)的水流中加一個(gè)渦輪機(jī)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的事情，但要捕獲周期性波浪中水的運(yùn)動(dòng)卻是一個(gè)十分艱巨的挑戰(zhàn)。已經(jīng)設(shè)計(jì)出上百種裝置來(lái)直接響應(yīng)海洋的運(yùn)動(dòng)；但是這些裝置很少能夠經(jīng)得起常規(guī)商業(yè)應(yīng)用的考驗(yàn)。解決這一問題的典型作法包括采用移動(dòng)的槳葉，浮筒以及各種各樣的浮動(dòng)體或系留體，它們被設(shè)計(jì)成以協(xié)調(diào)的方式橫向于水流地運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把這一能量傳送給一個(gè)能夠產(chǎn)生電力輸出的機(jī)械連動(dòng)機(jī)構(gòu)。
這種系統(tǒng)中的一個(gè)主要缺陷源于水面位置，或者至少源于相對(duì)于水面結(jié)構(gòu)的懸式連動(dòng)機(jī)構(gòu)，它取決于運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件與表面波浪運(yùn)動(dòng)的橫向相互作用，以便提供把來(lái)自海洋的力傳輸給發(fā)電機(jī)的裝置。這種機(jī)械系統(tǒng)不僅十分昂貴，而且由于在水面處不斷變化的氣候條件，還需要對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)常性的維護(hù)和修理，因?yàn)樵谒嫣幍臍夂驐l件的不斷變化表現(xiàn)為能夠壓壞最牢固的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大的作用力。此外，不停地變化著的潮汐要求復(fù)雜的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便調(diào)節(jié)到不斷變化著的水平面。由此所造成的操作條件的變化使得很難提供一種能夠應(yīng)付眾多變量的單個(gè)系統(tǒng)，而眾多的變量在與水面聯(lián)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換用機(jī)械系統(tǒng)中是必須得到滿足的。
為了要產(chǎn)生電能，所需要的是一種響應(yīng)水的周期性波浪運(yùn)動(dòng)、但又與表層水的其它條件無(wú)關(guān)地進(jìn)行操作的傳輸裝置。這種系統(tǒng)必須是通過適當(dāng)?shù)仄胶饽芰可a(chǎn)的成本與電力輸出從而在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過間接地把垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能輸出來(lái)捕獲由于水的重復(fù)波浪運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量。
本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的目的是根據(jù)在一個(gè)固定的水下表面上方作為時(shí)間的函數(shù)而不斷變化的水的重量來(lái)產(chǎn)生電能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是不依賴于懸浮在水中的運(yùn)動(dòng)物體地將波浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是間接地基于水在以重復(fù)的方式流向海濱并從海濱退回時(shí)重量的變化把潮汐的能量和重復(fù)的海浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能。
這些目的和其它目的是通過一種能量傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)包括設(shè)置在海底并位于波浪運(yùn)動(dòng)部位下方的壓力或重力傳感裝置，它們用于(i)記錄壓力傳感裝置上方水的高度的變化，以及(ii)根據(jù)與水的高度變化相關(guān)聯(lián)的力的變化提供一個(gè)能量輸出。一個(gè)傳輸裝置的一端與壓力傳感裝置相連，其第二端延伸到靠近波浪運(yùn)動(dòng)位置處的海岸處，用于把壓力傳感裝置的能量輸出傳送到海岸處。使一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，例如一個(gè)電動(dòng)機(jī)，光，蓄電池組或其它有用的電力裝置與海岸處的傳輸裝置相連，以用于接收來(lái)自傳輸裝置的能量輸出，同時(shí)用于把該能量輸出轉(zhuǎn)變成電力。通過下面參照附圖所進(jìn)行的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會(huì)更加清楚地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1示意地示出了與一個(gè)蓄電池系統(tǒng)相連結(jié)的壓力傳感器陣列，其中包括進(jìn)入應(yīng)用動(dòng)力傳輸線的通路。
圖2表示已經(jīng)加裝了圖1所示海浪能量傳輸系統(tǒng)的海濱的剖視圖。
圖3示意地示出了一種用于在海洋水源的海濱區(qū)下方、在一個(gè)流態(tài)化溝槽內(nèi)鋪設(shè)壓力傳感器網(wǎng)的方法。
圖4表示固定在一個(gè)剛性網(wǎng)格支撐件上、用于排布在海底沙子下面幾英尺處的壓力傳感器網(wǎng)，這些傳感器帶有用于安裝到一個(gè)能量貯存單元上的連接線。
圖5表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中，電力是通過一個(gè)磁鐵相對(duì)于一個(gè)線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，所述線圈被一個(gè)彈簧偏壓至復(fù)原位置。
圖6是沿6-6線截取的圖5的剖視圖。
圖7表示另外一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例采用一個(gè)與一個(gè)發(fā)電機(jī)相結(jié)合的用杠桿作用力把線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞結(jié)構(gòu)。
圖8表示一個(gè)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)式能量轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)連接的風(fēng)箱裝置的透視圖。
圖9是示意地表示一個(gè)由一風(fēng)箱裝置驅(qū)動(dòng)并與一個(gè)線性發(fā)電機(jī)相連的杠桿臂的剖視圖。
圖10表示一個(gè)柵網(wǎng)中的磁鐵/線圈發(fā)電機(jī)的附加實(shí)施例。
圖11表示磁鐵/線圈組合的一個(gè)變型。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明源自于這樣一種觀察，即，間接地把海浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能可以避免從前利用與水面聯(lián)動(dòng)的槳葉、滾輪或飄浮系統(tǒng)時(shí)所經(jīng)受的機(jī)械上的局限性。其所面臨的挑戰(zhàn)是如何捕獲表層水以往復(fù)的方式所進(jìn)行的橫向運(yùn)動(dòng)而不經(jīng)受由強(qiáng)大的海浪的有時(shí)是劇烈地碰撞和回退運(yùn)動(dòng)所造成的物理磨損或破壞。事實(shí)上，在現(xiàn)有技術(shù)中的體會(huì)是要接受海潮和海浪的能量轉(zhuǎn)換要求一種能夠響應(yīng)這種橫向的波浪運(yùn)動(dòng)、然后在一個(gè)渦輪機(jī)或某些其它能量傳輸裝置內(nèi)把這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置的限制。在研究了上百種試圖發(fā)掘海洋能量的裝置和方法之后很快發(fā)現(xiàn)了這一共同的特點(diǎn)。
本發(fā)明采取了一種新的間接式能量轉(zhuǎn)換途徑。與把注意力集中在將海水的橫向運(yùn)動(dòng)作為動(dòng)力源的做法不同的是，這種新的思想考慮了由橫向運(yùn)動(dòng)的水所施加的垂直力。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明源自于這樣一種觀察結(jié)果，即，水的橫向運(yùn)動(dòng)伴隨著在水面處水面高度的變化，同時(shí)還伴隨著水深的變化。在循環(huán)的或大或小的水量通過浸入水下的海灘或海底的任何一個(gè)給定區(qū)域時(shí)，水的深度變化直接造成水的重量的變化。實(shí)質(zhì)上，水面高度的重復(fù)的上升和下降可被看作是一個(gè)泵機(jī)構(gòu)，它的動(dòng)作與海面上氣候條件的嚴(yán)酷性無(wú)關(guān)。事實(shí)上，氣候條件越嚴(yán)酷，海浪越大，對(duì)海洋的能量輸入越大，導(dǎo)致更大和更頻繁的水深的變化。
從根本上講，本發(fā)明的能量傳送系統(tǒng)可被看作是一個(gè)其高度重復(fù)變化的水柱。這種不斷變化的水柱具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于在海底上方的水的高度的重力。重復(fù)的海浪不斷地改變著任何一個(gè)給定海浪的最大高度和當(dāng)該海浪退下時(shí)可能的最低水面之間的高度。這種高度上的差別相當(dāng)于一個(gè)振動(dòng)力和外加負(fù)載(與水的質(zhì)量有關(guān))，它們可通過一個(gè)在海底上的轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成其它形式的勢(shì)能或動(dòng)能。這種變化的體積的重復(fù)特性能夠模擬一種由海洋的海浪作用所間接產(chǎn)生的并由重力提供動(dòng)力的抽吸力。
圖1表示一種間接式轉(zhuǎn)換裝置，它沒有運(yùn)動(dòng)部件并且基本上沒有與水流和潮汐相關(guān)的直接運(yùn)動(dòng)。同樣，本發(fā)明的這一方案基于這樣一種觀察，即，可以在水面下并在海底的下面實(shí)現(xiàn)傳送來(lái)自重復(fù)的海浪運(yùn)動(dòng)的能量。這種見解需要進(jìn)一步地改變傳統(tǒng)的觀念以便認(rèn)識(shí)到海水下面的沙底可以被用作一個(gè)壓力傳送裝置，以用于在稍受保護(hù)的環(huán)境中，在沒有徑向水流的影響以及不受海洋生物的可能的攻擊的情況下把海水柱的變化著的負(fù)載轉(zhuǎn)變成電能。事實(shí)上，沙子的流動(dòng)性及其優(yōu)異的壓實(shí)特性為這種能量的傳輸和轉(zhuǎn)換提供了一種理想的介質(zhì)。
因而，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用一個(gè)壓力傳感裝置陣列，例如壓電壓力傳感器10，使這些傳感器都單獨(dú)地連接到一個(gè)導(dǎo)線11上，該導(dǎo)線11與一個(gè)公用導(dǎo)線12相連。本發(fā)明的這一實(shí)施例利用了壓電材料把外加的物理應(yīng)力轉(zhuǎn)換成電壓輸出的能力。例如，已知有許多壓電材料，它們被用于傳聲裝置，壓力計(jì)等，這些壓電材料提供一個(gè)與外加的應(yīng)力或負(fù)載的變化成正比的模擬輸出電壓。典型地，這一電壓被用于測(cè)量加在一個(gè)機(jī)械部件上的應(yīng)力的變化并被連接到一個(gè)計(jì)量表和相關(guān)的電路上，以對(duì)外加負(fù)載進(jìn)行模擬測(cè)量。在本發(fā)明中，由水柱所施加的變化的重量可被用來(lái)在壓電材料上產(chǎn)生一個(gè)物理變化，并導(dǎo)致一個(gè)電壓輸出。該輸出的電壓引起沿連接導(dǎo)線11和12流向蓄電池組13的電流?；谟芍貜?fù)的波浪運(yùn)動(dòng)提供的連續(xù)不斷的電流，電能被儲(chǔ)存在電池中。
電流和外加負(fù)載之間的數(shù)學(xué)關(guān)系與所選擇的特定的壓電材料有關(guān)。熟悉壓電材料領(lǐng)域的技術(shù)人員已建立了一個(gè)代表性常數(shù)eI，用以表征所選材料的表面電荷密度。根據(jù)傳感器材料的尺寸和外加的力所進(jìn)行的計(jì)算表明，可以從水下的位于由海浪作用所提供的變化負(fù)載下方的傳感器陣列中有規(guī)律地抽取電流。例如，根據(jù)公式電流＝0.000013×力2估算出，對(duì)于一個(gè)厚度為1厘米的1平方米的鈦酸鋇陣列，在變化著的外加力為1牛頓時(shí)，可最多提供0.000013安培的電流。因此，10牛頓可最大產(chǎn)生1.3mA的電流。盡管從感覺上可能覺得該電流十分微小，但是可以放置成千個(gè)每隔幾秒鐘就會(huì)提供一個(gè)新的浪涌電流同時(shí)可多年不用維修地運(yùn)轉(zhuǎn)的傳感器陣列的能力可以提供一個(gè)有效的能源。采用蓄電池組14可以把這種微小的能量脈沖蓄積起來(lái)，建立商用能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。二極管門13或其它直流調(diào)節(jié)器提供了一種簡(jiǎn)單的約束裝置來(lái)防止能量從蓄電池系統(tǒng)14反向回流?？膳c一個(gè)電力公司15適當(dāng)?shù)剡B線以便向用戶16進(jìn)行電力分配。
圖2示意地示出了一個(gè)將這種傳感器陣列置于海底或海灘區(qū)17下方的實(shí)施例。傳感器材料的陣列10位于不穩(wěn)定的沙面下方幾英尺處?？梢圆捎美缇郯滨セ蚰承┢渌牧系倪m當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)涂層以最大限定地減少在水中的暴露。這個(gè)位置一般十分靠近海岸，從而可在低潮時(shí)很容易地進(jìn)行安裝。
該材料可按長(zhǎng)條的方式排放，并具有一個(gè)和一個(gè)單根導(dǎo)線12連接的公用導(dǎo)線11，該單根導(dǎo)線與一個(gè)蓄電池組13相連，并以一個(gè)安全的距離被埋入地下。
一旦安裝就位，傳感器材料就保持固定不動(dòng)并且應(yīng)當(dāng)很少需要維修或根本不需要進(jìn)行維修。這樣，每隔幾秒鐘會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的海浪20，將水面升高，并伴隨著所施加的力的變化。這一壓力對(duì)傳感器材料加載，產(chǎn)生一個(gè)電流脈沖，該電流脈沖被傳送給蓄電池組13。電流的大小將與從波峰高度18到波谷平面19的水面變化有關(guān)。這種每隔幾秒鐘重復(fù)一次的移位將連續(xù)幾十年地把能量抽取到電池系統(tǒng)中，而除了安裝費(fèi)和最初的材料費(fèi)之外幾乎不再需要任何附加的投資。
圖3示出了一種把本發(fā)明的傳感器陣列定位在一個(gè)可操作的位置處的方法。首先，在水的高度不斷變化的海水30的區(qū)域下方沿海底17的一部分挖掘一個(gè)溝槽41。一個(gè)挖溝裝置40沿海底12行進(jìn)。將傳感器網(wǎng)10埋設(shè)在溝槽41內(nèi)，其埋設(shè)深度為可防止傳感器網(wǎng)10不利地暴露在海水水流中和被海洋生物觸及。
挖掘所述溝槽41的一個(gè)方法包括使海底14處的沙子和瘀泥流態(tài)化，形成呈液體泥漿狀的溝槽。將傳感器網(wǎng)放入流態(tài)化的沙子和瘀泥內(nèi)，然后使沙子和瘀泥沉靜下來(lái)并將傳感器網(wǎng)埋到所需的深度。此后，借助于導(dǎo)線17將傳感器網(wǎng)連接到海岸線上，而在海岸線上，導(dǎo)線可與蓄電池或電力裝置相連。對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說，明顯可采用多種方法將傳感器網(wǎng)10鋪設(shè)在海底上，以便相對(duì)于在其上部的高度不斷變化的海水確立一個(gè)穩(wěn)定的、固定不動(dòng)的位置。
圖4表示一個(gè)固定在一個(gè)剛性網(wǎng)格支撐件40上、用于如上所述地鋪設(shè)在海底上的傳感器網(wǎng)10。連接導(dǎo)線11將各傳感器10連接到一個(gè)能量貯存單元14上。剛性的網(wǎng)格支撐件40可提供用于支撐如上所述的傳感器10的剛性。
對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說，其它實(shí)施例將是很明顯的。例如，圖5示意地表示了一個(gè)完全封閉的水下用圓筒50，該圓筒包括一個(gè)可移動(dòng)的頂板51，該頂板51與一個(gè)在磁鐵53的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的線圈52和磁鐵的組合體相連，或者按另一種方案與一個(gè)在一固定線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)的磁鐵相連。當(dāng)上面的海浪滾過該圓筒時(shí)，上面的水的變化的重量產(chǎn)生一個(gè)變化的重力F，它造成頂板51抵抗著一個(gè)恢復(fù)偏壓力，例如一個(gè)彈簧54的固定阻力地運(yùn)動(dòng)。用虛線表示的輪廓線56表示頂板51在頂部的一個(gè)波峰的作用下的位移57。當(dāng)接下來(lái)的波谷通過時(shí)，重力F降至其最低值，并且彈簧54的回復(fù)力使頂板51向上移動(dòng)到其升高的靜止位置。所引起的線圈和磁鐵的往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)感生出一個(gè)產(chǎn)生電壓和電流的電動(dòng)勢(shì)，這類似于壓電元件實(shí)施例中的電流輸出。但是，這一系統(tǒng)的輸出和效率要明顯地高于上面所述的可由目前公知的壓電元件系統(tǒng)所提供的輸出和效率。
圖5和圖6進(jìn)一步地說明了一個(gè)將頂板51的小位移57轉(zhuǎn)變成一個(gè)增大的位移58的位移增大特性。這一特性能夠通過采用一個(gè)壓縮室60而實(shí)現(xiàn)，除非由于頂板51和一個(gè)較小的副板61的位移導(dǎo)致該壓縮室60的體積變化，否則該壓縮室60的體積是固定的。副板61的較小的表面積使得可在一個(gè)允許副板自由移動(dòng)的轉(zhuǎn)換室內(nèi)進(jìn)行大得多的線性位移58。該轉(zhuǎn)換室可被充以氣體，以防止電轉(zhuǎn)換部件(磁鐵63和線圈62)與海水形成有害的接觸。副板61的較大的移動(dòng)距離會(huì)導(dǎo)致其上安裝的線圈62通過磁鐵63的磁場(chǎng)走過一個(gè)相對(duì)應(yīng)的加長(zhǎng)的路徑，從而產(chǎn)生更大的電流，這些電流通過所安裝的導(dǎo)線65被傳輸?shù)胶０毒€上。一個(gè)二極管或整流器橋55對(duì)極性進(jìn)行整流，以便向電池系統(tǒng)或電氣裝置14提供連續(xù)的電流。
根據(jù)本發(fā)明的圓筒50可用水泥，塑料，陶瓷，非腐蝕性材料或者可以經(jīng)受長(zhǎng)期潛入海水中的其它合適的材料制成。優(yōu)選的材料成分應(yīng)具有足夠的密度以克服圓筒的浮力。或者，可安裝固定環(huán)69或其它形式的錨固裝置，以便可以將其牢固地固定在海底。水泥結(jié)構(gòu)看來(lái)可提供優(yōu)選的密度，以及長(zhǎng)的使用壽命和降低的成本。與音響產(chǎn)品中的揚(yáng)聲器外包層相似的柔性外包層66和67分別為頂板51和副板61提供了產(chǎn)生位移的能力，同時(shí)使各室保持完全密封。當(dāng)轉(zhuǎn)換單元完全組裝好并密封時(shí)，可以再施加一層保護(hù)性聚酯涂層或外殼68作為一整體的外部隔離層。因而，該裝置應(yīng)當(dāng)能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)多年而無(wú)須太大的維修。
盡管在各室內(nèi)充以諸如空氣等常見流體可能是優(yōu)選的以便使?jié)撊胨聲r(shí)的壓縮速率差降至最低，但是可以預(yù)期，該裝置通常被置于水深較小的地方，例如靠近海岸線處，以便隨著每個(gè)通過的海浪使重力的相關(guān)變化最大化。在這些深度處，壓力的影響應(yīng)十分微小。這種淺的深度提供了重量變化的更大的百分比，它可使線圈與磁鐵的相對(duì)位移更大。例如，一個(gè)在落潮時(shí)定位于水下的圓桶可經(jīng)受在其上方的3至10英尺高的波浪。假定在波谷時(shí)頂板的深度為5英尺，則其上部的水柱高度將在8和15英尺之間變化。這在每一個(gè)波浪周期相當(dāng)于兩倍的重量。如果漲潮時(shí)，潮水將水面另外提高10英尺，那么高度的變化將在18英尺至25英尺之間，提供了大約為30％的波浪高度的變化。如果把該裝置移到水深100英尺處時(shí)，將很快地降低重量變化的百分比，并且其最終位移只有5-6％。顯然，實(shí)際的設(shè)計(jì)參數(shù)將依賴于安裝部位的獨(dú)特特性，預(yù)期的海洋深度以及相對(duì)的水高度變化。需要把彈簧54的彈性阻力值，板的尺寸，內(nèi)部壓力水平，磁鐵和線圈的結(jié)構(gòu)以及位移范圍綜合起來(lái)以使電力輸出達(dá)到最大。在參考這里所進(jìn)行的說明的情況下，這些設(shè)計(jì)思路完全處于一個(gè)普通技術(shù)人員的技能范圍之內(nèi)。
圖7示出了對(duì)前面一個(gè)實(shí)施例的修改，它通過一個(gè)活塞件73把壓縮室70和頂板71連接到一個(gè)杠桿臂74上。類似的操作原理使得頂板71在變化的重力F的作用下移動(dòng)到一個(gè)壓低位置75處。這一位移由活塞73較小的表面積增大，產(chǎn)生由虛線76所示的更大的線性運(yùn)動(dòng)。因而，活塞臂77驅(qū)動(dòng)所連接的滾輪78旋轉(zhuǎn)。通過降低驅(qū)動(dòng)輪79的直徑可進(jìn)一步地增大頂板的相應(yīng)位移，而所述驅(qū)動(dòng)輪79則固定在一個(gè)與其軸向相連的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)80上。在產(chǎn)生波谷時(shí)，偏壓彈簧81使頂板返回其初始的升高位置處。導(dǎo)線82將電輸出連結(jié)到一個(gè)用于把交流信號(hào)變成DC或經(jīng)過整流的AC的整流器上。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例示于圖8中。該裝置包括一個(gè)具有可伸縮的壁86的風(fēng)箱85。一個(gè)保護(hù)性頂板91對(duì)由于上面的水柱重量而帶來(lái)的重力F的變化作出響應(yīng)。恢復(fù)力可由其內(nèi)所包含的空氣，或復(fù)位彈簧或由兩者的組合提供。圖中所示的實(shí)施例包括一個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)桿87，它由拉條89剛性地連接到頂板91上，從而風(fēng)箱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成桿87的軸向旋轉(zhuǎn)。為了在結(jié)構(gòu)上校直，使該桿沿其旋轉(zhuǎn)軸線固定在一個(gè)基板88上。桿87的一端與一個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪92相連，該主驅(qū)動(dòng)輪由一個(gè)傳動(dòng)鏈條94聯(lián)結(jié)到一個(gè)次級(jí)的較小驅(qū)動(dòng)輪93上。次級(jí)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)96，該發(fā)電機(jī)以與海浪運(yùn)動(dòng)的周期相對(duì)應(yīng)的頻率向整流器97提供交流電流。機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝在一個(gè)外殼98內(nèi)。
圖8所示的相同的風(fēng)箱可以被改造成圖9所示結(jié)構(gòu)，以用于把風(fēng)箱的運(yùn)動(dòng)線性地轉(zhuǎn)換成電輸出。在這種變型中，頂板91包括一個(gè)杠桿臂100，它樞轉(zhuǎn)地固定在一個(gè)支點(diǎn)101上。當(dāng)風(fēng)箱響應(yīng)其上部的海浪運(yùn)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，杠桿臂上升和下降。利用支點(diǎn)左側(cè)上杠桿臂的較長(zhǎng)部分101a來(lái)增大位移。因而，杠桿臂的遠(yuǎn)端102沿著一個(gè)比風(fēng)箱的位移大的垂直路徑移動(dòng)。一個(gè)吊帶103懸掛著一個(gè)線圈104，該線圈穿過由磁鐵105產(chǎn)生的磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生所需的電流。外殼106將運(yùn)動(dòng)部件與海洋環(huán)境隔離開。
磁鐵和線圈的組合也可以用類似于圖4所示的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施。例如，圖10表示一個(gè)分開的磁鐵/線圈吊艙110的陣列，它們提供了磁鐵/線圈響應(yīng)于其上方的水的變化重量而進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)吊艙裝在一個(gè)薄的塑料外殼111內(nèi)，該外殼將磁鐵112和線圈113密封以防止海水的腐蝕。一個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)114將磁鐵112偏壓至一個(gè)升起的位置，但它又具有足夠低的剛性，可允許受支承的磁鐵112在其上面的升起的波峰的增大重量的作用下很容易地被壓下。由線圈產(chǎn)生的電流由連接導(dǎo)線118傳輸。薄的塑料外殼足夠松地圍繞在線圈的外部，以便允許磁鐵在由線圈所包圍的空間內(nèi)很容易地移動(dòng)。線圈實(shí)際上可封裝在一個(gè)剛性的塑料壁(虛線115)內(nèi)，以便當(dāng)磁鐵隨著波浪的運(yùn)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)保持固定的線圈取向。一個(gè)剛性支撐板116可提供阻止彈簧機(jī)構(gòu)垂直運(yùn)動(dòng)的阻力，同時(shí)，它還可進(jìn)一步地由一剛性底板117支撐。一個(gè)環(huán)繞的柵網(wǎng)119將吊艙陣列保持就位。可以看出，在實(shí)際的柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，吊艙的數(shù)目應(yīng)使其密度大得多，以便從其頂部的波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生最大的電流。
磁鐵/線圈組合的另一個(gè)改型示于圖11中，其中，用于可移動(dòng)地支承磁鐵的彈簧裝置是線圈本身。一個(gè)底板120在線圈122的繞組體內(nèi)將磁鐵121支承在一個(gè)固定的位置處。線圈122隨著施加在頂板123上的力F周期性地收縮，產(chǎn)生所需的線圈相對(duì)于磁鐵121的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這一實(shí)施例提供了在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本方面的優(yōu)點(diǎn)；但是，從線圈的運(yùn)動(dòng)受到限制的觀點(diǎn)看，這將犧牲一定的磁場(chǎng)相互作用的強(qiáng)度。通過采用具有極高的磁場(chǎng)強(qiáng)度的超級(jí)磁鐵(釹磁鐵)的大的陣列，可產(chǎn)生足夠的電流以用于切實(shí)可行的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于將海洋中重復(fù)的海浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能的能量傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于在海底并在海浪運(yùn)動(dòng)的位置下方固定位置處操作的壓力傳感裝置，用于對(duì)在壓力傳感裝置上方水的高度的變化進(jìn)行響應(yīng)，以及根據(jù)與水的高度變化相關(guān)的力的變化而直接從壓力傳感裝置提供電能輸出，并能使一電池或其它電負(fù)載產(chǎn)生動(dòng)力，該電池或其它電負(fù)載作為能量接收裝置；與壓力傳感裝置相連的電能接收裝置；一個(gè)能量傳輸裝置，其一端與壓力傳感裝置相連，其第二端與所述電能接收裝置相連。
2.如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其特征為，壓力傳感裝置包括一個(gè)磁鐵和線圈組合，其中磁鐵和線圈被設(shè)置成在磁鐵的磁場(chǎng)內(nèi)相對(duì)于線圈形成一個(gè)相互作用的關(guān)系，磁鐵和線圈組合可響應(yīng)水的高度和重量的變化使磁鐵和線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流。
3.如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其特征為，壓力傳感裝置包括一個(gè)支承結(jié)構(gòu)；一個(gè)可移動(dòng)地設(shè)置在該支承結(jié)構(gòu)內(nèi)的板，所述板以直接響應(yīng)因海浪運(yùn)動(dòng)而造成的水的重量的變化而運(yùn)動(dòng)的方式受到支撐；一個(gè)可相互作用地連接到該板上的磁鐵和線圈的組合，從而該板的運(yùn)動(dòng)引起磁鐵和線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流。
全文摘要
一種用于將海洋中重復(fù)的海浪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能的能量傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于在海底并在海浪運(yùn)動(dòng)的位置下方固定位置處操作的壓力傳感裝置，用于對(duì)在壓力傳感裝置上方水的高度的變化進(jìn)行響應(yīng)，以及根據(jù)與水的高度變化相關(guān)的力的變化而直接從壓力傳感裝置提供電能輸出，并能使一電池或其它電負(fù)載產(chǎn)生動(dòng)力，該電池或其它電負(fù)載作為能量接收裝置；與壓力傳感裝置相連的電能接收裝置；一個(gè)能量傳輸裝置，其一端與壓力傳感裝置相連，其第二端與所述電能接收裝置相連。
文檔編號(hào)H02P9/00GK1495357SQ02147148
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期1999年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月13日
發(fā)明者沃恩·W·諾思, 詹姆斯·J·克羅夫特三世, 肯尼思·勞倫斯·德夫里斯, J 克羅夫特三世, 勞倫斯 德夫里斯, 沃恩 W 諾思 申請(qǐng)人:沃恩·W·諾思, 沃恩 W 諾思