专利名称：环境发电机的制作方法
环境发电机
背景技术：
能量转换系统是已知的，其可以从变化的环境条件获得电力，诸如通过利用海浪重复地来回移动部件而从海浪获得电力。申请人:的专利US 7，632，041公 开了一种用于从波浪生成电力的系统，其中，将发电的可拉伸材料(SM)耦接至静态部件和随着波浪移动的可移位部件。SM材料如同可变电容器起作用。由于该系统的一部分来回移动，可以使得重复拉伸和松弛某种量(例如，一片)的SM,该SM优选为EAP (电活性聚合物)材料。一对电极靠着一 SM材料片的两个相反的表面布置，以创建电容器，并且电荷被施加至该对电极。当拉伸该片时，所述表面增大，同时其两个相反的表面之间的距离减小。结果，其电极对之间的电容增大，并且由其电极上的电荷产生的电压减小。相反，当部分地松弛所拉伸的SM材料片时，其电容减小，并且位于其两个相反的表面处的电极之间的电压增大。通过流出(其电极对之间的)电荷，从由位于松弛SM片的两个相反的侧上的电极对构成的电容器汲取电力。当再次拉伸SM片从而电压减小时，电荷再次(作为电流)流向电极，对它们再充电，因而，电荷可以在电压再次增大时流出。电力流出具有比再充电电极的电压高的电压的电极对(它们被放电)的事实导致从该系统获取电力。对位于SM片的两个相反的表面上的电极重复再充电的需要导致需要在每一个操作周期的适当时间按所需再充电电压(例如，2500伏特)提供电流的电源。这可能需要AC/DC转换和电压逐步升高或逐步降低，其导致可能大大缩减能量转换系统的效率的电力损失。使用用于对一对电极再充电的内部源的系统可以具有大大提高的效率。这种系统应当能够利用相对简单的构造来从如同海浪、气流或水流的环境提取能量。
发明内容
本发明涉及根据环境力发电的、由互连可变电容器构成的装置，该互连可变电容器由SM材料制成。根据本发明的一个实施方式，针对根据拉伸和松弛SM(可拉伸材料)、尤其是具有(卷筒状)片形式(因而其具有靠着其布置一对电极的大体平行的两个相反的表面)的SM材料来发电的系统提供了改进。该系统包括电力提取单元，该电力提取单元耦接至彼此异相地(out of phase)被激活的至少一对电容器的电极。该单兀将来自具有较高电压的第一对电极的电荷(电流)引导至具有较低电压的一个或更多个第二对电极，以对第二对电极再充电。在电流流动期间，根据经过该单元的电流的电压降来提取电力。电力提取单元设置有电力控制单元，该电力控制单元感测许多电容器中每一个电容器的电压，并且使在其电极之间具有正的高电压的可变电容器之间的电流流向在其电极之间具有低电压或负的高电压的可变电容器(这可以通过切换它们来建立)。流向第二对电极的电流对第二对电极再充电，因而，其在其SM片下一次松弛时按高电压生成电流。根据本发明的一个优选实施方式，该SM片按SM管部的形式卷绕、缠绕或卷起。该管部可以是由按径向方向隔开的几个SM层制成的连续多层卷绕管部，或者是由每一个都充当可变电容器的组合段、环或管件制成的管部。电容器电极靠着每一个段的相反的面布置。所述管件或电容器可以按串接方式互连，以形成管部。该管部的分段还有利于加工、装配以及维护目的。该管部漂浮在海域中并且随着波浪沿该管部通过而弯曲。该分段管部可以被包含在该管部内的诸如水和/或压缩空气的 一种或更多种流体预加应力。所包含的流体因作用于柔性管部上的海浪而发展成行进的鼓凸部(bulge)或驻波，该行进的鼓凸部本地地扩大管部或充当可变电容器的环形SM材料段的直径。进一步，可选地，在经由电力提取单元将电力输出至电网之前，多个SM层或段中的一个或更多个可以被隔离，并且不充当用于电力生成的可变电容器，而是充当可以作为存储缓冲器而汇集并且临时存储其它可变电容器段的所生成电力的静态电容器。连接至电力提取单元的该电力控制单元控制在不同的可变和静态电容器上的电力分布。本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。当结合附图阅读时，根据下面的描述，将最佳地理解本发明。
图I示出了包含连接至电力提取单元的、用于从海浪发电的基于SM的电容器卷筒的电力转换器系统。图2是沿图I的线2-2截取的截面图。图3是图2的一部分的更详细的视图。图4是使用由环形管状段制成的长柔性管部的另一电力转换器系统的侧立视图，该环形管状段由用于从海浪发电的SM(可拉伸)材料制成。图5是图2的系统的鼻状区(nose area)的放大图。图6是图2的管部的可变电容器或段。图7是图6的管部的段的一部分的局部截面图。图8是图4的管部的局部分段图，该局部分段图示出因内部行进流体鼓凸部而具有扩大直径的几个SM段。图9是包括具有互连的电力控制单元的电力提取单元的电力转换器系统的示意图。图10是电力转换器系统的示意图。图11是在从第一电容器向第二电容器流出电荷(电流)期间该系统的电力控制单元的一种形式的示意图。图12是图9的图的、在将电荷从第二电容器流回到第一电容器期间的视图。图13是包含几个可变电容器元件和一对恒定电容器的另一管部设计的等轴测视图。图14是沿图13的线14-14截取的截面图。
具体实施例方式图I示出了根据本发明的第一波能转换(WEC)系统10，其中，电互连的可变电容器装置12被用于从海浪发电。所述电容器装置是防水覆盖物中的SM(可拉伸材料)材料的卷筒，并且每一个所述电容器装置都在其电极上具有电荷，从而在其两个电极之间产生电压。图2是多个电容器装置之一的截面，其示出了诸如25、26的层各包括SM片及其电极，并且该卷筒被卷绕成具有交叠层25、26的螺旋。图3示出了该电容器装置包括可拉伸电介质材料片20、靠着或邻近电介质片20的两个相反的面布置的一对柔软电极(compliantelectrodes) 22,24,以及覆盖这些电极的防水片27。在申请人设计的系统中，具有三十八个层，每一层都具有84 um(0. 084mm)厚的EAP (电活性聚合物)型SM材料。这些电容器装置连接至浮力元件14 ，并且被集成在连接至海底的系泊缆中。即使在寂静海域(没有波浪)中，这些电容器装置或卷筒的主要层也处于预张力下。当波峰越过该装置时，该浮力部件在水中升高，并且拉伸电容器的SM层。该SM层变得被拉伸且更薄，并且电容器的该对柔软电极之间的电压减小。另一方面，当波谷越过该装置时，SM层松弛、变厚并且每一个电容器状装置的电极之间的电压增大。可以通过在处于不同电压的电容器状装置之间传递电流并且使该电流流过负载而将电压的这种变化用于发电。因此，每一个电容器的电极通过电缆29连接至中心电力提取单元28，所述中心电力提取单元28连接至电力输出电缆，并且具有针对不同电容器调整和分配电力的电力控制单元。图4示出了第二 WEC (波能转换)系统11，其包括漂浮柔性管部13，所述漂浮柔性管13的一个船首端(bow end)用系泊缆21、19系泊至海底16。该管部由具有管状环形段形状的多个段或电容器构成。该管部的两个端部封闭，并且将诸如水和压缩空气的加压流体包含在该管部内。由于海浪作用，该管部中包含的流体生成流体的行进鼓凸部23，其迫使电容器沿径向方向拉紧，并且通过其扩大电容器的表面，而缩减SM材料的厚度。管部13包括管壁，该管壁包括SM(可拉伸材料)。膨胀力被施加至管部，其初始地沿径向方向拉伸管壁。该管部可以包含压缩气体(例如，空气)，其将管壁置于张力下，并且还保持管部漂浮。另一可能性是诸如压缩弹簧的线圈(未示出)，其在管部内沿直径被压缩，由此扩张管部。该管部甚至可以是在其周围的刚性部件(未示出)和包括诸如EAP的SM的柔性部件的组合。这些可以被用于实现较小管部膨胀性，并由此实现更高的鼓凸速度(对于吸收快速行进的较长周期波浪是不可少的)。这些刚性部件优选地包含浮力物或压舱物，以控制管部的深度。这些刚性部件还优选地包含电缆托架和电力电子设备，以控制沿管部长度在每一个SM段处的电流流动。可以使用用于管部的浮标和链解耦系泊系统。链部21按悬链形状附接在管部的至少一个端部与浮标18之间。浮标18通过拉紧的系泊线19附接至海床，该系泊线可以是弹性体、PU、TPU、尼龙、缆绳。电缆29运走电力。另一选择(未示出)是经由配重块链式布置将浮标18附接至海床。该配重块仅在幸存波浪(survival wave)中而不在正常操作条件下升高。这种布置通过将管部端部的起伏共振(heave resonance)周期调谐成比波浪更长的周期以及/或者通过在管部的一个或两个端部处提供附加阻尼以避免弯曲波在管部的端部处的剧烈反射，来提供动态模式解耦。这种浮标和悬链布置可以显著减少或者甚至消除尾部的抓载荷(snatch load)的发生，并且增大在幸存波浪中的最小弯曲半径，由此保护管部不受弯皱、高应力、层离等的影响。在通过其系泊系统提供的张力和波浪作用下，弹性材料管部具有沿垂直平面弯曲的固有模式(共振)。这些模式类似于漂浮管线的振动模式，或更简单地类似于拉紧的绳索。可以调谐管部的轴向有效张力，以获得波浪周期范围内的几个共振周期，由此，在波浪与管部应变之间提供能量的理想变换机制。具体来说，可以调谐管部的有效张力，以使管部中的弯曲波按和波浪相同(或接近)的速度传播。接着，在来自波浪的强制激发下，管部中的弯曲波的波长将与海浪波长相同。这将导致在管部中波载荷与应变之间的最佳能量传递(组合的几何和时间共振)，因此，从波浪获取的电力将增加。管状发电系统还可以在管部的每一侧上设置有水平突出状的翼部(未示出)。该翼部经受波载荷并且主要经受生成上推或下推载荷的升力，其通过管部中的翼部的结构性泊地(structural anchorage)而被传送至管状WEC。翼部上的波载荷所进行的工作被用于放大管部相对于移动海面的垂直运动。这些变形被用于利用SM材料生成能量。在理想情况下，至少一对翼部将靠近管部的船首而被定位。所述翼部可以由刚性的可变形材料(诸如弹性体)或者甚至SM材料建造来收获能量和/或积极控制WEC的动态运动，以从波浪提
取更多能量(刚性、阻尼控制)。仍处于本发明范围内的作为替换方案的管状发电概念可由两个SM管部组成，一个SM管部处于另一 SM管部内部。两个SM管部被填充有流体(海水)，并且在鼓凸部经过波能转换器时，外侧管部膨胀而内侧管部收缩，反之亦然。这允许系统在波浪的整个周期中发电。每一个管部都同时与另一管部异相。图5示出了具有管部的电力控制单元的电力提取单元40。该电力提取单元被放置在干燥环境中，其中连接了每一个可变(和恒定)电容器的电极。电力提取单元还连接至高压电力输出电缆50，其被设置在距系泊线接线片52 —定距离处。图6和7示出了具有管状环形段形状的可变电容器或段60。这些图示出了，管壁包括具有管段形式的SM(可拉伸材料)层或片62，和位于该片的两个相反的面或表面处的一对电极64、66。SM材料片用作电容器电介质,而电极用作电容器电极，以形成可变电容器。一对电介质隔离层68将电极与环境中的水和其它因素隔离开。可以在层对之间设置隔离膜，但这种膜通常不影响操作。电容器电介质62由SM材料制成,并且柔软电极64、66被设置成位于至少50%的电容器电介质表面上，并且由所谓的电活性聚合物(EAP)构造成。电容器优选地由卷绕或卷筒的电介质材料片制成，并且在两个表面处具有柔软电极。为了服贴，电极可以具有与管轴(图6)平行的褶皱72 (图7)。电容器段60被包含在由可拉伸材料制成的防水外覆盖物以及柔性且防水的内衬或层中，以使被包含在管部内的流体不能到达电容器的电极。由于海浪作用，因而包含在由这些电容器形成的管部中的流体生成流体的行进鼓凸部，其迫使环形电容器段仅沿径向方向拉紧，并且通过其扩大表面，而减小SM材料的厚度。可选地，使每一个可变电容器元件处于发电的发电机模式下或者处于使得当施加电力时电容器元件收缩/松弛以使得能够调节和控制行进鼓凸部的致动器模式下。在申请人设计的系统中，每一个互连电容器的主要层的表面和厚度改变，其导致电压的变化。为了获得更高性能，针对管部和/或针对管部的每一个段的多层布置是优选的。该多层布置包括高介电常数材料层、用于电极的高导电率材料层，以及防水材料层。而且，一个或更多个可拉伸材料(如弹性体)层可以被添加在层之间，所述层也可具有褶皱形状。此外，交替的硬弹性体(杨氏弹性模量高于50X IO6Psi)层和具有较小模量(典型为I至20X 106psi)的电介质EAP膜的层可以增大SM材料的能量密度。相对硬的弹性体因防止SM在高电场下膨胀得太多而限制SM的拉伸，即，相对硬的弹性体最小化致动效果并且最优化发电机性能。几个SM材料层被缠绕为管段，所述管段被夹在许多水屏蔽膜层之间。该管部还设置有外防水和保护覆盖物。SM材料被制造为具有几十米长度的片，并且滚绕或缠绕成管段、卷筒或环段。SM片外侧末尾部分不需要具有柔性电极层。末端部分将环绕SM部分被缠绕几次，以保护电极阻止水进入或者扩散，同时其仍允许该段膨胀和缩回。限制段或整个管部的轴向膨胀的另一方法是添加如绳索、缆线、带、网、编织物等的轴向限制物，或者甚至在施加电压时收缩的SM材料(致动器)。其不仅将限制段或管部的拉长，而且还可以在因在管部内捕获的加压流体的、因波浪作用而生成的行进鼓凸部而强制该段沿轴向方向本地膨胀时进行支撑。图8示出了管状发电机系统的一部分，其中，一些环形段或可变电容器(它们中的每一个都与电力控制单元连接)因包含在管部内的流体的且由作用于管状发电机系统上
的波浪生成的行进鼓凸部而相对于初始直径A径向膨胀(B)。图9示出了连接至电力提取单元的可变SM电容器的示意图。该电力提取单元经由高压电力输出电缆连接至电网。电容器初始被充电，因而在其电极对之间存在诸如2500伏特的电压。电容器的两个电极之间的电压由下面等式给出V = q/C其中，V是电压，q是电容器电极上的电荷，而C是电容器的电容。在电容器由形成电极的两个平行板和处于电极之间的电介质材料板构成的情况下，电容通过下面等式给出C = e(A/D)其中，C是电容器的电容，e是电介质材料的介电常数，A是每一个电极的面积，而D是电极的间距。当一个段位于波峰处并且SM片布置因行进的鼓凸部而被拉伸时，SM片的厚度减小，因而，其电极对之间的距离D减小，其面积增大，并且其电容增大。结果，在电极之间具有减小的电压。在鼓凸部通过时的几秒钟大小量级的时间之后，该段将松弛(并且其电极之间的电压将增大)。可以通过从第一电容器的一对电极流出电荷(即，流动电流)而从发电机提取电力，该一对电极处于增大的电压(因为其SM片拉伸已经松弛)，因而电流流出做有用功，诸如生成电力线(power line)中的电流流动。这种流出导致第一电容器的电极之间的电荷减少，并且电压随着SM材料片被拉伸而趋于下降至非常低的电平。之后，通过在低电压使电荷(电流)流动到第一电容器的电极中而置换电荷，以为下一周期做准备。申请人以简单且有效率的方式获得这种置换电荷。事实上，管部由几个SM段组成，每一个段都需要要被充电和放电的电缆。为了避免使用许多水下电缆，电极被放置在每一个段上的管部的层中，所述电极经由集成在管部的层内的导电电缆而连接至电力控制单元。因此，可以独立地对管部的每一个SM段充电和放电。图10的图示出了连接至一对电容器112、114的电力提取/电力控制单元，所述一对电容器112、114的电压变化接近为异相180°的。其示出了使用二极管102、104以在高电压从电容器111-114流出电流、通过降低电压而提取能量并且在低电压向电容器流动该电流的系统100 (其可以接地或不接地)。启动充电器106在该系统的操作开始时对一些电容器充电(例如，充电至2500伏特)，并接着通过开关110断开连接。当诸如111、113的电容器各使其SM片松弛从而其电压增大时，电流通过二极管102流动至负荷120。该负荷120减小电压并且经由二极管104将电流传递至处于较低电压的其它电容器112、114。类似地，当诸如111、113的电容器各使其SM片拉伸从而其电压减小时，电流从电容器112、114起流经二极管102并且流经负载120接着流经二极管104流至电容器111、113以增大它们的电压。图9示出了相隔(海浪的)半波长的两个电容器112、114之间的电流的通道。海浪的长度(和周期)发生改变，因而可能难于获知两个电容器何时相隔半波长。作为替换方式，申请人可以通过使用始终感测跨每一个电容器的电压的电压传感器54来有效率地去除能量。电流在电压差高于所有电容器的平均 电压的电容器之间通过。例如，在跨所有电容器的平均电压为2500伏特的情况下，也被称作电力控制单元110的电力提取单元(PEU)发现跨电容器112的电压为3000伏特并且跨电容器114的电压为3000伏特。P⑶从一个电容器起将电力通过负载(例如，图9中的120)传递至另一电容器，因而，电流流动因6000伏特的电压差而被移动。在申请人设计的系统中，SM(可拉伸材料)初始被拉伸至其相应未拉伸长度的I. 4倍。S卩，每一片都初始地比其未拉伸长度长40%。每一片的最大拉伸为其未拉伸长度的大约I. 7倍。最大松弛导致每一片松弛，因而，其被拉伸至仅其未拉伸长度的大约I. I倍。在上述系统中，每一个电容器的电容在每一个周期中从大约67微法拉增大至100微法拉，然后减小至大约42微法拉。图9的电力控制单元110可以连接至以海浪的大约一半波长隔开的一对电容器112和114。以这种方式，发电机中的一个发展增大的电压并且可以提取电力，而另一发电机发展减小的电压并且需要增加电荷。波长可以改变，并且电力控制单元可以在任何给定时间连接至在拉伸和松弛时具有180°异相的不同电容器对。实际上，电力控制单元可以连接至多于两个的电容器，并且优选地具有连接至所有电容器的电压传感器。其间传递电荷的电容器可以在任何给定时间基于它们的电压或者它们的希望电压而被选择。图11示出了作为一电路的部分的两个可变电容器112、114。该电路具有116处的基准电势，其可以是针对每一个电容器的地电势。当电容器112上的电压增大，而电容器114上的电压减小时，单元110允许电流如箭头117所示从第一电容器112起通过形成电力吸收装置的阻抗118而流至第二电容器114。在图11中，该电力吸收装置118是在电力线119中感应出电流的线圈。作为汲出电力的结果，点120处的电压低于点122处的电压。这些电压以116处的基准电压作为参考。尽管将电力汲出第一电容器112，但汲出第一电容器112的所有电荷都被引导至第二电容器114，以对该电容器114再充电。当第二电容器114接着使其电压增大(因其SM片松弛)时，第二电容器114上的电流通过电力吸收装置118被被引导回第一电容器。图12示出了具有已经被操作成使得能够实现这样的反向流动的开关136的电力控制单元110。电力吸收装置118被示出为在电力线中感应出电流的线圈，但其可以是宽泛种类装置中的任何装置，如产生热的电阻器。
在本发明的电力控制系统中，申请人可以设置至少一个大电容器，以在将所生成的电力卸载至电力负载之前按基本上恒定的电压存储所生成电力。这种基本上恒定的电压电容器还可以供电以对按上述方式发电的可变电容器充电。图13和14示出了位于海中并且形成恒定电容器170、172的长管部150。该管部150具有形成电容器160A和160C的上排和下排的电极对,并且该电容器沿每一排隔开。跨电容器的电压随着管部在波浪中弯曲而改变。排方向大体上平行于管部中心线164。另外，该管部具有一对基本上恒定的电压的存储电容器170、172，每一个存储电容器都沿管部的大部分长度延伸。图14示出了管部150具有电介质SM(可拉伸材料)管壁180和具有间隙182的电容器电极，其限定了不同电容器160A、160C、170以及它们的电容器电极对190、191和192、193以及194、195。恒定电容器170、172各沿管部长度延伸发电电容器160A、160C的至少七倍的长度，或平均管部直径的至少七倍的长度。由SM材料制成的管部150将随着其膨胀和收缩而具有其本身的振动周期或其本身的共振周期。优选的是，具有接近来自海浪的激发周期的SM管部的共振频率。该周期是SM管部的长度的函数，并且通过控制该长度，也控制该周期，这可以通过具有如致动器那样作用的、由SM材料制成的部件、层或段来完成。如果SM材料处于致动器模式中，则将电压施加在致动器上，以使SM材料缩回或伸展，由此可以调节管部的长度。通过控制所施加的电压，可以控制管部的长度，并由此控制其振荡周期。在根据本发明的作为替换方案的实施方式(未示出)中，申请人提出使用与弹性管部分离的至少一个独立张力部件，来连接管部或沉床(mattress)的船首和船尾端帽。这提供了一种强度部件，以将系泊力从船首传递至船尾，并且避免管部的弹性部件沿轴向方向的过度应变。通过防止在对管部进行加压时的轴向膨胀，张力部件还可以被用于防止管瘤(aneurism)的增大。该张力部件还减少包含在管部的弹性部件中的轴向纤维上的疲劳负荷，或者其可以允许WEC在该弹性部件中没有轴向纤维的情况下工作，这将改进WEC的疲劳寿命，由此改进其使用寿命。优选的是，该张力部件位于管部内。其可以被用作电力传输电缆，以沿管部与EAP发电机交换电力，并且可以将引导系统包括在管部内部或外部，以防止张力部件与弹性管部之间接触。该张力部件可以是由具有高强度、韧性以及模量(比用于管部的弹性体高至少2个量级)的任何材料制成的导管、线缆。该张力部件还可以被用作SM发电机，以从轴向应变收获能量，和/或用作致动器，以修改管部的长度和共振模式。由此，本发明提供了一种用于从各包括多个电容器的发电机提取能量的系统，每一个电容器都具有由可拉伸材料(SM)制成的主要为片状的电介质和处于该电介质片的两个相反的面处的一对电极。该电介质为片形状，因为其具有基本上均匀的厚度。该SM片(卷筒、缠绕、环、管部)被定位成使得其被重复地来回移动的部件(诸如随着波浪重复地移动的部件)重复地拉伸和松弛。旋转的部件是来回移动的部件的等同物。电力控制单元(PCU)优选地具有电压传感器，其感测跨多个电容器中的每一个电容器的电压，并且在电容器的电压高于平均电容器电压时将电容器部分地放电。SM材料片优选地按漂浮在海中并且具有靠着其两个相反的面布置的电极的互连管部段的形状被缠绕。尽管在此对本发明的特定实施方式进行了描述和例示，但应当认识到，本领域技术人员可以容易地想到修改例和变型例，从而，旨在将权利要求解释成覆盖这样的修改例
和等同物。
权利要求
1.一种电力转换器系统，该电力转换器系统将重复地来回移动的部件的机械能转换成有用的电力，其中，所述电力转换器系统包括多个电容器(12、112、114、160A、160C)，每一个电容器具有包括主要具有片形式的一些SM(可拉伸材料)的电介质(20、180)和大致靠着所述片的相反的面布置的电极对(22、24、112、114、190、191)，并且每一个所述311的片都耦接至至少一个所述部件，以使所述片随着所述部件来回移动而重复地拉伸和松弛，其中，在每一个电容器的所述电极对上存在电荷，以在每一个电容器的所述电极对之间生成随着对应的SM的片拉伸和松弛而改变的电压,该电力转换器系统包括 电力提取单元(28，110)，该电力提取单元耦接至所述多个电容器中的至少两个电容器的所述电极对，所述电力提取单元被构造成，使来自所述电容器中的在其电极之间具有高电压的第一电容器(112)的电极(22、24)的电荷重复流动至所述电容器中的在其电极之间具有比所述高电压低的电压的至少第二电容器(114)的电极(22、24)，以增加所述第二电极对的电极之间的电荷，并且所述流动的步骤包括使所述电荷流过电驱动负载(118、120)，以通过所述电荷流过所述负载时发生的电压降来为所述负载加电。
2.根据权利要求I所述的系统，其中 所述电驱动负载包括第一线圈(118)，该第一线圈在连接至电力线(119)的第二线圈中感应出电力。
3.根据权利要求I所述的系统，其中 来回移动的所述部件是布置在海面处的部件，并且该部件在海浪中上下移动。
4.根据权利要求I所述的系统，其中 所述电极具有褶皱，由此，更容易允许所述电极跟随所述SM的片的拉伸和松弛。
5.根据权利要求I所述的系统，其中 主要具有片形式的所述一些SM被卷绕成包括交叠层的螺旋。
6.一种供在具有波浪的海中使用的电力转换器系统，所述电力转换器系统包括至少一个漂浮体(13、14、150)，该至少一个漂浮体漂浮在海面附近，并且被系泊以限制从海底上方的预定位置的漂离，并且所述至少一个漂浮体具有多个主体部件和多个电容器(111-114、160A、160C)，每一个主体部件都随着波浪经过而来回移动，并且每一个电容器都包括具有大体平行隔开表面的一些主要为片状(20)的SM(拉伸材料)和电极对(22、24)，每一个电极都靠着所述表面中的不同表面被布置，并且每一个电极对都形成具有在所述电极对之间生成电压的电荷的电容器，并且每一些SM材料都耦接至所述多个主体部件中的至少一个主体部件，只要所述主体部件来回移动，所述主体部件就拉伸所述SM材料的片以膨胀，然后松弛所述SM材料的片以收缩，由此，使得跨每个电极对的所述电压分别减小然后增大，包括 电力提取单元(28、110)，该电力提取单元连接至所述多个电容器(111-114)中的每一个电容器的所述电极，所述电力提取单元被构造成，使电流从所述电极对中的其电压已经增大的第一电极对流至所述电极对中的其电压已经减小的第二电极对，并且同时从通过所述电极对之间的阻抗(118、120)的电流流动来获得电能。
7.根据权利要求6所述的系统，其中 所述电力提取单元被构造成，在所述多个电容器中的不同电容器的电极之间重复流动电荷；所述电容器被定位成，使得不同电容器的电介质按不同时间被拉伸和松弛； 所述电力提取单元被构造成，选择性地连接所述电容器的所述电极，以使电流从其电极具有比所有电容器的平均电压差更高的电压差的第一电容器流至第二电容器的电极。
8.根据权利要求6所述的系统，其中 所述电力控制单元包括用于感测跨每一个所述电容器的电压并且执行根据跨所述电容器的电压选择性地连接所述电容器的所述电极的步骤的装置(54)。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述系统能够用于从具有海面的海提取能量，并且其中 所述系统包括柔性伸长管(13)，该柔性伸长管由滚筒SM片材料段(60)制成，所述柔性伸长管漂浮在所述海中并且主要平行于所述海面延伸并且包含流体，以使得在波浪作用于所述柔性延长管上时，在所述柔性延长管内生成所述流体的加压行进鼓凸部(23)； 每一段都在所述SM材料的每一侧上设置有一对柔性电极(22、24)，所述电力提取单元耦接至每一个所述电极对。
10.一种用于将来回移动的部件的机械能转换成有用的电力的方法，其中，所述系统包括多个电容器(111_114、60A、60C)，每一个电容器都具有包括主要具有可拉伸片形式的一些SM(可拉伸材料)的电容器电介质(20、62、180)，和大致靠着所述可拉伸片的相反的面布置的电容器电极对(22、24、64、66、190、191)，并且所述可拉伸片被定位成初始拉伸，并且使其拉伸度根据所述机械能而重复地增大和松弛，其中，电荷位于每一个电容器的每一个电极对上，以在所述电容器电极之间生成随着所述SM的片逐渐增加地拉伸和松弛而改变的电容器电压，该方法包括以下步骤 监测所述电容器的电压，和从其电极对电压差比平均电容器对电压差大的电容器重复地抽回电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中 所述系统包括位于海中并且包含流体的管部，该流体因波浪作用于所述管部上而在该管部内生成行进鼓凸部，所述管部由管状段构成，每一个管状段都具有由所述电介质SM片材料的壁部和靠着相反的SM材料面彼此相反地布置的电极对，以形成电容器，所述电容器具有被定位成随着所述鼓凸部经过而径向地拉伸和松弛的管状段壁部，并且所述监测的步骤包括从其SM材料松弛的电容器向其SM材料进一步拉伸的电容器流动电力的步骤。
12.一种用于将海浪的能量转换成有用的电力的系统，该系统包括 SM(可拉伸材料)片材料的多个卷筒，每一个卷筒都具有大体垂直的中心线，所述多个卷筒被系泊在海中，并且所述多个卷筒的上端部连接至在波浪中上下移动的至少一个浮力模块，SM片材料的每一个所述卷筒都具有相反的表面，和靠着所述片材料的所述相反的表面布置的电极对，以形成电容器，所述电容器被水平隔开； 中心电力控制单元，该中心电力控制单元设置在所述管部的第一端部处，并且耦接至每一个所述电容器，并且被构造成使电流在所述电容器之间流动。
13.一种用于将海浪的能量转换成有用的电力的系统(11)，该系统包括 由SM(可拉伸材料)片材料制成的伸长管部(12、13、50)，该伸长管部具有大体水平的管中心线(164)并且随着所述中心线大体平行于海浪延伸而位于海中，由SM制成的所述伸长管部具有相反的表面；靠着所述伸长管部的相反的表面布置并且形成发电电容器的多个电极对(22、24、64、.66、190、191)，所述电极对和由此的所述发电电容器至少沿所述伸长管部的所述长度隔开； 电力控制单元(28、110)，该电力控制单元耦接至所述电容器并且被构造成使电流在所述电容器之间流动。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述伸长管部具有平均直径并且包括 一对电极(192、193)，该一对电极沿所述伸长管部的所述长度延伸达所述管部平均直径的至少七倍，并且形成与所述发电电容器相比具有较少变化的电压的恒定电容器(170、.172)。
15.根据权利要求13所述的系统，其中 每一个所述电极都具有褶皱，所述褶皱(72)平行于所述管部中心线，以使得能够沿所述伸长管部的径向方向拉伸所述SM材料。
全文摘要
一种发电机，其具有可变电容器，每一个电容器都包括由SM(可拉伸材料)制成的重复拉伸和松弛的片(20，图3)和靠着该片的相反的面布置的电极(22、24)，该发电机包括耦接至至少一对电容器的电极的电力提取单元(110，图9)。该单元将来自具有高电压的第一对电极的电荷(电流)引导至具有低电压的一个或更多个第二对电极，以对第二对电极再充电。在电流流动期间，通过经过该单元的电流的电压降来提取电力。该电力提取单元可以设置有控制单元，该控制单元具有电压检测器(54)，并且基于电容器的电压选择性地连接所述电容器，以在生成电力输出时最大化效率。
文档编号H02N1/08GK102803709SQ201080026713
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年6月16日
发明者P·F·吉恩, A·佛蒙 申请人:单浮筒系泊公司