专利名称：用于将水波能转换为电能的系统的制作方法
技术领域：
本公开通常涉及机械工程领域，更详细地它是一种利用流体的操作系统，S卩，一种能够触发机器或设施准确操作的机械零件和单元的系统。根据国际专利分类(IPC)它们标记为:F 15B/00 ；F 16H 3/00 ；F 16H 37/14 ；F 16H 37/16 ；B 63B 1/00。技术问题本公开解决了设计浮动体的形状和将通过浮动体移动的输入轴的周期性、变化的线性运动转换成输出轴的单向旋转的问题，以便实现更高度的波能量利用。连接到竖直轴的浮动体响应波运动而竖直地上下运动。当竖直轴装配有用来旋转齿轮的线性齿轮齿时， 当浮动体随波向上运动时齿轮沿着一个旋转方向运动而当浮动体沿着第二旋转方向向下运动时齿轮沿着另一旋转方向运动。齿轮旋转方向的恒定变化(顺时针/逆时针方向)造成发电机轴旋转方向的恒定变化。这种摆动结构对于制造电是不理想的。技术条件当今除非实验，波能量不用于产生电能。发电厂受用来驱动涡轮的可用矿物燃料量限制，这使它们成为最大的环境污染之一。核发电厂是巨大的能量源，但是如果它们被损坏它们是非常危险的(例如，切尔诺贝利和美国的一些电厂)。通过将大量的水蒸气发送到大气它们增加了全球污染。核废料处理也存在非常严重的问题。替换地，在建在河流和湖坝上的电厂中产生电。但是，这些电厂的构造是复杂和昂贵的。沿海国家不能使用该能源来产生电。这些国家唯一的解决方案是利用水波能。利用水波能来产生电的先前尝试由于一些特定的缺陷没有成功并且从没有投入使用。在专利号P-2007/0346中水波能的消耗更合理化，但是它仍具有非常小的利用率。即，在不可弯曲的传动轴的情况下，不能利用两个方向运动的动力。代替地，当浮动体朝向水体向下运动时存在空行程。设计示出的浮动体来接合波的非充分区域，并且浮动体由波驱逐。
发明内容
本公开涉及一种使波能量利用更有效的设计革新的能量产生系统。构造了一种无需任何零件固定到水体的海床的装置。在一个实施例中，非柔性力传送体由柔性力传送体取代，其中浮动体的双向运动用于电能的产生。设计了一种将输入轴的双向运动转换为输出轴的单向运动的机构。在用于将波能量转换为电能的系统中，这种机构将非柔性竖直体连接到倍增器。因为存在尺寸、强度、频率不同的各种波，例如为了获得更高的波能量利用率设计了几个不同变形的系统。通过使用更小的浮动体质量能够得到更大质量的位移流体，即更高的操作转矩。浮动体本身的形状向波提供了浮动体的更好安装并提供波频率变化的更好补偿。通过这些变化实现了更高度的波能量利用率，并且无需固定到水体的海床的任何零件就能够使用波能量。鉴于例示了执行如目前感知的公开的最佳实施方式的示出实施例的以下详细说明，该公开的附加技术特征对本领域的技术人员是显而易见的。
当与附图结合时鉴于以下详细说明本发明和其优点将变得更显而易见，在附图中图1示出了用于保持输出轴的恒定旋转方向的恒定旋转机构的纵向剖视图；图Ia是图1的恒定旋转机构的示意显示；图Ib是图1的恒定旋转机构的等距显示；图Ic是图1的恒定旋转机构的主视图；图Id是图Ic的A-A向剖视图；图Ie是图Ic的B-B向剖视图；图2是当输入轴在顺时针和逆时针旋转之间交替时用于保持输出轴恒定地以单一方向旋转的恒定旋转机构的示意显示；图3是恒定旋转机构的另一实施例的示意显示，示出了输出轴的恒定旋转方向并示出了两个输入轴顺时针和逆时针旋转；图4是以纵向横截面的浮动体的第一实施例的示意显示；图如是浮动体的第一实施例的剖视图；图5是浮动体形状的第二实施例的等距视图；图fe是示出浮动体的第二变形的沿图5的线fe-fe的剖视图；图恥是示出浮动体的第二变形的沿图5的线的剖视图；图6示出了能量产生系统的另一实施例，示出了浮动体以及连接到浮动体的顶部和底部的柔性传动轴；图6a是浮动体的剖视图；图7示出了具有放置在非柔性体和倍增器之间的用于电能转换的机构的能量产生系统；图7a是浮动体的横截面的示意显示；以及图8是浮动在水表面上的能量产生系统的示意的等尺寸的视图。详细说明虽然本公开可以联想到不同形式的实施例，它们在附图中示出并在此将被详细说明，但是应该理解实施例是公开的原理的例示，并不将公开限制为以下说明阐述或附图示出的部件结构和布局细节。
本公开的图1示出了用于旋转方向改变的恒定旋转机构300，其用来将在输入轴 321处的非柔性传动轴沈产生的周期可变旋转运动转换为输出轴327的单向旋转。输出轴327，在它的基础实施例中，与输入轴321共轴。输入轴321将顺时针旋转传送到离合器 322b，到恒定旋转机构300的输出轴327。该实施例的特征在于两个单向离合器32 和 322b均放在输入轴321处，并且它们作为一对操作。在这种情况下，单向离合器32 处于空转，它不传送转矩。在当非柔性传动轴沈朝向水向下运动时，即当输入轴逆时针方向旋转时的情况下，单向离合器32 将转矩传送到齿轮323a，至另一边的副轴325上的齿轮323c到达齿轮 323d，到达与齿轮32 —起转换旋转方向的惰轮32 。齿轮32 跨过联轴器3 进一步将转矩传送到恒定旋转机构300的输出轴327。转矩进一步传送到倍增器17和发电机20。 当按此方向旋转时，单向离合器322b不传送转矩，而是空转。非柔性传动轴包括沿非柔性传动轴的长度延伸的卡齿。卡齿与齿轮27啮合，以便旋转恒定旋转机构的输入轴321a。图2中示出了恒定旋转机构300的另一实施例。在该实施例中，输入轴321a和输出轴327是平行的，并且单向离合器322c和322d在不同的轴上。齿轮27紧固地结合到输入轴321a的一端，并且单向离合器322c紧固地结合到输入轴321a的另一端。齿轮323f结合到牢固地安装到轴32 —端的齿轮323g。单向离合器322d牢固地安装到轴32 的另一端。轴32 的一端牢固地结合到单向离合器322c的机壳，并且齿轮323j牢固地安装到轴32 的另一端。轴325c的一端紧固地连接到单向离合器322d的机壳，而齿轮3231紧固地连接到轴325c的另一端。齿轮323j和3231通过紧固地连接到机构300的输出轴327 的惰轮323k连结在一起。两个实施例都将两个方向的旋转运动转换为一个方向的旋转运动。若没有该结构，每当非柔性轴向上运动然后向下运动时发电机将使它的旋转反向。转矩跨过齿轮27传送到输入轴321a，并且当它沿着由单向离合器322c传送的方向旋转时，转矩跨过轴32 传送到齿轮323j，并进一步跨过齿轮323k传送到输出轴327。 离合器322d在这种情况下是空转的，并且它不传送转矩。当它沿着由单向离合器322d传送的方向旋转时，转矩从输入轴321a跨过结合的齿轮323f和323g传送到轴32 和离合器322d。离合器322d将转矩传送到轴325c。轴325c跨过结合的齿轮3231和323k将转矩传送到输出轴327。图3示出了恒定旋转机构300的另一实施例，具有两个平行操作侧(在该变形中是齿条)的非柔性传动轴26a用作驱动器。轴26a具有沿该轴的长度延伸的相对的竖直卡齿。机构具有两个平行的输入轴321b和321c。齿轮27a牢固地安装到轴321b的一端，而单向离合器32 安装到另一端。齿轮27b牢固地连接到轴321c的一端，而单向离合器322f 安装到另一端。单向离合器机壳32 紧固地连接到轴325d的一端，而齿轮32 !结合到另一端。单向离合器机壳322f连接到轴32 的一端，而齿轮323η紧固地连接到另一端。齿轮32 !和323η结合到安装到输出轴327的惰轮323ο。在输入轴321b和321c处的转矩通过沿着非柔性传动轴26a的第一方向(S卩“上”) 的竖直运动来获得，到达齿轮27a并跨过单向离合器32加。动力从离合器32 传送到轴 325d，并进一步跨过齿轮32 !和323η到输出轴327。在这种情况下，单向离合器322f是空转的。当传动轴26a沿着第二方向(即“下”)运动时，转矩传送到齿轮27b跨过单向离合器322f，从输入轴321c到轴325e，到齿轮323η并跨过惰轮323ο到输出轴327。在传动轴26a沿着第二方向运动期间单向离合器32 是空转的。在该实施例中，机构中齿轮的数量是减少的，作为这种减少的结果，恒定旋转机构300的初始力矩也降低。图4和图8示出了浮动体IIa，IIb，IIc和IId的不同实施例。浮动体Ila，IIb和 IIc是如图6、6a、7&7a所示的非柔性底座2adb和2c以及浮标66的组合。图4和图如示出了为棱柱形状并结合到非柔性传动轴沈的浮动体lie。浮动体 IIc由棱柱形状的底座2c组成，浮标66紧固地系到它的横向侧。通过允许浮动体IIc浮动的成型件67系住浮标66。在中央上部的是如图4所示的圆柱部68。具有枢转接头3的非柔性传动轴26连接到圆柱部68。基本地，浮动体IIc的棱柱形状导致棱柱的长边总是平行于波阵面的特征。该特征通过这样的规则说明如果它竖直地定位到波阵面，在本体受阻处边界层中的摩擦力大于棱柱的长边处的摩擦力。(自然法则)底座2c具有棱柱的形状，类似于其中开口侧面向水体的开口盒，以便确保当浮动体IIc浮动时在腔68a内产生副压。需要该副压来实现浮动体IIc的较低振幅，并通过小质量的浮动体He，在非柔性传动轴沈中产生足够强的力，以便在它朝向水表面运动期间产生更大的竖直运动。这通过将在底座2c内捕捉的水体积增加到底座2c的质量中来实现。 在底座2c中捕获的水产生真空效应，在波向下运动期间拉动浮动体He。这减少了浮动体 IIc的总质量，允许浮动体容易地随波上升。底座2c的中央部68是圆柱形的，使浮动体IIc 相对于安装到底座2c的非柔性传动轴沈在球状接头3上旋转。柔性罩如放置在底座2c 的中央部68上。罩不阻碍旋转并阻止水进入中央部68。浮动体IIc为更高更长的波5而设计。图5、图^1和图恥示出了具有为棱柱形状的底座2c的浮动体lid。单向阀69设在浮动体IId的上侧中。在浮动体的中央上侧的是腔68。具有球状接头3的非柔性传动轴 26连接到底座2c。浮动体IId的底侧具有沿浮动体IId的整个长度的腔68a。腔68a到沿浮动体IId的整个高度关闭的较短横向侧。在浮动体盖内的室68b提供浮动体IId的导航和浮力。单向阀69将在浮动体下面捕捉的空气释放到大气中，并且水充满那个空间，从而扩大浮动体IId的质量。在腔68a 内捕捉的水粒子竖直向上运动，增加浮动体IId的稳定性，并与浮动体的扩大质量一起增加在发电机20轴处的转矩。浮动体IId为更高更长的波5而设计。再次，腔68a内的水产生抽吸力来在波向下运动期间向下拉动浮动体lid。图6示出了具有底座加的浮动体Ila，底座加通过缠绕在滑轮36上的柔性传动轴28结合到滑轮36。底座加通过柔性传动轴28a跨过中间滑轮38a和38b连接到操作滑轮36a。柔性传动轴28a缠绕在操作滑轮36a上。配重30用来保持柔性传动轴观和^a 的持续张紧。滑轮38a和38b紧固地以旋转模式(它们被允许旋转)安装到支撑梁8a。发电机20、倍增器17和17a、单向离合器16和16a以及滑轮36和36a牢固地安装到支撑梁 8。支撑梁8安装到使支撑梁8沿柱1竖直运动来补偿潮汐的机构500。当波5提升体IIa时，柔性传动轴28a跨过中间滑轮38a和38b传送运动到由于柔性传动轴^a的解开而旋转的滑轮36a。滑轮36的旋转跨过单向离合器16a和倍增器 17a将转矩传送到发电机20。当浮动体IIa通过柔性传动轴观的解开而驱动朝向水运动时，然后滑轮36旋转，并跨过单向离合器16和倍增器17将转矩传送到发电机20。通过离合器16和16a的交替操作，发电机轴20总是沿着相同方向旋转，无论它从哪侧得到驱动。浮动体IIa为更低更短的波5而设计。图6a是浮动体IIa的横截面，示出了单向阀69的定位方式。单向阀69用于从浮动体的腔释放空气。空气的移走允许在浮动体向下运动期间波向下拉动浮动体。图6a还示出了在这种情况下被淹没的浮动体的底座。图7示出了通过具有齿轮齿的非柔性传动轴沈、导向器7和齿轮27结合到恒定旋转机构300的浮动体lib。恒定旋转机构300的输出轴跨过倍增器17结合到发电机20。在该实施例中，当浮动体与波一起向上运动时，并且当它在相反方向运动时，获得工作行程。 由于恒定旋转机构300的使用这是可能的。机构300与倍增器17和发电机20 —起刚性地安装到梁8，并且梁8跨过机构500 连接到柱1。高度调整机构500设在用于在高低潮汐之间具有显著区别的区域中将波能量转换为电能的系统中，以便减少非柔性传动轴26的长度。浮动体IIb为更低更短的波5而设计。图7a示出了完全在水表面下的浮动体IIb的横截面显示。由于单向阀69用于释放空气并定位在浮动体2b的底座下，能够实现该实施例。柔性罩如结合到浮动体Ila，以便使非柔性传动轴26枢转同时阻止水进入中央部68。图8示出了不同于在前说明的实施例的装置的另一实施例一它不固定到水体的床，而是自由地在水表面上浮动并从波幅之间的相对差产生电能。系统能够由浮动体lib， lie, IId构成或能够是这些浮动体的组合。浮动体IId连接到非柔性传动轴沈并放在中央部中。浮动体IIc紧固地以旋转滑动模式安装到浮动体IId的两个横向侧，紧固并旋转滑动的连接由侧支架60来实现，可以或不通过纵向导向件65来实现。如果没有导向件65， 浮动体IIc之间的距离是固定的。在该实施例中，支撑梁8牢固地安装到结合到侧支架60 的球状支架阳。浮动体IId在中央部跨过竖直导轨7c按照旋转和滑动模式安装到侧支架60。导轨7c允许浮动体IId的竖直运动。该装置使用上述技术特征采用浮动体的长边总是平行于波阵面的位置。当波靠近浮动体IIc时，波和浮动体同步地上升，同时中央浮动体IId与波一起下沉。这种运动导致非柔性传动轴沈启动，其将转矩跨过齿轮27、机构300和倍增器17，进一步传送到发电机20。依据波频率，能够调整浮动体IId和浮动体IIc之间的距
1 ο用于将水波能从浮动体Ila，lib, IIc和IId传送到机构300的系统能够由非柔性传动轴沈或非柔性传动轴观执行。虽然在附图和前述说明中已示出和说明了实施例，但是这些示出和说明被认为是例示的而不是限制特征，应该理解只是示出和说明示出的实施例，并且所有在本发明精神内的改变和修改被期望保护。申请人提供的说明书和附图目的为示出公开的实施例，并不应理解为对那些实施例的包含或暗示限制。存在来自说明书中阐述的各种技术特征的本公开的多个优点。应该注意，公开的替换实施例可以不包括所有技术特征而仍受益于这些技术特征的至少一些优点。本领域的普通技术人员无需过度实验就可以容易地设计他们自己对本公开和相关方法的实施，这些实施包含本公开的一个或多个技术特征并落入本公开和附加的权利要求书的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于将水的水波能转换为电能的系统，包括适于在水中浮动的浮动体(IIa)，浮动体(IIa)具有底座Qa)和内腔； 定位在浮动体(IIa)上方的第一滑轮(36)；在一端结合到浮动体(IIa)而在另一端结合到第一滑轮(36)的第一柔性传动轴 (28)；结合到第一滑轮(36)的配重机构(30)；在第一端结合到浮动体(IIa)底部而在第二端结合到第二滑轮(36a)的第二柔性传动轴(28a)；结合到第二滑轮(36a)的第二配重机构(30)；定位在所述浮动体(IIa)之下的底部滑轮，第二柔性传动轴08a)定位在底部滑轮上。
2.一种用于产生电能的浮动体，包括 底座(2b, 2c, 2d)；和结合到底座Ob，2c，2d)来产生防水密封的防水罩。
3.根据权利要求2所述的浮动体，其中底座Qb，2c，2d)包括圆锥形中央部(68)和在一端开口的腔(68a)；形成在底座(2d)中与腔(68a)相对的室(68b)。
4.根据权利要求2所述的浮动体，其中浮动体(IId)结合到导轨(7c)，导轨固定到侧支架(60)的中央，并还包括在侧支架(60)上的纵向导向件(65)，并进一步包括结合到侧支架(60)的两侧的浮动体(IIc)0
5.根据权利要求4所述的浮动体，其中纵向导向件(6 是水平的。
6.根据权利要求3所述的浮动体，其中中央部(68)密封地连接到由柔性材料制成的罩 (4a)。
7.一种用于改变输入旋转的旋转方向以便输出旋转沿着一个方向的恒定旋转机构，包括输出轴(327)；定位在与输出轴(327)处于相同轴线上的输入轴(321)； 第一和第二单向离合器(322a)和(322b)；结合到第一单向离合器的第一齿轮(323a)，第二齿轮(323b)结合到第二单向离合器， 这些离合器结合到输入轴(321)；第三和第四齿轮(323c)和(323d)结合到幅轴(325)；布置来改变旋转方向并结合到轴(324)的惰轮(323e)；在一端结合到输出轴(327)而在另一端结合到齿轮(3Mb)的联轴器(3 )。
8.根据权利要求7所述的恒定旋转机构，其中齿轮(323a)和(323c)互相结合，并且齿轮(323b)和(323d)通过惰轮(323e)结合。
9.一种用于将摆动旋转变成输出轴的单向旋转的恒定旋转机构，包括 结合到输入轴(321a)的齿轮(27)；结合到输入轴(321a)的第一离合器(322c)； 连接在齿轮、2Τ)和离合器(322c)之间的齿轮(323f)； 结合到副轴(325a)的离合器(322c)； 结合到副轴(325a)的齿轮(323j)；齿轮(323g)和单向离合器(322d)结合到副轴(325b)；具有齿轮(3231)的副轴(325c)连接到单向离合器(322d)；齿轮(323j)和(3231)之间的结合通过安装到输出轴(327)的惰轮(323k)实现。
10.一种用于将摆动旋转变成输出轴的单向旋转的恒定旋转机构，包括 齿轮(27a)和07b)，结合到具有带卡齿的线性齿轮的线性传动元件； 齿轮结合到轴(321b)并且齿轮结合到轴(321c)；结合到轴(321b)和轴(325d)的单向离合器(322e)； 单向离合器(322f)连接到轴(321c)和轴(325e)； 齿轮(323m)结合到轴(325d)并且齿轮(323η)结合到轴(325e)； 齿轮(323m)和(323η)适于与结合到输出轴(327)的惰轮(323ο)啮合，其中传动元件的往复线性运动引起齿轮(27a)和的顺时针和逆时针方向旋转而输出轴 (327)的单一方向旋转。
11.根据权利要求10所述的机构，其中输出轴(327)结合到倍增器，其使输出轴的每分钟转数倍增。
12.根据权利要求11所述的机构，其中倍增器结合到发电机以产生电能。
13.根据权利要求12所述的机构，其中线性传动元件枢转地结合到适于在水体上浮动并随波的运动上升和下降的浮动体，以使浮动体的向上运动引起线性传动元件的向上运动来引起齿轮(27a)和(27b)沿第一方向旋转，以及浮动体的向下运动引起线性传动元件的向下运动来引起齿轮(27a)和(27b)沿第二方向旋转。
14.一种用于将水的水波能转换为电能的系统，包括适于在水中浮动并具有关闭室和开口室的浮动体，开口室具有沿向下方向开口进入水中的嘴；用于从开口室清除空气来允许开口室在使用期间大致充满水的清除装置； 在浮动体的重心之下的点枢转地结合到浮动体的传动元件，传动元件适于响应浮动体的上下运动而大致线性地运动；用于将传动元件的大致线性运动转换为旋转运动的转换装置；以及用于将转换装置的旋转运动转换为电的发电机。
15.根据权利要求14所述的系统，其中转换装置包括恒定旋转机构和倍增器，以将两个方向的线性运动转换为一个方向的旋转运动。
16.根据权利要求15所述的系统，其中传动元件包括适于啮合输入齿轮的齿的卡齿。
17.根据权利要求16所述的系统，其中输入齿轮结合到两个单向离合器和惰轮，以将双方向的旋转能量转换为单方向的旋转能量。
全文摘要
本发明涉及波能量的利用和将它转换为电能产生系统的操作运动。用于通过水波运动的转换产生电能的系统包括浮动体和将非柔性传动轴或柔性传动轴的双向线性运动转换为恒定旋转机构的输出轴的单向旋转的恒定旋转机构。该机构允许利用由波的上升和下降造成的双方向的波能量。恒定旋转机构的输出轴结合到进一步结合到产生电能的发电机的力倍增器。恒定旋转机构能够由一端枢转地结合到浮动体而另一端结合到恒定旋转机构的输入齿轮的非柔性传动轴来驱动。依据波的高度和波长，使用浮动体的各种结构。为较小幅度和较小波长的波设计特定的浮动体，而为较大幅度和较大波长的波设计其它浮动体。
文档编号F03B13/10GK102272442SQ200880132643
公开日2011年12月7日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者M·德拉吉奇 申请人:M·德拉吉奇