专利名称：将波能转化成机械能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电 设备包括在其中支承了(journal)至少一个转子的框架结构，并且其中，转子在转子轴上 悬挂在框架结构中，在波浪发电设备的正常使用情况中，转子轴基本上是水平的，以便转子 能够围绕保持在框架结构中的转子轴旋转，并且其中，配置用于将每个转子保持为部分地 浸没在水面区域中的装置。
背景技术：
今天，波浪发电设备的许多不同的实施方式是已知的，其均具有这样的特征这些 波浪发电设备利用当水被导致在波浪运动中移动时所提供的能量。一种特别类别的这种波 浪发电设备使用上述的特征以提供波峰处的水具有势能的优点，当水被捕获在水磨轮的一 侧上的叶片中，并且由此通过其本身迫使水磨轮旋转时，上述水的势能能够驱动水磨轮形 式的转子围绕基本上水平的磨机轴线旋转。该类型的波浪发电设备的优点在于，其具有相 对简单的基本结构，以及随之产生的工作可靠性和经济的管理。例如，这种发电设备从美国专利No. 4843249和No. 6551053以及从英国专利申请 No. 2110763 中获知。另一种类型的所述波浪发电设备包括多个浮体(buoyancy body)形式的转子，其 在波浪的影响下在水面区域中摇动，并且因此，通过这些转子的运动，转子将波浪中的动能 转化成有用的能量。这种波浪发电设备的实例可从以下文献中获知例如，丹麦实用新型 No. 199800152 ；英国专利 No. 1520006 ；PCT 专利申请 No. W081/02329 ；德国专利 No. 3904442 ；德国公开 No. 10031310,以及 PCT 申请 No. 2004/094815。后一种波浪发电设备的实例从例如英国专利No. 1541572和美国专利No. 3928967 得知，并被称为为“Duck”。在波浪发电设备的发展中，优化能够从发电设备提取的能量的量是不变的挑战， 这种波浪发电设备的商业畅销度在一定程度上预示，尤其是在经济上，其能够与已有的可 再生能量发电设备竞争，例如风轮机等。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种上述类型的波浪发电设备，通过该波浪发电设 备，实现可用波能的有效利用。这通过上述类型的波浪发电设备来实现，并且其特征在于，转子经由自由运转机 构(free-running mechanism)安装在转子轴上，自由运转机构以这样的方式构造使得基 本上仅当转子围绕转子轴沿一个方向旋转时，转子才能够将动量传递至转子轴。如果在转子轴上提供两个或更多个分离的转子，这些转子通过其单独的自由运转 机构安装在公共的水磨轴上，那么本发明是特别有利的。实际上，由此各个转子能够来回牵拉转子轴，而不会由此必须也来回牵拉例如另一转子，否则，在相反的情形中，在转子相对 于彼此相反地旋转的一些情况下，转子会以方向相反的动量影响转子轴。转子可能包括两个三角形部(gable)，在这两个三角形部之间构造与波浪配合操 作的部件，例如，在当转子是水轮时的情况中沿着水磨轮的外围的多个叶片，并且，三角形 部之间的距离小于2米，优选地小于1.5米。因此，对每个转子都实现了高输出效率，并由 此对波浪发电设备实现高输出效率。根据一个有利的实施方式，框架结构包括两个或更多个转子组件，每个转子组 件均包括一框架和一转子轴，并且，其中，每个转子组件还设置有保持装置(retaining means,固定装置)，保持装置被构造为以使得转子轴在彼此的延长部分上延伸的方式将转 子组件彼此安装；并且，其中，具有构造为将转子轴互相连接以形成用于两个或更多个转子 组件的公共转子轴的装置。因此，提供了特别简单的构造，通过该构造，考虑可用的空间和 希望从波浪发电设备得到的功率输出，能够将波浪发电设备构造为具有不同的尺寸。转子能够这样安装在转子轴上转子仅仅(exclusively)隔开一定间隙，该间隙 允许两个相邻转子围绕转子轴相对于彼此自由旋转。因此，所有其他东西都是相同的，能够 实现来自具有给定长度的转子轴的波浪发电设备的最大功率输出。自由运转机构可能有利地包括棘齿机构或由其组成，棘齿机构允许转子仅在一个 方向上围绕转子轴自由运转，但是不在相反方向上自由运转，在该相反方向上，在给定情况 中，转子将拉动(pull，牵拉)转子轴随其一起运动。通过根据本发明的波浪发电设备，可能优化从各个转子提取的功率以及由此也优 化从整个波浪发电设备提取的功率，本发明还提供一种建造根据本发明的波浪发电设备的 方法，该方法的特征在于，将一个或多个转子上的三角形部布置为彼此之间间隔一定距离， 相对于波浪发电设备的正常操作条件，该距离小于两个波峰之间的距离，优选地，小于两个 波峰之间的距离的一半。这使得波浪发电设备能够适应于在许多不同位置中出现的正常操作条件，在这些 位置，明显地，可能出现具有非常不同性质的波浪的水面区域。
图1是示出了从顶部笔直观看的根据本发明的波浪发电设备的一个替代实施方 式的说明性草图；图2是示出了从前方倾斜观看的图1所示的波浪发电设备中共有的部件的草图；图3是以与图2相同的方式示出共有部件的草图，但是其中，用替代方式构造转 子；图4是示出了图1所示的波浪发电设备的一部分的草图，其部分地浸没在水面区 域中并且是从前面观看；图5是示出了用于图4所示的水轮的根据本发明的自由运转机构之间的横截面的 说明性草图。
具体实施例方式因此，图1示出了根据本发明的波浪发电设备的一个实施方式，该波浪发电设备是漂浮在水面区域上的漂浮结构，在水面区域中存在沿箭头A的方向传播的波浪。该波浪 发电设备包括两个细长的独立的框架结构21、22，其经由铰链23彼此铰接在一起，所述铰 链也用作系泊索具(mooring，停泊地)25的锚定点。因此，可以根据选择将这两个独立的框 架结构21、22布置为成一相互角度，该相互角度要达到可布置下一线性致动器24(例如液 压缸或机械轴)的程度。通过调节线性致动器24的长度，能够根据需要手动地或自动地调节这两个独立 的框架结构21、22之间的角度，以优化该角度，以便获得可能的最高输出效果或在暴风雨 条件或其他条件下确保防止损坏。如从图1将看到的，两个独立的框架结构的每一个均制造成细长的结构，其包括 多个转子组件26，其中一个这种组件在图2中的放大图中示出并在图3中的替代实施方式 中示出，在图3中使用另一种类型的转子，将在下面详细地描述该转子。转子组件26在彼此 的延长部分上装配，以便转子组件26中的转子轴30在彼此的延长部分上彼此连接，并且， 其中，从铰链23看去，第一转子组件26上的转子轴与基本上防水的机器壳体27接合，其 中，转子轴接合至例如发电机、泵、传动装置(gear)或其他能由动量驱动的组合体，上述动 量经由独立的框架结构21、22中的所有转子3(这里示出为水磨轮)而传递至转子轴。因 此，能将机器壳体27构造为具有提取能量所需要的部件，该能量经由转子3传递至转子轴， 因此，波浪发电设备能够用来经由例如发电机来产生电流，或用于其他目的，例如用于通过 来泵运流体介质。本领域的技术人员能够针对许多不同的能够如何将转子轴的旋转和动量用来产 生有用的能量的实施方式，而附图并未示出波浪发电设备的该部分的细节。根据本发明，所有转子3均经由棘齿机构连接至转子轴，如图4所示。事实上，在 将转子构造为水轮的实施方式中，水轮设置有足够量的叶片或盘8，这些叶片或盘均开口面 向上，且在水磨轮的朝着波浪的传播方向A的一侧上，当水平面由于波峰通过而上升时，叶 片8将充满水，然后，当水平面随着给定叶片8的波峰的通过而下降时，充满水的叶片8将 来回牵拉水磨轮3。在某些条件中，当使用另一种类型的转子时，例如图3所示的转子，波浪由于其惯 性将影响转子，使转子在其可旋转地安装于其上的转子轴周围摇动，因此，这种转子将由于 波浪的影响而主要在一个方向上牵拉转子轴。因此，在此上下文中，棘齿机构因此相对于图 5所示的方向反转，其在这里必须允许转子在通过图4所示的棘齿机构所实现的机构的相 反方向上基本自由地旋转。这并未具体地示出，因为，相对于转子轴反转棘齿机构中共有的 部件，这样做对本领域的技术人员来说将是显而易见的。如所提到的，图3示出了本发明的一个替代实施方式，其中，替换了图3所示的 水磨轮，磨机组件26a包括安装在转子轴30a上的多个转子3a。每个转子均具有围绕转 子轴30a不对称的升程(lift)和形状，以便当波浪撞击转子3a时，转子受力而围绕转子 轴30a旋转并由此使转子轴旋转。此类型的转子从例如英国专利No. 1541572和美国专利 No. 3928967中公知，并被称为“Duck”，并在输出效率方面具有特别好的特性。另外，对于本 领域的技术人员来说将显而易见的是，如这里所描述的本发明可用于各种构造的转子，这 不背离本发明所依赖的基本原理。这里，将波浪发电设备构造为能够锚定至例如水面区域2下方的海床的漂浮结构。为此，在铰链23中布置锚固眼孔(anchorage eyelet)形式的系泊点(mooring point), 以固定系泊索具25。将锚固眼孔布置在波浪发电设备的转子轴之间的距离最短的那一端， 这将意味着，波浪发电设备将能够围绕其系泊索具转动，以便波浪发电设备将一直固定在 确保其最佳地利用波能的位置中。当水磨轮3浸没到水面区域中使得水磨轴具有与水面2中的平均波浪高度基本相 同的高度时，则此类型的波浪发电设备可实现最高输出效率。以相同的方式，当将图3所示 的转子浸没至预定深度时，其将具有最大输出效率，该预定深度将取决于转子的具体形状。 然而，由于平均波浪高度并不总是精确地等于波峰和波谷处的水平面的高度的平均值，所 以将本发明构造为具有压载箱31和构造在泵壳体11中的未示出的泵，并且，其中，泵构造 为将压载箱31充满水和排空压载箱31的水，以改变波浪发电设备的重量和/或其升程，以 便可能根据当前主要的波浪条件来优化发电设备的输出效率。如从图4将看到的，每个上述转子组件26由栅格结构28组成，并且，根据本发明， 在栅格结构28中且在转子轴30上设置多个(这里示出了 8个)独立的转子3，这些转子都 通过在图4中详细示出的独立的棘齿机构安装在转子轴30上。因此，所有转子3能够仅在 栅格结构中在相对于转子轴30的一个方向上自由旋转，在正常工作条件中，如图3所示的 那样用水轮作为转子将引起以下事实一些水磨轮3将由于其具有充满水的叶片而旋转， 这些叶片将来回牵拉水磨轮，同时其他水磨轮3将停止或以基本上较低的旋转速度旋转， 这是由于这些水磨轮相对于水平面处于叶片充满水的位置，叶片充满水是因为水平面2的 高度在波峰经过相关水磨轮3之前增加了。在“duck”用作转子的情况中，如图3所示，代替地，当波浪从前面撞击各个“duck” 时，带有惯性的波浪将影响这种“duck”以使其旋转。由于波浪没有在相同时间撞击所有的 “duck”，其摇摆运动将明显地彼此步调不一致。转子组件26组成非常简单的且刚硬的结构，且栅格结构28对水中的波浪不产生 明显的影响。栅格结构在栅格结构28的每一端均设置有安装板29，以允许两个或多个栅格 结构28在彼此的延长部分上装配。转子组件26中的转子轴30伸出，如上所述，就可能将安装在彼此的延长部分上的 若干个转子组件26的转子轴30装配起来，以形成长的、装配的转子轴，其能够将动量从所 有转子传递至发动机壳体27。从图2和图3，将进一步看到，转子组件26设置有压载箱31，压载箱31经由未示 出的泵和针对此构造的管道能够用水充满或排空水，以调节波浪发电设备的升程和/或重量。现在，图4示出了独立的框架结构21、22的其中一个的一部分，其包括装配在彼此 的延长部分上的若干个转子组件26，并部分地浸没在水面区域2中。图5示出了图4所示的水磨轮的另一横截面，其中，特别地，示出了自由运转机构 的一个实施方式，水磨轮3通过该自由运转机构安装至水磨轴30。该自由运转机构是棘齿 型的，其包括固定至水磨轴30的棘齿轮46，并且，其中，将两个棘齿锁47固定至水磨轮3， 以便在固定位置49处，朝着棘齿轮46弹性地挤压每个棘齿锁，以便水磨轮能够仅仅在箭头 B的方向上旋转。该自由运转机构相对于其他自由运转机构来说不用维修，所以此自由运转 机构使其自己有别于其他自由运转机构，这是波浪发电设备的工作环境中的主要优点。
在此上下文中，如上所述，显而易见的是，其他转子类型，例如图3所示的“duck”， 将能够主要在相反的路线上牵拉转子轴，并且，如上所述，假定棘齿机构转动，使得其允许 在与图5的装置所获得的方向相反的方向上自由运转。
权利要求
一种用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电设备包括框架结构，在其中支承有至少一个转子，并且其中，所述转子在转子轴上被悬挂在所述框架结构中，所述转子轴在所述波浪发电设备的正常使用情况下基本上是水平的，以便所述转子能够围绕保持在所述框架结构中的所述转子轴旋转，并且其中，配置有用于将每个所述转子保持为部分地浸没在水面区域中的装置，其特征在于，所述转子经由自由运转机构安装在所述转子轴上，所述自由运转机构以这样的方式构造基本上仅当所述转子围绕所述转子轴沿一个方向旋转时，所述转子能够将动量传递至所述转子轴。
2.根据权利要求1所述的波浪发电设备，其特征在于，在所述转子轴上配置两个或更 多个独立的转子，所述转子通过其各自的独立的自由运转机构安装在公共的转子轴上。
3.根据权利要求2所述的波浪发电设备，其特征在于，每个转子包括两个三角形部，并 且其中，所述转子上的三角形部之间的距离小于2米，优选地小于1. 5米。
4.根据权利要求3所述的波浪发电设备，其特征在于，所述框架结构包括两个或更多 个转子组件，每个所述转子组件均包括一框架和一转子轴，并且其中，每个所述转子组件还 设置有保持装置，所述保持装置被构造为以使得所述转子轴在彼此的延长部分上延伸的方 式将所述转子组件彼此安装；并且其中，提供用于将所述转子轴互相连接以形成用于两个 或更多个所述转子组件的公共转子轴的装置。
5.根据权利要求4所述的波浪发电设备，其特征在于，两个或更多个转子的三角形部 仅隔开一间隙，该间隙精确地允许两个相邻的水磨轮围绕所述转子轴相对于彼此自由旋 转。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的波浪发电设备，其特征在于，所述自由运转 机构包括棘齿机构，该棘齿机构允许所述转子围绕转子轴仅在一个方向上旋转，而不在相 反方向上旋转。
7.—种构造前述根据权利要求中一项或多项所述的波浪发电设备的方法，其特征在 于，将一个或多个转子上的三角形部布置为彼此间隔一距离，相对于所述波浪发电设备的 正常操作条件，该距离小于两个波峰之间的距离，优选地，小于两个波峰之间的距离的一半。
全文摘要
本发明提供了一种用于从水面区域的波浪运动提取能量的波浪发电设备，所述波浪发电设备包括在其中支承有至少一个转子的框架结构，并且其中，转子在转子轴上悬挂在框架结构中，转子轴在波浪发电设备的正常使用情况下基本上是水平的，以便转子能够围绕保持在框架结构中的转子轴旋转，并且其中，配置用于将每个转子保持为部分地浸没在水面区域中的装置。本发明通过经由自由运转机构安装在转子轴上的转子实现这种波浪发电设备的输出效率的增加，自由运转机构构造成使得基本上仅当转子围绕转子轴沿一个方向旋转时，转子才能够将动量传递至转子轴。
文档编号F03B13/14GK101970856SQ200980104455
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月6日
发明者汤米·拉森 申请人:奥克斯迪克股份公司