CN101490409A - 波动力设备以及该设备作为应急发电机的应用 - Google Patents

波动力设备以及该设备作为应急发电机的应用 Download PDF

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Abstract

一种波动力设备，其中，一系列相互连接的浮体可以设置在大片水面上，或者可以部分地浸没在水面中，以便在此处经受波动，至少一个能量产生装置设置成与该浮体系列中的可动链环相关联，并形成单个链环的一部分，该链环成形为具有第一铰链部件、第二铰链部件和链轴的铰链，该第一铰链部件由发电机的定子构成或者连接到发电机的定子上，该第二铰链部件由发电机内的转子构成或者连接到发电机内的转子上。在链环之间，以及在每个端部与最接近的链环之间，延伸着没有浮力或具有有限浮力的连接元件。所述浮体系列的每个端部分配有至少一个浮体，该浮体连接到该端部上，或者与该端部悬垂连接。浮体被分配到链环上，并且每个浮体由下述装置中的至少一个构成：所述链轴；链轴的一部分；连接到或连接在每个链环上的浮体；连接在或连接到每个链环的相应端部区域上的浮体；以及与每个链环悬垂连接的浮体。

Description

波动力设备以及该设备作为应急发电机的应用
本发明涉及一种波动力设备，其中，一系列相互铰接的浮体可以设置在大片水面上，或者可以部分地浸没在水面中，以便在该处经受波动，至少一个能量产生装置设置成与该浮体系列中的可动链环相关联，并构成单个链环的一部分，该链环的形状形成为具有第一铰链部件、第二铰链部件和链轴的铰链，该第一铰链部件由发电机的定子构成或者连接到发电机的定子上，该第二铰链部件由发电机内的转子构成或者连接到发电机内的转子上。
以下列文献作为参考对现有技术进行说明，其中：
GB2091815涉及一种通过发电机壳体和发电机转轴铰链连接的浮体；
DE4310997涉及一种方案，该方案中每个链环都构造为发电机，在该链环之间延伸有连接元件，每个连接元件都构造为浮体；
US4210821描述了一串浮子，这些浮子之间的相互运动转换为能量；
DE4338103涉及一种浮标，其中波动使磁体沿着线圈上下运动；
GB2402557涉及一种浮子，该浮子通过杠杆和支点以及弹性装置使磁体运动进和运动出具有电子线圈的定子的间隙；以及
GB2338839描述了两种方案，其中一种方案涉及具有可动尾部和线性发电机的浮筒，该线性发电机在链环之内。
通过下列文献，对一般的现有技术进行进一步描述：
US1078323，US4686377和EP0035346，涉及一种波动力设备，该设备基于流体压缩机或流体泵与一串元件中的链环共同合作，该链环与浮体共同地一起构成该设备。
波动力具有可再生能源的优点，依靠设备的位置和技术，在波能中具有巨大的潜力。该优点在于能够通过波动力获得电能，因此，避免了矿物燃料燃烧排放CO2。然而，我们仅在有限的范围内利用了波动力。这是由于诸如能量产生不稳定、装置昂贵并暴露在外、从该装置到陆上的用户能量运输路线通常较长，以及难于与海面上的装置相连并难于进行组装操作等因素造成的。
为了获得最理想的波动力开采，重点在于上、下运动的区域应尽可能大。因此，传统的方案必须将浮体设置在链环之间，这便导致了连接元件变得很不方便，而且很容易损坏并制造昂贵。最可能的原因就是，转换动力的设备较重，并需要浮力，因此，浮体的构造必须适应动力转换设备，该动力转换设备与链环相关联，并且在一些情况下，该动力转换设备沿着浮体延伸一段距离。然而，从维护的角度来看，尽可能地减轻整个重量，同时构建能够降低生产成本的模块化构造，简化组装，甚至在不利的气候条件下使得维护和设备入海更容易，并实现构成整个设备的模块的简易储存，这些也很重要。然而，由于现有的结构，这些被证明了是不可行的，尽管在本领域中已经存在很多已知技术。
许多现有的方案都使用了容易磨损的部件，然而重要的是，部件更换时很复杂。已知设备中的许多部件对于波能的转换并没有任何实质贡献，因为传统的浮子方案通常锚固在海床上，并具有发电机，当该发电机的部件与浮子的上、下运动一起相互运动时，该发电机发电。因此，应尽可能避免这些力，以及能量往下传送到海床上。
此外，确保波动力设备能够承受具有强风和较大波浪高度的极度气候条件，这是最基本的。即使波动力设备能够靠近海岸区域设置，然而远离可见海岸区域时也应该能够发挥作用。因此，该波动力设备也能在海中轻松地装配和取回，同时具有质轻并耐用的结构也是很重要的。
因此，本发明的目的在于提供一种设备，该设备能够弥补一些现有方案中明显的缺陷或不足，因而，本发明的目的是制造一种设备，该设备能够直接生产电能，并且该设备的装配和取回都简单快捷，该设备能够模块化构造，在运输过程中当放置在船上货仓时，其仅需要较小的空间。
根据本发明，上述设备的特征在于，在链环之间，以及在每个端部与最接近的链环之间，延伸着没有浮力或仅有有限浮力的连接元件；阵列的每个端部分配有至少一个浮体，该浮体连接到该端部，或者悬垂连接到端部；以及浮体分配到链环上，每个浮体由下述装置中的至少一个构成：
所述链轴；
链轴的一部分；
连接到或连接在每个链环上的浮体；
连接在或连接到每个链环的相应端部区域上的浮体；以及
与每个链环悬垂连接的浮体。
从下面的参考附图的描述以及所附的权利要求中，所述设备的其它实施例将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的设备的第一操作模式。
图2是图1所示设备的顶视图。
图3示出了根据本发明的设备的第二操作模式。
图4示出了根据本发明的设备的第三实施例。
图5示出了根据本发明的设备的第四实施例。
图6示出了根据本发明的具有链轴的设备的截面侧视图。
图7示出了在发电机的转子部分与定子部分组装前图8的截面VII。
图8示出了图2所示设备的截面的顶视图。
图9是出了图2和图6-8所示方案的变形。
图10示出了图2、6-8和9所示设备的进一步变形。
图11以框图方式示出了包括在所述设备内的发电机与能量消耗之间的连接。
图1-5示出了波动力设备1，其中一系列相互连接的浮子2，3，4，5，6可以设置在大片水面7上，或者部分地浸没入水面7中，以便在该处经受波动。一些浮子与该浮子系列内的可运动链环8，9，10相关联，或者形成所述链环的一部分。如图7-9中更详细示出的，设置在每个这些可运动链环8-10之间的是能量产生装置11，12；111-11n，121-12n，其中在所选取的实施例中n＝16。部件11可以形成定子，而部件12可以形成转子。
根据图6-8所示出的发电机由定子11和转子12构成，如上所述。基本上，该定子和转子都应与周围环境电绝缘，从而该发电机耐用并且是防水的。设想的是，该定子11由多个平行的环形体构成，每个环形体被分成多个相互电隔离的包括感应线圈的部分。还设想的是，所述转子12类似地由多个相互平行的环形体构成，每个环形体装配有由永磁体材料或常规磁体形成的部分，从而在转子相对定子运动时，在该定子的感应线圈内产生稳定的变化场。每个发电机的定子产生交流电，但并不需要来自各个发电机的电流同相。
部件11和12具有通孔，链轴13能够通过该通孔延伸。该链轴方便地固定在定子11上，或固定在转子12上，以便允许转子12相对该链轴13和定子11运动，或者允许定子11相对该转子12和链轴13运动。然而，也可以设想，该链轴可以在其端部处被简单地限制，这样当链环上、下运动时，该定子和转子都能绕该链轴运动。在该情况下，所述链轴方便地构造为浮体，该浮体可以是中空的，可以是具有内脊(例如通过挤压成形)的管状，或者可以是管状并且填充有诸如泡沫塑料的加强材料。在许多情况下，可能额外需要与每个链环及浮子系列的端部相关联的附加的浮体。
能量产生装置11，12构成单个链环的一部分。链环8-10成形为铰链，其中第一铰链部件由发电机的定子构成，第二铰链部件由该铰链部件内的转子12构成。在所示实施例中，所述铰链的链轴13将分别延伸通过定子11和转子12的中心。
在图9所示的一个替换实施例中，该第一铰链部件连接到发电机15的定子14上，该第二铰链部件由该铰链部件内的转子16构成或者连接到该转子16上。在这个方案中，可以设想的是该铰链具有由发电机的驱动轴构成的链轴16’。因此，所形成的单独的发电机通过各自的附图标记35’；36’；37’表示。
在图10所示的其它的替换实施例中，连接链环38；39通过各自的铰链部件38’；39’和共同的轴40相互可动地铰接在一起。在所示实施例中，轴40刚性地连接到铰链部件38’上，同时铰链部件39’相对于铰链部件38’和轴40是可运动的。该轴40可以是完全或部分中空的，从而该轴形成浮体。如果需要，该轴可以具有内脊或者填充诸如泡沫塑料的轻质加强填充材料。发电机41和42的发电机壳体通过固定件39”；39’’’固定到连接链环39上，同时各自的发电机驱动轴41’；43’与轴40轴向对齐，并刚性地连接到该轴40上。浮体42；42’设置用于相应的发电机41；43。当波动导致链环各自的两个主部件38，39改变它们相互的角度时，枢轴41’；43’将相对各自的发电机壳体转动，从而发电机发电。
由于所发电将是交流电，即作为波频函数的极性交替的直流电，因此，来自单个发电机35；36；37或35’；36’；37’或42；43(如果在该浮子系列内有更多链环，那么就会有更多的发电机)的电流传递到图11所示的整流器部件44，并在那里进行整流，就是必需的了。如图9进一步所示，该整流器部件44方便地设置在所述设备的端部，即在整流后的电能作为直流电直接供应到用户45(参见图11)或者通过换流器作为交流电源供应给用户之前。
如图2和9所示，在该浮子系列内的单独的链环通过连接元件17-20连接。在正常环境下，这些连接元件具有很小的或者本身不具备浮力，浮力应在铰链的链环本身处，以及也在该浮子系列的端部区域，即没有发电机之处，这是最理想的了。如上所述，链轴自身可形成有效的浮体，因为该链轴是中空的，或者填充有浮力材料，该浮力材料填充链轴的空腔。
在图1和2所示的方案中，其目的在于将该浮子系列在其一端设计为能够通过绳索或链索22固定到海底/海床21上。来自发电机的电缆23能够跟随绳索22到海床，由此向前传递到用户地点，或者能够布置成部分地漂浮在海上以传到例如在岸上的用户装置。
图3示出了该浮子系列在其一端1”被设计为能够连接到地质层24上。一个这样的地质层24可由在任何时候都突出在水体表面之上的独立于潮差的地层构成，或者由独立于潮差的在水体表面之下的地层构成。在这种情况下，电缆23’可直接传递到该地质层24上。
参考图4示出的使用方式，其目的在于显示出，所述设备能够作为用于浮船或船25的应急动力源。如果该浮船出现发动机故障，在船上的发电机因此不再发电，那么这便是有意义的。在这种情况下，所述设备的浮子系列1在其一端1”’能够连接到该浮船/船25上。在有利的实施例中，通过将链轴拔出，能够容易地在所有链环处将所述设备1拆下，或者该设备在链环处可轻松地被折叠。因此，所述设备在不需要使用时能够很容易地放置在船上。
在图1-4所示的方案中，其目的在于链轴本身将能够形成浮体，但是在链环处以及在该浮子系列的端部处加入额外的浮体当然也是可行的。
图5所示的方案与图1所示的类似，但是可以看到，额外的浮子设置在链环处以及该浮子系列的端部处。这对于图10所示的典型实施例来说是也相当有意义的方案。
在图5所示方案中，可以设想，所述设备具有通常不足的自身浮力，也许可以稍微浸没在水面之下，在该情况中，该浮子系列内的每个链环以及该浮子系列的端部能够悬挂在至少两个浮子26，27，28，29，30上。在一些情况下，尤其是没有船只交通碰撞到所述设备的风险时，该方案是较适合的。
将包括在一系列元件内的元件标准化是较理想的，例如，诸如连接元件17-20的连接元件可以是标准的模块，例如a)两个结合的类型，即具有a1)在两端的定子，以及a2)在两端的转子；b)仅具有在一端的定子和在另一端的转子；和/或c)具有c1)仅在一端的转子或c2)仅在一端的定子。模块的类型c)尤其适合一系列浮子内的端部元件，从而该浮子系列的外端不包括昂贵的不常用的转子部件或定子部件。
如上面所提到的，优选的是，浮体设置在该浮体系列中的所述链环内，或者设置在所述链环处，或者悬挂在所述链环上，从而在链环之间，此外在该浮体系列的端部与最接近的链环之间，延伸着不具有浮力或仅有有限浮力的连接元件。
参考图1-9，将理解的是，每个所述浮子或浮体可以由下述装置中的至少一个构成：构造为浮体的所述链轴13；连接到该链轴13上的浮体27-29；连接到所述连接元件的端部上的浮体26，30；连接到链轴的每个端部区域以及所述设备的端部上的浮体；以及与每个链环和所述设备的端部悬垂连接的浮体，如图5所示。
图10示出了通过发电机驱动轴固定到链轴每个端部上的发电机，浮体固定到发电机壳体上或围绕着该发电机。
不管什么区域，根据本发明的设备都将适用，用合适的标记33装配该设备是很重要的，例如，从下面的组中选择该标记：雷达反射器，光发射器，指示桩，无线电广播发射机以及锚定在该浮子系列的至少一个端部上的指示气球。
在一些情况下，用至少一个龙骨34装配所述设备也是有利的，从而该设备相对于安装位置变得定向稳定。

Claims (8)

1.一种波动力设备，其中，一系列相互连接的浮体可以设置在大片水面上，或者可以部分地浸没在水面中，以便在此处经受波动，至少一个能量产生装置设置成与该浮体系列中的可动链环相关联，并形成单个链环的一部分，该链环成形为具有第一铰链部件、第二铰链部件和链轴的铰链，该第一铰链部件由发电机的定子构成或者连接到发电机的定子上，该第二铰链部件由发电机内的转子构成或者连接到发电机内的转子上；
其特征在于：在所述链环之间，以及在每个端部与最接近的链环之间，延伸着没有浮力或具有有限浮力的连接元件；所述浮体系列的每个端部分配有至少一个浮体，该浮体连接到该端部上，或者与该端部悬垂连接；以及，浮体被分配到链环上，并且每个浮体由下述装置中的至少一个构成：
所述链轴；
链轴的一部分；
连接到或连接在每个链环上的浮体；
连接在或连接到每个链环的相应端部区域上的浮体；以及
与每个链环悬垂连接的浮体。
2.如权利要求1所述设备，其特征在于：每个链环内的定子和转子相对于链轴都是可运动的。
3.如权利要求1所述设备，其特征在于：所述定子或转子固定连接到链轴上。
4.如权利要求1所述设备，其特征在于：所述链轴固定连接到所述铰链部件中的一个。
5.如权利要求1-4中的任一项所述设备，其特征在于：所述发电机的驱动轴连接到链轴上，该发电机的壳体固定地连接到第二铰链部件上。
6.如权利要求1所述设备，其特征在于：每个连接元件装配有至少一个发电机部件或连接到至少一个发电机部件上，该发电机部件从以下部件中选择：在两端的定子；在两端的转子；在一端的定子和在另一端的转子；以及仅在一端的定子或转子。
7.如权利要求1-6中的任一项所述设备，其特征在于：所述铰链的链轴分别延伸通过定子和转子的中心，或者该铰链的链轴由发电机的驱动轴构成，或者以这样的方式连接所述铰链部件，即该链轴的至少一个端部与发电机的驱动轴轴向对准，并连接到该驱动轴上。
8.权利要求1-7中的任一项所述设备的应用，作为用于船舶或船的应急发电机使用。
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