CN101970857A

CN101970857A - 波能发电单元

Info

Publication number: CN101970857A
Application number: CN2009801046118A
Authority: CN
Inventors: S·格特勒
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2011-02-09
Also published as: WO2009097839A3; EP2250368A2; JP2011511204A; KR20100118597A; US20100327595A1; WO2009097839A2

Abstract

本发明涉及一种利用波浪的力发电的装置，该装置包括第一浮动部件(14，76)，第二固定部件(22，90)，至少一个发电机(18)，至少一个平移元件(12)以及至少一个旋转元件(16)。所述第一浮动部件(14，76)和所述第二固定部件(22，90)可以通过波浪而相对彼此平移移动，因此使所述平移元件(12)和关联的旋转元件(16)之间产生平移的相对运动，从而所述旋转元件(16)吸收旋转能，该旋转能通过至少一个关联的发电机(18)转化为电能。

Description

波能发电单元

技术领域

本发明涉及一种波能发电单元，该波能发电单元用于通过由波浪引起的浮体的上升行程(upstroke)来产生电能。

背景技术

除了风力涡轮发电机、太阳能电池或者潮汐发电设备之外，利用波浪的运动也为人所知。这使其适用于海岸附近，因为那里的波浪最大。

WO2008 116 621 A1公开了一种从波浪的动力中获取能量的装置。其中，可移动部分(次级线圈)相对于以初级线圈形式的不可移动部分的上升行程由波浪来实现。通过这种线性发电机，利用初级线圈和次级线圈的相对运动来产生电能。其中，次级线圈的绕组由高温超导体形成。这种实施方式的缺点是不能机械存储能量，并且由于材料的选择而导致生产成本很高。

通常，发电厂的高生产成本和成本效益对其使用起着决定性的作用。

发明目的

因此，本发明的目的在于提供一种设备，该设备能够制造简便且成本高效，而且所述设备能够在较低的操作重量下将波浪的力转化为电能，同时避免上述缺点。

根据本发明，上述目的通过权利要求1的特征来实现。

从属权利要求是本发明的进一步优选的实施方式。

本发明基于将波浪的运动所产生的波浪的力转化为旋转能，并最终转化为电能的发现。

根据本发明，所述波能发电单元包括第一浮动部件，第二固定部件，至少一个平移元件和至少一个旋转元件。所述固定部件和所述浮动部件能够通过波浪的运动而相对彼此移动。因此，所述固定部件在操作过程中不移动，其中通过异常环境影响，拆分或移位仍然能够发生。所述两个部件之间的平移相对运动使旋转元件和相关联的平移元件之间发生平移运动。所述浮动部件、固定部件、平移元件和旋转元件相互之间为可操作的相关联。因此，旋转元件和相关联的平移元件之间的平移相对运动使旋转元件发生旋转。如原本已知地，有多种可能性将平移运动转化为旋转运动。例如，可以通过蜗轮、上升螺柱(lift spindle)或者陀螺单元(gyro unit)等来实现。

此外，所述旋转元件与至少一个发电机可操作地相关联，该至少一个发电机将旋转能转化为电能。这可以通过将旋转元件的旋转运动通过例如摩擦力传递到发电机的驱动轴上来实现。此外，还可以考虑将发电机转子直接连接到旋转元件上。旋转能通过至少一个发电机转化为电能。例如，这可以如通常通过混合动力车或者风能轮那样来实现。因此，获得的能量从波能发电单元通过导电体而输送。

因此，通过使用不论如何都存在的波浪以环境友好和用之不竭的方式产生电能。通过平移运动向旋转运动的转化，最优地方式来使用惯性蓄能(inertia storage)。此外，通过这种解决方案，可以实现具有实际较低操作重量的装置。

根据第一实施方式，在平移元件和旋转元件之间设置有齿轮单元(gear unit)。这样的优点在于，齿轮单元适于传动的需要。

在特别优选的实施方式中，旋转运动通过自由旋转齿轮单元(free wheeling gear unit)传送到旋转元件。所述自由旋转齿轮单元只允许一个旋转方向上的力矩的传输。因此，所述旋转元件通常只可以在一个旋转方向上驱动。所述旋转元件不会由于缓慢旋转或者相反的旋转驱动侧而制动减速。这样的优点在于旋转元件将储存的能量恒定地输出。

在特别优选的实施方式中，至少一个平移元件直接或间接地连接到固定部件上。至少一个旋转元件水密封性地结合到浮动部件，并可旋转地支撑于此。所述平移元件与浮动部件和旋转元件都为可操作地相关联。这确保浮动部件和固定部件之间沿着平移元件的相对平移运动，并且通过旋转元件结合到浮动部件，也确保旋转元件和平移元件之间的平移运动。在此情况下显而易见地的是，同样与旋转元件可操作地相关联的至少一个发电机结合到浮动部件。这样的优点在于，海中发电站的安装相当简单。

作为一种替代方式，旋转元件水密封性地结合到固定元件，并且所述平移元件连接到浮动部件上。所述浮动部件由于波浪而相对于固定部件平移移动，其中平移元件因此相对于旋转元件移动。由于该相对运动，平移元件使得旋转元件旋转。在本实施方式中，发电机设置于固定部件中。本实施方式的优点在于将浮动部件所支撑的重量最小化。

此外，固定部件和/或浮动部件形成为至少两部分是有利的。这实质上便于各个部件的安装和维护工作。此外，为大型波能发电单元提供入口闸(entrance lock)是有意义的。其中，为了进行维护工作，所述入口闸适于气密性地封闭，并提供通向波能发电单元内部的通道。其中，所述入口闸配置为允许维护人员和需要的材料进入。此外，安装也因此显著地得以简化。

在另一优选实施方式中，在浮动部件和固定部件之间设置有至少一个阻尼元件。这个阻尼元件的作用是避免在高浪时部件之间的硬碰撞，也就是说，避免浮动部件和/或连接于该浮动部件的部件与固定部件和/或连接于固定部件的部件之间的硬碰撞。这对能量发生单元的寿命至关重要，并减少材料的载荷。阻尼元件可以设置在例如固定部件和平移元件之间和/或浮动部件和平移元件之间。

此外，设置有至少一个复位元件，该复位元件与浮动部件和固定部件可操作地相关联。该复位元件的作用在于，当该元件在波峰的作用下偏移时储存能量，并在下一个波谷时输出能量，所以浮动部件可以沿着水面滑回其初始位置。这样的优势在于，最大的波浪上升行程以最优的方式得以使用。复位元件也可以位于平移元件和浮动部件之间，也可以设置在平移元件和固定部件之间。

此外，所述阻尼元件和复位元件可以构成一个结构单元。这在减轻重量以及降低成本方面会影响整体结构。

根据另一个优选实施方式，平移运动通过钻杆和飞轮转化为旋转运动。所述钻杆的一部分包括左旋和/或右旋蜗轮，并且所述钻杆被飞轮中间的接收部(receipt)支撑。利用飞轮沿着钻杆的相对运动，钻杆通过飞轮的螺纹旋转。其中，钻杆相当于平移元件，飞轮相当于旋转元件。其中，飞轮设置为在圆周区域包括其比较大部分的重量。这具有特殊的意义，首先，用于储存机械能。在受力更大的情况下，可以考虑用蜗杆来代替钻杆，因为蜗杆可以承受更大的力。

优选地，自由轮(free wheel)通过自由旋转齿轮单元连接到钻杆上，该自由旋转齿轮单元可以通过爪形离合器(claw clutch)来实现。其中，由钻杆带动旋转的所述爪与啮合凸轮(catching cam)啮合，所述啮合凸轮刻有与旋转方向相反的槽(chamfered)。所述啮合凸轮与飞轮连接。通过对啮合凸轮刻槽(chamfer)而形成自由旋转齿轮单元。这个实施方式的成本非常高效。此外，作为替代方式，自由旋转齿轮单元可以通常如自行车那样得设置。

具体地，发电机可以包括驱动轴和固定到驱动轴上的齿轮。为了传送自由轮的运动，齿轮与自由轮上的齿轮啮合。其中，发电机的驱动轴可以设置为垂直或者平行于自由轮的轴线。这样的优点在于，万一出现失效，则多个多余的发电机能够提高安全性。

在另一优选实施方式中，发电机的转子连接到飞轮上，飞轮相对于发电机的定子移动。这样的优点在于能够以无额外摩擦损失的方式发电。

具体地，增速齿轮单元(step-up gear unit)设置在平移元件和发电机之间。递增齿轮单元可以设置与平移元件和旋转元件之间，或者也可以设置在旋转元件与发电机之间。齿轮单元能够根据波浪自动地转接(switchable)，这特别具有优势。这极大程度上提高波能发电单元的效率。

优选地，自由轮与浮动部件连接，钻杆与固定部件连接。因此，波能发电单元从飞轮与固定钻杆之间的相对运动中产生能量。作为一种替代方式，飞轮和固定部件和钻杆可以连接到浮动部件上。在两种修改方式中，自由轮和钻杆总是为可操作地连接。

在另一种优选实施方式中，波能发电单元的浮动部件形成为浮动浮标(floating buoy)。这样的优点在于，获得充分证明的形状和低成本的制造。此外，固定部件优选地形成为锚板(anchor plate)。这保证运输的简单和将波能发电单元简单地固定在海底。此外，优选地，还在锚板和浮动浮标之间设置弹簧，具体地为拉力弹簧。其中，弹簧作为复位和/或阻尼元件。

尤其在海岸区域中，提供有一种所谓海岸发电站机架(coastal power station housing)的实施方式尤为适合，该机架包括波能发电单元的固定部件。因此，所述机架连接到陡峭的海岸底部。所述机架可以包括中空的圆柱体基础形状，所述机架可以由金属或者混凝土形成。浮动部件可以形成为圆柱桶并连接到平移元件，该浮动部件通过相对于包括中空圆柱体基础形状的海岸发电站机架的穿透的波浪而在圆柱体的内部移动。旋转元件结合到海岸发电站机架，并与平移元件可操作地连接。通过平移元件的相对运动，旋转元件进行旋转。发电机也明显地结合到固定部件，并将旋转能转化为电能。这种海岸布置方式的优点在于不需要水下电缆将电能引出。

附图说明

本发明的其他优点、特征和潜在应用可以从下面结合附图所示的实施方式的描述中获得。

在说明书、权利要求书、摘要和附图，这些术语和所使用的相关参考标记始终能够从参考标记列表中看到。在附图中：

图1是处于波谷中的波能发电单元的示意性视图；

图2是处于波峰中的波能发电单元的示意性视图；

图3是处于波谷中的不带有锚杆的波能发电单元的示意性截面图；

图4是处于最大上升阶段的不带有锚杆的波能发电单元的示意性视图；

图5是处于非上升阶段的带有内部壳体的波能发电单元的示意性截面图；

图6是处于最大上升阶段的带有内部壳体的浮动浮标波能发电单元的示意性截面图；

图7是浮动浮标的飞轮的示意性顶视图；

图8是钻杆的过渡区域(transition area)截面的示意性视图；

图9是自由旋转单元(free wheeling unit)的示意性截面图；

图10是自由旋转单元的示意性顶视图；

图11是浮动浮标盖的示意性部分截面图；

图12是蘑菇形实现方式的浮动浮标的示意性截面图；

图13是锥形实现方式的浮动浮标的示意性截面图；

图14是用于岩石海岸的波能发电单元处于非上升阶段的截面图；

图15是用于岩石海岸的波能发电单元处于上升阶段的截面图；

图16是用于岩石海岸的波能发电单元的顶视图；

图17是用于岩石海岸的具有V形壁的波能发电单元的截面图；

图18是弹簧座的侧视图；

图18a是弹簧座的顶视图；

图19是具有拉伸的弹簧的弹簧座的详细部分视图；

图20是具有压缩的弹簧的弹簧座的顶视图；

图21是具有结合的弹簧座的波能发电单元的视图；和

图22是具有更接近水面的结合的弹簧座的波能发电单元的视图。

参考标记列表

10波能发电单元 56体连接件

12钻杆 60飞轮的轮齿

14浮动浮标 62齿轮盖

14a浮动浮标盖 64钟形爪件

14b浮动浮标体 66啮合凸轮

16飞轮 68a滚子轴承/球轴承

18发电机 (下/内)

20弹簧柱 68b滚子轴承/球轴承

22锚板 (下/内)

24蜗卷弹簧 68c滚子轴承/球轴承

26固定环 (下/内)

28电缆 68d滚子轴承/球轴承

30密封件 (下/内)

32自由旋转齿轮单元 70信号灯

34密封毂 72空气阀

36Styropor封套 74绝热层

38锚杆 76圆柱形浮体

38b中心杆 78a混凝土底座

40上拉力杆 78b V形壁

42中间拉力杆 80距离滚轮

44调整浮体 82溢出开口

46拉力杆壳体 84开口

48弹簧壳体 86金属环

50调整板 88导向凹槽

52底板 90海岸发电站机架

54内部壳体 90a海岸发电站机架盖

90b海岸发电站机架体 118第二中间板

91电池 120弹簧座盖板

100波/浪 122弹簧

110弹簧座 122a第一弹簧对

112拉伸限制工具 122b第二弹簧对

114弹簧座底部 122c第三弹簧对

116第一中间板 124中心杆

具体实施方式

图1是波能发电单元10处于低浪时的示意性视图。波能发电单元10包括作为浮动部件的浮动浮标14，该浮动浮标14具有浮动浮标盖14a和浮动浮标体14b。

浮动浮标盖14a和浮动浮标体14b通过螺旋紧固件连接。在浮动浮标体14b和浮动浮标盖14a之间设置有具有气密性和抗盐水的密封带30。在浮动浮标盖14a中，发电机18或者直流发电机(dynamos)分别固定，所述发电机的驱动轮在飞轮16的边缘区域与齿轮啮合。飞轮16代表本实施方式中的旋转元件。飞轮16在浮动浮标14上的固定可以在图10中详细看到。飞轮16通过自由旋转齿轮单元32根据该飞轮16沿着钻杆12的相对运动而进行旋转。钻杆12在其上部区域包括蜗杆螺纹，飞轮16通过该上部区域移动。

钻杆12通过固定环26连接到锚杆38，其中锚杆38包括可浮起的封套(floatable envelop)36。除了可浮起的封套36之外，可以选择具有可浮起的填充物的锚管作为替代，如图21和22所示。锚杆38通过蜗卷弹簧24并利用另一固定环26而与锚板22连接。除了蜗卷弹簧24之外，还可以考虑结合为一体连接(homorganic joint)。因此，锚板22包括波能发电单元的固定部件。需要将锚板视为固定部件，这是因为在工作时该锚板不在波能发电单元内移动，还因为该锚板22使浮动浮标14能够与锚板可操作地连接，并由于波浪而与锚板分离。由于拆卸或者不正常环境的影响所导致的可能的移动并不会损害锚板的固定位置。锚板22通过锚杆38连接到平移元件，钻杆12。从图1中还能看出，拉力板40固定在钻杆12上。在拉力板40和浮动浮标体14b的下部之间设置有弹簧柱(spring column)20，因此该弹簧柱20通过锚杆38与浮动元件和固定元件可操作地关联。其中，弹簧柱20包括多个具有不同弹簧参数的弹簧。每个弹簧通过另外的中间拉力板42而彼此连接。中间拉力板42的直径稍大于两个相邻弹簧的最大直径。拉力板42的中间包括椭圆形的开口，钻杆12可以穿过该开口而滑动。

优选地，锚板22由钢筋混凝土形成，因为这样可以成本高效地制造锚板。锚板22的尺寸和重量设计为波能发电单元10能够固定不动地保持在其位置上。锚板的质量(mass)大约相当于连接的浮动浮标14的升力的三倍。固定环26由抗盐水的高品质(high quality)钢形成，其中，材料的厚度设计为数十年不需要更换固定环26。

蜗卷弹簧24固定在锚板22的固定环26上，该蜗卷弹簧24连接锚板22和锚杆38。蜗卷弹簧24能实现与一体连接(homorganic joint)相似的功能，因为蜗卷弹簧只能伸长很少的量。蜗卷弹簧允许相邻的锚杆38在所有方向上枢轴旋转，而弹簧力实际上与锚杆38垂直地对齐。因此，这个力的效果更优于单纯连接。蜗卷弹簧24由抗盐水的铬钢制成。与蜗卷弹簧24相邻的锚杆38也由抗盐水的钢或者塑料材料制成。

由于海水的水流，锚杆38不能够完全垂直地立在海水中，锚杆38的重量对固定在其上的浮动浮标14具有影响。由于负载的作用，浮动浮标会被向下拉。为了避免这种情况，锚杆38由可浮起的封套36覆盖，该可浮起的封套36承担锚杆38的自重并在其顶部产生用于浮动浮标14的额外的浮力。所述封套由Styrodur形成，这是因为Styrodur具有很大程度的抗盐水性，并且只需要很少的额外工序例如抗紫外线辐射就能够产生完全的抗盐水性。

锚杆38通过另一固定环26连接到钻杆12上，该钻杆12包括椭圆形的横截面。钻杆12的具体布置将在图8中加以更加详细的描述。

钻杆12穿过密封毂34伸入浮动浮标14b的内部。因此，浮动浮标14能够在钻杆12上平移地移动。由于钻杆12的椭圆形形状以及密封毂34的椭圆形底座，浮动浮标体14b不能旋转。在这个位置上，密封毂34在很大程度上防止水进入到浮动浮标14中。对于水以某种方式进入到浮动浮标14中的情况，浮动浮标14的内部空间填满Styropor。无论如何，这都能避免浮动浮标14的下沉。

弹簧柱20位于最上的拉力板14和浮动浮标体14b的底侧之间。压力弹簧设计为使得浮动浮标14返回到波谷，并防止浮动浮标14从波峰跳跃到波峰。选择单个弹簧的组装，从而使浮动浮标14返回到波谷的运动对于每个波浪都得以优化。此外，弹簧柱20选择为使得浮动浮标14的向上的游动不受影响，该向上游动在很大程度上不受阻碍。此外，弹簧柱20能够实现阻尼的功能。通过弹簧，最上的拉力板40和浮动浮标体14b的下部的碰撞在浮动浮标14的速度大幅提升时得到缓冲。这关键地缓解了材料压力。电缆(cable)的长度设计为使得当浮动浮标14上升到最大位置时该电缆也不会被拉断。

在浮动浮标14由波浪100抬升的情况中，连接在浮动浮标14上的飞轮16也沿着钻杆12向上移动。因此，就导致飞轮16移动。发电机20通过这一运动而产生电能，发电机20的驱动轮与飞轮16上的齿轮啮合。产生的电能通过海下电缆28输送到陆地上。

图2显示类似于图1的波能发电单元10的示意性截面图。与图1相反，图示的波能发电单元10处于高浪。此外，锚杆38没有封套，但是由调整浮体44支撑。作为一种替代方式，可以将两种修改合并。调整浮体44设计为支撑锚杆38的重量，还给浮动浮标14提供额外的浮力。此外，可以看到，在高浪情况下，弹簧柱20在最上拉力板40和浮动浮标体14b的底部之间被完全压缩。其中，相对较大的波浪也可以完全冲击在浮动浮标14上。只有在这种情况下，弹簧柱20特别重要的作用是将浮动浮标14再次拉回其初始位置。

此外，可以看到钻杆12拉伸到最大程度，所有的弹簧都被压缩。在这幅图中，上面的固定环26需要被特别注意。这样的优点在于，在维护工作中，浮动浮标14不必从海底拆卸下来，但是可以从锚杆38到钻杆12的过渡部分断开。这方便了维护工作。

图3显示分别处于波谷或者低浪100中的浮动浮标14的示意性截面图。在该图中，钻杆12直接连接到锚板22上。由于没有设置额外的可断开的过渡部分，因而能够提高稳定性。这个修改方式特别适用于浅海岸区域。在浮动浮标14的该阶段中，设置于上拉力板40和浮动浮标体14b下部之间的弹簧柱20不受拉力作用。

在这个实施方式中，还提供了钻杆12的封套36。这个封套由Styrodur形成。在此实施方式中，钻杆12还通过蜗卷弹簧24和固定环26而连接到锚板22。锚板22、固定环26和蜗卷弹簧24的结构如图1所示。

设置于浮动浮标上部14a和浮动浮标体14b之间的密封带30在这里也可以看得特别清楚。发电机18、飞轮16和自由旋转齿轮单元32结合的整体也如图1所描述的那样实现。

在图4中，图3所示的波能发电单元图示为处于上升状态。此处再次可见能与图2相比较的上拉力板40和浮动浮标体14b之间的弹簧柱20的压缩。在这里，可以特别清楚地看到，椭圆形钻杆12变为平滑的部分和具有蜗杆螺纹的第二部分。

图5显示另一实施方式的示意性截面图。这里显示的实施方式包括内部壳体54。该内部壳体包括底板52、拉力杆壳体46、调整板50、弹簧壳体48以及体连接件56。内部壳体54的所有部件都以流体密封的方式相互连接。

其中，拉力杆壳体46与底板52相邻设置，该底板52包括用于钻杆12滑动穿过的开口。调整板50形成拉力杆壳体46的末端部分(final portion)。调整板50中的椭圆形开口允许钻杆12滑动穿过而不会旋转。调整板50与弹簧壳体48之间的过渡部分需要进行保护，防止水的侵入。通过这个实施方式，钻杆12不会在上下滑动时而制动减速。弹簧壳体48也以水密封和空气密封的方式连接到调整板50上。这样的优点在于，可以在弹簧壳体48之中充入油，用于钻杆12的润滑。因为油的密度小于水，所以油不能进入海水。因此，就能够避免发生环境污染。在弹簧壳体48的上端，体连接件56以水密封和空气密封的方式连续地形成。这就为与浮动浮标盖14a在边缘区域的连接提供可能。体连接件56和浮动浮标盖14a之间的密封件30提供水和空气的密封性。如前面的图中所提到的，飞轮16、自由旋转齿轮单元32和发电机18设置在浮动浮标盖14a的区域内。

在这个实施方式中，也提供有设置于最上的拉力板40和调整板50之间的弹簧柱20。

因为在这种实施方式中，内部壳体54形成浮动浮标14的框架，浮动浮标体14b的其余部分的设计可以相对自由。在这个实施方式中，浮动浮标体14b的其余部分完全由Styrodur形成。为了具有所需的耐久性，Styrodur具有防紫外线且防盐水的漆。这样能够实现非常成本高效的制造。

为了更好地缓冲高浪的力，在锚板22和钻杆12之间设置有弹簧座110。在本图中，该弹簧座包括三对具有不同拉力的弹簧，这将在图19中进行更加详细地描述。此外，为了提高弹簧座的弹簧的寿命，设置有拉伸的限制。弹簧座安装为不能旋转，并通过固定环26连接到锚板22和钻杆12上。因此，多个弹簧在浮动部件和平移元件之间可操作地关联，而且多个弹簧在平移元件和固定部件之间也可操作地关联。

图6显示图5的实施方式中的波能发电单元，但该波能发电单元通过高浪100而处于上升到最大值的状态。与图2和图4类似，可以看到弹簧柱20的压缩和钻杆12的完全伸长。与图5类似，在该图中，在锚板22和钻杆12之间也设置有弹簧座110。

图7显示浮动浮标14的飞轮16的示意性顶视图。发电机18的驱动轮与飞轮轮齿60啮合，该飞轮轮齿60可以在本图中清楚地看到。在这种情形中，显示了四个发电机。多个发电机18的结合意味着，一方面更加高效，另一方面由于具有多余的发电机所以更加安全，从而防止失效。

在飞轮的中心，在顶视图中可以看到自由旋转齿轮单元32，在自由旋转齿轮单元的中间具有开口，作为钻杆12的通道。

图8显示钻杆12的过渡区域的部分视图。钻杆12的下部包括椭圆形截面的形状和平滑的外表面。具有平滑表面的椭圆形基础形状允许钻杆12在相应的椭圆形接收部中滑动，而不发生旋转。钻杆12的上部包括用于驱动飞轮16而形成的蜗杆螺纹。

图9显示通过钟形截面的爪件64而实现的自由旋转齿轮单元。自由旋转齿轮单元32的形成与玩具陀螺(toy gyro)相似。其中，自由旋转齿轮单元32包括固定连接于飞轮16的齿轮盖62。

钻杆12穿过飞轮16和齿轮盖62延伸。此外，钻杆12延伸穿过钟形爪件64，该钟形爪件64被支撑，从而能够垂直移动和旋转。在这个实施方式中，飞轮16包括啮合凸轮66。在本图中可见，所述啮合凸轮66尽可能地形成为半弯曲的圆锥体。这与玩具陀螺的自由旋转齿轮单元32不同。啮合凸轮66在这里形成为四分之一球体。然而，这并不适合于波能发电单元10的高长期负载。

在本图中可以清楚地看到，通过飞轮16和钻杆12之间的运动，在该运动期间所述钻杆12向下运动，转矩从啮合凸轮66传递到飞轮16。然而，如果钻杆12向上运动，钟形爪件64朝向齿轮盖62的方向运动，并在那里相对自由地旋转。

在图10中，可以在顶视图中清楚地看到弯曲的球形啮合凸轮66在飞轮16上的布置。图中中间所示为钟形爪件64。此外，图中还指示出被驱动的飞轮16的旋转方向。通过自由旋转齿轮单元32，可以使飞轮16比钟形爪件64旋转得更快。因此，飞轮16的转动惯量以最优的方式得以利用。

图11显示根据图1或图2的浮动浮标14的详细的截面图，特别是浮动浮标盖14a。飞轮16的轴承可以看得特别清楚。在浮动浮标体14b的一侧，飞轮16支撑在两个球轴承68a和68b上，该两个球轴承68a和68b与飞轮16同心。径向外侧的球轴承68b支撑飞轮16的边缘，并且提供飞轮16的轮齿和发电机18的驱动轮之间的确定距离。连接到浮动浮标盖14a的球轴承68c设置为与径向内侧的球轴承68a相反，并因而以可旋转的方式支撑飞轮16。并且，飞轮16边缘区域的实现方式也可以在本图中清楚地看到。这能够增大浮动浮标14的惯性质量，并提供均匀电流的产生。

此外，图11详细地显示了飞轮16上设置有啮合凸轮66的自由旋转齿轮单元32，该自由旋转齿轮单元32已经在图9和图10中更详细地进行解释。此外，还提供有信号灯70，该信号灯设置在浮动浮标14的最高处。因此，该信号灯设置在浮动浮标盖14a的覆盖钻杆12的部分上。这部分形成为使得钻杆12和支撑的浮动浮标14以完全轻松的方式而一同抬起。

此外，浮动浮标体14b中显示有电池92，该电池92通过电缆与发电机18和信号灯70连接。在发电机18上，可以看到带有齿的驱动轮，该驱动轮与飞轮16的轮齿60啮合。这能够在很大程度上确保能量的传送没有损失。图中还显示有发电机18与浮动浮标盖14a之间的固定。此外，空气阀72设置在信号灯附近。

浮动浮标盖14a上的绝热层74也可以在本图中清楚地看到。该绝热层74由Styropor形成，防止太阳辐射的热量在发电机的区域的传递。

图12显示基本根据图5和图6的蘑菇形结构的浮动浮标14。与之前的实施方式相比，发电机20的驱动轮没有与飞轮16上侧的轮齿啮合，而是与具有齿的飞轮外边缘啮合。飞轮外边缘的轮齿的制造比飞轮上表面的轮齿的制造更为经济。因此，在此情况下，发电机18为垂直设置。

此外，球轴承68d还与径向外侧的球轴承68b相反设置。这能够确保飞轮在外侧区域的垂直稳定性。此外，图12显示Styrodur制成的浮动浮标体14b的外壁的实现方式。浮动浮标体14b的内部充填充有Styropor。Styropor填充物对于浮动浮标14的功能来说并不是必要的，但是能够在水通过外壁进入浮动浮标时避免浮动浮标14的下沉。此外，图12中所示的浮动浮标14包括内部壳体54，该内部壳体54在图5中更为详细地得以描述。这允许浮动浮标体14b的设计灵活。

图13显示锥形结构的浮动浮标14。与图12类似，浮动浮标体14b的外壁也由Styrodur形成，并且填充有Styrodur。电流的产生也是通过垂直布置的发电机18来产生，该发电机18与飞轮16侧边缘的轮齿相啮合。此外，这里的浮动浮标14包括图5所述的内部壳体54。其中，图12和13中所示的实施方式具体适用于单个制造，或者适用于原型样机的制造。

图14显示海岸应用情况中的波能发电单元10的另一个实施方式的截面图，其中，海岸发电站机架90包括海岸发电站机架盖90a和海岸发电站机架体90b。其中，该种类型的能量获取基本与上述类型相似。与其相比，飞轮16(也就是旋转元件)和发电机18设置于海岸发电站机架盖90a上。在此实施方式中，海岸发电站机架盖90a和海岸发电站机架体90b相当于固定部件。在这种布置形式中，平移元件(钻杆12)通过固定环26连接到相当于浮动部件的圆柱形浮体76。通过波浪100，圆柱形浮体76沿着波能发电站机架体90b相对于飞轮16垂直运动，因此通过自由旋转齿轮单元32驱动飞轮16。海岸发电站机架体90b形成为中空的圆柱形金属体，并且通过三个金属环86拧紧到混凝土底座78a。

此外，还显示有弹簧柱20，其中，单个弹簧形成为拉力弹簧，所述弹簧设计为支撑钻杆12的重量和圆柱形浮体76的重量。因此，只需要很小的波浪的上升力就能够使圆柱形浮体76上升。在单个弹簧42之间，具有防止弹簧膨胀(bulging)的中间拉力板42。圆柱形浮体76通过其重量和钻杆12的重量返回到波谷。电能获取如图1所述。

此外，海岸发电站机架体90b的底侧包括三个开口84。在圆柱形浮体76上固定有八个距离滚轮80。这些滚轮在径向方向上相距90°成对设置。为了引导距离滚轮80，海岸发电站机架体90b结合有导轨，该导轨允许圆柱形浮体76上下运动，但是防止该浮体76旋转。

此外，在圆柱形浮体76和中空圆柱形海岸发电站机架体90b之间具有间隙，该间隙足够大，从而使得沿海岸附近频繁冲刷的细沙不会沉积在其中。此外，海岸发电站机架体90b包括溢出开口82，所以例如在高浪时，水不会对已经完全移位的圆柱形浮体76施加较大的压力。因此，波能发电单元也能在巨浪中存在。

由于海岸发电站机架90锚定在固定在坚固地基上，这个实施方式特别适用于海岸。这里，这种实施方式的另一个优点在于，在维护工作中很容易进入海岸发电站机架90，并且这种实施方式不需要用于将电力输送到陆地的昂贵的海下电缆。

图15也显示如图14所示的海岸实现方式的波能发电单元10的截面图，但是图15所示为处于高浪100中的波能发电单元。其中，可以清楚地看到，溢出开口在最大上升行程开放，并且多余的水可以流出。在这里，弹簧柱20被完全压缩，并且因此缓冲圆柱形浮体76在海岸发电站机架体90b上侧上的冲击。此外，在本实施方式中，显示有V形壁78b的腿部，该V形壁78b的腿部从海底到达海岸发电站机架体90b。该V形壁的功能如图17所示。

图16显示海岸布置形式的波能发电单元10的顶视图。其中，中空的圆柱形海岸发电站机架体90b由混凝土形成。这样的优点在于，海岸发电站机架体90b可以在全世界范围内进行建造，而不会出现问题，并且由于作为用于井或管道建筑的混凝土环，具有成本高效性。如图所示，海岸发电站机架体90b固定在混凝土底座78中。这样的优点在于，波能发电单元10可以承受巨浪。可以看出用于非旋转地引导距离滚轮80的导向凹槽88，该导向凹槽88偏移90。

图17显示穿过在海岸布置形式下的波能发电单元10的水平截面图。如图14所示，也可以看到波能发电站机架体90b的混凝土封套中的导向凹槽88。此外，可以看到穿过圆柱形浮体76的水平截面图，该圆柱形浮体76具有偏移90°的距离滚轮80。此外，显示了三个开口84。在图中清楚可见混凝土底座78a以及或多或少的V形壁78b。利用V形壁78b环绕波能发电单元的优点在于，波浪累积地撞击波能发电单元10上。

图18显示用于缓冲很大的波浪的力的弹簧座110。该弹簧座包括弹簧座底部114、第一中间板116、第二中间板118和弹簧座盖板120。弹簧座110包括中心杆124，弹簧对122a、122b、122c以及拉伸限制工具112。弹簧座底部114形成为长板，中心杆124延伸到该长板的中间。弹簧座底部114通过成角度的结构(angular formation)固定不动地连接到中心杆124。第一弹簧对122a连接到弹簧座底部114的长板的两端连接到弹簧座底部114。在第一弹簧对122a上方连接有十字形第一中间板116。弹簧对122a与第一十字支架的端部固定连接，该第一十字支架与长弹簧座底部114相对设置。此外，在第一十字支架的端部以及弹簧座底部114的端部的弹簧支撑表面具有开口。这些开口允许拉伸限制工具112的结合。拉伸限制工具112限定弹簧座底部114和第一中间板116之间的最大距离。这能够减少弹簧对122a的磨耗。这将在图19和图20中进行详细地描述。第一中间板116包括与第一十字支架垂直设置的第二十字支架。第二弹簧对122b再固定到第二十字支架的两端。第二弹簧对122b将第一中间板116和第二中间板118连接。第二中间板118也具有十字形。第二弹簧对122b连接到在第一中间板116上方具有十字支架的第二中间板118的端部。第一中间板116和第二中间板118的最大距离通过距离限制工具112来限制，这类似于第一中间板116和弹簧座底部114之间的限制。

第三弹簧对122c再固定到第二中间板118的第二十字支架(垂直于第一十字支架)的端部。这将第二中间板118与弹簧座盖板120连接。拉伸限制工具112也设置在这个过渡部分中。弹簧座盖板120也形成为长板(与十字支架相对应)。此外，管状杆38b与长弹簧座盖板120连续地布置。管状杆38b通过角度支架固定连接到弹簧座盖板120。管状杆38b由可浮起的材料填充，从而达到更好的浮动效果，该管状杆的上端包括固定环26。此外，弹簧座110包括固定环26。该固定环设置于中心杆124的下端，并在此连接弹簧座110和杆38b。这允许弹簧座110的模块化使用。弹簧对122a、122b、122c具有不同的弹簧参数，从而进行调整来满足需要。此外，能够想象到的是，两个板可以通过比每个弹簧对1222a、122b、122c更多的弹簧来相互连接。例如，四个或者八个弹簧在两个板之间形成连接。

图18a显示弹簧座110的顶视图。这里特别指出了中间板116和118的十字形结构。

图19显示弹簧座的详细视图。能够看到弹簧座底部114和第一中间板116的截面图。如此截面图中可见，弹簧座底部114和第一中间板116通过弹簧122连接。该弹簧固定在第一中间板116和弹簧座底部114上。在这个视图中，可以清楚地看到拉伸限制工具112。该拉伸限制工具112形成为杆形，并引导穿过弹簧座底部114和第一中间板116上的孔。在杆形拉伸限制工具112的两端形成有连接部，该连接部的直径相对于弹簧座底部114和第一中间板116的孔的直径较大。连接部的距离定义了两个连接的板相互之间的最大距离。弹簧122形成为拉力弹簧。拉伸限制工具112防止第一中间板116相对于弹簧座底部114旋转。

图20显示如图19的弹簧座110的详细视图，在本图中弹簧112处于压缩状态。此处可以清楚地看到拉伸限制工具112在弹簧122中的偏心布置。

图21显示浮动浮标14，该浮动浮标14通过钻杆12与管状杆38b连接，管状杆再通过弹簧座110连接到锚板22上。如图18所示，图中显示的弹簧对122a、122b、122c根据需要包括不同的弹簧参数。各弹簧对的过渡部分具有固定环26。图中清楚地显示管状杆38可以具有任意长度。在管状杆具有更长的长度时，用可浮起的泡沫材料填充管状杆38b的中空空间是有意义的。这一方面确保稳定性，另一方面提高系统的自支撑效果。通常还可以通过将阻尼工具和复位工具放置在浮动浮标14的外面靠近锚板22的位置，从而减轻浮动浮标14的重量。该部件的位置越向下，则对浮动浮标14的影响越小。

图22显示通过钻杆12、管状杆38b、弹簧座110和锚杆38连接到锚板22的浮动浮标14。该锚杆38形成为管状，并由可浮起的材料填充。在这个实施方式中，与图21相比，弹簧座110安装在锚杆38附近。这样的优点在于，由于弹簧座110处于较浅的深度，因而对弹簧座110的维护工作可以很容易地进行。如图18所示，根据需要，弹簧对122a、122b、122c包括不同的弹簧参数。此外，在此实施方式中可以清楚地看到，固定部件(在此情况下为锚板22)由多个部分形成。在此图中该固定部件包括四个圆形混凝土盘。然而，锚板22不是必须由四个部分形成，而是可以包括任意数量的更薄或者因而更轻的盘。由多个盘形成的锚板22的模块化结构允许更大的质量和因此产生浮动浮标14的更大的浮力。与此同时，运输费用保持相对较低，因为尺寸过大的锚板22不必通过特殊船只运送到需要的地点，而是可以用普通船只运送单个的更轻的混凝土盘。为了将混凝土盘放下而不会出现问题，并且使混凝土盘相互之间能够同心放置，就需要首先在两部分中建造锚杆38。其中，锚杆38必须达到水面。这能够确保对混凝土盘的引导。当完成锚板22之后，锚杆的第二部分再次移除，在所述锚杆的第二部分的位置连接弹簧座110，如图22所示。

在这个实施方式中，不需要为了将以多个混凝土盘为形式的锚板的设置而使用昂贵的起重船。这能够节省大量的安装费用，并因此能够增加使用/成本因数，因此，这对整体的成本高效性来说是非常重要的部分。

总的来说，通过波浪的力能够获得高效的、用之不竭的、显然环境友好的能量获取方式。

Claims

1.利用波浪的力发电的装置，该装置包括第一浮动部件(14，76)，第二固定部件(22，90)，至少一个发电机(18)，至少一个平移元件(12)以及至少一个旋转元件(16)，其中，所述第一浮动部件(14，76)和所述第二固定部件(22，90)能够通过波浪而相对彼此平移移动，因此在所述平移元件(12)和关联的旋转元件(16)之间产生平移的相对运动，从而所述旋转元件(16)吸收旋转能，该旋转能通过至少一个关联的发电机(18)转化为电能。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，齿轮单元(32)设置在所述平移元件(12)和所述旋转元件(16)之间。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述齿轮单元形成为自由旋转齿轮单元(32)。

4.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述平移元件(12)与所述固定部件(22，90)连接，所述旋转元件(16)与所述浮动部件(14，76)连接。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述旋转元件(16)与所述固定部件(22，90)连接，所述平移元件(16)与所述浮动部件(14，76)连接。

6.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述固定部件(22，90)和/或浮动部件(14，76)至少包括两部分。

7.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述旋转元件(16)与所述发电机(18)的转子可操作地相关联。

8.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，设置有至少一个阻尼元件(20)，该阻尼元件与所述浮动部件(14，76)和所述固定部件(22，90)可操作地相关联。

9.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，设置有至少一个复位元件(20)，该复位元件与所述浮动部件(14，76)和所述固定部件(22，90)可操作地相关联。

10.根据权利要求8和9所述的装置，其特征在于，所述阻尼元件(20)和所述复位元件(20)形成为一个结构单元。

11.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述平移元件(12)和所述发电机(18)之间设置有增速齿轮单元。

12.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述平移元件形成为钻杆(12)，所述旋转元件形成为飞轮(16)，其中，当所述飞轮(16)沿着所述钻杆(12)进行相对运动时，所述飞轮(16)进行旋转。

13.根据权利要求3至12中任意一项所述的装置，其特征在于，所述自由旋转单元(32)形成为爪形联接器。

14.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述固定部件形成为锚板(22)。

15.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述浮动部件形成为浮动浮标(14)。

16.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，设置有至少一个弹簧(20)，该弹簧与浮动部件(14，76)和所述固定部件(22，90)可操作地相关联。

17.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述固定部件形成为海岸发电站机架(90)并与海岸陆地连接。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述海岸发电站机架(90)包括圆柱体基础形状。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述海岸发电站机架(90)由混凝土和/或金属形成。