CN102016294A - 波浪发电设备及传动装置 - Google Patents

Abstract

一种波浪能转换器(1)包括浮子(3)和传动单元(2)。在传动单元中，具有驱动轴(11)，无论浮子上升或下沉时，所述驱动轴总被驱动在同一方向上旋转。驱动轴机械耦接到发电机(21)的其中一个旋转部件(21′)，并将其驱动以产生电流。另外，具有能量累积设备(105)，也耦接到驱动轴以在浮子上升或下沉并且驱动轴旋转时累积能量，然后用于在上升或下沉运动的另外一个时驱动发电机。能量累积设备与驱动轴之间的耦接可经过发电机的第二可旋转部件(21′)、发电机部件之间的气隙和发电机第一部件。气隙上的耦合给出力矩，该力矩驱动第二部件旋转，并阻碍驱动轴的旋转。当来自驱动轴的力矩不超过阻碍力矩时，发电机第二部件由能量累积设备驱动以在另一方向上旋转。

Description

波浪发电设备及传动装置

相关申请

本申请要求2008年2月20日申请的瑞典专利申请0800395-6号和2008年10月10日申请的瑞典专利申请0802165-1号的优先权，其全部教导在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于从水波运动中提取电能的波浪发电设备，涉及一种从大体间歇性机械能(例如物体的大体周期性运动)中提取电能的方法，以及涉及一种在这种大体间歇性机械能可用时使用的发电设备的传动装置。

背景技术

由于海洋波浪里的能量密度非常高(比风里高出约1000倍)，波浪发电在成本收益上有巨大的潜力，因此小容量波浪能转换器成为可能。而且，由于波浪是由风在长时间内产生，并在风已经平息后仍持续起伏变化，因此与例如风力相比波浪更是可预测的。这导致波浪的平均能量变化缓慢，使波浪能转换器接到通用电力配电网络时具有系统优势。

尽管有此潜力，至今仍无有竞争力的方案，其原因是波浪能难于掌控。海洋是一个具有高材料应力的嘈杂环境。在风暴天气里其能量水平可以比平时高出100倍。波浪运动是振荡的且波浪与波浪之间在波高、波长与周期(速度)上的变化从无停止，这使波浪发电设备所吸收的能量有巨大变化。对于直接受驱操作，也即根据波浪瞬时运动驱动波浪发电设备里的发电机时，这造成发电设备的低利用率，也即所谓的容量因子(capacity factor)为低值。发电机功率每波浪周期在零与最高水平之间变换两次。波浪与波浪之间最高水平的变化也可能非常剧烈。一般的电力配电网络在输出功率与电压两方面都需要相对稳定的水平，这造成此种波浪能转换器的电控系统必须在发电之后将这些电平处理得更为平稳。而且，不平稳的电平导致为了能够适当处理最高电平而对波浪发电设备的整个电力系统昂贵的过度配置。

为了让波浪发电具有竞争力，在将发电机上的原动力(motiveforce)平稳化的同时，要求波浪发电设备能够有效吸收波浪能，以获得更高的容量因子。此外，还要求低的系统复杂度以及部件的有效使用。波浪发电设备的结构还必须抗风暴且有长生命周期，以及通过允许长维修间隔并包括易于获取的耐磨损部件的结构来达到低成本运转与维护。

波浪发电技术已经发展了很长一段时间，但迄今仍未获得一种波浪发电设备的方法或设计能够兼有上述的必须性能。

经常用于获取水浪能量的方式是利用水的竖直运动。采用这种技术的设施有时被称为“点吸收器(point absorbers)”。利用竖直运动的一种方法是将具有底部基座的浮子与锚轮结合起来。底部基座牢固地定位在海底并连接到随洋面，也即随波浪运动的浮子。当水面上升从而抬起浮子时，产生原动力，此原动力通过驱动轴或索或链转化为旋转运动，所述驱动轴连接在基座与浮子之间，所述索或链在轴承架设(journalled in bearings)于浮子上或基座中的锚轮上延伸，且其相对端相应连接到基座或浮子。当浪高变得更高时，由于波浪运动速率的增长，原动力增加。使用这样的锚轮，锚轮的旋转方向与速率直接取决于波浪的竖直方向与运动速率。然而，对于将常规发电机耦接到锚轮以产生电能而言，这不够理想。

为了让波浪发电设备高效地驱动常规旋转式发电机，波浪的竖直运动必须转化为单向旋转运动，且连接到传动装置的发电机转速必须稳定化。在上述设备中，使用固定在海底或框架结构上，并沿着或越过架设在浮子中的锚轮延伸的驱动轴、索或链，此问题可用下面的方式解决。当浮子被波浪抬起时，锚轮上产生原动力。接着，当波浪下沉时，防反转机构松开，锚轮被配重归位。于是，动力驱动仅在波浪上升期间起作用而在波浪下沉时完全停止，这是不能令人满意的。已有尝试去反转旋转方向，使得被锚轮驱动的发电机也在波浪下沉时在同样的方向上被配重驱动。也有尝试去反转发电机的旋转方向。然而，在每个波浪周期里两次改变机械传动装置或发电机的旋转方向导致严重的机械磨损。尽管旋转方向可以通过传动装置而变为单向，转速还是跟随竖直运动的速率，这使得发电机输出功率依照波浪运动速率而变化。由于发电机的质量一直交替性地加速或减速，这造成低容量因子与高衰减效应。为了产生采用机械传动装置发电机的原动力及旋转速度，多个浮子可相互合作，其浮子之间存在相移。然而，这只有在浮子在波浪周期上均匀分布的情况下才能理想工作，这种情况是很少出现的，波浪的波长和速率总是在变化。而且，传动系统变得更为复杂并因此常常在这类系统中使用液压机构。然而，液压设备导致了大传动损耗的复杂系统。已公开的法国专利申请2869368中公开了上述类型的波浪发电设备，其包括浮动平台或浮子。线绕过浮子上的滑轮，线一端附接到底部，另一端带有配重。滑轮的旋转被传递到发电机。转速和发电机输出功率随波浪运动而变化。美国专利4242593号公开了类似的波浪发电设备，其仅当浮子上升时驱动浮子里的轮子或滑轮。提供用来齿轮加速浮子中轮子或滑轮的转速的齿轮箱以使它适用于驱动发电机。美国专利5889336与已公开的日本专利申请11-6472中公开了类似的波浪能发电设备，其包括一端附接到底部基座且另一端具有配重的链。链绕过浮子里的链滑轮。链滑轮通过布置成使发电机总是在相同方向上旋转的直接作用传动装置连接到发电机。其转速取决于浮子竖直运动的速率。

美国专利4241579公开了一种类型略有不同的波浪发电设施。驱动轴安装为在水面与底部之间提升或下沉。若干浮子由索连接到配重并且线绕过公共驱动轴用于只驱动相应浮子时。已公开的英国专利申请2062113公开了一种包括多个不同驱动机构的波浪能转换器，其每一种驱动机构都包括浮子与配重/底部基座/额外浮子并且通过单向接头(coupling)作用于公共驱动轴。已公开的法国专利申请2339071中使用连接到链一端并通过该链驱动水面以上的驱动轴旋转的浮子。该链的另一端带有也位于水面以上的配重。对驱动轴的连接是单向式的且该驱动轴可以通过链而由若干这样的浮子驱动。

在公开的国际专利申请WO2005/054668中，公开了一种包括附接于线一端的浮子的波浪能发电设备。线的另一端或多或少绕位于海底上的鼓卷起。该鼓连接到返回弹簧和发电机，并在浮子上升和下沉运动时都驱动发电机。在根据公开的国际专利申请WO03/058054的波浪能发电设备中，浮子起到线的卷绕鼓的作用，其下端连接到底部基座。返回弹簧，增速机构及发电机位于鼓的内部。在浮子上升和下沉时发电机都受到驱动。

发明内容

本发明目的是提供一种高效的波浪能发电设备。

波浪能发电设备里，在水波运动的一些部分期间吸取来自水池水波的能量用以驱动发电机。但是，部分被吸收的能量以一些适当的机械方式临时累积或存储起来用以在水波运动的其他部分期间驱动发电机。因此，可实现驱动发电机的原动力在时间上的均衡。对于能量的临时性机械累积，可利用势能的改变，譬如适当物体的势能变化。例如，势能改变可以基于弹性力或重力。在后一种情况里可使用浮体，也即密度低于水的物体，其位置到水面的距离变化从而间接利用重力。相同情况下用来累积能量的物体替代地可为配重，即密度高于水的物体，其以更直接的方式利用重力。这些情况下物体可连接到某些细长工件上，诸如线、索或链，在此情况中其柔性部分可或多或少卷绕在配重鼓上。配重鼓可架设在浮子或放置在或附接于水池底部的固定架或框架上。在一种情况下配重鼓可以机械连接到发电机的旋转部分并且物体的重量或浮力用于持续驱动配重鼓以在与驱动轴旋转方向相反的旋转方向上旋转，所述驱动轴连接到另一细长工件，在此仍如线、索或锁链。

驱动轴机械布置成仅作单向旋转，例如由水面的上升或下沉运动所驱动，或更具体地说通过浮子交替的上升下沉运动和/或交替摇摆，前后运动，或者是波浪或水中其它形式振荡运动或振荡运动的组合所驱动，所谓浮子也即密度小于水，浮在水面的物体。上述情况中发电机机械连接在驱动轴与配重鼓之间的传动路线中。发电机各部件之间在发电机气隙上的电磁耦合提供与发电机转速相关的有限力矩，即由配重鼓与发电机电负载提供的机械力矩。当驱动轴旋转得比发电机中转速更快时，配重鼓在第一旋转方向上旋转，使配重被吊起，从而累积势能。当驱动轴旋转得比发电机中转速更慢或静止时，配重鼓在第二旋转方向上旋转，使配重降低，从而释放势能。

可用弹性机构作为采用弹性力的能量累积设备，其中能量作为弹簧中的张力或通常作为弹性能累积。这种弹性设备可在不同情况下包括用于将能量累积为气压的容器。该容器则可连接到组合的压缩机或气泵以及例如涡旋泵这样的气动马达。该设备可具有直接连接到发电机其中一个部件的一个可运动部件。

在这种波浪能发电设备中可用能量累积设备，也被称为能量存储设备，和适当的接头以有效率的方式实现水波动能的均衡化，使得发电机可以相对平滑的水平被驱动连续发电。

通常，波浪能发电设备，或其更通用的形式，利用水池的水的运动，例如大致周期性运动的发电设备可包括：

-浮子或其它设备，其布置在水池处或水池中以某种方式通过所述水池中水的运动来进行运动。然后，所述浮子或所述其它设备被构造和放置成使其本身因水中的运动而得以运动，在一个方向上的运动与在不同于第一方向的另一方向上运动交替。水中的运动可包括水中或水面上的运动，交替运动，即水中或水面上交替前后运动或在水池的水中在一个方向上的运动和在另一个方向上的运动交替的一般性运动。在浮子的情况下，浮在水池中水的表面上，这意味着浮子在水面上下运动时，交替上升和下沉和/或前后摇摆或倾斜。通常，浮子的平均密度低于水。布置在水池中的所述其它设备可例如包括具有比水相同或较高密度的物体，设计成跟随水的运动，或在水波经过时因水中的压力差交替的压缩或膨胀的设备。

-驱动轴，所述驱动轴可旋转地架设到波浪发电设备的一些部分。在不同设计中它可架设在所述浮子或所述其它设备。替代地，它可架设到刚性附接到水池底部的设备上用于旋转，或一般地架设到布置成反作用水池中水的运动的某些设备，例如具有相对大质量或重量的物体。

-第一细长工件，其根据驱动轴的安装位置分别连接到布置为阻碍水池中水的运动的设备(例如，水池底部的固定点或具有相对大质量或重量的物体)或连接到浮子，以及连接到驱动轴。所述第一细长工件可为柔性工件，例如线、索或链，但在例如包括齿条段的情况下，它也可为刚性的。

-发电机，所述发电机连接到所述驱动轴并包括两个可相互旋转的部件，即第一部件与第二部件，常被分别称为转子和定子。在两个可旋转部件之间存在气隙。

-能量累积设备，用于如上所述临时机械存储能量。

布置所述浮子或类似设备，所述浮子或所述其他设备、所述第一细长工件、所述设备布置为对所述波浪运动给予阻碍，所述驱动轴与所述能量累积设备彼此连接，使得对于基本上水面的第一运动或所述浮子或类似设备的第一运动，所述第一细长工件与所述驱动轴之间的连接使所述驱动轴只在一个方向上旋转，从而驱动所述发电机的两个部件在第一方向上相互旋转而发电，同时也对累积设备供给能量。这样，来自驱动轴旋转的能量由此被部分地转化成电能从发电机输出，部分地转化成存储在能量累积设备中的能量。第一运动可为水面向上或向下运动中的一种时浮子所设置的运动。

所述浮子或类似设备大体处于基本与所述第一运动独立的所述第二运动时，所述能量累积设备被布置为驱动所述发电机的所述两个部件在相同的第一旋转方向上相互旋转。第二运动可为浮子这样的运动，其中浮子被水面向上和向下运动中的第二个设置，并基本不同于向上或向下水面运动中的任一个。

浮子或其它物体的第一运动可发生在与浮子或其它设备的第二运动相反的方向。如此，第一运动可发生在向前方向，而第二运动可发生在向后方向，作为平移运动，例如上下运动，或者作为旋转运动，即角度运动，或者作为平移和旋转运动的组合。

驱动轴可例如经过机械齿轮机械连接到发电机的第一部件。至少在所述发电机的第一、第二部件相对运动期间，在所述发电机第一与第二部件之间的气隙上以常规方式存在电磁耦合。在一个特殊实施例中能量累积设备可机械连接到发电机的第二部件。

当驱动轴通过第一细长元件与驱动轴之间的连接而旋转并由此驱动发电机第一部件时，能量累积设备经由发电机的第一和第二部件之间的气隙上的电磁耦合而与驱动轴的连接给出原动力，该原动力阻碍驱动轴的旋转。然后，在上述特殊实施例中，使得当通过所述第一细长元件与所述驱动轴之间的耦接而作用在所述驱动轴上所述原动力超过所述反作用原动力时，所述发电机第二部件因为通过所述气隙与所述发电机第一部件上的电磁耦合而与所述驱动轴的耦接而可在第一旋转方向上旋转，由于其机械耦接到所述发电机的第二部件而在所述能量累积设备中累积能量。同时，所述发电机的第一和第二部件在相同的第一方向上相互旋转。另外，使得当通过所述第一细长元件与所述驱动轴之间的耦接而作用在所述驱动轴上所述原动力未超过所述反作用原动力时，所述发电机第二部件由所述能量累积设备驱动大体上在相同的第一旋转方向上旋转。由此，在这种情况下，所述发电机的第一与第二部件被在相同的第一方向上继续相互旋转。

如上所述，可布置将所述驱动轴耦接到所述发电机第一部件的机械齿轮。然后所述驱动轴适当连接到所述机械齿轮的输入侧，所述发电机第一部件机械连接到所述机械齿轮第一输出侧。在这种情况下，如果能量累积设备连接到所述机械齿轮与所述第一输出侧不同的第二输出侧，发电机第二部件可刚性附接到浮子。机械齿轮通常可被认为包括具有输入轴的一个输入侧以及两个输出侧，其中一个输出侧包括输出轴，另一个输出侧包括机械齿轮的外壳或封装，见以下波浪能发电设备中所包括的传动装置的说明。对于例如行星齿轮系，输入侧可包括连接到行星齿轮架的轴，两个输出侧相应于连接到太阳齿轮和环形齿轮的轴，可连接到第二轴或行星齿轮系的外壳。

在包括浮子的情况下，浮子可包括起气袋作用的空间，并且至少所述驱动轴的主要部分被置于该空间中，在提供了其它旋转部分(例如卷绕鼓)以及它们之间的耦接的情况下，这些也位于该空间中。这种气袋可为填充有空气的空间，在其底部由水面定界，其它侧是浮子的不同表面。然后，气袋可由浮子底面上的凹部形成。

在一个实施例中，能量累积设备可包括布置成铅锤(lead)的配重，对于浮子或其他设备运动的第一运动，该配重也上升，从而增加其势能。所述浮子或所述其他设备、所述第一细长元件、所述驱动轴与所述配重的彼此耦接被适当布置成使得对于浮子或其他设备的第二运动，所述配重向下运动，由此驱动所述发电机的部件在第一旋转方向上相互旋转。在浮子的情况下，这可例如意味着，对于第一运动，当浮子例如向上运动时，配重也向上运动一距离，大于浮子那时竖直运动的竖直距离。

在同一实施例中，所述能量累积设备包括可旋转地安装到驱动轴的配重鼓以及为耦接所述配重中的运动以使所述配重鼓旋转的第二细长元件。所述第二长形元件可为柔性的或可为柔性元件，例如线、索或链，其下端附接到所述配重，其上端或多或少卷绕在所述配重鼓上。另外，连接所述驱动轴以驱动所述发电机第一部件旋转，第一种情况下可耦接所述配重鼓以旋转所述发电机第二部件，使得所述发电机在其第二部件相对其第一部件旋转时生成电流，同时对该旋转给予反作用力矩。由此可使所述发电机第一与第二部件总是在相同的第一旋转方向上相互旋转。

在第二种情况下，机械齿轮可连接在驱动轴和发电机的第一部件之间。在这种情况下，驱动轴连接到所述机械齿轮的输入侧，发电机第二部件刚性附接到所述浮子或所述其他设备，且所述配重鼓机械耦接到所述机械齿轮区别于所述第一输出侧的第二输出侧。由此，对于浮子或其他设备的所述第一运动，驱动轴可在所述齿轮的两个输出侧都提供原动力以便所述发电机第一部件旋转以及所述配重鼓旋转，从而相对所述驱动轴吊起所述配重。对于浮子或其他设备的所述第二运动，所述配重鼓可通过其到齿轮箱第二输出侧的耦接而提供原动力，以便所述发电机第一部件旋转。

另外，在包括配重和配重鼓的情况下，可提供用于电连接发电机的电缆，所述电缆从发电机延伸到配重鼓并部分地绕其卷绕，由此延伸到可沿第一细长元件滑动的不可漂浮部分，并刚性地连接到其上，使得滑动部分可保持在配重下方恒定的距离，该电缆从可滑动部分向上延伸到水面以进一步连接到电负载。这使得例如当水波方向变化时，波浪能转换器可在水平面上转动，而不导致电缆与第一细长元件纠缠。

锚鼓可安装为绕驱动轴单向旋转并进一步耦接到第一长形元件，使得锚鼓为浮子或其它设备的第一运动而旋转，从而也使驱动轴旋转。第一细长元件是柔性的，即例如线、索或链这样的柔性元件，其一端或多或少卷绕在锚鼓上。对于浮子或其他设备的第二运动提供旋转所述锚鼓的机构，使得所述柔性元件保持在张紧状态。由此，还可阻碍波浪能发电设备沿水面移开。该机构例如可包括能量累积设备与锚鼓之间的机械接头，或包括电动机。

用于锚鼓的轴承只允许绕驱动轴单向旋转，同时在相反方向上旋转时允许锚鼓驱动所述驱动轴在相反方向旋转，该方向即上述的仅一个方向。该轴承可包括用于限制或松开原动力的接头，锚鼓利用该接头作用在驱动轴上。

提供控制系统，用来控制所述发电机电负载，布置成调整所述发电机第一部件与第二部件间旋转速度。在能量累积设备包括配重或浮体的情况下，电负载的控制也可分别用于调整配重或浮体的竖直速度，所述配重或所述浮体可只在适当或合适的竖直范围内运动。所述控制系统还可被配置成通过调整所述发电机第一与第二部件间的旋转速度来补偿所述配重或浮体惯性质量导致的所述力矩变化。由此所述发电机能够实现提供连续平滑的功率

波浪能转换器可具有以下一个或几个特征或优点：

1.根据上述说明，能量累积可用于均衡水波的能量，由此产生平稳的电流，这给发电机及相关动力电子电路和连接较高的容量因子，以及电力系统较低的复杂度。

2.可累积大波浪的多余能量，并随时将其利用以补偿小波浪时的短缺，这有助于高容量因子。

3.从水波吸收能量可受到限制，同时可保持全功率，即使在非常巨浪(heavy wave)情况期间也是如此。这有助于高容量因子，但也起到非常简单有效的风暴保护系统的作用，波浪能发电设备始终与波浪协调工作，只吸收有容量转化的能量的量。

4.发电机的功率输出可由发电机的旋转速度能适于驱动轴的平均转速这一事实控制。这使得波浪能发电设备可输出与当前波候有关的平稳的功率水平。

5.波浪能发电设备具有很高的可升级性，其容量和产生电能的模式可针对具体波候优化而获得最高的成本效率。

6.波浪能发电设备具有高效率的完全的机械传动装置，以简单的方式将振荡的波浪运动转换成单向旋转，很好地适应具有旋转的转子的标准发电机。

7.结构可例如主要由混凝土制成，这是一种被良好测试用于海洋环境的便宜材料。

8.可采用电子可调滑动离合器，布置为影响底基座与浮子之间线的卷绕，还使其可调整保持波浪能发电设备的水平位置的力。这种滑动离合器可取代并改善类似结构中常用的配重，这里被称为铅锤的功能。

9.机械连接到驱动轴的锚鼓可用于根据波浪运动或多或少卷绕第二细长元件。锚线可绕在锚鼓上若干圈，因此设施能处理的波高没有技术限制。对于任何波浪尺寸，浮子都以协调的方式跟随水面，而不会达到任何端位置，这有助于波浪能发电设备无视波高变化非常有效地吸收波浪能，同时结构中在风暴环境期间的应力最小。

10.可提供机械接头，使得如果发电机从外部源供应电能并用作电动机，锚鼓可受到控制运动而进行所述线的受控卷绕。这可使波浪能发电设备具有在牵引到其设计点之前，能在岸上组装的性质。

11.可用最小的手动补助完成安装。主要只有电缆必须手动连接，这在水面上从小船完成。连接到第二细长元件的底基座，以及配重在运输到安装点期间附接到浮子，然后它们可通过机械耦接/锁定设备的控制而释放。

12.波浪能转换器易于设计成适用不同的安装深度。

13.可用齿轮箱以增加发电机的转速，这使得可使用更小、更节约的高速发电机。通过将齿轮箱连接到配重鼓，这种齿轮箱还可使其能将发电机的第二部件，即定子永久固定到浮子，这简化发电机的电连接和封闭，并减少结构中的旋转质量。

总之，如上所述，从大致周期性物体运动，例如重复的向上和向下运动和/或在两个相反方向上倾斜运动中提取电能的方法可包括以下步骤。

-对于所述物体的所述第一运动，该运动可驱动发电机的两部件在第一方向上相互旋转，从而产生电流并在同时也对能量累积设备提供机械能，以及

-对于所述物体基本不同于所述第一运动的所述第二运动，所述能量累积设备可驱动所述发电机两个部件以在相同的第一方向上相互旋转，从而产生与所述物体第一运动期间相同极性的电流。

如上所述波浪能转换器中所用传动装置可独立地用于驱动轴被间歇地驱动，方向改变和/或速度和/或力矩变化的其它情况的发电。通常，传动装置包括驱动轴，布置成被驱动并且如需要由某些合适的设备总是在一个旋转方向上旋转。另外，提供耦接到驱动轴的发电机，该发电机包括可相互旋转的两个部件，以及能量累积设备。驱动轴驱动发电机的两个部件在第一方向上相互旋转，从而产生电流。能量累积设备与驱动轴和发电机耦接，使得驱动轴也可通过其旋转对能量累积设备供应能量，并使得能量累积设备后来可将其存储或累积的能量输出以协作驱动发电机部件在相同的第一方向上相互旋转。由此，当驱动轴的旋转速度和/或力矩不足以驱动发电机的部件以所保持的旋转速度时，可产生具有相同极性的电流。

在该传动装置中，驱动轴可机械连接到发电机第一部件。发电机中，常规地，至少在彼此相对运动期间，在第一和第二部件之间的气隙上具有电磁耦合，该耦合在两个部件间给出一些力矩。能量累积设备在第一种情况下可机械耦接到发电机中所包括的第二部件。

另外，在传动装置中，如上所述的齿轮箱，例如行星齿轮系可连接在驱动轴与发电机之间，使得驱动轴机械连接到齿轮箱的输入侧，或一般地，连接到齿轮箱的第一可旋转部分。齿轮箱的输出侧，或一般地，齿轮箱的第二可旋转部分布置为从外部驱动，以在一个旋转方向上以变化的旋转速度和/或力矩旋转。发电机的两个部件中的一个机械耦接到齿轮箱的另一输出侧，通常是齿轮箱的第三可旋转部分，能量累积设备机械耦接到发电机的第二部件。齿轮箱的第一和第二可旋转部分可协作以例如驱动齿轮箱的第三可旋转部分以高于每部分其本身在其它部分静止或未受驱动时所能实现的旋转速度旋转。

在任何情况下的齿轮箱具有以下功能：

-当从外部驱动第一可旋转部分时，第二和第三可旋转部分也被旋转。

-当第一可旋转部分未旋转时，第三可旋转部分可驱动第二可旋转部分旋转。

第一、第二和第三可旋转部分也可布置成绕相同的几何旋转轴线旋转，即同轴安装。

本发明的额外目标和优点将在以下说明书中阐释，部分地从说明书中显见，或可由本发明的实践习得。本发明的目标和优点可通过所附权利要求具体指出的方法、过程、手段和组合而实现和获取。

附图说明

尽管在所附权利要求中具体阐释了本发明的新颖特征，本发明结构和内容的完整理解及其以上和其它特征将由以下参照附图的非限制性实施例详细描述中得到，也可由此更好理解本发明，其中：

图1是包括四个独立的波浪能发电设备的波浪发电设施的示意图，

图2a是包括配重的波浪能转换器的侧视图，

图2b是图2a的波浪能发电设备的前视图，

图2c是具有动力系的替代悬架的波浪能发电设备的剖面图，

图2d是图2c的波浪能发电设备的不同的剖面图，

图2e是只包括浮子的从下方的视图，该浮子包括根据图2c的导向滑板、锚鼓和配重鼓，

图2f是图2c的波浪能发电设备从下方的视图，还示出气泵，

图2g是安装在框架中的波浪能转换器的动力系的顶视图，

图3a是图2a的波浪能发电设备中包括卷绕鼓、驱动轴和发电机的动力系的前视图，

图3b是类似于图3a的视图，其中示意性示出发电机的部件，其中采用螺旋弹簧作为能量累积设备，

图3c是具有特殊设计的卷绕表面的卷绕鼓的前视图，

图3d是包括具有固定定子的发电机的动力系的示意图，

图3e是包括用于互相连接两个配重的框架的波浪能发电设备的前视图，

图3f是用于互相连接两个配重的图3e的框架的顶视图，

图4是具有特殊设计电缆连接的图2a的波浪能发电设备的前视图，

图5a是锚鼓及其位于轴上的接头的详细视图，

图5b是接头设计不同的与图5a类似的视图，

图5c是具有以另一种替代方式设计的接头的锚鼓的示意，

图5d是示出滑块离合器的接合和脱离的控制规则的图，

图5e是接合状态下爪形离合器的示意图，

图5f是脱离状态下爪形离合器的示意图，

图6是用于锚鼓与配重鼓之间回行进给(return feed)的机械接头的详图，

图7a是包括配重的替代设计的波浪能发电设备的前视图，

图7b是包括浮子而不是配重的替代设计的波浪能转换器的前视图，

图7c是包括位于水面上方的配重的另一替代设计的波浪能转换器的前视图，

图7d是波浪能发电设备的前视图，该设备通过与悬挂在弹性装置中的砝码(weight)相互合作而具有驱动轴的替代驱动操作，

图8a是组合风和波浪能的发电设备的前视图，

图8b是图8a的组合风和波浪能发电设备的侧视图，

图8c是图8b中组合风和波浪能发电设备中包括的动力系的详细视图，

图8d是风力发电设备的前视图，其中采用相同类型的传动装置，

图8e是图8d的风力发电设备的侧视图，

图8f是具有气动能量累积设备的图8e的风力发电设备的详细视图，

图9a是具有设计成弹性装置的能量累积设备的波浪能发电设备的前视图，

图9b示出图9a的弹性装置的替代连接，

图10a是包括能量累积设备和回行进给机构的波浪能发电设备的示意前视图，

图10b是使用在发电机气隙上传递的力矩获得能量累积的波浪能发电设备转换器类似于图10a的视图，

图11a是驱动波浪能发电设备中的发电机的先前已知设备的示意，

图11b是类似于图11a的示意，但却是不同设计的设备，用于驱动具有也旋转的定子的发电机，

图11c是图11b的设备的不同侧的视图，

图11d是类似于图11b的设备的示意，以不同方式设计布置，用于驱动具有静止定子的发电机，

图11e是图11d的设备不同侧的视图，

图12a和12b是来自两侧的视图，示出行星齿轮系的结构和功能，

图12c和12d是示意图，示出可变机械齿轮(CVT/CVET)的结构，

图12e是与传送系中与发电机耦接的行星齿轮系和可变齿轮的视图，

图13a是具有用于引导线的导向辊的动力系的前视图，

图13b是图13a的动力系的侧视图，

图13c是图13a的动力系的底视图，

图14是只包括一个安装在浮子中的发电机的动力系的底视图，

图15a是具有只包括一个发电机的动力系的替代设计的波浪能发电设备的前视图、一个配重以及用于锚线的替代引导机构，所述发电机的定子与配重鼓一起旋转，

图15b是图15a的波浪能发电设备的侧视图，

图15c是图15a的波浪能发电设备的前视图，具有不同类型的分开的锚线，

图15d是图15c的波浪能发电设备的侧视图，

图15e是图15a的波浪能转换器的动力系的底视图，

图15f是类似于图15e的底视图，但包括发电机定子刚性附接于浮子的动力系，

图15g是类似于图15f的动力系的底视图，其中机械部件被封装到较大的空间，

图15h是图15g的动力系的前视图，

图15i是类似于图15g的视图，其中动力系中的回行进给机构由电机驱动，

图16a是示出用发电机的负载补偿配重的加速和减速变化的控制规则的图，

图16b是示出用CVT补偿配重的加速和减速变化的控制规则的图，

图16c是示出用回行进给机构的滑动离合器补偿配重的加速和减速变化的控制规则的图。

具体实施方式

在图1中，示出提取来自水池水面6上波浪运动，例如海洋中水的运动的能量的波浪发电设施。波浪发电设施包括一个或多个波浪能发电设备1，每个波浪发电设施1包括，位于水面，例如漂浮于水面上的浮子或浮体3，并且程度或高或低地跟随波浪的运动。在水面6的上下运动中，浮子被轮流上升或下沉和/或轮流前后倾斜。由此，可生成原动力，在这种情况下相对于水池的底部8示出，例如刚性附接于底部的部件，如底基座5，其具有大到足以将其稳定地保持在底上的质量。如有需要，底基座当然可以某种方式附接于底部，并可包括小质量的简单的紧固设备(未示出)。如图2a和2b中所示，浮子3与底基座——或者底紧固设备——通过锚线7，例如钢索彼此相连接。作为替代方案，也可相对于某种可运动目标，例如相对于悬挂于浮子中的砝码生成原动力，见图7d。

在所示实施例中，锚线7在一端附接于基座5，在其相反端附接于动力系2，并且或多或少地绕动力系中所包括的第一卷绕鼓，即锚鼓9卷绕，卷绕鼓安装成绕驱动轴11旋转。驱动轴11以适当的方式架设在浮子3上。如图2a和2b中所示，浮子在其底侧可包括向下突起的支撑13，所述支撑13可构成框架，驱动轴11架设在例如其两端。在驱动轴上，在这些图中所示实施例中，还有第二卷绕鼓，即配重鼓15，线17在其上端部分地卷绕在配重鼓15上。配重线7在其下端带有配重19。在所示实施例中配重鼓的柱形表面具有大于锚鼓9的柱形表面的直径，其中配重用线卷绕在配重鼓的柱形表面上，来自底基座5的锚线7卷绕在锚鼓9的柱形表面上。第一个所述直径例如可相当大于后一个，例如但不必须是2∶1到3∶1的大小量级。卷绕鼓在合适时还可具有相同的直径。

除了如图2a和2b所示，将动力系2安装在浮子3下方以外，动力系2还可安装在浮子的凹部，动力系室20中，如图2c、2d和2e所示。然后，驱动轴11可安装于浮子的大致中心位置。支撑13可附接于动力系室20的壁。

如此，锚线7和配重19不像之前已知的结构那样直接互相连接。在之前已知结构中，见图11a的原理图，浮子3一半的原动力在波浪上升时累积，此时锚线7在锚鼓9′上运行，使得产生电流的发电机21在波浪随后的下沉时也能被驱动。在后一种情况下，发电机要么以相反的方向被驱动，要么旋转运动被未示出的机械或水力传动装置整流。但是，在这两种情况下，根据波浪的瞬间竖直运动，发电机21保持被直接驱动。

如图11b和11c所示，发电机可替代地连接成在配重19和锚鼓9之间受到驱动，使得例如这些图中未示出的发电机的第一部件，通常相应于常规安装的发电机中的内旋转部件，即转子，在未示出的发电机气隙的一侧上机械连接到锚鼓，这些图中未示出的发电机的第二部件，通常相应于常规安装的发电机中的外静止部件，即定子，在未示出的发电机气隙的另一侧上机械连接到配重的运动，使得该部件也可旋转。由此，发电机21可由其第一部件和第二部件之间保持的相对旋转方向从两侧驱动。当波浪和浮子3上升时，驱动轴11被锚线7向前转动，其中锚线绕驱动轴经由锚鼓9运行并在其一端锚定于底部8，例如，锚定于基座5。配重19用于生成回弹抗力从而在配重鼓15与驱动轴11之间给出平滑的力矩，以这种方式相对彼此驱动发电机的第一部件和第二部件。还可采用其它方法实现这种驱动操作，例如用于提供恒力的气压或弹簧，如下所述。

在图11a、11b和11c中，箭头111示出波浪能的吸收。吸收水平根据波浪的瞬时运动和运动方向而变化。当驱动轴11被锚鼓9朝前转动时，发电机21也跟随转动，使得配重线17开始绕配重鼓15卷绕，配重鼓15可为发电机第二部件的一部分，或者附接于发电机的第二部件，见箭头113，使得配重向上运动。由此，在发电机上出现力矩的同时势能被存储在配重中(力矩＝配重重量×重力(即作用在配重上的重力)的加速度×配重鼓半径)。力矩使得发电机第二部件相对机械连接到驱动轴11的第一部件开始旋转，使得配重线17开始从配重鼓15解开，由此配重19中累积的势能转换成电，见箭头115。发电机部件相对彼此旋转得越快，产生越多的电力，然后在发电机21中也获得越高的反作用力，即发电机两部件之间的电磁耦合变得越强。当配重19达到一定的速度时，来自配重的拉力变得等于发电机中反作用力，这使得发电机的旋转速度和从发电机输出的动力稳定在平衡状态。

这种连接和驱动发电机21的方法可具有巨大的优势，这是因为比起之前，这种可大为有效地使用发电机。发电机部件之间一直保持相同的相对旋转方向，所产生的电力被保持在大致平稳的水平，使对发电机产生的电压的所需后续电处理最小。由于发电机和传动装置上的原动力受到限制，发电机的布置从风暴安全的观点看也具有优势。

传动单元2的设计及其功能将具体参照图2a、2b和3a更详细地说明。

在波浪运动期间，浮子3与底基座/底紧固设备之间的距离变化。当水面6上升时，锚鼓9因与锚线7的耦接而在第一方向上转动，然后锁到驱动轴11，由此驱动轴11被锚鼓旋转。当浮子上的水面下沉时，驱动轴被轴支撑13中的防反转机构53锁住而不能在相反方向上朝后旋转，见图5a和5b。当浮子3处的水位6下降时，为能够在第二方向，即相反方向上朝后转动锚鼓，并将锚线保持在张紧状态，需要某种类型的回行进给机构，如下所述。驱动轴11接下来连接到发电机21。驱动轴与发电机之间的耦接可被固定或可如图所示包括机械齿轮23，齿轮23例如具有固定齿关系或固定齿轮比，并齿轮增速发电机的转速。由此，可彼此相对旋转的发电机的部件，这里为简化起见称之为转子和定子中的一个，例如内发电机转子21′参照图3a在第一方向上旋转。发电机的另一个可旋转部件，例如外定子21″刚性安装到配重鼓15。发电机部件由气隙21″′分离。

由于在驱动轴11向前进给期间，配重线17绕配重鼓15卷绕，实现在驱动轴11上作用相对恒定的原动力或相对恒定的力矩，该力或力矩通过发电机21的转子21′和定子21″之间的连接驱动发电机旋转，并产生电流。当来自锚鼓9的力矩超过发电机的转子和定子之间彼此相对旋转时在气隙上的电磁耦合而产生的反作用力矩时，更多配重线17绕配重鼓15卷绕，相应于该更高力矩的超出的能量被由此累积而吊起配重19。之后，当浮子3开始以渐减的速度上升时，随即当水面6下降时下沉，驱动轴11和转子21′在第一旋转方向上的旋转速度也减少。当如上所述来自锚鼓9的力矩变得低于发电机21中的反作用力矩时，配重线17开始从配重鼓加速解开，直到驱动轴被驱动轴支撑13中的防反转机构53挡住在相反方向上的旋转，见图5a和5b，配重鼓的朝后旋转速度被在发电机与配重19之间的平衡状态稳定。因而配重中累积的势能在该相位中如前相位一样以相应的平滑力矩继续驱动发电机21。

如前所述，通过波浪上升期间在浮子3与底基座/底紧固设备3之间出现的牵引力而吸收波浪能。浮子3跟随波浪的运动，从而使驱动轴11运动，锚鼓9安装在驱动轴11上，相对底基座向上。产生了旋转运动，该旋转运动驱动传动装置。波浪的竖直运动被转换成旋转运动，其速度可被齿轮增速到适于驱动发电机21。波浪竖直运动的速度决定可提取的能量的量。波浪越大，竖直运动越快，更多的能量就能被吸收。与波浪中的能量不同，运动的竖直速度不以波高的平方而增加，而是符合更为线性的模式。但是，波浪越大，则浮子3的衰减效应的冲击越小，这导致当波浪高度从低水平增加至超出线性模式时，浮子的竖直运动和原动力迅速增加，波浪变得更高。

锚鼓9以合适的方式机械连接到驱动轴11。这种机械耦接可包括以下两种功能：

1.在波浪上升期间，锚鼓9可钩到驱动轴11上，使得驱动轴与锚鼓的旋转运动一起旋转。当波浪下沉时，可使锚鼓脱开，使得锚鼓可在相反方向上旋转。另外，波浪下沉时驱动轴11可被阻止改变其旋转方向。驱动轴以这种方式在每次波浪上升时以相同旋转方向被锚鼓向前进给以及原动力，从而整流从波浪运动吸收的原动力。这使其可在单一的旋转方向上驱动发电机。

2.波浪能的吸收可受到使用滑动离合器55的限制，因此滑动离合器55可用作过载保护，见图5a、5b和5c。当累积水平达到其上限时，即不可能在不冒险使配重19接近而损坏配重鼓15和浮子3的情况下绕配重鼓15卷绕更多的配重线17时，通过在波浪上升期间使锚鼓9逆着驱动轴11滑动，从而这种滑动离合器55还使得可将能量吸收与波浪运动完全脱离。滑动离合器还可用于限制传动装置承受的力矩。当波浪下沉时，浮子3和配重19会被制动，使得重力增加，从而增加传动装置中的力矩。当波浪翻转并再次上升时，重力由锚鼓9进一步增加，所述锚鼓9开始朝前转动并在浮子被波浪抬起的同时相对浮子抬起配重。对于过高的负载，滑动离合器滑动由此在某种程度上减少加速度，从而也减少传动装置所承受的力矩。

提供这些功能的锚鼓9与驱动轴11之间的机械耦接可按照不同方式设计。这种耦接可包括一个或多个防反转机构和滑动离合器，如下所述。

如此见图5a，可提供用于将驱动轴11耦接到锚鼓的自由轮机构或防反转机构51，在这里被称为锚鼓的防反转机构。在这种情况下，驱动轴经过未分离的锚鼓。锚鼓的防反转机构51可设计成类似安装驱动轴上的单向轴承。当浮子3上升时，通过利用该返回阻挡机构51而使锚鼓9钩到驱动轴11上，锚鼓9和驱动轴11如上所述在第一旋转方向上转动。当浮子3下沉时，锚鼓9中的返回阻挡机构释放，锚鼓9可逆转，在相反旋转方向上旋转以卷起锚线7，这将在以下描述，同时通过另一个返回阻挡机构53阻挡驱动轴11在相反方向上旋转，该返回阻挡机构53在驱动轴与支撑13之间作用，在这里被称为轴支撑返回阻挡机构53。该返回阻挡机构可布置在驱动轴11的支撑轴承54上或支撑轴承54内。以这种方式，每次浮子3上升时，驱动轴总是在第一旋转方向上转动，而不会在相反方向上转动。

如果需要，可设计传动单元2，使得锚鼓9作用在驱动轴11上的原动力也可在第一旋转方向上脱离。这可通过锚鼓的可控返回阻挡机构51，或优选地，通过采用用于锚鼓的滑动离合器55来实现，如下所述。然后，当能量的累积达到其最大累积水平时，即，在不冒险损坏锚鼓15和/或浮子9的情况下不能将配重19吊起更高时，可使驱动轴11的驱动脱离。然后当浮子3开始下沉时，结束脱离驱动轴的驱动，使得当波浪再次开始上升时锚鼓9重新驱动驱动轴11。因而波浪能转换器的能量吸收受到限制，当平均浪高超过波浪能转换器达到其最大容量，即额定功率的水平时，可防止传动装置和发电机21的过载。即使因此暂时脱离能量吸收，只要可使用存储于配重内的势能，也能驱动发电机产生最大功率输出。因此只要波浪中的平均能量水平足够高，发电机21和传动装置23上的负载可受到限制，同时保持最大功率输出。

将驱动轴11从锚鼓9脱离以限制能量吸收的另一个替代方法是，当在锚鼓与驱动轴之间传递的力矩为零时，接合和脱离都完成。在这种情况下，可用爪形接头55″代替滑动离合器，见图5e和5f。当配重19超过上限时，一旦力矩减少为零，爪形接头就脱离，见图5f。当配重到达一定下限时，并且当力矩再次为零时，这可能在几个波周期之后，爪形接头再次接合，见图5e。如上，该上限必须提供充分的安全限度，使得即使极端波到来配重19也不达到配重鼓15。采用这种方法的优势包括脱离机构可处理被传递的更高的力矩，转变期间只有低的能量损耗，以及脱离造成的机械磨损最小。劣势是需要更长的配重线17，在某些情况下可能是限制。

锚鼓9的滑动离合器55可安装在锚鼓的返回阻挡机构51与锚鼓之间，如图5a示意示出。在锚鼓与驱动轴11之间由滑动离合器传递的力矩可优选地根据某些合适的电信号可控制，由此可调节系统中最大能量吸收水平。

在一个替代设计中，不存在锚鼓的机械返回阻挡机构51，见图5b。驱动轴11在这种情况下也经过未分割的锚鼓9。替代地，锚鼓的滑动离合器55用作返回阻挡机构。滑动离合器的一个耦接侧安装在驱动轴11周围，另一个耦接侧安装到锚鼓9。滑动离合器55中传递的力矩受到控制以起到返回阻挡机构的功能。

在另一个替代设计中，有分离的滑动离合器55′没有机械返回阻挡机构，见图5c。在这种情况下驱动轴11被分割，锚鼓9被牢固地附接于驱动轴11′的第一部分。在驱动轴的第一部分11′和其第二部分11″之间具有到锚鼓侧的滑动离合器55′。轴的第一部分11′在轴承54′处轴承架设到锚鼓与滑动离合器之间的内支撑13′。滑动离合器55′如上一样用作返回阻挡机构，其力矩以如滑动离合器封闭在锚鼓9中时一样的方式受到控制。

当滑动离合器55、55′用作返回阻挡机构时，它可如图5d所见受到控制。然后它在传递完全的力矩和完全没有力矩之间交替。锚鼓9向前旋转，同时波浪上升，然后当波浪下沉时由以下所述回行进给机构向后进给。从而在锚鼓的旋转方向转变时发生力矩传递上的交替。

除了发电机21的电磁接头的帮助外，锚鼓9的旋转和配重鼓15的旋转还可通过机械接头，即上述回行进给机构而耦接。这可通过第二滑动离合器25的帮助来实现，第二滑动离合器在这里被称作回行进给滑动离合器，见图6，用于控制力矩的水平，该力矩会从配重鼓传递到锚鼓。该力矩的水平也可被调节或操纵。该力矩还可用于使锚鼓9反转并由此确保到底基座5的锚线7被保持在张紧状态，同时浮子3下沉。该力矩还可用于抵消浮子由于水面6上的水流和风而从海底基座漂走。

回行进给滑动离合器25可如图所示安装在轴承架设驱动轴11的其中一个支撑13中。齿轮27、29分别抵着卷起鼓9和15的边缘31、33运行，于是这些边缘可以相应方式带齿。齿轮27和29连接到滑动离合器25的输入和输出轴，其分别与每个卷起鼓上的齿轮31、33有关的尺寸适于提供足够高的齿轮比，以使浮体3以最快速度下沉时，锚鼓9的旋转速度高到能够足够快地卷起锚线7以将其保持张紧。在所示设计中，齿轮27、29同轴地架设于轴承并直接连接到回行进给滑动离合器25中的两个离合器盘57，离合器盘57以可控力彼此施压，使得当需要时，可在配重鼓15与锚鼓9之间传送所需大小的力矩。用于锚鼓的一个替代回行进给机构是以相应的方式使用电机，如图15i所示。

将驱动轴11连接到发电机21的齿轮23可升高驱动轴的旋转速度从而在发电机中获得更高的旋转速度，这使得能用高速发电机。由于从发电机输出的功率正比于其转子21′和其定子21″的质量和发电机的旋转速度，这点非常重要。另外，齿轮23可大致上是或者包括变速齿轮，包括例如具有固定齿轮比的齿轮，例如行星齿轮系35，作为输入级，见图12e。行星齿轮系的输出轴则连接到变速齿轮37(CVT)的输入轴，其输出轴连接到第一发电机部件，例如转子21′。发电机定子21″与这些齿轮的箱体相对彼此和配重鼓15固定，并可作为一个单元绕驱动轴11自由旋转。驱动轴11与发电机第一部件21′之间的齿轮比在这种情况下由行星齿轮系35的齿轮比与变速齿轮37的齿轮比的乘积而给出。

发电机21能处理的最大旋转速度取决于发电机的选择。根据其最大容量发电机的名义旋转速度的合适范围是大约1500到3000rpm，波浪能转换器1为此而设计尺寸。为将发电机齿轮增速到这一旋转速度，需要大小为100到200倍的齿轮比，其中齿轮比也取决于锚鼓的半径和达到满功率的情况下浮子的中间运动速度。当升高旋转速度时，在相同齿轮比的情况下力矩同时下降，这在齿轮23中造成非常大的输入力矩。高的齿轮比会造成高的传动损耗。如上所述的行星齿轮系35提供高的固定齿轮比，可处理非常高的输入力矩并具有良好的效率。齿轮37中的变速齿轮级可用于使发电机的旋转速度适应实际的中间波浪高度。这一变速齿轮可例如是无级变速齿轮箱或液压齿轮箱。

替代地，传动单元2可设计有其它机构用于水面6上升能量的累积，例如，作为弹性存储能量。则不需要任何配重，而可由弹簧，通常是卷簧69取代，见图3b。这种卷簧的内端安装到支撑13，同时其外端安装到齿轮23的箱体从而与发电机21耦接，耦接到其第二部件。能量也可作为气压累积，将在下面描述。

在目前所述设计中，可存在只一个锚鼓9和位于锚鼓两侧的两个配重鼓15，如相应的图所示。在每个锚鼓中包括一个齿轮单元23和一个发电机21。因此一个配重鼓15连接到驱动轴11的一端，即驱动轴安装到这两个配重鼓之间，驱动轴轴承架设于支撑或框架13中。

两个配重鼓15的运动可用链接轴58同步，链接轴58轴承架设于支撑13中并在其两端都具有齿轮29，与配重凸缘33的齿缘咬合，见图2f。发电机装置21为独立式的，但配重19必须保持在相同的水平线上，使得配重与锚鼓之间的距离在两个装置中相同。否则波浪能转换器1中的重心会移位，使得动力单元(power unit)针对波浪会以失效的方式转动，因此降低波浪与浮子3之间的捕获率。图示设计的链接轴58也用于实现从配重鼓15到锚鼓9的回行进给机构。为此，它还具有齿轮27，以图6所示回行进给机构相似方式与其中一个锚鼓凸缘33的齿环咬合。

由于轴承架设在支撑13部件中且在两端具有与配重鼓凸缘33上齿环咬合的齿轮29的链接轴58，配重鼓15的运动可同步，见图2f。发电机装置21为独立式的，但配重19必须保持在相同的水平线上，使得配重与锚鼓之间的距离在两个装置中相同。否则波浪能转换器1中的重心会移位，使得波浪能转换器对于波浪会不正确地转动，因此降低波浪与浮子之间的动力传递。本设计中的链接轴58也用于实现从配重鼓15到锚鼓9的回行进给。为此，它还具有齿轮27，以图6所示回行进给机构相似方式与其中一个锚鼓凸缘33上的齿环咬合。

由于链接轴58被制成单件，能刚性连接配重鼓15的旋转运动，对于回行进给机构必须使用其它类型的滑动离合器。回行进给机构25′的滑动离合器在这种情况下位于与锚鼓9的凸缘31咬合的较大齿轮27与齿轮所固定安装的贯穿链接轴58之间。也可采用例如带传动或链传动代替由如图所示咬合齿轮驱动。

在本设计中支撑13根据图2a-2b包括两个从浮子3下方突起的支撑部分，还对照图5a和5b，每个支撑部分包括轴承54，具有用于驱动轴11的返回阻挡机构53。这种传动单元2的设计具有沿驱动轴定中的锚鼓9，并在这样配置的配重鼓15两侧具有附属齿轮23和发电机21，使得浮子上的重量负载对称，并且比起只用一个连接到驱动轴11一端的配重鼓(其具有附属的发电机和配重19)的情况，负载因水流而更对称。

带有锚鼓9、驱动轴11、配重鼓15、齿轮机构23和发电机21的传动单元2，可替代地位于机体中或驱动轴框架141中，如图2g所示。机体包括围绕框架形部件143和多个轴支撑145，在框架部件的相对的长边之间延伸，并相应于上述支撑或支撑部件13。传输单元的轴被轴承架设在轴支撑中。轴支撑的数量取决于不同的设计替代方案。框架141固定于浮子。

在使用行星齿轮系35的情况下，可具有某种程度的不同设计。行星齿轮系由行星架161组成，多个行星齿轮163轴承架设在环形齿轮165内部上的轨道中并围绕行星齿轮所齿轮啮合的太阳齿轮167，见图12a。当行星架旋转而外轮，即环形齿轮固定时，行星保持架驱动内轮，即太阳齿轮旋转，以升高旋转速度。替代地，可由环形齿轮165的旋转驱动太阳齿轮167，同时行星保持架161被保持在固定位置，这也升高旋转速度。如上，可利用这个使行星齿轮系35和发电机21例如位于配重鼓15内部，直接使得行星齿轮系的环形齿轮165和发电机21″都固定到配重鼓，见图2b。

替代地，在环形齿轮165固定于配重鼓的情况下，只有行星齿轮系35可位于配重鼓15内部。然后，发电机21″而是随框架141固定于浮子3，见图2g和图3d。驱动轴11轴承架设并可在配重鼓的出口和入口自由旋转。由配重19给出的轴负载由驱动轴承担，所述驱动轴被驱动轴框架141中的轴支撑145支承。由此行星齿轮系35具有低的轴负载。系统功能保持相同，但这种设计可简化发电机21的电连接和密封，还简化检修与维护时的通达。由于在这种情况下定子21″不需要被旋转，质量影响(1evy in mass)也可减少，即总角动量，这点也很重要。也可以相似的方式采用其它类型的齿轮箱，例如齿轮箱的箱体或盖与配重鼓15固定。行星齿轮系的环形齿轮在这种情况下相应于齿轮箱的外壳或箱体。

行星齿轮系中的齿轮比由行星齿轮和太阳齿轮上的齿数差给出。在图12a中，行星齿轮系示出有一个齿级(gear step)，但也可建立其它的齿级。这可根据两个或更多行星齿轮系与相互固定的齿环耦接的原理。通常采用多达三个齿级，以给出相对低的传动损耗。每级的齿轮比通常选择为5到10之间，三级则给出多达300的齿轮比。波浪能转换器1的尺寸所对应能量越高，锚鼓9需要具有的直径越大，这是因为锚线7尺寸越大则需要越大的直径。锚鼓的直径增加导致与波浪竖直运动有关的旋转速度下降，导致较大容量的波浪能转换器需要更高的齿轮比以在发电机21中实现相应的旋转速度。

图11d和11e中是与图11b和11c中相同的方式，示意性展示了对于具有固定于定子的浮子3的发电机怎样实现发电机21的驱动。

在除竖直运动以外的波浪运动时，浮子3也总是绕在完全平静海面上取的水平位置改变其角度指向。然后驱动轴11始终向侧面摇摆，使锚线7以及一条或多条配重线17滑动并在锚鼓9以及一个或多个配重鼓15上相互摩擦。可采用轨迹导引机构，由此以规则的方式卷绕各自的线。可在鼓9、15的圆柱卷绕表面上采用螺旋槽39、41、43、45，见图3c。当采用两个配重鼓时，其螺旋槽的方向可相反，即其中一个螺旋槽39、41为右手而另一个螺旋槽为左手，以在波浪能转换器1上在某种程度上保持因涉及配重19和锚线7的原动力而造成的负载对称。由于各自的线与卷绕鼓之间的接触表面增加，相应于39、41、43、45的螺旋槽的形状遵循线的轮廓也可显著增加线的使用寿命。

如果只使用一个锚线7，当该线或多或少被卷绕或解开时，该线影响锚鼓9的点沿轴运动。为在具有两个配重鼓15的情况下实现更对称的负载，锚线7′可为环状，使其在螺旋槽41上从锚鼓的一侧延伸向下到海底基座5，经过轴承架设于海底基座5的滑轮40，并经过螺旋槽43再回到锚鼓的另一侧。锚线的两端在具有螺旋槽41和43的两段都多少卷绕在锚鼓卷绕表面上，所述两段在相反方向上具有螺旋槽。还可用位于波浪能转换器下方一段距离的Y形接头将锚线分割，见图15a及以下所述。

如下所述，两个锚鼓9v、9h可位于居中放置的配重鼓15的任意侧上。用于各自的线7、17的螺旋槽则可布置成与图3c中相应的方式。配重鼓则可包括具有相反方向的螺旋槽的两段，未示出。

作为卷绕鼓9、15上螺旋槽的一个替代或补充，可使用引导辊171来引导配重线17和锚线7两者围绕各自的卷绕鼓，见图13a、13b和13c。引导辊由螺纹杆173驱动，所述螺纹杆173由鼓同步旋转。用于各自配重鼓15的螺纹杆具有在相反方向上的螺纹，见图13a，使得配重线17在彼此相反的方向上导向彼此，这对于波浪能转换器的重心保持定中来说是重要的。

对于每个卷绕鼓9、15使用两个螺纹杆171，这两个螺纹杆171由转动带轮或链轮177的共同的齿带或链175旋转。引导辊171的引导端连接到端件179，螺纹杆贯穿端件179，端件179沿螺纹杆引导该引导辊。引导辊轴承架设在端件上，并可与各自的线7、17一起旋转以使摩擦和磨损最小。螺纹杆173的端部轴承架设在驱动轴支撑141上。

另一个实现安全卷绕的替代方案是采用渔业中已知的拖网鼓，未示出。

为在使用两个配重的情况下，使配重19及其配重线17互相缠绕的风险最小，配重可通过合适的刚性机械结构机械连接到一起，所述刚性机械结构使它们保持彼此物理分离。例如，可采用配重框架151，见图3e和3f。配重框架的形状可设计成使其不摩擦锚线7，并可防止与其缠绕，配重框架为例如矩形、正方形、根据图3f的菱形，或为封闭曲线形，例如未示出的圆形。

浮子3可通常为板形，可为长形。这种长形板可以方便的方式定位，使得大部分时候使其长端朝向波浪方向。浮子3的宽度可适于海面上波浪的平均波长，使得浮子在较大的平均波长具有较大的宽度。可采用不同的方法稳定浮子相对波浪方向的位置。可通过在浮子3下侧引入叶片而利用水微粒通过波浪的旋转运动和朝向在基座5上方的中心的牵引力，见图2d和2e。另外，可改变浮子的形状。驱动轴11可与板长方向平行，在朝波浪方向上略微移位，取代如图2a和2b所示定中在浮子下。

为了在浮子3内安装传动单元2，如图2c、2d和2e所示，浮子的尺寸必须使其可保持传动单元。从侧面所示，与驱动轴11平行，浮子在这种情况下可为椭圆形，即大致为椭圆柱。它针对水面6可具有相对大的剖面积，同时与完全矩形剖面相比，它可以较小的水阻逆着波浪方向受拉。从波浪方向看，浮子3在其背部可具有一个或多个叶片4，这可帮助引导浮子直接面对波浪方向。

在该设计中传动单元2可安装在传动单元空间20中，由此可使传动单元全部或部分干燥，从而被保护以免生长和腐蚀，并可采用更简单更便宜的密封溶液，见图2c、2d、2e和2f。当使传动单元空间20干燥时，它还可将其浮力贡献给浮子3的浮力。为此传动单元空间可在由盖或维修窗121密封的顶部，使得传动单元空间形成一个气袋。为生成和保持传动单元空间20的排水，可使用气泵123。该气泵可例如通过带125由链接轴58驱动，将空气泵入传动单元空间内，使水位被压下来，使得传动单元2干燥，获得所需气袋。气泵可安装在驱动轴11所轴承架设的其中一个轴框架145上。气泵123可替代地由未示出的电机驱动。

当运转波浪能转换器时，关闭传动单元2上的维修窗121，传动单元空间20中的水位被气泵123生成的气压向下压。外部的水位在波浪周期中相应于海底基座5与波浪之间的原动力以及配重19与浮子3中的质量惯性矩而改变。维修时，首先断开锚鼓9，然后传动单元空间内的压力拉平到外部气压，使得水位上升，然后可打开维修窗121并进行维修。在尺寸正确的情况下，当来自基座5的原动力断开时，水位可拉平到刚低于驱动轴11，使得密封和气泵123始终不在水面6下。

在大修时，整个驱动轴框架141与如图15g、15h和15i中所示的部件可被提起，并由替换单元替换。配重19可联结在浮子下方，同时进行更换。然后可在岸上进行对波浪能转换器的传动装置、发电机和电子元件的维修。

在该设计中，在传动单元2和驱动轴11定中位于浮子3的情况下，可更有效地使用浮子的角调制。浮子跟随在波谷和波峰给出角调制的水面。当波浪上升时，驱动轴11旋转，然后轴支撑145脱离，使得浮子3可在波浪的水线不影响驱动的情况下向后旋转。当波浪转向下时，驱动轴相对轴支撑锁住，使得驱动轴与跟随波浪角调制的浮子同步向前。接下来使配重鼓15在向前方向上旋转，并以与在向上方向上竖直运动过程中相同的方式在配重19中起到累积能量的作用。锚鼓9的直径越大，关于竖直运动系统获得的输入旋转速度越小，同时出自角调制的旋转速度是相同的，而无关锚鼓的直径。以这种方式波浪能转换器1的尺寸可设计成具有较大锚鼓9，以提高与来自竖直运动的原动力有关的角调制的效果，但是必须也具有足够大的宽度以抵挡同样同步增加的力矩，当驱动轴11相对轴支撑145锁住时，该力矩从配重19传递到浮子3。

波浪能转换器1的功能优选地由未示出的计算机控制系统控制，尤其控制配重跨度水平(span level)并补偿变化的加速度和延迟以实现与当前波候有关的尽可能均等的功率水平。控制系统还可用于控制锚鼓滑动离合器55、55′及回行进给滑动离合器25、25′中的力矩传递，控制未示出的锁机构，在运输和维修时控制配重19与驱动轴框架141中的海底基座5的联结，以及记录系统功能和波浪数据。控制系统由来自未示出的电池的能量供电，该电池由发电机21连续充电。

控制系统控制配重跨度水平，并在未示出的传感器的帮助下监视波浪能转换器1功能性，尤其是可旋转部件的旋转角度/速度，发电机21的电功率输出和浮子3的运动。

控制系统可通过分析来自未示出的传感器的数据来控制配重的跨度水平，所述传感器安装在配重鼓15中，并连续告知系统它关于重力方向或轴支撑13处于什么角度。控制系统可因此通过计算配重的转数及其精确转向位置而追踪配重19的位置及转向点。记录每个单独的波动周期的转向点。一种算法通过分析一个时间段中的转向点来计算配重跨度是否具有向上或向下漂移的趋势。如果配重跨度正向上漂移，配重19可以较快的步调下降，使得从发电机21产生较高的功率输出，反之亦然。该时间段的长度由累积容量，即，配重线17的长度决定。容量越高，计算中可采用的时间段越长，从而对发电机功率输出的调节越小。

未示出的两个传感器测量发电机21的电功率输出和旋转速度。这些值被控制系统重新计算以示出发电机上的力矩水平。控制系统用该力矩值补偿配重19的重力，其因质量惯性矩及加速力和水阻的影响而变化，这是因浮子3的运动结合驱动轴11旋转速度的变化而产生。在波谷，配重19在远离重力方向的方向上加速，使重力增加，在波峰，配重在回到重力方向的方向上加速，使重力降低。通过根据装载发电机21的变化的力矩调整配重下落速度，可稳定功率水平。

如上所述，为了配重19的转向点不漂移到配重的端位置，配重的下落速度，即配重鼓15的中间旋转速度，必须与驱动轴11的旋转速度平衡。当中间转向点向下运动时，必须减小配重的下落速度，导致发电机21的功率输出减少，反之亦然。通过调整配重的下落速度，及因此的配重跨度水平，与当前波候中的平均能量水平有关发电机的功率输出可保持得尽可能平滑。

调节配重跨度水平可通过不同的方式实现。调节发电机上电负载很可能是最简单和成本效率最高的方式，但是如下所述也有其它可能。

发电机21中的机械阻力取决于作用于发电机电极上的电负载。电负载增加时，发电机中气隙21″上的电磁耦合增加，从而发电机中机械阻力增加，使得配重19较慢下落，这是因为发电机与配重之间的平衡状态变到较慢旋转速度，反之亦然，见图16a中图表所示的调节规则。由于发电机的功率是旋转速度与力矩的乘积，功率水平变得平滑，同时旋转速度在与重力和输入力矩相反的方向上变化。这是因为通常发电机中极点旋转速度高于标称旋转速度。发电机应能处理至少高于标称速度50％的极点旋转速度。

在恒定的电负载下，出现平衡状态，即，出现与配重19给出的原动力同样高的机械阻力的发电机21旋转速度，如前所述。通过调节发电机的输入机械力矩，平衡状态被取代，以及出现平衡状态的旋转速度。输入力矩可通过具有所谓变速齿轮比37，CVT(“连续可变传动装置”)，的齿轮箱来调整，其可组成或包括在齿轮23中。较低的齿轮比给出较高的力矩和较低的旋转速度，从而平衡各自的输出，而较高的力矩还使发电机21与配重19之间的平衡状态在较高的旋转速度时出现，这增加了配重的下落速度，反之亦然，参照图16b示出的调节规则。CVT的一种类型是输入输出轴对准情况下的CVET(“连续可变电子传动装置”)，如图12c、12d示意性示出。由于制造商不想揭示关于其机械设计的细节，这些图只是象征性的。变速传动齿轮箱通常只处理有限的力矩和相对低的最大齿轮比。为使输入力矩最小并增加齿轮比，可在可变传动装置之前耦接行星齿轮系35，如图12c所示。

根据以上所述可用于将锚线7保持张紧的配重鼓15与锚鼓9之间的回行进给滑动离合器25、25′，可同时用于减少由配重19所给的力矩，这以与变速齿轮相同的方式取代发电机21和配重19的平衡状态，见图16c中图表所示调节规则，并与图16b相对照。当回行进给机构的滑动离合器25、25′完全脱离时，发电机达到全功率，配重达到全速度，使得发电机负担来自配重的全部力矩。当中间波高下沉时，回行进给滑动离合器中的力矩增加，这降低发电机21上的力矩，从而减少配重的下落速度。可采用例如在低转速时热损耗低的磁性粒子离合器作为滑动离合器。在进给流水平的帮助下，可非常精确地调节力矩，使得流越高，所传递的力矩变得越高，因此减冲作用(breakaction)越高。

通过采用未示出的锥形配重鼓，绕配重鼓的配重线17接触点的半径会增加，配重19卷起更高。半径从而力矩增加，配重被吊起更高，使得发电机21旋转越快。以这种方式，配重19的下落速度和发电机的功率输出随中间波高的增加而增加。这种调节配重跨度的原理是自调节的，因此不需要像其它方法一样由控制系统调整，但没有能力补偿配重的重力变化或配重影响驱动组件的力，即主要是配重线的原动力。

可设计一种用于自动设施的波浪能转换器1。开始位置是海底基座5，配重19联结在支撑13部分上或框架141上，相应的线7、17完全卷起。波浪能转换器连接到配电网络，并启动控制系统。用于锚鼓的返回阻挡机构的脱离机构根据来自控制系统的控制信号置于锁定位置，使得无论配重是否处于其极点位置，锚鼓7都不会脱离。在所示设计中，这意味着绕锚鼓的返回阻挡机构51安装的滑动离合器55处于最大力或力矩传递，足以带动海底基座的整个重量。回行进给机构的滑动离合器25可被脱离。

然后，控制系统松开未示出的保持配重19和海底基座5的联结装置，由此海底基座开始朝海底的底部8下落。然后锚鼓的线7被解开，驱动轴11开始旋转并驱动发电机21。控制系统调整为最大功率，由此海底基座5的下落速度被其产生的电能尽可能地降低。另外在浮子3上优选地装备有未示出的回声探测器，测量该设施所处点的水深。锚鼓9装备有未示出的与配重鼓15上安装的相同类型的传感器，控制系统可以这种方式测量从锚鼓解开了多少相应的锚线7。控制系统可在这些数值的帮助下计算海底基座5什么时候开始接近底部8。为减少冲击力，通过回行进给滑动离合器25降低海底基座的下落速度。当海底基座5到达底部8时，驱动轴11停止旋转，代以一个或多个配重19开始下落并继续驱动一个或多个发电机21。用于锚鼓9相对于驱动轴的旋转的脱离机构被激活，使得锚鼓可相对于驱动轴在一个方向上旋转。在所示设计中，这意味着锚鼓中的滑动离合器55处于正常模式，这意味着被滑动离合器传递的力减少，使得该力不足以抬起海底基座5。由此使控制系统进入操作模式。

即使发电机定子21″安装在配重15内部，也可在不使用滑环、电刷之类的情况下实现发电机21的外电气连接。发电机定子21″以常规方式包括连接到电缆41的电气线圈，旋转时线圈内感应电能，电缆部分地与配重线17平行地卷绕在配重鼓上，见图4，但更接近锚鼓9。电缆从配重鼓15向下延伸到可沿锚线7运动的可运动连接器43。电缆41通过连接器连接到另一个电缆45，例如延伸到专用连接器浮子45。由此波浪能转换器1可在波浪改变方向时进行旋转，而线和电缆不会互相纠缠。

由于第一电缆41与配重19绕在相同的鼓上，连接器43将沿锚线15滑动，大体总是在配重下面相同的距离。由此可避免配重和电缆41、45彼此靠近。

在一个用于能量累积的替代方式中，能量可作为气压吸收在一个或多个罐中。这种波浪能转换器1在图9a中示意性示出。这里锚鼓9只需要通过返回阻挡机构53连接到驱动轴11，参照图5a和5b中轴支撑13中的返回阻挡机构。不需要任何支撑，代之驱动轴可直接轴承架设在发电机外壳或发电机箱体71中，所述发电机箱体71取代配重鼓15并在这种情况下可封闭如行星齿轮系35这样的固定齿轮机构、发电机21和压缩机/气泵73。箱体固定于浮子3，例如如图所示固定到其下侧，或者如果采用如上传动单元空间20用于安装传动单元2，也可定中在浮子内。气管75从压缩机/气泵73延伸到气罐77，优选地位于浮子或浮子内。气罐也可耦接到过压阀79和气动马达81。齿轮87位于该马达输出轴85上，与锚鼓9的凸缘31上的齿一起作用。

压缩机/气泵73可为所谓涡旋泵(scroll pump)，于是其具有可运动部分89，其与发电机21的定子21″固定连接，并连接到外壳71固定部分91。这里驱动轴的返回阻挡机构53作用于外壳。

在该设计中当驱动轴11由上升浮子3转动时，在气罐77中由涡旋泵73建立气压。该气压相应于所累积能量。随着气压增加，针对驱动轴旋转的反作用力也增加。波浪越高，驱动轴11的中间旋转速度越快，从而建立起的气压越高，由此在发电机转子21′与定子21″之间给出的反作用力矩越高。由于通过气压中的惯性而发生平衡，因此控制系统不需要主动控制和优化操作。由于通过建立气动气压而累积能量，过压阀79可用于代替锚鼓9与驱动轴11之间的滑动离合器53。尽管如此，滑动离合器具有免受推力应变的优点。当锚鼓9不由其到锚线7的耦接而转动时，例如当浮子3下沉时，代之以向后转动以拉伸锚线，由此气动马达81旋转并驱动作用在锚鼓的凸缘31上的齿轮87。

即使用气体返回压力，也可能让发电机定子21″固定到浮子3，并替代地将压缩机73连接到行星齿轮系35的环形齿轮165，见图9b。在这种情况下，发电机定子固定到发电机外壳71。发电机底盘91也固定到发电机外壳，同时，压缩机73在其驱动轴93上的齿轮95连接到行星齿轮系的环形齿轮，要么如图所示直接连接，要么通过齿带/链。环形齿轮绕输入驱动轴11自由旋转。

这种传动单元2的设计可具有以下优势：

-在锚鼓9中或在回行进给机构中不需要滑动离合器。

-由于波浪越高，气压和发电机21上的力矩越高，因此不需要配重，从而没有必须调整的重力和配重跨度。

-可完全消除或减轻配重和线、外电缆、加速效应、重心等可能具有的问题。

-不用配重的箱体具有较低的可运动重量，因此海底基座5也可做得较小，即，具有较小的质量。浮子3的抬升力也可同样地减少。

-能处理较浅的设施深度。

-只有锚鼓需要暴露于海水，同时其它部件可被封闭。

-与采用配重鼓的较早设计相比，齿轮机构和发电机的外壳可由较小直径制成。

与如上所述相同类型的传动单元2可用在波浪能转换器的其它设计中，如从图7a、7b和7c中显见。这里有固定于海底8的海底紧固设备61、63代替海底基座。这些海底紧固设备的形状设计成类似框架或柱，从海底向上，传动单元中的驱动轴11轴承架设在框架中或柱上。在图7a和7b中，采用两个竖直柱，完全位于水面6下，并从海底伸向上，传动单元中的驱动轴11轴承架设到这些柱上。在根据图7a和7b的设计中，锚线7固定于浮子。在图7b中，传动单元安装得与水池底如此靠近，使得配重的形状类似于浮体19′。根据图7c的框架包括两个竖直柱，从底部8向上在浮子3侧超过水面6。该柱在顶部由位于浮子上方的水平梁64连接，类似于上述支撑13的支撑部分从梁64向下突起。传动单元中的驱动轴11轴承架设在这些支撑部分中。尤其可观察到，与水面和浮子上升时从波浪中吸收能量的其它设计对照，根据图7c的设计只有在水面6和浮子3下沉时才从波浪中吸收能量。由此浮子必须具有大于配重19的重量，并具有足够的容积/浮力，使其能保持漂浮在水面6上。这在图7c中示出，浮子3由压载5″固定。在该设计中，当波浪下沉时，配重19线17绕配重鼓15卷绕，这显著减少运动跨度和重力上的变化。在尺寸正确和周期波的情况下，配重原则上可被保持静止。还可将配重保持在水面6上方，这关于配重质量给出较高的原动力。这种设计尤其适用于已有基座的地方，例如在风力发电设备上，此时配重和配重线17可在桅杆内部运行，或在石油平台上。

图7d中示出波浪能转换器1的替代设计，具有根据图15a的传动单元215，配重鼓15位于两个锚鼓9v、9h中心。在该变型中，驱动轴11由挂在弹性元件213中浮子3下方的砝码或负载211驱动，所述弹性元件213例如可包括弹簧或空气弹簧。锚线也固定在该砝码上。砝码211与浮子3或通常与波浪能转换器的其他部件相比具有相当的质量。通过浮子3与砝码211之间的连接动作，驱动轴向前驱动。当浮子经过一次波峰下沉时，浮子也向下运动。当浮子慢下来并在下一次波谷转向时，砝码211由于其惯性仍首先向下运动，拉伸并延长弹性元件213，并展开配重线17，使得锚鼓9v和9h旋转，既而驱动所述驱动轴旋转。当弹性元件被延长时，砝码211上的牵引力增加，使其正在进行的向下运动逐渐停止。之后出自弹性元件的力变得大到使得砝码会向上运动。这在浮子3上升运动时发生。当浮子3再次慢下来以在下次波峰时转向时，砝码由于其质量惯性矩继续向上运动。然后弹性元件213一起受拉，从而砝码211上的牵引力减少，使其不再与影响砝码的重力平衡。同时，锚鼓9可返回并张紧锚线7用于驱动轴11下一次驱动。然后砝码逐渐慢下来到停止，之后再次开始向下运动。

配重7通过砝码211中的通孔向下运行到与波浪运动有相移地运动的配重19，这可减少其竖直运动并减少其加速度大小和波浪运动的阻滞，使得负担发电机21的力矩变得略微平滑，从而更少需要调整旋转速度。这种设计例如可在水深大时有利，那里难于使用固定在底部8的锚线7用于驱动轴的驱动。

在一个设计中，其中波浪能转换器安装在风力发电设备中，可将来自涡轮叶片的传动与波浪的驱动结合起来，使得可采用相同的齿轮箱和发电机，见图8a、8b和8c。该传动装置最接近图15a、15b和15e中所示，将在下面描述。根据图15f具有固定定子的传动装置模型也可以类似的方式使用，这里不再进一步说明。主要的不同是关于发电机定子来安装行星齿轮系25。在该设计中行星齿轮系的功能是通过使风力发电设备的转子旋转行星齿轮架161，同时使具有压载5″的浮子3驱动行星齿轮的环形齿轮165，从而将来自风和波浪运动的驱动组合起来，也见图12a和12b。以这种方式，由各自的风和波浪运动获得的旋转和力矩可相加并一起驱动太阳齿轮167。行星架或环形齿轮都不能向后旋转，对于行星架来说由轴支撑13中的后锁机构53实现，对于环形齿轮来说通过具有与后锁机构类似功能的滑块离合器201实现。滑块离合器201具有与锚鼓的滑块离合器等效的功能，见图5b及其说明，但在该设计中位于轴支撑13与行星齿轮系35之间，使其可用一个相同的滑块离合器限制风和波浪运动两者的力矩和能量吸收。

发电机21单独安装在与配重19连接的配重鼓15中，从而具有与其它设计所述相等的容量。锚鼓的回行进给也以相同的方式完成，从配重鼓15经环形齿轮29和齿带/链175到链接轴58，接着以相应的方式耦接到锚鼓9v和9h。锚鼓9v和9h的直径与浮子3和压载5″的重量组合决定作用在行星齿轮系的环形齿轮165上的力矩，以及环形齿轮获得的旋转速度。选择这些参数以匹配来自风涡轮的力矩和发电机大小。只要从风和波浪驱动获得的力矩高于配重19给的反作用力矩，能量就可从风和波浪运动两者累积在配重19中。由于来自风力发电设备转子204的力矩根据风力而改变，而来自波浪驱动的力矩是常数，必须在行星齿轮系之前以图12e相同的方式安装变速传动齿轮箱，但该设计的变速传动齿轮箱在当前风力后将力矩从风驱动调整到波浪驱动。为防止风力发电设备的塔207被浮子3损坏，采有未示出的某种类型的滑架机构，引导浮子沿风力发电设备的塔运动。对于今天的风力发电设备来说，对齿轮箱进行减冲(breaking the gearbox)是个大问题。波浪能转换器的传动装置也可用在没有波浪能驱动的风力发电设备中，以利用其容量限制力矩和能量吸收。在这种情况下，可采用如图3d所述相同类型的传动装置设计，但是没有锚鼓9。风力发电设备的转子直接连接到驱动轴11，如图8d和8e所示。配重可在风力发电设备塔207的内部运行。当用在风力发电设备中时，也可用气体返回压力代替配重，如图8f所示。这种传动装置设计联系图9b被更详细地说明。该配重可省去，其质量惯性矩将不会有任何效果，这是有利的。

在以上设计中，在大多数情况下在发电机21转子与定子之间采用电磁耦合，而在其它情况下，采用以特殊方式设计的传动装置实现发电机的连续驱动。可以不同方式完成能量累积和回行进给。通常，波浪能转换器1可包括如图10a所示部件。传动单元2中包括的锚鼓9以适当的方式机械耦接到浮子3和目标8′两者上，后者可被认为相比浮子具有更固定的位置，并可由底部，例如，底紧固设备5′组成，见图10b，这两个机械接头7″、7″′中的至少一个包括长形元件，例如柔性元件，通常是线或索，但在特殊情况下也可采用刚性轴。可以合适的方式相对浮子放置锚鼓，例如，在浮子下方，在内部，或在上方。它可在两个方向上旋转，如箭头101、102所示。锚鼓9在一个方向上旋转时驱动驱动轴11，因此驱动轴11只能在一个方向上旋转，由箭头103所示。驱动轴机械耦接于发电机21，由此接头被以23′象征性示出。接头和/或发电机设置成在驱动轴11旋转时一部分旋转能量累积在能量累积设备105中的方式。当驱动轴不能转动发电机时，代以能量累积设备驱动发电机。能量累积设备中存储的能量可用于使锚鼓9返回，为此能量累积设备可耦接到回行进给机构107。

在发电机21的两个相互可旋转部件之间采用电磁耦合的情况下，驱动轴11通过接头23′机械耦接到第一部件21′，以驱动该部件在箭头23所示方向上旋转，其中发电机部件之间的电磁耦合根据驱动轴的旋转给出力矩，并使另一部件21″在相同方向上旋转，见图10b。发电机的第二部件21″以某种方式耦接，使其因驱动轴的旋转而处于旋转运动，在能量累积设备105中累积一部分旋转能量。当驱动轴的转速低，不再能转动发电机的第二部件时，代以能量累积设备驱动发电机的第二部件在与前相反方向上旋转。

在上述设计中，采用两个发电机21。但是，由于发电机以及附属电力元件和齿轮箱(若有的话)是波浪能转换器1的相对贵的部分，采用只有一个发电机的设计会较节省成本。以下将说明只有一个发电机的可能设计。

在具有两个配重19的第一设计中，一个至浮子3固定的发电机21的定子，见图14，在例如图26中示出，也具有回行进给或链接轴58。链接轴将两个配重鼓的运动耦接到一起，使得来自右配重鼓15h的原动力被传递到左配重鼓15v。左配重鼓包括行星齿轮系35，升高发电机的旋转速度，并通过耦接到左配重鼓的环形齿轮和配重19限制力矩。此外，卷绕鼓的位置与以上所述设计相同，因此以这种方式设计的波浪能转换器中的浮子3获得与具有两个发电机的设计大致相同的对于波浪的稳定性或定位。发电机21可安装在独立的发电机外壳181中，发电机定子21″固定于浮子，如图所示，或替代地，在左配重鼓15v之中或之上。

如图所示，在波浪方向上看链接轴58可位于驱动轴11前。这使得从海底基座5漂移时空间更大。这种漂移带动不能与驱动轴框架141接触的锚线7在关于配重线成一倾角的方向上拉伸。替代地，链接轴58可位于驱动轴11上方，要么在倾斜方位要么在正上方。

进一步地，可设计传动单元2使得只使用一个配重19，而波浪能转换器不丧失对于波浪方向的稳定或定位。相反，见图15a的前视图和15b的侧视图，这种设计可提高关于波浪方向的定位。锚线7在Y形接头191中被分成两个副线，各自被引导绕分别位于单个配重鼓15′两侧的每个锚鼓9v、9h卷起。与图13a、13b和13c所述那些对应的引导辊193使副线转移，使其正确地卷绕在锚鼓上。尽管锚线在Y形接头中接合，由于配重鼓和锚鼓上各自的线卷绕的点位于驱动轴11的相反侧，配重19自由运转。从基座5的漂移(driftage)也给锚线7、7′一角度，这给出额外的余量。为了更多的安全余量，Y形接头191可位于配重19的最低可能位置，未示出。

在图15c和15d中示出绕锚鼓9v和9h直接卷起分开的锚线7′的替代方案。杆221将线保持成互相有一定能够距离，并位于正好在Y形接头191上方。为减少副锚线7′与配重19之间碰撞的风险，杆221可位于配重的最低可能位置。该替代方案的一个优点是将杆221与海底基座5连接的锚线7的部分可或多或少为刚性的，并可例如设计成地缆或链，同时副锚线7′可更具有柔性以绕锚鼓9v和9h卷起。进一步地，杆221可设计成承担其本身和未分离的锚线7的负载，由此驱动该回行进给需要的力更低，在这些图中未示出。

在图15e中，根据从下方观察及具有更多细节的图15a和15b示出波浪能转换器中的传动单元。这里，驱动轴11只固定其中一个锚鼓，例如，如图所示，与左15v。左锚鼓9v、驱动轴和所述仅一个锚鼓15′具有与之前所述设计相同的功能和结构，其中发电机21嵌入到配重鼓中。第二锚鼓，即右锚鼓9h轴承架设，使其可自由旋转，但其原动力被通过链接轴58传递到左锚鼓9v。链接轴可经安装在其上的链轮或齿轮203通过也在有齿凸缘31上运行的链或齿带205耦接到锚鼓。替代地，齿轮203可以与图2f所示相同的方式直接连接到锚鼓的凸缘。根据与前述对应的方式完成锚鼓的回行进给，但是在这种情况时滑块离合器25″耦接到配重鼓15′。

在图15f中示出根据图15e的传动单元的一个替代方案。根据图15f，发电机定子21″以与图2g所示相应的方式固定到浮子3。发电机箱体71位于单个定中放置的配重鼓15′的一侧上，导致传动单元2必须更宽。锚鼓9v、9h必须放置成到配重鼓相等的距离，以使配重19和基座5的牵引力经配重线7′仍保持定中在波浪能转换器中。这使得需要更多的支撑部分或轴支撑13、145以承担传动单元的部件。可采用如上图15e所示相同的锚鼓设计。但是，在这种情况下，可通过采用移位或自由放置的滑块离合器55′以简化左锚鼓9v，并利用传动装置箱体空间20中额外的空间用于传动单元2，使得左锚鼓9v可以与之前图5c所述相同方式固定于驱动轴第一部分11′，而滑块离合器另一侧上的驱动轴第二部分11″包括或直接连接到齿轮23的输入轴，配重15′绕该第二部分旋转。

在图15g和15h中，示出根据图15f的替代传动单元，其中该机构被大范围封闭。驱动轴11′、11″与链接轴58之间的动力传动装置在该设计中可优选地通过齿轮209完成。如图所示高的齿轮比用于增加链接轴的转速并降低力矩，这使得磨损较小，动力传动装置的尺寸较小。在该设计中，在传动装置外壳20中只有鼓9v、9h、15′暴露于海水。具有所有附属电力元件的发电机21和包括动力传动装置的链接轴58被封装在气候控制环境195中。在该设计中回行进给26被放置于齿轮35的高速侧上，而不能放置在低速侧上。将回行进给26放置在高速侧上的一个优点是可更有效地利用空间，这是因为与链轴动力传动装置210相比，在回行进给中需要更高的齿轮比。虽然滑块离合器中的高速旋转造成更高的传动损耗。

在图15i中，示出关于图15g说明的替代的回行进给。这里替代地采用电机223，直接连接到链接轴58上的任意一个齿轮209。电机由未示出的电池获得动力，该电池驱动未示出的控制系统和其它电子元件。电机由控制系统控制，以这种方式优化回行进给。还有可能通过弹簧机械驱动回行进给，例如卷簧或恒功率弹簧，未示出。

已说明的波浪能转换器具有一个或多个以下优点：

-配重鼓限制系统中的最大阻力，并对作用在发电机上的力矩给予急剧限制。

-能量累积非常简单有效，并可在长时间间隔上存储能量，同时在该时间间隔期间与平均波高有关将原动力保持恒定。

-波浪能转换器可设计成以最优的方式利用设施点上深度用于累积和减少配重重量的尺寸。

-当“累积已满”时自动停止能量存储，这可在发电机不损失功率的情况下实现。

-稳定性非常好，波浪能转换器可设计成在选定波高达到最大容量的尺寸，以获得发电机更好的利用因子(utilization factor)。

-不必整个系统的全部尺寸能处理当平均波高被认为高于正常时的偶然情况的能量吸收。

-无论波浪多大，浮子连续跟随波浪运动。锚鼓中的力限制装置有效保护设备免受冲击和过载。

-原动力关于齿轮比恒定，这使得能利用以恒定或可变旋转速度工作的各种类型的发电机，包括同步AC发电机。

-安装时手动工作最少，安装过程短，放下基座时已有发电机电路。

-简单而耐久的构造。

-发电机和传动装置的利用因子非常高。

-维修间隔长。

尽管这里已示出和说明了本发明的具体实施例，应认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可展望许多其它实施例，对于本领域技术人员来说易于发现各种额外的优点、修改和改变。因此，本发明的广泛方面不受这里示出和说明的具体细节、典型设备和所示例子的限制。因此，可在不背离由所附权利要求及其等同物限定的大体创新构思的精神和范围的情况下，作出各种修改。因而应理解的是，所附权利要求旨在覆盖落在本发明真实精神和范围内的所有这种修改和改变。在不背离本发明精神和范围的情况下可展望许多其它实施例。

Claims (26)

1.一种波浪能发电设备，包括：

-浮子或其它设备，其布置在水池上或水池中通过所述水池中水的运动来进行运动，

-驱动轴，所述驱动轴可旋转地轴承架设到各自的所述浮子或所述其他设备，或者可旋转地轴承架设到布置为用于对所述水池中所述水的运动给予反作用力的设备，

-第一长形元件，其一端耦接到各自的布置成对所述水池中所述水的运动给予反作用力的设备或所述浮子，其另一端耦接到所述驱动轴，

-发电机，所述发电机耦接到所述驱动轴并包括两个可相互旋转的部件，即第一部件与第二部件，以及

-能量累积设备，

其中，所述浮子或所述其他设备位于所述能量累积设备处，并且所述浮子或所述其他设备、所述第一长形元件、所述布置成对所述波浪运动给予反作用力的设备、所述驱动轴以及所述能量累积设备耦接在一起，使得所述第一长形元件与所述驱动轴之间的耦接让所述驱动轴在所述浮子或所述其他设备中大体处于第一运动，作单向旋转，从而驱动所述发电机中所述两个部件在第一旋转方向上相互旋转并生成电流，还由此向所述能量累积设备供给能量，

其特征在于，所述能量累积设备被布置成在所述浮子或所述其他设备中大体处于基本与所述第一运动独立的第二运动，驱动所述发电机的所述两个部件在相同的第一旋转方向上相互旋转，由此生成与所述驱动轴驱动所述发电机的所述两个部件相互旋转时相同极性的电流。

2.如权利要求1所述的波浪能发电设备，其特征在于，它包括布置为在所述水面上下运动时交替地上升及下沉和/或交替地前后摇摆的浮子，及所述浮子，其中，所述水面中的第一运动包括所述水面上升或下降运动中的任一个。

3.如权利要求1-2中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，

-所述驱动轴与所述发电机的第一部件机械耦接，其中，至少在所述发电机的第一、第二部件的相对运动期间，在所述发电机的第一与第二部件之间的气隙上存在电磁耦合，以及

-所述能量累积设备机械耦接到所述发电机的所述第二部件。

4.如权利要求3所述的波浪能发电设备，其特征在于，

当所述驱动轴通过所述第一长形元件与所述驱动轴之间的耦接而旋转并驱动所述发电机的第一部件时，所述能量累积设备经由所述发电机的第二部件、所述发电机的第一部件以及它们之间的所述气隙到所述驱动轴的耦接给出反作用原动力，所述反作用原动力阻碍所述驱动轴的旋转，

-使得当通过所述第一长形元件与所述驱动轴之间的耦接而作用在所述驱动轴上的所述原动力超过所述反作用原动力时，所述发电机的第二部件通过经由所述气隙与所述发电机第一部件上的电磁耦合到所述驱动轴的耦接而在第一旋转方向上旋转，其中，所述能量累积设备通过其到所述发电机第二部件的机械耦接而累积能量，其中，所述发电机的第一和第二部件同时在相同的第一旋转方向上相互旋转，以及

-使得当通过所述第一长形元件与所述驱动轴之间的耦接而作用在所述驱动轴上的所述原动力未超过所述反作用原动力时，所述发电机第二部件通过所述能量累积设备驱动以大体上在相同的第一旋转方向上旋转，其中，所述发电机的第一与第二部件被使得在相同的第一旋转方向上继续相互旋转。

5.如权利要求1-2中任意一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，

-耦接在所述驱动轴与所述发电机第一部件之间的机械齿轮，其中，所述驱动轴耦接于所述机械齿轮的输入侧，所述发电机第一部件耦接于所述机械齿轮的第一输出侧，其中

-至少在所述发电机的第一部件和第二部件的相对运动期间，在所述发电机的第一部件与第二部件之间的气隙上存在电磁耦合，

-所述发电机第二部件固定于所述浮子，以及

-所述能量累积设备从所述第一分离的输出侧机械耦接到所述机械齿轮的第二输出侧。

6.如权利要求5所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述机械齿轮的输入侧包括输入轴，所述机械齿轮的一个输出侧包括输出轴而另一个输出侧包括所述机械齿轮的外壳或箱体。

7.如权利要求1-6中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，锚鼓被轴承架设以绕所述驱动轴单向旋转并耦接到所述第一长形元件，以使所述锚鼓随所述浮子或所述其他设备的所述第一运动旋转，并从而带动所述驱动轴旋转。

8.如权利要求7所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述第一长形元件是柔性元件，具体是线、索或链，其一端或多或少卷绕在锚鼓上，并且具有当所述浮子或所述其他设备处于所述第二运动时旋转所述锚鼓的机构，使得所述弹性元件保持在拉伸状态。

9.如权利要求7-8中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，用于让所述锚鼓绕所述驱动轴单向旋转的轴承使所述锚鼓在相反方向上旋转期间能够驱动所述驱动轴在相反方向上旋转，所述轴承包括用于限制或分离所述原动力的接头，由此所述锚鼓通过该接头作用在所述驱动轴上。

10.如权利要求1-9中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述驱动轴轴承架设于浮子，并且所述第一长形元件一端耦接到阻碍所述浮子运动的点，尤其是耦接到如所述水池底部的固定点或所述水池底部固定的紧固设备。

11.如权利要求1-9中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述驱动轴可旋转地轴承架设到一个所述水池里的固定设备，并且所述第一长形元件的一端耦接于浮子。

12.如权利要求11所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述驱动轴位于所述水面以下，并且所述能量累积设备包括至少一个浮体。

13.如权利要求1-9中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述驱动轴可旋转地轴承架设到所述浮子，并且所述第一长形元件的一端与弹性悬挂于所述浮子的砝码耦接。

14.如权利要求1-13中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述浮子包括起气袋作用的空间，并且至少所述驱动轴的主要部分位于所述空间中。

15.如权利要求1-11和13-14中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括布置成铅锤的配重，该配重在所述浮子或所述其他设备的第一运动时上升，其中，势能被存储，并且所述浮子或所述其他设备、所述第一长形元件、所述驱动轴与所述配重之间的耦接被如此配置，使得所述配重在所述浮子或所述其他设备的所述第二运动时向下运动，并且所述配重驱动所述发电机的第一和第二部件在所述第一旋转方向上相互旋转。

16.如权利要求15所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括可旋转地轴承架设到所述驱动轴的配重鼓以及用于耦合所述配重中的运动以驱动所述配重鼓旋转的第二长形元件，其中，所述驱动轴被耦接以旋转所述发电机的第一部件，所述配重鼓被耦接以旋转所述发电机的第二部件，其中，所述发电机在其第二部件相对其第一部件旋转时生成电流，并同时对该旋转给予反作用力矩，其中，所述发电机的第一和第二部件总是在相同的第一旋转方向上被带动相互旋转。

17.如权利要求15所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括可旋转地轴承架设到所述驱动轴的配重鼓以及为耦接所述配重中的运动以驱动所述配重鼓旋转的第二长形元件，机械齿轮耦接在所述驱动轴与所述发电机的第一部件之间，其中，所述驱动轴耦接到所述机械齿轮的输入侧，所述发电机的第一部件耦接到所述机械齿轮的第一输出侧，所述发电机的第二部件固定到所述浮子或所述其他设备，且所述配重鼓从所述第一分离的输出侧机械耦接到所述机械齿轮的第二输出侧，使得所述驱动轴在所述浮子或所述其他设备的所述第一运动时在所述机械齿轮的两个输出侧都施加原动力以便所述发电机第一部件旋转以及所述配重鼓旋转，从而相对所述驱动轴吊起所述配重，也使得所述配重鼓在所述浮子或所述其他设备的第二运动时通过其到所述齿轮第二输出侧的耦接而提供原动力以便所述发电机的第一部件旋转。

18.如权利要求1-11和13-17中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括配重鼓与配重，并且所述第二长形元件为柔性元件，具体是线、索或链，其下端固定到所述配重，其上端或多或少卷绕在所述配重鼓上。

19.如权利要求1-18中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于控制系统，用来控制所述发电机电负载或场电流，以调整所述发电机的第一部件与第二部件之间的旋转速度。

20.如权利要求19所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括配重或浮体，并且所述发电机的电负载或场电流的控制也用于调节各自的所述配重或浮体的竖直速度，使得所述浮子或所述其他设备运动时，各自的所述配重或所述浮体在适当或合适的竖直距离内运动。

21.如权利要求20所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述控制系统被配置成通过调整所述发电机的第一和第二部件之间的旋转速度来补偿各自的所述配重或浮体的质量影响所导致的所述力矩变化，这从所述发电机提供连续平滑的电力输出。

22.如权利要求1-21中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，它包括两个发电机以及耦接于所述驱动轴的两个附属能量累积设备，其中，所述第一长形元件在位于所述两对发电机及附属能量累积设备之间的位置耦接于所述驱动轴。

23.如权利要求1-21中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述第一长形元件至少在一端包括两个副元件，其中，第一副元件在所述发电机一侧上耦接于所述驱动轴，而另一个副元件在所述发电机相反一侧上耦接于所述驱动轴。

24.如权利要求1-23中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，它包括耦接于所述第一长形元件的锚鼓，并且所述第一长形元件包括柔性元件，具体是线、索或链，所述柔性元件的至少一端分为两个副元件，各自或多或少卷绕在每个锚鼓的相应卷绕表面上，其中，所述卷绕表面具有螺旋延伸的多个槽，所述多个槽具有相反的螺旋方向。

25.如权利要求1-23中任一项所述的波浪能发电设备，其特征在于，所述能量累积设备包括轴承架设于所述驱动轴的两个配重鼓以及柔性元件，具体是线、索或链，所述柔性元件的至少一端被分为两个柔性副元件，各自或多或少卷绕在每个配重鼓的相应卷绕表面上，其中，所述卷绕表面具有螺旋延伸的多个槽，所述多个槽具有相反的螺旋方向。

26.一种从物体大致周期性的运动中，特别是从在两个相反方向上重复地前后运动和/或重复的摇摆运动中提取电能的方法，其特征在于，

-在所述物体的第一运动中，让这些运动驱动发电机的两个部件以在第一方向上相互旋转，从而产生电流并在同时也向能量累积设备供给机械能，以及

-在所述物体基本独立于所述第一运动的所述第二运动中，使所述能量累积设备驱动所述发电机两个部件以在相同的所述第一方向上相互旋转，从而产生与所述物体处于所述第一运动时相同极性的电流。

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