CN103124846A

CN103124846A - 波浪能量转换器

Info

Publication number: CN103124846A
Application number: CN2011800461407A
Authority: CN
Inventors: 马塞洛·雷加蒂耶里·桑帕约
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-05-29
Also published as: EP2635802A1; WO2012058734A1

Abstract

说明了用于涉水交通工具（100、200）和浮体（300）的波浪能量转换器（70）。波浪能量转换器（70）包含质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述质量块-弹簧-阻尼器系统包括至少一个振荡质量块（12）、弹簧（14）和至少两个具有不同自由度的动力输出设备，其中对于每一个振荡质量块（12），存在至少两个弹簧（14），所述弹簧（14）被放射状地安装在所述振荡质量块（12）。波浪能量转换器（70）用于涉水交通工具（100、200）和浮体（300）中的发动机驱动和伴随的或交替的能量生成。能量生成是包括波浪、气流和常规的发动机驱动的外部扰动的结果，其中所述常规的发动机驱动导致包含所述波浪能量转换器（70）的系统中的振荡。

Description

波浪能量转换器

技术领域

本发明属于波浪能量转换器领域，更具体地说，属于用于涉水交通工具和浮体中的发动机驱动和交替地或同时地用于能量生成的波浪能量转换器领域。该转换器使用由风、气流引起的以及由部分常规的发动机驱动能量以再生方式引起的波浪和物理扰动，或仅仅使用所述物理扰动。

背景技术

横穿海洋的表面波的位移生成水的垂直和水平移动，这些移动的结合生成了位于表面上的和位于某一深度的物体的轨道运动。轨道运动的振幅随深度呈指数降低，实际上，在等于传播的半波长的深度处，不发生运动。

涉水交通工具经受波浪和气流的活动，同样也承受与通常使用的这种推进力的驱动相结合的风、帆或发动机的影响，执行由水平、垂直和旋转分量组成的复杂的振荡运动。

人们已经提出了一些提议，旨在利用波能，降低用于除别的之外的涉水交通工具的排水和发动机驱动的有用功。

编号为1,622,173、专利权人为T·R·宾（T.R.Bean）等人的美国专利的目的在于利用波浪的运动以及上升和下降运动中船的动能，推进船舶以及驱动其辅助机械。为达到此目标，在船内，以这样的方式安置缸体内的水轮机，即就操作而言，响应于水和船的相对的垂直运动，并且将涡轮机的振荡运动转换为应用于船的螺旋和辅助机械的连续的旋转运动。

编号为4,481,002、专利权人为贾格思·G（Gargos,G.）的美国专利涉及船，所述船具有固定在所述船上的外部浮箱。通过联动装置，相对于所述船、归因于波浪运动的浮箱的运动驱动双缸泵。该泵允许水从水体进入，其中在所述水体中船是悬浮的，并且该泵将所述水压向船尾的方向，以此作为推进的方式。

专利权人为珀森·J·B（Pearson,J.B.）等人的、公开的美国专利申请20050126849A1涉及选择性的阻尼设备，该阻尼设备包括至少一个传感器7，该传感器7用于检测以及生成至少表示第一结构组件“共振结构”6的振荡的频率和幅度的信号，其中所述第一结构组件具有一个或多个共振频率，所述阻尼设备还包括至少一个振荡发生器40，该振荡发生器40生成用于共振结构的阻尼振荡，所述阻尼设备还包括控制器8，该控制器8用于延迟响应于由至少一个传感器7生成的信号，控制所述振荡发生器40的操作。与此公开相反，本发明通过使用调谐的质量块-弹簧-阻尼系统，将振荡吸收的感念用于从各种运动分量中的阻尼所吸收、用作船的推动力的能量的利用，以及用于船或浮体中能量的生成。

专利权人为海因·R·G（Hine,R.G.）等人的、公开的美国专利申请20090311925A1涉及波浪驱动的涉水交通工具，包括水面浮箱、淹没游泳体（submerged swimmer）和系链，其中所述系链将浮箱和淹没游泳体连接在一起，从而所述swimmer由于波浪的运动而上下移动。所述游泳体包含一个或多个翅片，其中所述翅片与水相互作用从而所述游泳体上下移动，并生成推进交通工具前行的作用力。所述不需要人操作的交通工具可以执行通信并控制设备，从而该交通工具可以跟随由发送到该交通工具的信号所指定的航向，并且该交通工具可以记录并发送来自该交通工具上的传感器的数据。此水上交通工具没有采用调谐的质量块-弹簧-阻尼器概念，用于水上交通工具的推进。

三得利美人鱼（Suntory Mermaid）Ⅱ水上交通工具的概念涉及在两个翅片的帮助下的波浪能量推进，以此驱动船尾，其中所述翅片随着波浪而起伏。由太阳电池板向水上交通工具提供在船上所消耗的电能。

类似地，奥塞勒（Orcelle）概念船除了用于推进力的螺旋桨，还利用翅片，所述翅片同样可以收集来自波浪的能量，其中所述奥塞勒概念船被设计用于在海上将欧洲制造的汽车运往澳大利亚。除了其它设备作为燃料电池，此船的推进还在帆的帮助下进行，其中所述帆还被提供有太阳能收集设备。

三得利美人鱼Ⅱ和奥塞勒概念船是这样的船，即不与调谐的质量块-弹簧-阻尼器概念相对应，其中该调谐的质量块-弹簧-阻尼器同样用于发动机驱动。除此之外，这些船被提供有外部可移动的部件，用于利用来自波浪运动的能量，这些部件面临严酷的海洋环境的已知弊端，诸如一些种类的微生物的集合体的形成和腐蚀。

所称的WEGA-波浪能量重力吸收器-是由海上生活公司（Sea forLife Company）设计的系统。根据国际公开WO2010/080045A1，生产设备用于利用来自海洋波浪运动的能量，生成电能。所述设备包括两个一样的具有圆柱形状的浮体，其中所述浮体遭受波浪的运动。这两个浮体通过杆2连接到旋转轴（在垂直于海洋的平面上旋转）3，所述旋转轴位于旋转头（在平行于海洋的平面上旋转）5上，在水的范围之上（一般可以预计到的），并且围绕桅杆6，其中所述桅杆6固定于海床。通过海浪的作用，浮动的汽缸随着波峰上升以及随着波谷下降，其中所述汽缸具有对于其体积和质量而言固有的浮力。围绕着所述轴，上升和下降圆周运动被执行，其中所述运动由其其它系统4的液压控制。所有的易受动态密封影响的点将在水外操作。据估计，所述设备可以产生100～150kW的能量。所述设备首先用于近海处，并旨在生成用于水产业、海水淡化、海事监控、海啸探测、通信平台、制氢的能量以及用于油气平台的能量。

应当指出，在此国际公开中所说明的系统不具有本发明的概念的类似点，其中本发明旨在调谐的质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述调谐的质量块-弹簧-阻尼器系统具有多于一个的自由度（degree offreedom，DOF），并为了最优化对振荡的利用而调谐。此外，在此国际公开中说明的设备旨在单独地生成能量，而本申请的目的，即波浪能量转换器（wave energy converter，WEC）旨在船的驱动以及船上能量生成，而且以更多的自由度生成到陆地的能量以收集波浪的能量。

利用由诸如汽车的交通工具的悬置系统的相对运动生成的能量的阻尼器是众所周知的。

因此，专利权人为阿瓦德哈尼·S（Avadhany,S.）等人的、公开的美国申请20090260935A1涉及再生的减震器，即，所述减震器利用由交通工具的悬置系统的相对运动生成的能量。为此目的，由于交通工具的悬置系统偏转，安置活塞用于汽缸内的往复运动。液压机液体穿过液压发动机以转动其旋转轴。液压发动机旋转轴连接到发生器以生成电力。选择液压回路的流量特性，以对适当的轮式操作提供悬置系统阻尼。

从常规的悬置系统迁移的能力作为热量损失掉。存在这样的已知系统，即试图恢复悬置系统的能量。例如，专利权人为德拉托雷·L·A（De La Torre,L.A.）等人的、美国专利7,261,171示出设备及该设备的操作方法，该方法将车轮与车身之间的相对运动转化为用于对车轮的电池进行充电的电能。该设备包括安装在车辆上的发生器和在车轮与发生器的电枢之间连接到线性运动到旋转运动转换器。相对于车身的车轮的往复运动由运动转换器转换为发生器中电枢的旋转，其中所述发生器生成用于对车辆的电池进行充电的电能。

本发明的概念与之前的和旨在车辆中的能量转换器的其它参考存在专利性区别，即本发明的概念应用于涉水交通工具和浮体，但是也关于i）不仅仅是再生的，ii）包括接触水仅仅是作为选择的铰链式的外部移动部件，以及iii）不包括用于在车辆和悬置系统上的陆地运输的情况下的减震运动的外部部件。

外部的、铰链式的移动部件的被强制用作翅片还发生在在上文中引用的概念交通工具中-三得利美人鱼Ⅱ和奥塞勒，在这种情况下，系统不仅仅是再生的。

本申请进一步的、主要的区别包括这样的事实，即发明的转换器的振荡质量块-弹簧-阻尼器系统承受运动的多于一个的自由度，从而，当包含自由度的波浪能量转换器放置于涉水交通工具或浮体中时，除了允许利用水平的和垂直的振荡，也可以利用旋转振荡。

有益地，所述质量块-弹簧-阻尼器系统还可以自动地调谐，以最优化利用随之而来的运动的能量。

专利权人为D·B·斯图尔特（D.B.Stewart）的美国专利7,443,046涉及波浪能量转换器，该波浪能量转换器包括用于在内部放置水体的壳体。该壳体包括内部振荡器，该内部振荡器包括“反作用质量块”和在反作用质量块与壳体之间耦合的弹簧结构。壳体和内部振荡器被构造成这样，即，当被放置于水体中并响应于水体中的波浪时，在壳体与内部振荡器的质量块之间存在相对运动。在内部振荡器与壳体之间耦合有动力输出（power take-off，PTO）设备，以将它们的相对运动转换为电能。在具体化所述发明的系统中，将弹簧结构设计成这样，即其移动或运动少于反作用质量块的移动或运动。与本申请相反，在此美国专利中所说明的系统使用质量块-弹簧-阻尼器概念仅用于生成能量，除了仅仅考虑一个轴用于浮箱内部中振荡质量块的运动，这限制了对运动的其它维度中的能量的利用。

专利权人为D·B·斯图尔特（D.B.Stewart）的、公开的美国申请20090085357A1涉及与上文中所引用的美国专利7,443,046中的波浪能量转换器相类似的波浪能量转换器系统。在此文件中说明的波浪能量转换器包括壳体，该壳体包括内部振荡器，该内部振荡器包括通过与恒压弹簧平行的钢丝挡圈从壳体悬吊下来的反作用质量块。该恒压弹簧提供相对恒压（Fc）以平衡所述反作用质量块的静态重力并减少所述钢丝挡圈的扩展“静态”长度，而所述钢丝挡圈对所述反作用质量块施加与钢丝挡圈的位移x成比例的作用力（Fes）。位于壳体内、在壳体与内部振荡器之间耦合的动力输出设备将它们的相对运动转换为电能。虽然此技术利用了两个反相的弹簧，但是由于工作质量块沿着一个单轴移动，所提议的结构仅具有一个自由度。

国际公开WO2010/077158A1涉及相当于完全平衡的3相电子发生器的波浪能量转换器，目的在于生成连续的能量。借助其3相机械架构，该波浪能量转换器对其自身反作用压力并且不需要任何锚泊系统以再次反作用压力。该波浪能量转换器具有三个相等的支柱12,、13、14这样的特性，所述三个支柱具有三个单独的机械相位，均连接到中心关节1。每一个以质量块2、3、4为中心的机械相位/支柱12,、13、14之间的角度恰好是120度。每一个支柱/相位12,、13、14必须具有相同的惯性力矩并且以连接到每一个支柱/相位12,、13、14的相等的大型刚性质量块22、23、24为特征。三个质量块22、23、24中只有一个干扰海浪，另外两个被深深地沉浸。每一个支柱/相位由三个相等的弹簧5、6、7中的一个和三个相等的动力输出阻尼器8、9、10中的一个连接。

此国际公开的波浪能量转换器目标仅仅旨在生成能量，对涉水交通工具的推进不包含在此公开的范围内。诸如在上述文件中所说明的，提议的设备不可能推进涉水交通工具。除此之外，所说明的系统运行于沉浸水中这样的条件下，此意味着其遭受微生物的集合的生成和腐蚀。此外，这里所说明的振荡轨道运动限于单平面的振荡，此限制了同时利用运动的更多维度中的能量。正相反，本发明的放射状地设置提供了所有维度中的运动。

专利权人为J·S·格柏（J.S.Gerber）的美国专利7,658,067涉及可调谐的波浪能量转换器系统，其中在波浪能量转换器中所使用的浮箱中的一个或两个均具有内部弹簧系统，该系统包括从弹簧结构悬吊下来的砝码，所述弹簧结构具有选择性可变的弹簧常量，以响应于浮箱的摆动运动，允许所述砝码的垂直振荡。系统的力学阻抗为砝码的振荡的函数，因此，系统可以调谐到选择的力学阻抗值，以最优化与之前波浪的结合。

在所述美国文件中说说明的能量生成系统可单独应用于浮体，在美国专利7,658,067中没有考虑同样应用于涉水交通工具的推进。此外，仅仅提供有属于浮箱的振荡质量块的运动的一个轴，此特性限制对运动的其它维度中的可用能量的利用。

因此，有兴趣使得波浪能量转换器可用于i）涉水交通工具的推进和在这些相同的涉水交通工具中同时的或交替的能量生成；ii）浮体中能量的生成，波浪能量为波浪本身的能量或任何其它随之而来的机械扰动的能量，波浪能量转换器包括具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器，并且自动或手动调谐，从而在安全范围内最大化对振荡的有力利用。同样设想包括多于一个振荡系统的波浪能量转换器，对于不同的振荡条件，最优化操作。

发明内容

概括地，本发明旨在基于质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中所述质量块-弹簧-阻尼器系统在三个平移方向和三个旋转维度具有不同自由度，所述波浪能量转换器用于i）涉水交通工具的推进和在这些相同的涉水交通工具中同时的或交替的能量生成；ii）浮体中能量的生成，波浪能量为波浪本身的能量或任何其它随之而来的机械扰动的能量。

基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的本波浪能量转换器，包括包含在外壳中的惯性振荡质量块-弹簧-阻尼器系统，所述惯性系统包含：

a）至少一个振荡质量块，

b）弹簧，其中对于每一个振荡质量块，存在至少两个弹簧，其中相对于所述振荡质量块，所述弹簧放射状地排列，以及

c）至少两个动力输出设备，其中对于每一个弹簧，存在一个动力输出设备，所述动力输出设备的一端经由万向节放射状地连接到至少一个振荡质量块，同时所述动力输出设备的另一端同样经由万向节连接到所述外壳的壁面，所述动力输出设备是从液压的、气压的和液压气动的工作汽缸和线性发生器中选出的，以收集来自振荡质量块-弹簧系统的机械能，并将所述能量传递到能量存储常规系统。

从而包括波浪和风的外部扰动在系统上的碰撞所产生的振荡被传递到所述振荡质量块-弹簧系统，其中所述系统包括所述波浪能量转换器。

然后所存储的能量在涉水交通工具中用于推进力和同时的或交替的能量生成。

或者，所存储的能量可以用于浮体中能量的生成。

根据本波浪能量转换器的一个模式，存储的能量连接到引擎、发生器和其它的目前发展水平的技术，用于涉水交通工具的推进。

根据涉及涉水交通工具的本波浪能量转换器的供选择的模式，所有的或部分的存储的能量用于生成涉水交通工具所需的能量，作为电能。

根据涉及涉水交通工具的推进的本波浪能量转换器的进一步地供选择的模式，质量块-弹簧-阻尼器系统包括一个质量块、一个弹簧和一个动力输出设备。

根据涉及涉水交通工具的本波浪能量转换器的额外供选择的模式，所存储的能量被传递到陆地。

根据本波浪能量转换器的另一个模式，存储的能量连接到能量-传输电缆和其它已知的设备，用于浮体中的能量生成。

因此，本发明提供基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中波浪的能量被传递到所述质量块-弹簧-阻尼器系统，然后被传递到能量存储系统。

发明还提供了基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，用于涉水交通工具的推进。

发明还提供了基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，用于涉水交通工具的能量的全部或部分生成。

发明还提供了基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器能够提供涉水交通工具所需的所有推进力。或者，在被涉水交通工具所覆盖的所有或部分路径内，波浪能量转换器与常规发动机驱动设备相结合或混合，其中所述常规发动机驱动设备包括柴油机、电气柴油机或帆船。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的船上波浪能量转换器，用于涉水交通工具的发动机驱动，波浪能量转换器不与周围水有任何接触。

发明还具有包括水翼的常规外部稳定设备的自动调整，从而安全地最优化对振荡能量的利用。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，该波浪能量转换器将用于涉水交通工具的发动机驱动，该波浪能量转换器添加有外部水翼，所述水翼帮助最优化对系统的机械阻抗的利用，以最佳地耦合到波浪。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，该波浪能量转换器能够生成用于抽吸（pumping）的内部和外部能量（水体和陆地）。或者，所述波浪能量转换器应用于电能或热量互相或单独的生成。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，该波浪能量转换器位于船首、船尾或涉水交通工具的任意其它位置，从而在三个平移维度和三个旋转维度，安全地最优化利用来自波浪、风和常规的发动机驱动的振动。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中在模块中所述波浪能量转换器能够与数个所述波浪能量转换器的单元相关联，以串联地、并联地或串联与并联的结合设置地进行操作，从而增加作为结果的波浪能量转换器系统的容量。

发明还提供在水体中的、基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器在水体的表面进行操作。

发明同样地提供在水体中的、基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器以沉浸的方式进行操作。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中波浪能量转换器用于浮动地沉浸体中的能量的生成。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中波浪能量转换器用于运行于水体表面的浮体中的能量的生成。

发明还提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中波浪能量转换器用于浮体中能量的生成，其中所述浮体包含自动调整机制，同样用于维度或压载物，以调谐波浪的共振频率，以及用于最优化对频率的利用，然后通过常规方式，将所述能量传递到陆地。

发明附加地提供基于具有不同自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中波浪能量转换器用于浮体中能量的生成，其中所述浮体形成一组数个包含所述波浪能量转换器的浮体。

可以预知，根据发明的波浪能量转换器的安装在以下期间进行：i）涉水交通工具或浮体的制造期间；ii）用于接收波浪能量转换器的常规涉水交通工具的适应期间；或者，还有波浪能量转换器安装在包括集装箱的标准化传输结构的模块中。在所有情况下，波浪能量转换器应当连接涉水交通工具或浮体的内部，从而允许正确并安全地运行发明。

附图说明

图1为本发明的具有这种海上交通工具的结构的波浪能量转换器的示意图，其中通过诸如合并的变速箱的已知机械，对于单个轴，所述海上交通工具添加有发动机驱动。

图2为本发明的具有这种海上交通工具的结构的波浪能量转换器的示意图，其中对于独立轴，所述海上交通工具具有发动机驱动（不具有作用力加法器）。

图3为本发明的浮体或浸入式结构的配置中的波浪能量转换器的示意图，其中所述浮体或浸入式结构用于单独生成电能或连接到能量网络。图3A示出能量-生成浮体或沉浸体的一个模式，图3B示出具有可调节杆的能量-生成浮体或沉浸体的另一个模式，图3C，一组相连接的、由固定的或可调整的距离分开的数个图3A和3B的浮体。

图4示出发明的波浪能量转换器的详细图，其中波浪能量转换器在如下模式中，即采用球形质量块和六个弹簧-阻尼器集合，具有单个外壳以保护所述集合。

图5为表示轨道运动的垂直方向-y和水平方向-x的分解的曲线图，其中所述轨道运动由位于水体的表面和某一深度的实体所描述。

图6示出对于受到外部正弦力的一维抑制的谐波振荡器的理想情况，关于不同阻尼因素的一族曲线。

图7为包含在发明的波浪能量转换器中的质量块所经历的一种路径的示意图，该图接近于丽萨如图形。图7A示出运动的起始。图7B示出在发明的波浪能量转换器开始运行数秒之后的路径。

具体实施方式

根据发明，下面的术语具有如下含义：

“水体”指的是海洋和大洋、海湾、湖泊和河流。

“浮体”指的是浮箱、海洋平台和救生艇。

本发明因此旨在基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器用于水上交通工具和浮体中的发动机驱动和同时的或交替的生成能量。观察到的能量转换是随着外部扰动而发生的，其中所述外部扰动包括波浪、气流和风以及常规发动机驱动，导致在包括能量转换器的系统中的振荡，其中所述波浪能量转换器属于水上交通工具或浮体。

根据发明的一个模式，基于具有不同自由度的弹簧-质量-阻尼器系统的波浪能量转换器主要针对涉水交通工具，更具体地说，针对没有穿过波浪的涉水交通工具。

根据用于涉水交通工具的发明的模式，波浪能量转换器也用于生成能量。仍然根据此模式，所提议的波浪能量转换器用于发动机驱动以及用于涉水交通工具的能量的完全或附属生成。

根据发明的另一个模式，波浪能量转换器是浮体中的能量生成器，所生成的能量用于水体。

在浮体中的波浪能量转换器的供选择的模式中，为了进行能量传输，通过目前发展水平的方法和设备，连接到能量网络或单独的装置，生成的能量被传递给陆地。

仍然在浮体中的波浪能量转换器的另一个供选择的模式中，生成的能量部分地用于水体，以及部分地被传递到陆地。

本波浪能量转换器的概念涉及在运动的三个平移和三个旋转维度中的、具有自由度的振荡的惯性质量块-弹簧-阻尼器系统，所述波浪能量转换器可以收集并存储波浪的能量，并将其传递到常规的能量系统，包括在涉水交通工具的发动机中的应用和能量的生成，其中所述能量的生成用于涉水交通工具。

或者，所述生成的能量用于浮体。

发明的波浪能量转换器要么仅仅用作涉水交通工具的发动机设备，要么可以对移位提供一部分所需的能量，在涉水交通工具开拓路线期间，根据其所遇到的海浪、风和气流，波浪能量转换器的工作不同。

发明的波浪能量转换器的质量块-弹簧-阻尼器包含至少一个振荡质量块，其中所述振荡质量块可以是球形的，但也可以是任意其它的几何结构。根据运行条件，振荡质量块可以手动地或自动地变化。

振荡质量块通常包含零件、部件和集合体，其中所述集合体包括空心体、还有固体和液体。

质量块-弹簧-阻尼器设备被封好以备使用。

或者，该设备被安装到系统中其将被使用的地方，或者涉水交通工具或者浮体。

振荡质量块占波浪能量转换器总重的2%至20%，在其用于浮体的情况下，总量超过50%。

在专利性差异方面，本波浪能量转换器的概念涉及耦合到振荡质量块至少两个弹簧和两个动力输出设备，其中相对于所述质量块，放射状地放置弹簧，从而提供数个自由度的期望效果，即，三个平移维度和三个旋转维度。

发明的质量块-弹簧-阻尼器设备还包含至少两个动力输出设备，其中所述动力输出设备是从液压缸、气压缸和液压气动缸以及线性发生器中选出的。所述动力输出设备与系统的阻尼器相对应。

振荡质量块经由万向节连接到所述动力输出设备。

振荡质量块被安置在外壳内。

或者，振荡质量块被安置在所述外壳的外部。

万向节或耦合是从卡登、等速和柔性接头中选出的目前发展水平的设备。

每个液压缸和/或气压缸和/或发生器与从机械弹簧、空气弹簧、气压弹簧和磁力弹簧中选中的弹簧（或弹簧束）有关。

弹簧（或弹簧束）包含在外壳的内部。

或者，弹簧（或弹簧束）位于所述外壳的外部。

每个液压缸和/或气压缸和/或发生器同样通过万向节，连接到保护波浪能量转换器系统的结构或外壳。

在存在使用弹簧束的选择的情况下，允许上述串联、并联或串并混联地相互关联。

质量块-弹簧设备的弹簧或弹簧束被关联到至少一个动力输出设备，该动力输出设备是从液压缸、气压缸和液压气动缸以及线性发生器中选出的，以任何期望的方式被分离或合并。

在本发明的波浪能量转换器中使用的质量块-弹簧-阻尼器系统被嵌入到外壳中，旨在保护所述波浪能量转换器的组件。

或者，所述外壳被分为几部分，从而分别放在波浪能量转换器组件。

外壳按照它们的顺序通过任何已知的固定设备，附加到涉水交通工具或浮体的隔舱。以此方式，质量块-弹簧-阻尼器系统保持不受水体的袭击。

或者，发明的波浪能量转换器结合常规系统进行操作，以安全地优化波浪能量的收集，其中所述常规系统包括用于涉水交通工具稳定的氺翼船和用于水体的可调节的外部连杆。

为用于涉水交通工具的推进力，由质量块-弹簧-阻尼器系统接收的能量应当被传递到常规存储能量系统。这是通过使用连接到能量存储系统的电缆、电子管道、控制阀等达成的。

有利地，发明的概念还涉及被提供控制机制的设备，其中所述控制机制用于手动地或自动地调谐波浪的共振频率，以及优化从伴随而来的扰动安全地提取最大可能量的能量。

执行这样控制的设备是从目前发展水平的自动控制机制中挑选出的，包括在引擎和架构的调谐质量块阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）中采用那些自动控制机制，其中所述架构包括建筑物、桥和塔。采用TMD作为收集机械振荡和保护架构以及消散架构遭受的这些外部振荡的方法，这样的概念是普遍已知的。以此方式，根据从可以是三轴加速度计等的传感器发起的控制信号，系统将处理信号并通过返回一个或多个参数进行工作，其中所述参数影响质量块-弹簧-阻尼器系统的振荡频率和传递函数（例如，k-弹簧常数，m-振荡质量块的值或b-阻尼常量）。然后将调整所述参数，从而在满足安全要求的前提下，使得包括波浪、气流和风的扰动的最大能量能够传递到涉水交通工具或浮体。

被设计为存储由质量块-弹簧-阻尼器系统收集到的能量的能量存储系统是从气压系统、液压系统、液压气动系统、化学系统和惯性系统中挑选出的。

或者，所述能量存储系统是由超导线圈（Superconducting MagneticEnergy Storage，SMES：超导磁储能系统）构成的。

然后应当将存储的能量传递到气动引擎、液压引擎和电子引擎，用于涉水交通工具的发动机驱动，然后传递到辅助发生器，用于涉水交通工具或提供给陆地。

根据针对涉水交通工具的发动机驱动的发明的波浪能量转换器，将引擎依次关联到混合发动机驱动，其中所述混合发动机驱动依次被连接到i）螺旋桨以及ii）常规的涉水交通工具引擎或涡轮。

或者，用于辅助的发动机驱动的耦合器是可以省去的，则气动（或其它）引擎直接耦合到螺旋桨等，另一个螺旋桨耦合到涉水交通工具的常规引擎或涡轮。

或者，电子引擎直接连接到螺旋桨或发生器，用于方位螺旋桨的驱动。

因此，根据基于不同自由度以及自动或手动调谐的质量块-弹簧-阻尼器的发明的波浪能量转换器，波浪的运动或任意其它在涉水交通工具或浮体上的伴随而来的机械扰动引起嵌入在所述外壳中的振荡质量块-弹簧-阻尼器系统的运动。

不论何时用于浮体的结构或模式，发明的波浪能量转换器涉及将存储和生成的能量传递给连接到陆地的电缆。

或者，所述电缆对从近海处石油勘探平台等选出的海事设备，供给能量。

浮体被供给常规的支撑和锚泊系统。

根据发明的另一个模式，嵌入在浮体中的波浪能量转换器被供给棚架、导管或伸缩接头，其中所述接头用于在水平方向或垂直方向增加浮体的维度，以最优化地调谐到入射波的频率。

棚架、导管或伸缩接头通过液压伺服电动机、气动伺服电动机或电子伺服电动机，连接到质量块-弹簧-阻尼器系统。

尽管如此，嵌入到浮体中的波浪能量转换器设想数个连接的浮体这样的配置，从而在一组固定的或者可调节到入射波的频率的维度中，提供更多数量的能量。

关于本波浪能量转换器的数学模型，以简化的方式，当设想这样的线性振荡器，其具有与速度成比例的阻尼常量和与移位成比例的弹簧常量，仅经受一个出现在水平方向“X”的谐波振荡（尽管已经指出系统允许在各种方向对振荡的利用），下面的等式代表运动：

m \frac{d^{2} x}{{dt}^{2}} + b \frac{dx}{dt} + kx = {Fx}_{0} \cos (ωt)

F(t)＝Fx₀cos(ωt)＝周期性外力

Fx₀＝所述力的最大振幅

b=摩擦系数或振荡系统能量收回因素

k=弹簧常量

w＝2πf＝外加力的角频率

γ＝b2m

对论点的解决方案，速度和能量：

x = \frac{{Fx}_{0}}{m} \frac{1}{{[{(ω_{0}^{2} - ω^{2})}^{2} + {4 γ}^{2} ω^{2}]}^{1 / 2}} sen (ωt + θ);

对于

ω = {(ω_{0}^{2} - {2 γ}^{2})}^{1 / 2}

达到最大

对于ω＝ω₀达到最大

< p > = \frac{{Fx}_{0}}{m} \frac{{γω}^{2}}{{[{(ω_{0}^{2} - ω^{2})}^{2} + {4 γ}^{2} ω^{2}]}^{1 / 2}};

对于ω＝ω₀达到最大

通过定义乘法因素，

M = \frac{ω_{0}}{{[{(1 - {(\frac{ω}{ω_{0}})}^{2})}^{2} + {(\frac{2 γ}{ω_{0}})}^{2} {(\frac{ω}{ω_{0}})}^{2}]}^{1 / 2}}

因此对于数个阻尼值，可以得到图6示出的曲线。

现在联系附图说明本发明。但是对于技术人员来说，应当清楚所说明的结构仅仅为了说明，并且允许众多的改变和更改，所述改变和更改均包含在本发明的范围内，所述范围由附加的权利要求唯一地限制。

如在图1中图示地说明，100表示涉水交通工具，更可取这样的种类的涉水交通工具，即不穿过波浪，并并非唯一的。

发明波浪能量转换器位于涉水交通工具100附近，其中所述波浪能量转换器一般由数字70表示仅用于说明。在此图中还有：用于放置所述波浪能量转换器的负载舱80和同样可以嵌入所述波浪能量转换器的所述涉水交通工具100的船首90，所述波浪能量转换器甚至远离引擎室，但是不妨碍利用电缆或电子管道传递能量。

如在本说明书的上文中所述的，波浪能量转换器70在涉水交通工具100的结构中的位置在船尾、船头或所述涉水交通工具100的结构的中间位置的任意位置。

或者，如在集装箱中的波浪能量转换器的情况下，发明的波浪能量转换器70包含在将在船上且便利地被依附这样的模块结构中。

根据图1，质量块-弹簧-阻尼器系统包含在外壳10中，该质量块-弹簧-阻尼器系统被设计用于i以结合的方式从到达涉水交通工具100的、来自波浪、风和气流的振荡或扰动收集能力，以及ii以再生的方式从常规的推进力收集能量。

外壳10通过任意的固定装置11依附在涉水交通工具100的部件50上。

弹簧12将根据系统的运行，提供所要求的工作质量。为了简洁，至少一个质量块12被示为球形的，但是其允许任意的几何结构，包括圆柱体的和正方体的几何结构。

振荡质量块22由零件、部件和集合体构成。

或者，质量块12与用于填充液体、流体或任何性质的颗粒的空心舱相对应。在波浪能量转换器70所嵌入的地方，包括水上交通工具或浮体，对于共振或系统的空维护或关闭，此模式允许质量块12在控制下以自动方式或仅仅自动地允许质量块12的变化。

因此质量块12值的变化允许质量块-弹簧-阻尼器系统最优地调谐到入射波的频率。

质量块12通过从卡登、等速和柔性接头中选出的万向节9见图4，连接到至少一个动力输出设备13，其中所述动力输出设备13是根据从系统提取有用能量的地方，从液压缸、气压缸或液压气动缸和/或线性发生器中选出的。

这些动力输出设备13的每一个都同样通过万向节9，嵌入到或耦合到至少一个弹簧14，在涉水交通工具100的所述质量块-弹簧-阻尼器系统上，到所述外壳10以接收实体12的机械能量，形成转而被依附的质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述机械能量是由波浪的能量和其它随之而来的扰动输入运动中的。

以此方式，接收质量块-弹簧-阻尼器系统的能量，在传递和存储之后，将其用于涉水交通工具的全部的或部分的推进力或涉水交通工具或浮体中能量的生成。

与发明的原理相反，在目前发展水平的质量块-弹簧-阻尼器系统中，由外部扰动产生的能量是被浪费掉的，如在调谐动态阻尼器设备中所发生的，其中所述调谐动态阻尼器通常用于引擎、发动机、由风产生的振荡以及建筑、桥、塔和其它架构中的震动中的震动吸收。在其它情况下，仅仅在位于交通工具的内部或浮体的内部的振荡体的运动的一个轴上使用所生成的能量。并且，目前，来源于弹簧-阻尼器系统的能量不用于涉水交通工具的发动机驱动。

然后应当将在动力输出设备13中接收到的能量传递到能量存储系统15。

能量的传递是在控制阀18或类似设备的帮助下进行的。控制阀18通过用于工作流体的排水的管道16或正在使用的线性发生器的替代物中的电子传导设备，连接到系统15。

尽管如此，提供从一组传感器、硬件和软件、伺服机构、阀等中选出的设备17，这样的设备装备有控制机制，其中所述控制机制用于波浪共振频率的手动或自动调谐和/或对能量的利用的最优化，其中所述能量产生于伴随而来的扰动。

应当将存储在15中的能量转化为用于涉水交通工具100的推进力，从而相同的指向发动机19。发动机19的一端经由工作轴，连接到用于混合驱动的耦合器21，所述发动机的另一端连接到辅助发生器24。轮流地，耦合器21同样经由工作轴22连接到螺旋桨23以及连接到涉水交通工具常规发动机20。

设备15、16、19、20、21、22、23和24均是目前发展水平的项目，并嵌入或容纳在涉水交通工具100的部件60中。

如在本说明书的上文中所述的，在涉水交通工具100中邻近的部件50和60不是强制的。

在所有情况下，按照要求执行设备13到设备15的能量的传递，覆盖涉水交通工具或浮体中较短或较长的路径，从而允许发明中所使用的数个设备的串联地、并联地或相同组合地关联，通过管道和电子传导设备，合计并传递每个单元的能量，附加地或交替地使用对于技术人员可用的手段。

图2为包含在涉水交通工具200中的发明的波浪能量转换器70的另一个模式的示意图。

在此模式中，仅仅修改包含在部件60中的常规的能量使用设备的设置，而包含在外壳10中的发明的质量块-弹簧-阻尼器系统与按照图1所说明的质量块-弹簧-阻尼器系统一样。

因此，存储在15中的能量被传递到发动机19。发动机19经由工作轴22，穿过到第一螺旋桨23的一个端以及穿过另一个端，连接到辅助的、可选择的发生器24。以独立的方式，第二螺旋桨23经由工作轴22，连接到在涉水交通工具中通常使用的常规的发动机或涡轮机20。

在波浪能量转换器70用于涉水交通工具的全部的或部分的能量生成这样的选择下，生成是在发生器24的帮助下执行的。

图3A、3B和3C示出应用到浮体300、用于能量生成的发明的波浪能量转换器70。

根据一个模式，浮体300位于水体的表面25上。

根据另一个模式，浮体300浸入水体。

在图3A、3B和3C中，数字指的是与在前图中说明的设备完全地相同的设备。

从图中注意到，考虑到浮体所减少的维度，波浪能量转换器几乎占据了浮体的所有内部空间。

应当指出，虽然在涉水交通工具100、200和在浮体300中使用的波浪能量转换器的模式在一种情况下包含一个或多个螺旋桨，在另一种情况下没有螺旋桨，但是发明的波浪能量转换器在所有情况下，相对于具有各种自由度和能量存储系统的质量块-弹簧-阻尼器系统，由常规数字70表示。

根据图3A，无论何时发明的波浪能量转换器70应用于浮体300结构，发明的波浪能量转换器70涉及将存储在15中的和在24中生成的能量，传递到连接到陆地的电缆29。或者，电缆29将能量提供给平台或任意其它的海事设备未示出。

浮体300被提供有连接到系泊带27的锚泊系统26，其中所述系泊带27属于所述浮体。

根据在图3B中示出的发明模式，包含在浮体300中的波浪能量转换器被提供有设备30，该设备30是从翅片、棚架或伸缩接头中选出的，用于增加包含在浮体300中的变频器70的维度。所述增加在水平和垂直方向上，用于最优化调谐到入射波的频率。

浮体300被提供有压载舱28，该压载舱28的填充物是自动控制的，允许最优化调谐到入射波的频率。

图3C示出波浪能量转换器70的模式，其中数个浮体300相连接以最优化在一组方向中的能量供给，其中所述方向对于入射波的频率是固定的或可调整的。浮体300之间的连接是在设备30的帮助下进行的。

图4示出组成根据本发明的波浪能量转换器的质量块-系统-阻尼器系统，具有球形的质量块12和六个弹簧-阻尼器14、13集合，其中所述集合具有嵌入所述集合的单外壳。

在所述图4中说明的结构示出在三个平移维度和三个旋转维度的发明的波浪能量转换器70的自由度，其中所述自由度是从与涉水交通工具100、200或浮体300中的相同的装置得出的。在此图中，数字指的是与前述图的设备相同的设备，因此不需要再重复。

图5示出轨道运动的垂直方向-y和水平方向-x的分解，其中所述轨道运动由位于水体的表面和某一深度的主体说明。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.（删除）一种波浪能量转换器，该波浪能量转换器基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述波浪能量转换器包含嵌入到外壳中的惯性振荡质量块-弹簧-阻尼器系统，所述惯性系统包含：

a）至少一个振荡质量块（12），

b）弹簧（14），其中对于每一个所述振荡质量块（12），存在至少两个所述弹簧（14），其中相对于所述振荡质量块（12），所述弹簧放射状地排列，以及

c）至少两个动力输出设备（13），其中存在这样的比率，即对于每一个所述弹簧（14），存在一个动力输出设备（13），所述动力输出设备（13）的一端i）经由万向节（9）从一端连接到至少一个所述振荡质量块，同时所述动力输出设备的另一端同样经由万向节（9）连接到所述外壳（10）的壁面，以及ii）将所述能量传递到能量存储常规系统（15），

从而外部扰动运动产生被传递到所述质量块-弹簧-阻尼器的振荡，其中所述运动包括波浪和风在其上击打包含所述波浪能量转换器（70）的所述系统，存储在（15）中的能量供使用。

2.（删除）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中质量块（12）包含空舱，用于填充从液体、流体或任何性质的颗粒中选出的材料，以最优化调谐到入射波的频率。

3.（删除）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器还包括从一组传感器、硬件、软件、伺服机构和阀门中选出的设备（17），所述设备（17）被提供有控制机制，用于调谐波浪的共振频率。

4.（删除）根据权利要求3所述的波浪能量转换器，其中作为选择，所述设备（17）的控制机制用于最优化利用来自随之而来的扰动的能量。

5.（新的权利要求1）一种波浪能量转换器，该波浪能量转换器基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述波浪能量转换器包含嵌入到外壳中的惯性振荡质量块-弹簧-阻尼器系统，具有这样的比率，即对于每一个振荡质量块，存在至少两个弹簧，以及对于每一个弹簧，存在一个动力输出设备，其中所述波浪能量转换器包含于并应用于涉水交通工具（100、200）的发动机驱动。

6.（删除）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并用于涉水交通工具（100、200）所需能量的全部或部分生成。

7.（删除）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并部分地用于涉水交通工具（100、200）的发动机驱动，以及部分地用于所述涉水交通工具所需能量的生成。

8.（删除）根据权利要求5、6和7所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含一个质量块（12）、一个弹簧（14）和一个动力输出设备（13）。

9.（新的权利要求2）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器安装在包含集装箱的模块结构中，其中所述集装箱被装载并固定在涉水交通工具（100、200）的结构上。

10.（删除）根据权利要求5、6、7、8和9所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）的结构中的波浪能量转换器（70）的位置能够是任何地方，包括所述涉水交通工具的结构的船首、船尾和任何中间位置。

11.（删除）根据权利要求5、6、7、8、9和10所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）在水体的表面上进行操作。

12.（新的权利要求3）根据权利要求

所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）以水下模式进行操作。

13.（新的权利要求4）根据权利要求1

所述的波浪能量转换器，其中生成的能量存储在能量存储常规系统（15）中并被传递给发动机（19），所述发动机（19）在一端连接到耦合器（21），所述耦合器连接到螺旋桨（23）和发动机（20），以及所述发动机（19）在另一端连接到电子发生器（24），所述设备之间的所有连接是在工作轴（22）的帮助下进行的。

14.（新的权利要求5）根据权利要求1

所述的波浪能量转换器，其中作为选择，存储在所述能量存储常规系统（15）中的能量被传递给发动机（19），其中所述发动机（19）在一端连接到第一螺旋桨（23），以及在另一端连接到辅助电子发生器（24），同时，独立地，第二螺旋桨（23）连接到常规发动机或涡轮机（20），所述设备之前的所有连接是在工作轴（22）的帮助下进行的。

15.（删除）根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并应用于浮体（300），用于能量的生成。

16.（删除）根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）位于水体的表面（25）。

17.（新的权利要求6）根据权利要求1以及包含在浮体（300）中的所述的浪能量转换器，其中所述浮体（300）浸入水体。

18.（新的权利要求7）根据权利要求

6所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）被提供有压载舱（28），其中所述压载舱（28）的填充物是受自动控制的，用于最优化调谐到入射波的频率。

19.（新的权利要求8）根据权利要求

6所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）被提供有设备（30），其中所述设备（30）是从棚架、翅片和万向节中选出的，用于增加包含在所述浮体中的浪能量转换器（70）的维度。

20.（新的权利要求9）根据权利要求

6所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含在一组浮体（300）中的每一个浮体（300）中，其中所述浮体（300）在设备（30）的帮助下互相连接。

Claims

1.一种波浪能量转换器，该波浪能量转换器基于具有不同的自由度的质量块-弹簧-阻尼器系统，其中所述波浪能量转换器包含嵌入到外壳中的惯性振荡质量块-弹簧-阻尼器系统，所述惯性系统包含：

a）至少一个振荡质量块（12），

2.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中质量块（12）包含空舱，用于填充从液体、流体或任何性质的颗粒中选出的材料，以最优化调谐到入射波的频率。

3.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器还包括从一组传感器、硬件、软件、伺服机构和阀门中选出的设备（17），所述设备（17）被提供有控制机制，用于调谐波浪的共振频率。

4.根据权利要求3所述的波浪能量转换器，其中作为选择，所述设备（17）的控制机制用于最优化利用来自随之而来的扰动的能量。

5.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并用于涉水交通工具（100、200）的发动机驱动。

6.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并用于涉水交通工具（100、200）所需能量的全部或部分生成。

7.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并部分地用于涉水交通工具（100、200）的发动机驱动，以及部分地用于所述涉水交通工具所需能量的生成。

8.根据权利要求5、6和7所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含一个质量块（12）、一个弹簧（14）和一个动力输出设备（13）。

9.根据权利要求5、6、7和8所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器安装在包含集装箱的模块结构中，其中所述集装箱被装载并固定在涉水交通工具（100、200）的结构上。

10.根据权利要求5、6、7、8和9所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）的结构中的波浪能量转换器（70）的位置能够是任何地方，包括所述涉水交通工具的结构的船首、船尾和任何中间位置。

11.根据权利要求5、6、7、8、9和10所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）在水体的表面上进行操作。

12.根据权利要求5、6、7、8、9和10所述的波浪能量转换器，其中所述涉水交通工具（100、200）以水下模式进行操作。

13.根据权利要求1和5所述的波浪能量转换器，其中存储在（15）中的能量被传递给发动机（19），其中所述发动机（19）在一端连接到耦合器（21），所述耦合器连接到螺旋桨（23）和发动机（20），所述发动机（19）在另一端连接到电子发生器（24），所述设备之间的所有连接是在工作轴（22）的帮助下进行的。

14.根据权利要求1和5所述的波浪能量转换器，其中作为选择，存储在（15）中的能量被传递给发动机（19），其中所述发动机（19）在一端连接到第一螺旋桨（23），在另一端连接到辅助电子发生器（24），同时，独立地，第二螺旋桨（23）连接到常规发动机或涡轮机（20），所述设备之前的所有连接是在工作轴（22）的帮助下进行的。

15.根据权利要求1所述的波浪能量转换器，其中所述波浪能量转换器包含于并应用于浮体（300），用于能量的生成。

16.根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）位于水体的表面（25）。

17.根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）浸入水体。

18.根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）被提供有压载舱（28），其中所述压载舱（28）的填充物是受自动控制的，用于最优化调谐到入射波的频率。

19.根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中所述浮体（300）被提供有设备（30），其中所述设备（30）是从棚架、翅片和万向节中选出的，用于增加包含在所述浮体中的波浪能量转换器（70）的维度。

20.根据权利要求15所述的波浪能量转换器，其中一组浮体（300）中的每一个浮体（300）在设备（30）的帮助下互相连接。