CN103180605B - 通过波浪作用产生能量的系统 - Google Patents

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Abstract

一种相对于地平面和外力调整数个块体的自然频率来产生能量的系统和方法。在某些实施方案中,所述外力是波浪的作用。所述系统具有相对于所述地平面可移动的第一块体,其中,所述外力导致所述第一块体相对于所述地平面的摆动。可移动的第二块体由所述可移动的第一块体承载并可相对于所述可移动的第一块体移动。所述可移动的第二块体的位置相对于所述第一块体改变会造成所述可移动的第二块体产生动能。所述系统根据波浪的自然频率调节或调整各种部件的频率。由相对运动产生的能量可被转换为不同形式的能量,其中包括电能。

Description

通过波浪作用产生能量的系统
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请是于2008年12月15日提交的美国专利申请号12/316, 772的部分继续申 请以及是于2008年3月27日提交的美国专利申请号12/079,591的部分继续申请,所述美 国专利申请号12/079, 591是于2006年11月7日提交的要求于2005年11月7日提交的 美国临时专利申请号60/734, 203的权益的废弃美国专利申请号11/593, 895的部分继续申 请,在此将它们引入作为参考。
技术领域
[0003] 本发明是一种用于产生电力的系统和方法。更具体地说,是一种在平台上通过波 浪作用产生电力的系统和方法。
背景技术
[0004] 用大片水体中的水的局部运动的流水剪切力来产生电力的方法很多。例如,将潮 流、风或重力导致的水的移动用作液力来移动某些固定在陆地上的大型装置的涡轮、门或 其它部件。这种方法花费很高,不是很有效,而且易于损坏,原因在于将装置固定到陆地 上有难度,而且海水为腐蚀性,海水中的小砂粒会导致过度的磨损。
[0005] 风和水这两种丰富的自然资源的功率密度很低。风力必须超过100MPH才会将站 立的人吹倒,即使人在很大的海浪中漂浮时,浪力会在你旁边流过,因为水是低密度液 体。人会感觉到波浪的能量,但相对站立于路面被与风或水同速的车辆碰撞而言,此力极 微小。力等于物体的密度乘以移动速度,因此,很低密度的物质,如风和水,不会产生较 佳的能源,因为用于风和水的能源工程的规模必须很大且很昂贵,并且还会对我们的地球 造成大范围的环境冲击,正如大型的液力发电工程那样。
[0006] 为我们的地球创造充足可再生的不产生碳的廉价能源的解决方案,是找出一种 途径以便利用低密度的风和/或水(我们地球上最丰富的资源)来产生高功率密度的能 量,如烧煤电厂或核电厂那样的能量。
[0007] 不幸的是,用波浪产生电力的很多在先的尝试都不能意识到各种不同的相关自 由度,因此效率很低。此外,某些系统即使在风平浪静的情况下也会出现结构发散的不稳 定状况。
发明内容
[0008] 本发明是一种通过波浪作用以及相对于地平面调整数个块体来产生电力的系统 和方法。浮动平台、壳体及其它部件形成相对于地平面可移动的第一块体。外力(波浪的 摆动)会引起第一块体相对于地平面摆动。可移动的第二块体由壳体承载并相对于所述壳 体可移动。此可移动的第二块体因相对于壳体改变位置而产生动能。在一个实施方案中, 一机构将相对于壳体移动的第二块体的动能转换为电力。此系统通过各种不同的部件相对 于壳体调整第二块体,以增加产生能量。
[0009] 在一个实施例中,一种用摆锤产生能量的系统包括具有安装点和曲面的基体。所 述摆锤具有连接点和与所述连接点彼此隔开的曲面,所述摆锤的所述连接点可枢转地安装 于所述基体的所述安装点上。所述系统具有包括磁场装置和线圈装置的一对互补能量提取 装置的能量提取系统,其中所述磁场装置相对于所述线圈装置的运动使所述线圈装置内产 生电流。所述磁场装置由其中一个所述曲面承载。所述线圈装置由另一个所述曲面承载。
[0010] 在一个实施例中,所述基体可相对于水体中的波浪移动,其中所述波浪中的水在 所述基体上施加液压力。所述摆锤是可调的,以相对于所述波浪的波自然频率来调节所述 摆锤的自然频率,以便增加产生的能量和控制产生的能量。
[0011] 在一个实施例中,所述基体具有浮动平台,所述浮动平台具有排出所述水体的一 部分的部分。所述基体和多个部件形成可移动的第一块体;及所述摆锤承载可移动的第二 块体。所述可移动的第二块体和所述可移动的第一块体具有重量;阿基米得原理允许通过 增加其中的排水量来增加所述可移动的第二块体的重量,以便提高功率密度和能量。
[0012] 在一个实施例中,所述基体和多个部件形成第一块体;所述摆锤承载第二块体。 所述第一块体具有可相对于所述波浪的波自然频率来调节的第一自然频率。所述第二块体 具有可相对于所述第一自然频率和所述波自然频率来调节的摆锤自然频率(第二自然频 率)。所述系统还包括主动调整系统,所述主动调整系统用于在所述块体相对于彼此和所述 水体运动时调整所述块体中的至少一个块体的自然频率的调节。
[0013] 在一个实施例中,所述磁场装置由所述摆锤承载。所述线圈装置由所述基体的所 述曲面承载。所述线圈装置具有多个线圈,所述多个线圈是分开和不同的,并且能够产生电 流。
[0014] 在一个实施例中,所述基体的所述曲面是至少一条轨道,所述至少一条轨道具有 一个所述互补能量提取装置。所述摆锤具有与所述轨道接合的安装装置。所述安装装置具 有曲面,其中所述安装装置具有另一个所述互补能量提取装置。
[0015] 在一个实施例中,所述基体的所述曲面具有至少一对轨道,所述至少一对轨道具 有一个所述互补能量提取装置。在一个实施例中,所述基体的所述曲面是球体的一部分。 所述摆锤连接到所述连接点,以致于所述摆锤可转动到平面之外。在一个实施例中,所述 摆锤能够转动360度。在一个实施例中,所述摆锤的所述连接点是磁性轴承。
[0016] 在一个实施例中,一种系统使用水体中的波浪的液力通过相对于所述水体中的 所述波浪来调节的平台来产生能量。所述系统包括具有曲面的平台。所述系统的摆锤具有 由所述平台承载的连接点以及端点。所述摆锤具有可相对于所述平台运动的调谐块,所述 端点以及所述调谐块能够沿着限定曲面的曲径运动。所述系统具有能量提取系统,其具有 包括磁场装置和线圈装置的一对互补能量提取装置。所述磁场装置相对于所述线圈装置的 运动使所述线圈装置内产生电流。所述磁场装置由其中一个所述曲面承载。所述线圈装置 由另一个所述曲面承载。
[0017] 在一个实施例中,所述平台的所述曲面包括承载一个所述互补能量提取装置的 至少一条导轨。所述摆锤的所述端点具有沿所述至少一条导轨运动的至少一个导向件。所 述至少一个导向件承载另一个所述互补能量提取装置。
[0018] 在一个实施例中,所述平台包括壳体和平衡块。所述平衡块的位置相对于所述壳 体可调节。
[0019] 在一个实施例中,所述平台和多个部件形成可移动的第一块体;所述摆锤承载可 移动的第二块体。所述可移动的第一块体具有可相对于所述波浪的波自然频率来调节的第 一自然频率。所述可移动的第二块体具有可相对于所述第一自然频率和所述波自然频率来 调节的第二自然频率。所述系统具有主动调整系统,所述主动调整系统用于在所述块体相 对于彼此和所述水体运动时调整所述块体中的至少一个块体的自然频率的调节。
[0020] 在一个实施例中,所述浮动平台具有排出所述水体的一部分的部分。所述可移动 的第二块体和所述可移动的第一块体具有重量。阿基米得原理允许通过增加其中的排水量 来增加所述可移动的第二块体的重量,以便提高功率密度和能量。
[0021] 在一个实施例中,所述主动调整系统包括在所述平台内的多个压载箱。一种机构 使压载物在所述压载箱之间移动,以便在所述块体相对于彼此和所述水体运动时调整所述 可移动的第一块体的自然频率的调节。
[0022] 在一种用摆锤的运动产生能量的方法中,所述方法包括由基体承载的摆锤,所述 摆锤具有连接点。所述摆锤的自然频率通过移动调谐块来调节,所述调谐块可相对于所述 基体运动。系统从所述摆锤相对于所述平台的运动提取能量,其中具有包括磁场装置和线 圈装置的一对互补能量提取装置。所述磁场装置相对于所述线圈装置的运动使所述线圈装 置内产生电流。
[0023] 在一个实施例中,一种系统使用水体中的波浪的液力通过相对于所述水体中的 所述波浪来调节的装置来产生能量。所述装置可相对于波浪移动。所述波浪中的水在所述 装置上施加液压力。一种机构相对于所述波自然频率来调节所述装置的自然频率,以便增 加产生的能量。
[0024] 在一个实施例中,一机构将所述装置的动能转换为另一种形式的能量。在一个实 施例中,所述波浪直接地在所述装置上施加力。在一个实施例中,所述装置是浮动平台, 所述浮动平台具有至少一个可调节装置。
[0025] 在一个实施例中,所述至少一个可调节装置包括位于所述浮动平台下方的平衡 块,其位置可相对于所述浮动平台来调整。
[0026] 在一个实施例中,所述平台和多个部件形成可移动的第一块体。所述系统包括承 载可移动的第二块体的摆锤。所述可移动的第一块体具有可相对于所述波浪的波自然频率 来调节的第一自然频率。所述可移动的第二块体具有可相对于所述第一自然频率和所述波 自然频率来调节的第二自然频率。一种主动调整系统在所述块体相对于彼此和所述水体运 动时调整所述块体中的至少一个块体的调节。
[0027] 在一个实施例中,所述波浪间接地在所述装置上施加力。在一个实施例中,所述 装置是可枢转地安装于所述浮动平台上的块体。
[0028] 本发明的这些方面并非排它性的,本领域的普通技术人员在阅读了下文的描述, 附上的权利要求及附图后,将会很容易明白本发明的其它特征、方面及优点。
附图说明
[0029] 在阅读下文参照附图对实施方案的详细说明后,本发明的这些和其它的特征将 易于明白,其中:
[0030] 图1为浮动平台的示意图;
[0031] 图2A和2B为由波浪产生的换向斜面的示意图;
[0032] 图3为具有图2所示的由波浪产生的其中一个斜面的船只的示意图;
[0033] 图4A和4B为在图3所示船只的斜面上的移动块体的示意图;
[0034] 图5为在图3所示船只的斜面上的滚动圆柱体的示意图;
[0035] 图6A为由大致上呈圆柱体的两个块体组成的块体的示意图;
[0036] 图6B-6D为具有数个块体的单元的不同角度的视图;
[0037] 图7为在图3所示船只的斜面上的带转动轮的车辆的示意图;
[0038] 图8为在图3所示船只的斜面上的移动液体的示意图;
[0039] 图9为在图3所示船只的斜面上的电磁悬浮块体的示意图;
[0040]图10为浮动平台的另一个实施方案的示意图;
[0041] 图11A和11B为图10所示的浮动平台在波浪上的示意图;
[0042] 图12为具有不同调整元件的图10所示的浮动平台的示意图;
[0043]图13为系统的不同元件的自然频率以及系统的一个实验运转的功率输出的曲线 图;
[0044] 图14为轨道以及具有滚动块体的单元的等距视图;
[0045] 图15为另一个浮动平台的透视图;
[0046] 图16为图15所示的浮动平台的前剖视图;
[0047] 图17为图15所示的浮动平台的侧剖视图;
[0048] 图18A和18B分别为显示块体的调谐的浮动平台的侧视图和前视图;
[0049] 图19A为显示用于块体的调谐的制动的浮动平台的示意性侧视图;
[0050] 图19B-19D为用制动机构调谐摆动块后的浮动平台的几个示意性侧视图;
[0051] 图20为另一个浮动平台的前剖视图;
[0052] 图21为图20所示的浮动平台的侧剖视图;
[0053] 图22为另一个浮动平台的透视图;
[0054] 图23A为图22所示的浮动平台的侧剖视图;
[0055] 图23B为沿著图23A所示的区域23B而取的放大图。
[0056] 图24为图22所示的浮动平台的前剖视图;
[0057] 图25为图22所示的浮动平台的顶视图;
[0058] 图26为能线图的图示;
[0059] 图27为具有主动压载系统的另一个浮动平台的切面部分的透视图;
[0060] 图28为控制系统的示意图;
[0061]图29为另一个浮动平台的侧剖视图;
[0062] 图30为图29所示的浮动平台的顶视图;
[0063] 图31为另一个浮动平台的侧剖视图;
[0064] 图32为图31所示的浮动平台的顶视图;以及 [0065]图33为另一个实施例的剖视图。
具体实施方式
[0066] 地球三分之二的表面被水覆盖。而地球上四分之三的人口生活在靠近海洋或其它 大片水域附近的范围内。所有这些人都需要电力。
[0067] 在海洋或其它大片水域(下文将统称为"海洋")的表面上刮的风有效地将风能 转换为波浪能。本发明是一种将海洋的波浪能转换为低成本、有效、可靠及干净的能量的系 统。
[0068] 本发明涉及产生能量的系统和方法,其通过调整两组块体的摆动运动,将来自低 密度物质诸如水的能量转变为动能。其中驱动可调系统的能量来自波浪的摆动运动。
[0069] 参见图1,所示的系统20具有在无浪的水体18上的浮动平台22,轨道24以及块 体26 (滚动能量产生块体)。浮动平台22具有壳体28,所述壳体包括顶面30,底面32,前 沿34以及后沿36。此壳体具有浮力舱38和能量产生部分40。轨道24和块体26位于能 量产生部分40中,下文将作详细说明。
[0070] 通过波浪中水的液力可以将波浪能转换为有用的机械能,波浪导致浮动平台22 充当一系列的斜面。参见图2A和2B,图中所示的浮动平台22处于相对于波浪46的波峰 44的两个位置上。为了简化,图中所示的浮动平台22整个位于水18上。应该认识到,因 为水的浮力和排量,平台22有部分是在水下的,如下文中参照图10的说明。
[0071]仍参见图2A,图中示出浮动平台22的顶面30,底面32,前沿34以及后沿36。当 波浪46的波峰44到达平台22的前沿34时,水的液力使前沿34相对于后沿36升高,形 成一斜面。当波浪46的波峰44在平台22的下面通过时,水的液力不再升高前沿34,而 前沿34相对于后沿36现正落到波浪46的波谷48中。
[0072] 参见图2B,平台22的前沿34相对于后沿36已经落入波谷48中。现在水的液力 相对于前沿34升高后沿36,形成另一个斜面。对于本说明书而言,斜面的前沿先是高于 其后沿以及然后其后沿高于其前沿,将被称作为相互换向。因此,波浪移动的作用形成一 系列的斜面,任何特定的斜面都是先行的斜面和后随的斜面两者的换向。
[0073] 应该注意到,浮动平台22的底部32在波浪的运动方向上以及波浪的运动的横向 上都是平的,与圆形或v形相对比而言,它会是更有效的斜面。还应该注意到,由浮动平 台形成的斜面的由前沿(头部)至后沿(尾部)的长度可以增加。一种方法是扩大能量产 生部分40,所述能量产生部分40在图中示出为相对于具有倾斜度的壳体的平台22的底面 32的平台22的顶面30,正如通常的船只22的甲板相对于其壳体28的情形,如图3所示。
[0074] 通过块体的沿著一系列换向斜面下行的运动,将一系列运动波浪的能量转换为 机械能,所述一系列换向斜面是由波浪的液力在船只的壳体上形成的。如下文的论述,所 述块体可以是固体或液体,而且可以是本领域技术人员公知的大量形式中的任何一种。参 见图4A,当波浪的波峰44相对于船只54的船尾56 (后沿36)升高船头52时,将会形成 轨道24的斜面58。接着,重力会导致块体26顺着斜面58从船头52向下移动至船尾56。 当波浪46的波峰44在船只54下面通过时,船只54的船头52相对于船尾56下沉到波浪 46的波谷48中,形成如图4B所示的换向斜面。现在,重力会导致块体26顺着轨道24的 斜面58从船尾56向下移动至船头52。应该注意到,可以将体现这些原理的船只定位成横 切波浪运动的方向,导致块体顺着换向斜面从船只的一侧向下移动到另一侧。
[0075] 顺着斜面向下移动的块体26越大,产生的机械能就越大。应该注意到,此能量 来源是可再生的,因为波浪46连续地形成换向斜面,导致块体26从船头至船尾以及再从 船尾至船头的运动连续地重复进行。
[0076] 使用发电机以公知的手段将块体沿一系列换向斜面的向下运动产生的能量转换 为电能。每秒1英尺镑的力等于1. 356瓦特的电力;那么,在1秒内移动1. 0镑到1. 0英 尺的距离所需的力的量等于1.356瓦特的电力。例如,块体沿斜面向下移动产生的每秒 100, 000英尺镑的力就相等于135, 600瓦特的电力。将运动波浪的机械能转换为电能的技 术手段的优选实施例介绍如下,但本领域的技术人员公知的其它技术手段也是可用的。
[0077] 参见图5,图中所示的块体26是由合适的较佳为结实的固体物质构成的圆柱体60 或填充有合适的较佳为稠密的液体的中空圆柱体。此圆柱体60沿着在船只54的甲板64 上由导轨62形成的轨道24向下滚动。轨道24的导轨62形成从船只54的船头52至船尾 56的斜面58。轨道24的导轨62通过减少表面积(而不是缩小在形成斜面58的甲板的较 大表面上滚动的圆柱体60)使摩擦减少至最小,其中导致圆柱体60滚动较快,从而产生 更多的机械能。链轮和链条或类似的装置(图中未示)可以用来防止圆柱体60非滚动地 滑下轨道24。
[0078] 仍参见图5,皮带传动件68被紧固成围绕圆柱体60的周边并被附着到发电机72 的轴70上。由于圆柱体60沿轨道24向下滚动,而使发电机72的轴70转动,从而产生电 力。可通过改变圆柱体60和发电机72的轴70的直径,或通过使用齿轮和本领域技术人员 公知的其它技术手段来控制圆柱体60的每分钟转数。
[0079] 也如图5所示,当圆柱体60到达斜面54的端部时,如果它仍然在滚动,则任何 残留的机械能可以通过以下方式被暂时储存,即,使圆柱体60沿轨道24的半径范围76 向上滚动直到它停止。当斜面54换向时,块体26最初沿半径范围76向下行,在滚下换向 斜面之前释放储存的机械能。作为选择,如果块体26到达斜面54的端部时仍在滚动,可 通过使用本领域的技术人员公知的可在制止块体26时共同产生电力的制动装置(图中未 示)来产生电力。
[0080] 参见图6A,块体26是由具有大致上呈圆柱形并用框架86连接的两个块体82和 84的单元80形成的。皮带传动件88与其中一个圆柱形块体82的延伸部分上的链轮90以 及发电机96的轴94上的链轮92连接。当圆柱形块体82和84滚下诸如图5中的换向轨 道24时,块体82转动发电机96的轴94而产生电力。
[0081] 如图6A所示,本发明的原型包括定制的不锈钢结构的圆柱形块体82和84以 及框架86。皮带传动件88和定时齿轮(图中未示)均购自纽约新海德公园的联合驱动器 产品公司,发电机是一种低转速永磁直流发电机,购自佛蒙特州North Ferrisburgh的 Windstream电力公司。
[0082] 参见图6B-6D,图中示出具有圆柱形块体82和84的单元80。
[0083] 用本发明产生的电力可储存(例如电池中)在发电的船只上,或可以在发电的同 时通过海底电缆传输到电网。
[0084] 图7示出另一个优选实施方案。在此实施方案中,轮式车辆100沿轨道104上的 斜面102向下滚动。通过用附着在轮式车辆100的车轴或车轮上的皮带(图中未示)来驱 动发电机的轴,将移动车辆的机械能转换为电力。或者,通过一个螺旋传动器或本领域技 术人员公知的其它方法,虽然效率不高,但可将轮式车辆100的直线运动转换成旋转运动 来驱动发电机。这种方法还可以使发电机固定在平台22上,而不是像图5和6所示的实 施方案中将发电机固定在移动块体26上那样。应当明确的是,在实践中,一个或多个移 动块体可以驱动一台发电机,或者一个移动块体可以驱动一台或多台发电机。
[0085] 在另一个实施方案中,如图8所示,适量的液体110 (诸如水)可用于沿斜面58 向下流动。流动水110通过输送管、管道、或其它通道114分流到涡轮机116。流动水驱动 涡轮机116,从而驱动发电机118。本领域技术人员公知的各种手段,如分离通道,可用于 确保流动水使涡轮机向同一方向转动,不管水在沿一系列的换向斜面向下流动时的水流 方向。
[0086] 在又一个实施方案中,如图9所示,可以通过电磁力将块体26悬浮在斜面58上 面。这将消除块体26和斜面58之间的摩擦。当块体26沿斜面下移时,可以使用上述或 本领域技术人员公知的各种手段将运动的机械能转换成电力。
[0087] 参见图10,图中示出在无浪情况下处于水体18中的系统20的另一种浮动平台 128。此浮动平台128具有轨道24和块体26 (它是顺着轨道24的滚动能量产生块体)。浮 动平台128具有壳体28,包括顶面30,底面32,前沿34以及后沿36。壳体28具有浮力舱 38和能量产生部分40。此外,该系统20有一个系泊锚130。它被系泊缆132连接到浮动 平台128的后沿36。另外,该系统20具有沿着浮动平台128下方的可调杆136的一对调 谐块134。可调杆136用缆索138挂在漂浮平台128的底面32下面。沿着可调杆136的 长度可以改变这些调谐块134的位置,从而改变调谐块134与浮动平台128相关的转动惯 量。此外,两调谐块134相对于壳体的底面32可以上下移动。
[0088] 所述调谐块134可以是龙骨系统140的部分。与帆船上的龙骨中块体在左右舷的 方向上(即沿着船舷)移到舷外不同,调谐块134沿波浪的方向(即,浮动平台的长度) 延伸。
[0089] 仍参见图10,除调谐块134外,系统20是可调的,因为轨道24具有可变半径。 可以调节轨道的半径,以调整所述轨道,并因此调整系统20适应于波浪46,如图11A所 不。
[0090] 该系统20具有一个控制器142,在一个实施方案中,它可以监测各种参数,包括 波高和频率。所述控制器具有一台计算机或微处理器以及各种输入设备,诸如加速度计、 功率计、及全球坐标监控器。因此,控制器142能够在系统20中调节数个项目,如调谐块 134的位置或轨道24的半径,从而调节系统20。
[0091] 参见图11A,图中示出在波浪46上的图10所示的浮动平台128,其前沿34靠近 波浪46的波峰44。取决于以波峰44和波谷48之间的高度作定义的波浪规模,即浮动平 台128将要使用的波浪规模,可以调节轨道24的半径。图12示出一个半径不同的轨道。
[0092] 图11B示出在波浪46上的浮动平台128,其后沿36靠近波浪46的波峰44,而前 沿34则靠近波谷48。靠近浮动平台128的前沿34和后沿36的轨道24的相对高度通过波 浪的液力而不断的变化就是可以用来使块体26(即,滚动能量产生块体)沿着轨道24滚 动并发电的能量来源。
[0093] 机构或系统20这样设计,以致于可以优化调整动力系统的每个主成分、块体26/ 轨道24以及壳体28几何形状的自然频率,就像一个乐器,使其能与海洋波46的自然频 率协作,以最大限度地产生能量(功率)。参见图12,图中示出图10的浮动平台128具有 针对波浪46而调整的各种元件。其中轨道24的半径已作了调节,从而改变了块体26/轨 道24的自然频率。可以通过调节轨道24,或通过延长或缩短线性部分146以移动弧形部分 144,来改变轨道24的半径。此外,调谐块134已被向内移动,且固定在壳体28上的系泊 缆132的位置已被移动,以调节壳体28的自然频率。
[0094] 业已利用计算机模型完成一系列的测试工作。所述模型是基于以前在水箱中所作 的模型和其它真正的测试数据制作的。下面是测试的实施例,其中的数值已被换算为现实 世界中的数字。
[0095] 壳体28设计成具有最大的稳定性,并采用了"预压"的特点。在这些测试中,块 体26 (即,滚动能量产生块体)的重量为1,000, 000镑。壳体28必须要稳定,足以支持 在壳体28的前部和尾部位置以及前沿34和后沿36处的块体26。将壳体28设计成具有 足够的吃水深度以转移一定量的水来创建稳定性,所述一定量的水等于或远大于块体26 的重量加上壳体28的总重量。当由壳体28转移的水量与块体26的重量之比增加时,壳 体28的稳定性(稳心高度(GM))会增加。例如:如果块体26的重量为1,000, 000镑,以 及壳体28被设计成具有足够的吃水深度以转移2, 000, 000镑的水时,调谐块134结合了 2, 000, 000镑的重量,并将用2, 000, 000镑的力"预压"系统。通过垂直和水平地调节数个 调谐块134相对于壳体的底部或水线的位置,可以调整壳体28几何形状的自然频率。
[0096] 壳体28被设计成具有储备浮力功能部件或干舷。当壳体从船头至船尾颠簸时, 用储备浮力对壳体增加额外的浮力,以增加"预压"力。
[0097] 通过调节块体26轨道的半径、块体26的直径以及块体26的长度,可以调整块体 26的自然频率。
[0098] 壳体的几何形状是专为低转动惯量设计的。这意味着,壳体的长度要远小于壳体 的船舷。想象一个伸出胳膊自转的花样滑冰运动员。当花样滑冰运动员的胳膊向内移动 时,该运动员的转动惯量逐渐减小,且对于任何给定的能量而言,该运动员旋转得更快。 由于壳体的转动惯量逐渐减小,更多存储的"预压"能量可供系统使用,且可以产生更多 的功率。
[0099] 应该意识到,海洋(即,水18)是不能调整的。因此,可监测波浪46的属性, 包括波浪的周期和波浪的高度。还可监测水的高度。虽然一些项目可以如上所述般进行调 整,但在一个比例模型的实施方案中,可运行表格1中的属性。
[0100]
Figure CN103180605BD00111
Figure CN103180605BD00121
[0101] 通过调节块体26的的摩擦系数,可以调整此块体26的行进速率,即速度,从而以 系统的自然频率工作。所述摩擦系数等于正从系统取得的能量。
[0102] 当海洋/波浪属性的自然频率为1Hz时,产生的平均功率为1119. 98kilowatts。 但是,如果海洋/波浪属性改变使得自然频率为〇. 8hertz时,产生的平均功率会下降至 658. 09kilowatts。藉由如表格2所示调整与系统20相关的各种元件,产生的平均功率将 高于 658. 09kilowatts〇
[0103]
Figure CN103180605BD00122
Figure CN103180605BD00131
[0104] 表格2,虽然壳体28的几何形状并没有改变,但调谐块134的位置的改变调节了 壳体28的自然频率。
[0105] 通过调整轨道和壳体两者,使它们的自然频率从1. 664赫兹变为1. 571赫兹,从 而更好地调整系统20以适应海洋。藉由改变轨道半径来调整该系统20。通过使轨道弯曲 或通过移动两个弯曲的部分使其进一步远离或接近,来改变轨道半径;图12显示了由线 性部分隔开的两个弯曲部分。当轨道半径改变,块体和轨道的自然频率会变化。另外,通 过移动调谐块134的位置,壳体的自然频率改变,而壳体的大小则不变。
[0106] 虽然上面显示从第一次运行到第二次运行没有变化,但通过调节系泊缆132连接 到壳体28的位置、调节系泊缆132的长度,以及调节系泊缆132的属性和材料,可以使系 泊系统131用于调整块体26/轨道24/壳体28的几何形状的自然频率。系泊系统131建 立一个壳体28相对于停泊位置的往复运动,它可以用来调整系统20的自然频率,这是为 了使系统20的能量输出最大化。
[0107]除了改变壳体和轨道的属性,还可以藉由与块体26的运动相关的锁定机构来进 一步调整此块体的滚动属性。
[0108]
Figure CN103180605BD00132
[0109]表格 3
[0110] 块体26可以加入"剎车/锁定"特征,可以用它来停止块体26,或一旦块体26已 停止,保持块体26在一个固定的位置。
[0111]
Figure CN103180605BD00141
[0112] 表格4显示了两个不同的运行。列于表格4的可调参数的变化显示,对于相同波 浪状态,产生的平均功率可以增加多倍,诸如5倍。
[0113] 重要的是,由滚动块体26产生的能量被转换为电力,而无机械损耗,使系统的 能量输出最大化。由于块体26 (滚动能量产生块体)滚动,有一种旋转运动应该利用到发 电机的旋转运动。在旋转至旋转系统中,因传动装置而使能量损失为最小。在旋转至线性 系统(例如滚珠丝杆)中,其中的直线运动被转换为旋转运动(如风力转换为推进器的旋 转运动那样),能量损失较大,损耗为40%至60%。
[0114] 参见图13的图表,显示了一次运行的自然频率,其中,滚动块体26和轨道24的 自然频率为1. 57hertz。壳体28的几何形状同样具有1. 57hertz的自然频率。如上所述, 壳体28的频率受多种因素影响,包括具有系泊缆132的系泊系统以及其固定在壳体28的 位置。此外,调谐块134的位置会影响壳体128的的自然频率。对于自然频率为O.Shertz 的起波浪的海洋,产生的平均功率为:1,302KW (1.3MW)。在此运行中,块体26已致动上 述的锁定机构。
[0115] 这种机构或系统20具有两个运动自由度。壳体28独立致动且其纵向俯仰运动产 生第一运动自由度,在附着到浮动平台22或128的壳体28的轨道24上滚动的块体26 (滚 动能量产生块体)在与壳体28的纵向俯仰相同的轴线中独立致动就产生动态的第二运动 自由度。不同于传统的单自由度的电动机/发电机,例如传统的活塞/气缸是通过活塞来 产生功率并将功率移离电动机,在两自由度的电动机/发电机中是通过动态第二自由度元 件(滚动块体,Ml (功率=M1除以每秒550ft/pound))来产生功率并将功率移离所述电动 机。
[0116] 海浪的形状、波浪的周期及高度致动动态两自由度的机构/系统。波浪的自然频 率由自然力调整。海洋深度影响波浪的形状(有多陡峭)。当海浪接近岸边时,它们变得 更陡峭,这会改变波浪的自然频率。高频率短波长的波浪的功率很可观,即使它的振幅或 波高相对较小。能量产生速率与波浪的速度成正比。块体26/轨道24/壳体28的自然频 率,包括系统20的系泊系统132的自然频率可以调整为适应深水或浅水中的波浪的自然 频率。
[0117] 虽然其它比率也可以行得通,但已发现,将块体26/轨道24和壳体28的频率彼 此配合,且使这些频率在比海洋的自然频率高约1. 6至2的范围内,可导致最高的发电量。
[0118] 参见图14,图中示出带有设置成块体80和82形式的块体26的单元80在轨道24 上的透视图。轨道24具有一对弯曲部分144和置于两者之间的线性部分146。所述单元 80具有发电机96。
[0119] 已经认识到,壳体28(如图12所示)应该是轻量级的,且块体26 (Ml)(滚动块 体)应该是重量级的。块体26是产生高功率密度能量的块体。壳体28基本上是块体26/ 轨道24的一个支撑平台和建立排水量、浮力的机构。调谐块134 (M2)( "预压"重量)通 过将壳体28的吃水深度拉到水下来建立稳定性并产生排水量,这会产生浮力。
[0120] 虽然各种参数已经在所述运行中作了调整,但应该认识到,表格中列出的其它项 目也可以进行调整。此外,调谐块134、壳体28和块体26的质量或重量可以变化。每一个 项目的变化可通过换出部件或添加或去除压载物来实现。壳体28的几何形状也可以变化。 壳体的长度会影响转动惯量。如下文的进一步描述,可以调整系泊装置。块体26的直径 和长度也可以改变,以调整系统20。
[0121] 应该认识到,其它参数也可以进行调整。例如,系泊缆132,虽然已从图10的后 沿36移动到图12的船中部,但系泊缆132的长度或材料在所述的最初两次运行中并没有 改变。系泊缆132的长度或材料可影响系统20的浮动平台22或128的自然频率。锚或系 泊缆连接的地方相对于水线的位置也可用于调整系统20。该系泊系统建立了一个壳体相对 于固定锚位置的往复运动。当波浪的中枢在壳体下面通过时,系泊缆的半径在一个圆弧中 移动,产生往复运动。这是一个可调参数。此外,可进一步剪裁轨道24,以调节滚动的速 率。
[0122] 还应该认识到,可以用飞轮来捕捉和储存来自滚动块体26的能量,并驱动发电 系统。因为滚动块体26在波浪的每一侧上改变转向,可以用一个简单的凸轮系统来保持 飞轮和/或发电机总是在同一方向转动。基本上,当滚动块体26在每次冲程结束而在轨 道24上反转方向时,凸轮将会翻转,造成飞轮或发电机继续在同一方向上转动,即使滚 动块体26正在改变方向。
[0123] 系统20的上述实施方案显示了块体相对于壳体滑动或滚动。应该认识到,所述 块体可以以其它方式可移动地安装在壳体上。此外,由上可知,图10-12中所见到的壳体 28和调谐块134为同一块体。另外,壳体28和调谐块134相对于系泊锚130所位于的海 底或海洋的地平面移动。当提及系统20时,壳体28和调谐块134以及其它部件可被称为 可移动的第一块体164。块体26可被称为可移动的第二块体152。
[0124] 参见图15,图中示出具有浮动平台22的系统150的透视图。浮动平台22具有壳 体28,所述壳体的尺寸做成包含两组摆动块体152。摆动块体152由轨道154导引,并由 摆锤156可枢转地承载。所述摆锤156具有承载摇杆160的桁架158。摆动块体152可滑 动地承载在一个摆锤杆或一对摆锤杆162上,当摇杆160相对于桁架158转动时,所述摆 锤杆162摆动。
[0125] 仍参见图15,系统150具有多个位于壳体28下方的平衡块或块体170,它们类似 于图10-12中的调谐块134。平衡块170定位在壳体28下面。每个平衡块170保持在平衡 块杆172上。壳体28、桁架158、平衡块170以及其它部件都是可移动的第一块体164的部 件。
[0126] 参见图16,图中示出系统150的浮动平台22的前剖视图。每个摆动块体152(即, 可移动的第二块体152)均可藉由调节机构166在摆锤杆162上向上或向下移动。在图示 的实施方案中,所述调节机构是电动机168,在图17中清楚可见,它驱动倒链或缆索174。 摆锤杆162从摇杆160延伸到轨道154,不管摆动块体或可移动的第二块体152的位置如 何。
[0127] 仍参见图16,平衡块170也可藉由调节机构178在平衡块杆172上向上或向下调 节。在图示的实施方案中,所述调节机构178是电动机180,它驱动连接到平衡块170上 的缆索182,这在图17中清楚可见。作为可移动的第一块体164的部件的平衡块170的调 节以及摆动块体或可移动的第二块体152的调节使得系统150可以调节至产生可移动的第 二块体152相对于可移动的第一块体164的最大移动。
[0128] 系统150通过提取在所述部件之间的相对运动所建立的能量来产生能量,因此可 移动的第二块体152在与可移动的第一块体164相同的方向上移动是可取的。虽然这些块 体在相同方向上移动,但仍然会有如图19-19D所示的相对运动。
[0129] 参见图17,图中示出系统150的浮动平台22的侧剖视图。图中显示可移动的摆 动块体152位于它们的轨道154内。使用调节机构166可以向上或向下调节可移动的第二 块体152,所述调节机构166包括电动机168和倒链或缆索174。摆锤156的衍架158承载 摇杆160。
[0130] 相较于之前的实施方案,应该预想到,整个系统150在水中的位置将较低。图中 示出标称水位线186。虽然之前的实施方案显示,块体26通常所在的轨道24在水位线以 上,但应该认识到,取決于具体的配置,包括储备浮力的量,浮动平台22的壳体28可以 在水中调节,以作为对系统20或150的调节的一部分。此外,图15-17显示,壳体28为 双壳体。可以将水抽进和抽出双壳体的部分,以调整系统。
[0131] 参见图18A,图中示出图15-17的实施方案的示意性侧视图。箭头190示出块体 (可移动的第二块体152)相对于壳体28 (它是可移动的第一块体164的部件)的运动。另 外,壳体28通过波浪的作用而在枢轴上转动。正是这种转动导致第二块体152相对于壳 体28和平衡块170移动,壳体28和平衡块170都是可移动的第一块体164的部件。调节 所述块体的位置以调整系统。
[0132] 系统150显示了调节摆动块体152的运动的制动机构192。摆动块体152的运动 将在下文参照图19A-19C作进一步说明。
[0133] 图18A和18B都显示了箭头194,此箭头表示平衡块170通过调节机构178的运 动。仍参见图18B,它是系统150的前视图,图中除了箭头194之外还显示了另一个箭头 196,它表示可移动的第二块体152的运动。另外,系统150具有一系列的飞轮198,这些 飞轮从可移动的第二块体(摆动块体)152相对于可移动的第一块体164的运动中提取转 动能。
[0134] 参见图19A-19D,图中所示为系统150的示意图,显示了调节可移动的第二块体 152相对于壳体28和可移动的第一块体的其余部件的位置。图19A示出在波浪46上的带 摆动块体的壳体28,可移动的第二块体152位于波谷48附近。制动机构192保持摆动块 体 152〇
[0135] 当壳体28因波浪46而向另一个方向漂移时,由制动机构192保持在适当位置的 摆动块体152现在位于与平衡块170相同的一侧,如图19b所示。除了制动机构192之 外,系统150可以用其它方式调整,包括使用调节机构166调节可移动的第二块体(摆动 块体)152在摆锤杆162上的高度,以及通过调节机构178调节平衡块170。藉由制动保持 摆动块体152使摆动块体152位于与平衡块170相同的一侧,这只是其中一种调整方式。
[0136] 释放制动机构192,以允许摆动块体152相对于摇杆160在摆锤杆162上转动,使 得当波浪经过系统150的壳体28且壳体28反转方向时,摆动块体152移动到壳体28中 靠近波峰44的一侧,如图19C所示。图19D类似于图19B,但是,图19D所示的制动机构 192被释放。应该认识到,制动机构192是在图19B显示的时间稍后即被释放,以到达图 19C所示的位置。
[0137] 通过使摆动块体152位于平衡块170的同一侧,可以使摆动块体152相对于轨道 154和壳体28发生较大位移。有了这个较大的位移,就可以从系统提取更大的能量。
[0138] 在一个实施方案中,壳体28的长度为40英尺。宽度(一般是平行于波浪的波峰 的部分)为1〇〇英尺。
[0139] 参见图20,图中所示为系统200的另一个实施方案。该系统200具有壳体202, 所述壳体可枢转地安装到一对支柱204上,所述支柱插入到海底206和基体208中。当波 浪46通过时,壳体202会摆动,类似于前面的实施方案。壳体202相对于支柱204上的 一对支点210转动。在一个实施方案中,这些支点210可以沿支柱204向上和向下移动, 以便补偿水的平均高度的变化。
[0140] 壳体202的尺寸做成包含一组摆动块体214。摆动块体214由一个摆锤216可转 动地支承。摆锤216具有承载摇杆220的悬挂杆218。类似于前面的实施方案,摆动块体 214可以在摆锤216的悬挂杆218上向上和向下移动,以便调整。
[0141] 悬挂杆218是由摆动块体撑杆224承载的。该撑杆224由可调基体226保持,所 述可调基体226相对于系统20的壳体202可以调节。可调基体226由延伸到支点210的 基体悬挂杆228保持。所述基体226可以相对于壳体202的龙骨垂直移动。
[0142] 仍参见图20,系统200有多个位于壳体202下方的平衡块或块体230,这类似于 前面的实施方案。每个平衡块230被保持在平衡块杆232上。平衡块杆232延伸到可调基 体226。壳体202、可调基体226、平衡块230以及其它部件都是可移动的第一块体的部件。 图21是类似的实施方案的侧视图。
[0143] 如箭头所示,可以相对彼此调节各部件,从而调整系统。例如,可以相对支点 210调苄基体226。
[0144] 参照图22,图中示出具有浮动平台22的另一系统240的透视图。类似图15,浮动 平台22具有壳体28,所述壳体的尺寸做成包含两组摆动块体152。摆动块体152由轨道或 导轨154导引,并由摆锤156转动地保持。所述摆锤156具有承载摇杆160的桁架158。 摆动块体152是可滑动地承载在一个摆锤杆或一对摆锤杆162上,当摇杆160相对于桁架 158转动时,所述摆锤杆162摆动。摆动块体152在所述摆锤杆162上的位置可以调整或 移动,以调整可移动的第二块体(摆动块体)152的自然频率。
[0145] 仍参照图22,系统240具有多个位于壳体28下方的平衡块或块体170。它们类似 于图10-12中的调谐块134。平衡块170定位在壳体28下面。每个平衡块170保持在平衡 块杆172上。壳体28、桁架158、平衡块170以及其它部件都是可移动的第一块体164的部 件。平衡块170在平衡块杆172上的位置可以移动,以调整可移动的第一块体164的自然 频率。虽然在本实施例中示出平衡块170只可在垂直方向移动,但应该明白,可以采取不同 于图10所示的形式来调整,或者可补充如图27所示的主动调整。平衡块170的运动仅仅 是调整可移动的第一块体164的自然频率的其中一种方法。
[0146] 与图15所示的实施例相反,图22中的系统240不使用飞轮来收集能量。相反,如 图23A所示,摆锤杆162的端部是沿轨道或导轨154移动的导向件244。正如图23B极佳 地示出,导向件244具有一个磁铁246或一系列的线圈以产生磁场或电磁场。轨道或导轨 154具有个体式的定子部分248。由导向件244产生的磁场穿透定子部分248,这会导致每 一定子部分248产生电流。
[0147] 参照图23B,所示为导向件244和轨道154的放大图。轨道或导轨154具有限定定 子248的多条导线252。导向件244具有一系列的产生磁场的磁极254,包括北磁极和南磁 极。由于导向件244移动,磁场相对于导线252移动。与典型的发电机中导线252相对于 磁场移动相反,本例中的磁铁相对于导线移动。流经定子248的导线252的电流将会参照 图28和29作进一步详述。
[0148] 参照图24,所示为图22的系统240的浮动平台22的前剖视图。图25所示为浮动 平台22的顶视图。其中的块体、即摆动块体152的位置被调节,以便调整系统240,在一个 实施例中,磁极片位于摆动块体152下面的导向件244中,正如图23A和23B所示。
[0149] 除了通过流经定子248的导线252的电流来收集能量,如图23B所示,系统240可 以使用其它的设备来转换摆锤156和摆动块体152的动能。在图24和25中,系统240具有 一系列的飞轮198,其从可移动的第二块体(摆动块体)152相对于可移动的第一块体164 的运动中提取转动能。
[0150] 正如上面所指出的,在可从所述系统采集的潜在能量或功率与移动物体的质量之 间有联系。正如上面所指出的例子,块体沿斜面向下移动产生的每秒100, 000ft. lb.的力 就相等于135, 600watts的电力。此外,由于从所述系统采集能量,该系统将减缓可移动的 块体相对于系统的其余部件的运动。因此,即使在能量由定子萃取的系统240中,理想的是 摆动块体152具有足够的重量,因为质量是決定力的重要因素。
[0151] 由于该系统具有两个自由度,即浮动平台、可移动的块体164,包括所有相关的组 件相对于波浪的运动以及与可移动的第二块体(摆动块体)152相对于可移动的第一块体 164的运动相关的第二自由度,所以要求调整不同的元件。理想的是可移动的第二块体以及 可移动的第一块体中皆具有足够的重量或质量。由于阿基米得原理,浮在水中的浮动平台 22,通过与浮动平台所转移的水(海水)的重量相等的力而浮起。因此,例如在表3中,所 述的壳体几何形状将有超过3. 5百万镑的排水量,其可分配在摆动块体152和可移动的第 一块体164的组件之间,以改善调整。
[0152] 参照图26,所示为能线图的图示。图中示出了摆动块体152相对于可移动的第一 块体164 (即壳体28和其它项目)的相对速度。有几个因素影响图形,包括波的频率,可移 动的第一块体164的自然频率,和摆动块体152的自然频率。此外,本系统采用电动制动或 再生制动,以协助调整摆动块体152相对于可移动的第一块体164的运动,并用于从系统中 提取能量。
[0153] 理论上,线条表示可得自摆动块体152的动能的制动功率或能量。制动功率为可 通过飞轮198或定子248从所述系统采集的能量的量。虽然图26的图示出制动功率的变化 从零(0)到超过8, 000, 000瓦特,应该明白,功率的量是取决于几个因素,包括波的状态、调 整和块体的大小。从系统提取功率的调整越好和控制越好将导致一种越像较均匀正弦波的 波。较均匀正弦波的好处之一是,提取的功率更易于管理。人们还认识到,如图23A和23B 所示的定子248,可以用于将制动赋予到系统中,以调整摆动块体152的运动。
[0154] 参照图27,所示为具有带主动压载系统264的另一个浮动平台262的系统260的 切面部分的透视图。类似图22,浮动平台262具有壳体28,所述壳体的尺寸做成包含多个 摆动块体152。摆动块体152由轨道154导引,并由摆锤156转动地保持。所述摆锤156 具有承载摇杆160的桁架158。摆动块体152是可滑动地承载在一个摆锤杆或一对摆锤杆 162上,当摇杆160相对于桁架158转动时,所述摆锤杆162摆动。
[0155] 仍参照图27,系统260具有多个位于壳体28下方的平衡块或块体170,它们类似 于图10-12中的调谐块134。平衡块170定位在壳体28下面。每个平衡块170保持在平衡 块杆172上。壳体28、桁架158、平衡块170以及其它部件都是可移动的第一块体164的部 件。
[0156] 此外,系统260具有压载部分266,其是壳体28的一部分。压载部分266具有多个 连接在一起的压载箱268。压载物270 (诸如海水的液体)的从一个压载箱268到另一个压 载箱268的流动由多个控制阀272和/或栗274控制。压载物270从一个压载箱268移动 到另一个压载箱268,以协助系统260的调谐。
[0157] 参照图28,所示为控制系统278的示意图。该控制系统278具有控制器142,其有 计算机或微处理器,以协调系统(150, 200, 240,和270)的一系列动作,并监控动作的效应。 控制器142可以接纳来自各个项目和位置的输入设备。所述输入设备280可包括人工输入 /输出接口 282和传感器284,诸如测量元件运动的频率的加速度计286、用于指示项目位置 诸如摆动块体152在摆锤杆162上的垂直高度的位置指示器288。其它传感器可以包括功 率计和全球坐标监控器。
[0158] 控制器142,基于给定的参数,具有两个不同的功能,即如方块330表示的调节系 统和如方块332表示的控制从系统的能量提取。某些功能,诸如控制电动制动340,既可用 于调节系统330又可用于能量提取332。系统278可以基于数据输入和数据表来调节。
[0159] 参照图29,所示为系统290的另一个浮动平台22的侧剖视图。浮动平台22具有 壳体28,所述壳体的尺寸做成包含两组摆动块体152。摆动块体152由轨道154导引,并 由摆锤156转动地保持。所述摆锤156具有承载摇杆160的桁架158。摆动块体152是可 滑动地承载在一个摆锤杆或一对摆锤杆162上,当摇杆160相对于桁架158转动时,所述 摆锤杆162摆动。
[0160] 仍参照图29,系统290具有多个位于壳体28下方的平衡块或块体170。每个平衡 块170保持在平衡块杆172上。壳体28、桁架158、平衡块170以及其它部件都是可移动的 第一块体164的部件。
[0161] 类似于图22-23B所示的实施例,摆锤杆162的端部是沿轨道154移动的导向件 244。摆杆162的端部是沿着轨道154移动的导向件244。在摆动块体152的下面,有一个 磁铁294或一系列的线圈以产生磁场或电磁场。正如图30极佳地示出,与之前的其中的轨 道或导轨154具有个体式定子部分248的实施例相反,系统290具有在轨道154之间延伸 的连续式的定子296。磁铁294和定子296之间的空间保持恒定的距离,不管摆动块体152 在摆锤杆162上的用于调节的高度。由磁铁294在摆动块152中产生的磁场穿透定子部分 296,这会导致每一定子部分296产生电流。
[0162] 参照图31,所示为另一系统302的另一个浮动平台的侧剖视图。所示的浮动平台 300具有半圆形形状。块体304通过允许在两个以上方向运动的摆锤308而保持在平台300 的表面306之上。在优选的实施例中,摆锤308允许360度的运动,以致于块体304可基 于波浪的运动而向任何方向运动。在一个实施例中,摆锤杆308具有磁轴承固定件314,以 使界面上的磨损最小化。在摆锤308的端部,系统302具有与块体304分开的一系列线圈 310。该系列的线圈310相对于系统302的壳体28运动。
[0163] 仍参照图31,系统302具有多个位于壳体28下方的平衡块或块体170,其类似于 上文所述的调谐块。壳体28、桁架158、平衡块170以及其它部件都是可移动的第一块体 164的部件。
[0164] 参照图32,所示为浮动平台300的顶视图,壳体28具有一系列的磁极片312。在 一系列的线圈(定子)310越过磁极片312时,就会在定子310内感生电流。类似前面的实 施例,能量会被收集。
[0165] 虽然图31和32示出的磁极片312在平台300的表面306上,磁极片也可以定位 于摆锤308的端部,而定子310可定位于表面306上。此外,如上面所指出,磁极片312可 以是磁铁或一系列线圈以产生磁场或电磁场。
[0166] 虽然所示的浮动平台300的壳体28具有半圆形的形状,壳体28也可以具有圆形 平台,其带有平坦的底部或特定形状的底部。理想的壳体28为全向型设计。
[0167] 参照图33,所示为能量产生系统350的另一实施例的剖视图。系统350具有如图 10-13所示的沿轨道24移动的块体26。块体26具有沿轨道24的导轨356行驶的导向件 354。在块体26之下为磁铁246或一系列线圈以产生磁场或电磁场。介于轨道的导轨356 之间,具有类似于图29和30所示实施例的定子296。相对于图10-13中的实施例所述的其 中一种调节方法为具有可调整的可变半径的轨道24。系统350可以具有类似的调节系统, 其中所述定子296可随着轨道调整而移动,以致于在块体26移动及轨道调整时,磁铁246 和定子296之间的距离保持不变。
[0168] 虽然这里已说明了本发明的原理,但本领域技术人员应该明白,这种说明仅仅是 以实施例的方式作出而不是作为对本发明的保护范围的限制。除了本文图示和描述的示例 性实施方案之外,其它实施方案也是在本发明的考虑范围之内。由本领域技术人员作出的 修改和置换被认为是在本发明的范围之内。
[0169] 如上所述,可移动的第一块体164包括图15-19D所示实施方案中的双壳体28。 应该认识到,该双壳体配置可以同时用于滚动/滑动块体或摆动块体配置。该双壳体配置 具有多个目的或好处,包括作为调整上述系统的一部分。这种调整可以连同或取代上述的 悬挂块体/龙骨装置使用。还应该认识到,可以将水注入双壳体,以建立一个可潜或半可 潜式平台,便于回避飓风和恶劣天气。
[0170] 应该认识到,连接到平台上的龙骨或挂块或其它可调节金属板的设计造型可用 于"调整"所述平台。平台的这些元件也可以用来产生"舵"的效果,当波浪经过时帮助稳 定平台的方向。还应该认识到,平台的设计造型可用于"调整"系统。
[0171] 储备浮力是平台或壳体高于水面且防水的部分,以致于在壳体下沉到较深的水 中时,该系统将会增加浮力。应该认识到,增加储备浮力也可以通过添加浮桥到平台的上 沿或顶部来实现。当平台因波浪而漂移和倾斜时,浮桥与水接触,或有较大的部分淹没在 水中,以创造更多的浮力。如果每侧都有一个浮桥,则在壳体摆动到两个末端位置时,平 台将增加浮力。
[0172] 应该认识到,制动系统或制动机构192可以是"发电"制动系统,用于通过控制 可移动的第二块体的速度来"调整"可移动的第二块体,并用于发电。
[0173] 应该认识到,虽然实施方案任一地显示了滚动块体或摆动块体,但系统可以具有 一个将摆动和滚动结合到一个系统中的混合体。
[0174] 应该认识到,其它系统使用水来产生能量,产生更多能量的唯一方法是增加能量 设备的表面积。如果水电应用需要更多的功率,则增加涡轮叶片的表面积。在本发明中, 海洋液力(水的潮流)作用于其上的壳体的表面积或体积可以保持不变,不会增加,而因 为阿基米得原理,可移动的第二块体的重量和能量输出可对应于壳体的排水量而增大。根 据阿基米得原理,沉浸在流体(如水)中的一个主体(如壳体)受到的浮力等于排出的流 体的重量。因此,增加第二块体的重量将导致更多的排水量,但不会增加表面积。
[0175] 通过增加可移动的第一块体的排水量,而不增加该可移动的第一块体的表面积, 可以添加重量到可移动的第二块体,从而提高系统产生的功率密度和能量。该系统可以在 一个小的空间内产生数量惊人的能量。该系统的功率密度(每平方尺产生的能量比率)可 与燃煤电厂或核电厂的功率密度相比。不管可移动的第二块体是怎样配置的,这一点都成 立。它可以是滚动/滑动块体或摆动块体。
[0176] 第二块体的重量相对于第一块体的关系并不重要。重要的是,通过增加可移动的 第一块体的排水量,可以增加可移动的第二块体的重量,以在系统中提供更多的动能,而 不需要增加可移动的第一块体的体积或表面积。
[0177] 除了将系统20所产生的电能通过水下电缆转移到岸上之外,由系统20产生的电 能可用于制造燃料(如氢),可将此燃料液化并经由水下管道或货船转移到岸上。潜艇已经 使用了这种技术很长的时间。使用电力从海水中分离氢和氧。在潜艇中,使用氧是为了使 机组人员能够呼吸,而氢则被栗回大海。
[0178] 每个海洋能源系统20都是一个模块化船只或浮动平台。每个船只将被登记为船 舶。每个模块化船只可以附着到一排其它模块化船只上,以建立模块化船只的能源农场, 可以这么说。一排模块化船只将有一个独立的能源平台,该能源平台容纳电力站和/或系 统,以产生燃料(如氢)。
[0179] 应该认识到,由系统产生的电力可以用来将海水转换成氢气。这可以在船上或在 附近的浮动平台上来完成。系统所产生的电力可用于制造任何燃料。电力可以用来淡化海 水。
[0180] 应该认识到,除了通过发电机和飞轮的逆变器将能量转换成电力,来自旋转摇杆 的动能还可以用来驱动对液压蓄能器加压的栗。由于摇杆的旋转是摆动,并被转换到一个 可能不是恒定的单一方向,栗的作用可能不是恒定的,但液压蓄能器存储未调节的能量。 然后,来自液压蓄能器的压力用阀调节此能量,并使用此调节的能量以固定的转速来驱动 液压发动机,所述液压发动机驱动发电机以调节的电压和频率产生交流电,用于人们的家 居或输送至电网。蓄能器同时用作能源储存和调节装置。当蓄能器的压力下降至低于设定 点,调节阀将关闭,从而关闭发电机,这时能源产生设备为蓄能器再加压。
[0181] 另外应该认识到,电动机械控制的可变排量液压栗可以用来调节发电机的恒定 流。这样产生的电力的频率是可调节的。随着第二块体的运动增加或减少,通过增加或减 小驱动发电机的压力(镑每平方英寸(PSI))来增加或减小电压。液压发电机系统(如由 Bosch Rexroth公司销售的)可以集成到系统中。

Claims (10)

1. 一种使用水体中的波浪的液力从平台产生能量的系统,所述系统包括: 形成可移动的第一块体的具有曲面的平台,所述可移动的第一块体具有可相对于所述 波浪的波自然频率来调节的第一自然频率; 承载可移动的第二块体的摆锤,所述摆锤具有由所述平台承载的连接点以及端点,所 述可移动的第二块体具有可相对于所述第一自然频率和所述波自然频率来调节的第二自 然频率,所述端点以及所述可移动的第二块体能够沿着限定曲面的曲径运动; 主动调整系统,所述主动调整系统用于在所述块体相对于彼此和所述水体运动时调整 对所述块体中的至少一个块体的自然频率的调节; 具有包括磁场装置和线圈装置的一对互补能量提取装置的能量提取系统,其中所述磁 场装置相对于所述线圈装置的运动使所述线圈装置内产生电流; 所述磁场装置由其中一个所述曲面承载;以及 所述线圈装置由另一个所述曲面承载。
2. 如权利要求1所述的产生能量的系统,其特征在于, 所述平台的所述曲面包括承载一个所述互补能量提取装置的至少一条导轨;以及 所述摆锤的所述端点具有沿所述至少一条导轨运动的至少一个导向件,所述至少一个 导向件承载另一个所述互补能量提取装置。
3. 如权利要求1所述的产生能量的系统,其特征在于,所述平台包括壳体和平衡块,所 述平衡块的位置可相对于所述壳体来调节。
4. 如权利要求1所述的产生能量的系统,其特征在于, 所述平台具有排出所述水体的一部分的部分;以及 所述可移动的第二块体和所述可移动的第一块体具有重量,以及阿基米得原理允许通 过增加所述第一块体的排水量来增加所述可移动的第二块体的重量,以便提高功率密度和 能量。
5. 如权利要求1所述的产生能量的系统,其特征在于,所述主动调整系统包括在所述 平台内的多个压载箱以及用于使压载物在所述压载箱之间移动的机构,以便在所述块体相 对于彼此和所述水体运动时调整对所述可移动的第一块体的自然频率的调节。
6. 如权利要求1所述的产生能量的系统,其特征在于,所述摆锤的所述连接点是磁性 轴承。
7. -种使用水体中的波浪的液力从平台产生能量的方法,所述方法包括: 使用波浪的液力推动形成可移动的第一块体的具有曲面的平台,所述可移动的第一块 体具有可相对于所述波浪的波自然频率来调节的第一自然频率; 使承载可移动的第二块体的摆锤能够沿着限定曲面的曲径运动,所述摆锤具有由所述 平台承载的连接点以及端点,所述可移动的第二块体具有可相对于所述第一自然频率和所 述波自然频率来调节的第二自然频率; 在所述块体相对于彼此和所述水体运动时调整对所述块体中的至少一个块体的自然 频率的调节; 使用包括磁场装置和线圈装置的一对互补能量提取装置来提取能量,其中所述磁场装 置相对于所述线圈装置的运动使所述线圈装置内产生电流; 将所述磁场装置承载在其中一个所述曲面上;以及 将所述线圈装置承载在另一个所述曲面上。
8. 如权利要求7所述的产生能量的方法,其特征在于, 相对于所述可移动的第一块体的所述第一自然频率来调节所述可移动的第二块体的 所述第二自然频率;以及 相对于所述波浪的波自然频率来调节所述可移动的第一块体的所述第一自然频率,以 便增加产生的能量和控制产生的能量。
9. 如权利要求7所述的产生能量的方法,其特征在于, 通过所述平台排出所述水体的一部分;以及 所述可移动的第二块体和所述可移动的第一块体具有重量,以及阿基米得原理允许通 过增加所述第一块体的排水量来增加所述可移动的第二块体的重量,以便提高功率密度和 能量。
10. 如权利要求7所述的产生能量的方法,其特征在于, 所述平台的所述曲面包括具有一个所述互补能量提取装置的至少一条导轨; 所述摆锤具有与所述导轨接合的安装装置,所述安装装置具有曲面,其中所述安装装 置具有另一个所述互补能量提取装置。
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