CN105814307A - 带传动波能发电站 - Google Patents

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Abstract

一种波浪发电站(1)包括：框架结构(2、2’)；多个摆动转子(3)，布置在框架结构(2、2’)上且布置在至少一转子轴(4)上；传动轴(30)，连接至发电机并轴颈连接在所述框架结构(2、2’)中；以及至少一个带传动连接件(40)，布置在转子轴(4)与用于每个摆动转子(3)的传动轴(30)之间。

Description

带传动波能发电站
技术领域
本发明涉及一种用于从水面区域的波浪运动提取功率的波浪发电站，该波浪发电站通常为特别适于离岸位置的类型。本发明还涉及一种具有多个转子的波能发电站，其是从单点(例如浮标等)系泊的浮式结构，这样使得波浪发电站调节以适应波浪方向。
背景技术
目前，已知许多不同类型的波浪发电站。所有波浪发电站均具有这样的特征：波浪发电站利用当引起水以波形运动运动时提供的能量，并且其中，波浪引起装置的一部分相对于另一部分移动。这种装置通常利用的是波浪将使布置在水面中的一个或多个转子装置摇动，并且，从例如GB1541572、US3928967、US4300871和WO2008132550中可得知一些实例，其公开了通常被称为“鸭(ducks)”的类型的转子。
旨在用于离岸使用的波浪发电站面临这样的问题：其需要能够应对非常严酷的海洋环境(即，将增加腐蚀的含盐环境)以及天气条件(其通过极端温差和结构上的极端机械应力对工程解决办法提出挑战)。此外，离岸位置可能使定期维修和保养困难且昂贵。进一步，相对于将风力发电站放置并保持在上述不利环境中的投入，为了获得可接受的能量收获，波浪发电站将需要相当大的结构。作用于这种大结构的力将强调对于可靠机械解决方案的需求。因此，对于这种波浪发电站上的任何运动部件，需要非常坚固的且稳定的解决方案，以能够放置在离岸位置。
上述现有技术文献公开了“鸭型”的转子。该名称来自于这种转子的形状与该名称的禽类的形状的相似。“鸭型转子”可以被称为摆动转子，这是因为与螺钉和螺旋桨不同，其并不进行整个360o(或更大)的旋转，而是围绕静止位置或中性位置在一间隔内旋转，其中，该间隔小于360o，且通常更小。例如相对于利用波能来说，这种转子已经表现出是有效的。在使用鸭型转子的波浪发电站中，通常将用于使运动转移和/或用于使运动转换成有用的功率(例如发电机中的电功率)的机械设备放在鸭型转子内，优选地放在水密隔室中，以避免使水在运动部件上的效果变差。其另一实例是WO2009/097854和WO2009/097855，这二者均公开了具有布置在公共轴线上的鸭型转子的波浪发电站，并且在每个转子与公共轴线之间具有自由运行机构，并且在其端部具有与公共轴连接并位于不水密但部分浸没的壳体中的发电机。
从利用流动的水(例如江河、潮汐区域等中的水)的发电站中，早期文献(例如US6551053)展示了具有布置在不同的轴上的水轮的发电站，其中，将水轮轴的旋转经由带传动转移至发电机轴，自由运行机构布置在水轮与水轮轴之间。这种装置决不会用于离岸使用。
本领域中还已知这样的波浪发电站，其具有布置为以线性方式在垂直布置的梁或塔上上下运动的漂浮物，该上下运动由波浪和/或潮汐的运动引起。US2010/0259047A1中公开了这种发电站的一个实例，其中，线性运动经由绳索动力输入装置转移成旋转。
发明内容
基于这个背景，本发明的一个目的是提供一种改进的波浪发电站。因此，基于以上内容，本发明的目的是提供一种上述类型的波浪发电站，并且通过该波浪发电站，可提供可用波能的有效利用。另一目的是提供一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的传动系统(动力输入，PTO)，以用于转换从波浪发电机的转子到发电机的旋转运动。另一目的是提供一种改进的转子，其允许改进的、更有效的、可靠的且坚固的传动系统转换从波浪发电站的转子到发电机的旋转运动。本发明的另一目的是提供一种更紧凑的发电站。另一目的是提供一种用于波浪发电站的改进的系泊系统，其允许更简单、更可靠且坚固地将电功率从波浪发电站转移至海基电缆系统。另一目的是提供一种用于波浪发电站的改进的系泊系统，其允许更简单、更可靠且坚固地锚固波浪发电站并允许其自由摇动。
在本发明的第一方面中，通过提供一种波浪发电站来实现这些目的中的一部分，该波浪发电站包括：
-框架结构；
-多个摆动转子，该摆动转子布置在框架结构上，并且布置在轴颈连接在一个在框架结构上的至少一转子轴上；
-传动轴，该传动轴连接至发电机并且轴颈连接在所述框架结构中；以及
-至少一个带传动连接件，该带传动连接件布置在转子轴与用于每个摆动转子的传动轴之间。
从而，实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的摆动转子到发电机的旋转运动的传动系统。
在一个实施例中，波浪发电站具有：
-至少一个转子传动轮，其布置在每个摆动转子上或与每个摆动转子成一体；以及
-至少一个第一轴传动轮，其布置在用于每个摆动转子(3)的传动轴上。
在另一实施例中，带传动连接件包括带部分，该带部分具有：
-第一端部，该第一端部连接至转子传动轮；以及
-相对端部，该相对端部连接至第一轴传动轮，
其中，所述带部分布置为在转子传动轮与第一轴传动轮上缠绕和解绕。
从而，实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的摆动转子到发电机的旋转运动的传动系统。可进一步获得更紧凑的波浪发电站，这是因为能量更有效地从摆动转子转移至发电机。
在另一实施例中，在第一轴传动轮与传动轴之间布置有自由运行机构。从而，可保持自由运行机构的复杂部分免于被持续浸没，从而提供更简单、更有效且坚固的风力发电站。
在另一实施例中，可对每个摆动转子提供两个带传动连接件。在另一实施例中，与此相关，一个带部分在一个方向上缠绕在对应的转子传动轮周围，并且另一带部分相对于第一带部分的缠绕方向在另一方向上缠绕在对应的转子传动轮周围。
在另一实施例中，另外，第二轴传动轮可与每个第一轴传动轮连接，并且，第二线材可通过第二线材的一端附接至每个第二轴传动轮，并在第二线材的第二端附接至转子传动轮。
在另一实施例中，带传动连接件可包括由封装在外罩中的多个线材形成的带。该外罩可由聚氨酯形成。
另外，在另一实施例中，摆动转子中的每个可包括基本上圆柱形部分和尾部，至少一个转子传动轮可与摆动转子成一体，并且，每个转子传动轮可形成为，形成在圆柱形部分中的周向延伸的凹口且在尾部中具有一孔。
在一个实施例中，所述带传动连接件或者可包括连续带。
在所有上述实施例中，波浪发电站可以是浮式结构，该波浪发电站具有两个彼此可成角度(V形形状)布置的臂部，每个臂部均包括框架结构和多个摆动转子，并且其中，波浪发电站可包括一个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动。
在本发明的第二方面中，可通过提供一种用于波浪发电站的摆动转子来实现一部分目的，其中，所述摆动转子包括基本上圆柱形部分和尾部，其中，至少一个转子传动轮与摆动转子成一体，并且该转子传动轮可形成为，形成在圆柱形部分中的周向延伸的凹口且在尾部中具有一孔。
从而，可通过以简单、坚固的方式提供一种使带连接件在大直径传动轮上运行(从而也以简单的方式实现局部传动)的解决方案，来实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的转子到发电机的旋转运动的传动系统。
根据第二方面的摆动转子可在根据结合以上第一方面描述的任何一个实施例的波浪发电站中使用。
在第三方面中，可通过一种波浪发电站来实现一部分目的，其中，波浪发电站是浮式结构，该波浪发电站具有彼此可成角度地布置的臂部，每个臂部包括框架结构和多个转子，并且其中，波浪发电站可包括单个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动，其中，传动轴轴颈连接在所述框架结构中并布置成将旋转从所述转子传递至位于每个臂部上的发电机壳体中的发电机，并且其中，发电机壳体居中地布置在每个臂部上。从而，可实现一种特别紧凑的波浪发电站。
在本发明的第四方面中，可通过一种用于波浪发电站的系泊系统来实现本发明的一部分目的或所有目的，该系泊系统包括：
-锚；
-浮标；
-系泊缆，该系泊缆将波浪发电站连接至浮标；以及
-锚绳，该锚绳用于使浮标与锚连接，
其中，锚绳是刚性的且连接至锚和浮标，这样使得防止浮标围绕刚性锚绳的纵向轴线旋转。
在第四发明的一个实施例中，波浪发电站与浮标连接的系泊缆是刚性的。
在另一实施例中，允许波浪发电站相对于浮标仅围绕设置在所述浮标的顶部的单个连接件的旋转(摇动)。
在另一实施例中，浮标被浸没。
在第四方面的任何实施例中，波浪发电站可以是浮式结构，该波浪发电站具有彼此可成角度(V形形状)地布置的臂部，每个臂部均包括框架结构和多个摆动转子，并且其中，波浪发电站可包括单个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动。
在第四方面的任何实施例中，系泊系统的波浪发电站可包括关于上述本发明的第一方面列举的任何特征。
此外，本发明的第五方面提供一种根据任何一个结合第一方面描述的实施例的波浪发电站，其从根据任何一个相对于第四方面描述的实施例的系泊系统系泊。
因此，基于以上内容，本发明的目的是提供一种上述类型的波浪发电站，通过该波浪发电站可提供可用波能的有效利用。
从详细说明书中，根据本发明的各个方面的波浪发电站、摆动转子和系泊系统的其他目的、特征、优点和特性将变得显而易见。
附图说明
在本说明书的以下详细部分中，将参考图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明，附图中：
图1是示出了根据本发明的一个方面的波能发电站的立体图；
图2是图1中的波浪发电站的详细立体图，并且其中移除了一个摆动转子以用于示出根据本发明的一个方面的波浪发电站的发电机轴传动机构的细节；
图3是示出了根据本发明的其他方面的如图1中所示的波浪发电站的细节的另一立体图；
图4是示出了根据本发明的另一方面的如图1中所示的波浪发电站的其他细节的立体图；
图5是示出了用于在根据本发明的另一方面的在图1中示出的波浪发电站中使用的“鸭”型摆动转子的各种立体图；
图6是从不同视角(从V形形状波浪发电站的顶部)示出了图1的波浪发电站的立体图；
图7是示出了图1的波浪发电站的鸟瞰图，其中，表示出波浪发电站浮在水面区域上，以表示水面由波浪发电站的切除部分表示的期望使用情况；
图8是示出了根据本发明的一个方面且用于如图1所示的波浪发电站的系泊设备的细节的立体图，该图示出了系泊设备的锚部的细节；
图9是示出了根据本发明的一个方面且用于如图1所示的波浪发电站的系泊设备的细节的立体图，该图示出了系泊设备的浮标部分的细节；
图10是示出了图1所示的波浪发电站的细节的立体图，并且示出了波浪发电站的角度调节单元的细节，且具有用于维修船舶和拖船的系泊设备。
具体实施方式
在以下详细描述中，将参考优选实施例描述根据本发明的波浪发电站。
波浪发电站也被称为波能转换器。
图1示出了根据本发明的波浪发电站1的一个实施例。波浪发电站1是浮式结构。所示波浪发电站1具有20个摆动转子3形式的转子，其在使用过程中均部分地浸入水面区域。摆动转子3均布置在转子轴4上。
每个摆动转子3都具有浮力和围绕转子轴4不对称的形状，以达到这样的效果：当波浪撞击摆动转子3时，迫使其首先在一个方向上围绕转子轴4旋转，从而使转子轴旋转，然后当波浪经过摆动转子3时使其在往复方向上旋转。因此，摆动转子3相对于与其连接的框架结构2、2’执行摆动运动。这种类型的转子通常可从例如英国专利第1541572号和美国专利第3,928,967号得知，且通常被称为“鸭型”。这种摆动转子3在输出效率方面具有特别好的特性。另外，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，根据如这里描述的本发明的某些方面，在不背离本发明所依赖的基本原理的前提下，可使用各种结构的转子。
借助于转子轴4保持每个摆动转子3可相对于波浪发电站1的框架结构2、2’旋转，转子轴4轴颈连接(journalled)在框架结构2、2’上，如图2中更清楚地示出的，所述框架结构2、2’包括框格结构。
优选地，多个摆动转子3并排布置成附接至框架结构2、2’，这样使得将框架结构2、2’的每个摆动转子3的转子轴4布置成彼此延伸，即，转子轴4被同轴地布置。在图中所示的实施例中，框架结构2、2’的所有的摆动转子3布置在公共的轴或轮轴4上。然而，在其他未示出的实施例中，每个摆动转子均可设置有单独的转子轴区段，或者由此，摆动转子的子集可布置在适合的轮轴/轴区段上。在又一未示出的实施例中，可想象除了轴/轮轴以外的其他类型的支承件，然而，框架结构2、2’的摆动转子3布置为围绕相同的轴线摆动(旋转)。优选地，多个转子中的每个均可相对于框架结构2、2’自由旋转或摆动，并可彼此独立地摆动/旋转。
优选地，转子轴4被固定以防止相对于框架结构2、2’旋转，摆动转子3具有允许在摆动转子3和轴4(从而是框架结构2、2’)之间旋转的支承件72。从而，轴4可形成框架结构2、2’的加强部分，从而节省其他增强结构并由此减小风力发电站的重量、节省材料、从而也降低成本。
波浪发电站1优选地包括两个细长的且分开的臂部21、22，其彼此经由铰接件23铰接，每个臂部21、22包括具有多个摆动转子3的框架结构2、2’，铰接件23设置在每个臂部21、22的一端。铰接件23允许由具有摆动转子3的框架结构2、2’形成的两个臂部21、22布置成例如图1所示的V形形状。
两个臂部21、22可在如所示出的简单的铰接件23中相交，即，这样使得铰接件提供单个公共竖直轴线，两个臂部21、22可围绕该公共竖直轴线旋转。可替换地，两个臂部21、22可在中心铰接件单元(未示出)中相交，该中心铰接件单元可包括用于每个臂部21、22的旋转铰接件，对两个臂部21、22中的每个提供竖直轴线，以相对于铰接件单元围绕其旋转。与臂部21、22的长度相比，这种中心铰接件单元将非常短，这样使得两个臂部21、22可相对于彼此成V形形状，并使得波浪发电站获得整体的V形形状。
在铰接件23处或其附近(或在铰接件单元处)，布置有用于系泊设备25的单个锚定点26。系泊设备25可包括浮标50和锚部60，如图所示。然而，可想象其他类型的系泊设备。该单个锚定点允许波浪发电站围绕浮标/锚泊位置自由旋转，即，波浪发电站可旋转超过360o。从而，波浪发电站可被动地转向适应盛行的风和波浪条件。
保持摆动转子的框架结构2、2’优选地是有浮力的，这样使得当风力发电站处于平静海域中时(没有波浪)，摆动转子的轴4(或多个轴)将位于海面上方/下方的恒定高度/深度处。在这种条件下，摆动转子由此将被保持在中性或静止位置中。优选地，转子轴4通过框架结构保持在水面下方一深度处。
两个臂部21、22之间的角度原则上可以是固定的，但优选地其是可调节的，例如通过可布置在两个臂部21、22之间的角度调节单元24调节，如图1、图7和图10所示，调节单元布置为调节其之间的角度。从而，两个分开的臂部21、22可根据选择而布置成彼此成一角度。这将允许该角度适应于波浪/天气条件。在风暴来临之前或在风暴过程中，或在预计将出现异常大波浪时，可将臂部之间的角度减到最小，以确保波浪发电站上具有最小应力。在非常小的波浪/较温和的天气条件中，可将臂部之间的角度增到最大，这样使得臂部的纵向轴线接近于与波前垂直。可在其之间设置角度，以在各种条件下获得波能的最佳收获。
为此，可以简单的方式(未示出)在两个臂部21、22之间配置线性致动器，例如液压缸或机械主轴。本领域技术人员将能够对这种线性致动器提供不同实施例的传动系统。下面，将描述角度调节单元24的其他实施例。
然而，在一些实施例中，可在臂部21、22之间设置固定角度。该固定角度可以是例如60度，并且在此情况中，可通过布置在臂部21、22之间且从一个臂部延伸至另一臂部的横杆(未示出)将臂部21、22保持在适当位置而获得该固定角度。
因此，根据本发明，波浪发电站1被配置成使得其可在臂部21、22之间以期望固定角度或可相对于环境(风向和波向、天气等)调节的角度保持期望角度。风力发电站1的V形形状与单个锚定点/固定点26一起提供了几个优点。首先，单个锚定点/固定点26允许风力发电站相对于系泊设备25转动。其次，该V形形状导致风力发电站1相对于波前转动，这样使得其相对于沿着每个臂部21、22前进的波浪最佳地定向，从而当波前向下通过臂部21、22时使所有摆动转子3依次摆动，由此，由于从摆动转子3转移至发电机的动量的基本上恒定的影响，可获得由摆动转子3驱动的发电机的连续操作(下面说明)。该V形形状确保摆动转子3不会布置在彼此的尾部。因此，单个锚定点26和V形形状允许自动调节波浪发电站相对于波向的位置。此外，该V形形状将导致浮在水中的物体沿着臂部21、22向下通过，而不是堆积在风力发电站1的前部。
在臂部21、22之间的角度是可调节的实施例中，可调节该角度以优化风力发电站1对天气条件的操作。在小波浪至中波浪盛行的情况中，所选角度可能较大，以收获波浪的全部势能。在大波浪的汹涌条件中，可能选择非常小的角度，而且减小臂部21、22之间、臂部21、22中以及摆动转子与框架结构2、2’之间的应力，以避免损坏波浪发电站1。此外，当使臂部21、22成为基本上平行的配置时，或在其之间具有非常小的角度时，可轻松地拖动波浪发电站，或者将处于这样的配置中，在该配置中甚至非常大的波浪将简单地经过波浪发电站而不损坏结构。
监测和控制系统可被设置成自动调节臂部之间的角度。该调节可取决于所产生的能量上的所收集的/所感测的信息、来自运动传感器的代表波高的信息，例如，取决于轴4和摆动转子之间的角度(相对于例如摆动转子的中性位置)。也可从天气信息系统和/或操作员进行的远程控制，来对控制系统提供输入。
优选地，将波浪发电站1的摆动转子3的一半布置在波浪发电站1的一个臂部21上，并且另一半布置在另一臂部22上。
在图1、图6和图7所示的示例性波浪发电站1中，在每个臂部21、22上布置10个摆动转子3。然而，可在每个臂部21、22上布置更少或更多的摆动转子3。
如图所示，波浪发电站1被配置为浮式结构，其可固定至例如水面区域6下方的海床。为此，系泊点/锚定点26布置成例如用于保持系泊设备25的锚固孔28的形式，例如见图6。锚固孔布置在波浪发电站1的端部，其中，臂部21、22之间的距离最短，或者更精确地说，其相交。
当摆动转子3浸入水面区域较深而不能使得转子轴4具有与水面区域2中的平均波高基本上相同的高度时，见图7，实现了这种类型的波浪发电站的最高输出效率。然而，由于并不总是平均波高精确地等于波峰和波谷处的水平面的高度的平均值的情况，所以波浪发电站1可被配置为具有一个或多个压载箱(未示出)和泵汲设备(未示出)，泵汲设备(pumpingfacilities)被配置为用来自周围的水填满和清空该一个或多个压载箱，为的是改变波浪发电站的浮力，以达到能够根据当前波浪条件来优化发电站的输出效率的效果。在一些实施例中，预先计算波浪发电站的浮力，使得获得最佳的或可接受的操作/工作浮力。在这种情况中，可去除泵汲设备(未示出)。压载箱可一体形成在框架结构2、2’中或附接至框架结构2、2’。根据本发明的一个方面，压载箱可设置在一些或所有摆动转子3中。
每个臂部21、22的框架结构2、2’还包括至少一个发电机传动轴30(也可简称为传动轴)，其轴颈连接在框架结构2、2’上且优选地布置在摆动转子3的上方。优选地，传动轴30布置在框架结构2、2’上，这样使得在波浪发电站1的大多数工作条件中(可能出现从波浪溅起，以及由于波浪运动而浸在水面中)将其保持在水面6的上方。传动轴30’、30被布置为将运动从摆动转子3转移至发电机，如下面进一步详细描述的。传动轴区段30’与每个摆动转子3相关联。传动轴区段30’彼此同轴延伸地布置并彼此连接，这样使得一个传动轴区段30’的旋转被转移至下一个。因此，彼此连接的传动轴区段30’形成单个传动轴30。传动轴30被连接成驱动发电机或泵或布置在机器壳体27中的类似装置。
机器壳体27布置在每个臂部21、22的框架结构2、2’上，并与臂部21、22的传动轴30连接。如图1和图3所示，机器壳体位于与传动轴30水平对准，这样使得其优选地布置在水面6的上方。
机器壳体27是基本上水密的壳体，其中，传动轴30耦接至例如发电机、泵，和/或齿轮或其他聚集体，该聚集体可由以下述方式从布置在分开的框架结构21、22上的摆动转子3转移至传动轴30的动量驱动。因此，能够用需要提取能量的部件配置机器壳体27，其经由摆动转子将能量转移至传动轴30，因此，波浪发电站1可用于经由例如发电机产生电流，或用于其他目的，例如用于通过泵来泵送流体介质。
在一个优选实施例中，例如如图1、图3和图6所示，机器壳体27布置在每个臂部21、22上的中心。通过机器壳体27的中央布置，与最远的摆动转子3相距的距离是最大长度的一半，与轴连接的摆动转子的数量也大约是臂部21、22的摆动转子的总数量的一半。与传动轴30连接的摆动转子3变得越多且传动轴30变得越长，则需要越高的材料质量和越大的传动轴30的直径。进一步，对发电机/齿轮/泵与传动轴30之间的连接的需求随着传动轴的长度和与其关联的摆动转子30的数量的增加而增加。因此，将机器壳体27居中地布置在臂部上允许减小直径和传动轴30的质量，从而减小波浪发电站1的重量并降低制造成本。当机器壳体27居中地布置在波浪发电站1的臂部21、22上时，一个传动轴30必须在每个方向上从机器壳体27延伸，以便连接所有摆动转子3。机器壳体27可包括两个发电机或类似装置，每个轴30一个，或者，机器壳体27可容纳适于连接两个传动轴30的单个发电机，或者，发电机可经由适当形式的传动装置与两个轴连接。
显而易见的是，如果转子是与摆动转子3不同类型的，例如水磨轮、桨轮等，本发明的这个方面也将起作用。
在其他实施例中(未示出)，两个或三个机器壳体27可布置在每个臂部21、22上并且沿着臂部21、22的长度规则地分布，以减小传动轴30的长度。
在又一些实施例中(未示出)，单个机器壳体27可布置在每个臂部21、22上的其他位置，例如优选地在铰接件23所处的端部。
连同涉及机器壳体27且机器壳体27容纳一个或多个发电机的所有实施例，一条合适的电缆(未示出)或一组电缆(未示出)可经由锚定点24将发电机与系泊设备25电连接。
经由每个摆动转子3至少一个链传动装置，或更优选地一个线传动装置，或甚至更优选地一个或两个带传动连接件40，将旋转运动或摆动运动从每个摆动转子3转移至与各个摆动转子3关联的传动轴区段30’。将结合图2解释带传动连接件40，图2中示出了具有框架结构2、2’的一部分的臂部21、22的一部分。图2示出了这种框架结构2、2’的具有两个摆动转子3的延伸部分/区段。然而，为了更详细地解释带传动连接件40，一个转子未被示出，以显示与未示出的摆动转子3相关的带连接件40的细节。
在所有实施例中，带传动连接件40包括：至少一个转子传动轮41，其连接至或形成一体式的轮部或者摆动转子3上的轮轨42；以及形成于传动轴区段30’上的一个第一轴传动轮31。由于当受波浪影响时，摆动转子3执行交替的或往复的旋转运动，所以可在摆动转子3与转子传动轮41之间或者在第一轴传动轮31与传动轴30之间设置自由运行机构(未示出)，以便使得仅影响传动轴30在一个旋转方向上的传动。这种自由运行机构(未示出)可以是棘齿和棘爪类型的，或本领域已知的任何其他合适装置。自由运行机构(未示出)优选地设置在第一轴传动轮31与传动轴30之间，这样使得保持自由运行机构(未示出)免于恒定地位于波浪发电站所漂浮的水面6的下方。
由此，保护自由运行机构(未示出)免受含盐海水影响的任务变得更简单。这将降低制造成本并提供更简单的结构。当自由运行机构(未示出)设置在第一轴传动轮31与传动轴30之间时，转子传动轮41可以使得转子传动轮41随着摆动转子3摆动/旋转的方式形成为在摆动转子3上刚性连接的轮，或形成为摆动转子3的一体部分。
带传动连接件40可以是简单的形式(未示出)，在本发明的一个方面中，包括悬置在转子传动轮41与第一轴传动轮31之间的连续带。在此方面的一个实施例中，可在每个摆动转子3与关联的传动轴区段30’之间布置两个传动带连接件40。一个带传动连接件40可以交叉，以允许当摆动转子3往复运动时影响传动轴30在正确的方向上旋转。
在本发明的一个优选方面中，带传动连接件包括合适选择的长度的带部分43、43’，即，带43、43’包括两个相对的端部44、44’；45、45’，其在一个端部44、44’处与转子传动轮41、42牢固地连接，并且，相对的端部45、45’与第一轴传动轮31牢固地连接。在图2中，带部分43、43’的一部分在第一轴传动轮31上卷起，由此无法直接看到带部分43、43’的端部45，这是因为端部45、45’位于一片带部分43、43’的下方。在此方面的一个实施例中，如图2所示，两个带部分43、43’和两个转子传动轮41、42布置为与每个摆动转子3连接。当摆动转子3相对于轴4在一个方向上摆动/旋转时，这些带部分43中的一个允许致动传动轴30在期望方向上旋转，并且当摆动转子3相对于轴4在相反方向上摆动/旋转时，另一带部分43’允许致动传动轴30在期望方向(相同方向)上旋转，这通过在与第一带部分43相反的方向上缠绕在转子传动轮41、42上来实现。从而，摆动转子的两个运动方向可用于使传动轴30在相同方向上旋转。
优选地，带部分43、43’被形成为带，即，具有明显大于厚度的宽度(如在截面中看到的)。然而，在其他实施例中(未示出)，可使用线材。带形式的一个优点是，相对于电缆而言，带可获得具有相当薄的剖面的相当大的强度，其将允许带43、43’或其至少一部分缠绕在传动轮41、42；31上。在其他实施例中，带43、43’可用平行布置在传动轮41、42；31上的两个、三个或更多个更薄的线材代替，例如20、30或40条线材。然而，在一个优选实施例中，带43、43’由多条封装在平的聚氨酯外罩中的平行钢丝形成。可想到其他类型的外罩材料。聚氨酯外罩的优点在于其坚固且将由该多条封装的线材加强并引导，同时保护线材免于经常受到含盐的海水的影响。就多条封装的线材而言，意味着2-100条，例如2-50条，例如2-30条，例如2-20条。因此，可获得非常简单、可靠且坚固的从摆动转子3到传动轴30的旋转的转移。在连续带上，在每端附接至相应传动轮的带部分43、43’的优点在于，连续带需要非常高的预张紧，以便不会在传动轮上滑动，或否则连续带需要带齿，任何一种都将相当大程度地增加所有涉及的部件上的磨损。此外，非常大尺寸的摆动转子3所需要的预张紧将需要框架结构2、2’的相当大程度的加强，并且，传动轮支承件等会明显增加波浪发电站1的复杂性、重量和制造成本。
在一个优选实施例中，如图2所示，带传动连接件40还包括第二线材47、47’。当摆动转子3的运动往复运动时，第二线材47、47’有助于在线材轮41、42；31上拉动带部分43、43’。对于每个第一轴传动轮31而言，这种解决方案需要第二轴传动轮32。第一和第二轴传动轮31、32耦接成在传动轴30上在相同方向上旋转。第二线材47、47’均具有两个相对的端部，其在一个端部44、44’牢固地连接到转子传动轮41、42(但是在与带部分43、43’相反的方向上缠绕)，并且相对的端部牢固地连接到第二轴传动轮32(但是在与带部分43、43’相反的方向上缠绕在对应的第一轴传动轮31上)。在图2中，线材47、47’的一部分在第二轴传动轮32上被卷起，由此无法直接看到安装在传动轮上的端部，这是因为端部位于一片线材47、47’的下方。线材47、47’可以是单条钢丝，其比带部分43、43’的宽度薄得多。在其他实施例中，可使用两条平行的钢丝。如果一条破裂，那么使用两条线材将增加安全性。在一些实施例中，可将该线材或多条线材封装在聚氨酯外罩等中。在其他实施例中，线材47、47’可用与上述带部43、43’类似的带/皮带等代替，然而尺寸会小得多。
令人惊讶地，已经发现以上公开的带/线材布置使传动轴30的旋转平稳，尽管其会对旋转造成稍微破坏的效果。令人惊讶地，通过模拟发现，轴旋转的等级将导致可省去多达一半的摆动转子3，以便从波浪发电站获得相同的功率输出，导致减小尺寸、重量和使用的材料。
在两个轴传动轮的一个实施例中，一组传动轮的两个轴传动轮(第一轴传动轮31和第二轴传动轮32)可相对于彼此旋转，在两个轴传动轮之间设置有弹簧机构(未示出)，并且限制相对旋转。未示出的弹簧机构可以是任何合适类型的。弹簧机构设置在第一和第二轴传动轮31、32之间，以便使带43和/或线材47张紧。这可用来使带43和线材47在制造过程中张紧，并可用来抵消带43和/或线材47的弱化。由此，可延长维修和更换之间的时间。
现在参考图5，摆动转子3包括基本上圆柱形的部分70和尾部71。为了平衡浮力，圆柱形部分的一部分74可被切除，这样使得在摆动转子3的圆柱形部分70的中心布置有圆柱形空隙。转子轴4(未在图5中示出)可布置在由辐条73支撑的内圆柱形支承部分72上。切除的部分将减小摆动转子3的重量。摆动转子可由钢制成，或者其可以混凝土成形，例如钢筋混凝土。而且，摆动转子可由复合材料形成。在任何情况中，所选材料的类型应能够承受盐水环境。尾部71可以是实心的，或者其可以是中空的。尾部可用作压载箱。在其他实施例中(未示出)，圆柱形部分71可能没有切除的圆柱形部分/空隙74。在这种情况中，圆柱形部分71可以是实心的，或者其可以是中空的，在后一种情况中，圆柱形部分71可用作压载箱。
如可在图5中的摆动转子3的下面一行视图上的最右侧的视图中看到的，图2的摆动转子3上的转子传动轮41也可优选地形成为在摆动转子3上的一体式轮部42，一体式轮部42(其中的两个)在摆动转子3的基本上圆柱形的部分70上延伸。在圆柱形部分70的大部分上，一体式轮部42在圆柱形部分70的外表面中形成微小的凹口，通孔76、76’经由该凹口穿过尾部71。
摆动转子3上的转子传动轮41由于如上所述的微小凹口而形成为一体式轮部42，这允许简单地在摆动转子3上设置非常大的转子传动轮4。一体式转子传动轮部分42于第一轴传动轮31之间的相对尺寸差允许在每个转子处“局部地”有效传动。从而，可能可以去除与发电机结合的传动装置，或减小其尺寸。
可在每个摆动转子3上设置第一和第二操纵杆80、81。可在框架结构2、2’的面向上方的部分处设置舷梯85。可在图6和7中很好地看到每个臂部21、22上的舷梯85，并在图3和4中看到特写图。参考图3和4，第一操纵杆80可从舷梯85到达。从而，绳索、链条、线材等可附接至第一操纵杆，从而可将摆动转子3的尾部71从水中拉出。一旦已将尾部71从水中拉出，由此就使摆动转子3分离，这是因为波浪无法再使摆动转子3摆动(至少在平静海况的条件下)。当在此位置中时，第二操纵杆81变得能到达舷梯85。因此，绳索、链条、线材等可附接至第二操纵杆81，并且，摆动转子3的尾部71可在分离位置中固定至框架结构(尾部71指向上方)。这可当波浪发电站1需要维修时使用，或在波浪发电站1的运输过程中使用。如可在图4中看到的，对于每个摆动转子3，在框架结构2、2’上设置有两个衬垫或挡板82、82’，在每对衬垫或挡板82、82’之间设置有无衬垫部分83。从而，可使摆动转子3的尾部71进入上述运输和维修位置，而不会导致框架结构2、2’或摆动转子3的尾部71损坏。
在图中所示的实施例中，将波浪发电站1形成为具有两个如上所述的成角度的臂部21、22的单个单元。然而，在未示出的实施例中，每个臂部21、22的框架结构2、2’可形成为区段或模块，每个区段或模块包括一个或多个摆动转子3。因此，可通过增加或去除区段或模块来调节臂部21、22的长度。
因此，区段模块的端部可适于与相邻的区段或模块连接。至少每个模块的传动轴可与相邻区段或模块的传动轴连接。然而，在一些实施例中，区段或模块的转子轴也是可连接的，以增加稳定性。
每个区段或模块将包括框架结构2、2’，例如，具有与上述类似的框格结构，并具有一个或多个摆动转子3。每个区段或模块可设置有如上所述的压载箱。
现在参考图1、图7和图10，描述了角度调节单元24的一个优选实施例。角度调节单元24可包括两个三角形框格结构90、91。两个三角形框格结构90、91中的每个均在设置于两个框架结构2、2’的每个上的轨道93上延伸。轨道93沿着框架结构2、2’的全长布置，或至少布置在其外部上(与铰接件23相对)。两个三角形框格结构90、91还铰接在两个三角形框格结构90、91的每个的转角处的竖直铰接件92中。马达(未示出)或手动操作的传动装置(未示出)可沿着轨道93推动两个三角形框格结构90、91中的每个，从而沿着框架结构2、2’推动，以改变臂部21、22之间的角度。从而，获得用于改变臂部21、22之间角度的非常坚固且可靠的机构。此外，优点在于这种构造角度调节单元24的方式可确保当两个三角形框格结构90、91中的一个相对于两个框架结构2、2’移动时，两个三角形框格结构90、91中的另一个随着移动，从而降低在臂部21、22之间扭转的危险。
两个三角形框格结构90、91中的每个的一部分94可设置有挡板或衬垫95，以允许维修船停泊在波浪发电站1。而且，衬垫或挡板95将允许拖船通过与挡板95邻接而推动波浪发电站1。特别地，当波浪发电站的臂部21、22彼此靠近时，这使得可简单地操纵波浪发电站1。
通过对臂部21、22的两个分开的框架结构之间的角度进行调节的调节单元24，可根据需要手动或自动地调节，以达到这样的效果：可为了获得最高可能的输出效果或者为了确保在暴风环境等中不会损坏，而优化角度。在未示出的可替换的波浪发电站中，铰接件23可由另一线性致动器代替，其由此可与第一线性致动器配合，以调节并保持两个分开的框架结构21、22之间的期望角度。
可替代地，可这样调节角度：代替线性致动器，杆形结构配置为具有基本上固定的长度，并且其中，杆形结构在每端处固定至支架，每个支架布置成使得其可沿着分开的框架结构21、22移动。通过使支架在朝向铰接件23的方向上平移，从而能够增加两个分开的框架结构21、22之间的角度，而当使支架远离铰接件平移时，该角度减小。
现在再次参考图1，将在本发明的另一方面中描述一种用于使波浪发电站1系泊的有利系统。
波浪发电站1可经由系泊缆51与浮标50连接。优选地，系泊缆51是刚性的系泊缆，例如由玻璃纤维(例如增强玻璃纤维)形成。可替换地，刚性的系泊缆51由钢形成。刚性的系泊缆优选地是中空的，以封闭从波浪发电站1到浮标50的电缆(未示出)。如图6所示，系泊缆51与波浪发电站1之间在固定点26处的连接仅允许系泊缆51在竖直平面中旋转。从而，可固定电缆(未示出)可用于将电从锚定点26转移至系泊缆51，这是因为将二者之间的相对运动被限制于一个平面。可替换地，可提供滑动电触点(未示出)。这种滑动电触点明显需要容纳在水密的隔室中。锚定点26与系泊缆51之间的连接是旋转连接，自然地使得提供水密的连接更复杂且更昂贵。然而，通过上述布置，使得该任务更简单。
现在参考图9，解释了系泊缆51与浮标50的连接。系泊缆51附接至第一附接单元52，其又附接至第二附接单元53。系泊缆51和第一附接单元52之间的连接是刚性的。第一附接单元52与第二附接单元53旋转地连接。然而，这种旋转R1限制于围绕水平轴线A1旋转，并因此，刚性系泊缆51和第一附接单元52仅可相对于第二附接单元53在竖直平面中移动。因此，这种连接允许波浪发电站1相对于浮标50上下移动。从而，柔性电缆(未示出)可用于将电从第一附接单元52转移至第二附接单元53。可替换地，可通过这种布置提供一种简单形式的水密的滑动电触点(未示出)。第二附接单元53可旋转地附接至浮标50的上部54。然而，这种旋转R2限制于围绕竖直轴线A2旋转，并因此，第二附接单元52仅可相对于浮标50在水平面中旋转。因此，这种连接允许波浪发电站在海面上改变位置。从而，相对简单的电滑动触点可应用于通过这种布置将电从第二附接单元53转移至浮标50。
浮标50还包括主体部分55。主体部分可适于提供预定浮力，以保持浮标50相对于水面的位置。浮标50可保持在预定深度，例如在水面下方5米处。从而，可确保浮标50总是远离危险，例如在风暴期间。这被称为悬置系泊/锚泊。然而，在本发明的此方面的一个优选实施例中，浮标50相对于水面的位置可与除了浮标50的浮力以外的另一特征组合地提供，即，通过在浮标50和锚60之间设置刚性锚绳57来实现。
优选地，锚绳57是刚性锚绳，即，由玻璃纤维(例如增强玻璃纤维)形成。可替换地，刚性锚绳57由钢形成。刚性锚绳57优选地是中空的，以封闭从浮标50到锚60的电缆(未示出)。
刚性锚绳57优选地与浮标50的底部56刚性地连接。因此，可在浮标50和刚性锚绳57之间简单地设置简化的水密电缆解决方案。
现在参考图8，描述了锚60与刚性锚绳57之间的优选连接。
刚性锚绳57优选地与第一锚连接单元48刚性地连接。因此，可在锚绳57与第一锚连接单元48之间简单地设置简化的水密电缆解决方案。
第一锚连接单元48与第二锚连接单元65连接，该第二锚连接单元又与布置在锚60的上部63处的第三锚连接单元66连接。
第一锚连接单元48和第二锚连接单元65之间的连接允许第一锚连接单元48相对于第二锚连接单元65旋转。然而，这种旋转R3限制于围绕水平轴线A3旋转，并因此，刚性锚绳57和第一锚连接单元48仅可相对于第二附接单元65在竖直面中移动。从而，柔性电缆(未示出)可用于将电从第一锚连接单元48转移至第二锚连接单元65。可替换地，可通过这种布置提供简单形式的水密的滑动电触点(未示出)。
第二锚连接单元65与第三锚连接单元66之间的连接允许第二锚连接单元65相对于第三锚连接单元66旋转。然而，这种旋转R4限制于围绕与水平轴线A3垂直的另一水平轴线A4旋转，并因此，第二锚连接单元65仅可相对于第三附接单元66在竖直面中移动。从而，柔性电缆(未示出)可用于将电从第二锚连接单元65转移至第三锚连接单元66。可替换地，可通过这种布置提供简单形式的水密的滑动电触点(未示出)。
因此，刚性锚绳57与锚60之间的连接允许浮标50相对于锚60在水平面和竖直面中移动，然而，不会改变浮标50的旋转位置，即，浮标50不能围绕刚性锚绳57的纵向轴线旋转。从而，上述布置可减小与需要能够转动360o的单个接头的复杂且昂贵的电连接的数量。所有其他连接可限制于简单的前后局部旋转运动，由此，可节约昂贵的水密电连接的成本。
锚60可以是简单的系泊块，即，一些类型的实心块。然而，在一个优选实施例中，锚是吸盘锚类型，其中，锚形成为反向杯，并且其中，通过锚60的上表面63中的(未示出的)布置将该反向杯吸入底部(如其是活底)。因此，底部64是打开的，以允许锚的主体部分61向下吸入海底。可使用其他类型的锚60，这取决于海底的类型和波浪发电站1的尺寸，以及波浪发电站1的位置处的主要天气情况。
在吸盘锚60的图8所示的实施例中，第三附接单元66经由以径向方式布置在锚的顶面63上的一组I形梁62附接至锚主体61。当锚吸入海底上的位置时，仅可看见星形布置的I形梁。
波浪发电站1可经由波浪发电站1与浮标50和锚60的上述连接而与海底电缆(未示出)连接。因此，海底电缆可经由未示出的装置与锚连接。
虽然已经为了说明的目的而详细地描述了本申请的教导，但是应理解，这种细节仅用于该目的，在不背离本申请的教导范围的前提下，本领域技术人员可对其进行变化。
在权利要求书中使用的术语“包括”并不排除其他元件或步骤。权利要求书中使用当术语“一个(a)”或“一个(an)”并不排除复数。单个处理器或其他单元可实现权利要求书中所述的几个装置的功能。

Claims (22)

1.一种波浪发电站(1)，包括：
-框架结构(2、2’)；
-多个摆动转子(3)，所述摆动转子布置在所述框架结构(2、2’)上，并且布置在轴颈连接在框架结构(2、2’)上的至少一转子轴(4)上；
-传动轴(30)，所述传动轴连接至发电机并且轴颈连接在所述框架结构(2、2’)中；以及
-至少一个带传动连接件(40)，所述带传动连接件布置在所述转子轴(4)与用于每个所述摇摆转子(3)的所述传动轴(30)之间。
2.根据权利要求1所述的波浪发电站(1)，其中
-至少一个转子传动轮(41、41’、42、42’)布置在每个所述摆动转子(3)上或与每个所述摆动转子成一体；并且
-至少一个第一轴传动轮(31)布置在用于每个所述摆动转子(3)的所述传动轴(30)上。
3.根据权利要求2所述的波浪发电站(1)，其中，所述带传动连接件(40)包括带部分(43、43’)，所述带部分具有
-第一端部(44、44’)，所述第一端部连接至所述转子传动轮(41、41’、42、42’)；以及
-相对端部，所述相对端部连接至所述第一轴传动轮(31)，
并且其中，所述带部分(43、43’)布置为在所述转子传动轮(41、41’、42、42’)和所述第一轴传动轮(31)上缠绕和解绕。
4.根据权利要求2或3所述的波浪发电站(1)，其中，在所述第一轴传动轮(31)与所述传动轴(30)之间布置有自由运行机构。
5.根据权利要求3或4所述的波浪发电站(1)，其中，对每个所述摆动转子(3)提供两个所述带传动连接件(40)。
6.根据权利要求5所述的波浪发电站(1)，其中，一个带部分(43)在一个方向上缠绕在对应的转子传动轮(41、42)上，并且另一带部分(43’)相对于所述第一带部分(43)的缠绕方向在另一方向上缠绕在对应的转子传动轮(41’、42’)上。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的波浪发电站(1)，其中，第二轴传动轮(32)与每个所述第一轴传动轮(31)连接，并且其中，第二线材(47、47’)通过所述第二线材(47、47’)的一端附接至每个所述第二轴传动轮(32)，并在所述第二线材(47、47’)的第二端附接至所述转子传动轮(41、41’、42、42’)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的波浪发电站(1)，其中，所述带传动连接件包括由封装在外罩中的多个线材形成的带。
9.根据权利要求8所述的波浪发电站(1)，其中，所述外罩由聚氨酯形成。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的波浪发电站(1)，其中，所述摆动转子(3)中的每个均包括基本上圆柱形部分(70)和尾部(71)，并且其中，所述至少一个转子传动轮(41、41’、42、42’)与所述摆动转子(3)成一体，并且其中，每个所述转子传动轮(41、41’、42、42’)形成为，形成在所述圆柱形部分(70)中的周向延伸的凹口且在所述尾部(71)中具有一孔。
11.根据权利要求1所述的波浪发电站(1)，其中，所述带传动连接件(40)包括连续带。
12.根据前述权利要求中任一项所述的波浪发电站(1)，其中，所述波浪发电站(1)是浮式结构，所述波浪发电站具有彼此能成角度地布置的臂部(21、22)，每个所述臂部均包括框架结构和多个摆动转子(3)，并且其中，所述波浪发电站(1)包括单个锚定点(26)以用于将所述波浪发电站(1)连接至系泊设备并允许所述波浪发电站(1)相对于波浪方向摇动。
13.一种用于波浪发电站(1)的摆动转子(3)，所述摆动转子(3)包括基本上圆柱形部分(70)和尾部(71)，其中，至少一个转子传动轮(41、41’、42、42’)与所述摆动转子(3)成一体，并且所述转子传动轮形成为，形成在所述圆柱形部分(70)中的周向延伸的凹口且在所述尾部(71)中具有一孔。
14.根据权利要求13所述的摆动转子(3)，所述摆动转子在根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电站(1)中使用。
15.一种波浪发电站(1)，其中，所述波浪发电站(1)是浮式结构，所述波浪发电站具有彼此能成角度地布置的臂部(21、22)，每个所述臂部均包括框架结构和多个转子，并且其中，所述波浪发电站(1)包括单个锚定点(26)以用于将所述波浪发电站(1)连接至系泊设备并允许所述波浪发电站(1)相对于波浪方向摇动，其中，传动轴轴颈连接在所述框架结构中并布置成将旋转从所述转子传递至布置在位于每个所述臂部(21、22)上的发电机壳体(27)中的发电机，并且其中，所述发电机壳体(27)居中地布置在每个所述臂部(21、22)上。
16.一种用于波浪发电站(1)的系泊系统(25)，包括
-锚(60)；
-浮标(50)；
-系泊缆(51)，所述系泊缆将所述波浪发电站(1)连接至所述浮标(50)；以及
-锚绳(57)，所述锚绳用于使所述浮标(50)与所述锚(50)连接，
其中，所述锚绳(57)是刚性的且连接至所述锚(60)和所述浮标(50)，从而防止所述浮标(50)围绕刚性的所述锚绳(57)的纵向轴线旋转。
17.根据权利要求16所述的系泊系统，其中，将所述波浪发电站(1)与所述浮标(50)连接的所述系泊缆(51)是刚性的。
18.根据权利要求16或17所述的系泊系统，其中，允许所述波浪发电站(1)相对于所述浮标(50)仅围绕设置在所述浮标(50)的顶部的单个连接件的旋转(摇动)。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的系泊系统，其中，所述浮标(50)被浸没。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的系泊系统，其中，所述波浪发电站(1)是浮式结构，所述波浪发电站具有彼此能成角度地布置的臂部(21、22)，每个所述臂部均包括框架结构和多个摆动转子(3)，并且其中，所述波浪发电站(1)包括单个锚定点(26)以用于将所述波浪发电站(1)连接至系泊设备并允许所述波浪发电站(1)相对于波浪方向摇动。
21.根据权利要求16-20中任一项所述的系泊系统，其中，所述波浪发电站(1)包括根据权利要求1-12中任一项所述的任何特征。
22.根据权利要求1-12中任一项所述的波浪发电站(1)，所述波浪发电站从根据权利要求16-19中任一项所述的系泊系统系泊。
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