CN114555933A

CN114555933A - 驱动组件

Info

Publication number: CN114555933A
Application number: CN202080070385.2A
Authority: CN
Inventors: 格雷厄娒·福斯特; 约翰·查普曼; 阿什莉·诺曼
Original assignee: Marine Power Systems Ltd
Current assignee: Marine Power Systems Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-05-27
Also published as: EP4022185A1; GB201912525D0; US20220290647A1; GB2586643A; WO2021038248A1; AU2020337010A1; EP4022185B1

Abstract

提供了一种驱动组件，适用于帮助将波浪能量转换为有用的能量。本发明的驱动组件被布置成将波浪能量传递到能量转换器，驱动组件包括波浪能量捕获构件；和连接到波浪能量捕获构件的杠杆臂，杠杆臂可在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动以限定工作冲程；其中，杠杆臂被布置成耦合到能量转换器并且还被布置成将能量从波浪能量捕获构件传递到所述能量转换器；进一步，其中波浪能量捕获构件被布置成使杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动；并且其中第一冲程位置和第二冲程位置限定工作冲程的远端点；工作冲程被布置成驱动所述能量转换器。

Description

驱动组件

发明领域

本发明涉及一种驱动组件，尤其是一种用于将波浪能量传递到能量转换器的驱动组件。

发明背景

近年来，人们越来越重视开发可再生能源的必要性，以便为全球能源生产做出重大贡献。政府目标、媒体对不可再生能源相关问题的报道以及不断增加的能源成本都为可再生能源系统的发展创造了强大的动力。

与核能相关的问题和高成本一样，化石燃料对环境的负面影响是众所周知的。另一方面，利用巨大天然大量的可再生能源仅仅受到我们以经济可行的价格来捕获和供应它的能力的限制。

一种潜在的可再生能源是波浪能——一种在世界的所有大洋和大海中都可获得的丰富且持续的能源。已经提出了用于从波浪能中产生能量的各种波浪设备，但是这些装置具有许多限制，没有一种装置具有长期可靠地利用可用波浪能资源的能力。

在WO2010007418、WO2011158006和WO2013068748中揭露了相继改进的用于将波浪移动转化为有用能量的发电机。所揭露的发电机使用潜水反应体来解决与现有波浪能转换器相关的许多困难。

然而，WO2010007418、WO2011158006和WO2013068748中揭露的波浪能量转换器仍有进一步改进的潜力。

发明内容

根据本发明，提供了如所附权利要求中概述的驱动组件和浮力波浪能量转换装置。驱动组件包括杠杆臂，该杠杆臂被布置成将由波浪能量捕获构件捕获的波浪能量传输到波浪能量转换器。杠杆臂、其端部或其一部分被布置成在限定工作冲程的第一位置和第二位置之间移动，该工作冲程被布置成驱动所述能量转换器。该移动可以通过刚性的这种杠杆臂围绕固定点的旋转来实现，或者通过柔性的这种杠杆臂的弯曲来实现，或者通过两者的任何合适的组合来实现。在通过柔性的这种杠杆臂的弯曲来实现旋转的实施例中，杠杆臂可以被偏置向旋转弧上的第一或第二位置中的一个，所述偏置提供了通过杠杆臂存储弹性势能的手段。

根据本发明的第一方面，提供了一种被布置成将波浪能量传输到能量转换器的驱动组件，该驱动组件包括：波浪能量捕获构件；和耦合到波浪能量转换构件的杠杆臂，该杠杆臂可在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动以限定工作冲程；其中，杠杆臂被布置成耦合到能量转换器并且还被布置成将能量从波浪能量捕获构件传输到所述能量转换器；进一步，其中波浪能量捕获构件被布置成使杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动；并且其中第一冲程位置和第二冲程位置限定了工作冲程的远端点；工作冲程被布置成驱动所述能量转换器。

本发明优选地提供了一种适合与波浪能量转换装置一起使用的驱动组件。本发明的驱动组件用于捕获波浪能，能量捕获构件优选地包括波浪能量捕获浮子。在这样的实施例中，波浪能量捕获构件优选地能够根据波浪的移动以往复运动地形式移动，从而允许通过移动杠杆臂(可选地通过致动构件将波浪能量捕获构件耦合到杠杆臂)将能量传输到所述能量转换器。由于波浪能量捕获构件的所述移动，杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间的移动限定了工作冲程。任何可选的致动构件优选地沿着杠杆臂长度在一点处联接到杠杆臂。

波浪能量捕获构件优选地根据一片水域内的波浪在该片水域中移动，从而捕获所述波浪的能量。所述移动优选地通过耦合在其间的致动构件从波浪能量捕获构件传递到杠杆臂，致动构件致动杠杆臂，使得杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动。杠杆臂优选地耦合到能量转换器，使得第一冲程位置和第二冲程位置之间的移动构成或包括所述能量转换器的工作冲程。在一些实施例中，驱动组件可以包括所述能量转换器。能量转换器优选地被布置成将由波浪能量捕获构件所捕获并且通过杠杆臂(并且可选地通过致动构件)被传输至能量转换器的波浪能量转换成有用的能量，其可以是电能。

在本发明的上下文中，术语“杠杆臂”将被理解为被布置为移动、围绕支点转动或旋转、或弯曲或挠曲的任何细长结构，使得其一部分或端部在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动。在一些实施例中，杠杆臂可以包括具有一个或多个结构元件的框架，该框架形成网状框架或骨架框架。在其他实施例中，杠杆臂可以包括单个细长杠杆元件。杠杆臂将被理解为具有一定程度的固有刚度，使得由致动构件施加在杠杆臂的一点上的力致使杠杆臂围绕支点旋转或枢转。杠杆臂可以包括弹性特性，从而当致动构件在其上施加力时，允许杠杆臂存储弹性势能。所述弹性能量可用于将杠杆臂偏置向偏置位置，该偏置位置可以是第一冲程位置或第二冲程位置，或工作冲程的一个远端。杠杆臂的所述优选的固有偏置质量可以允许杠杆臂有效地返回到所述偏置位置，以准备接收由波浪能量捕获构件(可选地通过致动构件)施加在其上的力(波浪能量传递)。杠杆臂的优选偏置质量优选地将杠杆臂偏置到偏置位置，以使得能够继续驱动所述能量转换器。在某些实施例中，杠杆臂还优选地限定了工作冲程的中立位置，该中立位置由波浪能量捕获构件中的力撞击在杠杆臂(通过致动构件)上的程度来限定(即，当有没有波浪引起的力来移动波浪能量捕获构件)。因此，工作冲程可以沿着杠杆臂的移动弧围绕中立位置为正或负。

在一些优选的实施例中，波浪能量捕获构件对杠杆臂的移动是通过杠杆臂围绕支点旋转以限定旋转弧和/或通过杠杆臂的至少一部分的弯曲的方式发生的。在移动是通过杠杆臂的弯曲产生的一些实施例中，杠杆臂优选地被布置成：一旦由波浪能量捕获构件引起所述移动则存储在5至50MJ范围内的弹性势能。

在一些实施例中，杠杆臂通过致动构件耦合到波浪能量捕获构件，该致动构件被布置成从波浪能量捕获构件传递能量。优选地，致动构件包括选自以下的至少一种：柔性绳索；刚性框架。致动构件优选地提供能量捕获构件和杠杆臂之间的中间能量传递连接。在致动构件包括柔性绳索的实施例中，柔性绳索可以包括可调节的绳索长度。可调节的绳索长度优选地限定了能量捕获构件和杠杆臂之间的可自由调节的距离。将理解除了或代替杠杆臂的旋转或移动之外绳索长度可以被调整的实施例。在优选实施例中，绳索长度可以通过绞盘调节。

在致动构件包括刚性框架的实施例中，刚性框架可以通过铰链联接到杠杆臂，使得刚性框架可相对于杠杆臂围绕由铰链限定的轴线旋转。该铰链可以包括轴承，该轴承可以是任何合适的轴承，例如滚珠轴承或轴颈轴承。刚性框架可以通过铰链联接到能量捕获构件。所述与能量捕获构件的联接可以在刚性框架的一端处，该一端与联接到杠杆臂的刚性框架的一端相对。因此，刚性框架优选地被布置成相对于杠杆臂移动，使得能量可以从能量捕获构件传递到刚性框架。致动构件的刚性框架可以是任何合适的框架结构并且优选地是网状框架或骨架框架，使得对通过其中的流体流动的阻力最小化。

能量捕获构件优选地包括浮力部分。因此，能量捕获构件优选地包括浮子。在一些优选实施例中，浮子的形状可以是大致球形、椭圆形或卵形。可选地，浮子可以是大致圆柱形或桶形的。可以理解能量捕获构件可以是适合于捕获波浪能量并通过致动构件将所述能量传递到杠杆臂的任何形状的实施例。

驱动组件优选地被布置成安装在浮力平台上。浮力平台优选地包括框架结构，使得对流体流过所述框架结构的阻力最小化。因此，在一些实施例中，所述框架结构可以包括网状或骨架框架。浮力平台优选地包括被布置成支撑驱动组件的上表面。浮力平台优选地还包括浮力部分，其可以被定位在框架结构的最下表面附近。可替代地或附加地，浮力部分可以被定位成邻近框架结构的一对或多对相对侧或拐角。在最优选的实施例中，浮力部分的定位起到为流过或邻近浮力平台的流体提供最小阻力的作用。在本发明的上下文中，应当理解，本文使用的术语“流体流动”可以指在一片水域表面顶部的所述浮力平台或框架的漂浮或运输期间的空气流动，并且还可以指浮力平台或框架浸没在一片水域中期间的水流。

波浪能量捕获构件优选地被定位在相对于浮力平台的上表面的高度处，其中该高度优选地是可调节的。杠杆臂被布置成例如沿着杠杆臂的移动弧移动，以在使用中高度和停靠高度之间调整高度，该使用中高度大于停靠高度。该使用中高度优选地为波浪能量捕获构件被设置为捕获波浪能量的高度。该使用中高度优选地选自5.0m至40.0m之间。停靠高度优选地为波浪能量捕获构件不捕获波浪能量的高度。停靠高度可以为使得波浪能量捕获构件邻近或接近浮力平台的高度。可以理解，高度可以调节到使用中高度和停靠高度之间的任何高度，并且使用中高度可以根据一片水域的条件(例如大海、海洋或天气状况)来确定。可以根据波浪能量捕获构件与一片水域的表面之间的距离来控制或确定该使用中高度，使得使用中高度限定了波浪能量捕获构件相对于该片水域的表面的使用中深度。

通过杠杆臂对高度的调节优选地独立于工作冲程。优选地，通过杠杆臂沿着杠杆臂的移动弧的移动来完成杠杆臂对高度的调节，其独立于杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间的移动。因此，在所述优选实施例中，第一冲程位置和第二冲程位置是根据在它们之间间隔的冲程距离来限定的，所述冲程距离与杠杆臂在移动弧上的位置无关。因此，第一冲程位置和第二冲程位置之间的移动，以及因此工作冲程的执行，优选地独立于杠杆臂在移动弧上的位置。因此，该移动弧可以定义大于冲程距离的总移动距离，使得工作冲程可以在移动弧的移动范围内在移动弧的不同点处进行。在这样的实施例中，可以移动杠杆臂以减小能量捕获构件相对于浮力平台的高度，而不管从能量捕获构件到杠杆臂的任何同时的能量传递(这可以通过致动构件)和因此杠杆臂在第一冲程位置和第二冲程位置之间的同时移动。所述能量转换器优选地在沿着所述杠杆臂的长度的一点处耦合到所述杠杆臂。冲程距离优选地被测量为所述耦合点在第一冲程位置和第二冲程位置之间行进的直线线性距离。在替代性实施例中，该冲程距离可以是所述耦合点沿着第一冲程位置和第二冲程位置之间的移动弧的曲线行进距离。该行程距离优选地选自2.0m至20.0m的范围，更优选选自5.0m至15.0m的范围。

驱动组件优选地包括多个致动构件，每个致动构件联接到波浪能量捕获构件，并且每个致动构件还联接到对应的杠杆臂。在优选实施例中，驱动组件包括四个柔性绳索致动构件，每个柔性绳索致动构件联接到共同的波浪能量捕获构件，每个柔性绳索致动构件进一步联接到对应的杠杆臂。在其他优选实施例中，驱动组件包括两个刚性框架致动构件，每个刚性框架致动构件可枢转地联接到共同的波浪能量捕获构件，每个刚性框架致动构件进一步可枢转地联接到对应的杠杆臂。在这样的优选实施例中，对应的杠杆臂均可以在浮力平台上的不同枢轴点处联接到浮力平台，每个枢轴点都限定了单独的支点，杠杆臂可以围绕该支点单独旋转。或者，对应的杠杆臂可以在浮力平台上的共同枢轴点处连接到浮力平台，从而限定了杠杆臂可以围绕其共同旋转的单个支点。

优选地，能量转换器包括从以下范围中选择的一种：旋转发电机；线性发电器；液压泵。

根据本发明的第二方面，提供了一种浮力波浪能量转换装置，该装置包括：被布置成将波浪能量传递到能量转换器的驱动组件，该驱动组件包括：波浪能量捕获构件；连接到波浪能量捕获构件的杠杆臂，该杠杆臂可在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动以限定工作冲程；其中，杠杆臂被布置成耦合到能量转换器并且还被布置成将能量从波浪能量捕获构件传递到能量转换器；进一步，其中波浪能量捕获构件被布置成在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动杠杆臂；并且其中第一冲程位置和第二冲程位置限定了工作冲程的远端点；工作冲程被布置成驱动所述能量转换器。

应当理解，包括在第二方面的浮力波浪能量转换装置内的驱动组件可以包括第一方面的驱动组件的任何特征。

该装置优选地还包括被布置成支撑驱动组件的浮力平台。应当理解，讨论用于第一方面的浮力平台可以包括第二方面的浮力平台的任何特征。

优选地，波浪能量捕获构件被定位在相对于浮力平台的上表面的高度处。杠杆臂优选地被布置成移动以在使用中高度和停靠高度之间调整高度，该使用中高度大于停靠高度。通过杠杆臂调节高度优选地独立于工作冲程。

浮力平台优选地包括使用中的构造，其中浮力平台浸没在一片水域中，并且其中杠杆臂优选地被定位在移动弧上，使得波浪能量捕获构件被定位在使用中高度。优选地，在使用中高度，波浪能量捕获构件浸没在该片水域中。在使用中的构造中，浮力平台优选地通过系泊装置悬挂在该片水域表面之下的浸没深度处，使得由浮力平台的浮力提供的竖直浮力被系泊装置提供的相反的竖直锚固力抵消，使得浮力平台在该片水域中垂直稳定，从而使浮力平台在使用中的构造中的移动最小化。应当理解，地下水流或波浪可以与浮力平台相互作用以向浮力平台提供侧向力。在一些优选实施例中，系泊装置优选地另外提供与所述横向力的分量相反的成角度的系泊力(被认为直接与垂直力相反)，使得浮力平台也横向稳定在该片水域中。

优选地，浮力平台包括风暴构造，其中浮力平台并且优选地波浪能量捕获构件被浸没在一片水域中，并且优选地，其中杠杆臂被定位在移动弧上，使得波浪能量捕获构件被定位在停靠高度。在风暴构造中，类似于在使用中构造中所讨论的情况，浮力平台被浸没。调整波浪能量捕获构件相对于浮力平台的高度，使得波浪能量捕获构件在风暴构造期间被定位在停靠高度处，优选地减少或最小化由粗糙或湍流海况施加在波浪能量捕获构件上的破坏力。因此，风暴构造优选地提供了根据本发明的改进寿命的驱动组件或浮力波浪能量转换装置。在一些实施例中，风暴构造可以包括浮力平台和位于浸没在该片水域中的波浪能量捕获装置，并且其中波浪能量捕获构件的方向被调整以最小化波浪能量捕获构件的流体动力阻力。例如，在波浪能量捕获构件包括长轴(例如圆柱形波浪能量捕获构件的长轴)的实施例中，风暴构造可以包括被定向成使得长轴平行于波浪方向定位的波浪能量捕获构件。

优选地，浮力平台包括运输构造，其中浮力平台漂浮在一片水域的表面上，并且其中波浪能量捕获构件被定位在停靠高度处。在运输构造中，杠杆臂优选地围绕支点移动、旋转或枢转至杠杆臂的移动弧的第一远端，使得杠杆臂优选地被定向为大致垂直于浮力平台的上表面。在杠杆臂相对于浮力平台是柔性的实施例中，杠杆臂可以在运输构造中处于偏置位置。应当理解，杠杆臂的定向是根据杠杆臂的纵向轴线确定的。因此，在杠杆臂是由一个或多个结构元件组成的框架的实施例中，其可以形成杠杆臂的网状或骨架框架，杠杆臂的方向将被理解为杠杆臂的纵向轴线.

该装置优选地进一步包括从浮力平台延伸的支架，该支架被布置成在停靠高度处支撑波浪能量捕获构件。该支架优选地包括支架凹槽，该支架凹槽成形为接纳波浪能量捕获构件的至少一部分。因此，该支架凹槽优选地限定了被布置成邻接波浪能量捕获构件的所述部分的表面。在优选实施例中，杠杆臂围绕支点移动、旋转或枢转至移动弧的与第一远端相对的第二远端，使得波浪能量捕获构件被定位在停靠高度处并因此被支撑在支架中。该支架优选地被布置成当波浪能量捕获构件被定位在停靠高度处时使波浪能量捕获构件稳定以抵抗横向力。

该装置优选地包括偏航机构，该偏航机构可以被定位在浮力平台上并且被布置成在浮力平台的上表面的平面上旋转。偏航机构由此优选地限定了旋转轴线，该旋转轴线垂直于浮力平台的上表面的平面并且优选地垂直于工作冲程。优选地，杠杆臂、致动构件和能量捕获构件形成能量捕获组件。在该装置包括偏航机构的实施例中，偏航机构优选地被布置成使能量捕获组件围绕旋转轴线旋转。例如，这种旋转可以被布置为使能量捕获构件与波浪方向最佳地对齐。例如，在波浪能量捕获构件包括具有长轴的形状的实施例中，偏航机构可以被布置成旋转能量捕获构件，使得长轴在使用中垂直于波浪方向定位。在风暴构造中，偏航机构可以被布置成例如将长轴定位成平行于波浪方向。包括偏航机构的实施例优选地允许能量捕获组件通过其围绕旋转轴线的旋转来进行角度调整，以便在使用中的构造中使能量捕获组件与该片水域的波浪最佳地对齐。

优选地，杠杆臂被布置成一旦波浪能量捕获构件和/或致动构件移动则存储弹性势能。

该装置优选地还包括系泊装置，该系泊装置被布置为将浮力平台拴在一片水域的河床上。系泊装置优选地被布置成限定浮力平台和该片水域的河床之间的距离。该距离优选地是可自由调节的。系泊装置优选地包括一个或多个坚硬管路，其可以是绳索或链条，并且优选地在浮力平台上施加锚定力，所述力优选地具有垂直分量和横向分量。锚定力的垂直分量和横向分量优选地抵消一种或多种组合的相反力，该力可以包括由浮力平台的浮力或由该片水域的波浪或水流施加的力。系泊装置优选地包括系泊装置长度，该系泊装置长度优选地是可调节的，系泊装置长度优选地可通过绞盘来调节，系泊装置可以围绕该绞盘卷绕。系泊装置长度的调整可以允许浮力平台从运输构造移动到使用中的构造。该片水域的条件的变化，例如海、潮、海洋或天气条件，可能需要改变系泊装置的长度，从而改变该片水域中的浮力平台的深度。

具体说明

现在将仅通过示例的方式并参考附图来描述具体实施例，其中：

图1是根据本发明第二方面的浮力波浪能量捕获装置的示例性实施例的侧视图，该装置包括根据第一方面的驱动组件，该装置处于传输构造中；

图2是根据本发明第二方面的浮力波浪能量捕获装置的可选示例性实施例的侧视图，该装置包括根据第一方面的驱动组件，该装置处于传输构造中；

图3是图2的示例性实施例的另一侧视图，其从图2的传输构造被部署成使用中的构造；

图4是图1和图2中示出的驱动组件的近视图；

图5是图1的示例性实施例处于使用中构造的的侧视图；

图6是图5示出的驱动组件的近视图；

图7是类似于图6所示的驱动组件的另一示例性实施例的近视图；

图8描绘了图7的实施例在使用时从左到右的一系列侧视图；

图9是根据第一方面的驱动组件的另一示例性实施例；

图10是图1的示例实施例处于风暴构造的侧视图；

图11是图10示出的驱动组件的近视图；

图12是根据本发明第二方面的浮力波浪能量捕获装置的第二示例性实施例的侧视图，其包括根据第一方面的驱动组件，该装置处于使用中的构造；

图13是图12所示驱动组件的近视图；

图14是类似于图12和图13的另一示例性实施例的近视图；

图15是图14的实施例的透视图；

图16是类似于图15的驱动组件的透视图，该驱动组件具有偏航机构；

图17是根据第一方面的驱动组件的另一示例性实施例的侧视图，该驱动组件具有定位在使用高度处的浮子；

图18是图17的实施例的侧视图，浮子被定位在停靠高度；

图19是根据第一方面的驱动组件的另一示例性实施例的侧视图，该驱动组件具有包含在浮子中的能量转换器；

图20是根据第一方面的驱动组件的另一示例性实施例的侧视图，该驱动组件具有位于驱动组件的杠杆臂之间的接头处的能量转换器；以及

图21是根据第一方面的驱动组件的另一示例实施例从左到右的一系列侧视图，该驱动组件具有柔性的杠杆臂。

在图1至图6中示出了根据本发明的驱动组件和浮力波浪能转换装置的第一示例性实施例。

参考图1，根据第一方面的两个等效的驱动组件102被示出安装在浮力平台104的顶部，从而形成根据第二方面的示例性浮力波浪能量转换装置100。图1中所示的装置100的侧视图是处于传输构造中，其漂浮在一片水域108的表面106的顶部。在这种构造中，所有移动部件和连接都在水域108上方并且可以接近以进行维护。浮力平台104包括具有钢筋网的网状钢框架110，该钢筋网形成具有第一端114和与第一端114相对的第二端116的浮力平台104的平面矩形上表面112。

一对相对的浮子118被定位成与形成框架110的上表面112的条的下侧邻接，每个浮子118被定位在靠近浮力平台104的一端。示出装置100的第一侧的图1显示了被定位在浮力平台104的第一端114和第二端116附近的一对相对的浮子118。浮子118是中空的并且大致呈卵形，由刚性聚合物材料形成，中空部分包括空气，使得在所示的传输构造中浮子118将浮力平台104支撑在该片水域108的表面106上方。中空部分中空气与水的比例可以改变，并且因此本发明可以提供浮子118的固定或可变浮力。

从平台104的上表面112突出的是两个支架120，每个支架120彼此相对地定位在上表面112的第一端114和第二端116中的一个附近。支架120由环形钢筋122形成，该环形钢筋122通过多个成角度的钢支柱124被支撑在平台104的上表面112上方。支架120的环形筋122形成通向由环形筋122和支撑支柱124形成的空腔(未示出)的孔。每个支架120的空腔被示出容纳球形波能量捕获浮子126的下部，从而形成两个驱动组件102之一的一部分。球形波能量捕获浮子126是中空的并且由刚性聚合物材料形成，中空部分充满了空气。

位于每个支架120附近并且从平台104的上表面112突出的是四个杠杆臂128，该四个杠杆臂128在枢轴点处铰接地联接到平台104的上表面112，该枢轴点定义了每个杠杆臂128被布置成围绕其旋转的支点。四个杠杆臂128的枢轴点均在平台104的上表面112上形成正方形的倒角，该正方形的原点与支架120的环形钢筋122的原点对齐，使得杠杆臂128围绕支架120的外侧定位。

杠杆臂128均由钢框架形成，该钢框架具有容纳在平台104的上表面112的轴承内并与之对齐的水平主轴颈130，主轴颈130被布置成在轴承内自由旋转并限定了相应的杠杆臂128的枢轴点。从主轴颈130的相对端延伸的是两个重合的杆132，其与轴颈形成第一三角形框架部分。第一三角形框架部分的两个重合杆132的相交形成杠杆臂128的远离平台104的上拐角134。杠杆臂128包括从第一三角形框架部分延伸的第二和第三三角形框架部分，其均具有两个重合的杆136，一个杆从杠杆臂128的上拐角134延伸，另一个杆从第一三角形框架部分的主轴颈130的一端突出。第二和第三三角形框架部分中的每一个的两个重合的杆136在杠杆臂128靠近平台104的下拐角138处相交。杠杆臂128的下拐角138通过水平的辅助轴颈140连接。从而，每个杠杆臂128的钢框架的杆形成歪斜的(倾斜的)金字塔形框架，金字塔的第一三角形部分(面)在上拐角和主轴颈130上的中心点(枢轴点)之间形成杠杆臂128的的纵向轴线。在图1所示的传输构造中，每个杠杆臂128围绕枢轴点定位，使得杠杆臂128的纵向轴线大致垂直于平台104的上表面112。

在所示的实施例100中，装置100还包括在其第一端处被固定到每个杠杆臂128的上拐角的多个柔性绳索142(在图5至图11中可见)。与第一端相对的每个柔性绳索142的第二端被固定到球形波能量捕获浮子126。

如图4中示出的图1的驱动组件102的近视图所示，球形波能量捕获浮子126、柔性绳索142和杠杆臂128一起形成驱动组件102。

液压柱塞144的活塞杆可旋转地固定到杠杆臂128的下拐角并从其延伸，液压柱塞144具有气缸，活塞杆可以在相应杠杆臂128施加到其上的压力下在该气缸内往复移动。液压柱塞144的气缸在气缸可以围绕其旋转的枢轴点处铰接固定到平台104的上表面112。液压柱塞144用作能量转换器144，将来自相应杠杆臂128的机械能转换成电能。液压柱塞与电输出端口146电连通，电输出146具有从其向该片水域108的河床150延伸的脐带输电线148。

平台104还包括在其周围间隔开的多个接触点152，每个接触点152支撑对应的非弹性系泊绳154。系泊绳154从对应的接触点152向该片水域108的河床150延伸，在那里它们固定地与锚156接合。所示的系泊绳包括四根垂直绳和四根成角度的绳以向平台104提供高度的垂直和横向稳定性，然而，可以理解替代的系泊布局。在图1所示的传输构造中，装置100漂浮在该片水域108的表面106上，使得该装置可以被运送到该片水域108内的期望位置。

与上面针对图1描述的实施例不同的实施例300被示出在图2中，其具有与图1和图3中描述和所示的驱动组件等效的驱动组件，但其中系泊机构由具有缠线框的多个绞盘302提供，该缠线框被布置成存储系泊绳(未示出)并且进一步被布置成缠绕系泊绳以将浮力平台以使用中的构造浸没在该片水域中。图3示出了图2的实施例，其从图2所示的传输构造被部署成平台和浮子都被淹没的使用中构造，通过将系泊绳缠绕到相应的绞盘302上来进行部署。

参考图5，示例性实施例100被示出为处于使用中的构造，其浸没在该片水域108中，使得系泊绳固定在对应的接触点152和对应的锚156之间，从而限定平台104离该片水域108的河床150的高度。在所示的使用中的构造中，能量捕获浮子126在相对于平台104的上表面112的高度H处悬挂在柔性绳索142上，高度H由杠杆臂128的上拐角的位置定义，该位置又由相应的杠杆臂128围绕相应枢轴点的旋转角度确定。在所示实施例中，杠杆臂128偏置该旋转角度以设置浮子126的高度H。高度H根据该片水域108中的波浪条件而设置，在图5示出的实施例100中的高度H是处于使用中的高度H。在所示的使用中的高度H处，借由浮子126的能量捕获水平根据波浪条件被优化。在图5所示的实施例100中，使用中的高度约为20m。当浮子126随着该片水域108的波浪上下移动时，波浪能被浮子126捕获。结果，浮子126的移动拖拽附在其上的对应的柔性绳索142。相应的杠杆臂128又通过在限定工作行程的第一位置和第二位置之间围绕对应枢轴点旋转而被致动。根据浮子126的波浪能捕获，杠杆臂128的移动与杠杆臂128为了设定浮子126使用中的高度H而偏置的角度无关。因此，第一位置和第二位置之间的杠杆臂128的旋转出现在偏置位置附近。杠杆臂128的移动引起相应的能量转换器144的移动，使得来自杠杆臂128的机械能被转换成电能，该电能从能量转换器144被馈送到输出端146并且沿着脐带输电线148至发电站(未显示)。在图4的使用中构造中的驱动组件102的近视图被示出在图6中。图5所示的构造同样可以通过例如图2和图3所示和描述的实施例来实现。

图7示出了与先前描述的驱动组件相比的替代性驱动组件400，但以与图1至图6相似的方式起作用。在图7所示的实施例400中，驱动组件包括圆柱形浮力平台402，该圆柱形浮力平台402包括支撑在其上的驱动组件404。驱动组件404包括具有一对连接点408的球形波能量捕获浮子406，每个连接点408连接到相应的柔性绳索410的第一端。相应的柔性绳索410的相对的第二端固定到驱动组件404的相应的杠杆臂412。杠杆臂412均包括三角形钢板，使相应的柔性绳索410固定到三角形钢板的远离平台402的第一顶点。杠杆臂412包括通过铰链414以可旋转方式被固定到浮力平台402的上表面的第二顶点，其限定杠杆臂412的移动弧或旋转弧。杠杆臂412的第三顶点被固定到能量转换器416，用于说明目的，在所示的实施例中该能量转换器是液压柱塞，但其可以是任何合适的这种能量转换器。浮力平台402还包括支架418，支架418被支撑在浮力平台402的上表面上并且被布置成支撑浮力平台402上的波浪能捕获浮子406。

图8示出了图6的实施例400以使用中的构造浸没在一片水域中的简单表示，其中图8提供了从该片水域的波浪中捕获波浪能的驱动组件404的从左到右的一系列视图500、502、504、506。从图8的最左侧视图500到最右侧视图506，驱动组件404的波浪能捕获浮子406被示为跟踪该片水域中的轨道路径，该轨道路径是由来自浮子的浮力和来自海浪的次表面流的侧向力的组合引起的。来自浮子的浮力始终保持相应的绳索410被教导。

图9示出了图7和图8所描述和示出的替代性实施例600，其包括四个杠杆臂602，每个杠杆臂602连接到相应的能量转换器604。杠杆臂和相应的能量管路和能量转换器围绕轴对称的能量捕获浮子布置并且允许从任何方向吸收能量。可以是不同数量的杠杆臂，并且杠杆臂不必是等距的，并且杠杆臂可以被布置成优化从主要波浪方向捕获的能量。

出于说明目的，图10示出了图1和图4的驱动组件，但是将理解在实施例中可以使用本文描述的任何其他驱动组件。图10示出了处于风暴构造中的浮力波浪能转换装置100的侧视图。在风暴构造中，平台104保持被浸没并且杠杆臂128旋转到它们各自旋转弧线上的端点，使得浮子126相对于浮力平台104的高度最小化，使得浮子126位于其相应的支架120中。例如，可以使用马达、通过使用杠杆臂末端上的重物或通过任何合适的机构来执行这种旋转。浮子126相对于图6所示的浮力平台104的高度H’为停靠高度H’。在停靠高度H’处，浮子126的移动被阻止，这在暴风雨条件下是有利的，因为该片水域108的波浪施加在浮子126上的力可能对装置100有害。处于风暴构造中的装置100的驱动组件102可以在图11中看到。

根据本发明第二方面的浮力波浪能量产生装置200的替代性示例实施例200在图12和图13中示出，该装置200包括根据第一方面的示例性驱动组件202。实施例200被示出为处于使用中的构造。

在所示的实施例200中，该装置200包括基本上如针对图1所描述的浮力平台204，其平坦的上表面支撑一对相对的驱动组件202。图12的驱动组件在图13的近视图中更详细地示出。驱动组件包括圆柱形波浪能量捕获浮子206，该圆柱形波浪能量捕获浮子206在其两个相对侧的每一个处固定到对应的刚性臂208的第一端，该刚性臂208从浮子206的对应侧向外延伸。每个刚性臂208可旋转地接合杠杆臂210。杠杆臂210相交在铰链接头212处，每个杠杆臂被布置成围绕铰链接头212旋转。杠杆臂210均固定在液压柱塞214的活塞杆212上，柱塞214铰接地支撑在平台204的上表面的顶部。该装置200还包括偏航机构216，其限定了垂直于平台204的上表面的旋转轴。偏航机构216支撑驱动组件202，使得驱动组件可以围绕轴线旋转以与该片水域的波浪方向对齐。该对齐通过确保圆柱体的整个宽度垂直于波浪对齐而提高了该装置的能量捕获能力。

在使用中，由于杠杆臂210围绕铰链接头212的旋转角度的设置，圆柱形浮子206被定位或偏置成使用中的高度。浮子206被布置成随着该片水域的波浪的移动而移动，使得相应的刚性臂208移动并且继而杠杆臂210移动。杠杆臂210被布置成沿着液压柱塞214的气缸往复驱动活塞杆212，行程距离被定义为工作冲程，工作冲程具有远端端点，杠杆臂210在该远端端点处处于围绕铰链接头212旋转的第一位置或第二位置。

图14和图15示出了与图12和图13所描述和示出的实施例200相比的替代性实施例700，其中图15示出了在图12和图14的两个实施例中使用的圆柱形浮子的透视图。图14和图15的实施例700显示了连接到驱动组件的相应杠杆臂的能量转换器的可选定位。位于上杠杆臂部分和下杠杆臂部分之间的铰链允许能量捕获浮子在与图8的实施例类似的轨道路径中行进所需的移动范围。用上杠杆臂代替图8的柔性管路意味着图14和图15的系统可以在拉力和压力下运行，这允许能量捕获浮子中的较低浮力B(或负浮力)，这反过来又降低了驱动组件中的持续负载。

在图16中示出了另一个实施例800，其具有基本上与图14和图15的驱动组件等效的驱动组件802，其还包括偏航机构804，该偏航机构804包括中心的环形齿轮806和四个小齿轮驱动器808，每个小齿轮驱动器808由马达(未示出)驱动并且用于使驱动组件802围绕旋转轴线旋转。包括偏航机构804的实施例800的部分被布置为旋转，以使浮子的长轴定向成垂直于波浪方向以最大程度地捕获波浪能量并且在处于风暴生存状态时平行于波浪方向以获得最小阻力。

图17和图18中示出了另一个实施例900，其中驱动组件902的相应杠杆臂904的两个下顶点中的每一个都附接到相应的能量转换器906。因此，在使用中由波浪能捕获浮子908引起的杠杆臂904的移动导致所有能量转换器906的致动贯穿由杠杆臂904执行的整个工作冲程中，因此优选地使能量转换最大化。图17示出了本文所述的处于使用中的高度的浮子908，并且图18示出了也在本文所述的处于停靠高度的浮子908。所示的一对顶点的能量转换器906将反向操作，即，当一个被压缩时，另一个被伸展。这种布置优选地在杠杆臂上产生更均匀的负载。

图19中示出了类似于图17和图18的实施例的另一个实施例1000，但是其中能量转换器1006位于驱动组件1002的圆柱形浮子1008内，使得由浮子1008引起的杠杆臂1004的移动致使浮子内的能量转换，并且在所示示例中，通过输电线1010进行传输。浮子1008中的能量转换器1006的容纳优选地提供了使能量转换器1006在平台(未示出)上的空间占用最小化的能力。

图20示出了与针对图14和图15描述的实施例类似的实施例1100，但是其中能量转换器1102被定位在驱动组件1106的杠杆臂1104之间的接头处。该实施例表明能量转换器可以被定位在该装置的任何点处，使得驱动组件的杠杆臂的移动可以用来带动能量转换器的工作行程。实施例1100具有与图1的实施例类似的全方向性能，但具有刚性上杠杆臂1104而不是柔性绳索。为了使这一原则发挥作用，需要向该系统引入额外的自由度。因此，下杠杆臂通过铰链1108和旋转器1110连接到平台，即铰链被安装在旋转器上，因此当杠杆臂在其工作冲程中行进时杠杆臂可以轻微旋转。

图21示出了实施例1200，其中驱动组件的杠杆臂1206采取柔性臂的形式，该柔性臂被偏置到图21的最左侧的描绘1202中所示的第一位置。浮子1208的移动优选地将柔性杠杆臂1206的一个末端移动到杠杆臂弯曲的第二位置，如最右边的描绘1204所示。第一位置1202和第二位置1204限定了相应能量转换器1210的工作冲程的末端，该相应能量转换器1210被固定到柔性杠杆臂1206的末端。柔性杠杆臂1206用于存储被布置成驱动能量转换器的弹性势能。

应当理解，上述实施例仅作为示例给出，并且在不脱离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行各种修改。例如，在所示实施例的传输构造中，杠杆臂可以被能量转换器带入直立位置。或者，可以使用单独的机构(未示出)将杠杆臂带入直立位置，以避免损害能量转换器的设计。这种机构可以是偏置机构，并且可以是杠杆臂的固有弹性特性。

在所示的风暴构造中，杠杆臂被置于向下位置。可以可选地使用能量转换器、单独的机构(未示出)或杠杆臂端部上的重物(未示出)来实现这一点。在这种风暴构造中，波浪能力捕获浮子通过连接管路中的张力被牢固地固定在支架上。

为了将该装置从其传输构造部署到其使用构造，该装置连接到预先安装的系泊绳，该系泊绳通过锚附接到海床。系泊绳的长度通过设备上的绞盘进行调整。绞盘卷入系泊绳以将设备拉入水下，从而克服浮力浮子中的浮力以将设备定位在所需深度。

所描述的优选实施例示出了系泊绞盘，该系泊绞盘将成对的一条垂直和一条成角度的系泊绳布置在平台的拐角上，然而其他系泊布局也是可以的。

该设备具有浸没的使用中构造，其中平台被浸没到允许波浪能量转换器起作用并产生能量的水平高度。波浪能量捕获浮子可以在海面上或靠近海面并且可以被海浪移动。

波浪使波浪能量捕获浮子被波浪移动。这种移动反过来导致浮子拉动绳索或刚性臂，这继而又移动杠杆臂，其又继而致使能量转换器被压缩和伸展并且产生电力/转换能量。

通常，杠杆臂以及因此的能量捕获浮子将被能量转换器偏置到中立位置(使用中的高度)。波浪将导致浮子从其中立位置沿轨道、往复或其他重复路径移动，这将导致杠杆围绕铰接接头旋转，并且能量转换器通过中立位置沿着工作冲程往复移动，从而产生电力。

所示的杠杆装置仅用于说明，并且可以设想管路附接位置、铰链位置和能量转换器附接位置的多种排列，它们仍然在本发明的范围内。

该设备具有水下风暴生存构造，其中整个机器被系泊绞盘拉下到更深的深度，以避免靠近海面的高波浪力。此外，通过将杠杆臂置于向下位置，能量捕获浮子被固定到支架中。这与上述使用中构造中所述的杠杆臂的布置相同。

在风暴构造中，该设备被保护不受到如果机器保持在其运行构造中将会承受的强力，并且该设备的部件无法相对彼此移动，，从而消除了机器部件相互碰撞造成损坏的风险。

第二实施例以与第一实施例类似的方式操作，但使用下杠杆臂和上杠杆臂两者，该下杠杆臂具有连接至平台的铰接接头，该上杠杆臂具有连接至下杠杆臂的铰接接头和连接至能量捕获浮子的铰接接头。

第二实施例的机器以与第一实施例非常相似的方式工作，然而，用杠杆臂代替柔性绳索意味着该系统可以在拉伸和压缩两者下运行，这允许能量捕获浮子中的较低浮力，这继而又减少了驱动组件中的持续负载。

将理解针对第二实施例的其他构造，诸如针对第一实施例描述的那些构造(传输构造、风暴构造)。在风暴构造中，杠杆臂可以折叠在一起，并且浮子可以停靠在平台上或下杠杆臂上的特征(未显示)上。例如，当机器处于其表面或风暴生存构造时，使用停靠位置。

在所示的一些实施例中，杠杆臂是刚性的。将理解其他类似的实施例，其中杠杆臂是柔性的，并且因此可以在该装置中执行弹簧或弹性能量存储构件的功能。

Claims

1.一种被布置成将波浪能量传输到能量转换器的驱动组件，所述驱动组件包括，

波浪能量捕获构件；

致动构件，其与所述波浪能量捕获构件连通并被布置成从所述波浪能量捕获构件传输能量；以及

连接到所述波浪能量捕获构件的杠杆臂，所述杠杆臂可在第一冲程位置和第二冲程位置之间移动以限定工作冲程；

其中，所述杠杆臂被布置成耦合到能量转换器并且还被布置成将能量从所述波浪能量捕获构件传输到所述能量转换器；

进一步其中，所述波浪能量捕获构件被布置成使所述杠杆臂在所述第一冲程位置和所述第二冲程位置之间移动；并且

其中，所述第一冲程位置和所述第二冲程位置限定了所述工作冲程的远端点；所述工作冲程被布置成驱动所述能量转换器。

2.根据权利要求1所述的驱动组件，其中，经由所述杠杆臂围绕支点旋转以限定旋转弧，和/或经由所述杠杆臂的至少一部分的弯曲，发生由所述波浪能量捕获构件引起的所述杠杆臂的移动。

3.根据权利要求2所述的驱动组件，其中，由所述杠杆臂的弯曲而发生所述移动，并且其中所述杠杆臂被布置成一旦由所述波浪能量捕获构件引起所述移动则存储5～50MJ范围内的弹性势能。

4.根据权利要求1、2或3所述的驱动组件，其中，所述杠杆臂通过致动构件耦合到所述波浪能量捕获构件，所述致动构件被布置成从所述波浪能量捕获构件传输能量。

5.根据权利要求4所述的驱动组件，其中，所述致动构件包括选自以下的至少一种：柔性绳索；刚性框架。

6.根据权利要求4或5所述的驱动组件，其中，所述驱动组件包括多个致动构件，每个所述致动构件都耦合到所述波浪能量捕获构件，并且每个所述致动构件还耦合到对应的杠杆臂。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动组件，其中，所述能量捕获构件包括浮力部分。

8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动组件，其中，所述驱动组件被布置成安装到浮力平台上。

9.根据权利要求8所述的驱动组件，其中，所述波浪能量捕获构件被定位在相对于所述浮力平台的上表面的高度处。

10.根据权利要求9所述的驱动组件，其中，所述杠杆臂被布置成移动以在使用中高度和停靠高度之间调整所述高度，所述使用中高度大于所述停靠高度。

11.根据权利要求10所述的驱动组件，其中，通过所述杠杆臂对所述高度的调节独立于所述工作冲程。

12.根据前述权利要求中任一项所述的驱动组件，其中，所述能量转换器包括从以下范围中选择的一种：旋转发电机；线性发电机；液压泵。

13.一种浮力波浪能量转换装置，所述装置包括：

被布置成将波浪能量传输到能量转换器的驱动组件，所述驱动组件包括：

波浪能量捕获构件；以及

14.根据权利要求13所述的浮力能量转换装置，其中，所述驱动组件是根据权利要求1至12中任一项所述的驱动组件。

15.根据权利要求13或14所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述装置还包括被布置成支撑所述驱动组件的浮力平台。

16.根据权利要求15所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述波浪能量捕获构件被定位在相对于所述浮力平台的上表面的高度处。

17.根据权利要求16所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述杠杆臂被布置成移动以在使用中高度和停靠高度之间调整所述高度，所述使用中高度大于所述停靠高度。

18.根据权利要求17所述的浮力波浪能量转换装置，其中，通过所述杠杆臂对所述高度的调节独立于所述工作冲程。

19.根据权利要求17或18所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述浮力平台包括使用中的构造，在所述使用中的构造中所述驱动组件的所述浮力平台和所述波浪能量捕获构件被浸没在一片水域中，并且其中所述杠杆臂被定位在所述旋转弧上，使得所述波浪能量捕获构件被定位在所述使用中高度处。

20.根据权利要求17、18或19所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述浮力平台包括风暴构造，在所述风暴构造中所述浮力平台和所述波浪能量捕获构件被浸没在一片水域中，并且其中所述杠杆臂被定位在旋转弧上，使得所述波浪能量捕获构件被定位在所述停靠高度处。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述浮力平台包括传输构造，在所述传输构造中所述浮力平台漂浮在一片水域的表面上，并且其中所述波浪能量捕获构件被定位在所述停靠高度处。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述装置还包括从所述浮力平台延伸的支架，所述支架被布置成在所述停靠高度处支撑所述波浪能量捕获构件。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的浮力波浪能量转换装置，其中，所述杠杆臂、致动构件和能量捕获构件形成能量捕获组件，并且

其中所述装置还包括偏航机构，所述偏航机构被布置成使所述能量捕获组件围绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线垂直于所述杠杆臂的所述工作冲程。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的浮力波浪能量转换装置，还包括系泊装置，所述系泊装置被布置为将所述浮力平台系在一片水域的河床；并且可选地，其中所述系泊装置被布置成限定所述浮力平台和所述一片水域的河床之间的距离，所述距离是可自由调节的。