CN115244294A - 动力发生器 - Google Patents

Abstract

一种动力发生器(1)，包括盒形本体(10)，其具有容纳第一陀螺装置(20)的内腔(18)，该第一陀螺装置包括第一框架(22)，其围绕第一轴线(AX1)铰接到本体(10)；第一陀螺仪(24)，其由所述第一框架(22)以围绕垂直于所述第一轴线(AX1)的第二轴线(AX2)可旋转的方式承载；第一致动器(26)，其由所述第一框架(22)承载以使所述第一陀螺仪(24)围绕所述第二轴线(AX2)旋转；将旋转机械能转换成电能的第一转换器装置(30)，其机械地联接到所述第一框架(22)；第一转换器装置(30)连接到稳定装置(40)；第二陀螺装置(50)，其包括第二框架(52)，第二框架围绕横向于所述第一轴线(AX1)的第三轴线(AX3)铰接到所述本体(10)。

Description

动力发生器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年12月6日提交的意大利专利申请号102019000023280的优先权，其全部公开通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种动力发生器，特别是电动力发生器。特别地，本发明涉及一种布置为将机械能转换成电动力的电动力发生器。更具体地，本发明涉及一种电动力发生器，其包括至少部分地浸没在液体中的船体，以便将与在所述液体中传播的波浪相关联的运动机械动力转换成电动力。

背景技术

由于与电动力生产的开发相关的可能的经济影响，可重复的自然现象的能量平衡变得越来越成为每天研究的对象。在以下几页中，注意力集中在波浪运动的动力的开发，或大质量的水的那些自发运动，例如由于潮汐、大气的不同区域之间的压力和温度差异、海洋和大洋的相邻区域的盐度。

与波浪运动相关联的动力的开发通常使用发生器进行，该发生器包含设计成将与波浪相关联的机械能转换成电动力的转换器。存在许多类型的所使用的装置，但是通常应当指出的是，它们都适合于开发具有规则定向的波浪，该具有规则定向的波浪由潮汐或恒风引起，例如狂风，或周期性的风，例如季风或简单的微风，其每天伴随太阳的运动。不管与波浪运动强度及其经济相关水平的频率有关的考虑，为了最大化所使用的发生器的动力产出和所进行的投资的快速回报，从波浪运动获得电动力的方式之一是使用系泊在海底或通常由波浪撞击的盆地上的浮体，其中这样的浮体包含在密封腔室内的陀螺仪。系泊的类型必须结合抗拉强度，并且允许浮体根据波列的传播方向定向自身。为此目的，浮体通常具有细长形状或具有船底部的形式；这样，浮体倾向于围绕其自身的横向轴线倾斜或振荡，并且将其自身更容易地定向在波浪传播的方向上。关于陀螺仪，其由框架自由地轴向可旋转地承载，该框架又被浮体以围绕固定轴线自由可旋转的方式承载，该固定轴线通常沿着浮体的纵向轴线定向。当然，框架承载连接到陀螺仪的马达，其功能是保持其以足够的转速旋转，特别是将确定的角力矩与陀螺仪相关联。转换器机械地联接到框架，精确地设计成将框架的振荡机械能转换成电能。围绕浮体的横向轴线的任何振荡产生容纳陀螺仪的框架的旋转，由于陀螺仪自身的运动惯性，陀螺仪倾向于在最短可能的时间内自发地返回到它在平静的海洋条件下将具有的相应的居中位置。

容易理解的是，浮体的纵向轴线与框架的旋转轴线的重合是有用的，因为系泊在船首处的浮体倾向于横向于波列布置，并且在这种情况下，在容纳陀螺仪的框架中引起产生可再生电动力的振荡。

参考现有技术，存在许多通过利用波浪运动产生电能的已知装置，并且在当前公开的专利文献中描述了许多这些装置。其中，有意大利专利0001394899和相应的欧洲专利EP 2,438,293。这些文献中的每一个都描述了一种设置有陀螺仪的装置，其具有联接的致动器，该装置适于在具有随机方向的波浪的条件下产生电能，但是不适于在所发生的波浪同时在不同方向上发生的条件下操作。

专利US 7,906,865描述了一种浮动发生器，其中承载陀螺仪的船体能够最多沿着横向轴线振荡，同时为了稳定性要求，其具有降低的沿着纵向轴线振荡的能力。

专利申请WO2019111040描述了一种发生器装置，其中多个陀螺仪以分布的方式并且沿着浮体的伸展方向成对地承载。后者在船首和船尾处内部具有液体容器，该液体容器通过实际上在船首和船尾之间延伸的管道而设置成液压连通。这些管道还设置有阀，这些阀调节这些液体容器的填充和排空的交替运动，以便优化该浮体相对于波浪运动的振荡。

另一方面，即使上述发生器允许浮体将其定向调节到所发生的波列的方向，这也只能逐渐发生。另一方面，当波浪在不同方向传播并且以非周期频率彼此跟随时，对电能的产生几乎是无益的，更不用说由于使陀螺仪处于这种条件下的框架的非生产性振荡而引起的磨损。简言之，指出这些是典型的“跨海”条件可以是有用的，其容易在限制在平行和几乎不远的海岸之间的海中发展，例如亚得里亚海。

如上所述，在波浪运动通常是“跨越”类型的情况下优化电动力生产的问题目前未被已知的解决方案解决，因此，对于申请人来说，这展示了令人感兴趣的挑战，申请人希望建造以下设备，在平均波浪运动具有基本恒定的方向的情况下和在波浪运动主要是跨越类型的情况下以有益的方式从海浪生产电能。

考虑到上述情况，希望具有一种来自海洋波浪等的电动力发生器，其除了限制和能够克服上述现有技术的典型缺点之外，还为这些类型的设备定义了新的标准。

发明内容

本发明涉及一种动力发生器。特别地，本发明涉及一种布置为转换机械能的能量发生器。更具体地，本发明涉及一种能量发生器，其包括至少部分地浸没在液体中的船体，以便转换成与在所述液体中传播的波浪相关联的运动机械动力。

上述问题通过根据以下权利要求中的至少一个权利要求所述的本发明来解决。

根据本发明的一些实施例，动力发生器制成为包括盒形本体，该盒形本体设置有设计成通过至少一根线缆连接到地面的钩构件；所述本体具有容纳第一陀螺装置的内腔，该第一陀螺装置包括第一框架，该第一框架围绕第一轴线铰接到所述本体；第一陀螺仪，其由所述第一框架以围绕垂直于所述第一轴线的第二轴线可旋转的方式承载；第一致动器，其由所述第一框架承载以使所述第一陀螺仪围绕所述第二轴线旋转；旋转机械动力的第一转换器装置，其机械地联接到所述第一框架；所述第一转换器装置电连接到稳定装置；第二陀螺装置，其包括第二框架，该第二框架围绕横向于所述第一轴线的第三轴线铰接到所述本体。

有效地，第二陀螺仪由所述第二框架以围绕垂直于所述第三轴线的第四轴线可旋转的方式承载。

在本发明的一些实施例中，所述发生器包括与所述第二陀螺仪相关联的第二致动器，以保持第二陀螺仪以确定的方式围绕所述第四轴线旋转；用于将旋转机械动力转换成电动力的第二装置，其以成角度固定的方式联接到所述第二框架；所述第二转换器装置电连接到所述稳定装置。

根据本发明的可能的构造变型，电能存储装置电连接到所述稳定装置。

在一些情况下，所述本体相对于横向于所述第一轴线和第三轴线的第五轴线轴向对称。

在其它情况下，所述本体在外部与装置配合，这些装置在俯视图中成形为类似圆冠拱形且设计成在液体中漂浮。

替代地，发生器可以包括刚性地连接到所述本体的翼装置，以在气态流体中漂浮。

有利地，所述翼装置可以包括通过至少一个栓系杆连接到所述本体的风筝。

附图说明

根据本发明的发生器的其它的特征和优点将从以下参考附图示出的描述变得更清楚，附图示出了至少一个非限制性实施例，其中发生器本身的相同或对应的部件由相同的附图标记表示。特别是：

图1是根据本发明的发生器的三维示意图；

图2是图1的发生器的放大比例的俯视图，其中上部被省略，并且为了清楚起见去除了一些部件；

图3是图2的中心部分的放大侧视图，其中为了清楚起见，去除了一些部件；

图4是图1的放大比例的轴向剖面侧视图；

图5是图1的实施例的变型的放大比例的轴向剖面侧视图；以及

图6是图1的变型的示意图。

具体实施方式

在图1中，1整体地表示根据本发明的电动力发生器1的示例。所述发生器1包括设置有地面参考装置12的盒形本体10，参考图4和图5，该地面参考装置包括设计成通过至少一根线缆14连接到地面的钩构件12'。本体10具有容纳第一陀螺装置20的内腔18。参考图3，装置20包括具有基本呈菱形的形状的第一框架22，该第一框架设置有沿相应的对角线向外延伸的相应的第一相同的突起22’。第一框架22通过第一突起22’围绕固定到本体10的第一轴线AX1铰接到本体10，其中该轴线AX1相对本体10是径向的，并且因此横向于轴线AX0，在附图中轴线AX0为中心的和竖直，盒形本体10沿着该轴线AX0伸展，而不由此限制本发明的范围。装置20还包括第一陀螺仪24，其由第一框架22以围绕垂直于第一轴线AX1的轴线AX2可旋转的方式承载。发生器1还包括根据另外的对角线由第一框架22承载的第一致动器26，以控制第一陀螺仪24围绕第二轴线AX2的旋转。此外，发生器1包括将旋转机械动力转换成电动力的第一转换器装置30，其以成角度地刚性且轴向固定的方式机械地联接到框架22。第一转换器装置30电连接到稳定装置40，该稳定装置允许通过利用顺时针和逆时针波动来产生电动力。另一方面，稳定装置40电连接到电池60或任何其它电能存储装置，或者直接地或通过转换器连接到电流分配网络。

特别参考图2、图3和图4，发生器1还包括第二陀螺装置50，其包括第二框架52，在本实施例中认为该第二框架与第一框架22基本相同，而不因此限制本发明的范围。特别地，第二框架52具有基本呈菱形的形状、设置有沿相应的对角线向外延伸的相应的第一相同的突起52'，并且与第三轴线AX3同轴，该第三轴线AX3对于本体10是径向的且固定的、横向于第一轴线AX1并且横向于轴线AX0。第二框架52围绕第三轴线AX3铰接到本体10，并且以围绕垂直于第三轴线AX3的第四轴线AX4可旋转的方式承载第二陀螺仪54。

与第二装置50相关联，类似于第一装置20，发生器1包括第二致动器56，该第二致动器根据另外的对角线由第二框架52承载，以保持陀螺仪54以确定的方式围绕第四轴线AX4旋转。发生器1还包括将旋转机械动力转换成电动力的第二转换器装置32，其以成角度地刚性且轴向固定的方式联接到第二框架54。第二转换器装置32还电连接到稳定装置40，以向电池60供应电动力。

特别参考图1和图2，本体10在外部与装置100配合，这些装置在俯视图中成形为类似圆冠拱形并且由漂浮材料制成，以便增加发生器1的外部体积，并且因此增加其甚至在特别恶劣的海洋条件下在液体中漂浮的能力，以从波浪运动吸收更多能量并且减小其在波浪扰动的推力下进行振荡的阻力。

根据以上所述，可以容易地理解发生器1的使用，并且不需要进一步的解释。另一方面，以下规定是有用的，考虑到发生器1的本体10通过系泊线缆14连接到海底，“跨海”的波浪运动将使该本体10产生围绕AX1和AX3两个轴线的运动，而没有考虑与波浪运动相关的运动的竖直分量的情况，将引起第一陀螺装置20和第二陀螺装置50相对于这些轴线的振荡，影响其操作，并且因此将激活相应的第一转换器装置30和第二转换器装置32，结果是它们将产生电动力，稳定装置40将转换该电动力，使得根据发生器1的设计规范向电池60或直接向电网供应。

此外，以下添加的描述被考虑为是有用的，在图2、图3和图4中，第一陀螺装置和第二陀螺装置20和50示为处于静止状态，其中轴线AX2和AX4与相对于本体10固定的轴线AX0重合。容易理解，假定水体从不静止，该操作条件几乎是不可能的，使得发生器1的框架22和52将实际上总是振荡以基本连续的方式产生电动力，而不管所发生的波浪的方向如何。

另一方面，以下规定是有用的，第一致动器26和第二致动器56可以是具有固定转速或具有可调节的转速的类型。在该第二种情况下，相应的速度可以瞬时调节成，使得帮助改变相应的第一陀螺仪24和第二陀螺仪54的角动量，以便参与到稳定装置40的电动力流的转换和/或稳定。

最后，很明显，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以对这里描述和示出的发生器1进行修改和变化。

例如，可以想到使两个陀螺装置20和50中的至少一个具有相对于本体10可自由旋转的相应的第一框架或第二框架22/52。只要第一框架22和第二框架52各自的旋转轴线AX1和AX3中的至少一个自身可围绕轴线AX0自由地定向，则该构造类型将允许使至少一个陀螺装置与具有不同的方向和/或频谱的特性的波浪分量相协调。特别地，在单向主导气候的情况下，能够使陀螺装置20和50中的至少一个相对于轴线AX0可旋转将允许定向轴线AX1和AX3中的至少一个，以将发生器1的所有波浪提取能力集中在单个波浪上。图5中示出了这种实施例的示例，其中陀螺装置20和50通过支撑体由本体10承载，支撑体围绕轴线AX0或平行于该轴线可旋转。

在这点上，在图5中，第一框架22和第二框架52通过相应的第一支撑体23和第二支撑体53由本体10围绕相应的轴线AX0可旋转地承载，该第一支撑体和第二支撑体与相应的第一突起22’和第二突起52'接合。这些支撑体23和53中的每一个包括由本体10永久承载的第一基部25和第二基部55以及分别可旋转地联接到第一基部25和第二基部55的第一叉部27和第二叉部57，这样，在没有根据本体10内的主波浪的运动方向的其它应力的情况下，第一陀螺装置20和第二陀螺装置50根据不同且独立的方向自由地定向自身。另一方面，如果希望调节陀螺装置20和50的旋转，则可以想到为它们配备具有电子控制器的与轴线AX0同轴或至少与其平行的相应的第三致动器29和第四致动器59，其中所述致动器29和59可以由控制单元111的信号电子地操作，精确地用于相对于本体10按照意愿地定向第一陀螺装置20和第二陀螺装置50，以便在单向主导气候的情况下通过这种装置将发生器1的所有波浪提取能力集中在单个波浪上。

以已知的且未示出的方式，控制单元111将能够集成针对六个自由度的本体10的一系列运动传感器，以便能够评估所发生的波浪气候的统计平均参数并且通过例如神经网络和AR算法进行波浪的预测，以便在不需要外部工具的情况下使运动适应于条件，从而增加系统的可靠性。当然，控制单元111又可以是管理系统的一部分，该管理系统例如但不限于借助于测波仪浮标和海洋气象预报系统记录波浪气候的信息，并且接收这种信息以调节陀螺装置20和50中的至少一个的定位。

另一方面，控制单元111可以可操作地设计成通过已知且未示出的相应管理系统作用于稳定装置40、第一致动器26和第二致动器56以及第三致动器和第四致动器29和59，以便实现参考目标。作为非限制性示例，目的可以是最大化由发生器1产生的动力、稳定发生器1所连接的电网、稳定本体10、最大化发生器1的工作寿命。

此外，根据另一可能的构造变型，以下规定是有用的，在不脱离本发明的保护范围的情况下，通过将陀螺装置并排定位，例如通过将陀螺装置对放置成径向模式(其中轴线正交于轴线AX0)，来允许在本体10内增加陀螺装置20和50的数量的可能。

此外，参考图6，发生器1可以分解，并且构件100可以移除以将本体10以刚性方式连接到翼装置70，以便使其适于漂浮在气态流体64中。

仍然根据图6，翼装置70可以有利地在空中自由飞行，并且为此目的，包括通过至少一个栓系杆74连接到本体10的风筝72。风筝72的展开将在本体10上产生与图1-图4中通过任何类型的波浪运动在本体10上产生的应力类似的应力。

以下规定可以是有用的，关于这点，描述已经涉及到效果是产生电动力的能量转换。另一方面，发生器1可以用于产生以液压能的流或气动能的流形式的机械功，而不会因此脱离本发明的保护范围。为此，容易理解，第一致动器26和第二致动器56、第三致动器29、第四致动器59、第一转换器装置30和第二转换器装置32、稳定装置40和电池60必须用能够管理流体动力或液压性质的能量流的等效装置来替换。

最后，除了钩构件12’和相应的线缆14之外或相对其替代地，参考装置12可以包括GPS接收器120(在图4中示出在本体10的顶部上)，其允许，以允许其连续地理可用性的方式在地理上识别发生器1的瞬时位置。这种类型的解决方案允许发生器1是自由漂浮类型的发生器，类似于用于测量关于在专门由风和流动限定的路线上的自由循环中的海洋的状况的数据的浮标。

根据以上所述，上述两种形式中的任何一种形式的发生器1以简单且经济的方式解决了上述技术问题，可有效地用于恶劣的海洋或特别是湍流风中。

Claims (22)

1.一种动力发生器(1)，包括盒形本体(10)，其具有容纳第一陀螺装置(20)的内腔(18)，所述第一陀螺装置包括第一框架(22)，所述第一框架通过与第一轴线(AX1)同轴的相应的第一突起(22')围绕所述第一轴线(AX1)铰接到所述本体(10)；第一陀螺仪(24)，其由所述第一框架(22)以围绕垂直于所述第一轴线(AX1)的第二轴线(AX2)可旋转的方式承载；第一致动器(26)，其由所述第一框架(22)承载以使所述第一陀螺仪(24)围绕所述第二轴线(AX2)旋转；旋转机械能的第一转换器装置(30)，其机械地联接到所述第一框架(22)；所述第一转换器装置(30)连接到稳定装置(40)；其特征在于，包括第二陀螺装置(50)，其包括第二框架(52)，所述第二框架通过与第三轴线(AX3)同轴的相应的第二突起(52')围绕横向于所述第一轴线(AX1)的所述第三轴线(AX3)铰接到所述本体(10)。

2.根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述第二陀螺装置(50)包括第二陀螺仪(54)，所述第二陀螺仪由所述第二框架(52)以围绕垂直于所述第三轴线(AX3)的第四轴线(AX4)可旋转的方式承载。

3.根据权利要求2所述的发生器，其特征在于，包括第二致动器(56)，其与所述第二陀螺仪(54)相关联，以保持所述第二陀螺仪以确定的方式围绕所述第四轴线(AX4)旋转；第二机械转动能量转换器装置(32)，其以成角度固定的方式联接到所述第二框架(54)；所述第二转换器装置(30)连接到所述稳定装置(40)。

4.根据权利要求3所述的发生器，其特征在于，包括连接到所述稳定装置(40)的能量存储装置(60)。

5.根据权利要求3或4所述的发生器，其特征在于，所述第一致动器(26)和第二致动器(56)中的至少一个是具有可调节的转速的类型。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的发生器，其特征在于，所述第一轴线(AX1)和所述第三轴线(AX3)中的至少一个固定至所述本体(10)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的发生器，其特征在于，所述第一轴线(AX1)和所述第三轴线(AX3)中的至少一个相对于横向于所述第一轴线(AX1)和所述第三轴线(Ax3)的第五轴线(AX0)可旋转。

8.根据权利要求7所述的发生器，其特征在于，包括用于所述第一框架(22)的第一支撑体(23)，其中所述第一支撑体(23)包括由所述本体(10)永久承载的第一基部(25)和由所述第一基部(25)围绕所述第五轴线(AX0)可旋转地支撑的第一叉部(27)；所述第一叉部(27)通过所述第一突起(22')承载所述第一框架(22)。

9.根据权利要求8所述的发生器，其特征在于，所述第一支撑体(23)包括电子控制的、与所述第五轴线(AX0)同轴或平行的第三致动器(29)；控制单元(111)连接到所述第三致动器(29)以按照意愿地调节所述第一叉部(27)相对于所述本体(10)的定向。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的发生器，其特征在于，包括用于所述第二框架(52)的第二支撑体(53)，其中所述第二支撑体(53)包括由所述本体(10)永久承载的第二基部(55)和由所述第二基部(55)围绕所述第五轴线(AX0)可旋转地支撑的第二叉部(57)；所述第二叉部(57)通过所述第二突起(52')承载所述第二框架(52)。

11.根据权利要求10所述的发生器，其特征在于，所述第二支撑体(53)包括电子控制的、与所述第五轴线(AX0)同轴或平行的第四致动器(59)；所述控制单元(111)连接到所述第四致动器(59)以按照意愿地调节所述第二叉部(57)相对于所述本体(10)的定向。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的发生器，其特征在于，包括针对六个自由度的所述本体(10)的多个运动传感器，所述多个运动传感器电子地连接至所述控制单元(111)以评估发生到所述本体(10)的波浪气候的平均统计参数。

13.根据权利要求12所述的发生器，其特征在于，所述控制单元(111)是管理系统的一部分，所述管理系统设计成借助于测波仪浮标和海洋气象预报系统记录关于波浪气候的信息。

14.根据权利要求7至12中任一项所述的发生器，其特征在于，所述控制单元(111)与所述稳定装置(40)连接、与所述第一致动器(26)连接以及与所述第二致动器(56)连接。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的发生器，其特征在于，所述第一转换器装置和所述第二转换器装置(30、32)以及所述稳定装置(40)构造为管理电动力、液压能或气动能的流。

16.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述本体(10)相对于横向于所述第一轴线(AX1)和第三轴线(Ax3)的第五轴线(AX0)轴向对称。

17.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，所述本体(10)在外部与装置(100)配合，所述装置在俯视图中成形为类似圆冠拱形且设计成在液体中漂浮。

18.根据权利要求1至16中任一项所述的发生器，其特征在于，包括刚性地连接到所述本体(10)的翼装置(70)，以漂浮在气态流体中。

19.根据权利要求18所述的发生器，其特征在于，所述翼装置(70)包括通过至少一个栓系杆(74)连接到所述本体(10)的风筝(72)。

20.根据前述权利要求中任一项所述的发生器，其特征在于，包括联接至所述本体(10)的地面参考手段(12)。

21.根据权利要求20所述的发生器，其特征在于，所述地面参考手段(12)设计成通过至少一根线缆(14)将所述本体(10)连接到地面。

22.根据权利要求1至20中任一项所述的发生器，其特征在于，所述地面参考手段(12)包括由所述本体(10)带来的GPS接收器装置(120)，用于相应的地理可用性。

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