JP2013532801A - 波の動きを介してエネルギーを生成するシステム - Google Patents

波の動きを介してエネルギーを生成するシステム Download PDF

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Abstract

グランドプレーン及び外力に対してマスの自然周波数をチューニングすることで、エネルギーを生成するシステムおよびその方法。いくつかの実施形態において、外力は波の作用である。システムは、グランドプレーンに対して移動可能な第1のマスを有し、外力がグランドプレーンに対する第1のマスの振動を誘発する。第2の可動マスは、第1の可動マスによって保持され第1の可動マスに対して移動可能である。第2の可動マスは、第1のマスに対する第2の可動マスの位置を変動させることで、結果、運動エネルギーを生成する。システムは、波の自然周波数に対して種々のコンポーネントの周波数を調整またはチューニングする。相対移動によって生成されるエネルギーは、電気エネルギーを含む、種々のエネルギー形態へ変換され得る。

Description

発明の詳細な説明
[関連出願の相互参照]
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2008年12月15日に出願された米国特許出願番号第12/316,772号、2005年11月7日に出願された米国仮特許出願番号第60/734,203の優先権主張をする2006年11月7日に出願され、既に放棄された米国特許出願番号第11/593,895の一部継続出願である2008年3月27日に出願された米国特許出願番号第12/079,591号、の一部継続出願である。
[発明の分野]
本発明は、電気を生成するシステムおよび方法である。より詳細には、本発明は、プラットフォーム上で波の動きによって電気を生成するシステムおよび方法である。
[背景技術]
大きな水塊の局所的な水の動きによる水力から、電気を生成するいくつかの手法が存在する。たとえば潮の干満、風、または重力を受けて移動する水は、陸地に固定された大型装置のある種のタービン、ドア、または他の部品を移動させる水力として使用されてきた。この手法は、装置を陸地に固定するときに困難さがあり、また海洋が腐食性であり、海洋内の小さな砂粒子が過剰の摩耗を引き起すために、費用がかかり、非常に効率的というわけではなく、故障し易い。
2つの豊富な天然資源である風および水の電力密度は非常に低い。風は、100MPHを超えて吹いてやっと、立っている人を吹き倒し、人がたとえ大きな海洋波に浮遊している場合でも、水は低密度の液体であるため、波の力は人のそばを流れ過ぎる。人は、波のエネルギーを感じることができるが、道路に立って、風または水と同じ速度で進むバスによって衝突されることと比較して、その力は微小である。力は、物体の密度に物体が進む速度を掛けた値に等しいため、風および水のような非常に低密度の物質は、非常に良好なエネルギー資源とはならない。その理由は、大型水力プロジェクトなどの風および水用のエネルギープロジェクトのスケールが、極端に大きくかつ高価でなければならず、また、私たちの地球に広範な環境的影響を及ぼし得るからである。
私たちの地球のために、豊富で再生可能で炭素を生成せずに安価なエネルギーを生成する解決策は、私たちの地球上の最も豊富な資源である低密度の風および/または水を使用して、石炭火力発電所または原子力発電所のエネルギーのような高電力密度エネルギーを生成する方法を考え出すことである。
残念ながら、波から電力を生成するという過去の試みは、関係する種々の自由度を理解することができず、したがって、非効率的であった。さらに、一部のシステムは、比較的静かな海の状態においてさえも逸脱するコンポーネントによって不安定であった。
[発明の要約]
本発明は、波の動きによって電気を生成し、グランドプレーンに対してマス(mass)をチューニングするシステムおよび方法である。浮遊プラットフォーム、船体、および他のコンポーネントは、グランドプレーンに対して可動である第1のマスを形成する。外力、波の振動は、グランドプレーンに対する第1のマスの振動を誘発する。第2の可動マスは、船体によって保持され、船体に対して可動である。第2の可動マスは、船体に対する第2の可動マスの位置の変動の結果として運動エネルギーを生成する。メカニズムは、ある実施形態において、第1のマスに対して動く第2のマスの運動エネルギーを電気に変換する。システムは、種々のコンポーネントによって船体に対して第2のマスをチューニングし、生成されるエネルギーを増加させる。
一実施形態では、振り子からエネルギーを生成するシステムは、保持点と曲面とを有するベースを含む。振り子は、連結点と、その連結点から間隔のある曲面とを有する。振り子の連結点はベースの保持点に旋回可能に設けられる。システムは、磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置を有するエネルギー抽出システムを備え、コイル装置に対する磁場装置の移動がコイル装置における電流の流れを生成する。磁場装置は曲面の一方によって保持される。コイル装置は曲面の他方によって保持される。
一実施形態では、ベースは水塊の波に対して移動可能であり、波の水はベースに水力を働かせる。振り子は、生成されたエネルギーを増やし、生成されたエネルギーを制御するために、波の波自然周波数に対する振り子の自然周波数をチューニングするために調整可能である。
一実施形態では、ベースが、水塊の一部を変位させる部分を有する浮遊プラットフォームを備える。ベースおよび複数のコンポーネントが第1の可動マスを形成し、振り子が第2の可動マスを保持する。第2の可動マスと第1の可動マスとが重さを有する。アルキメデスの原理が、増加した変位によって第2の可動マスの重さが増えることを許容することで、電気密度とエネルギーとが増える。
一実施形態では、ベースおよび複数のコンポーネントが第1のマスを形成し、振り子が第2のマスを保持する。第1のマスが波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有する。第2のマスが第1の自然周波数および波自然周波数に対して調整可能な振り子自然周波数、第2自然周波数を有する。システムは、マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に、マスの少なくとも一つのチューニングを調整するための、アクティブチューニングシステムをさらに有する。
一実施形態では、磁場装置は振り子によって保持される。コイル装置はベースの曲面によって保持される。コイル装置は、別体で区別され、電流の流れを生成させることができる複数のコイルを有する。
一実施形態では、ベースの曲面は相補的エネルギー抽出装置の一方を有する少なくとも一つのトラックである。振り子はトラックをはめ込む取り付け装置を有する。取り付け装置は曲面を有し、取り付け装置は相補的エネルギー抽出装置の他方を有する。
一実施形態では、ベースの曲面は、相補的エネルギー抽出装置の一方を有する少なくとも一対のトラックを備える。一実施形態では、ベースの曲面は球体の一部である。振り子は、振り子が面外回転しても良いように、連結点に連結される。一実施形態では、 振り子は360度回転可能である。一実施形態では、振り子の連結点は磁気軸受けである。
一実施形態では、水塊の波に対してチューニングされるプラットフォームからエネルギーを生成するシステムは、水塊の波の水力を使う。システムは、曲面を有するプラットフォームを備える。システムの振り子は、プラットフォームと端点とによって保持される連結点を有する。振り子は、プラットフォームに対して移動可能な調整可能マスを有する。端点および調整可能マスは、曲面を定義する曲線軌道に沿って移動可能である。システムは、磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置を備えるエネルギー抽出システムを備える。コイル装置に対する磁場装置の移動が、コイル装置における電流の流れを生成する。磁場装置は曲面の一方によって保持される。コイル装置は曲面の他方によって保持される。
一実施形態では、プラットフォームの曲面は、相補的エネルギー抽出装置の一方を保持する少なくとも一つのレールを含む。振り子の端点は、少なくとも一つのレールに沿って移動する少なくとも一つのガイドを有し、少なくとも一つのガイドは相補的エネルギー抽出装置の他方を保持する。
一実施形態では、プラットフォームは船体と釣り合いマスとを有する。釣り合いマスは船体に対して位置調整可能である。
一実施形態では、プラットフォームおよび複数のコンポーネントが第1の可動マスを形成し、振り子が第2の可動マスを保持する。第1の可動マスが波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有する。第2の可動マスが第1の自然周波数および波自然周波数に対して調整可能な第2の自然周波数を有する。システムは、マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に、マスの少なくとも一つのチューニングを調整するためのアクティブチューニングシステムをさらに有する。
一実施形態では、浮遊プラットフォームが、水塊の一部を変位させる部分を有する。第2の可動マスと第1の可動マスとが重さを有する。アルキメデスの原理が増加した変位によって第2の可動マスの重さが増えることを許容することで、電気密度とエネルギーとが増える。
一実施形態では、アクティブチューニングシステムは、プラットフォーム内に複数のバラストタンクを有する。メカニズムは、マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に、第1の可動マスのチューニングを調整するために、タンク間でバラストを移動させる。
振り子の移動からエネルギーを生成する方法において、その方法は、ベースによって保持される連結点を有する振り子を含む。振り子は、ベースに対して移動可能な調整可能マスを動かすことでチューニングされる。システムは、プラットフォームに対する振り子の移動からエネルギーを抽出し、磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置が存在する。コイル装置に対する磁場装置の移動がコイル装置における電流の流れを生成する。
一実施形態では、水の中の波に対してチューニングされる装置からエネルギーを生成するシステムが、水の中の波の水力を使う。装置は波に対して移動可能である。波の水は、装置に水力を作用させる。メカニズムが、波の波自然周波数に対して装置の自然周波数をチューニングし、生成されるエネルギーを増やす。
一実施形態では、メカニズムが、装置の運動エネルギーを他の形態のエネルギーへ変換する。一実施形態では、波が装置に直接力を働かせる。一実施形態では、装置は、少なくとも一つの調整可能装置を有する浮遊プラットフォームである。
一実施形態では、少なくとも一つの調整可能装置は、浮遊プラットフォームの下に位置し、浮遊プラットフォームに対して位置調整可能である釣り合いマスを含む。
一実施形態では、プラットフォームおよび複数のコンポーネントが第1の可動マスを形成する。システムは、第2の可動マスを保持する振り子を含む。第1の可動マスが波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有する。第2の可動マスは、第1の自然周波数および前記波自然周波数に対して調整可能な第2の自然周波数を有する。アクティブチューニングシステムは、マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に、マスの少なくとも一つのチューニングを調整する。
一実施形態では、波が装置に間接的に力を及ぼす。一実施形態では、装置は、浮遊プラットフォームに旋回可能に取り付けられたマスである。
本発明のこれら局面は、排他的であるわけではなく、当業者が、以下の記載内容、添付の請求の範囲、および添付の図面と併せて解釈する際に、本発明の他の特徴事項、他の局面、および他の利点が、当業者には容易に発見できる。
本発明の上記及び他の特徴事項と利点が、添付の図面を参照しつつ、以下の詳細な実施形態の記載を解釈する際に、より理解される。
浮遊プラットフォームの略図である。 波によって生成される反転傾斜平面の略図である。 図2に示す波によって生成される傾斜平面の1つを組み込む船の略図である。 図3に示す船の傾斜平面上の可動マスの略図である。 図3に示す船の傾斜平面上の転がり円柱の略図である。 2つの実質的に円柱のマスからなるマスの図である。 マスを有するユニットの様々な図である。 図3に示す船の傾斜平面上のホイール付き転がり車両の略図である。 図3に示す船の傾斜平面上の可動液の略図である。 図3に示す船の傾斜平面上の電磁的に懸垂保持されたマスの略図である。 浮遊プラットフォームの代替の実施形態の略図である。 波上の図10の浮遊プラットフォームの略図である。 チューニングされた種々の要素を有する図10の浮遊プラットフォームの略図である。 システムの種々の要素の自然周波数、およびシステムの1つの実験動作についての電気出力のグラフである。 転がりマスを有するユニットを備えるトラックの等角図である。 代替の浮遊プラットフォームの斜視図である。 図15の浮遊プラットフォームの正面断面図である。 図15の浮遊プラットフォームの側断面図である。 それぞれ、マスのチューニングを示す浮遊プラットフォームの略側面図および正面図である。 マスのチューニングのための制動を示す浮遊プラットフォームの略側面図である。 制動メカニズムを有する揺動マスのチューニング後の、浮遊プラットフォームの略側面図である。 代替の浮遊プラットフォームの正面断面図である。 図20の浮遊プラットフォームの側断面図である。 代替の浮遊プラットフォームの斜視図である。 図22の浮遊プラットフォームの側断面図である。 図23Aの領域23Bに沿った拡大図である。 図22の浮遊プラットフォームの正面断面図である。 図22の浮遊プラットフォームの上面図である。 エネルギープロファイルのグラフ表示である。 アクティブバラストシステムを有する代替の浮遊プラットフォームの破断面の斜視図である。 制御システムの略図である。 代替の浮遊プラットフォームの側断面図である。 図29の浮遊プラットフォームの上面図である。 代替の浮遊プラットフォームの側断面図である。 図31の浮遊プラットフォームの上面図である。 代替の実施形態の断面図である。
[詳細説明]
地球の表面の2/3は水に覆われている。地球の人口の3/4は、海洋または他の大水域のすぐ近くに生きている。これらの人々の全てが電気を必要とする。
海洋または他の大水域(以降、一括で「海洋(Ocean)」)の表面上を吹く風は、風エネルギーを波エネルギーに効率的に変換する。本発明は、海洋上の波エネルギーを、低コストで、効率的で、安定的で、クリーンな電気に変換するシステムである。
2組のマスの振動的移動をチューニングすることにより、水などの低密度物質からのエネルギーを運動エネルギーに変換することによってエネルギーを生成するシステムおよび方法である。チューニング可能なシステムを駆動するエネルギーは、波の振動的運動から得られる。
図1を参照して、波がない水塊18上の浮遊プラットフォーム22、トラック24、および、転がりエネルギー生成マスであるマス26、を有するシステム20が示される。浮遊プラットフォーム22は、上部表面30、底部表面32、前端34、および後端36を含む船体28を有する。船体は、浮力区画38およびエネルギー生成部40を有する。トラック24およびマス26は、以下でより詳細に説明されるようにエネルギー生成部40内に位置する。
波エネルギーは、波の水の水力を介して、有用な機械エネルギーに変換されることができ、浮遊プラットフォーム22を一連の傾斜平面として働かせる。図2Aおよび2Bを参照して、浮遊プラットフォーム22は、波46の峰44に対して2つの位置にあるのが示される。簡潔にするために、浮遊プラットフォーム22は、プラットフォーム22全体が水18の上にある状態で示される。図10に関して以下で説明されるように、浮力および水の変位のために、プラットフォーム22は部分的に水の下にあることになることが理解される。
さらに図2Aを参照して、上部表面30、底部表面32、前端34、および後端36を有する浮遊プラットフォーム22が示される。波46の峰44がプラットフォーム22の前端34に達すると、水の水力が、後端36に対して前端34を隆起させ、傾斜平面を生成する。波46の峰44がプラットフォーム22の下を通過するにつれて、水の水力はもはや前端34を隆起させず、前端34は、今や、後端36に対して、波46の窪み48に落ちる。
図2Bを参照して、前端34は、浮遊プラットフォーム22の後端36に対して窪み48に落ちている。水の水力は、今や、前端34に対して後端36を隆起させ、別の傾斜平面を生成する。この説明のために、最初に、その前端がその後端より高い状態であり、次に、その前端がその後端より低い状態である傾斜平面は、互いの逆転として述べられることになる。そのため、移動する波の動きは、一連の傾斜平面をもたらし、任意の所与の傾斜平面は、波に先行する傾斜平面と波に続く傾斜平面との両方の反転となる。
波の移動方向と、波の移動を横切る方向の両方において平坦である底部32を有する浮遊プラットフォーム22は、丸形状またはV形状と対照的に、より効率的な傾斜平面であることが留意されるべきである。前端34(船首)から後端36(船尾)まで浮遊プラットフォームによって形成される傾斜平面の長さが増加され得ることも留意されるべきである。1つの方法は、エネルギー生成部40を隆起させることによるものであり、エネルギー生成部40は、図3に示すように、その船体28に対する船の甲板22が慣例的にそうであるように、角度付き船体の場合の、プラットフォーム22の底部表面32に対するプラットフォーム22の上部表面30として示される。
一連の移動する波のエネルギーは、船の船体上で、波の水の水力によって形成される一連の反転傾斜平面をマスが下方移動することによって機械エネルギーに変換される。以下で論じるように、マスは、固体であっても、液体であってもよく、当業者に知られているいくつかの形態のいずれか一つの形態をとってもよい。図4Aを参照して、波の峰44は、船54の船首52を船尾56(後端36)に対して隆起させるとき、トラック24の傾斜平面58を生成する。重力は、その後、マス26に、船首52から船尾56へと傾斜平面58を下方移動させる。波46の峰44が船54の下を通過するにつれて、船54の船首52は、船尾56に対して波46の窪み48に沈み、図4Bに示す反転傾斜平面を生成する。重力は、今や、マス26に、船尾56から船首52へとトラック24の反転傾斜平面58を下方移動させる。これらの原理を使用する船は、波の移動の方向を横切るように配置されてもよく、マスに、船の一方の側から他方の側へと反転傾斜平面を下方移動させること、が留意されるべきである。
傾斜平面を下方移動するマス26が大きければ大きいほど、生成される機械エネルギーが大きい。波46は、連続的に反転傾斜平面を生成し、マス26に、船首から船尾への移動、及び、船首へ戻る移動を連続的に繰返させるため、このエネルギー源は再生可能であることが留意されるべきである。
マスが一連の反転傾斜平面を下方移動するエネルギーは、既知の手段で発電機を用いて電気エネルギーに変換される。1フィートポンド力/秒は、1.356ワットの電気に等しいため、1.0秒で1.0ポンドを1.0フィートの距離だけ移動させるのに必要とされる力の量は、1.356ワットの電気に等しい。例として、マスが傾斜平面を下方移動することによって生成される100,000フィートポンド力/秒は、135,600ワットの電気に等しい。移動する波の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する手段の好ましい実施形態は、以下で述べられるが、当業者に知られている他の手段が利用可能である。
図5を参照して、適した、好ましくは高密度の固体材料の円柱60、または、適した、好ましくは高密度の液体が充填された中空円柱が、図示されるマス26である。円柱60は、船54の甲板64上のレール62で形成されたトラック24を転がり下りる。トラック24のレール62は、船54の船首52から船尾56へ傾斜平面58を形成する。トラック24のレール62は、傾斜平面58を形成する甲板の大きな表面上で転がる円柱60よりもむしろ、表面積を減少させることによって摩擦を最小にし、円柱60をより速く転がらせ、それにより、より多くの機械エネルギーを生成する。スプロケットおよびチェーンまたは同様な手段(図示せず)は、円柱60が、転がるというよりは、トラック24を滑り降りるのを防止するために使用され得る。
さらに図5を参照して、ベルトドライブ68が、円柱60の円周の周りに締結され、発電機72の軸70に取付けられる。円柱60は、トラック24を転がり下りるにつれて、発電機72の軸70を回転させ、電気を生成する。円柱60の1分当たりの回転は、発電機72の軸70および円柱60の直径を変えることによって、または、ギアおよび当業者に知られている他の手段を使用することによって、制御され得る。
図5に同様に示すように、円柱60が傾斜平面54の端部に達するとき、円柱60が依然として転がっている場合、停止するまで円柱40をトラック24の半径76を転がり上がらせることによって、残留機械エネルギーが一時的に貯蔵され得る。傾斜平面54が反転すると、マス26は、半径76を最初に下がるように進み、反転傾斜平面を下がるように転がる前に、貯蔵された機械エネルギーが放出される。あるいは、マス26が傾斜平面54の端部で依然として転がる場合、当業者に知られている制動デバイス(図示せず)を通して電気が生成されることができ、制動デバイスは、マス26を停止させるときに電気を一緒に生成する。
図6Aを参照して、マス26は、フレーム86によって接続された2つの実質的に円柱のマス82および84を有するユニット80で形成される。ベルトドライブ88は、円柱マス82の一つの延長部上のスプロケット90、および、発電機96の軸94上のスプロケット92に接続される。円柱マス82および84が、図5のような反転トラック24を転がり下りると、マス82は、発電機96の軸94を回転させ、電気を生成する。
図6Aに示す本発明のプロトタイプは、円柱マス82および84ならびにフレーム86のカスタムステンレス鋼構造を備える。ベルトドライブ88およびタイミングギア(図示せず)は、ニューヨーク州ニューハイドパーク(New Hyde Park, New York)のStock Drive Productsから購入され、また、発電機は、バーモント州ノースフェリスバーグ(North Ferrisburgh, Vermont)のWindstream Power,LLCから購入される低RPM永久磁石DC発電機である。
図6B〜6Dを参照して、円柱マス82および84を有するユニット80が示される。
本発明によって生成される電気は、たとえば電気が生成される船上の電池に貯蔵されることができ、または、その生成と同時に、水中ケーブルを通して送電網に伝送されることができる。
別の好ましい実施形態は図7に示される。この実施形態では、ホイール付き車両100は、トラック104上の傾斜平面102を転がり下りる。可動車両の機械エネルギーは、車軸に取付けられたベルト(図示せず)またはホイール付き車両100のホイールによって発電機の軸を駆動することによって電気に変換される。あるいは、効率的ではないが、ホイール付き車両100の直線運動が、回転運動に変換されて、スクリュードライブまたは当業者に知られている他の手段によって発電機が駆動される。この手法はまた、発電機が可動マス26に固定される図5および6に示す実施形態と対照的に、発電機がプラットフォームに固定されることを可能にする。実際には、1つまたは複数の可動マスが1つの発電機を駆動し得ること、または、1つの可動マスが1つまたは複数の発電機を駆動し得ることが明らかであるべきである。
なお別の好ましい実施形態では、図8に示すように、ある容積の水などの適した液体110が、傾斜平面58を流れ下るために使用され得る。流れる水110は、送水管(duct)、パイプ、または他のチャネル114を通してタービン116に分流される。流れる水は、タービン116を駆動し、タービン116は、次に、発電機118を駆動する。流れる水が一連の反転傾斜平面を流れ下がるときの水の流れの方向によらず、流れる水によってタービンが同じ方向に回転することを保証するために、別のチャネルなどの当業者に知られている種々の手段が使用され得る。
なお別の実施形態では、図9に示すように、マス26は、電磁力によって傾斜平面58上で懸垂保持され得る。これは、マス26と傾斜平面58との間の摩擦をなくすことになる。マス26が傾斜平面を下方移動する際、移動の機械エネルギーを電気に変換するために、上述したまたは当業者に知られている種々の手段が使用され得る。
図10を参照して、システム20の代替の浮遊プラットフォーム128が、波のない水塊18にあるのが示される。浮遊プラットフォーム128は、トラック24、および、トラック24に追従し、転がりエネルギー生成マスであるマス26、を有する。浮遊プラットフォーム128は、上部表面30、底部表面32、前端34、および後端36を含む船体28を有する。船体28は、浮力区画38およびエネルギー生成部40を有する。さらに、システム20は、係留アンカー130を有する。係留アンカー130は、係留綱132によって浮遊プラットフォーム128の後端36に取付けられる。さらに、システム20は、浮遊プラットフォーム128の下に位置する可調整バー136に沿って一対の調整可能マス134を有する。可調整バー136は、ライン138によって浮遊プラットフォーム128の底部表面32の下に懸架される。調整可能マス134は、浮遊プラットフォーム128に対して調整可能マス134の慣性モーメントを変動させるために、可調整バー136の長さに沿って変動し得る。さらに、調整可能マス134は、船体の底部表面32に対して上下に移動され得る。
調整可能マス134は、竜骨システム140の一部であり得る。ポートの船外にて、船梁に沿う右舷方向にマスがシフトされる帆船上の竜骨と対照的に、調整可能マス134は、浮遊プラットフォームの長さである波の方向に延在する。
更に図10を参照して、調整可能マス134に加えて、システム20は、トラック24が可変半径を有する点で可調整である。トラックの半径はトラックをチューニングするよう調整されることができ、それゆえ、図11Aに示すように波46に対してシステム20が調整可能である。
システム20は、一実施形態では、波の高さおよび周波数を含む種々のパラメータを監視するコントローラ142を有する。コントローラは、コンピューターまたはマイクロプロセッサー、ならびに、加速度計、電気計、およびグローバル座標モニタなどの種々の入力デバイスを有する。そして、コントローラ142は、調整可能マス134の場所またはトラック24の半径などのシステム20内のアイテムを調整することができ、システム20を調整する。
図11Aを参照して、波46の上にある図10の浮遊プラットフォーム128が示され、前端34が波46の峰44の近くにある。浮遊プラットフォーム128が使用されることになる峰44と窪み48との間の高さとして規定される波のサイズに応じて、トラック24の半径が調整され得る。トラックの異なる半径は図12に示される。
図11Bは、波46の上にある浮遊プラットフォーム128を示し、後端36が波46の峰44の近くにあり、前端34が窪み48の近くにある。波の水力による、浮遊プラットフォーム128の前端34および後端36の近くのトラック24の相対的な高さの絶え間ない変化は、転がりエネルギー生成マスであるマス26がトラック24に沿って転がり、電気を生成することを可能にするために使用されるエネルギー源である。
メカニズムまたはシステム20は、動的システム、マス26/トラック24および船体28の幾何形状のそれぞれの主要なコンポーネントの自然周波数が、楽器のように、最適にチューニングされて、エネルギー、電気の生成を最大にするよう海洋の波46の自然周波数とうまく働くように設計される。図12を参照して、図10の浮遊プラットフォーム128は、種々の要素が波46についてチューニングされた状態で示される。トラック24の半径はそこでは調整されており、マス26/トラック24の自然周波数を変化させる。トラック24の半径は、トラック24を調整することによって、または、直線部146を伸張するかまたは短縮することによって湾曲部144の半径を移動させることによって、変更され得る。さらに、調整可能マス134が内側に移動され、船体28に取付けられる係留綱132の場所が移動されて、船体28の自然周波数を調整する。
コンピュータモデリングを使用して、一連の試験が行われた。モデリングは、水タンク内で行われた過去のモデリングおよび他の実際の試験データに基づいて行われた。以下は、現実世界の数字に値がスケーリングされている試験からの例である。
船体28は、最大安定性のために設計され、「プリロード(preload)」機構を組み込む。マス26、転がりエネルギー幾何形状マスは、これらの試験では1,000,000ポンドの重さがある。船体28は、船体28の前位置および後位置ならびに前端34および後端36でマス26を支持するのに十分に安定的でなければならない。安定性は、マス26の重量に加えて船体28の全重量に等しい重さがあるかまたはそれよりずっと大きい水の容積を変位させるのに十分な喫水を有する船体28を設計することによって生成される。船体28によって変位される水の容積とマス26の重量の比が増加するにつれて、船体28の安定性、メタセンター高さ(metacentric height)(GM)が増加する。たとえば、マス26が1,000,000ポンドの重さであり、船体28が2,000,000ポンドの水を変位させるのに十分な喫水を持つように設計される場合、2,000,000ポンドの重量について結合される調整可能マス134は、システムに2,000,000ポンドの力を「プリロードする(preload)」ことになる。船体28の幾何形状の自然周波数は、船体の底部または喫水線に対して調整可能マス134の位置を、垂直にかつ水平に調整することによってチューニングされ得る。
船体28は、予備浮力機構または乾舷を持つように設計される。船体が前後に縦揺れするにつれて、予備浮力が、船体にさらなる浮力を付加するために使用され、「プリロード」力を増加させる。
マス26の自然周波数は、マス26トラックの半径、マス26の直径、およびマス26の長さを調整することによってチューニングされ得る。
船体の幾何形状は、低い慣性モーメントのために設計される。これは、船体の長さが、船体の船幅よりずっと短くあるべきであることを意味する。腕を伸ばした状態で回転するフィギュアスケータを考える。フィギュアスケータの腕が内側に移動するにつれて、スケータの慣性モーメントが減少し、任意の所与のエネルギー量のために、スケータは、より速く回転する。船体の慣性モーメントが減少するにつれて、貯蔵された「プリロード」エネルギーのより多くが、システムにとって利用可能になり、より多くの電気が生成され得る。
海洋、水18がチューニングできないことが認識される。したがって、波の周期および波の高さを含む波46の特性が監視される。水の高さもまた監視される。いくつかのアイテムが、先に論じたようにチューニングされ得るが、スケーリングされるモデルの一実施形態では、表1の特性となった。
マス26の移動レート、速度は、その摩擦係数を調整することによってシステムの自然周波数を働かせるようにチューニングされ得る。摩擦係数は、システムから取出されるエネルギー量に等しい。
海洋/波特性が1Hzの自然周波数を有するとき、生成される平均電気は1119.98キロワットである。しかし、海洋/波特性が、自然周波数が0.8Hzになるように変化する場合、生成される平均電気は、658.09キロワットに低下する。表2に示す様に、システム20に関連する種々の要素をチューニングすることによって、生成される平均電気は、658.09キロワットから上昇する。
船体28の幾何形状が変化しない一方、調整可能マス134の場所の変化は、船体28の自然周波数を調整する。
1.664Hzから1.571Hzへその自然周波数を変更するようにトラックと船体の両方をチューニングすることによって、システム20は、海洋に対してよりよくチューニングされる。システム20は、トラック半径が変更されることによってチューニングされる。トラック半径は、トラックを撓ませることによって、あるいは、2つの湾曲した部分をさらに離れてまたは近くに移動させることによって変更される。図12は、直線部によって分離された湾曲部を示す。トラック半径を変更するときに、マスおよびトラックの自然周波数が変化する。さらに、調整可能マス134の場所を移動させることによって、船体の自然周波数は、船体のサイズを変更することなく変更される。
第1の動作から先に示した第2の動作へ変化しない一方で、係留システム131は、係留綱132が船体28に取付けられる位置を調整することによって、係留綱132の長さを調整することによって、また、係留綱132が作られる特性および材料を調整することによって、マス26/トラック24/船体28の幾何形状の自然周波数をチューニングするために使用され得る。係留システム131は、アンカー場所に対する船体28の往復移動を生成し、それは、システム20のエネルギー出力を最大にするため、システム20の自然周波数をチューニングするために使用され得る。
船体およびトラックの特性を変更することに加えて、マスの転がり特性は、マス26の移動に関連するロッキングメカニズムを有することによってさらにチューニングされ得る。
マス26は「制動/ロック(brake/lock)」機構を組み込み得る。制動/ロック機構は、マス26を停止させるか、または、マス26が停止するとマス26を固定位置に静止させて保持するために使用され得る。
表4は、2つの異なる動作を示す。表4に挙げる可調整パラメータの変動は、生成される平均電力が、同じ波状態について、5などのファクターだけ増加し得ることを示す。
転がりマス26によって生じるエネルギーは、機械的損失なしで電気に変換され、システムのエネルギー出力を最大にするということが重要である。マス26、転がりエネルギー生成マスが転がるため、発電機の回転運動に利用されるべき回転運動が存在する。回転−回転システムでは、ギアリングにより、エネルギー損失は最小となる。直線運動が回転運動に変換される(風がプロペラの回転運動に変換される)ボールネジなどの回転−直線システムでは、エネルギー損失はかなりのものであり、40%〜60%が失われる。
図13を参照して、グラフは、転がりマス26およびトラック24が1.57Hzの自然周波数を有するある動作の自然周波数を示す。船体28の幾何形状は、同様に、1.57Hzの自然周波数を有する。先に示したように、船体28周波数は、係留綱132を含む係留システム、およびそれが船体28に取付けられる位置を含む、いくつかの因子によって影響を受ける。さらに、調整可能マス134の場所は、船体28の自然周波数に影響を及ぼす。0.8Hzの自然周波数を有する波を有する海洋の場合、生成される平均電気は1,302KW(1.3MW)である。この動作では、マス26は、上述したロッキングメカニズムを作動させる。
このメカニズムまたはシステム20は、2自由度の移動を有する。船体28は、独立に作動し、その縦揺れ移動は、1自由度の移動を生成し、また、浮遊プラットフォーム22または128の船体28に取付けられたトラック24上を転がるマス26、転がりエネルギー生成マスは、船体28の縦揺れと同じ軸上で独立に作動し、動的な2番目の自由度の移動を生成する。ピストンを介してモータから電気が生成され除去される従来のピストン/シリンダなどの伝統的な1自由度モータ/発電機と違って、2自由度モータ/発電機では、電気は、動的な2番目の自由度要素、転がりマス、M1を介してモータから生成され除去される(電気=M1を550フィート/重量ポンド毎秒で割った値)。
海洋の波の形状、波の周期および高さは、動的な2自由度メカニズム/システムを作動させるものである。波の自然周波数は、自然の力によってチューニングされる。海洋の深さは、波の形状、波がどれほど急峻かに影響を及ぼす。波は、岸に近づくにつれて、より急峻になり、波の自然周波数を変える。高周波数で短波長の波は、たとえその振幅または波の高さが比較的小さくても、かなりの電気を有する。エネルギー率は、波の速度に比例する。システム20の係留システム132を含むマス26/トラック24/船体28の自然周波数は、深いまたは浅い水において波の自然周波数でうまく働くようにチューニングされ得る。
他の比がうまく働く可能性があるが、マス26/トラック24と船体周波数28とを互いに整合させること、および、これらの周波数を、海洋の自然周波数より大きい約1.6〜2の範囲にすることは、最大の電気生成をもたらすことが見出された。
図14を参照して、マス80およびマス82の形態のマス26を有するユニット80の斜視図が、トラック24上に示される。トラック24は、一対の湾曲部144および介在する直線部146を有する。ユニット80は、発電機96を有する。
図12に示すような船体28が軽量であるべきこと、また、マス26(M1)、転がりマスが重くあるべきであることが認識されてきた。マス26は、高電気密度エネルギーを生成するマスである。船体28は、基本的に、マス26/トラック24用の支持プラットフォームおよび変位、浮力を生成するメカニズムである。調整可能マス134(M2)、「プリロード」重量は、船体28の喫水を水中に下方向に引張り、浮力を生じる変位を生成することによって、船体28のための安定性を生成する。
述べた動作において、種々のパラメータがチューニングされたが、表に挙げられた他のアイテムがチューニングされ得ることが認識される。さらに、調整可能マス134、船体28、およびマス26のマスまたは重量は変動し得る。それぞれの変動は、コンポーネントをスイッチアウト(switching out)することによって、あるいは、バラストを付加するか除去することによって変動し得る。船体28の幾何形状もまた変動し得る。船体の長さは、慣性モーメントに影響を及ぼす。以下でさらに示すように、係留配置構成がチューニングされ得る。マス6の直径および長さもまた、システム20をチューニングするために変動し得る。
さらなるパラメータがチューニングされ得ることが認識される。たとえば、係留綱132が、図10の後端36から図12の船体中央部へ移動する一方、係留綱132の長さおよび材料は、述べた最初の2つの動作では変化しなかった。係留綱132の長さまたは材料は、システム20の浮遊プラットフォーム22または128の自然周波数に影響を及ぼし得る。アンカーまたは係留綱が喫水線に対して接続される場所もまた、システム20をチューニングするときに使用され得る。係留システムは、固定されたアンカー場所に対する船体の往復移動を生成する。波の中心力が船体の下を通過すると、係留綱の半径が孤で移動し、往復移動を生成する。これは、可調整パラメータである。さらに、トラック24は、さらに、横揺れレートを調整するためにさらに調節され得る。
フライホイールが使用されて、転がりマス26からエネルギーが取り込まれて貯蔵され、また、発電システムが駆動され得ることがさらに認識される。転がりマス26が波の各側で回転方向を変えるため、単純なカムシステムが使用されて、フライホイールおよび/または発電機を常に同じ方向に回転することが維持され得る。基本的に、カムは、転がりマス26が、トラック24上の各ストロークの端部で方向を反転させるときにひっくり返るので、たとえ転がりマス24が方向を変更しても、フライホイールまたは発電機に、同じ方向に回転し続けさせる。
システム20の上記実施形態は、船体に対するマスの摺動または転がりを示す。マスは、代替の方法で、船体に可動に搭載され得ることが認識される。さらに、上記から明らかなように、図10〜12に見られる船体28およびチューニングマス134はマスである。加えて、船体28およびチューニングマス134は、係留アンカー130が位置する海洋底または海洋のグランドプレーンに対して移動する。システム20を参照して、船体28およびチューニングマス134および他のコンポーネントは、第1の可動マス164として示され得る。マス26は、第2の可動マス152として示され得る。
図15を参照して、浮遊プラットフォーム22を有するシステム150の斜視図が示される。浮遊プラットフォーム22は、2組の揺動マス152を含むサイズに作られる船体28を有する。揺動マス152は、トラック154によって案内される一方、振り子156によって旋回可能に保持される。振り子156は、ピボットロッド160を保持するトラス158を有する。揺動マス150は、ピボットロッド160がトラス158に対して回転するときに振動する一つまたは一対の振り子ロッド162上に摺動可能に保持される。
さらに図15を参照して、システム150は、図10〜12のチューニングマス134と同様である、船体28の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス170を有する。釣り合いマス170は、船体28の下に配置される。各釣り合いマス170は、釣り合い重りロッド172上に保持される。船体28、トラス158、釣り合いマス170、および他のコンポーネントは、全て第1の可動マス164の一部である。
図16を参照して、システム150の浮遊プラットフォーム22の正面断面図が示される。揺動マス152、第2の可動マス152はそれぞれ、調整メカニズム166によって、振り子ロッド(複数)162上で上下に移動され得る。示される実施形態では、調整メカニズムは、チェーンフォールまたはケーブル174を駆動する、図17で最もよく見える電動機168である。振り子ロッド162は、揺動または第2の可動マス152の位置によらず、ピボットロッド160からトラック158まで延在する。
さらに図16を参照して、釣り合いマス170は、同様に、調整メカニズム178によって釣り合い重りロッド172上で上下に調整され得る。示される実施形態では、調整メカニズム178は、図17で最もよく見える釣り合いマス170に接続されたケーブル182を駆動する電動機180である。第1の可動マス164の一部としての釣り合いマス170の調整および揺動または第2の可動マス152の調整は、第1の可動マス164に対して第2の可動マス152の移動を最大に生成するようにシステム150がチューニングされることを可能にする。
システム150は、コンポーネント間の相対移動によって生成されるエネルギーを取り出すことによってエネルギーを生成し、したがって、第2の可動マス152を、第1の可動マス164と同じ方向に移動させることが望ましい。マスが同じ方向に移動している間は、図19〜19Dに示すように、依然相対移動が存在する。
図17を参照して、システム150の浮遊プラットフォーム22の側断面図が示される。揺動性可動マス152は、そのトラック154内に示される。第2の可動マス152は、電動機168およびチェーンフォールまたはケーブル174を含む調整メカニズム166を使用して、上下に調整され得る。振り子156のトラス158は、ピボットロッド160を保持する。
先の実施形態と対照的に、システム150全体が、水の下にあることになることが想定される。公称喫水線186が示される。先の実施形態は、トラック24であって、マス26が一般にその上で喫水線の上にあるトラック24を示すが、予備浮力の量を含む正確な構成に応じて、浮遊プラットフォーム22の船体28が、システム20または150のチューニングの一部として水内で調整され得ることが認識される。加えて、図15〜17は、船体28が2重船体であることを示す。システムをチューニングするために、水が、2重船体の所定部分内へまたその外へ圧送され得る。
図18Aを参照して、図15〜17に示す実施形態の略側面図が示される。矢印190は、第1の可動マス164の一部である船体28に対する、マス、第2の可動マス152の移動を示す。さらに、船体28は、波作用によって旋回される。共に第1の可動マス164の一部である船体28および釣り合いマス170に対して第2のマス152を移動させるのは、この旋回である。マスの位置の調整によってシステムがチューニングされる。
システム150は、揺動マス152の移動を調整する制動メカニズム192を示す。揺動マス152の移動については、図19A〜19Cとともにさらに以下で述べられる。
図18Aおよび8Bは共に、調整メカニズム178による釣り合いマス170の移動を示す矢印194を示す。システム150の正面図である図18Bをさらに参照して、矢印194に加えて、第2の可動マス152の移動を示す矢印196が示される。さらに、システム150は、第1の可動マス164に対する第2の可動マス(揺動マス)152の移動から回転エネルギーを取り出す一連のフライホイール198を有する。
システム150の略図が示された図19A〜19Dを参照し、船体28および第1の可動マスの残りに対して第2の可動マス152の位置を調整することが示されている。図19Aは、揺動マス、第2の可動マス152が窪み48の近くに位置する状態の、波46上の船体28を示す。制動メカニズム192は、揺動マス152を保持する。
船体28が、波46によって他の方向にシフトされると、制動メカニズム192によって所定場所に保持される揺動マス152は、図19Bに示すように、今や釣り合いマス170と同じ側にある。制動メカニズム192に加えて、システム150は、調整メカニズム166を使用して、振り子ロッド162上の高さに対して第2の可動マス(揺動マス)152を調整することによること、および、調整メカニズム178によって釣り合いマス170を調整することによることを含む他の方法でチューニングされることが可能である。制動による揺動マス152の保持は、揺動マス152が、釣り合いマス170と同じ側にあることを可能にする、1つのチューニング形態に過ぎない。
制動メカニズム192は、波がシステム150の船体28に対して通過し、船体28の向きが反転するときに、図19Cに見られるように、揺動マス152が船体28の峰44側に移動するように、揺動マス152がピボットロッド160に対して振り子ロッド162上で旋回することを可能にするように解除される。図19Dは、図19Bと類似である。しかし、制動メカニズム192は、図19Dでは解除されて示される。制動メカニズム192は、図19Cに示す位置をとるために、図19Bが示す時間後ほんのわずかして解除されることが認識される。
揺動マス152を、釣り合いマス170と同じ側に置くことによって、トラック154および船体28に対する揺動マス152の大きな変位が起こり得る。この大きな変位を有することによって、より大きなエネルギーがシステムから取出され得る。
一実施形態では、船体28は、40フィートの長さを有する。幅、波の峰のほぼ平行な部分は100フィートである。
図20を参照して、システム200の代替の実施形態が示される。システム200は、海洋底206およびベース208内に埋め込まれた一対のピラー204に旋回可能に搭載される船体202を有する。船体202は、波46が通り過ぎると、先の実施形態の船体と同様に振動する。船体202は、ピラー204上の一対の旋回点210に対して旋回する。旋回点210は、水の平均高さの変動の補償を可能にするために、ある実施形態では、ピラー204を上下に移動することが可能である。
船体202は、1組の揺動マス214を含むサイズに作られる。揺動マス214は、振り子216により、旋回可能に保持される。振り子216は、ピボットロッド220を保持する懸垂保持ロッド218を有する。先の実施形態と同様に、揺動マス214は、チューニングのために、振り子216の懸垂保持ロッド218上で上下に移動することが可能である。
懸垂保持ロッド218は、揺動マス支柱224によって保持される。支柱224は、システム20の船体202に対して調整可能である調整可能ベース226によって保持される。調整可能ベース226は、旋回点210まで延在するベース懸垂保持ロッド228によって保持される。ベース226は、船体202の竜骨に対して垂直に移動し得る。
さらに図20を参照して、システム200は、先の実施形態と同様である、船体202の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス230を有する。各釣り合いマス230は、釣り合い重りロッド232上に保持される。釣り合い重りロッド232は、調整可能ベース226まで延在する。船体202、調整可能ベース226、釣り合いマス230、および他のコンポーネントは全て、第1の可動マスの一部である。図21は、同様の実施形態の側面図である。
矢印で示されるように、コンポーネントは、システムをチューニングするために、互いに対して調整され得る。たとえば、ベース226は、旋回点210に対して調整され得る。
図22を参照して、浮遊プラットフォーム22を有する代替のシステム240の斜視図が示される。図15と同様に、浮遊プラットフォーム22は、2組の揺動マス152を含むサイズに作られる船体28を有する。揺動マス152は、トラックまたはレール154によって案内される一方、振り子156によって旋回可能に保持される。振り子156は、ピボットロッド160を保持するトラス158を有する。揺動マス152は、ピボットロッド160がトラス158に対して回転するときに振動する一つの振り子ロッドまたは一対の振り子ロッド162上で摺動可能に保持される。振り子ロッド162(複数)上の揺動マス152の位置は、第2の可動マス(揺動マス)152の自然周波数をチューニングするために、調整また移動される。
さらに図22を参照して、システム240は、図10〜12のチューニングマス134と同様である、船体28の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス170を有する。釣り合いマス170は、船体28の下に配置される。各釣り合いマス170は、釣り合い重りロッド172上に保持される。船体28、トラス158、釣り合いマス170、および他のコンポーネントは、全て第1の可動マス164の一部である。釣り合い重りロッド172上の釣り合いマス170の位置は、第1の可動マス164の自然周波数をチューニングするために動かされる。本実施形態では、釣り合いマス170は垂直方向にのみ移動可能であると示されるが、チューニングは、図10で示されるような異なる形態を取るか、または、図27で示されるようなアクティブチューニングで補充されることが認識される。釣り合いマス170の移動は、第1の可動マス164の自然周波数をチューニングする一方法にすぎない。
図15に示す実施形態とは対照的に、図22のシステム240は、エネルギーを収集するためにフライホイールを使用しない。反対に、図23Aにみられるように、振り子ロッド162の一端が、トラックまたはレール154に沿って移動するガイド244である。ガイド244は、図23Bに最もよく見られるように、磁石246または一連のコイルを有し、磁場または電磁場を生成する。トラックまたはレール154は、個別のステータセグメント248を有する。ガイド244によって生成される磁場は、ステータセグメント248を通過し、結果、各ステータセグメント248にて電流が発生する。
図23Bを参照して、ガイド244とトラック154の拡大図が示される。トラックまたはレール154は、ステータ248を定める複数のワイヤー252を有する。ガイド244は、磁場を生成し、N極およびS極の両方を含む、一連の極254を有する。ガイド244が移動すると、磁場がワイヤー252に対して移動する。ワイヤー252が磁場に対して移動する典型的な発電機とは対照的に、磁石は、ワイヤーに対して移動する。ステータ248のワイヤー252を流れる電流は、図28および29を参照して、さらに詳しく議論される。
図24を参照して、図22のシステム240の浮遊プラットフォーム22の正面断面図が示される。図25は、浮遊プラットフォーム22の上面図を示す。一実施形態では、マス、揺動マス152がシステム240をチューニングするために調整される点において、図23A、23Bで見られるように、磁極片が揺動マス152の下側でガイド244内に位置している。
図23Bで見られるように、ステータ248のワイヤー252を流れる電流からエネルギーを収集することに加えて、システム240は、振り子160と揺動マス152の運動エネルギーを変換する他の装置を使用し得る。図24、25において、システム240は、第1の可動マス164に対する第2の可動マス(揺動マス)152の移動から回転エネルギーを抽出する一連のフライホイール198を有する。
先に示したように、システムから引き出され得るポテンシャルエネルギーまたはパワーと可動物体のマスとの間には関連性がある。先に示したように、例えば、傾斜平面を下って移動するマスによって生成される100,000フィート/重量パウンド毎秒は、135,600ワットの電気に等しい。さらに、エネルギーがシステムから引き出されると、システムは、システムの残りに対する可動マスの移動をゆっくりにする。よって、エネルギーがステータによって取り出されるシステム240においても、マスは力を決める際の主要素であるので、揺動マス152が充分な重さを有することが望ましい。
波に対する全ての関連要素、および、第1の可動マス164に対する第2の可動マス(揺動マス)152の移動に関連する第2の自由度を含めて、システムが、浮遊プラットフォーム、可動マス164の移動としての2自由度を有するという点で、様々な要素をチューニングすることが望ましい。第2の可動マス152と第1の可動マス164との両方において充分な重さまたはマスを有することを望む。アルキメデスの原理によると、水の中で浮いている浮遊プラットフォーム22は、浮遊プラットフォームによって変位される水、海水の重さに等しい力によって浮く。
よって、例えば表3において、述べられた船体幾何形状は、チューニングを高めるために、揺動マス152と第1の可動マス164のコンポーネントとの間で割り当てられ得る3.5百万パウンド以上の変位を有するであろう。
図26を参照して、エネルギープロファイルのグラフ表示が示される。第1の可動マス164(船体28および他アイテム)に対する揺動マス152の相対速度が示される。波の周波数、第1の可動マス164の自然周波数、揺動マス152の自然周波数を含めた、グラフの形に影響を及ぼすいくつかの要因がある。さらに、システムは、第1の可動マス164に対する揺動マス152の移動のチューニングを支援したり、システムからエネルギーを取り出すために、電気制動または回生制動を使う。
理論上は、線は、揺動マス152の運動エネルギーから利用可能な制動力またはエネルギーを示す。制動力は、フライホイール198またはステータ248のいずれかを介してシステムから引き出され得るエネルギーの大きさである。図26のグラフがゼロから8,000,000ワット以上まで変動する制動力と共に示される一方、電力量は、波の状態、チューニング、およびマスの大きさを含む、いくつかの要因に依存することが認識される。システムからの電力の抽出がより良くチューニングされコントロールされると、結果、より均一な正弦関数の波により一層似た波となる。より均一な波の一利点は、抽出される電力をより簡単に管理できる点にある。図23Aおよび23Bにみられるように、ステータ248は、揺動マス152の移動をチューニングするために、制動をシステムへ伝えるために用いられ得ることも認識される。
図27を参照して、アクティブバラストシステム264を有する代替の浮遊プラットフォーム262を備えるシステム260の破断面の斜視図が示される。図22と同様に、浮遊プラットフォーム262は、複数の揺動マス152を含むサイズに作られる船体28を有する。揺動マス152は、トラック154によって案内される一方、振り子156によって旋回可能に保持される。振り子156は、ピボットロッド160を保持するトラス158を有する。揺動マス152は、ピボットロッド160がトラス158に対して回転するときに振動する一つの振り子ロッドまたは一対の振り子ロッド162上に摺動可能に保持される。
さらに図27を参照して、システム260は、図10〜12のチューニングマス134と同様である、船体28の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス170を有する。釣り合いマス170は、船体28の下に配置される。各釣り合いマス170は、釣り合い重りロッド172上に保持される。船体28、トラス158、釣り合いマス170、および他のコンポーネントは、全て第1の可動マス164の一部である。
システム260は、船体28の一部であるバラスト部266をさらに有する。バラスト部266は、共に接続される複数のバラストタンク268を有する。海水のような液体のバラスト270の流れ、バラストタンク268からバラストタンク268への流れは、複数のバルブ272および/またはポンプ274によって制御される。バラスト270は、あるバラストタンク268から他のバラストタンク268へ移動し、システム260のチューニングを支援する。
図28を参照して、制御システム278の略図が示される。制御システム278は、システム(150、200、240、および270)での一連の作用を調整し、作用の効果を監視するコンピューターまたはマイクロプロセッサーを備えるコントローラ142を有する。コントローラ142は、種々のアイテムおよび位置からインプットを受信し得る。それらインプット280は、ヒューマンインプット/アウトプットインターフェース282、コンポーネントの移動頻度を測定する加速度計286などのセンサー284、振り子ロッド162上で揺動マス152の鉛直高さなどのアイテムの位置を示す位置表示器288を含み得る。他のセンサーは、電力計およびグローバル座標モニタを含むこともあり得る。
所与のパラメータに基づいて、コントローラ142は、ブロック330で示されるようにシステムをチューニングする機能と、ブロック332で示されるようにシステムからのエネルギー抽出を制御する機能との、二つの異なる機能を有する。電気制動制御340などの機能は、システム330のチューニングとエネルギー抽出332との両方のために使われ得る。システム278は、インプットとデータ表に基づいてチューニングし得る。
図29を参照して、システム290の代替の浮遊プラットフォーム22の側断面図が示される。浮遊プラットフォーム22は、2組の揺動マス152を含むサイズに作られる船体28を有する。揺動マス152は、トラック154によって案内される一方、振り子156によって旋回可能に保持される。振り子156は、ピボットロッド160を保持するトラス158を有する。揺動マス152は、ピボットロッド160がトラス158に対して回転するときに振動する一つの振り子ロッドまたは一対の振り子ロッド162上で摺動可能に保持される。
さらに図29を参照して、システム290は、船体28の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス170を有する。各釣り合いマス170は、釣り合い重りロッド172上に保持される。船体28、トラス158、釣り合いマス170、および他のコンポーネントは、全て第1の可動マス164の一部である。
図22〜23Bに示される実施形態と同様に、振り子ロッド162の一端は、トラック154に沿って移動するガイド244である。揺動マス152の下には、磁石294または一連のコイルがあり、磁場または電磁場を生成する。トラックまたはレール154が個別のステータセグメント248を有する先の実施形態とは反して、図30に最もよく見られるように、システム290は、レール154の間で延在する連続ステータ296を有する。磁石294とステータ296との間の間隔は、チューニング用の振り子ロッド162上の揺動マス152の高さに関わらず、一定の距離に維持される。揺動マス152内で磁石294にて生成される磁場は、ステータセグメント296を通過し、結果、各ステータセグメント296にて電流が発生する。
図31を参照して、代替システム302の代替の浮遊プラットフォーム300の側断面図が示される。浮遊プラットフォーム300は、半円形で示される。マス304は、二つ以上の方向での移動を許可する振り子308によってプラットフォーム300の表面306上で保持される。好ましい実施形態において、振り子308は、マス304が波の移動に基づいてどの方向に移動してもよいように、360度の移動を可能とする。ある実施形態では、振り子ロッド308は、インターフェースでの摩耗を最小にするように、磁気軸受けマウント314を有する。振り子308の一端にて、システム302は、マス304とは別体である一連のコイル310を有する。一連のコイル310は、システム302の船体28に対して移動する。
さらに図31を参照して、システム302は、先に述べたチューニングマスと同様である、船体28の下に位置する複数の釣り合い重りまたはマス170を有する。船体28、トラス158、釣り合いマス170、および他のコンポーネントは、全て第1の可動マス164の一部である。
浮遊プラットフォーム300の上面図である図32を参照して、船体28は、一連の磁極片312を有する。一連のコイルであるステータ310が磁極片312上を通り過ぎると、ステータ310内で電流の流れを誘発する。先の実施形態と同様に、エネルギーが集められる。
図31および32がプラットフォーム300の表面306上で磁極片312を示す一方で、磁極片は表面306上に位置する振り子308の一端とステータ310に位置することもあり得る。さらに、先に示したように、磁極片312は、磁石または一連のコイルのいずれかでありえ、磁場または電磁場を生成する。
浮遊プラットフォーム300の船体28が半円形の形を有して示される一方、船体28は、平たい底または成形された底を有する円形のプラットフォームを有することもあり得る。設計上、全方向型である船体を有することが望ましい。
図33を参照して、エネルギー発電システム350の代替の実施形態の断面図が示される。システム350は、図10〜13に示されるものと同様に、トラック24に沿って移動するマス26を有する。マス26は、トラック24のレール356に沿って走るガイド354を有する。マス26の下に、磁石246または一連のコイルがあり、磁場または電磁場を生成する。トラックのレール356の間には、図29および30に示される実施形態と同様なステータ296が存在する。図10〜13の実施形態に関して記載されたチューニング方法の一つは、調整され得る可変半径のトラック24であった。システム350は、マス26が移動しトラック24が調整するにつれて、磁石246とステータ296との間隔が一定になるように、ステータ296が、トラックの調整につれて移動するという、同様の調整システムを有することがあり得る。
本発明の本質がここには記載されているが、ほんの一例として記載されているにすぎず、本発明の範囲を限定するものではないと当業者は解釈すべきである。ここに示され記載される例示的な実施形態に加え、他の実施形態も本発明の範囲内で熟考される。当業者による修正と置換が、本発明の範囲を逸脱することなく考慮される。
先に示したように、第1の可動マス164は、図15〜19Dに示される実施形態の重船体28を含む。重船体の構造は、回転/摺動マスまたは揺動マス構造の両方で使われ得ることが認識される。重船体構造は、先に示したように、システムのチューニングの一部を含み、多くの目的または利益を有する。このチューニングは、先に議論されたように、懸垂保持されるマス/竜骨アレンジメントよりはむしろ、それと併せて使われ得る。また、ハリケーンおよび悪天候を回避するために、潜水型または半潜水型のプラットフォームを創り出すために、水が重船体に注ぎ込まれることもまた認識される。
プラットフォームに取り付けられる、竜骨若しくは吊り下がりマス、または他の調整可能な金属プレートの設計形状は、プラットフォームを「チューニング」するために使われ得ることが認識される。プラットフォームのこれら要素は、「舵」効果を作るためにも用いられ、波がプラットフォームのそばを通る際、プラットフォームの方向を安定化するのに役に立つ。プラットフォームの設計形状はシステムを「チューニング」するために使われ得ることもまた認識される。
予備浮力は、水表面より上にあり防水であるプラットフォームまたは船体の一部である。よって、船体が水の中深くに沈む場合に、システムが浮力を増す。予備浮力の追加は、プラットフォームの上縁または上端に浮きを追加することで達成され得ると認識される。プラットフォームが波により移り傾くと、浮きが、水と接触するか、大部分が水の下に沈むかして、より大きな浮力が生成される。各側に浮きが有る場合、船体が二つの端位置へ揺れると、プラットフォームが浮力を増す。
制動システムまたは制動メカニズム192は、その速度を制御することによって、第2の可動マスを「チューニング」するために、および、電気を生成するために使用される「生成」制動システムであり得ることが認識される。
実施形態が回転マスまたは揺動マスのいずれかを示す一方、システムは、一つのシステムに揺動かつ回転の両方を兼ね備えるハイブリッドを有し得ることが認識される。
他のシステムは、エネルギーを生成するために水を使用し、より多くのエネルギーが生成される唯一の方法は、エネルギー装置の表面面積を増やすことであることが認識される。より多くの電力が水力活用から望まれる場合、タービン翼の表面積が増大される。本発明において、海洋の水力、水の潮流が作用する船体の表面積または設置面積は同じであり増加しない一方、第2の可動マスの重量およびエネルギーアウトプットは、アルキメデスの原理により船体の変位に対して増加する。アルキメデスの原理によると、船体などのボディは、水などの液体の中に沈み、変位された液体の重さに等しい力によって浮く。よって、第2のマスの重さが増えることで、結果、表面積が増えることなく、より変位する。
第1の可動マスの表面積を増やすことなく第1の可動マスの変位を増やすことで、重さが第2の可動マスに追加されることができ、システムによって生成されるエネルギーと電気密度とが増す。システムは、小さな設置面積内で並外れた量のエネルギーを生成可能である。電気密度、システムの1平方フィート当たりで生成されるエネルギーの大きさの割合は、石炭火力発電所または原子力発電所のそれに匹敵する。この概念は、第2の可動マスがどのように構成されているかに関わらず働く。それは、回転/摺動マスまたは揺動マスであってもよい。
重要なのは、第1のマスに対する第2のマスの重さの関係ではない。第2の可動マスの重さを増加させることができ、第1可動マスの変位を増やすことで、第1の可動マスの設置面積、表面面積を増やすことなく、システム内でより多くの運動エネルギーが提供される、ということである。
システム20によって生成され、海底ケーブルを介して海岸へ運ばれる電気エネルギーに加え、システム20によって生成される電気エネルギーは、水素などの、液化され、海底パイプラインまたは貨物船を介して海岸へ移動され得る燃料を生成するために使われ得る。潜水艦は、この技術を長い間使用している。電気が、海水から水素と酸素を分解するために使われる。潜水艦では、乗組員が呼吸できるように酸素が使われ、水素が海底へ送り返される。
各海洋エネルギーシステム20は、モジュール式船舶舶または浮遊プラットフォームである。各船舶は、船舶として登録されるであろう。各モジュール式船舶舶は、エネルギーファーム、所謂、モジュール式船舶を作るために、他のモジュール式船舶のアレーに取り付けられ得る。モジュール式船舶のアレーは、発電所および/または水素などの燃料を生成するシステムを納める独立したエネルギープラットフォームを有するであろう。
システムによって生成された電気は、海水を水素ガスへ変換するために使われ得ることが認識される。これは、船上、または、浮遊プラットフォームの近くで行われ得る。システムによって生成される電気は、どの燃料を生成するためにも使われ得る。電気は、海水を脱塩するために使われ得る。
発電機とフライホイールのインバーターとを介してエネルギーを電気へ変換することに代えて、回転ピボットロッドからの運動エネルギーは、油圧アキュミュレーターを加圧するポンプを作動するために使われ得ることが認識される。ピボットロッドの回転が振動であり、一定ではないであろう単一方向へ変換される点において、加圧は一定でないかもしれないが、油圧アキュミュレーターは、無調整のエネルギーを貯蔵する。よって、油圧アキュミュレーターからの圧力は、弁を使ってこのエネルギーを調整し、この調整されたエネルギーを使って、人の家または配管網の組み合わせ用の安定した電圧と周波数にて、発電機に交流電流を生成させる一定の回転数で油圧モータを作動する。アキュミュレーターは、エネルギーストレージおよび調整装置の両方として作用する。アキュミュレーターの圧力が設定点を割ると、調整弁は、発電機を遮断、止め、エネルギー生成装置がアキュミュレーターを再充電するであろう。
電気機械式制御可変変位油圧ポンプは、発電機への一定流量を調整するために使われ得ることが代わりに認識される。生成された電気の周波数は調整される。第2のマスの動きが増減すると、発電機を駆動する圧力(毎平方インチ当たりポンド(PSI))を増減することによって、電圧が増減する。ボッシュ・レックスロス(Bosch Rexroth)によって販売されているような、水力発電機は、システムと一体化され得る。

Claims (25)

  1. 振り子からエネルギーを生成するシステムであって、
    保持点と曲面とを有するベースと、
    連結点と、前記連結点から間隔のある曲面とを有する前記振り子であって、前記振り子の連結点は前記ベースの保持点に旋回可能に搭載される前記振り子と、
    磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置を備えるエネルギー抽出システムであって、前記コイル装置に対する前記磁場装置の移動が前記コイル装置での電流の流れを生成する前記エネルギー抽出システムと、
    を有し、
    前記磁場装置は前記曲面の一方によって保持され、
    前記コイル装置は前記曲面の他方によって保持される
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記ベースは水塊の波に対して移動可能であり、波の水は前記ベースに水力を働かせ、
    前記振り子は、生成されたエネルギーを増やし、生成されたエネルギーを制御するために、前記波の波自然周波数に対する前記振り子の自然周波数をチューニングするために調整可能である、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  3. 前記ベースが前記水塊の一部を変位させる部分を有する浮遊プラットフォームを備え、
    前記ベースおよび複数のコンポーネントが、第1の可動マスと、第2の可動マスを保持する前記振り子とを形成し、
    前記第2の可動マスと前記第1の可動マスとが重さを有し、アルキメデスの原理が、増加した変位によって前記第2の可動マスの重さが増えることを許容することで、電気密度とエネルギーとが増える、ことを特徴とする請求項2に記載のシステム。
  4. 前記ベースおよび複数のコンポーネントが、第1のマスと、第2のマスを保持する前記振り子とを形成し、前記第1のマスが前記波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有し、前記第2のマスが前記第1の自然周波数および前記波自然周波数に対して調整可能な前記振り子自然周波数を有し、前記システムは、前記マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に前記マスの少なくとも一つの前記自然周波数のチューニングを調整するために、アクティブチューニングシステムをさらに有する、ことを特徴とする請求項2に記載のシステム。
  5. 前記磁場装置は前記振り子によって保持され、前記コイル装置は前記ベースの前記曲面によって保持され、前記コイル装置は、別体で区別され、生成された電流の流れを有することができる複数のコイルを有する、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  6. 前記ベースの曲面は、前記相補的エネルギー抽出装置の一方を有する少なくとも一つのトラックであり、
    前記振り子は、前記トラックをはめ込む取り付け装置を有し、前記取り付け装置は曲面を有し、前記取り付け装置は前記相補的エネルギー抽出装置の他方を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  7. 前記ベースの曲面は、前記相補的エネルギー抽出装置の一方を有する少なくとも一対のトラックを備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  8. 前記ベースの曲面は球体の一部であり、
    前記振り子は、前記振り子が面外回転してもよいように、前記連結点に連結されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  9. 前記振り子は360度回転可能であることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
  10. 前記振り子の連結点は磁気軸受けであることを特徴とする請求項9に記載のシステム。
  11. 水塊の波の水力を使って、水塊の波に対してチューニングされるプラットフォームからエネルギーを生成するシステムであって、
    曲面を有するプラットフォームと、
    前記プラットフォームと端点とによって保持される連結点を有する振り子であって、前記プラットフォームに対して移動可能な調整可能マスを有し、前記端点と前記調整可能マスとが、曲面を定義する曲線軌道に沿って移動可能である前記振り子と、
    磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置を備えるエネルギー抽出システムであって、前記コイル装置に対する前記磁場装置の移動が前記コイル装置における電流の流れを生成する前記エネルギー抽出システムと、
    を有し、
    前記磁場装置は前記曲面の一方によって保持され、
    前記コイル装置は前記曲面の他方によって保持される
    ことを特徴とするシステム。
  12. 前記プラットフォームの曲面は、前記相補的エネルギー抽出装置の一方を保持する少なくとも一つのトラックを含み、
    前記振り子の端点は、前記少なくとも一つのレールに沿って移動する少なくとも一つのガイドを有し、前記少なくとも一つのガイドは前記相補的エネルギー抽出装置の他方を保持する、
    ことを特徴とする請求項11に記載のシステム。
  13. 前記プラットフォームは船体と釣り合いマスとを有し、前記釣り合いマスは前記船体に対して位置調整可能であることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
  14. 前記プラットフォームおよび複数のコンポーネントが、第1の可動マスと、第2の可動マスを保持する前記振り子とを形成し、前記第1の可動マスが前記波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有し、前記第2の可動マスが前記第1の自然周波数および前記波自然周波数に対して調整可能な第2の自然周波数を有し、前記システムは、前記マスが互いにおよび水の塊に対して移動する時に前記マスの少なくとも一つの前記自然周波数のチューニングを調整するために、アクティブチューニングシステムをさらに有する、ことを特徴とする請求項11に記載のエネルギー生成システム。
  15. 前記浮遊プラットフォームが前記水塊の一部を変位させる部分を有し、
    前記第2の可動マスと前記第1の可動マスとが重さを有し、アルキメデスの原理が増加した変位によって前記第2の可動マスの重さが増えることを許容することで、電気密度とエネルギーとが増える、ことを特徴とする請求項14に記載のエネルギー生成システム。
  16. 前記アクティブチューニングシステムは、前記マスが互いにおよび前記水の塊に対して移動する時に、前記第1の可動マスの自然周波数のチューニングを調整するために、前記プラットフォーム内に複数のバラストタンク、および、前記タンク間でバラストを移動させるメカニズムを有することを特徴とする請求項14に記載のエネルギー生成システム。
  17. 前記ベースの曲面は球体の一部であり、
    前記振り子は、前記振り子が面外回転してもよいように、前記連結点に連結されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
  18. 前記振り子は360度回転可能であることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
  19. 前記振り子の連結点は磁気軸受けであることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  20. 振り子の移動からエネルギーを生成する方法であって、
    ベースによって保持される連結点を有する振り子を用意するステップと、
    前記ベースに対して移動可能な調整可能マスを動かすことで、前記振り子の自然周波数をチューニングするステップと、
    前記プラットフォームに対する前記振り子の移動からエネルギーを抽出するステップと、
    磁場装置とコイル装置とを有する一対の相補的エネルギー抽出装置が存在し、前記コイル装置に対する前記磁場装置の移動が前記コイル装置における電流の流れを生成するステップと、
    を有することを特徴とするエネルギー生成方法。
  21. 前記ベースは水塊の波に対して移動可能な浮遊プラットフォームであり、前記波の水は前記浮遊プラットフォームに水力を働かせるステップと、
    前記装置の自然周波数に対する前記振り子の自然周波数をチューニングするステップと、
    生成されたエネルギーを増やし、前記生成されたエネルギーを制御するために、前記波の自然周波数に対する前記浮遊プラットフォームの自然周波数をチューニングするステップと、
    を有することを特徴とする請求項20に記載のエネルギー生成方法。
  22. 前記浮遊プラットフォームによって前記水の一部を変位させるステップと、
    第2の可動マスと前記第1の可動マスとが重さを有し、アルキメデスの原理が増加した変位によって前記第2の可動マスの重さが増えることを許容することで、電気密度とエネルギーとが増えるステップと、
    を有することを特徴とする請求項21に記載のエネルギー生成方法。
  23. 前記プラットフォームおよび複数のコンポーネントが、第1の可動マスと、第2の可動マスを保持する前記振り子とを形成し、前記第1の可動マスが前記波の波自然周波数に対して調整可能な第1の自然周波数を有し、前記第2の可動マスが前記第1の自然周波数および前記波自然周波数に対して調整可能な第2の自然周波数を有し、前記システムは、前記マスが互いにおよび前記水の塊に対して移動する時に前記マスの少なくとも一つの前記自然周波数のチューニングを調整するために、アクティブチューニングシステムをさらに有する、ことを特徴とする請求項21に記載のエネルギー生成方法。
  24. 前記ベースの局面は前記相補的エネルギー抽出装置の一方を有する少なくとも一つのレールであり、
    前記振り子は前記レールをはめ込む取り付け装置を有し、前記取り付け装置は曲面を有し、前記取り付け装置は前記相補的エネルギー抽出装置の他方を有することを特徴とする請求項21に記載のエネルギー生成方法。
  25. 前記ベースの曲面は球体の一部であり、
    前記振り子は、前記振り子が面外回転してもよいように、前記連結点に連結される、ことを特徴とする請求項21に記載のエネルギー生成方法。
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