波浪能捕获装置.pdf

一种波浪能捕获装置(10)，包括一个适于固定连接到一个水下表面(14)的底座(12)。至少一个细长浮桨(26)绕一个第一枢轴(22)枢转地安装到底座(12)上，用于当波动向桨(26)施加力时在一定的角度范围内角振荡。桨(26)具有一个纵轴(27)、一个上端部和一个下端部。一个能量转换元件连附到桨(26)上并且适于通过桨(26)的角振荡而被驱动。一个桨调节组件与桨(26)相关联并且适于调节所述桨(26)的角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴(22)的角度位置。

1.  一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；
至少一个细长浮桨，具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动；以及
一个桨调节组件，与所述桨相关联并适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。

2.  根据权利要求1的波浪能捕获装置，还包括一个连接到所述能量转换元件的机器，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。

3.  根据权利要求2的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。

4.  根据权利要求2或3的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器既可以起作电机又可以起作发生器的作用。

5.  根据权利要求2至4中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。

6.  根据权利要求5的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器是完全密封的。

7.  根据权利要求5或6的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器充有加压的惰性气体。

8.  根据权利要求2至7中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨上的波浪力的值。

9.  根据权利要求8的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述角度范围。

10.  根据权利要求9的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。

11.  根据权利要求10的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于一个垂直于波浪传播方向所形成的竖直平面进一步倾斜。

12.  根据权利要求9至11中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，如果由传感器所指示的值指示波浪力大于一个预定大小，则所述桨移动成并保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。

13.  根据权利要求9至12中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器还适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成这样一个构型，其中，如果由传感器所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。

14.  根据权利要求13的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中增加施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。

15.  根据前述权利要求中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨包括一排间隔开的桨叶。

16.  根据权利要求15的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶通常沿着所述第一枢轴间隔开。

17.  根据权利要求15或16的波浪能捕获装置，其特征在于，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。

18.  根据权利要求15至17中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括基本呈流线型的前缘。

19.  根据权利要求15至17中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括通常倾斜的前缘。

20.  根据前述权利要求中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨相对于波浪传播方向自定向。

21.  根据权利要求20的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。

22.  根据权利要求21的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于绕所述第二枢轴枢转地安装到所述水下表面。

23.  根据权利要求21的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于固定到所述水下表面，而所述桨绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。

24.  根据前述权利要求中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上的轴，而所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。

25.  根据权利要求24的波浪能捕获装置，其特征在于，所述轴通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕所述第二枢轴旋转地安装到所述底座上，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。

26.  根据权利要求24或25的波浪能捕获装置，还包括在所述轴和所述底座之间的水润滑轴承。

27.  根据前述权利要求中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的。

28.  根据权利要求21、22、23、25或26中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第二枢轴是基本竖直的。

29.  一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；以及
至少一个细长浮桨，具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时在一定的角度范围内角振荡，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴，从而所述桨相对于波浪传播方向自定向；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动。

30.  根据权利要求29的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于枢转地安装到所述水下表面。

31.  根据权利要求29的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于固定到所述水下表面，而所述桨适于绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。

32.  根据权利要求29至31中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个连接到所述桨上的机器，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。

33.  根据权利要求32的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。

34.  根据权利要求32或33的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器既可以起作电机又可以起作发生器的作用。

35.  根据权利要求32至34中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。

36.  根据权利要求35的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器是完全密封的。

37.  根据权利要求35或36的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器充有加压的惰性气体。

38.  根据权利要求32至37中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个桨调节组件，所述桨调节组件与所述桨相关联并适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。

39.  根据权利要求38的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨的波浪力的值。

40.  根据权利要求39的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述角度范围。

41.  根据权利要求40的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。

42.  根据权利要求41的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于一个垂直于波浪传播方向所形成的竖直平面进一步倾斜。

43.  根据权利要求40至42中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，如果由传感器所指示的值指示波浪力大于一个预定大小，则所述桨移动成并保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。

44.  根据权利要求40至43中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成这样一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。

45.  根据权利要求44的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中增加施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。

46.  根据权利要求29至45中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨包括一排间隔开的桨叶。

47.  根据权利要求46的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶通常沿着所述第一枢轴间隔开。

48.  根据权利要求46或47的波浪能捕获装置，其特征在于，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。

49.  根据权利要求46至48中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括基本呈流线型的前缘。

50.  根据权利要求46至48中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括通常倾斜的前缘。

51.  根据权利要求29至50中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上的轴，其中所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。

52.  根据权利要求51的波浪能捕获装置，其特征在于，所述轴通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。

53.  根据权利要求51或52的波浪能捕获装置，还包括在所述轴和所述底座之间的水润滑轴承。

54.  根据权利要求29至53中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的。

55.  根据权利要求29至54中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第二枢轴是基本竖直的。

56.  一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；以及
至少一个具有一排间隔开的桨叶的细长浮桨，所述桨具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，并且绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时在一定的角度范围内角振荡；以及
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动。

57.  根据权利要求56的波浪能捕获装置，还包括一个连接到所述桨上的机器，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。

58.  根据权利要求57的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。

59.  根据权利要求57或58的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器既可以起作电机又可以起作发生器的作用。

60.  根据权利要求57至59中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。

61.  根据权利要求60的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器是完全密封的。

62.  根据权利要求60或61的波浪能捕获装置，其特征在于，所述电机/发生器充有加压的惰性气体。

63.  根据权利要求57至62中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个桨调节组件，所述桨调节组件与所述桨相关联并适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。

64.  根据权利要求63的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨上的波浪力的值。

65.  根据权利要求64的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述桨的运动范围。

66.  根据权利要求65的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。

67.  根据权利要求66的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中，所述桨的纵轴的中间位置相对于一个垂直于波浪传播方向所形成的竖直平面进一步倾斜。

68.  根据权利要求65至67中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，如果由传感器所指示的值指示波浪力大于一个预定大小，则所述桨移动成并保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。

69.  根据权利要求65至68中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述控制器适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果由传感器所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。

70.  根据权利要求69的波浪能捕获装置，其特征在于，所述其中增加施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中，所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。

71.  根据权利要求56至70中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶通常沿所述第一枢轴间隔开。

72.  根据权利要求56至71中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。

73.  根据权利要求56至72中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括基本呈流线型的前缘。

74.  根据权利要求56至73中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨叶包括通常倾斜的前缘。

75.  根据权利要求56至74中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨相对于波浪传播方向自定向。

76.  根据权利要求75的波浪能捕获装置，其特征在于，所述桨适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。

77.  根据权利要求76的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于枢转地安装到所述水下表面。

78.  根据权利要求76的波浪能捕获装置，其特征在于，所述底座适于固定到所述水下表面，而所述桨绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。

79.  根据权利要求56至78中任一项的波浪能捕获装置，还包括一个绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上的轴，其中，所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。

80.  根据权利要求79的波浪能捕获装置，其特征在于，所述轴通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕一个第二枢轴枢转地安装到所述底座上，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。

81.  根据权利要求79或80的波浪能捕获装置，还包括在所述轴和所述底座之间的水润滑轴承。

82.  根据权利要求56至81中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的。

83.  根据权利要求76、77、78至80或81中任一项的波浪能捕获装置，其特征在于，在使用中，所述第二枢轴是基本竖直的。

波浪能捕获装置
技术领域
本发明涉及波浪能捕获装置。
做出本发明主要用于捕获海浪能来发电。然而，应该理解的是本发明不局限于该具体应用，也可配备往复式海水泵来产生高压海水，以用于脱盐或用于驱动其它外部装置。
背景技术
已知的波浪能捕获装置包括一个底座和一个枢转地连接到所述底座的桨。响应于海浪力，所述桨被驱动绕一个通常水平的轴(axis)枢转振荡，以驱动一个发生器。桨一般是一个实心板。桨具有固定排列，因此，仅仅在一个固定平面内枢转。不管主海洋条件如何，桨也都保持一个固定的可操作运动范围。
施加到已知波浪能捕获装置的波浪力的大小和方向依赖于主海洋条件而变化。波浪力在平静的海洋条件下可能非常低，而在诸如飓风和龙卷风期间的极端海洋条件下可能特别高。通过将已知的设备制作地足够的坚固以承受高的力、或将其设计成避免大量的波浪力、或通过上述两者的结合，使得该已知的装置可以经受住与极端海洋条件相关的极其高的波浪力。
将波浪能捕获装置制作地足够的坚固以承受极其高的波浪力的缺点在于，所述装置往往非常大且沉重。
将装置设计成避免大量的波浪力来处理极端海洋条件的缺点在于，在较平静的海洋条件下，所述装置低效率地运行。
已知的波浪能捕获装置的再一个缺点在于，当波浪传播方向移动到与桨的固定排列不成一直线时，波浪能捕获装置无效率地运行。
已知的波浪能捕获装置的又一个缺点在于，所述实心桨趋于反射而非捕获波浪能。
发明目的
本发明的目的在于基本克服或至少改善上述缺点中的一个或多个。
发明内容
因此，在第一方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；
至少一个细长浮桨，具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动；以及
一个桨调节组件，与所述桨相关联并适于调节角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。
优选地，一个机器连接到所述能量转换元件，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。所述机器优选地适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。所述机器优选地既可以起作电机又可以起作发生器的作用。更优选地，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。在一个优选的形式中，所述电机/发生器是完全密封的，并且可以在压力下充有惰性气体，以避免内部腐蚀和泄漏。
优选地，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨上的波浪力的值。更优选地，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述角度范围。所述控制器优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。
优选地，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置(mean position)相对于一个垂直于波浪传播方向所形成(drawn)的竖直平面进一步倾斜。基于由传感器所指示的值，所述桨可以移动成并保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。
所述控制器还优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果由传感器所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。优选地，所述其中增加施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。
优选地，所述桨包括一排间隔开的桨叶。更优选地，所述桨叶通常沿着所述第一枢轴间隔开。在一个优选的形式中，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。在一个实施方案中，所述桨叶设有基本呈流线型的前缘。然而，在另一个实施方案中，所述桨叶设有通常倾斜的前缘。
优选地，所述桨相对于波浪传播方向自定向。更优选地，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。在一个实施方案中，所述底座适于绕所述第二枢轴枢转地安装到所述水下表面。然而，在其它实施方案中，所述底座适于固定到所述水下表面，而所述桨绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。
优选地，一个轴绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上，而所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。所述轴优选地通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕所述第二枢轴旋转地安装到所述底座上。在一个优选的形式中，水润滑轴承设置在所述轴和所述底座之间。
优选地，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的，而所述第二枢轴是基本竖直的。
在第二方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；以及
至少一个细长浮桨，具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴，从而使得所述桨相对于波浪传播方向自定向；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动。
在一个实施方案中，所述底座适于枢转地安装到所述水下表面。然而，在其它实施方案中，所述底座适于固定到所述水下表面，而所述桨适于绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。
优选地，一个机器连接到所述桨上，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。所述机器优选地适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。所述机器优选地既可以起作电机又可以起作发生器的作用。更优选地，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。在一个优选的形式中，所述电机/发生器是完全密封的，并且可以在压力下充有惰性气体，以避免内部腐蚀或泄漏。
优选地，一个桨调节组件与所述桨相关联并适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。更优选地，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨上的波浪力的值。在一个优选的形式中，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述角度范围。所述控制器优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。
优选地，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于一个垂直于波浪传播方向所形成的竖直平面进一步倾斜。基于由传感器所指示的值，所述桨可以移动成并且保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。
所述控制器还优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。优选地，所述其中增加施加到所述桨的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。
优选地，所述桨包括一排间隔开的桨叶。更优选地，所述桨叶通常沿着所述第一枢轴间隔开。在一个优选的形式中，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。在一个实施方案中，所述桨叶设有基本呈流线型的前缘。然而，在另一个实施方案中，所述桨叶设有通常倾斜的前缘。
优选地，一个轴绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上，而所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。所述轴优选地通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。在一个优选的形式中，水润滑轴承设置在所述轴和所述底座之间。
优选地，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的，而所述第二枢轴是基本竖直的。
在第三方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于固定连接到一个水下表面；以及
至少一个具有一排间隔开的桨叶的细长浮桨，所述桨具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，并且绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡；以及
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动。
优选地，一个机器连接到所述桨上，用以从所述桨的振荡运动中提取能量。所述机器优选地适于接收来自所述能量转换元件的扭矩。所述机器可以优选地既起作电机又起作发生器的作用。更优选地，所述机器包含一个永久磁同步电机/发生器。在一个优选的形式中，所述电机/发生器是完全密封的，并且可以在压力下充有惰性气体，以避免内部腐蚀或泄漏。
优选地，一个桨调节组件与所述桨相关联并适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。更优选地，所述桨调节组件包括一个传感器，用于检测指示施加到所述桨上的波浪力的值。在一个优选的形式中，所述桨调节组件包括一个对所述传感器做出响应的控制器，如果所检测的值落在一个预定范围之外，则所述控制器适于传送一个信号以调节所述桨的运动范围。所述控制器优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果所检测的值指示波浪力可以损害所述装置，则降低施加到所述桨上的波浪力。
优选地，所述其中降低施加到所述桨上的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于一个垂直于波浪传播方向所形成的竖直平面进一步倾斜。基于由传感器所指示的值，所述桨可以移动成并保持为一个基本平行于波浪传播方向的构型，以将施加到所述桨上的波浪力最小化。
所述控制器还优选地适于控制向所述机器施加外部电力以将所述桨移动成一个构型，其中，如果由传感器所检测的值指示波浪力将不会损害所述装置并且波浪力在能量捕获效率方面小于最优值，则增加施加到所述桨上的波浪力。优选地，所述其中增加施加到所述桨的波浪力的构型是这样一个构型，其中所述桨的纵轴的中间位置相对于平行于波浪传播方向上升。
优选地，所述桨叶通常沿着所述第一枢轴间隔开。在一个优选的形式中，所述一排桨叶从一个最靠近底座的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。在一个实施方案中，所述桨叶设有基本呈流线型的前缘。然而，在另一个实施方案中，所述桨叶设有通常倾斜的前缘。
优选地，所述桨相对于波浪传播方向自定向。更优选地，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴。在一个实施方案中，所述底座适于枢转地安装到所述水下表面。然而，在其它实施方案中，所述底座固定到所述水下表面，而所述桨绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。
优选地，一个轴绕所述第一枢轴枢转地连接到所述底座上，而所述桨固定连接到所述轴上并从所述轴延伸。所述轴优选地通过一个支架连接到所述底座上，所述支架绕所述第二枢轴枢转地安装到所述底座上。在一个优选的形式中，水润滑轴承设置在所述轴和所述底座之间。
优选地，在使用中，所述第一枢轴是基本水平的，而所述第二枢轴是基本竖直的。
在第四方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于相对于一个水下表面而被固定连接；
至少一个具有一排间隔开的桨叶的细长浮桨，所述桨具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，并且绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时在一定的角度范围内角振荡，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴，从而使得所述桨相对于波浪传播方向自定向；以及
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动。
在第五方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于相对于一个水下表面而被固定连接；
至少一个细长浮桨，具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴，从而使得所述桨相对于波浪传播方向自定向；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动；以及
一个桨调节组件，与所述桨相关联并且适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。
在第六方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于相对于一个水下表面而被固定连接；
至少一个具有一排间隔开的桨叶的细长浮桨，所述桨具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动；以及
一个桨调节组件，与所述桨相关联并且适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。
在第七方面，本发明提供了一种波浪能捕获装置，包括：
一个底座，适于相对于一个水下表面而被固定连接；
至少一个具有一排间隔开的桨叶的细长浮桨，所述桨具有一个纵轴、一个上端部和一个下端部，所述桨绕一个第一枢轴枢转地安装到所述底座上，用于当波动向所述桨施加力时，在一定的角度范围内角振荡，所述桨还适于相对于所述水下表面绕一个第二枢轴枢转地安装，所述第二枢轴通常垂直于所述第一枢轴，从而使得所述桨相对于波浪传播方向自定向；
一个能量转换元件，连附到所述桨上并适于通过所述桨的角振荡而被驱动；以及
一个桨调节组件，与所述桨相关联并且适于调节所述角度范围的大小和/或相对于所述第一枢轴的角度位置。
附图说明
现将参考附图，仅以示例的方式描述本发明的优选实施方案，其中：
图1是根据本发明的波浪能捕获装置的一个优选实施方案的示意性正视图；
图2是图1系统的示意性立体图，示出了一种用于正常波浪条件的运行模式；
图3是图1系统的示意性立体图，示出了一种用于巨大波浪的运行模式；
图4是图1系统的示意性立体图，示出了一种用于极端飓风或龙卷风条件的运行模式；
图5是根据本发明的波浪能捕获装置的一个替代实施方案的示意性正视图；
图6是图5系统的示意性立体图，示出了一种用于正常波浪条件的运行模式；
图7是图5系统的示意性立体图，示出了一种用于巨大波浪的运行模式；
图8是图5系统的示意性立体图，示出了一种用于极端飓风或龙卷风条件的运行模式；以及
图9示出了几个替代桨叶实施方案的水平横截面图。
具体实施方式
参考附图，波浪能捕获装置10包括一个具有圆形安装凸缘13的底座12，圆形安装凸缘13适于通过多个锚栓15而固定连接到水下表面(即海床)14。支架16绕枢轴18旋转地安装到底座12上，所述枢轴18通常从海底14垂直延伸(即竖直地)。轴20绕枢轴22枢转地安装到支架16上，所述枢轴22通常平行于水下表面14延伸(即水平地)。水润滑轴承24设置在支架16和底座12之间，以及轴20和支架16之间。
具有一个纵轴27的细长浮桨26在一个端部固定连接到轴20上并且具有一个相对的自由端部。因此，桨26相对于底座12和水下表面14绕轴18和22可枢轴转动。当波动向桨26施加力时，桨26适于绕轴22在一定的角度范围内成角度地振荡。
桨26包括一排表面光滑的桨叶28，该排桨叶28通常沿着轴22线性地间隔开。该排桨叶28从一个最靠近底座12的端部到一个相对的自由端部向外成扇形散开。桨叶28的这种扇形散开与桨26绕轴18和22的枢转安装相结合，使桨26随着波浪传播方向自定向，以将捕获的波浪力的量最大化。
桨叶28也最佳地间隔开，以使得水在桨叶28周围和在桨叶28之间以对于主条件产生最大可能的力的方式通过。桨叶28的这种间隔布置也使得每一个波浪中的大部分能量被吸收，而将发生的反射最小化。如果使用单个的、宽桨叶代替一排桨叶，那么将从宽桨叶的实心中间部分反射大部分的波浪能。
如图1-4所示，桨叶28优选地设有基本呈流线型的前缘。流线型桨叶优先地传送由于波动的加速度而产生的力，而将相对的曳力最小化。在许多情况下，这导致最优的效率。在其它情况下，可能期望优先地利用所述曳力来产生动力，在这种情况下，如图5至8所示，优选具有倾斜前缘的桨叶。桨叶28的形状、硬度、间距和浮性可以通过试验优化，以对于任何特定的地理区域在任何给定的波浪条件下将能量转换最大化。
桨26绕轴22的角振荡驱动一个能量转换元件，所述能量转换元件呈从轴20延伸的心轴(shaft)(未示出)形式。心轴驱动一个为永久磁同步电机/发生器30的形式的机器的转子。电机/发生器30是完全密封的，并且可以在压力下充有惰性气体，以避免内部腐蚀或泄漏。电机/发生器30受电力荷载作用，以使得产生扭矩来抵抗由波浪力产生的施加扭矩。当轴20成角度地振荡对抗这种抗扭矩时，电机/发生器30产生用于提供给配电网的电能。在某些环境下，可能期望驱动轴20对抗波浪力或在有变化力的情况下将桨26保持在一个固定位置。通过从配电网向电机/发生器30提供电力可以获得这种结果，以使得电机/发生器30驱动桨26。
在使用中，桨叶28以至少三种方式捕获和转换波浪力。第一，当波峰靠近该排桨叶28时，通过该排桨叶的水流被部分地限制，导致将水瞬间积聚在该排桨叶的向海侧。这进而在桨叶28上产生沿波浪传播方向的净力。该力沿着桨叶28转移到轴20并有助于在波浪周期的一部分中角振荡。在此所描述的效果造成从波浪中的势能(这是由于在波峰和波谷之间的高度差导致的)到轴20中的机械能的转换。
第二种能量捕获模式是：直接转换由于在通过波浪之下的振荡流导致作用于桨叶28上的曳力。该振荡流在桨叶28上施加曳力，所述曳力沿着桨叶28转移到轴20上并有助于轴20的受控角振荡。这动作构成了波场中所包含的并具体体现为水运动的动能的直接转换。
动能转换的另一个模式是由于在表面之下的水粒子的加速度导致的。当水流前后振荡，并且较小程度地(在浅水中)上下振荡时，水粒子加速然后减速并停止，然后接着倒转方向。众所周知，这些加速度向水下物体施加大量的力并且通常被术语化为加速力或附加的质量力。附加的质量力指的是施加到所述物体上的力来自于必须加速以通过物体周围的水的附加质量。在适合于所述装置运行的波浪条件的整个范围内，所述加速力相对于上述的其它力通常是占优势的。最佳地控制装置10的运动，以使得利用所有力来将能量转换率最大化。
装置10适于安装在约15-45m的中间水深中，以使得当桨叶28竖直定向时桨叶28稍微在平均水平面上方延伸。在此水深，水粒子运动主要是水平的，但也具有较小的竖直分量，在波浪传播方向上水流前后振荡。当波浪传播通过桨叶28时，水运动在桨叶28上施加时变力。该前后振荡的力使桨叶28和轴20绕枢轴22成角度地振荡，因此驱动电机/发生器30并产生电能。这种振荡力的大小由具有以下形式的Morrison方程式部分描述
F＝Cd(1/2ρU²)*A+Cm(ρdU/dt)*V，
其中第一项是由于桨叶28上的流体动力曳力(如上所述)而产生的，第二项是由在桨叶28周围的水的加速度(如上所述)导致的。因此，装置10利用了由水的速度和加速度两者导致的力。在一些情况下，曳力和加速力在波浪的一部分中可以彼此相反。可以优化桨叶形状和定向以优先利用加速力或者曳力。
图1-4中所示的流线型定向优先地将加速力最大化，而图5-8中所示的倾斜定向优先地将曳力最大化。其它可能的有益桨叶形状和构型示出在图9中，其中可以利用桨叶和流体运动之间更复杂的交互作用。图9中，箭头F指示波浪传播方向。
此外，由于通过波浪导致自由表面的偏移使大量的水聚集在该排桨叶28的向海侧。这导致在该排桨叶28上的静水压有差异，并导致一个净力，所述净力趋于在如其它所提及的力在相同方向上成角度地振荡轴20。所有这些力的总效果是以成角度地振荡的方式有效地驱动轴20，以使得在前后撞击中都产生电力。
基于通常以波浪高度和周期表征的波浪条件，调节桨26的运动范围以优化能量转换和防止损害装置10。这是借助于一个与桨26相关联的桨调节组件而获得的。桨调节组件包括一个传感器(未示出)和一个对传感器做出响应的控制器(未示出)，所述传感器用于检测指示施加到桨26上的波浪力的值，所述控制器用于控制向电机/发生器30施加外部电力以调节角度范围的大小和/或角度位置，桨26在该角度范围内相对于枢轴22振荡。
在正常运行条件下，当对所述装置有低风险的结构损害，并且期望转换最大量的入射功率时，如图2和6所示，设置桨26以绕一个近竖直平面振荡。
当出现足够大的波浪时，传感器(未示出)检测指示可以损害桨26的波浪力的值。在响应中，控制器(未示出)控制向电机/发生器30施加外部电力来将桨26驱动成一个构型，其中桨26的中间位置相对于轴18倾斜，如图3和7所示，以使得一些波浪能不被作为动力地通过而装置10可以继续安全地运行。通过调节受电机/发生器30作用的阻尼(resistance)来保持所述倾斜位置，以使得在巨浪之下的复原力(主要取决于浮性)不足以将所述装置上升到一个预定水平面之上。电机/发生器30也可以在短时间内从配电网中吸取外部电力，以受控的方式制动桨26并因此限制桨26的振荡范围。
在出现飓风或龙卷风的极少的情况下，传感器检测指示极端情况施加的波浪力的值。在响应中，控制器控制向电机/发生器30施加外部电力以将桨26驱动成一个靠着海底的流线型构型平面，如图4和8所示。通过连续地向电机30施加相对少量的外部电力，使桨26在此位置保持静止。在此位置，桨叶28从由于飓风波浪导致的巨大力的路线中移出，并且利用任意的小底部速度被较直，以使得波浪力最小化而保护装置10不被损害。
当极端情况度过时，传感器探测复原到较正常的条件，控制器控制施加到电机/发生器30以将桨26从平行于海底上升到一个中间位置的外部电力，在此中间位置施加到桨26的波浪力增加。如果在此新位置，传感器检测指示波浪力将不会损害装置10并且在能量捕获率方面小于最优值的波浪力值，那么控制器在响应中控制施加到电机30上的外部电力，以进一步上升桨26。
装置10也设有一个传感器(未示出)，用于探测附近存在的移动结构，例如船和鲸。控制器(未示出)也对该传感器做出响应，以将桨26移动成如图4和8所示的流线型构型，直到所述结构移到范围之外。
底座12形成用于将装置10连接到海床16的系泊索具的一部分。在申请人以前提交的澳大利亚临时专利申请No.2006904030和要求其国际公约优先权的共同未决的国际专利申请中详细公开了所述系泊索具，其公开内容通过引用的方式纳入本说明书中。
装置10可以被安装为一个单独单元，或可以被安装在多个单元中以形成一个波浪能场，经由单根电缆将电能连接到DC总线传递到岸上。
应该理解，各种运行模式允许装置10在除了极小数和最极端条件之外的所有条件下运行。这相对于已知的波浪能装置是明显有利的，所述已知的波浪能装置在中等大波浪中变得不可操作。又一个优点是装置10可以安装在龙卷风和飓风易于发生的区域，在这种区域大部分其它已知的波浪能装置不能使用，因为它们不能在该主海洋条件下幸存。还应该理解，因为装置10基于主海洋条件来调节它的构型，所以装置10的尺寸和重量与已知的波浪能捕获装置相比被有利地降低。因此，制造和安装装置10的成本与类似的已知装置相比被降低。装置10的另一个优点是使用一排间隔开的桨叶28，这使得每一波浪中的大部分能量被吸收，而最小化了反射的发生。装置10也有利地随着波浪传播方向自定向，以最大化其波浪能捕获效率。再一个优点是流线型桨叶构型的使用便于优先捕获波浪加速力，而倾斜桨叶构型的使用便于优先捕获波浪曳力。
尽管已经参考具体的实施方案描述了本发明，但还应理解，它也可以表现为很多其它的形式。例如：
●桨叶可以用水平布置替代竖直布置；
●桨可以驱动一个往复式海水泵来产生用于脱盐或用于驱动其它外部装置的高压海水；
●桨叶可以沿着多于一个的轴排列，或排列成圆形或其它排列方式；
●桨叶可以装入一个用于通过改变质量的位置、或通过吸入或排出海水来调节桨叶的内部重量分布的装置，以作为一个对波浪的响应转变到最大效率的装置；
●桨叶可以是基本柔性的，或在一个或多个接点铰接的，以作为一个获得增加转换到电机/发生器30上的能量的运动响应的装置；
●当桨叶竖直定向在平均海平面时，桨叶可以基本浸没，或它们可以从海面稍微突出；和/或
●一个单独装置可以与多于一个的电机/发生器配合，每一个电机/发生器都连附到一个单独的桨，并且每一个都相对于另一个移动，以使得获得导致效率增加的有利的交互作用。