冲浪波生成器技术领域
本发明涉及波浪池，以及更具体地涉及人工波的生成和冲浪碎波的产生。
背景技术
存在通常称为波浪池的人工冲浪波设备。一些波浪池是线性的，在于其大致为矩
形的并且波浪从一端行进至另一端。其他波浪池具有位于水体内的波浪生成装置，其中，波
浪朝向波浪池的边缘向外辐射。
本发明旨在提供用于生成波浪的新的设备并且还提供用于生成碎波的新的结构。
发明内容
在第一广义的形式中，本发明提供用于在水体的表面中生成至少一个波浪的波浪
生成设备，所述波浪生成设备包括至少一个波浪生成物件和用于使所述波浪生成物件相对
于所述表面竖向振荡的器件，其中，所述波浪生成物件与所述水体接触至少一段时间，
其中，所述至少一个波浪生成物件具有至少一个波浪生成表面，以及
其中，在存在单个波浪生成物件的情况下，波浪远离所述波浪生成物件延伸，以及
其中，在存在多个波浪生成物件的情况下，所述波浪生成物件和波浪生成表面构
造成使得生成的任何波浪中的基本所有波浪远离所述波浪生成物件延伸。
在另一广义的形式中，本发明提供在水体的表面中生成至少一个波浪的方法，所
述方法包括：设置至少一个波浪生成物件；在所述波浪生成物件与所述水体接触至少一段
时间的情况下，使所述波浪生成物件相对于所述表面竖向振荡，
其中，所述至少一个波浪生成物件具有至少一个波浪生成表面，以及
其中，在存在单个波浪生成物件的情况下，波浪远离所述波浪生成物件延伸，以及
其中，在存在多个波浪生成物件的情况下，所述波浪生成物件和波浪生成表面构
造成使得生成的任何波浪中的基本所有波浪远离所述波浪生成物件延伸。
在优选的形式中，波浪生成表面包括与振荡的方向成角度的表面。
振荡可以沿线性的路径或者可以通过绕轴线旋转。沿其他路径形状的振荡在本发
明的范围内。
波浪生成物件可以构造成使得其振荡使波浪在基本所有方向上延伸。波浪生成物
件可以构造成使得其振荡使波浪在一个或多个方向上延伸。
所述波浪生成表面可以是直线的一部分、圆的一部分、椭圆、抛物线或任何其他适
合形状的旋转。
所述波浪生成表面不需要是对称的。
在一个形式中，所述波浪生成表面是凸状的并且生成随着远离所述波浪生成表面
延伸而扩张的波浪。在另一形式中，所述波浪生成表面是凹入的并且生成随着远离所述波
浪生成表面延伸而收缩的波浪。
在存在多个波浪生成表面的情况下，或者在单个波浪生成物件上或者在多个波浪
生成物件上，所述波浪生成表面可以布置成生成扩张的波浪、收缩的波浪或两个都不进行
的波浪。
系统可以包括导向件，所述导向件例如约束波浪扩张。
可以在基本保持在所述水中时或者可以在部分地在水的外部或者全部在水的外
部时使所述波浪生成表面振荡。
所述波浪生成物件可以有浮力。
所述波浪生成物件可以被反复地降落或驱动至水体中，随后被收回。
所述波浪生成物件可以安装在一个或多个导向构件上或由一个或多个导向构件
约束。在一个形式中，波浪生成物件可以具有通道，导向构件穿过通道并且使波浪生成物件
沿所述导向构件振荡。在另一形式中，可以存在位于所述波浪生成物件的外部的一个或多
个导向构件，所述一个或多个导向构件接合一个或多个外表面以对所述波浪生成物件进行
导向。
优选地，使用驱动机构使所述波浪生成物件振荡。所述驱动机构可以驱动所述波
浪生成物件朝向水或进而进入水中，其中，浮力引起在相反方向上的移动。替代性地，所述
驱动机构可以远离水移动所述波浪生成物件或将所述波浪生成物件从水移出，其中，利用
重力以引起相反方向上的移动。替代性地，所述驱动机构可以在两个方向上驱动所述波浪
生成物件。
所述驱动机构可以包括气动的或液压的撞锤。所述撞锤可以是双作用的。可以使
用电磁体以在一个或两个方向上驱动所述波浪生成物件。其他驱动机构在本发明的范围
内。
在另一广义的形式中，本发明提供一种用于使由至少一个波浪生成器生成的波浪
破碎的人工波浪生成礁石，所述礁石具有在所述水表面下方延伸的浸没式碎浪生成表面，
所述碎浪生成表面的更靠近所述至少一个波浪生成器的部分与远离所述至少一个波浪生
成器的部分相比距所述水表面更远。
优选地，所述碎浪生成表面与由所述至少一个波浪生成器生成的波浪的行进成角
度地延伸，使得波浪沿着所述碎浪生成表面的长度逐渐地破碎。
所述碎浪生成表面可以遵循一个或多个线性的或弯曲的路径。
人工波浪池可以具有多个人工波浪生成礁石，所述多个人工波浪生成礁石围绕一
个或多个人工波浪源定位。这些人工波浪生成礁石可以布置成使得波浪在一个人工波浪生
成礁石上破碎并且随后在另一个上破碎。
在另一广义的形式中，本发明提供一种用于人工波浪生成礁石的礁石模块，所述
礁石模块包括可移动本体，所述可移动本体包括至少一个碎浪生成表面。本体可以相对地
移动以调节所述至少一个碎浪生成表面的高度和角度。
在一个形式中，所述本体安装成绕第一轴线旋转，由此所述至少一个碎浪生成表
面能通过所述本体绕所述第一轴线的旋转而调节。
所述第一轴线本身可以移动，例如能绕另一轴线旋转，所述另一轴线是例如垂直
于所述第一轴线的轴线。所述第一轴线的高度可以调节。
优选地，使用时，所述本体定位在水池的底部的上方，使得水能够在本体与池底之
间流动。
在一个形式中，所述礁石模块包括至少一个支撑腿部和安装成在所述至少一个支
撑腿部上旋转的本体。可选地，所述至少一个支撑腿部是伸缩式的。
基于以下陈述的以下非限制性描述，本发明的这些特征和其它特征会更加明显。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施例的波浪生成装置的侧视图。
图2是根据本发明的第二实施例的波浪生成装置的侧视图。
图3是处于第一位置的使用在本发明的第一或第二实施例中的柱塞的侧视图。
图4是处于平衡位置的图3的柱塞的侧视图。
图5是处于向下移动的压低位置的图3的柱塞的侧视图。
图6是处于向上移动的上升位置的图3的柱塞的侧视图。
图7是处于再向下移动的压低位置的图3的柱塞的侧视图。
图8是处于再向上移动的上升位置的图3的柱塞的侧视图。
图9示出图3的柱塞的替代性柱塞的沿水平平面截取的许多可能的截面图。
图10示出图3的柱塞的替代性柱塞的沿竖直平面截取的许多可能的截面图。
图11示出图3的柱塞的替代性柱塞的沿竖直平面截取的许多可能的截面图。
图12示出根据本发明的实施例的波浪生成系统的透视图。
图13示出根据本发明的实施例的具有波浪生成系统和礁石阵列的水池的一部分
的平面图。
图14示出图13的柱塞的沿竖直平面截取的截面图。
图15示出图13的柱塞的替代性柱塞的沿竖直平面截取的截面图。
图16是图13的平面图的示意图。
图17是具有波导器的图13的平面图的示意图。
图18示出波浪生成系统的一部分的侧视图。
图19是根据本发明的实施例的礁石阵列的示意性平面图。
图20是图19的礁石中的一个的细节。
图21是根据本发明的实施例的封闭水池中的礁石阵列的示意性平面图。
图22是图21的礁石阵列的侧截面图。
图23是在根据本发明的礁石阵列中使用的第一礁石模块的侧视图。
图24是在根据本发明的礁石阵列中使用的第二礁石模块的侧视图。
图25是在根据本发明的礁石阵列中使用的第三礁石模块的侧视图。
具体实施方式
参照图1至图2，该图示意性示出了两个波浪生成机构10和20。
在图1中，机构10包括安装在用于竖向运动的杆或轴14上的柱塞12，使得可以使机
构在具有水表面18的水体16中竖向振荡。
在图2中，机构20包括安装在外部导向构件24上或由外部导向构件24导向的柱塞
22，使得可以使机构在具有水表面28的水体26中竖向振荡。
柱塞12和22是大体相同的形状并且分别具有圆锥形部分13和23，圆锥形部分13和
23分别具有尖的下端部15和25。
机构的操作大体相同并且将参照机构20和图3至图8进行描述。清楚起见，在这些
图中未示出导向和驱动机构。使用时，柱塞可以如图3初始时在水表面28上方升起，或者可
以如图4初始时部分在水26中在中立或静置位置。
优选地，柱塞22在水中有浮力因而会浮动而不下沉。
如由图5的箭头30指示的，产生柱塞22的向下运动。该运动可以如图3通过使柱塞
从水表面上方降落，或者通过具有对柱塞22施力的驱动机构，或者通过两者的组合而产生。
进入水体或脱离平衡状态的柱塞向侧面排水。由于柱塞的浮力和/或升起柱塞的
驱动机构或两者的缘故，柱塞到达最大深度并且随后开始向上运动。取决于驱动机构，向下
的行程可能由驱动机构或由柱塞的初动量限制。
向上的运动继续通过平衡点(如图6所示)，并且柱塞由驱动机构被反复地向下推
动(如图7所示)并且反复反弹(如图8所示)。
该反复的上升和下降运动在水体26中生成波浪36。辐射浪涌中的水的容积由从柱
塞下方“泵送”的水替代。该运动有助于产生浪涌的循环粒子运动，非常像海涌。
柱塞22的排水的表面是大体凸状的，因而，所有波浪远离柱塞22辐射。这与现有技
术的机构相反，在现有技术的机构中，并非所有波浪都是远离地辐射，因此造成冲突和/或
能量的浪费。相反，能量的消耗通过远离柱塞辐射的波浪被最小化。
图9示出适于柱塞12和22的横截面轮廓40、42、44和46。这些横截面轮廓是截取柱
塞的横截面，并不表示平面图。实际的横截面沿着柱塞的长度变化。
平面横截面轮廓不必是如40的圆形的，可以是椭圆的(42)、正方形的(44)、矩形的
(46)或任何其他适合的形状。非圆形的横截面轮廓造成不同的波浪图案。例如，椭圆轮廓42
将趋于在由箭头48指示的方向上生成与在由箭头50指示的方向上的波浪相比的强度不同
的波浪。
柱塞12和22的侧截面具有三角形形状并且同样也可以变化。图10示出侧截面轮廓
60、62、64和66。这些侧截面轮廓可以与平面图轮廓以任意组合来组合。
侧截面轮廓确定由柱塞的振荡生成的波浪的“形状”。这是因为：不同柱塞在相同
深度处的容积不同，排水的量因而变化。
图11示出可调节的侧截面轮廓。柱塞22可以设置有可移动部分使得可以改变轮
廓。因此，例如，柱塞可以具有按压至水中时的如由轮廓线70指示的大的轮廓和升起时的小
的轮廓72。
图12示出驱动和导向机构100，驱动和导向机构与图1中示出的柱塞12一起使用以
使柱塞在水体102中振荡。
驱动100包括支撑框架104和中央导向柱106，柱塞12和活塞108安装在中央导向柱
上。活塞108安装在缸110内。缸110从泵或压缩机114经由一个或多个入口112接收压缩流
体，压缩流体在该实施例中为空气。可以设置用作压缩空气存储空间的中间室116。空气由
压缩机114泵送至存储室116并使用阀112释放至缸。这允许压缩机114持续地运转。
将加压空气引入到缸110中驱动柱塞12进入或下降至水中，从而生成波浪。
由于柱塞12不是仅依赖重力产生向下动量，因此该柱塞可以是相对有浮力的中空
结构。照此，低于平衡点的按压在柱塞12上产生向上的力。
缸110设置有由阀120控制的出口118，当柱塞上升时，阀120允许缸中的空气溢出。
如果需要，可以设置泵，泵向出口118施加抽吸力，以辅助柱塞12的向上运动。
因此，引起柱塞12上下振荡并生成波浪。波浪的幅度可以由驱动压力确定。波浪的
频率可以通过改变驱动频率而被改变，尽管系统会趋于具有会使驱动功率需求最小化的固
有频率。
当图12的实施例使用空气作为驱动流体时，可以使用液体以驱动柱塞12上下。
当图12中示出的缸/活塞装置是单缸时，要领会的是：可以利用双作用缸，在双作
用缸中，在两个方向上的移动由加压流体驱动，加压流体是诸如为空气的气体或者诸如为
液压流体或普通水的液体。
导向杆106不是必不可少的并且柱塞可以由外部导向件而非中央杆导向。要领会
的是，该实施例中的柱塞12不限于简单的圆锥形状，而可以具有包括其他图中示出的那些
轮廓的任何其他轮廓。
要领会的是，柱塞12可以由多个部件形成，活塞108可以是单独的部件而无需与柱
塞成一体。
图12的实施例利用加压流体以驱动柱塞12向下和随意的向上。要领会的是可以利
用其他驱动机构。柱塞12可以由机电螺线管驱动。因为螺线管仅在一个方向上驱动，需要第
一组螺线管以驱动柱塞12向下，同时需要另一组以驱动柱塞12向上。
所描述的柱塞通常是紧凑的，使得一个方向的尺寸具有与横向方向上的尺寸类似
的量级，即，长度和宽度是类似的。这产生以总体径向的方式向外辐射并且在所有方向上具
有类似的大小的波浪。
本发明不限于这种柱塞和波浪形状。图13和14示出相对宽但相对薄的柱塞150。此
外，柱塞150是弯曲的以提供凹面(平面图)。如在图14中看到，凹面152与(竖向)行进方向成
角度以当推进到水中时生成波浪。后凸面154与(竖向)行进方向平行，因此，当柱塞进入水
中时，面154生成很少的波浪或该面不生成波浪。
凹面152生成朝向点158汇聚的波浪。可以由人工礁石(未示出)生成一个或两个碎
波158，优选地，礁石形成为使波浪具有沿相反方向移动的两个相反碎浪157和159。
要领会的是，可以对前述图中示出的柱塞应用柱塞的非对称性，使得仅在特定方
向上生成波浪。
如果需要，柱塞的凸面154可以构造成生成波浪，如图15中示出的。要注意的是，面
152和154相对于竖向的角度不需要相同，而且如图15可以不同。
柱塞150的端部可以形成为从端部而不仅从凹和/或凸面生成波浪。
图16示出位于波浪池中的沿所有方向生成波浪162的柱塞160，柱塞具有产生各种
形状和大小的碎波的多种人工礁石164。
如果需要，波浪池可以设置有附加的壁或导向件以控制波浪。图17示出与图16的
波浪池类似的但存在导向壁的波浪池。图17示出两个替代性的变型。在一个变型中，导向壁
172从柱塞160的相邻的端部延伸并且朝向彼此汇聚。这会进一步集中波浪和/或防止向侧
面消散。在第二替代性的变型中，壁174彼此平行，并且当壁不集中波浪时其不防止向侧面
消散。
图18示出通过绕轴线184旋转的臂182安装的柱塞180。柱塞180具有当驱动至水中
时生成波浪188的面186。面190可以形成为使得由面190基本上不生成波浪或者该面可以形
成为生成波浪。柱塞180可以与图1至11中示出的那些相同或类似或者可以是图13至15的长
形柱塞。
一系列柱塞180可以布置成一条或多条线，以与单个柱塞相比生成更宽的波浪或
线状波浪。在一系列柱塞作为一组利用的情况下，可以控制一系列柱塞以同时进入水中。在
一个替代性布置中，可以使一条线的柱塞顺序地进入水中。
在设置一条线的柱塞的情况下，线可以是直的或弯曲的。曲线可以是圆弧、抛物线
的部分或任何适合的形状。在设置曲线的情况下，柱塞可以生成汇聚于中心礁石或类似物
的波浪。
需要以特别方式形成同心波以便建立冲浪波。
通过概述在封闭领域内向外辐射浪涌的中央波生成方法，可以使用海岸线以形成
波浪。然而，为了使设备的用途最大化并为了将冲浪者与游泳者分开，最好建立一系列的
“离岸”礁石，其可以是有形地板的部分或者作为单独构造及安装的模块化单元。
理想的是使波浪分成两个碎浪并使碎波在一个方向上剥离；因此，礁石必须与浪
涌成角度地影响波浪。由于同心浪涌在圆周上辐射和增大，因此，必须沿碎浪的长度改变礁
石的形状、角度和深度，以便建立一致的碎波。
图19示出由同心线204表示的模块化礁石202的阵列200，其布置成沿着浪涌的长
度提供一致的碎波。阵列200可以具有一组主(主要)礁石206以在最初使浪涌204破碎。阵列
200还可以具有从主礁石204后退的被深水分开的次要礁石208，使得在主礁石上破碎后，浪
涌会改变，准备好在次要礁石208上破碎。
图20示出图19的主礁石206中的一个的详细视图。礁石206由一系列的单独的模块
化礁石单元210形成。礁石单元210总体包括矩形单元212、成角度单元214和成角度顶部单
元216。矩形单元212可以以相对直的线放置，其中成角度单元214允许方向的改变。顶部单
元216设置成建立浪涌的初始破碎。
直浪需要礁石沿着礁石的长度在大体相同的深度以提供可骑行的碎浪。然而，同
心浪涌向外辐射且强度减小，因此，礁石需要沿着碎浪提供减少的深度以提供一致的形状。
因此，更加远离波源的礁石单元需要提供与靠近波源的那些礁石单元相比更靠近水表面的
上表面。
使用人工礁石而非海岸线还使游泳者能够与冲浪者分开。图21和22示出具有波源
222和礁石阵列224的水池220。礁石阵列可以类似于图19和20的礁石阵列。礁石阵列224远
离海岸线226定位。由波源222生成的波浪在礁石的前表面/边缘228上破碎，冲浪者会在阴
影区域230中骑行这些碎波。
位于最外的礁石与海岸线226之间的区域232可以被游泳者等使用。
模块化礁石单元可以固定至池底或可以浮动。
图23示出浮动礁石单元240，浮动礁石单元位于水表面242下方以及池底244上方。
因此，在礁石单元240与池底244之间存在通道246，破碎于海岸线的水可以穿过该通道返回
至水池的中央，如由箭头248指示的。礁石单元是有浮力的并且通过适当的锚索250保持就
位。优选地，这些锚索在礁石单元下方延伸至底部244以不在使用者要冲浪的地方。
图24示出锚固至池底244的礁石单元260。单元260具有腿部262，腿部支撑构件
264。构件264具有用于生成碎波267的表面266。优选地，构件绕前轴线268枢转，使得表面
264可以相对于水表面242成角度。优选地，腿部是伸缩式的，因此，可以调节表面266在水表
面242下方的位置。通过设置可调节的腿部，轴线260可以相对于水表面成角度，以在距波源
一距离的地方提供朝向水表面升高的礁石单元。如图23的实施例，通道246存在于单元260
下方，使得水可以朝向水池的中央返回。
图25示出为单元260的变型的礁石单元270。礁石单元用于浅水的应用并且具有更
短的腿部272，但是在其他方面功能上与单元260相同。
除非上下文另外明确要求，否则在整个说明书和任何权利要求中，词语“包括”、
“包含”等应以包括的意义而不是排除或穷尽的意义来解释；也就是说，以“包括但不限于”
的意义来解释。
在特征不相互排斥的情况下，在本文中描述或提及的本发明的特征可以以特征的
任意组合来组合。
对于本领域技术人员而言很明显的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，
可对文中描述的实施例做出许多明显的改型和变型。