驱动组件的制作方法

本发明涉及一种驱动组件，尤其是一种用于将波浪能传递给能量转换器的驱动组件。

背景技术：

近年来，人们越来越强调需要开发可再生能源，以便为全球能源生产做出重大贡献。政府目标、媒体对与不可再生能源相关问题的报道以及不断增加的能源成本的结合，都为可再生能源系统的发展创造了强大的驱动力。

众所周知，化石燃料对环境造成负面影响，核能带来的问题和高昂成本也是如此。另一方面，对可再生能源的巨大自然资源的利用仅仅受到我们以经济上可行的价格获取和供应的能力的限制。

一种潜在的可再生能源是波浪能——一种在世界上所有的大海洋都可以获得的丰富而持续的能源。已经提出了各种用于从波浪能产生能量的波浪能装置，但是这种装置具有许多局限性，没有一种装置能够长期可靠地利用可用的波浪能资源。

在wo2010007418、wo2011158006和wo2013068748中公开了用于将波浪运动转换成有用能量的连续改进的发电机。所公开的发电机使用水下反作用体来解决与现有波浪能转换器相关的许多困难。

然而，在wo2010007418、wo2011158006和wo2013068748中公开的波浪能转换器仍有进一步改进的潜力。

技术实现要素：

根据本发明，提供了如所附权利要求中概述的驱动组件。

根据本发明的第一方面，提供了一种驱动组件，该驱动组件被布置成将波浪能传递到能量转换器，该驱动组件包括:具有致动长度的致动构件；可动的能量传递构件，其被布置成联接到能量转换器，并且被布置成将能量从致动构件传递到所述能量转换器；能量存储构件，其包括，该偏置构件联接到以下中的一个或多个:致动构件、能量传递构件；该能量存储构件被布置成使得致动构件或能量传递构件移动位置；其中致动构件被布置成将能量传递构件从第一行程位置移动到第二行程位置；并且其中第一行程位置和第二行程位置限定工作行程的远端点；该工作行程被布置成驱动所述能量转换器。致动构件优选包括柔性绳索。

驱动组件优选地被布置成用在波浪能发电机内，并且优选地有助于波浪能向有用能量的最佳转换。

本发明的驱动组件优选地设置成通过能量传递构件和具有偏置构件的能量存储构件从能量源向能量转换器提供能量。通过将能量传递构件从第一行程位置移动到第二行程位置、限定工作行程的远端点(工作行程用于驱动所述能量转换器)，致动构件能致动驱动组件。由致动构件引起的能量传递构件的运动也优选引起包括偏置构件的能量存储构件的运动。在到达第二行程位置时，能量传递构件被偏置构件朝向第一行程位置偏压。通过偏置构件造成的能量传递构件从第二行程位置到第一行程位置的运动构成了进一步的工作行程，并且用于进一步驱动所述能量转换器。能量传递构件以这种方式从第一行程位置到第二行程位置的往复运动导致所述能量转换器的持续驱动。

优选地，驱动组件还包括联接到致动构件的能量捕获构件，并且能够将波浪能传递到致动构件。在包括能量捕获构件的优选实施例中，致动构件的致动长度限定了能量捕获构件和能量传递构件之间的距离。能量捕获构件优选包括浮力部分。

优选地通过设置成捕获能量的能量捕获构件将能量提供给致动构件，其中能量捕获构件的运动导致致动构件的运动，致动构件随后如上所述地驱动该驱动组件。

在最优选的实施例中，本发明的驱动组件用于捕获波浪能，并且在所述实施例中，能量捕获构件优选包括波浪能捕获浮子。在这样的实施例中，能量捕获构件优选能够根据波浪的运动以往复运动的方式运动，从而允许通过让致动构件运动而将能量传递到所述能量转换器。

驱动组件优选地还包括用于调节致动构件的致动长度的调节构件。在包括能量捕获构件的实施例中，调节构件优选位于能量传递构件和能量捕获构件之间。调节构件对致动长度的调节优选独立于工作行程。在工作行程的操作的同时所述致动构件的致动长度能被所述调节构件调节。在某些优选实施例中，驱动组件包括两个或更多个致动构件，并且其中两个或更多个致动构件的致动长度可以由调节构件独立调节。在包括调节构件的实施例中，调节构件优选包括布置成存储致动构件的一部分的绞盘。

通过调节构件对致动构件的致动长度的调节优选地能够优化本发明的驱动组件，以适应捕获能量和驱动所述能量转换器的条件。在本发明的驱动组件用于使用具有浮动部分的能量捕获构件来捕获波浪能的实施例中，致动构件的致动长度可以优选地通过调节构件来调节，以适应各种海况。

驱动组件优选被布置成安装在反作用构件上，所述反作用构件被布置成为驱动组件提供平台。在驱动组件被布置成安装在反作用构件上的实施例中，能量存储构件和所述能量转换器优选安装在所述反作用构件和能量传递构件之间。

在最优选的实施例中，本发明的驱动组件安装在用作用于驱动组件的平台的反作用构件上，并且可选地具有有助于驱动组件功能的附加功能。例如，在某些实施例中，反作用构件可以可选地包括为驱动组件提供浮动平台的浮动部分。在最优选的实施例中，其中驱动组件用于捕获波浪能，浮动反作用构件可以可选地使用系泊缆悬挂在离海床预定距离处。以这种方式在所述反作用构件上使用浮动部分可以在用于捕获波浪能时为驱动组件提供稳定性。

能量存储构件优选包括从以下范围中选择的至少一个:弹簧；机械偏置或电偏置的致动器；弹性构件；可压缩构件；磁性构件。

能量存储构件和/或偏置构件优选地包括弹簧，以便将能量传递构件偏置到第一行程位置，并且因此能够持续驱动所述能量转换器。在某些实施例中，能量存储构件和/或偏置构件还优选地限定工作行程的中性位置，该中性位置通过浮子中的浮力撞击在能量存储构件和/或偏置构件上的程度来限定(即，在没有波浪引起的力使能量捕获构件运动时)。因此，工作行程在中性位置可以是正的或负的。可以想到其他实施例，其中能量存储构件可以包括能量存储材料或装置。

在某些实施例中，能量传递构件优选地包括旋转部分，该旋转部分被布置成由于致动构件的致动而围绕一轴线旋转。在某些实施例中，能量传递构件优选地包括可动滑轮，该可动滑轮被布置成由于致动构件的致动而沿着正交平面往复运动，所述往复运动的范围限定了工作行程。

在能量传递构件包括可动滑轮的实施例中，致动构件负责在正交平面上将滑轮从第一行程位置移动到第二行程位置。偏置构件优选能够将滑轮朝向第二行程位置偏压。最优选地，滑轮包括旋转部分，致动构件优选地围绕该旋转部分延伸。

能量传递构件优选被布置成储存致动构件的一部分。被储存的致动构件的长度优选地随着能量传递构件运动经过工作行程而改变，从而允许能量捕获构件随着波浪运动。在这样的实施例中，致动部分被布置成围绕能量传递构件或在能量传递构件内延伸。

在能量传递构件包括可动滑轮且驱动组件包括调节构件的实施例中，调节构件优选包括位于能量传递构件和反作用构件之间的绞盘，该绞盘通过将致动构件的一部分卷绕在绞盘上而终止并为致动构件提供存储。因此，驱动组件的能量产生功能能够与调节致动构件长度的功能同时且独立地操作，但又于该功能。

在某些实施例中，驱动组件优选地包括多个联接到致动构件的能量传递构件，并且其中通过所述致动构件造成的所述能量传递构件的运动包括围绕一轴线的旋转。在包括联接到致动构件的多个能量传递构件的实施例中，并且其中通过所述致动构件造成的所述能量传递构件的运动包括围绕一轴线的旋转，多个能量传递构件的旋转优选地被布置成被调节，在特定实施例中，旋转是通过差动齿轮实现的。在能量传递构件的旋转由差动齿轮调节的特定实施例中，差动齿轮优选地包括联接到能量传递构件的第一太阳齿轮、联接到能量传递构件的第二太阳齿轮、以及联接到第一和第二太阳齿轮并被布置成由马达驱动或锁定的环形齿轮。

在优选实施例中，能量传递构件采取能够为致动构件的一部分提供卷绕存储的两个鼓轮的形式。这两个鼓轮优选地使用差动齿轮联接在一起，允许其中一个鼓轮相对于另一个鼓轮以交替的速率旋转，跟随由致动构件引起的运动。由致动构件卷绕造成的在至少一个鼓轮上卷绕和从其卷绕离开优选地引起至少一个鼓轮的旋转，这又通过差动齿轮的致动引起另一个鼓轮的旋转。优选地，差动器的环形齿轮可以由连接到马达的驱动齿轮驱动或锁定。驱动齿轮的存在优选地允许独立于工作行程来调节致动构件的致动长度，因此马达和驱动齿轮优选地充当调节构件。

在某些实施例中，能量传递构件包括杠杆臂。在包括杠杆臂形式的能量传递构件的实施例中，能量传递构件优选地在铰链接头处联接到反作用构件，形成枢转点。在所述实施例中，杠杆致动构成杠杆臂围绕枢转点的枢转，并且由致动构件造成的能量传递构件的运动所引起。在这样的实施例中，能量传递构件围绕枢转点的枢转用于驱动所述能量转换器。

在能量传递构件采取杠杆臂形式的实施例中，可以优选地通过将调节构件定位在杠杆臂上来提供致动构件长度的调节。更优选地，调节构件是安装在杠杆臂上的绞盘，该绞盘终止致动构件并通过将致动构件的一部分卷绕在绞盘上来为致动构件提供存储空间。

能量传递构件的运动优选包括从以下范围中选择的至少一个:

绕轴旋转；

沿轴线往复正交运动；

围绕枢轴点枢转；

由于致动构件的运动而延伸。

在能量传递构件包括滑轮的实施例中，致动构件造成的能量传递构件的运动优选包括沿着一轴线的往复正交运动。在能量传递构件包括一个或多个鼓轮的实施例中，通过致动构件造成的能量传递构件的运动优选包括围绕一轴线旋转。在能量传递构件包括杠杆臂的实施例中，通过致动构件造成的能量传递构件的运动优选地包括由于致动构件的运动和/或围绕枢转点的枢转而产生的延伸。

所述能量转换器优选包括从以下范围中选择的一个:旋转发电机；直线发电机；液压泵。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述具体实施例，其中:

图1是根据本发明的驱动组件的第一实施例的透视图，该驱动组件固定到波浪能发电机上；

图2是固定到波浪能发电机(未示出)上的图1的驱动组件的平面图，在最小工作行程长度处；

图3是固定到波浪能发电机(未示出)上的图1和图2的驱动组件的平面图，在最大工作行程长度处；

图4是根据本发明的驱动组件的第二实施例的透视图，该驱动组件固定到波浪能发电机上；

图5是固定在波浪能发电机(未示出)上的图4的驱动组件的平面图；

图6是图4和图5的驱动组件的能量传递构件的近距视图；和

图7是根据本发明的驱动组件的第三实施例的透视图，该驱动组件固定到波浪能发电机上。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的驱动组件被显示为包括在波浪能发电机(wave-poweredgenerator)内。包含本发明的驱动组件的第一实施例的波浪能发电机包括形成用于驱动组件的平台的反作用构件1和采取浮子形式的能量捕获构件2。在该实施例中，反作用构件1还为能量转换器9形式的用于将机械能转换成电能的器件提供平台。采用柔性绳索形式的致动构件3限定了能量捕获构件2和采用可移动滑轮形式的能量传递构件5之间的距离。能量传递构件5联接到能量存储构件，该能量存储构件包括弹簧形式的偏置构件(biasingmember)8，并且还被布置成驱动能量转换器9。致动构件3与能量传递构件5上游的第一固定滑轮4、能量传递构件下游的第二固定滑轮6以及绞盘形式的调节构件7相联。调节构件7被布置成调节致动构件3的致动长度，该致动长度限定了能量捕获构件2和能量传递构件5之间的距离。

在图1所示的实施例中，反作用构件1和能量捕获构件2各自具有正浮力，并且保持浸没在水体的表面之下。在替代实施例(未示出)中，反作用构件和能量捕获构件可以具有正浮力、负浮力或中性浮力构造，或者它们的任意组合。

图2和图3示出了图1的驱动组件的平面图，其包括第一行程位置s1和第二行程位置s2，限定了工作行程s的远端点。能量传递构件5被布置成根据作为能量捕获构件2的运动的结果的致动构件3的运动而从第一行程位置s1移动到第二行程位置s2。能量传递构件5从第一行程位置s1到第二行程位置s2的运动构成用于驱动能量转换器9的工作行程s。偏置构件8用于将能量传递构件5从第二行程位置s2向第一行程位置s1偏置，并且这种往复运动可用于进一步驱动能量转换器9。能量传递构件5以这种方式沿轴线的往复正交运动用于驱动能量转换器9。

当波浪能发电机部署但没有波浪作用在能量捕获构件2上时，偏置构件8将被来自能量捕获构件2的浮力部分地延伸，从而将能量传递构件5定位在工作行程s中的中间或中性位置

在使用中，当波浪经过水下波浪能发电机并让能量捕获构件2时运动，能量捕获构件2和反作用构件1之间的变化距离被驱动组件的工作行程s占据。工作行程s在图2和图3中详细示出，其中图2中的实施例展示了处于第一行程位置s1的能量传递构件5，而图3中的实施例展示了处于第二行程位置s2的能量传递构件5。

能量由包括偏置构件8的能量存储构件临时(基于一波接一波的方式)存储，并且多余的能量由能量转换器9转换成更有用的能量。能量转换器9可以是转换能量并对系统施加阻尼力的各种装置，例如液压泵或直线发电机(lineargenerator)。可选地，根据本发明的驱动组件可以适于让旋转发电机转动。

通过将致动构件卷绕在调节构件7上或从调节构件7上卷离以调节致动构件3的致动长度，从而实现能量捕获构件2和反作用构件1之间的总距离的调节。每个致动构件3可以独立地卷绕在相应的调节构件7上，因此致动构件3的相应致动长度可以根据能量捕获构件2在水中的运动而独立地改变。在充满能量的海洋状态下，能量捕获构件2的运动预计会更加频繁和显著。致动构件3的独立可调性适应能量捕获构件2的这种可变运动。

提供工作行程s的机构和调节每个致动构件3的致动长度的独立机构的组合允许能量捕获构件2和能量传递构件5之间的距离的改变，以及允许同时的能量转换，以提供有用的能量。

在图4至图6所示的本发明的第二实施例中，致动构件3的致动长度限定了能量捕获构件2和能量传递构件之间的距离，这一次采用第一鼓轮(drum)10、差动齿轮11和第二鼓轮12的形式。在图4至图6所示的实施例中，包括偏置构件8的能量存储构件被布置成使得致动构件3移动位置。

第一鼓轮10联接到能量转换器13，该能量转换器13采用旋转发电机的形式，该发电机从系统中移除多余的能量并将波浪能转换成更有用的能量。第一鼓轮10和第二鼓轮12都包括致动构件3的存储容量(storagecapacity)，该存储容量至少可以适应系统的工作行程s。在图4的实施例中，在整个波浪周期中，能量捕获构件2在水中移动，导致致动构件3的一部分卷绕在相应的第一和第二鼓轮10、12上和从其上脱离。

与前面的实施例一样，在图4的实施例中，将弹簧偏置构件8延伸到工作行程s中的中间位置所需的力等于来自能量捕获构件2的浮力。因此，基于整个系统中的基本力平衡，驱动组件总是倾向于自动将工作行程集中在该中间行程位置附近。

在图4的实施例中，通过在第一鼓轮10和第二鼓轮12之间引起或允许不同的旋转量来实现致动构件长度的调节。因为由于整个系统中的基本力平衡，第二鼓轮12的位置将总是趋向于中间行程位置，所以第一鼓轮10和第二鼓轮12之间的任何差异旋转将最终导致第二鼓轮12的旋转位置的改变。因此，或多或少的致动构件3将卷绕在第一鼓轮10上，并且能量捕获构件2和反作用构件1之间的距离将被调节。因此，第一鼓轮10包括足够的额外存储容量，以适应致动构件3的长度，该长度是提供能量捕获构件2和反作用构件1之间的距离调节的期望范围(以及工作行程s)所需要的。

在图4的实施例中，在第一鼓轮10和第二鼓轮12之间提供不同旋转速率的优选方法是通过用差动齿轮11联接第一鼓轮10和第二鼓轮12。因此，第一鼓轮10上的致动构件3的存储和以不同于弹簧偏置构件8(第二鼓轮12)的驱动器的速率旋转该第一鼓轮的能力的组合在驱动组件中提供了调节构件，该调节构件能够根据需要改变致动构件3的长度。此外，这种布置允许致动构件3的长度的调节在任一方向上进行，并且与驱动组件的正常操作同时进行(即，不中断能量产生)。

图6中详细示出了适用于本发明的差动齿轮11的例子。图4至图6的实施例的差动齿轮包括第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮)和第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮)，每个太阳齿轮分别联接到第一和第二行星齿轮17a、17b。图4至图6所示实施例的差动齿轮11还包括环形齿轮15和驱动齿轮18，该驱动齿轮18被布置成由马达14驱动。马达14能够通过驱动齿轮18的运动来驱动或锁定差动器11的环形齿轮(ringgear)15。在正常操作中，马达14被锁定，并且环形齿轮15不能转动，因此，由于行星齿轮17a和17b的旋转，第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮10)和第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮12)旋转相同的量，但是方向相反。第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮)的旋转导致第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮)以相反的方向旋转，根据致动构件被馈送到第二鼓轮12上的方式，导致致动构件卷绕到第二鼓轮12上或从第二鼓轮12上卷绕离开。由于差动齿轮11的作用，致动构件从第一鼓轮10上卷绕离开，并因此卷绕到第二鼓轮12上，这会导致能量传递器件从第一行程位置运动到用于驱动能量转换器13的第二行程位置。偏置构件8被布置成让致动构件3的从第二鼓轮12的卷绕离开和从第一鼓轮10的卷绕离开运动，并因此用于将包括第一鼓轮10、差动齿轮11和第二鼓轮12的能量传递构件从第二行程位置偏置到第一行程位置。在该实施例中，能量传递构件的运动通过绕一轴线旋转而发生。

当马达14被启动时，它转动驱动齿轮18，从而转动环形齿轮15，导致第一和第二鼓轮10、12的差动旋转。这具有将致动构件3的附加部分卷绕在第一鼓轮10上或从其上卷绕离开的效果(再次是由于系统中的运动约束造成的)，从而调节致动构件3的致动长度，并因此调节能量捕获构件2和能量传递构件之间的距离。这样，在所示的实施例中，马达14充当调节构件。能量传递构件的第一鼓轮10因此必须包含用于致动构件3的储存容量，该容量包括用于工作行程和用于能量捕获构件2和能量传递构件(包括第一鼓轮10、差动齿轮11和第二鼓轮12)之间的距离调节的期望容量。

在第一鼓轮10和第二鼓轮12之间设置马达驱动或锁定的差动器11意味着致动构件3的致动长度可以独立于工作行程进行调节，并且允许同时产生能量和改变能量捕获构件2和能量传递构件5之间的距离。

通过下面的描述可以进一步提供对本发明的理解。

在图4至图6所示的本发明的第二实施例中，采用绳索3形式的致动构件的致动长度限定了能量捕获构件(其采用浮子2的形式)和能量传递构件(这一次其采用联接到能量转换器的第一鼓轮10的形式)之间的距离，该能量转换器采用旋转发电机13的形式，该旋转发电机从系统中移除多余的能量并将波浪能转换成更有用的能量形式。

第一鼓轮10连接到弹簧8，弹簧8在一个方向上旋转偏压第一鼓轮，优选地，弹簧8在缩短绳索3的方向上偏压第一鼓轮。在图4至图6所示的实施例中，弹簧8与第一鼓轮10的联接是通过卷绕在第二鼓轮12上的另一根绳索来实现的，该第二鼓轮12至少可以适应驱动组件的工作行程s。可以理解的是，弹簧8可以通过可选的方式，例如通过旋转杆，旋转地联接到第一鼓轮10。

第一鼓轮10包括用于绳索3的存储容量，该容量至少可以适应系统的工作行程s。因此，当使用图4的驱动组件时，在整个波浪周期中，浮子2在水中移动，导致绳索3的一部分卷绕在第一鼓轮10上或从其卷绕离开，并且同时驱动联接的旋转发电机13和联接的弹簧8(也通过将绳索卷绕在第二鼓轮12上或从其卷绕脱离的方式)。

与前面的实施例一样，在图4的实施例中，在工作行程s中将弹簧8延伸到中间位置所需的力等于来自浮子2的浮力。因此，基于整个系统中的基本力平衡，驱动组件总是倾向于自动将工作行程集中在该中间行程位置附近。

在图4的实施例中，绳索长度的调节通过在第一鼓轮10和第二鼓轮12之间引起或允许不同的旋转量来实现。因为由于整个系统中的基本力平衡，第二鼓轮12的位置将总是趋于朝向中间行程位置，所以第一鼓轮10和第二鼓轮12之间的任何差异旋转将最终导致第二鼓轮12的旋转位置的改变。因此，或多或少的绳索3将卷绕在第一鼓轮10上，并且浮子2和第一鼓轮10之间的距离将被调节。因此，第一鼓轮10包括足够的额外存储容量，以适应提供浮子2和第一鼓轮10之间的距离的期望调节范围(以及工作行程s)所需的绳索3的长度。

在图4的实施例中，在第一鼓轮10和第二鼓轮12之间提供差异转速的优选方法是通过用差动齿轮11联接第一鼓轮10和第二鼓轮12实现的。因此，对在第一鼓轮10上的绳索3的存储以及以与弹簧8的驱动器(第二鼓轮12)的有差异的速率让第一鼓轮旋转的能力的组合，在驱动组件中提供了调节机制，该调节机制可以根据需要改变绳索3的长度。此外，这种布置允许绳索3的长度的调节在任一方向上进行，并且与驱动组件的正常操作同时进行(即，不中断能量产生)。

图6中详细示出了适用于本发明的差动齿轮11的例子。图4至图6的实施例的差动齿轮包括第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮)和第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮)，每个太阳齿轮分别联接到第一和第二行星齿轮17a、17b。差动齿轮11还包括环形齿轮15和驱动齿轮18，驱动齿轮18被布置成由马达14驱动。马达14能够通过驱动齿轮18的运动来驱动或锁定差动器11的环形齿轮15。在正常操作中，马达14被锁定，并且环形齿轮15不能转动，因此，由于行星齿轮17a和17b的旋转，第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮10)和第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮12)旋转相同的量，但是方向相反。第一太阳齿轮16a(联接到第一鼓轮)的旋转导致第二太阳齿轮16b(联接到第二鼓轮)沿相反的方向旋转，导致绳索卷绕到第二鼓轮12上或从其上卷绕离开，这取决于绳索被馈送到第二鼓轮12上的方式。当马达14被启动时，它转动驱动齿轮18，从而转动环形齿轮15，导致第一和第二鼓轮10、12的差异旋转。

图7示出了本发明的第三实施例，其中能量传递构件包括杠杆臂20，并且其中致动构件3通过设置在能量传递构件的杠杆臂20上的绞盘形式的调节构件19限定能量捕获构件2和能量传递构件之间的距离。能量传递构件的杠杆臂20的一端在铰接接头21处联接到反作用构件1。

在杠杆臂20的远离铰接接头并靠近致动构件3的端部处，设置有包括偏置构件8的能量存储构件，在所示实施例中，该偏置构件锚定到反作用构件1。在杠杆臂20的与偏置构件8相同的一端，连接有能量转换器9，该能量转换器9允许捕获多余的能量并将其转换成更有用的能量形式(能量转换器9可以采用如前所述的多种能量转换器的形式)。

杠杆臂20的铰接提供了适应由波浪引起的能量捕获构件2的运动的工作行程。能量捕获构件2和能量传递构件5之间的距离可以由相应的调节构件19独立且同时地调节。

应当理解，上述实施例仅作为示例给出，并且可以对其进行各种修改，而不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围。例如，上述实施例具体涉及波浪能，但是实施例将是可以想到的，其中本发明用于利用和转换风力，或者可替换地水力发电，其可以与堰或坝结合。