專利名稱：用于波浪能量轉(zhuǎn)換的動力輸出設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從水波一特別地從海浪——提取能量的系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及動力輸出系統(tǒng)(PTO)，該動力輸出系統(tǒng)(PTO)是用于動力提取的波能轉(zhuǎn)換器(WEC)的部件。
背景技術(shù)：
在過去的25年中，波能轉(zhuǎn)換器的發(fā)展一直是工程師和科學(xué)家關(guān)注的焦點。波能轉(zhuǎn)換器(WEC)中的主要部件在圖I中示意性地示出。這些主要部件包括a)隨著波浪的動作運動的能量捕獲設(shè)備(ECD) ；b)動力輸出系統(tǒng)(PTO)，該動力輸出系統(tǒng)(PTO)將來自ECD的、以低速且高扭矩/力振蕩的輸入運動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的且相對較高頻率但低扭矩的運動；c)發(fā)電機；以及d)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)管理整個WEC。PTO的輸出運動應(yīng)當適合于通過發(fā)電機發(fā)電。
通過ECD從大海中捕獲的能量由將制動扭矩/力施加到ECD的輸出機械傳動裝置上的PTO吸收。PTO的制動扭矩/力乘以PTO的輸入機械傳動裝置在制動動作中的瞬時速度得出了所捕獲的能量的總量。如在圖I中可以觀察到的，ECD的輸出機械傳動裝置聯(lián)接到PTO的輸入機械傳動裝置(相似的扭矩/力和相同的速度)。對于PTO的輸出與發(fā)電機之間的聯(lián)接來講是一樣的。特定WEC的大多數(shù)新近的PTO可以根據(jù)可預(yù)測的預(yù)報和具體海況進行調(diào)節(jié)以使動力提取最大化。可提取的波浪能量的量取決于海況，海況由波浪周期T和有效浪高Hs限定，有效浪高Hs為波浪中最高的三分之一波浪的平均浪高(波谷到波峰)。WEC的能量效率和經(jīng)濟可行性主要取決于PTO，PTO將可預(yù)測但振蕩的、低速而高扭矩/力的輸入波浪能量轉(zhuǎn)換為連續(xù)且相對高頻率而低扭矩的可用的能量以用于發(fā)電。在最近有關(guān)WEC的專利中，對PTO的描述的詳細程度較低，而且沒有對PTO的運行進行清晰地說明。例如，在專利US 7，581，901 B2中描述的WEC使能量提取基于兩個點式波能吸收器之間的相對運動。PTO的設(shè)計方案包括液壓缸、蓄能器以及一個馬達。專利EP I, 623，110 BI描述了從緣于海底的波浪運動的平臺振蕩中提取能量。其能量的提取借助于中間扭力泵實現(xiàn)。專利US 7，579，704 B2描述了一種WEC，該WEC包括被轉(zhuǎn)動地支承的臂，該被轉(zhuǎn)動地支承的臂在其自由端具有浮體，使得由波浪引起的浮體的平移運動產(chǎn)生臂的轉(zhuǎn)動。該PTO包括液壓缸以及液壓馬達，該液壓馬達的每轉(zhuǎn)的排量是可變的以補償波侯——也稱為海況——的改變，從而作為具有清晰能效限制的簡單解決方案。專利US 7，443，045 B2描述了形成鉸接鏈的提取單元。從由聯(lián)接裝置相互連接的多個波浪操作的構(gòu)件之間的相對運動所產(chǎn)生的、具有能量的相對運動由液壓缸控制，液壓缸通過控制單元連接到高壓蓄能器和液壓馬達。蓄能器內(nèi)的壓力與關(guān)聯(lián)的海況相匹配。除了 US 7，443，045 B2以及US 7，579，704 B2，現(xiàn)有技術(shù)沒有描述相應(yīng)PTO是如何適應(yīng)每種海況的，在US 7，443，045 B2中，蓄能器內(nèi)的壓力根據(jù)關(guān)聯(lián)的海況進行調(diào)節(jié)，在US7，579，704 B2中，每轉(zhuǎn)排量可變的液壓馬達被用于補償海況變化。沒有系統(tǒng)描述如何在給定海況下使PTO在波浪與波浪間適應(yīng)于每一個波浪(waveto wave)。這個適應(yīng)性對優(yōu)化由WEC捕獲的能量來說是基礎(chǔ)?？梢杂蒞EC提取的動力根據(jù)關(guān)聯(lián)海況以及最根本地根據(jù)每個單獨的波浪而變化很大。因此，需要一種可以在多種海況和單獨的波浪下優(yōu)化動力捕獲并由此提高WEC的整體效率以及經(jīng)濟可行性的PT0。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決所提出的問題，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求I所述的PT0。本發(fā)明的PTO允許通過以靈活且準確的方式向能量捕獲設(shè)備(ECD)的輸出機械傳動裝置施加受控的制動扭矩而在整個海況和單個波浪的范圍上優(yōu)化能量捕獲。靈活性與將不同值的制動扭矩施加到ECD的輸出機械傳動裝置上的能力相關(guān)，而準確性與用于調(diào)節(jié)制動扭矩的值的參數(shù)的類型和數(shù)量相關(guān)。聯(lián)接到本發(fā)明的PTO的E⑶必須滿足一些基本要求其輸出必須為低速且高扭矩/力的振蕩運動(繞樞轉(zhuǎn)軸線)。在本發(fā)明中，E⑶的該輸出裝置稱為輸出機械傳動裝置，且振蕩軸線稱為樞轉(zhuǎn)軸線。ECD輸出機械傳動裝置的瞬時位置、速度和加速度決定了用于連續(xù)地控制PTO應(yīng)施加到ECD上的制動扭矩的最優(yōu)參數(shù)的選擇，也決定了建立發(fā)電機的狀態(tài)的最優(yōu)參數(shù)的選擇。這種參數(shù)的優(yōu)化由控制系統(tǒng)實現(xiàn)。本發(fā)明的PTO可包括由閥組控制的至少一個液壓缸、至少一個高壓和一個低壓蓄能器、控制閥、液壓馬達以及至少兩個液壓缸固定系統(tǒng)，該至少兩個液壓缸固定系統(tǒng)中的每一個都具有啟動系統(tǒng)(機電的或液壓的)以及液壓聯(lián)鎖裝置。第一固定系統(tǒng)將液壓缸的第一端與E⑶輸出機械傳動裝置連接，而第二固定系統(tǒng)將液壓缸的第二端與WEC的結(jié)構(gòu)連接。第一固定系統(tǒng)與液壓缸的第一端的連接借助于鉸接聯(lián)接裝置實現(xiàn)，并且第二固定系統(tǒng)與液壓缸的第二端的連接借助于鉸接聯(lián)接裝置實現(xiàn)。這些系統(tǒng)容許以機電方式或以液壓方式改變液壓缸的位置并容許將液壓缸以液壓方式固定到所確定的位置。至少一個液壓缸是PTO的、負責將制動扭矩施加到E⑶的輸出機械傳輸裝置上的部件(例如借助于將液壓缸與ECD的輸出機械傳動裝置相連接的扭矩臂)。因此，所施加的扭矩通過表達式T = P * Aeq * r控制，其中，P為液壓高壓回路內(nèi)的壓力，Aeq為工作中的液壓缸的等效面積(或當使用多于一個的液壓缸時所啟用的液壓缸的面積的總和)，而r為液壓缸的縱向軸線與ECD的輸出機械傳動裝置的樞轉(zhuǎn)軸線之間的最小距離。因此，由所述至少一個液壓缸施加的制動力可以通過改變r、p以及Aeq來調(diào)節(jié)。對于給定的液壓缸以及E⑶的確定的位置來說，r是兩個變量R和L的函數(shù)，其中，R為ECD的輸出機械傳動裝置的樞轉(zhuǎn)軸線與液壓缸的第一端之間的最小距離，L為平面X與液壓缸的第二端之間的最小距離，X為包括該樞轉(zhuǎn)軸線并垂直于平面Y的假想平面，平面Y由第一端限定且包括該樞轉(zhuǎn)軸線。X和Y必須在平靜海況(浪高為0米)下確定。距離R和L都可以借助于上述第一固定系統(tǒng)和第二固定系統(tǒng)而變化。第一固定系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成改變液壓缸的第一端的位置的第一啟動系統(tǒng)，而第二固定系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成改變液壓缸的第二端的位置的第二啟動系統(tǒng)。該啟動可以是以機電方式或以液壓方式。第一固定系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成固定液壓缸的第一端的位置的第一聯(lián)鎖系統(tǒng)，而第二固定系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成固定液壓缸的第二端的位置的第二聯(lián)鎖系統(tǒng)。第一聯(lián)鎖系統(tǒng)和第二聯(lián)鎖系統(tǒng)可以以液壓方式啟動。通過改變蓄能器內(nèi)的液壓油的量而改變蓄能器內(nèi)的壓力。等效面積根據(jù)每個時刻所選擇的液壓缸而確定。這種選擇由閥組支配。本發(fā)明的PTO提出了一種通過改變參數(shù)P、R和L使施加到E⑶上的制動扭矩適合不同海況的解決方案，本發(fā)明的解決方案不同于專利US 7，579，704 B2的解決方案，在專利US 7，579，704 B2的解決方案中，僅P變化。本發(fā)明的PTO允許改變制動扭矩曲線的幅值和形狀，而專利US 7，579，704 B2僅容許改變制動扭矩的幅值。但是本發(fā)明的PTO的最相關(guān)優(yōu)勢在于反應(yīng)時間大大地縮短，因為改變參數(shù)R和L所需的反應(yīng)時間大大短于改變P所須的反應(yīng)時間。此外，可以借助于三個電閥(閥組的一部分)選擇每個啟用的液壓缸的作業(yè)面積(活塞面積、環(huán)形面積或活塞桿面積)。以這種方式我們的發(fā)明還容許在給定海況內(nèi)使施加到E⑶上的制動扭矩適應(yīng)于每一個波浪。PTO的根據(jù)關(guān)聯(lián)的海況和波浪對ECD施加不同的制動扭矩的靈活性是使WEC的能量捕獲最大化的關(guān)鍵因素之一，而本發(fā)明的PTO符合這個要求。有利的實施方式在附屬權(quán)利要求中進行了限定。


為完善描述并為了提供對本發(fā)明更好的理解，提供了一組附圖。所述附示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述優(yōu)選實施方式不應(yīng)理解為對本發(fā)明的范圍進行限制，而僅僅是作為本發(fā)明如何實施的示例。附圖包括以下圖示圖I圖示出示出WEC的主要部件的框圖，圖中顯示每一個部件的輸出端與下一個部件的輸入端連接。圖2示出本發(fā)明的PTO的主要部件的配置。該圖為僅僅包括關(guān)鍵部件的示意性示圖。圖3不出優(yōu)選實施方式中的液壓缸布局的方案(其中ECD的輸出傳動裝置為軸)，其中，表示出了參數(shù)R和L。圖4示出優(yōu)選實施方式中的液壓缸以及扭矩臂的設(shè)置方式，其中，E⑶的傳動裝置為軸。圖5為應(yīng)用于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的液壓系統(tǒng)配置的詳細示圖。圖6示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中的布局的總體三維立體圖。圖7示出取決于液壓缸運動且由三個電閥操縱的液壓缸的可用面積，其中，a(A)為活塞面積，b(B)為環(huán)形面積而c(C)對應(yīng)于活塞桿面積。圖8示出具有三個電閥的一個閥組，該一個閥組控制陣列中的液壓缸之一的運動。圖9、圖10和圖11示出本發(fā)明在不同類型的實際WEC中的不同應(yīng)用，其中，可以觀察到本發(fā)明如何集成到其它系統(tǒng)中。圖9示出反應(yīng)機構(gòu)基于兩個浮動構(gòu)件之間的相對運動的應(yīng)用。
圖10示出反應(yīng)機構(gòu)基于固定到旋轉(zhuǎn)臂的點吸收器的運動的應(yīng)用。圖11示出反應(yīng)機構(gòu)基于固定到海底的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的運動的應(yīng)用。圖12示出使用一個液壓缸的三個不同面積a、b和c但保持R、L和壓力P恒定的每單位壓力的制動扭矩曲線。圖13圖示出在已經(jīng)限定液壓缸尺寸的情況下根據(jù)R/L之比的每單位壓力和每單位面積進而每單位力下的可使用的制動扭矩的可能性。圖14和圖15示出當使用液壓缸的啟用面積的組合時，每單位壓力下制動扭矩的范圍。該圖根據(jù)R/L之比以及所限定的液壓缸的尺寸描述了每單位壓力下的制動扭矩，其中，ab、aC、A、c、ABab、ABa、Aab、ab和AB涉及不同使用面積。每個字母表示不同值的面積，其中，八>13>(]，&>13>。，八>&，13>13且(]>。。圖16至圖21示出控制扭矩曲線的不同的可能性，所述控制扭矩曲線可以根據(jù)特 定液壓缸的特性通過本發(fā)明實現(xiàn)。
具體實施例方式圖I示出WEC中的基本部件。E⑶的輸出機械傳動裝置I聯(lián)接到PTO的輸入機械傳動裝置。PTO將可變的制動扭矩/力施加到E⑶的輸出機械傳動裝置。由E⑶捕獲的能量通過對ECD的輸出機械傳動裝置施加制動扭矩/力的PTO被吸收。PTO的輸出裝置同樣借助于軸機械地連接到發(fā)電機?？刂葡到y(tǒng)管理WEC的所有子部分。圖2為簡化的PTO的示意性示圖。本發(fā)明的PTO具有如下主要部件由閥組4控制的至少一個液壓缸3、至少一個高壓蓄能器6和一個低壓蓄能器7、控制閥8、液壓馬達11以及用于液壓缸3的至少第一固定系統(tǒng)5. I和第二固定系統(tǒng)5. 2,第一固定系統(tǒng)5. I和第二固定系統(tǒng)5. 2中的每一個具有機電的或液壓的啟動系統(tǒng)5. I. 1,5. 2. I并具有液壓聯(lián)鎖裝置5. I. 2、5. 2. 20第一固定系統(tǒng)5. I將液壓缸3的第一端FE與E⑶輸出機械傳動裝置I連接，而第二固定系統(tǒng)5. 2將液壓缸3的第二端SE與WEC的結(jié)構(gòu)18連接。在附圖中，第一端FE為活塞桿的末端而第二端SE為液壓缸的基部，但第一端FE可以為基部而第二端SE可以為活塞桿的末端。第一固定系統(tǒng)5. I和第二固定系統(tǒng)5. 2借助于鉸接聯(lián)接裝置連接到液壓缸3的第一端FE和第二端SE，且第一固定系統(tǒng)5. I和第二固定系統(tǒng)5. 2包括構(gòu)造成改變液壓缸3的第一端FE的位置的第一啟動系統(tǒng)5. I. I以及構(gòu)造成改變液壓缸3的第二端SE的位置的第二啟動系統(tǒng)5. 2. I。啟動可以是機電式或液壓式的。第一固定系統(tǒng)5. I包括構(gòu)造成固定液壓缸3的第一端FE的位置的第一液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. I. 2，而第二固定系統(tǒng)5. 2包括構(gòu)造成固定液壓缸3的第二端SE的位置的第二液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. 2. 2。圖3和圖4示出優(yōu)選實施方式中的液壓缸的布置方式(在該情況下為四個液壓缸)。四個液壓缸3. 1、3. 2、3. 3和3. 4為PTO的部件，這四個液壓缸3. 1、3. 2、3. 3和3. 4負責借助于扭矩臂2對ECD的輸出機械傳動裝置I施加制動扭矩，其中扭矩臂2將每個液壓缸3. 1,3. 2,3. 3和3. 4與E⑶的輸出機械傳動裝置I相連接。因此，所施加的制動扭矩由表達式T = P * Aeq * r確定，其中P為液壓缸內(nèi)的壓力，Aeq為工作中的液壓缸3. I、3. 2、3. 3和3. 4的等效面積(在PTO的輸入機械傳動裝置的運動期間所啟用的液壓缸的缸面積的總和)，而r為液壓缸的縱向軸線與ECD的輸出機械傳動裝置的樞轉(zhuǎn)軸線之間的最小距離。由液壓缸施加的制動力可以通過改變R、L、P和Aeq來調(diào)節(jié)?？梢詥为氄{(diào)節(jié)參數(shù)R、L、P和Aeq以向E⑶的輸出機械傳動裝置I施加可變的制動扭矩。對于給定的液壓缸3. 1、3. 2,3. 3,3. 4且對于E⑶的輸出機械傳動裝置I的確定的位置來說，r是兩個變量R和L的函數(shù)。R為E⑶的輸出機械傳動裝置I的樞轉(zhuǎn)軸線PA與液壓缸的第一端FE之間的最小距離，L為X平面與液壓缸的第二端SE之間的最小距離，X為包括樞轉(zhuǎn)軸線PA并垂直于平面Y的假想平面，平面Y由第一端FE限定且包括樞轉(zhuǎn)軸線PA。X和Y必須在平靜海況(浪高為0米)下確定。 距離R和L都可以借助于上述第一固定系統(tǒng)5. I和第二固定系統(tǒng)5. 2、借助于第一機電的或液壓的啟動系統(tǒng)5. I. I和第二機電的或液壓的啟動系統(tǒng)5. 2. I以及第一液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. I. 2和第二液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. 2. 2而變化。工作中的液壓缸3. 1,3. 2,3. 3、3. 4通過活動閥4. 1、4. 2、4. 3和4. 4向回路提供液壓油。一旦能量捕獲設(shè)備的扭矩足以將所選擇的液壓缸3. 1、3.2、3.3和3.4的腔室內(nèi)的液壓油壓縮到容納在高壓蓄能器6內(nèi)的液壓油的壓力值P，液壓缸3. 1、3.2、3.3、3.4的活塞桿便開始運動。高壓蓄能器6內(nèi)的油量越大，則高壓蓄能器6內(nèi)部的壓力也越大。因此，通過開啟和關(guān)閉閥組4和/或開啟控制閥8，可將液壓油引入蓄能器6或從蓄能器6排出，并且通過這種方式，可以改變液壓缸3. I、3. 2、3. 3、3. 4內(nèi)的工作壓力。用于施加制動扭矩的Aeq的值取決于所啟用的液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4。液壓缸的啟動將借助于分配給這些液壓缸3. 1、3.2、3.3、3.4各自的閥組執(zhí)行。此外，可以借助于閥組4. 1,4. 2,4. 3,4. 4中的三個電閥EV1、EV2和EV3部分，來選擇每個啟用的液壓缸3. I、
3.2,3. 3,3. 4的作業(yè)面積(活塞面積a、環(huán)形面積b和活塞桿面積c)。參數(shù)P、R和L根據(jù)海況設(shè)置，同時液壓缸3. I、3. 2、3. 3、3. 4的作業(yè)面積a、b、c的選擇根據(jù)給定海況的每單個來浪進行調(diào)節(jié)。參數(shù)P、R和L可以在整個海況(即幾個小時)中固定，而液壓缸3. 1、3.2、3.3、3.4的作業(yè)面積a、b、c的選擇可以根據(jù)單個來浪的幅值進行優(yōu)化。在海況中，波浪幅值每幾秒或幾分鐘便會改變。這意味著作業(yè)面積a、b、c的選擇每幾秒鐘就會變化。作業(yè)面積的選擇設(shè)定制動扭矩的瞬時幅值。圖4更確切地示出液壓缸3. 1、3. 2、3. 3、3. 4和扭矩臂2的設(shè)置方式。液壓缸3. I、3. 2、3. 3、3. 4的第一端FE緊固到扭矩臂2，而液壓缸3. I、3. 2、3. 3、3. 4的第二端SE緊固到WEC結(jié)構(gòu)18。液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4與扭矩臂2和WEC結(jié)構(gòu)18的緊固借助于直線導(dǎo)向器19上的球窩接頭來實現(xiàn)，以允許液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4的第一端FE沿經(jīng)過第一端FE且垂直于樞轉(zhuǎn)軸線PA的第一位移軸線FDA的位移，并允許第二端SE沿經(jīng)過第二端SE且平行于第一位移軸線FDA的第二位移軸線SDA的位移，并以這種方式容許改變液壓缸的位置、參數(shù)R和L、進而改變參數(shù)r。位移軸線FDA、SDA必須在平靜海況(浪高為0米)下限定。用于使液壓缸沿直線導(dǎo)向器移位的啟動命令由第一啟動系統(tǒng)5. I. I和第二啟動系統(tǒng)5. 2. I實現(xiàn)，第一啟動系統(tǒng)5. I. I和第二啟動系統(tǒng)5. 2. I可以是電動式(電動機驅(qū)動的滾珠絲杠)或液壓式的(液壓缸)。一旦液壓缸3. 1、3.2、3.3、3.4位于所需要的距離，第一電動液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. I. 2和第二電動液壓聯(lián)鎖系統(tǒng)5. 2. 2便使液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4固定(其待命位置互鎖液壓缸的位置)。圖5示出本發(fā)明的簡化的液壓系統(tǒng)配置，而圖6示出本發(fā)明的優(yōu)選實現(xiàn)方式。緊固到聯(lián)接于E⑶的輸出機械傳動裝置I的扭矩臂2的液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4的陣列可以包括至少一個液壓缸。這意味著用于施加制動扭矩的可能的作業(yè)面積Aeq取決于所啟用的液壓缸3. 1、3. 2、3. 3、3.4。每個啟用的液壓缸的作業(yè)面積a、b、c的選擇以及液壓缸3. 1、3. 2、3. 3、3. 4的啟動將借助于分配給這些液壓缸3. 1、3. 2、3. 3、3. 4各自的閥組
4.1、4. 2、4. 3、4. 4 來執(zhí)行。每個液壓缸3. 1,3. 2,3. 3、3. 4的兩個腔室都通過止回閥和電閥組——以下稱為閥組4. 1,4. 2,4. 3,4. 4——聯(lián)接到高壓蓄能器6和低壓蓄能器7。閥組4. 1,4. 2,4. 3、4. 4的功能是為液壓缸3. 1,3. 2,3. 3、3. 4供給低壓蓄能器7的液壓油并容允將液壓油泵回至高壓蓄能器6。此外，閥組4. I、4. 2、4. 3、4. 4容許在每種情況下停用未被選擇的液壓缸3. I、3. 2、3.3,3. 4，從而借助于啟動每個停用的液壓缸3. 1、3. 2、3. 3、3. 4的電閥EVl和EV3 (圖7)，將這些液壓缸3. 1,3. 2,3. 3,3. 4的兩個腔室都連接至低壓蓄能器7。一旦制動扭矩曲線被完全設(shè)定，則當能量捕獲設(shè)備的施加扭矩高于液壓缸的反作用/制動扭矩時，液壓缸3的活塞桿開始移位。該運動產(chǎn)生從液壓缸3到高壓蓄能器6以及控制閥8的流動。通過保持控制閥8完全關(guān)閉，由啟動的液壓缸3泵送的液壓油流到高壓蓄能器6，由此，在波浪的輸入動力能夠克服制動扭矩時增加液壓回路內(nèi)的壓力。當打開控制閥8時，通過根據(jù)控制閥8的位置調(diào)整由液壓缸3泵送的液壓油從而為液壓馬達11供應(yīng)穩(wěn)定流動的液壓油，液壓油流過液壓馬達11。對于給定的海況，控制閥8被調(diào)整以獲得發(fā)電機12中所需要的速度值，該速度會保持在一定范圍內(nèi)以最大化系統(tǒng)的效率。因此，在給定海況下，液壓馬達11通過施加具有高頻率、低扭矩和最小能量波動的連續(xù)的、單向的轉(zhuǎn)動而致動發(fā)電機的軸。低壓蓄能器7接收馬達11輸出的液壓油并再次將其供給液壓缸3。PTO設(shè)備在閉合回路中運行，這樣使維護必需品最少化。這種回路需要一些輔助系統(tǒng)，例如安全閥13和14，油過濾系統(tǒng)15以及熱交換器16。每個液壓管路通常具有兩個安全閥，其中一個安全閥位于高壓管路14中而另一個安全閥連接到低壓管路13。使用過濾系統(tǒng)15以及熱交換器16以便更長期地保證可靠的液壓油性能。高壓蓄能器6和低壓蓄能器7豎直地設(shè)置在結(jié)構(gòu)5上。液壓馬達11和發(fā)電機12緊鄰于另一結(jié)構(gòu)20設(shè)置。圖7是液壓缸的不同可用面積一活塞面積a、環(huán)形面積b和活塞桿面積c的示意性示圖，取決于電閥狀態(tài)EV1、EV2、EV3以及液壓缸3的運動。圖8示出具有電閥4. I. 1,4. I. 2和4. I. 3的閥組4. 1，該閥組4. I控制液壓缸3. I、3. 2,3. 3,3. 4的陣列中的一個液壓缸3. I的運動。將液壓缸腔室與高壓蓄能器或低壓蓄能器相連接的止回閥以及電閥成整體地形成在該閥組中。圖9至圖11示出本發(fā)明在現(xiàn)有WEC中的不同實現(xiàn)方式。在每個圖中，參數(shù)R和L已經(jīng)得到確定。每個波能轉(zhuǎn)換器在傳動裝置內(nèi)具有轉(zhuǎn)動或樞轉(zhuǎn)軸線PP。R為能量捕獲設(shè)備的樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動軸線PA與液壓缸3的第一端FE之間的距離，而L是平面X和液壓缸的第二端SE之間的距離，X為包括樞轉(zhuǎn)軸線PA并垂直于平面Y的假想平面，平面Y通過第一端FE且包括樞轉(zhuǎn)軸線PA。X和Y必須在平靜海況(浪高為O米)下限定。在R和L限定時，r是液壓缸的縱向軸線與ECD的輸出機械傳動裝置的樞轉(zhuǎn)軸線之間的最小距離。本發(fā)明允許制動扭矩曲線的不同的可能性，它們?nèi)际歉鶕?jù)所使用的液壓缸的、調(diào)制過的準正弦波的變型具有不同幅值的不對稱的準正弦曲線、具有不同幅值的居中的準正弦曲線等等。海浪的輪廓類似于正弦曲線。在圖6的優(yōu)選實施方案中，當僅有一個液壓缸被啟用且R、L以及高壓蓄能器的壓力被設(shè)定時，取決于所選擇的液壓缸的面積以及聯(lián)接到輸出機械傳動裝置I的扭矩臂2的運動，存在有三個制動扭矩可能性。這三個制動扭矩可能性在圖12中示出。在圖13中，當僅有一個液壓缸被使用時，則可以設(shè)立制動扭矩的極限值。一旦液 壓缸被選定，則這些極限值取決于參數(shù)R、L。陰影面積對應(yīng)于每單位面積和每單位壓力(m2* N/m2)的制動扭矩可能性，以及因此每單位力下的制動扭矩的可能性。圖14和圖15示出優(yōu)選實施方式的在應(yīng)用不同的可能的面積組合時的每單位壓力下的制動扭矩，其中A、B和C為液壓缸3. 3和3. 4的假想面積，而a、b和c為液壓缸3. I和3.2的假設(shè)面積。所使用的面積的數(shù)量越多(液壓缸越多)，則PTO的制動功率越大(制動扭矩)。圖16至圖19示出當一個液壓缸正在被使用且R/L之比改變時，本發(fā)明的PTO所允許的優(yōu)選實施方式的每單位壓力和每單位面積下的制動扭矩控制曲線的不同可能性。每單位壓力和每單位面積下的所有可能的制動扭矩值都在圖中的陰影面積內(nèi)。鑒于優(yōu)選實施方式，圖表中所不的曲線的類型表不由一個液壓缸施加的控制扭矩相對于輸入軸——也就是，能量捕獲設(shè)備2的機械傳動裝置——與豎直軸線的角位移的變化。在圖16至圖19中所示的制動扭矩曲線是調(diào)制過的準正弦波的變型具有不同幅值的準正弦曲線、具有不同幅值的居中的準正弦曲線，等等。一旦液壓缸限定，則參數(shù)R和L決定制動扭矩曲線。圖16示出每單位壓力、每單位面積下的制動扭矩，其中，最大值偏離中心，其可被認為是穩(wěn)定的。曲線位于范圍的底部、并且對應(yīng)于比值R/L= 1/6且使用液壓缸3. 2。圖17示出每單位壓力、每單位面積下的制動扭矩，其中，最大值偏離中心，其可被認為是偏離中心的準正弦曲線。該曲線對應(yīng)于比值R/L = 6且使用液壓缸3. 2。圖18和圖19示出每單位壓力、每單位面積下的制動扭矩，其中，最大值位于中央，其可被認為是準正弦曲線。其可以被認為是每單位壓力、每單位面積下的中上制動扭矩。在以下情形下應(yīng)用該曲線當滿足面積關(guān)系b = A和a = B的兩個液壓缸一即液壓缸3. I和3. 2——對稱地固定，但僅有一個液壓缸在-70°至0°的范圍之間使用而另一個液壓缸在0°至70°的范圍之間使用，這意味著使用了相同的液壓缸面積但使用對稱的扭矩臂。它們之間的差異涉及取決于優(yōu)選實現(xiàn)方案的機械傳動裝置的運動啟動的液壓缸。這意味著，在使用實現(xiàn)面積關(guān)系A(chǔ) = b和a = B的兩個液壓缸的逆時針方向CCW運動或順時針方向CW運動下，每單位壓力、每單位面積下的有效制動扭矩可以首先啟動液壓缸3. I至0°之后啟動液壓缸3. 2，或首先啟動液壓缸3.2至0°之后啟動液壓缸3. I。當正在使用的液壓缸面積大于不同液壓缸的單元面積和/或面積的組合時，制動扭矩超過圖13中所確立的極限值。圖20和圖21示出，當正在被使用的是關(guān)于優(yōu)選實現(xiàn)方案(圖7和圖8)的液壓缸面積組合時，曲線超出極限值的每單位壓力下的制動扭矩。圖20示出使用面積之間的關(guān)系為3——也就是，在指定壓力水平下液壓缸3. I和3. 4正在被使用——的制動扭矩曲線。圖21示出使用面積之間的關(guān)系為3——也就是，在指定壓力水平下液壓缸3. 2和
3.3正在被使用——的制動扭矩曲線。在本文中，術(shù)語“包括”以及其派生詞(諸如“所包括的”，等等)不應(yīng)理解成排他 的意思，也就是說，這些術(shù)語不應(yīng)理解為排除了所描述和所限定的內(nèi)容可能包括其它元件、步驟等等的可能性。另一方面，本發(fā)明顯然并不限于本文所描述的特定實施方式，而是還包含在如權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的總體范圍內(nèi)的可由任何本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的所有變型(例如，關(guān)于對材料、尺寸、部件、構(gòu)型等等的選擇)。
權(quán)利要求
1.用于波能轉(zhuǎn)換器(WEC)的動力輸出(PTO)設(shè)備，所述動力輸出(PTO)設(shè)備包括至少一個液壓缸(3)，所述至少一個液壓缸(3)連接至所述波能轉(zhuǎn)換器(WEC)的能量捕獲設(shè)備(ECD)的輸出機械傳動裝置(I)，所述動力輸出(PTO)設(shè)備能夠通過所述液壓缸(3)向所述輸出機械傳動裝置(I)施加可變的制動扭矩，其特征在于，所述動力輸出設(shè)備(PTO)包括第一固定系統(tǒng)(5. I)和第二固定系統(tǒng)(5. 2)，所述第一固定系統(tǒng)(5. I)將所述至少一個液壓缸(3)的第一端(FE)連接至所述能量捕獲設(shè)備(ECD)的所述輸出機械傳動裝置(1)，所述第二固定系統(tǒng)(5.2)將所述至少一個液壓缸(3)的第二端(SE)與所述波能轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)(18)相連接，所述第一固定系統(tǒng)(5. I)和所述第二固定系統(tǒng)(5. 2)借助于鉸接聯(lián)接裝置連接至所述液壓缸(3)的所述第一端(FE)和所述第二端(SE)，并且其中，所述第一固定系統(tǒng)(5. I)和所述第二固定系統(tǒng)(5. 2)構(gòu)造成通過改變距離L和距離R來改變所述至少一個液壓缸(3)的位置，其中，距離R為所述能量捕獲設(shè)備的所述輸出機械傳動裝置(I)的樞轉(zhuǎn)軸線(PA)與所述至少一個液壓缸(3)的所述第一端(FE)之間的最小距離，而距離L為平面X與所述至少一個液壓缸(3)的所述第二端(SE)之間的最小距離，平面X為包含所述樞轉(zhuǎn)軸線(PA)且垂直于平面Y的假想平面，所述平面Y經(jīng)過所述第一端(FE)且包含所述樞轉(zhuǎn)軸線(PA)，所述平面X和所述平面Y在平靜海況下限定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于波能轉(zhuǎn)換器的動力輸出設(shè)備，其中，所述第一固定系統(tǒng)(5. I)包括第一啟動系統(tǒng)(5. I. I),所述第一啟動系統(tǒng)(5. I. I)構(gòu)造成改變所述液壓缸(3)的所述第一端(FE)的位置，所述第二固定系統(tǒng)(5. 2)包括第二啟動系統(tǒng)(5. 2. I)，所述第二啟動系統(tǒng)(5.2. I)構(gòu)造成改變所述液壓缸(3)的所述第二端(SE)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于波能轉(zhuǎn)換器的動力輸出設(shè)備，其中，所述第一固定系統(tǒng)(5. I)包括第一聯(lián)鎖系統(tǒng)(5. I. 2)，所述第一聯(lián)鎖系統(tǒng)(5. I. 2)構(gòu)造成固定所述液壓缸(3)的所述第一端(FE)的位置，所述第二固定系統(tǒng)(5. 2)包括第二聯(lián)鎖系統(tǒng)(5. 2. 2)，所述第二聯(lián)鎖系統(tǒng)(5.2.2)構(gòu)造成固定所述液壓缸(3)的所述第二端(SE)的位置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于波能轉(zhuǎn)換器的動力輸出設(shè)備，包括用于將所述至少一個液壓缸(3)與至少一個高壓蓄能器(6)和一個低壓蓄能器(7)相連接的閥組(4)，所述閥組(4)包括電閥(EV1，EV2，EV3)，所述電閥(EV1，EV2，EV3)構(gòu)造成為所述至少一個液壓缸(3)選擇作業(yè)面積，所述作業(yè)面積為活塞面積(a)、環(huán)形面積(b)或活塞桿面積(C)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于波能轉(zhuǎn)換器的動力輸出設(shè)備，包括控制閥(8)和液壓馬達(11)，所述控制閥(8)構(gòu)造成控制從所述液壓缸(3)到所述液壓馬達的油流。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于波能轉(zhuǎn)換器的動力輸出設(shè)備，包括適于與所述能量捕獲設(shè)備的所述輸出機械傳動裝置(I)相連接的扭矩臂(2)，其中，所述至少一個液壓缸(3. 1、3.2、3.3、3.4)的所述第一端(FE)緊固到所述扭矩臂(2)，而所述至少一個液壓缸(3. 1,3. 2,3. 3,3. 4)的所述第二端(SE)緊固到波能轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)(18)，所述至少一個液壓缸(3. 1、3.2、3.3、3.4)與所述扭矩臂(2)和所述波能轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)(18)的緊固借助于直線導(dǎo)向器(19)上的球窩接頭實現(xiàn)，以允許所述液壓缸(3. 1,3. 2,3. 3,3. 4)的所述第一端(FE)的沿第一位移軸線(FDA)的位移和所述液壓缸(3. 1、3.2、3.3、3.4)的所述第二端(SE)的沿第二位移軸線(SDA)的位移，所述第一位移軸線(FDA)經(jīng)過所述第一端(FE)且垂直于所述樞轉(zhuǎn)軸線(PA)，所述第二位移軸線(SDA)經(jīng)過所述第二端(SE)且平行于所述第一位移軸線(FDA )，所述第一位移軸線(FDA)和所述第二位移軸線(SDA)在平靜海況下限定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于波能轉(zhuǎn)換的動力輸出設(shè)備，其具有聯(lián)接到啟動裝置的至少一個液壓缸，使得液壓缸能夠在能量捕獲設(shè)備上產(chǎn)生預(yù)定的制動扭矩，使得PTO可以將預(yù)定的低頻率而高扭矩的振蕩運動轉(zhuǎn)換為能夠聯(lián)接至發(fā)電機的連續(xù)的、相對高頻率而低扭矩的運動。本發(fā)明的動力輸出設(shè)備因此能夠針對所有類型的海水和波浪狀態(tài)優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換。
文檔編號F03B13/18GK102705144SQ20111041445
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者喬斯巴·拉薩阿吉雷文戈亞, 弗朗切斯科·喬斯·埃斯滕索羅阿斯蒂加拉加, 胡安·卡洛斯·安托林烏瓦內(nèi)哈 申請人:Tecnalia研究與創(chuàng)新基金