CN109072861A - 能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种能量转换装置。该能量转换装置可以包括磁场产生元件和具有线圈轴线的线圈。磁场产生元件和线圈可以在运动平面内相对于彼此移动。线圈轴线可以基本垂直于运动平面。

Description

能量转换装置

背景技术

如果海洋可以被有效地利用，则海洋具有产生可用能量的巨大潜力。例如，海浪、高低潮汐和/或水中的温差是海洋可用于产生可用能量的几种方式。特别是海浪可以具有大量的动能，并且这种能量可以用于为各种***供电。虽然存在用于从海水移动中产生能量的许多***，但是仍然需要改进利用波浪能量的方式。例如，许多装置具有自由浮动浮标以利用来自海浪的可用能量。为了使这些装置继续运转，浮标应该具有稳定性，以便在波浪通过后重新定位。然而，许多装置是不稳定的，因此向一侧倾斜并保持倾斜，从而不再发电。

附图说明

图1展示了根据本公开的实施例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标阵列。

图2展示了根据本公开的另一实施例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标阵列。

图3A至图3C展示了根据本公开的实施例与具有典型的或设计的尺寸的波浪进行操作的浮标阵列。

图4A至图4C展示了根据本公开的实施例与超过典型的或设计的波浪大小的波浪(诸如巨浪)进行操作的浮标阵列。

图5A和图5B是根据本公开的示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的示意图。

图6是根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的示意图。

图7A和图7B是根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的示意图。

图8是根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的示意图。

图9展示了根据本公开的示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的能量转换装置。

图10展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标的能量转换装置。

图11展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图12展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标。

图13A至图13E展示了根据本公开的若干示例的磁性轴承布置。

图14A和图14B展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图15展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图16A和图16B展示了根据本公开的示例的能量转换装置内的柔性支撑构件路由配置。

图17A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图17B展示了根据本公开的示例的处于相对旋转运动配置的图17A的能量转换装置的横截面视图。

图17C展示了根据本公开的示例的处于相对平移运动配置的图17A的能量转换装置的侧视图。

图17D展示了根据本公开的示例的能量转换装置的磁性元件和线圈的并排布置。

图17E展示了根据本公开的示例的设置在能量转换装置的两个磁性元件之间的线圈。

图17F展示了根据本公开的示例的设置在能量转换装置的两个线圈之间的磁性元件。

图17G至图17J展示了根据本公开的若干示例的可在能量转换装置中使用的磁性元件形状和线圈绕组形状的配置。

图18展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图19A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图19B展示了根据本公开的示例的图19A的能量转换装置的永磁体配置。

图20A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置。

图20B展示了根据本公开的示例的图20A的能量转换装置的永磁体配置。

图21A和图21B展示了根据本公开的实施例的用于维持浮标阵列在水中的稳定性的交叉配置。

图22A和图22B展示了根据本公开的实施例的用于维持浮标阵列在水中的稳定性以及用于将该阵列扩展至包括任何数量的可移动浮标和/或基础浮标的配置。

图23展示了根据本公开的实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图24展示了根据本公开的另一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图25A展示了根据本公开的又一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图25B展示了遭遇极限波浪时的图25A的***。

图26A和图26B展示了与不同的风向/波浪方向对准的图25A的***。

图27A展示了根据本公开的另一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图27B展示了处于涨潮时的图27A的***。

图27C展示了经受极大波浪时的图27A的***。

图28示出了根据本公开的另一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图29A和图29B展示了根据本公开的又一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图30展示了根据本公开的另一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图31展示了根据本公开的又一实施例的用于从表面波浪获得能量的***。

图32展示了图31的***的俯视横截面视图。

图33A是根据本公开的示例的水下公共设施管线的示意图。

图33B是根据本公开的示例的处于扩展配置的图33A的水下公共设施管线。

图33C是处于收缩配置的图33A的水下公共设施管线。

图34是根据本公开的另一示例的水下公共设施管线的示意图。

图35是根据本公开的另一示例的水下公共设施管线的示意图。

图36是根据本公开的另一示例的水下公共设施管线的示意图。

图37是根据本公开的另一示例的水下公共设施管线的示意图。

图38是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的示意图。

图39是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的示意图。

图40是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的示意图。

图41是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的示意图。

图42A是根据本公开的另一示例的水公共设施***的示意图。

图42B是根据本公开的额外示例的水下公共设施***的示意图。.

图43是根据本公开的示例的水下公共设施***的系连件或进给管线的侧视图。

图44是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的系连件或进给管线的俯视图。

具体实施方式

现在将参考示例性实施例，并且本文将使用具体语言来描述示例性实施例。然而，将理解的是，并不希望由此限制本公开的范围。本文所说明的发明特征的改变和进一步修改以及如本文所说明的本公开的原理的附加应用(其将为相关领域的且拥有本公开的技术人员所想到)被视为在本公开的范围内。还应理解的是，本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的。除非有这样的规定，否则术语不旨在进行限制。

应当注意，如在本说明书和所附权利要求中所使用，除非内容另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述”包括复数个指代物。

在描述本公开的实施例时，当涉及例如间隔螺纹部分时将提到“第一”或“第二”。应当注意，这些仅仅是相对术语，并且描述或示出为“第一”螺纹部分的间隔螺纹部分可以容易地被称为“第二”螺纹部分，并且这种描述隐含地包括在本文中。

在本文中可能以范围格式呈现尺寸、数量和其他数值数据。应该理解的是，这种范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用，并且应该被灵活地解释为不仅包括明确列举为此范围界限的数值，而且还包括包含在此范围内的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围都被明确列举那样。例如，约1wt％至约20wt％的重量比范围应当被解释为不仅包括明确列举的约1wt％和约20wt％的界限，而且还包括单个重量(例如，2wt％、11wt％、14wt％)以及子范围(例如，10wt％至20wt％、5wt％至15wt％等)。

根据本公开的这些定义和实施例，提供了各种***和方法的讨论，包括与其相关联的细节。换言之，应当注意各个实施例将被讨论为其与这些***和方法有关。不管具体细节的上下文如何，由于这些细节是针对这些实施例中的任何一个进行讨论的，应当理解的是，这种讨论也与所有其它实施例有关。

本公开涉及用于从水体中的波浪获得能量的浮标。该浮标可以包括为水中的浮标提供浮力的漂浮部分。该浮标还可以包括压载部分，该压载部分可与漂浮部分一起操作，以响应于水体中的波浪而以摆动运动移动。该漂浮部分可以基本保持在压载部分上方。此外，该浮标可以包括能量转换装置，以响应于压载部分的摆动运动而产生电力。

在另一方面，本公开提供一种用于从水体中的波浪获得能量的方法。该方法可以包括获得浮标，该浮标具有：漂浮部分，用以为水中的浮标提供浮力；压载部分，其可与漂浮部分一起操作，用以响应于水体中的波浪而以摆动运动移动，其中漂浮部分基本保持在压载部分上方；以及能量转换装置，其响应于压载部分的摆动运动而产生电力。另外，该方法可以包括将浮标设置在水体中。

在另一方面，本公开提供一种用于从水体中的波浪获得能量的浮标，该浮标可以包括用以在水中提供浮力的第一漂浮部分和第二漂浮部分，以及与第一漂浮部分和第二漂浮部分相关联的能量转换装置。该能量转换装置可以包括限定第一侧和第二侧的框架。该能量转换装置还可以包括由该框架支撑的永磁体。此外，该能量转换装置可以包括：第一定子总成(assembly)，其设置在框架的第一侧周围并且耦接到第一漂浮部分；以及第二定子总成，其设置在框架的第二侧周围并且耦接到第二漂浮部分。第一漂浮部分和第二漂浮部分可以相对于框架可移动，使得水体中的波浪引起第一定子总成和第二定子总成与永磁体的相对运动，以便经由电磁感应发电。

图1示出了用于从水体中的波浪101获得能量的浮标阵列100。浮标阵列可以包括具有多个竖直构件111、竖直构件112、竖直构件113的框架110。浮标阵列还可以包括基础浮标120，该基础浮标120耦接到框架以将框架支撑在水中并且将竖直构件维持在竖直取向。在一个方面，基础浮标可以在框架中心处或框架中心附近固定地附接到框架，诸如附接到中间柱或主柱，以有效地将框架支撑在水中。浮标阵列还可以包括多个可移动浮标130、可移动浮标131，使得多个可移动浮标中的每个浮标均围绕多个竖直构件中的不同竖直构件(诸如外柱)可移动地设置，并且被配置成响应于水体中的波浪而相对于相应的竖直构件和基础浮标移动。在一个方面，可移动浮标可以被配置成相对于竖直构件和基础浮标自由地上下移动或上下滑动。能量转换装置还可以被包含并且能够与多个可移动浮标中的每个浮标一起操作以自可移动浮标相对于竖直构件的移动中发电。

应当注意，图1以及下文图2至图4C中所示的实施例在海洋中可能固有地稳定或者可能不是固有地稳定，因为通常将包含附加增稳结构以将竖直构件维持为大体上竖直配置。这些装置以此方式示出而不具有可使用的许多可能增稳结构中的一个或多个结构是为了更清楚地说明装置如何在基础水平运行。图7A至图8B中的示例示出了在海洋的波浪中可能更稳定的某些装置，并且同样可设想到利用图1至图4C中所示的基本结构的许多其它稳定配置。此外，应当注意术语“竖直”被定义为当装置位于水中时相对于框架的构造而大体上竖直。当波浪通过装置，“竖直”构件将不会总是保持完全竖直，但如上所述，其将大体上处于竖直取向。

参考图2并且继续参考图1，用于从水体中的波浪获得能量的浮标阵列200可以基于与浮标阵列预期遇到的典型(设计)波浪的关系进行配置。例如，已经观察到典型的深水波浪具有合理的恒定波浪高度和波浪长度关系。具体地，对于给定的波浪高度(X)，具有最大稳定斜率的波浪的波浪长度为从波峰到波谷的波浪高度的大约7倍(7X)。具有大于此关系的极大斜率的波浪通常会破裂并坍塌。框架可能倾覆以骑跨具有更陡峭斜坡的这些极大波浪。在一个方面，可针对具体波浪高度设计浮标阵列，其中可移动浮标相对于竖直构件的运动范围为波浪高度的大约2倍(2X)。基础浮标可以被配置成将框架支撑在水中以促进可移动浮标的移动高达设计波浪高度的两倍。另外，基础浮标与可移动浮标之间的距离可以从波浪高度的大约2倍(2X或2:1比率)至波浪高度的约5倍(5X或5:1比率)。在一个特定方面中，基础浮标与可移动浮标之间的距离可以是设计波浪的大约3.5倍(3.5X或3.5:1比率)。在这种配置中，基础浮标可以支撑水中的框架，使得可移动浮标相对于框架的竖直构件的竖直浮动运动可以移动达到波浪高度的两倍或两倍斜率乘以浮动浮标框架的固定水平距离二者之中的较小者的距离。

可使用浮标阵列来从水波获得能量以通过泵送水、泵送空气、感应或通过任何其它类型的机械运动的对流产生能量，因为每个可移动浮标均可将其附接到本领域中已知用于将机械运动转换为能量的能量转换装置，诸如泵或发电机。应当认识到，虽然浮标阵列可能被设计用于深海水波，但是也可以可选地用于其它波浪。

另外，每个竖直构件211、竖直构件213可以具有设计波浪高度的两倍(2X)高度加上长度214a、214b以适应诸如可移动浮标高度以及安全距离的变量，以提供附加间隙，从而最小化由于以下事实而产生的撞击机会：每个可移动浮标不可能将总是随着恰好在浮标高度中间的水浮动。能量转换装置240a、能量转换装置240b可以与可移动浮标230、可移动浮标231进行操作以从可移动浮标相对于竖直构件的移动中发电。

系连件215可耦接到框架210以将浮标阵列200锚定到目标上，诸如海底203或漂浮在水体表面上的目标204诸如船或石油钻机上。系连件可以被配置成允许浮标阵列在波浪上的水中有效地移动，但不允许浮标阵列偏离期望位置太远。

有一个环境问题是，使用回声定位的一些动物(如鲸和海豚)可能受到将桩打入海底以锚定海浪发电厂而引起的巨大声音的负面影响。可以通过提供声音警告***265来警告动物腾出该区域，该声音警告***265以足够低的速率缓慢地增加噪声水平以允许动物有时间离开该位置，从而动物不会因为将桩打入海底的影响而变聋。该声音警告***265可以通过任何合适的装置或机构(诸如声纳传感器，水下扬声器或其他类型的压缩波或噪声制造装置)在海洋中提供噪声。

在一个方面，浮标阵列200可包含可操作以使浮标阵列移动通过水体的移动装置250。移动装置可用于将浮标阵列移动到期望的位置和/或将浮标阵列保持在期望的位置。例如，移动装置可用于将浮标阵列从部署位置(例如码头)移动到深水位置以收集能量。在一个方面，移动装置还可用于通过将浮标阵列耦连到船上来为船舶或其他水容器提供运动。

浮标阵列200还可包含用于操作浮标阵列的各种***，例如可操作以控制浮标阵列的操作的控制***260、可操作以与指挥中心或基站通信的通信***262，和/或全球定位***(GPS)264。例如，控制***可以监视浮标阵列的各个方面，例如产生的能量的量。通信***可以与基座266通信，例如位于陆地或船上的指挥中心。GPS可以监控浮标阵列的位置。因此，指挥中心可以从浮标阵列接收数据以及给出操作指令，例如移动到的位置等。响应于这样的指令，移动装置250可以使用GPS进行导航将浮标阵列移动到一个位置。

浮标阵列200可由任何合适的材料构成。例如，可以使用适合于海洋使用的典型结构材料，特别是当考虑在海洋中使用时，适用于盐水应用的那些材料。此外，浮标阵列可以在其表面上使用疏水材料，以便在寒冷天气中形成的任何冰将随着浮标阵列在海洋中移动而在浮标和框架上剪切和脱落，从而防止积冰。

图3A至图3C展示了在典型的或设计尺寸的波浪中操作的浮标阵列300。例如，如图3A所示，基础浮标320的相对侧上的两个可移动浮标330、331，如上所述，与基础浮标相距一定距离，能够处于波浪的最低点或波谷，而基础浮标320是在波浪的最高点或波峰处。图3B展示了波浪沿方向302移动并且使得基础浮标从波峰上脱落，同时可移动浮标从波谷向上朝向波峰。当波移动三个半波长的距离时，如图3C所示，可移动浮标已经切换竖直位置，使得可移动浮标处于波峰并且基础浮标处于波谷。这使得每个可移动浮标沿着与可移动浮标相关联的竖直构件产生总竖直移动，该总竖直移动的高度是波浪高度的两倍或者浮动浮标框架的固定水平距离乘以斜率的两倍中的较小者。

图4A至图4C展示了与超过典型的或设计的波浪尺寸的波浪(诸如巨浪)进行操作的浮标阵列400。例如，如图4A所示，基础浮标420使整个浮标阵列上升到波浪的波峰上，其中基础浮标420的相对侧上的两个可移动浮标430、可移动浮标431在波浪的波峰的任一侧上。图4B示出了波浪沿方向402移动并且导致浮标阵列从波浪的波峰掉落。可移动浮标在波浪上浮动以使得可移动浮标430趋向于相对于框架的竖直构件上升，而可移动浮标431趋向于相对于框架的竖直构件下落。在框架变得不稳定的情况下，框架可能翻转而导致可移动浮标沿竖直构件上升直至其到达运动范围的端点为止，在该点处它将防止框架的进一步翻转。因此，浮标阵列可以有效地沿着巨浪上升或下降且不翻转。如图4C所示，当基础浮标到达波浪的波谷时，可移动浮标已经相对于竖直构件上移。浮标阵列可通过骑跨波浪的斜坡而在任何尺寸的波浪中操作并且可因此保持在飓风和海啸中操作而不损坏。不管波浪达到多高，浮标均可保持浮动并且移动而不碰撞或破坏移动。对于极大的海浪也不需要制动方法或终止运动。

无论海浪何时高于或等于用于阵列的设计波浪长度，浮标阵列均可以产生相同大小的能量。这允许针对具体容量来设计***且只要实际波浪高度高于或等于已经针对其设计出阵列1的波浪高度，该***的性能便没有大幅波动。这样的属性对于使用浮标阵列作为主要动力、取代核能、石油、天然气或煤厂是有吸引力的。不需要改变框架的大小来适应海洋深度差，该海洋深度差影响附接到海底的其他海浪装置。每个装置可以是相同的，由此产生成本节约并改进可制造性。此外，因为整个浮标阵列浮动，所以能够在深海波浪中操作。这允许将装置放置成远离陆地以使得可收获高于靠近海滩的波浪的深海波浪的能量，并且避免堵塞沿海水道或占据用于旅游业的不动产。

图5A和图5B展示了根据本公开的示例的用于从水体中的波浪501获得能量的浮标500。浮标500可以包括漂浮部分510，以在水中为浮标500提供浮力。浮标500可以具有比宽度503更大尺寸的高度502。因此，浮标500还可以包括压载部分520，以便为浮标500提供稳定性(例如，旋转稳定性)，使得浮标500在小的角位移后趋向于自我恢复到平衡位置。如图所示，压载部分520可以靠近漂浮部分510。此外，浮标500可以包括能量转换装置530。

旋转稳定性取决于浮标500上的作用力的相对线。浮标500上的向上浮力通过浮力中心504起作用，浮力中心504是流体的位移体积的质心。浮标500上的重力通过其重心505起作用。如果重心505位于浮力中心504下方，则浮标500将是稳定的，因为任何角位移都将产生“复原力矩(righting moment)”。许多现有浮标遭受由于趋向于将浮标移动到低能量状态的力矩所引起的不稳定性，该低能量状态使浮标在不期望的方向上定向。例如，具有细长浮标尺寸配置的浮标(其具有比宽度503更大尺寸的高度502(如图所示))可能具有“负稳定性”，这将导致浮标在高度尺寸502上被定位在其侧面上，可能使浮标无法用于其预期用途。如本文所述，浮标可以被设计成具有“正稳定性”以防止这种情况发生并使浮标返回到期望的操作取向，从而保持浮标的功能。换句话说，由负稳定性引起的力矩可以通过某些设计元件或特征抵消，以提供具有足够正稳定性的浮标，从而使浮标能够根据需要起作用。在一个方面，浮标的重量分布(即压载物、加重杠杆臂等)和/或浮力分布可以配置成抵消负稳定力矩以使浮标返回到期望的中立位置。因此，例如，当浮标500具有细长浮标尺寸配置(其高度502的尺寸大于宽度503(如图所示))时，压载部分520可以为浮标配置提供稳定性，否则浮标配置将是不稳定的。因此，对于这种细长浮标包括压载部分520可以使得浮标能够保持在或返回到期望的操作取向，即使在受到趋向于使浮标倾覆或旋转移位的力(例如，波浪)时也是如此。因此，压载部分520可被用在任何细长的浮标中，以在各种不利的条件下维持波浪能量收集功能。在下文中更详细讨论的另一个示例中(参见图6)，浮标的浮力可以被分配，使得浮力材料的较大直径位于一端(即，顶端)而不是其他地方，以便于跟随波浪表面来抵消负稳定力矩。因此，这种设计元件可被用于通过提供足够的负稳定性使得浮标将移动以便有效地操作来收集波浪能量，但具有足够的正稳定性使得浮标将自身复原并保持所需的功能取向，从而控制浮标的“摇摆(wiggle)”。因此，在图5A和图5B所示的一个方面中，漂浮部分510可以配置成将浮标500基本保持在水中并且可以基本保持在压载部分520上方，以有利于压载部分520的“摆动运动”。因此，压载部分520可以与漂浮部分510一起操作，以响应于水体中的波浪501在方向506、507上以摆动运动移动。波浪501可以使浮标500成角度地移位，并且复原力矩可以引起压载部分510通过水的摆动运动。能量转换装置530可以响应于压载部分520的摆动运动而产生电力，从而利用由于浮标500的角位移而可获得的势能。在一个方面，压载部分520可以包括能量转换装置530。换句话说，能量转换装置的质量可以为压载部分520提供一些或全部压载。能量转换装置530可以通过本领域已知的任何合适的方式产生电力。例如，能量转换装置530可以利用泵送流体、泵送空气、电磁感应或通过任何其他类型的机械运动的能量转换。

图6展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标600。浮标600在许多方面类似于上面讨论的浮标500。例如，浮标600包括漂浮部分610、压载部分620和能量转换装置630。在这种情况下，浮标600包括耦接到漂浮部分610和压载部分620的延伸构件640，以将压载部分620悬挂在漂浮部分610下方。因此，延伸构件640可以增加重心605和浮力中心604之间的距离，以提高浮标600的稳定性。

此外，漂浮部分610可以配置成跟随波浪的表面以有利于压载部分620的摆动运动。例如，漂浮部分610可以包括下漂浮部分611和上漂浮部分612。上漂浮部分612的直径608可以大于下漂浮部分611的直径609，以有利于跟随波浪的表面并增强压载部分620的摆动运动。在一个方面，下漂浮部分611和上浮动部分612的不同尺寸可被用于提供浮力的变化。通过改变漂浮部分610的顶部到底部的密度，也可以获得浮力的变化。

图7A和图7B展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪701获得能量的浮标700。特别地，浮标700包括生成电力的能量转换装置730。在这种情况下，能量转换装置730包括涡轮发电机，当能量转换装置由于上述摆动运动移动通过水时，该涡轮发电机可以响应于流过涡轮叶片731的水而移动。因此，当上漂浮部分712骑跨在波浪701的斜面上时，能量转换装置730可以“摇摆”通过水。换句话说，上漂浮部分的相对大的直径可以将浮标500定向到波浪701的斜坡上，这在能量转换装置730随着波浪701的斜坡变化而摇摆通过水时有助于能量转换装置730更大的运动范围。

图8展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪801获得能量的浮标800。浮标800在许多方面类似于上文讨论的其他浮标。例如，浮标800包括漂浮部分810、压载部分820和能量转换装置830a、830b。浮标800还包括耦接到漂浮部分810和压载部分820的延伸构件840。在这种情况下，浮标800包括框架850，框架850耦接到漂浮部分810以支撑能量转换装置830a、830b。在一个方面，浮标800可以包括与能量转换装置830a、830b相关联的漂浮部分810a、810b以支撑能量转换装置。此外，浮标800包括耦接到压载部分820和能量转换装置830a、830b的连接构件860a、860b，以将能量转换装置耦接到压载部分。在一个方面，能量转换装置830a、830b利用连接构件860a、860b和漂浮部分810a、810b的相对运动以促进电力生成或电力转换。因此，当压载部分820按照806处所示的摆动运动移动时，连接构件860a、860b可以分别相对于漂浮部分810a、810b在方向861a、861b上移动。此外，漂浮部分810a、810b可以在枢轴862a、862b处可旋转地耦接到框架850，以促进连接构件860a、860b相对于漂浮部分810a、810b的运动而不需要捆绑(binding)。发电或能量转换可以通过任何合适的手段完成，例如下面讨论的图9至图11和图13至图14B所示。

根据本公开的一个实施例，公开了一种用于从水体中的波浪获得能量的方法。该方法可以包括获得浮标，该浮标具有：漂浮部分，其用于在水中为浮标提供浮力；压载部分，其可与漂浮部分一起操作以响应于水体中的波浪以摆动运动方式移动，其中该漂浮部分基本保持在压载部分上方；以及能量转换装置，其用于响应于压载部分的摆动运动而产生电力。另外，该方法可以包括将浮标设置在水体中。在该方法的一个方面，漂浮部分可以配置成跟随波浪的表面以促进压载部分的摆动运动。应当注意，在该方法中不需要特定的顺序，但通常在一个实施例中，这些方法步骤可以顺序执行。

图9展示了根据本公开的用于浮标的能量转换装置830a'、830b'的示例。特别地，能量转换装置830a'、830b'可与漂浮部分810a、810b一起操作，以从连接构件860a、860b相对于漂浮部分810a、810b的运动产生电力。在该示例中，能量转换装置包括通过电磁感应发电的电感器。电感器包括导电材料(例如，铜线)的线圈832。连接构件860a、860b可以包括在漂浮部分810a、810b的相对运动范围内形成电感器的芯体833的铁磁或亚铁磁材料。因此，连接构件860a、860b和漂浮部分810a、810b的相对运动导致芯体833相对于线圈832移动以发电。根据需要，电力可以被使用或存储，如方框834所示。

图10展示了根据本公开的用于浮标的能量转换装置830a”、830b”的另一示例。在该示例中，能量转换装置包括泵，该泵利用耦接到连接构件860a、860b的活塞835，该活塞835在与漂浮部分810a、810b相关联的汽缸836内移动。该泵包括单向入口阀837a、837b和出口阀838a、838b，以调节通过该泵的水流量。该泵可以配置成具有由连接构件860a、860b上的止动件839a、839b限制的最大行程。因此，连接构件860a、860b和漂浮部分810a、810b的相对运动导致活塞835相对于汽缸836移动以泵送水。所泵送的水可以用于发电或根据需要用于任何其他合适的用途，如方框834a所示。

在一个方面，可能希望包括齿轮箱以控制产生电力的涡轮机的速度。因为齿轮箱可能容易磨损并因此需要维护，所以可以替代地通过管理流体压力和/或流速来控制涡轮机速度。例如，可以通过泵出口和涡轮机之间的阀834b来控制流体压力和流速(在方框834a处)。因此，对阀834b进行调节可以控制驱动涡轮机的水的压力，其进而控制涡轮机的速度和功率输出。也可以通过流体导管或管道配置(例如，形状、直径等)来控制流体压力和流速。可以包括旁通阀以允许过量的压力和流体体积绕过涡轮机。在紧急情况下，可以在涡轮机周围传送所有压力和体积以停止涡轮机。阀834b可以配置成用作旁通阀，或者旁通阀可以是不同于阀834b的阀。还可以包括用于这些阀的控制***或机构834c，并且在一些实施例中，控制***或机构834c可以是流体管道总成的一部分。此外，快速断开特征件可以用于快速更换管道/软管和阀。因此，可以以减少磨损或最小化磨损并且需要很少或不需要预防性维护的方式来控制涡轮机速度和发电，从而降低来自风和波浪的可再生能量的(维护)成本。

为了进行水力发电，可将水从一个或多个浮标中泵送至浮动水力发电机或将水泵送至陆基水力发电机。可将水向上泵送至浮动水塔(使得许多小泵可在不需要相互依靠的情况下泵送水)以提供用于水力发电机的水压。例如，此选项将允许麻烦或低效的能源被快速转换为海浪能量。例如，靠近海岸建立了许多核能反应堆。对于这些反应堆，可以泵送海浪中的水以转动最初设计成由核能反应堆产生的蒸气运转的现有发电机。这些发电机可转换为由于所泵送的水而运转。对于脱盐设施，可将水从一个或多个浮标中泵送至反渗透设施以从盐水中产生淡水。并且，可使用浮标对石油钻机、未开发地区和其中需要赈灾的地方远程供电。

应注意，如果希望使用本文所述的***和方法来泵送水，那么可使用(如图9中的)发电机的组合来通过感应产生电力，并且可使用电力来运转常规的水泵。这可以是移动水的更简单方式，而非具有关于图10所描述的更复杂活塞、单向阀等。

图11展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置930的示意图。能量转换装置930可以包括限定第一侧948a和第二侧948b的支撑构件993。通常，该支撑构件将形成能量转换装置930的“转子”或移动部分的一部分，与能量转换装置930的“定子”或静止部分形成对比。因此，能量转换装置930可以包括可与支撑构件993和/或定子总成995a、995b相关联的一个或多个磁场产生元件(例如，永磁体)和线圈。在一个实施例中，能量转换装置930可以包括一个或多个磁场产生元件994，所述磁场产生元件994可由支撑构件993支撑以形成转子。另外，能量转换装置930可以包括与围绕支撑构件993的第一侧948a设置的定子总成995a相关联的一个或多个线圈996a，以及与围绕支撑构件993的第二侧948b设置的定子总成995b相关联的一个或多个线圈996b。转子(例如，支撑构件993和磁场产生元件994)和定子总成995a、995b的相对运动可以通过电磁感应产生电力。应该认识到，能量转换装置930的配置也可以适合用作电动机。可以使用任何合适的材料(诸如，金属合金、双金属材料、陶瓷、复合材料等)单独地或组合地使用任何合适的磁场产生元件(诸如，永磁体、复合永磁体、电磁体、磁性多层等)。

在一个方面，转子总成995a和定子总成995b的相对运动可以是旋转的，诸如在围绕轴线958的方向957上旋转。在另一方面，转子总成995a和定子总成995b的相对运动可以是平移，诸如在平行于轴线958的方向上平移。

如图所示，支撑构件993可以包括圆柱形配置。因此，侧面948a可以是支撑构件993的外部，并且侧面948b可以是支撑构件993的内部。典型的发电机或电动机包括支撑在定子总成内旋转的永磁体总成的中心轴。相反，在能量转换装置930中不存在这样的中心轴，这使得装置的中心区域或内部区域可用于容纳额外的定子总成，例如相对于转子在“其中”或内部的定子总成995b。结果，与典型的发电机/电动机相比，可以增加定子总成的数量。在一些实施例中，在转子内部存在至少与转子外部的定子总成995a一样多的定子总成995b，其与具有相同数量的磁体和外部线圈的常规发电机配置相比，可以至少使发电能力加倍。另外，圆柱形支撑构件993配置可以表示典型发电机/电动机的可旋转磁体总成的减小的体积和质量，其可以减小旋转磁体所需的力或扭矩，从而导致效率提高和更大的发电量。

在一个方面，能量转换装置930可以具有大直径(例如，大于3米)，其具有大的空心，这可以在减小质量的同时增加位移。这对于在根据本公开的浮标中的使用可能是有益的，因为可以保持期望的浮力以使浮标漂浮在期望的深度或水的表面而不下沉，同时减小尺寸和材料成本。例如，如图12所示，能量转换装置930可以与浮标900的漂浮部分910相关联或设置在漂浮部分910中，该浮标900可被用于利用波浪能量来发电。能量转换装置930还可以提供增加的表面积，这可以对永磁体提供更多的暴露，从而增加装置的发电能力。

在一个方面，由于定子总成995a、995b位于支撑构件993的相对侧上，因此可以采用混合永磁体/定子总成来改善定子总成上的通量或聚焦通量的耦合，以增加功率输出。

可以将帽(未示出)加到能量转换装置930的一端以形成类似于鼓的支撑构件，其可以在旋转中心(例如，轴线958)处提供用于钻孔或其他机械设备转弯操作的附接点。支撑构件993可以是实心的或框架结构，其利用多个子部件。

在一个方面，支撑构件993可由一个或多个磁性轴承959可移动地支撑。可以包含所述磁性轴承以减小摩擦力，从而进一步减小旋转转子所需的力或扭矩，由此提高效率并在相同的力或扭矩下产生更多电力。

图13A至图13E展示了几种不同的磁性轴承布置，其可以是永磁体和/或电磁体，以提供排斥力推动两个运动部件远离彼此。图13A和图13B展示了直列式磁性轴承。图13C展示了平行极磁性轴承。图13D和图13E展示了单极磁性轴承。磁性轴承可以防止摩擦和能量损失。在不需要可能为可燃烧的润滑剂并且不会因摩擦而产生热量的情况下，磁性轴承可以消除潜在的火灾危险并提高安全性。

图14A和图14B展示了根据本公开的另一示例的用于从水体中的波浪获得能量的浮标1000的示意图。浮标1000可以包括在水中提供浮力的漂浮部分1010a、1010b。浮标1000还可以包括与漂浮部分1010a、1010b相关联的能量转换装置1030。能量转换装置1030在许多方面类似于图11的能量转换装置930。例如，能量转换装置1030可以包括形成转子的一部分并限定第一侧1048a和第二侧1048b的支撑构件1093，以及围绕支撑构件1093的不同侧1048a、1048b设置的定子总成1095a、1095b，支撑构件1093可具有圆柱形配置。因此，侧面1048a可以是支撑构件1093的外部，而侧面1048b可以是支撑构件1093的内部。在一个实施例中，磁场产生元件可以由支撑构件1093支撑，并且线圈可以与定子总成相关联，但是线圈可以由支撑构件1093支撑，并且磁场产生元件可以与定子总成相关联。在图14A和图14B中，定子总成1095a耦接到漂浮部分1010a，并且定子总成1095b耦接到漂浮部分1010b。漂浮部分1010a、1010b相对于支撑构件1093可移动，使得水体中的波浪引起定子总成1095a、1095b和转子的相对运动，从而经由电磁感应发电。

如图14B所示，漂浮部分1010a、1010b相对于支撑构件1093在方向1075、1077上可平移。漂浮部分1010a、1010b可一起移动或彼此独立地移动。因此，每个漂浮部分1010a、1010b可以由海浪独立地支撑并且彼此独立地移动。支撑构件1093可以被底部安装(例如，锚定到海底)或连接到浮动结构。因此，在一个方面，浮标1000可以用作点吸收器或通过骑跨波浪的斜坡来产生能量。可以包含磁性轴承1059以促进漂浮部分1010a、1010b和支撑构件1093的相对运动。应该认识到，支撑构件1093可以具有任何合适的配置。在一个方面，支撑构件可以具有用于全部或一部分支撑构件的平面配置。在另一方面，支撑构件1093可以包括多个部件，这些部件可以直接彼此耦接或者可以不直接彼此耦接。上面讨论的能量转换装置的支撑构件可以足够刚性，以承受在典型操作负载条件下使支撑构件严重变形的变形。然而，应该认识到，如本文所公开的能量转换装置的支撑构件可以是柔性的并且配置成在典型操作负载条件下弯曲或变形，如下所述。

图15展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置1130的示意图。能量转换装置1130在许多方面类似于图11的能量转换装置930。例如，能量转换装置1130可以包括形成转子的一部分并限定第一侧1148a和第二侧1148b的支撑构件1193，以及围绕支撑构件1193的不同侧1148a、1148b设置的定子总成1195a、1195b。因此，侧面1148a可以是支撑构件1193的外部，并且侧面1148b可以是支撑构件1193的内部。在一个实施例中，磁场产生元件1194可以由支撑构件1193支撑，并且线圈(未示出)可以与定子总成1195a、1195b相关联，但是线圈可以由支撑构件1193支撑并且磁场产生元件可以与定子总成1195a、1195b相关联。在图15A和图15B中，支撑构件1193被配置为是柔性的(例如，带形(belt)配置)。转子(例如，支撑构件1193和磁场产生元件1194)可以围绕一个或多个旋转构件1197设置，以促进转子大致在方向1157上的旋转运动和/或平移运动。磁性轴承可以在1197处使用，以促进转子大致在方向1157上的旋转运动和/或平移运动。因此，在一个实施例中，柔性支撑构件1193可以在定子总成1195a、1195b之间排布，以使磁场产生元件1194紧密靠近定子总成以用于发电。图16A和图16B展示了柔性支撑构件1293、1933在能量转换装置中围绕定子总成1295、1395的两个或更多个侧面的排布(routing)配置的非限制性示例。在一个方面，柔性支撑构件1293可以围绕定子总成1295的所有侧面排布，从而增强能量转换装置的发电能力。因此，柔性支撑构件可以弯曲成任何合适的形状或以任何合适的配置排布，例如将磁场产生元件或线圈定位成靠近定子总成。在一个方面，柔性磁场产生元件可以与柔性支撑构件一起使用。

虽然柔性支撑构件1193、1293、1393被展示为环形带或环，但应该认识到，柔性支撑构件可以在相对的端部处终止并且可以促进与定子总成(例如与图14A和图14B的能量转换装置1030)的双向相对平移运动。

图17A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置1430(例如，发电机或电动机)的示意图。能量转换装置1430在许多方面类似于本文公开的一些其他能量转换装置。例如，能量转换装置1430可以包括支撑构件1493、一个或多个磁场产生元件以及一个或多个定子总成。支撑构件1493可以是刚性的或柔性的。一般地，与固定的定子总成相比，支撑构件1493将形成可移动的“转子”的一部分。在一个方面，磁场产生元件可以由支撑构件1493支撑，并且定子总成可以具有围绕线圈轴线缠绕的线圈。然而，可替代地，支撑构件1493可以包括围绕线圈轴线缠绕的线圈，并且定子总成可以包括磁场产生元件。因此，转子可以包括磁场产生元件和/或线圈，并且定子总成可包括线圈和/或磁场产生元件。因此，附图标记1494a-1494b、1496a-1496b可以根据具体实施例或配置指示磁场产生元件或线圈。另外，线圈可以具有线圈轴线，线圈围绕该线圈轴线形成，并且磁场产生元件可以具有由北磁极和南磁极限定的磁轴线。因此，轴线1479a-1479b、1498a-1498b可以表示磁轴线和/或线圈轴线。可以使用任何合适的材料(诸如，金属合金、陶瓷、双金属材料、复合材料等)来单独地或以组合方式使用任何合适的磁场产生元件，诸如永磁体、复合永磁体、电磁体、磁性多层等。类似地，可以使用任何合适的线圈配置。

磁场产生元件和线圈可以在运动平面中相对于彼此可移动，其包括旋转运动和/或平移运动。可以相对于特定的磁场产生元件和线圈在局部观察到这种相对运动和/或相对于能量转换装置1430在全局观察到这种相对运动。在一个示例中，运动平面可以垂直于图17A中所示的视图的页面。线圈1496a、1496b可以在平行于运动平面的方向上彼此偏移。在一个方面，磁场产生元件和线圈可以围绕垂直于运动平面的旋转轴线1499相对于彼此可旋转地移动。例如，能量转换装置1430的支撑构件1493可被配置为相对于定子总成1495a、1495b围绕轴线1499旋转。图17B展示了在相对旋转运动配置中由附图标记1430'指示的图17中的能量转换装置的截面图A-A。附图标记1457指示转子(例如，支撑构件1493)和相关部件的运动方向。

在另一方面，磁场产生元件和线圈可以在平行于运动平面的方向上相对于彼此可平移移动(例如，进出图17A中所示的视图的页面)。这些示例展示了轴线1479a、1479b、1498a和/或1498b可以基本垂直于运动平面定向。“基本”垂直包括与“真实”垂直的一些变化，例如+/-5度或+/-10度，鉴于实际考虑因素(例如，成本)，其可能受制造公差和能力的影响。线圈和磁场产生元件的取向可以使得线圈和磁轴线对准，这可以使磁场产生元件与线圈中的电子流动方向更好地对准。该线圈取向可以从标准电动机/发电机线圈轴线取向变化多达90度。因此，例如，与通常在电动机/发电机中发现的垂直取向相反，线圈和磁轴线可以与旋转轴线1499对准并平行于旋转轴线1499。此外，线圈和磁场产生元件在这种配置中可以沿着旋转轴线1499偏移并且在径向方向上与轴线1499具有至少一些径向重叠或重叠。替代布局可以包括所定向的线圈轴线平行于磁场产生元件相对于线圈的运动方向。

在一个实施例中，支撑构件1493可以限定第一侧1448a和第二侧1448b，并且一个或多个磁场产生元件1494a、1494b可以由支撑构件1493支撑，并且定子总成1495a、1495b可以设置在支撑构件1493的不同侧面1448a、1448b周围。在这种配置中，磁场产生元件1494a、1494b中的一个或多个可以布置成在支撑构件1493的同一侧1448a、1448b上的相邻定子总成1495a、1495b之间延伸，因此，将磁场产生元件定位在同一定子总成的相对侧上。因此，转子和定子之间的界面1449可以是基本平坦的或平面的，这可以促进空间的有效利用并避免结构(诸如定子总成)的复杂几何形状和取向。磁场产生元件1494a、1494b相对于定子总成1495a、1495b的这种“三维”定位可以使定子总成的一侧上的北磁极与定子总成的相对侧上的南磁极对准，从而增加定子总成的功率输出。换句话说，定子总成的线圈中的电子可以由定子总成两侧的磁体驱动，从而产生更强的电动机/发电机。这使得低等级磁体能够产生与低等级磁体原本可能的情况相比为更高性能的电动机/发电机，从而降低成本。另外，与典型的电动机/发电机相比，这种配置可以减少空的或未使用的空间，使得本技术更紧凑。在一些实施例中，多个线圈可以电耦合在一起(例如，沿轴线1499串联)以促进增加的功率输出。应该认识到，能量转换装置可以仅包括位于装置一侧的定子总成，诸如第一侧1448a上的定子总成1495a，而第二侧1448b上没有定子总成。

在一个实施例中，图17A的视图可以表示具有线圈1496a、1496b的竖直定向的一列定子总成1495a、1495b的俯视图，并且图17C中展示了图17A中的能量转换装置的端视图，其由相对平移运动配置中的附图标记1430”指示。“转子”(例如，支撑结构1493和相关部件)可以相对于定子总成移动磁场产生总成1494a、1494b(例如，进出图17A中的页面以及在图17C中的方向1456上)。因此，支撑构件1493可以配置成促进与定子总成1495a、1495b的双向平移相对运动。

可以根据本文公开的原理(例如，转子磁体和定子绕组的取向)来配置任何合适的传统电动机类型，诸如同步电动机、磁阻电动机、无刷DC电动机、无刷AC电动机、感应电动机、线性感应电动机、罩极感应电动机、磁滞电动机、涡流离合器、自整角(即同步)电动机、单相电动机、三相电动机、排斥电动机、排斥启动感应电动机、鼠笼式电动机等。

图17D至图17F展示了在图17A的背景中的磁场产生元件和线圈的若干示例性相对位置配置。例如，图17D展示了磁场产生元件和线圈的简单并排布置。图17E展示了设置在两个磁场产生元件之间的线圈。图17F展示了设置在两个线圈之间的磁场产生元件。这种磁场产生元件和线圈配置可用于各种应用，诸如风力涡轮发电机、船舶发电厂等。

图17G至图17J展示了可以与当前能量转换装置技术一起使用的磁场产生元件形状和线圈绕组形状的若干示例配置。

图18展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置1530的示意图。能量转换装置1530在许多方面类似于本文公开的一些其他能量转换装置。例如，能量转换装置1530可以包括限定第一侧1548a和第二侧1548b的支撑构件1593、由支撑构件1593支撑的一个或多个磁场产生元件1594以及围绕支撑构件1593的不同侧1548a、1548b设置的定子总成1595a、1595b。支撑构件1593可以是刚性的或柔性的。在这种情况下，每个磁场产生元件1594被配置为围绕至少一个定子总成的至少一侧延伸。磁场产生元件1594每个都可以具有由北磁极和南磁极限定的磁轴线。相邻磁场产生元件的北磁极可以沿相反方向取向。该示例展示了磁轴线可以基本平行于运动平面取向。线圈可以具有基本垂直于运动平面定向的线圈轴线1598a、1598b。在一个方面，磁场产生元件1594中的一个或多个可以在支撑构件1593的同一侧1548a、1548b上的相邻定子总成1595a、1595b之间延伸，从而将磁场产生元件定位在同一定子总成的相对侧上。磁场产生元件1594相对于定子总成1595a、1595b的这种“三维”定位可以使定子总成(例如，线圈)的一侧上的北磁极与定子总成的相对侧上的南磁极对准，从而增加定子总成的功率输出。换句话说，定子总成的线圈中的电子由定子总成两侧的磁场产生元件驱动，从而产生更强的发电机/电动机。这可以使得低等级磁体能够产生与低等级磁体原本可能的情况相比为更高性能的电动机/发电机，从而降低成本。在一些实施例中，多个线圈可以电耦合在一起(例如，沿轴线1599串联)以促进增加的功率输出。应该认识到，能量转换装置可以仅包括位于装置一侧的定子总成，例如第一侧1548a上的定子总成1595a，而第二侧1548b上没有定子总成。因此，线圈可以在平行于运动平面的方向上彼此偏移，并且磁场产生元件1594的一些部分可以设置在定子总成1595a、1595b(例如，线圈)的相对侧上。在一个实施例中，支撑构件1593可以被配置成绕着轴线1599旋转。

图19A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置1630的示意图。能量转换装置1630在许多方面类似于图18的能量转换装置1530。在这种情况下，不同的磁场产生元件1694a、1694b分别设置在支撑构件1693的第一侧1648a和第二侧1648b上。另外，磁场产生元件1694a、1694b的磁极沿相同方向取向，其中北磁极全部朝向同一方向，南磁极全部朝向同一方向。利用磁场产生元件1694a之间的定子总成1695a以及磁场产生元件1694b之间的定子总成1695b，磁场产生元件的这种配置在定子总成的相对侧上定位北磁极和南磁极。在一个方面，定子总成1695a、1695b可以具有分别围绕定子轴线1698a、1698b缠绕的线圈。定子总成1695a、1695b的取向可以使得轴线1698a、1698b分别与磁场产生元件1694a、1694b的磁极对准，这可以更好地将磁场产生元件与在定子总成中的电子流动的方向对准。定子总成的这种线圈取向可以从标准电动机/发电机线圈取向变化多达90度。替代布局可以包括平行于磁场产生元件相对于定子的运动方向对齐的定子线圈。磁场产生元件1593相对于定子总成1595a、1595b的定位可以使定子总成的一侧上的北磁极与定子总成的相对侧上的南磁极对齐，由此增加定子总成的功率输出。

图19B展示了在支撑构件1693被配置为围绕轴线1699旋转的实施例中的能量转换装置1630的磁场产生元件配置的另一视图。在图19A中，北磁极位于顶部，而南磁极位于底部。对于由支撑构件1693支撑的不同组的磁场产生元件，这种布置可以交替进行。因此，如图19B所示，第一组磁场产生元件1694可具有在顶部定向的北磁极，第二组磁场产生元件1694'可具有在顶部定向的南磁极。该配置可以围绕支撑构件1693交替。附图标记1657指示支撑构件和磁场产生元件的移动方向。尽管如同在此公开的其他示例那样，但应该认识到，支撑构件1693可以被配置成促进与定子总成1695a、1695b的双向平移相对运动。

图20A展示了根据本公开的另一示例的能量转换装置1730的示意图。能量转换装置1730在许多方面类似于图19A的能量转换装置1630。在这种情况下，分别设置在支撑构件1793的第一侧1748a和第二侧1748b上的磁场产生元件1794a、1794b可以具有沿相反方向取向的磁极。因此，第一侧1748a上的磁场产生元件1794a可以都具有在一个方向上取向的北磁极，而第二侧1748b上的磁场产生元件1794b可以都具有在相反方向上取向的北磁极。

图20B展示了在支撑构件1793被配置为围绕轴线1799旋转的实施例中的能量转换装置1730的磁场产生元件配置的另一视图。与图19B中所示的能量转换装置1630一样，能量转换装置1730可以具有磁场产生元件布置，该磁场产生元件布置对于由支撑构件1793支撑的不同组磁场产生元件1794、1794'是交替的。

图21A和图21B展示了用于维持浮标阵列2000在水中的稳定性的交叉配置。此处，基础浮标2020和多个可移动浮标2030a、2031a、2030b、2031b被安排成交叉配置，其中基础浮标被布置在该交叉配置的中心处。该交叉配置将可移动浮标定位成沿四个相反方向从基础浮标延伸出以提供浮标阵列的浮动稳定性。该交叉配置还由于波浪从多个方向遇到浮标阵列而实现可移动浮标的能量收获竖直运动。

图22A和图22B展示了用于维持浮标阵列2100在水中的稳定性以及用于将该阵列扩展至包括任何数量的可移动浮标和/或基础浮标的配置。例如，基础浮标2120a可与一个或多个可移动浮标2130a、2131a以如本文所公开的位置关系相关联。此基本安排可重复任何次数以如分别利用基础浮标2120b和2120c以及可移动浮标2130b、2131b和2130c、2131c所示的那样扩大或增大该阵列。基础浮标可用作该阵列的增稳浮标。基础浮标可由诸如横向构件2116a、2116b的一个或多个框架构件连接。另选地或附加地，基础浮标可由在靠近可移动浮标的框架部分之间延伸的一个或多个横向框架构件2117a、2117b连接。在一个方面中，连接基础浮标的横向框架构件可形成刚性连接或枢转连接。通过允许基础构件跟随波浪相对于彼此移动而不会将基础构件悬挂在水上方的空气中，枢转连接可导致框架上的应力随着阵列尺寸增大而减小。在这种情况下，可限制枢转连接的运动范围以防止框架向上折叠以及阵列部件坍塌或损坏。应当认识到，浮标阵列的各个部件可被安排成利用本文所公开的概念和位置关系来提供稳定性和/或扩大阵列中的基础浮标和/或可移动浮标的数量。

图23和图24各自展示了用于从表面波浪获得能量的***，其包括耦接到浮力系连件的浮标阵列，该浮力系连件可用于将浮标阵列固定或附接到目标上，诸如海底或某种类型的漂浮支撑件，诸如船舶或石油钻机。如本文所公开的浮力系连件可因此用作系泊绳、拖绳或任何其它合适类型的系连件。

类似于图2所示，图23展示了具有耦接到系连件2240并固定或附接到目标2203上的浮标阵列2200的***2205。然而，在此示例中，系连件是浮力系连件，其包括沿着浮力系连件的长度耦接的多个附接浮力装置2241、2242、2243、2244、2245。其它结构类似于先前(诸如图1至图4C中)所述的结构。然而，在图23中，附接浮力装置可由任何合适的浮力材料构成并且可在任何位置耦接到浮力系连件。相比之下，浮力系连件无需包括附接浮力装置，而是可包括内置浮力。在一个方面中，浮力系连件2240可经由浮标阵列的框架2210耦接到浮标阵列2200。

更具体地，浮力系连件2240可包括电缆或公共设施管线。公共设施管线可将电力、所泵送的流体或气体输送至浮标阵列或从浮标阵列输送电力、所泵送的流体或气体。在非常深的水中，非常长的电缆或公共设施管线可能以其它方式在浮标阵列上施加相当大的拖曳力，这可能减小可移动浮标的移动并且由此减小由浮标阵列捕获的能量的量。电缆或公共设施管线的质量可由内置浮力或附接的浮力装置支撑。这样的支撑将减小存在于电缆或公共设施管线的顶部处(在此处连接至浮标阵列)的峰值负荷，由此可延长电缆或公共设施管线的寿命并且降低恶劣天气期间断裂或其它损坏的风险。在关于浮力系连件的进一步细节中，通过在水中提供关于其自身重量或质量的自我支撑系连件，浮标阵列的可移动浮标可随着海浪自由地上下移动而不损失动量，例如，重系连件或非浮力系连件可能导致浮标阵列被迫进入浸没或部分浸没状态，从而消弱装置的效力。

同样类似于图2所示，图24展示了具有耦接到浮力系连件2340的浮标阵列2300的***2305。然而，在此示例中，浮力系连件2340包括用于将浮标阵列固定到目标2303上的主浮力系连件2350a以及多个辅助浮力系连件2350b和2350c。在此示例中，辅助浮力系连件2350b、2350c经由张紧器2360耦接到主浮力系连件2350a，该张紧器可有利于辅助系连件之间的负荷共享。张紧器2360可包括附接在系连件电缆中的整个环路上的弹力绳、弹簧、减震器等，其允许来自基础浮标2320中的力牵引弹力绳、弹簧或减震器以释放用于系连件的附加绳，因此促进改变系连件长度，这可允许调整系连件以补偿由于波浪和潮汐产生的海洋高度变化。如图所示，主浮力系连件和多个辅助浮力系连件是由附接的浮力装置2341、2342、2343、2344、2345、2346和2347支撑的。附接的浮力装置可由任何合适的浮力材料构成。另外，主浮力系连件和辅助浮力系连件中的至少一个可由浮力材料构成或包括内置浮力。

张紧器2360可将主浮力系连件2350a耦接到多个辅助浮力系连件2350b、2350c。在暴风雨和恶劣海浪、大风负荷、水流和/或波浪作用期间，浮标阵列可能遭到严重破坏。一些较大的浮标阵列可获益于多个系连件以整体减小系连件上的峰值负荷并且防止缆绳断裂和丢失。将一个或多个张紧器附接到主浮力系连件使得***2305能够对多个辅助浮力系连件上的力进行负荷共享。更具体地，可存在耦接于浮标阵列上的不同位置处或可通过张紧器耦接到独立的浮标阵列或直接耦接到目标或海底的多个系连件。每个系连件可自身电连接至能量转换装置的电感器，或者系连件可电连接在一起，诸如串联或并联。

图25A展示了根据本公开的另一示例的用于从表面波浪获得能量的***2405。正如本文所描述的其它示例，***2405可包括浮标阵列2400和耦接到浮标阵列的浮力系连件2440。在这种情况下，浮力系连件可包括耦接到浮标阵列的横向系连件部分2451、附接到目标2403上的竖直系连件部分2452(例如，附接到海底的系泊绳)以及耦接在横向系连件部分与竖直系连件部分之间的横向支撑浮标2453。浮力系连件可经由浮标阵列的框架2410和/或基础浮标2420耦接到浮标阵列。在一个方面中，横向支撑浮标2453可以充分提供用于横向系连件和/或竖直系连件的浮力。因此，横向支撑浮标2453可支撑去到海底的系连件/公共设施管线的重量。沿方向2402传播的波浪可能使得浮标阵列2400被定向成远离横向支撑浮标2453，因此由于竖直系连件部分2452附接到海底而使横向系连件部分沿相同方向基本水平延伸。横向系连件部分从浮标阵列2400水平地延伸至横向支撑浮标可允许浮标阵列非常像风中的风筝一样在海洋表面上“飞舞”，从而允许浮标阵列随着海浪沿基本竖直方向移动，该移动与作用于浮标上的浮力处于相同方向。此系连件配置可因此将浮标运动与作用于浮标上的浮力的方向紧密对准。此系连件配置可具有优于其它系连件配置的优点。例如，在一些系连件配置中，浮标阵列被直接或笔直向下拴系到海底(参见例如图2)，导致浮标阵列支撑系连件的至少一些质量，这产生抵抗浮力的上/下移动的阻力，使得浮标以一定的角度倾斜。利用如图25A中的横向支撑浮标2453支撑竖直系连件或系泊缆绳部分2452可减小或最小化诸如其它系连件配置可能发生的浮标移动和浮力方向的倾斜效应或未对准。在一个方面中，如上所述，横向系连件2451和/或竖直系连件2452可包括与其耦接的附接浮力装置和/或具有内置浮力。

图25B展示了当遭遇极限波浪时的***2405。如图所示，通过将横向系连件部分2451耦接到系连件支撑浮标2453(其经由竖直系连件部分2452耦接到海底2403)，可防止浮标阵列2400沿着波浪的斜坡而向下“冲浪”并将系连件绳索卡扣在波浪底部处。使用此配置，随着浮标阵列2400骑跨在波浪上，消除了横向系连件部分2451的松脱，因此防止或最小化浮标阵列的水平速度/运动。横向系连件部分2451可因此保持浮标阵列2400的水平位置并且抵消由于波浪沿方向2402传播引起的作用于浮标阵列上的冲浪力。横向系连件部分2451还可保持浮标阵列2400的前沿，使得破波将崩溃并且不会将浮标阵列抬升或翻转。

虽然图25A和图25B中所示的系连件配置可帮助浮标阵列在极限波浪中幸存，但是诸如可通过档案和卫星数据执行现场勘测以识别易受极限波浪(即，大于30m高且具有显著陡坡的波浪)影响的区域，使得发电站可位于其中具有较低的极限波浪风险的区域中。

图25A和图25B中展示的系连件配置还可有利于系连件2440和浮标阵列2400与波浪(即，水流)方向和/或风向的对准。例如，如图26A的***2405的俯视图中所示，由于***的锚固位置充分低于横向支撑浮标2453，所以沿方向2402a的风/波浪可将***2405定向以使得系连件2440和浮标阵列2400与风/波浪对准。如图26B所示，随着风/波浪改变到方向2402b，***2405可围绕位于横向支撑浮标2453下方的锚固点枢转，使得***的取向可与风向/波浪方向2402b对准。

图27A展示了根据本公开的又一示例的用于从表面波浪获得能量的***2505。正如本文所述的其它示例，***2505可包括浮标阵列2500和耦接到浮标阵列的浮力系连件2540a。在这种情况下，另一浮力系连件2540b也可耦接到浮标阵列以在耦接到目标2503(诸如海底)时提供额外稳定性。浮力系连件2540a、2540b可具有类似的配置，具有耦接到浮标阵列的横向系连件部分2551a、2551b、附接到海底的竖直系连件部分2552a、2552b以及耦接在第二横向系连件部分与第二竖直系连件部分之间的横向支撑浮标2553a、2553b。如图所示，浮力系连件2540a、2540b围绕相对侧耦接到浮标阵列，但是浮力系连件在耦接到浮标阵列时可处于任何合适相对位置。

在一个方面中，图27A可表示当海洋处于低潮时的***2505。在这种情况下，横向支撑浮标2553a、2553b可刚好位于水平面以下，并且竖直系连件部分2552a、2552b处于竖直取向。图27B可表示当海洋处于高潮时的***2505。在这种情况下，横向支撑浮标2553a、2553b可倚靠浮标阵列2500，从而通过将系连件2540a、2540b保持张紧并且减小或消除随着波浪状况从低潮变为高潮而可能存在的系连件松脱，将竖直系连件部分2552a、2552b的方向从竖直(图27A)改变为偏离竖直一定角度2554(图27B)。可增加横向系连件部分2551a、2551b的长度以改进性能。

图27C展示了遭遇极限波浪时的***2505。正如图25B中展示的***2405，***2505的横向浮力系连件2540a可被配置成保持浮标阵列2500的水平位置并且抵消由于波浪沿方向2502传播引起的作用于浮标阵列上的冲浪力。在这种情况下，当波浪经过系连件2540b且浮标阵列正被系连件2540a支撑时浮力系连件2540b可能松脱，或张紧器可减小系连件的长度以消除松脱。竖直系连件部分2552b可在配置有浮力装置或其具有内置浮力时浮动。在一个方面中，浮力系连件2540a、2540b可以为浮标阵列2500提供支撑以对抗沿不同方向传播的波浪。

图28展示了根据本公开的又一示例的用于从表面波浪获得能量的***2605。在这种情况下，***2605包括利用呈现线性布置的横向系连件2655a-2655d耦接到彼此的多个浮标阵列2600a-2600e。横向系连件2655a-2655d可附接到框架的内部构件或中心构件处和/或框架的外部构件处的浮标阵列上。一个或多个浮力系连件可耦接到浮标阵列。例如，浮力系连件2640a、2640b可分别在线性布置的相对端处耦接到浮标阵列2600a、2600e，以便为多个浮标阵列2600a-2600e提供支撑以对抗波浪(诸如沿方向2602传播的波浪)。在一个方面中，浮力系连件2640a、2640b可以为多个浮标阵列2600a-2600e提供支撑以对抗沿不同方向传播的波浪。

图29A和图29B展示了根据本公开的又一个示例的用于从表面波浪获得能量的***2705。***2705包括利用呈现线性布置或端对端布置的横向系连件2755a-2755b耦接到彼此的多个浮标阵列2700a-2700c。浮力系连件2740a、2740b可分别在线性布置或端对端布置的相对端处耦接到浮标阵列2700a、2700c，以便为多个浮标阵列2700a-2700c提供支撑以对抗波浪(诸如如图29A所示的沿方向2702a传播的波浪)。在一个方面中，浮力系连件2740a、2740b可被配置成有利于多个浮标阵列2700a-2700c与风向和即将来临的波浪方向的取向或对准。例如，浮力系连件1440b可位于浮力系连件2740a的下风向。下风向浮力系连件2740b(例如，竖直系连件部分)可具有比位于上风向的浮力系连件2740b(例如，竖直系连件部分)更大的长度或松脱。下风向浮力系连件或竖直系连件部分的附加长度或松脱可有利于多个浮标阵列由于风和波浪移动而移动，这可以允许多个浮标阵列与不断变化的风向和波浪方向重新对准或重新定向。如图29B所示，风/波浪可以改变到方向2702b，因此引起浮标阵列沿方向2706移动远离原始取向轴线2707直至消除了浮力系连件2740b的松脱(该松脱可来自于竖直系连件部分2752b)。然后，浮标阵列和浮力系连件可根据来自风/波浪的在***的各个部件上的拖曳力而在海底的锚固点之间呈现大致拱形。

图30展示了根据本公开的另一示例的用于从表面波浪获得能量的***2805。***2805包括利用呈现栅格布置或配置的横向系连件2755a-2755g耦接到彼此的多个浮标阵列2800a-2800f。浮力系连件2740a-2740j可围绕栅格装置的周界耦接到浮标阵列。具体地，浮力系连件2840a-c分别被布置成与浮力系连件2840d-2840f相对，且浮力系连件2840g-2840h分别被布置成与浮力系连件2840i-2840j相对。在此配置中，横向系连件部分2851a-2851f可被定向成与横向系连件部分2851g-j基本正交，从而可沿多个方向对浮标阵列提供支撑。

图31展示了根据本公开的又一示例的用于从表面波浪获得能量的***2905。正如本文所述的其它示例，***2905可包括浮标阵列2900和耦接到浮标阵列的浮力系连件2940。在这种情况下，示出了浮力系连件，其被展示为如同耦接到目标(诸如船或可通过水移动以拖曳浮标阵列的其它这样的目标)上。应认识到，如本文所述可利用任何合适的浮力系连件。在一些实施例中，系连件不一定具有浮力，而是可以为标准拖绳。

在一个方面中，浮标阵列2900的基础浮标2920和可移动浮标2930、2931中的一个或多个浮标可包括水力表面以减小随着水经过浮标所产生的拖曳力，如图32的俯视横截面视图B-B中所示。水力表面可包括位于浮标的前端处的弓形部分2932和位于浮标的后端处的尾端部分2933。弓形部分和尾端部分的长度可以不同(即，短弓形部分和长尾端部分)以有利于定向浮标阵列。在一个方面中，浮标阵列的全部浮标可包括这样的水力表面特征并且可沿相同方向定向(如图32所示)，从而可减小或最小化冲浪或破波在浮标阵列上产生的力。

进一步参考图31，浮标阵列2900还可包括可与浮标阵列2920进行操作以响应于水体中的波浪沿方向2908以“摇摆运动”移动的压载物部分2970。压载物部分可对浮标阵列提供稳定性(例如，旋转稳定性)，以使得浮标阵列趋向于在小的角度移位之后自身复原至平衡位置。如图所示，压载物部分2970可布置在基础浮标2920下方，使得基础浮标基本维持在压载物部分上方。可以在图5A至图8和上述讨论中找到压载物部分的一些示例。使浮标阵列包括压载物部分2970可使得浮标阵列即使遭遇趋向于将浮标阵列翻转或旋转地移位的力(例如，波浪)也能够维持或恢复至期望的操作取向。压载物部分2970可因此在浮标阵列中用于维持多种不利条件下的波浪能量收获功能性。此设计元件可用于通过提供足够负稳定性来控制浮标阵列的“扭动”，以使得浮标阵列将移动用于收获波浪能量的有效操作，但是具有足够正稳定性以使得浮标阵列将恢复平稳并且维持期望的功能取向。

延伸构件2971可(例如，经由框架2910)耦接到基础浮标2920和压载物部分2970以将压载物部分悬挂在基础浮标下方。在一个方面中，延伸构件可以是沿方向2909a可延伸和可缩回的，以改变压载物部分与基础浮标之间的距离，由此改变或控制浮标阵列的稳定性。例如，将压载物部分上移可降低稳定性并且提供更快响应，且将压载物部分下移可提高稳定性并且提供更慢响应。

在一个方面中，压载物部分2970可被配置为方向舵以促进浮标阵列2900在水中的转动或引导，诸如沿波浪方向转动或引导。例如，压载物部分可诸如由马达2972沿方向2909b旋转以充当方向舵并且引导浮标阵列或将其转向。当浮标阵列被轮船拖曳时，将浮标阵列转向的能力可能是有用的，因为浮标阵列可随着轮船转动以便更有效拖曳且避开障碍物。

在一个方面中，框架2910的竖直构件2911、2913以及可移动浮标2930、2931可被配置成维持可移动浮标相对于竖直构件的取向。例如，如图32所示，竖直构件和可移动浮标可具有接合(interfacing)几何形状2934，从而阻止可移动浮标诸如由于波浪而围绕竖直构件旋转。如图所示，这种几何关系是由大体上圆形的、一侧上有扁平部分2935的横截面提供的。该扁平部分可被研磨或机械加工为具有圆形横截面的结构。在这种情况下，该扁平部分位于竖直构件的背侧上，或换言之位于与行进方向相反的侧上，如由浮标的弓形(前)部分2932和尾部(后)部分2933的位置所识别。这种配置可对浮标的竖直移动提供低摩擦力，同时防止浮标由于波浪产生的横向力而旋转。应认识到，可利用任何合适的接合几何配置，诸如矩形横截面。基础浮标2920可通过紧固件2936或其它合适的装置相对于竖直构件2912固定。接合几何形状可在过渡特征2918、2919处过渡为不同形状。这样的过渡特征可用于终止可移动浮标沿着竖直构件的竖直移动。在一个方面中，过渡特征可被配置成在施加足够大的力时结合或楔合可移动浮标。这可防止在出现恶劣暴风雨或波浪事件时需要可移动浮标的额外移动或操作直至可提供维修或保养，这可最小化在极端条件下对浮标阵列的损坏的风险。

当可移动浮标2930、2931配置有水力表面(诸如弓形部分2932和尾端部分2933)时，防止这些可移动浮标围绕竖直构件2911、2913旋转可能特别有利。即使可移动浮标缺乏这样的水力表面，不存在这样的相对旋转也可能是有利的，以防止可耦接到浮标阵列2900的公共设施管线或进给管线2980由于可移动浮标的自旋或旋转而缠结。例如，公共设施管线或进给管线可用于将电力从与可移动浮标相关联的发电机传递至可位于水下的输电线。这样的公共设施或进给管线的示例在本文中有所讨论。

在一个实施例中，公开了一种用于根据本文的原理从水体中的波浪获得能量的方法。该方法可包括：获得浮标阵列，该浮标阵列包括：具有多个竖直构件的框架；基础浮标，其耦接到该框架以将该框架支撑在水体中并且将竖直构件维持在竖直取向；多个可移动浮标，其中多个可移动浮标中的每个浮标均围绕该多个竖直构件中的不同构件可移动地布置并且被配置成响应于该水体中的波浪而相对于相应的竖直构件和基础浮标移动；以及能量转换装置，其可与多个可移动浮标中的每个浮标进行操作以从可移动浮标相对于竖直构件的移动中发电。该方法还可包括将浮力系连件耦接到浮标阵列。该方法可进一步包括将浮标阵列布置在水体中。此外，该方法可包括将浮标阵列固定到目标上。

在该方法的一个方面，浮力系连件可以包括：用于耦接到浮标阵列的侧向系连件部分；用于连接到海底的竖直系连件部分；以及耦接在侧向系连件部分和竖直系连件部分之间的侧向支撑浮标。注意，在该方法中不需要特定的顺序，但通常在一个实施例中，这些方法步骤可以顺序地执行。

图33A至图33C展示了根据本公开的一个示例的水下公共设施管线3000。水下公共设施管线3000可以包括可调节浮力管3010和设置在可调节浮力管的内部3012中的传输线3020。该传输线可以将能量从发电机(诸如波浪发电机)传递到期望的目的地位置(诸如船舶或电网)。因此，该传输线可以适于承载水(即，这种传输线3020是中空的和防水的)和/或被配置为电导体。水下公共设施管线3000还可以包括气体源3030(例如，气体供应管线)和控制器3040，该控制器3040用以控制由气体源提供的气体以改变可调节浮力管3010的浮力，从而使公共设施管线3000以可控的方式“浮动”或“下沉”以在水体中实现期望的深度。通常，可调节浮力管3010的浮力可以用本领域中任何已知的技术来控制。在一个方面，气体源3030可以流体耦接到可调节浮力管3010的内部，以便向管的内部提供气体。

在一个方面，水下公共设施管线3000可以包括与气体源3030流体连通的一个或多个气体喷射阀3032a-3032c。水下公共设施管线3000还可以包括与可调节浮力管3010的壁3014相关联的一个或多个气体排出阀3034a-c。水下公共设施管线3000可进一步包括功率源，诸如电线3050，该功率源可用于为气体喷射阀3032a-3032c和/或气体排出止回阀3034a-3034c提供动力。在一个方面，控制器3040可与气体喷射阀3032a-3032c和/或气体排出止回阀3034a-3034c通信并对其进行控制。例如，气体喷射阀3032a-3032c可以选择性地将气体引入到可调节浮力管3010中，并且气体排出阀3034a-3034c可以选择性地从可调节浮力管3010中泄放气体以调节该管的浮力。控制器3040可以通过与发射器和接收器的硬连线连接(示出)和/或无线连接以与气体喷射阀3032a-3032c和/或气体排出阀3034a-3034c通信以控制气体喷射阀3032a-3032c和气体排出阀3034a-3034c。

在一个方面，如图33A-33C所展示，可调节浮力管3010可通过气体径向扩张。因此，水下公共设施管线3000的浮力可以通过以下方式来控制：使可调节浮力管3010由本领域已知的任何可膨胀材料构成，并且增加可调节浮力管3010中的气体(优选空气)的压力，以使可调节浮力管3010膨胀(图33B)并由此增加体积和浮力，或者降低可调节浮力管3010中的气体的压力，以允许可调节浮力管3010的体积收缩(图33C)并减小浮力。

与气体供应管线3030流体连通的气体喷射阀3032a-3032c可以将气体(例如，空气)喷射到可调节浮力管3010中。可在可调节浮力管3010的壁3014中优选地靠近管的顶部的气体排出阀3034a-3034c可以从可调节浮力管3010排出气体。气体排出阀3034a-3034c可以是止回阀，其允许气体从可调节浮力管3010中逸出但不允许水进入可调节浮力管3010。应当认识到，如果可调节浮力管3010具有足够短的长度，则可以简单地从可调节浮力管3010的一个或多个端部引入气体。类似地，如果可调节浮力管3010足够短，则可以简单地从可调节浮力管3010的一个或多个端部排出气体。

尽管气体源3030、控制器3040和电线3050被示出位于可调节浮力管3010内，但应该认识到，气体供应管线3030、控制器3040和/或电线3050可以位于可调节浮力管3010外，但是与可调节浮力管3010的内部或与可调节浮力管3010内的部件连通，适当地如本文所述执行。

在一个方面，传输线3020可以由沿着可调节浮力管3010的内部3012间隔开的一个或多个支撑件3060保持，但还应该认识到，传输线3020可以简单地放置在可调节浮力管3010内。一个或多个支撑件3062、3064也可用于支撑气体源3030、控制器3040和/或电线3050。

图34展示了根据本公开的另一示例的水下公共设施管线3100。与图33A至图33C的水下公共设施管线3000一样，水下公共设施管线3100可以包括可调节浮力管3110、传输线3120、气体源3130、控制器3140、一个或多个气体喷射阀3132a-3132c、一个或多个气体排出止回阀3134a-3134c以及用于为气体喷射阀3132a-3132c和气体排出止回阀3134a-3134c提供动力的电线3150。在这种情况下，可调节浮力管3110可以被分成具有一个或多个间隔件3166的隔室3111a-3111c。如果可调节浮力管3110被如此分开，则每个这样的间隔件3166可以具有一个或多个孔(称为“间隔件孔”)3168a-3168d，以允许传输线3120、气体源3130、控制器3140和电线3150穿过间隔件3166。间隔件3166还可以用作传输线3120、气体源3130、控制器3140和/或电线3150的支撑物。

如果间隔件3166对所使用的气体是不可渗透的，则可以在隔室3111a-3111c之间包括一个或多个阀3136(即气体运送阀)，以允许气体穿过(或经过)这样的间隔件3166。可以利用本领域已知的任何技术，例如使用电线3150和控制器3140来远程打开和关闭阀3136。在一个方面，气体供应管线3130可以具有沿着气体源3010在某种距离处设置的气体喷射阀3132a-3132c，这种距离使得至少一个气体喷射阀3132a-3132c以及至少一个气体排出阀3134a-3134c可以被放置在每组相邻的支撑件3166之间。如果传输线3120、气体供应管线3130、电线3150和控制器3140密封地穿过每个间隔件孔3168a-3168d，则利用隔室3111a-3111c可以使不同组的相邻间隔件3166之间的浮力不同。在一个方面，间隔件3166可以对所使用的气体是可渗透的。在这种情况下，气体源3130不需要穿过间隔件，并且每个隔室可以使用少于一个气体喷射阀和一个气体排出阀。

图35展示了根据本公开的另一示例的水下公共设施管线3200。水下公共设施管线3200在许多方面类似于图33A至图33C的水下公共设施管线3000。例如，水下公共设施管线3200可以包括可调节浮力管3110、传输线3120、气体源3130、控制器3140、一个或多个气体喷射阀3132a-3132c、一个或多个气体排出止回阀3134a-3134c以及用于为气体喷射阀3132a-3132c和气体排出止回阀3134a-3134c提供动力的电线3150。在这种情况下，可调节浮力管3110具有固定直径。因此，水下公共设施管线3200的浮力可以通过利用类似于潜艇上使用的使一个或多个压载舱充满水并且用空气吹扫这些压载舱的技术使可调节浮力管3210充满水并从可调节浮力管3210中清除水来控制。因此，水下公共设施管线3200可以包括与可调节浮力管的壁3214(即，靠近底部)相关联的一个或多个涌水口(flood port)3238a-3238c。当通过使可调节浮力管3210充满水并从其中清除水来调节浮力时，除了管3210不是“可膨胀的”(即内部压力或外部压力的变化可能使可调节浮力管3210的直径产生一些变化，但是没有达到本领域普通技术人员将管3210称为“可膨胀的”的程度)，可以采用上面使用的具有气体和可膨胀的可调节浮力管3210的所有结构。

通过相反地操作气体供应管线3230和/或通过允许气体经由可调节浮力管3210的顶部附近的气体排出止回阀3234a-3234c从可调节浮力管3210逸出，可以从可调节浮力管3210中泄放气体，其中这样的气体排出止回阀3234a-3234c不允许水进入可调节浮力管3210。当希望降低水下公共设施管线3200或水下公共设施管线3200中的隔室的浮力时，可以打开涌水口3238a-3238c以允许水进入可调节浮力管3210，并且可操作气体供应管线3230以从可调节浮力管3210中抽出气体和/或如果气压足够高，则可以打开气体排出止回阀3234a-3234c以允许气体从可调节浮力管3210中逸出。当希望增加水下公共设施管线3200或水下公共设施管线3200中的隔室的浮力时，可操作气体供应管线3230以将气体引入到可调节浮力管3210中，并且可以打开涌水口3238a-3238c以允许引入的气体迫使水通过这样的涌水口3238a-3238c离开可调节浮力管3210。

图36展示了根据本公开的另一示例的水下公共设施管线3300。与本文公开的其他水下公共设施管线一样，水下公共设施管线3300可以包括可调节浮力管3310、传输线3320、气体源3330、控制器3340以及电线3350。在这种情况下，水下公共设施管线3300包括与气体源3330流体连通的一个或多个浮力补偿器3370a-3370c，以改变水下公共设施管线3300的浮力。每个浮力补偿器3370a-3370c都可以包括可填充有来自气体源3300的气体的气囊。可以通过调节气囊中的空气体积来控制浮力。因此，水下公共设施管线3300的浮力可以利用在SCUBA潜水背心BC浮力补偿器中使用的技术来调节，即一个或多个浮力补偿器3370a-3370c，其适于使用本领域已知的任何技术来将浮力补偿器附接到可调节浮力管3310，而不是附接到人。气体源3330被示出为位于可调节浮力管3310的外部，靠近浮力补偿器3370a-3370c，但是气体源也可以设置在任何合适的位置。在一些实施例中，气体源可以是设置在浮力补偿器内或以其他方式与浮力补偿器相关联的压缩气体容器。在这种情况下，可能不需要气体供应管线。

电线3350和控制器3340可以经由硬连线(hardline)连接件耦接到浮力补偿器3370a-3370b，以利用浮力补偿器3370a-3370b来控制浮力。电线3350和控制器3340可以位于可调节浮力管3310的内部或可选地位于可调节浮力管3310的外部。当电线3350和硬线控制线3340在可调节浮力管内时，硬线连接件可以密封地穿过在可调节浮力管3310的壁3314中的一个或多个孔3316、3318(称为“壁孔”)，以连接到一个或多个浮力补偿器3370a-3370b中的每一个。

在一个方面，控制器3340可以利用无线电发射器3372和无线电接收器3374与浮力补偿器3370c通信，以有利于浮力补偿器3370c的控制和操作。在这种情况下，导线3376可以密封地穿过壁孔，以提供穿过无线电接收器3374和浮力补偿器3370c之间的壁3314的连通。在另一方面，可以使用电池3378代替电线3350来为浮力补偿器3370c供电。

图37展示了根据本公开的另一示例的水下公共设施管线3400。与本文公开的其他水下公共设施管线一样，水下公共设施管线3400可以包括可调节浮力管3410a、传输线3420、气体源3430、控制器3440和电线3450。水下公共设施管线3400还可以包括一个或多个气体喷射阀3432a-3432c、一个或多个气体排出止回阀3434a-3434c以及一个或多个涌水口3438a-3438c。在这种情况下，水下公共设施管线3400可以包括设置在可调节浮力管3410a内的第二可调节浮力管3410b。例如，可调节浮力管3410a可以同心地定位于可调节浮力管3410b周围。如果希望保持水下公共设施管线3400的部件干燥，则这种配置可能是有利的。例如，在一个方面，传输线3420可以设置在可调节浮力管3410b内以保持传输线干燥。在一个方面，气体源3430可以流体耦接到外部可调节浮力管3410a和内部可调节浮力管3410b之间的空间3413，这些浮力管被统称为“可调节浮力管”或“组合式可调节浮力管”3410。因此，气体喷射阀3432a-3432c可以选择性地将气体引入到空间3413中，气体排出阀3434a-3434c可以选择性地从空间3413泄放气体，并且涌水口3438a-3438c可以选择性地将水引入到空间3413中以调节管的浮力。换句话说，如在潜艇的压载舱中发生的那样，气体和水的交换可以仅发生在可调节浮力管3410a、3410b之间的空间3413内。因此，气体供应管线3430可以与外部可调节浮力管3410a和内部可调节浮力管3410b之间的空间3413流体连通，并且气体排出阀3434a-3434c和涌水口3438a-3438c可以与外部可调节浮力管3410a的壁相关联。

在一个方面，可调节浮力管3410可以被分成具有一个或多个间隔件3466的隔室3411a-3411c，这些间隔件3466具有包含在隔室3411a-3411c之间的一个或多个阀3436、3437(即，流体运送阀)以允许流体(水或气体，视情况而定)穿过(或经过)这样的间隔件3466。当采用隔室时，这种隔室可以允许组合式可调节浮力管3410的不同节段具有不同的浮力。

存在风暴或海啸波将具有足够的力来破坏或毁坏漂浮的海浪发电厂(诸如本文所述的那些发电厂)的担心。为了保护漂浮的海浪发电厂免受破坏性天气条件的影响，本文关于图33A至图37所公开的可调节浮力技术可以用于浸没漂浮的发电厂，从而允许发电厂在水面下方的适当深度处渡过风暴。因此，当检测到海啸波或其他有害表面状况时，本文提供的技术可以允许漂浮的海浪发电厂被浸没。发电厂可以保持浸没直到水面安全。这可以避免由于风暴导致的漂浮在水面上的碎屑的缠结。例如，如果集装箱船或其他大型船舶被扫进海浪发电厂位置，则发电厂可以保持安全地浸没在碎屑场下方，直到碎屑已经安全地从水下发电厂移开，此时发电厂可以在没有损坏的情况下浮出水面并恢复在水面的发电操作。

在一个方面，传感器(例如，应变传感器和/或加速度计)可以耦接到海浪发电厂，以检测来自强海浪的力何时接近能够引起疲劳和/或应力损坏的水平。一旦检测到有害条件(例如，应力水平)，可以将海浪发电厂浸没以避免破坏性的表面波浪。

尽管波浪的强度随着深度增加而减小，但是对于大型海浪来说，仍然可能导致浸没的海浪发电厂的运动足以在发电厂被淹没在水下时产生能量。

图38展示了根据本公开的一个示例的水下公共设施***3501。***3501可以包括诸如上文所公开的水下公共设施管线3500。例如，水下公共设施管线3500可以包括可调节浮力管、在可调节浮力管内部的传输线以及用于控制如上所述的可调节浮力管的浮力的控制器。在一个方面，水下公共设施管线可能不是可调节浮力的。***3501还可以包括诸如经由系连件3506耦接到水下公共设施管线3500的一个或多个浮标3504。浮标3504可以具有计算机3580、与计算机3580通信以便确定水下公共设施管线3500的精确位置的全球定位***接收器3582，以及声纳单元3584。驱动装置3586、计算机3580、全球定位***接收器3582和/或声纳单元3584可以连接到功率源，该功率源可以是与水下公共设施管线3500相关联的电线。

浮标3504和水下公共设施管线3500之间的系连件3506可以是缆线、刚性杆(例如，固定长度或伸缩式的杆)，或任何其他合适的系连件配置或结构。水下公共设施管线3500的电线可以经由附接到系连件3506或与系连件3506相关联的电耦接件3585耦接到电子部件。如果电线在水下公共设施管线3500内，则电耦接件3585可以因此密封地穿过水下公共设施管线3500中的壁孔。如果系连件3506是刚性杆，则系连件3506与浮标3504和/或水下公共设施管线3500的附接可以是绕着进行这种连接的系连件3506的端部的俯仰轴线可旋转的。在一个方面，该附接也可以是绕着进行这种连接的系连件的端部的偏转轴线可旋转的。当水下公共设施管线3500的深度改变时，这种旋转能力促进浮标3504相对于水下公共设施管线3500的移动。

***3501还可以包括驱动装置3586，例如推进器，其可以与水下公共设施管线3500相关联或附接到水下公共设施管线3500。计算机3580可以与驱动装置3586通信以维持可调节浮力管3500的期望位置。驱动装置3586可以是可旋转的，并且可以接收来自气体供应管线的气体、来自传输线的高压水，和/或来自电线的电力，以泵送驱动装置3586周围的水或操作本领域已知的简单螺旋桨来移动水下公共设施管线3500。当使用浮力补偿器时，只有采用水的驱动装置3586的形式可能是实用的，因为在一些实施例中可能没有气体供应管线。

如果需要，驱动装置3586也可用于水下公共设施管线3500的初始安装。浮标3504还可以包括本领域已知的一个或多个传统警示灯，以标记水下公共设施管线3500的位置，从而警告渔船不要将钓鱼线或渔网拖入水下公共设施管线。在一个方面，水下公共设施管线3500可以被浸没到足够的深度以允许海洋交通在上面行进而没有与水下公共设施管线3500碰撞的危险。然而，对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是水下公共设施管线3500可以被升高到水面或较浅深度，以便降低执行维护或执行修复动作的成本。

图39是根据本公开的另一示例的水下公共设施***3601的图示。***3601可以包括水下公共设施管线3600和一个或多个浮标3604，水下公共设施管线3600可以是可调节浮力的或者可以不是可调节浮力的，浮标3604诸如经由系连件3606耦接到水下公共设施管线3600，系连件3606可以包括缆线、链条和/或杆。浮标3604还可以包括计算机3680、全球定位***接收器3682和/或声纳单元3684。此外，***3601可以包括驱动装置3688，驱动装置3688可与系连件3606一起操作以升高和降低水下公共设施管线3600用于任何合适的目的(诸如上述目的)。驱动装置3688可以包括齿轮、滑轮或任何其他合适的机构，以与系连件3606对接并引起水下公共设施管线3600沿系连件的移动。该驱动装置的电动机可以从水下公共设施管线3600的电线接收电力。在一个方面，水下公共设施管线3600的控制器可以用于控制驱动机构3688，使得与各种浮标系连件3606相关联的驱动机构可以以协调的方式操作。

图40是根据本公开的另一示例的水下公共设施***3700的图示。***3701可以包括水下公共设施管线3700(其可以是可调节浮力的或可以不是可调节浮力的)以及一个或多个浮标3704，诸如本文所述，浮标3704经由系连件3706耦接到水下公共设施管线3700。系连件3706可以包括螺旋配置以允许浮标3704在水体波浪中具有不受限制的竖直运动。在一个方面，水下公共设施管线3700可以被配置成驻留在海底3708上。在另一方面，如上所述，水下公共设施管线3700可以是可调节浮力的。因此，当调节浮力以升高和降低水下公共设施管线时，系连件3706的螺旋配置可以适应水下公共设施管线3700的竖直运动。浮标3704可以用于标记水下公共设施管线3700的位置和/或用于从波浪能量产生电力。

例如，图41展示了根据本公开的另一示例的水下公共设施***3801，其中浮标3804用于从波浪能量产生电力。浮标3804可以与发电机(诸如泵)相关联，并且可以经由系连件3806耦接到水下公共设施管线3800，系连件3806可以用作进给管线以将电力从发电机输送到水下公共设施管线的传输线。例如，浮标3804可以被配置成泵送水，并且加压水可以通过系连件3806(其可以是管状的)输送到水下公共设施管线3800以便转移到另一个位置。系连件或进给管线3806可以是弹性柔性的，以允许浮标3804具有不受限制的运动，从而产生电力。在一个方面，系连件或进给管线3806可以包括螺旋配置。即使在加压时，螺旋配置也可以有利于管状系连件或进给管线3806的柔性。水下公共设施管线3800可以是或可以不是可调节浮力的。系连件或进给管线3806可以具有一定程度的浮力，其可根据需要进行配置，诸如减小或最小化浮标3804上的载荷。

图42A是根据本公开的另一示例的水下公共设施***3901的图示，其中浮标3904用于从波浪能量产生电力。浮标3904可以与发电机相关联并且可以经由系连件3906耦接到水下公共设施管线3900，系连件3906可以用作进给管线以将电力从发电机输送到水下公共设施管线的传输线。如上所述，系连件或进给管线3906可以是弹性柔性的并且可以具有螺旋配置。

在类似的实施例中，图42B展示了水下公共设施***4001，其具有与图42A的水下公共设施***3901中存在的相同的基本结构。在这种情况下，水下公共设施***4001包括从框架4091向下延伸的延伸构件4090。延伸构件4090可以从框架4091的中间部分延伸，诸如在固定浮标4092的下方。延伸构件4090可以被制做得足够重以使得不允许摇摆运动，或者被制做得足够轻以使得允许稍微摇摆运动但具有正稳定性。

浮标4004a、4004b可以与发电机相关联，并且可以经由系连件或进给管线4006a、4006b耦接到水下公共设施管线4000，所述系连件或进给管线可以组合以形成延伸到公共设施管线的公共系连件或进给管线4006c。在一个方面，系连件或进给管线4006a、4006b可以在延伸构件4090处组合和/或耦接到延伸构件4090。因此，延伸构件4090可以支撑系连件或公共设施管线4006a、4006b，使得可移动浮标4004a、4004b的移动不受阻碍。这种系连件或进给管线可以用于将电力从发电机输送到水下公共设施管线4000的传输线。如上所述，系连件或进给管线4006a-4006c可以是弹性柔性的并且可以具有螺旋配置(诸如当输送加压水时)，或者如果传递电力，系连件或进给管线可以简单地包括导电电缆。

如分别在图41、图42A和图42B中所示的这种水下公共设施***3801、3901、4001可以在船舶的后面被拖曳并用于向船舶提供补充动力。在这种情况下，牵引线可用于耦接与浮标相关联的框架以牵引水下公共设施***并且保护水下公共设施管线免受可能损坏公共设施管线的拉力。当牵引这种水下公共设施***时，由于在船舶后面牵引所述***的波动特性，通过感应发电可能是优选的。

图43是根据本公开的一个示例的水下公共设施***的系连件或进给管线4106的侧视图。系连件或进给管线4106可以包括螺旋配置，并且可以包括支撑结构4107以在使用期间保持螺旋配置。在一个方面，支撑结构4107可以包括外护套，以向系连件或进给管线4106提供外部支撑。外护套可以永久地或可以不永久地附接到系连件或进给管线4106。

图44是根据本公开的另一示例的水下公共设施***的系连件或进给管线4206的俯视图。系连件或进给管线4206可以包括螺旋配置，并且可以包括支撑结构4207以在使用期间保持螺旋配置。在这种情况下，支撑结构4207可包括附接到螺旋系连件或进给管线4206的内部部分的内部织带(webbing)，以向系连件或进给管线提供内部支撑。

根据本公开的一个实施例，公开了一种用于通过水体传递能量的方法。该方法可以包括将水下公共设施管线连接到能量源和能量目的地，该水下公共设施管线具有可调节浮力管以及设置在可调节浮力管的内部用以传递能量的传输线。该方法还可以包括向可调节浮力管提供气体。另外，该方法可以包括控制由气体源提供的气体以改变可调节浮力管的浮力。在一个方面，该方法可以进一步包括用气体使可调节浮力管膨胀或收缩，以改变可调节浮力管的浮力。注意，在该方法中不需要特定的顺序，但通常在一个实施例中，这些方法步骤可以顺序地执行。

应当理解，所公开的本申请的实施例不限于本文公开的具体结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将认识到的其等同物。还应该理解，本文采用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制性的。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代相同的实施例。

如本文所用，为方便起见，可以在共同列表中呈现多个项目、结构元素、组成元素和/或材料。但是，这些列表应该被解释为如同列表中的每个成员都被单独标识为一个独立且独特的成员。因此，在没有相反指示的情况下，此类列表中的个别成员不应仅仅基于其在共同组中的表述而被解释为同一列表中任何其他成员的事实上的等同物。另外，本文的各种实施例和示例可以与其各种组件的替代方案一起提及。应当理解，这些实施例、示例和替代方案不应被解释为彼此的事实上的等同物，而是应被视为本公开的单独的和自主的表征。

此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在说明书中，提供了许多具体细节，例如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践该技术。在其他情况下，众所周知的结构、材料或操作未详细示出或描述以避免模糊本公开的各方面。

虽然前述示例在一个或多个特定应用中说明了本公开的原理，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的原理和概念的情况下，可以在不进行创造性能力的情况下对形式、用法和实施细节进行多种修改。

因此，除了通过下面提出的权利要求之外，并不旨在限制本公开。

Claims (25)

1.一种能量转换装置，其包括：

磁场产生元件；以及

具有线圈轴线的线圈，所述磁场产生元件和所述线圈在运动平面内相对于彼此可移动，其中所述线圈轴线基本垂直于所述运动平面。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述磁场产生元件包括多个磁场产生元件，所述多个磁场产生元件被布置成使得磁场产生元件设置在所述线圈的相对侧上。

3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其中所述线圈包括多个线圈。

4.根据权利要求3所述的能量转换装置，其中所述多个线圈被电耦合在一起以促进增加的电力输出。

5.根据权利要求2所述的能量转换装置，其中所述多个磁场产生元件中的每一个包括由北磁极和南磁极限定的磁轴线，并且其中所述磁轴线垂直于所述运动平面。

6.根据权利要求5所述的能量转换装置，其中所述北磁极沿相同方向取向。

7.根据权利要求2所述的能量转换装置，进一步包括：

第二线圈，其在平行于所述运动平面的方向上偏离所述第一线圈，所述第二线圈具有基本垂直于所述运动平面的第二线圈轴线；以及

第二多个磁场产生元件，其被布置成使得磁场产生元件设置在所述第二线圈的相对侧上。

8.根据权利要求7所述的能量转换装置，其中所述第二线圈包括多个线圈。

9.根据权利要求7所述的能量转换装置，其中所述第一多个磁场产生元件和所述第二多个磁场产生元件中的每一个包括由北磁极和南磁极限定的磁轴线，并且其中所述磁轴线垂直于所述运动平面。

10.根据权利要求9所述的能量转换装置，其中所述第一多个磁场产生元件和所述第二多个磁场产生元件的所述北磁极沿相同方向取向。

11.根据权利要求9所述的能量转换装置，其中所述第一多个磁场产生元件的所述北磁极被取向为与所述第二多个磁场产生元件的所述北磁极的方向相反。

12.根据权利要求2所述的能量转换装置，其中所述多个磁场产生元件中的每一个包括由北磁极和南磁极限定的磁轴线，并且其中所述磁轴线平行于所述运动平面。

13.根据权利要求12所述的能量转换装置，其中相邻的磁场产生元件的所述北磁极沿相反方向取向。

14.根据权利要求12所述的能量转换装置，进一步包括第二线圈，所述第二线圈在平行于所述运动平面的方向上偏离所述第一线圈，所述第二线圈具有基本垂直于所述运动平面的第二线圈轴线，其中所述磁场产生元件的一些部分设置在所述第一线圈和所述第二线圈的相对侧上。

15.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述磁场产生元件和所述线圈围绕垂直于所述运动平面的旋转轴线相对于彼此可旋转移动。

16.根据权利要求15所述的能量转换装置，其中所述线圈和所述磁场产生元件沿所述旋转轴线偏离并且具有至少一些径向重叠。

17.根据权利要求15所述的能量转换装置，进一步包括第二磁场产生元件，所述第二磁场产生元件与所述第一磁场产生元件相对地设置在所述线圈周围，所述第二磁场产生元件和所述线圈在所述运动平面中相对于彼此可移动。

18.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述磁场产生元件和所述线圈在平行于所述运动平面的方向上相对于彼此可平移移动。

19.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述磁场产生元件包括永磁体、电磁体、磁性多层、金属合金、双金属材料、陶瓷、复合材料或其组合。

20.一种在关于波浪能量转换装置安装的区域中保护动物的方法，包括：

向所述区域提供低于对动物的回声定位感有害的第一等级的第一声波警告；以及

向所述区域提供低于对动物的回声定位感有害的第二等级的第二声波警告。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二等级大于所述第一等级。

22.一种使有害表面状况对波浪能量转换装置的损坏最小化的方法，包括：

检测有害表面状况；

将波浪能量转换装置浸没在水面以下，足以使所述有害表面状况造成的损坏最小化；

确定所述有害表面状况不能在所述波浪能量装置上方的所述水面处损坏所述波浪能量转换装置；以及

使所述波浪能量转换装置浮出水面。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括操作所述波浪能量转换装置以产生能量。

24.根据权利要求23所述的方法，其中当操作所述波浪能量转换装置以产生能量时，所述波浪能量转换装置处于所述水面。

25.根据权利要求23所述的方法，其中当操作所述波浪能量转换装置以产生能量时，所述波浪能量转换装置浸没在所述水面下。