EP2561215A2 - Apparatus for converting energy from an oscillating movement into electrical energy, and arrangement - Google Patents
Apparatus for converting energy from an oscillating movement into electrical energy, and arrangementInfo
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- EP2561215A2 EP2561215A2 EP11726691A EP11726691A EP2561215A2 EP 2561215 A2 EP2561215 A2 EP 2561215A2 EP 11726691 A EP11726691 A EP 11726691A EP 11726691 A EP11726691 A EP 11726691A EP 2561215 A2 EP2561215 A2 EP 2561215A2
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Definitions
- the invention relates to a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory movement caused by water waves, as well as an arrangement with a plurality of such devices.
- the document US 5,048,356 describes a swash plate.
- the document US 4,438,343 describes a gear unit which converts an oscillating motion of a boat into a unidirectional rotation.
- the document FR 2 941 019 describes a buoy in which the tumbling movement is utilized to obtain electrical energy by means of a swash plate.
- the document FR 2 474 601 describes a gear unit for a rotary movement. Summary of the invention
- the object of the invention is to provide a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, with which a more efficient energy conversion is possible.
- a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory motion caused by water waves according to the independent claim 1. Furthermore, an arrangement with several such devices according to the independent claim 22 is provided. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims.
- the invention encompasses the idea of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory movement caused by water waves, comprising:
- a base body configured to perform an oscillatory movement due to an external oscillatory force acting on the base body
- a conversion mechanism configured to convert the oscillatory motion of the base body into a rotary motion of a conversion element about an axis of rotation, wherein a major axis of the conversion mechanism, is formed substantially upright regardless of the inclination state of the base body in the oscillatory motion
- a generator unit that is configured to convert energy from the rotational movement of the conversion element about the axis of rotation into electrical energy.
- the device enables efficient energy generation by converting the oscillatory movement which the base body receives and which is caused, for example, by a wave movement of a water surface, into loss of electrical energy by means of a conversion mechanism and a generator unit.
- the oscillatory motion executed by the base body is first converted into a rotary motion of a conversion element about a rotation axis, a main axis of the conversion mechanism being substantially upright in parallel motion (parallel to weight force) regardless of the inclination state of the base body in the oscillatory motion. Gravity) is formed.
- the conversion mechanism is pivotally mounted on a suspension in the top of the base body.
- this "pendulum system” ensures that the conversion mechanism is essentially always aligned parallel to gravity.Also, this "pendulum system” can also be stabilized with the spin of a gyro or a rotating mass disk. Driven by the oscillatory movement of the device, for example by a wave motion of a water surface, the base body of the device performs a wobble / tumble motion, which by means of Conversion mechanism is converted into a rotational movement of a conversion element about a rotation axis.
- the conversion element is a component of the conversion device, for example a shaft / drive shaft, which is configured to transmit a force of the rotary movement.
- the conversion element is coupled to a generator unit which is configured to convert energy from the rotational movement of the conversion element about an axis of rotation into electrical energy.
- a preferred embodiment of the invention provides that a further conversion mechanism is formed, which is configured to convert a vertical movement (oscillatory lifting movement) of the base body into a rotational movement of a further conversion element about a further axis of rotation or amplify.
- the further conversion mechanism is pivotally mounted on a further suspension (suspension point, pivot point) / arranged.
- the further suspension point is preferably arranged on the underside of the base body. Alternatively, however, the further suspension point can also be arranged at another point of the base body, for example on a side wall of the base body.
- the further conversion mechanism is configured to convert a vertical movement of the base body into a rotary movement of a further conversion element about a further axis of rotation.
- the further conversion mechanism can also be coupled to the conversion element of the conversion mechanism.
- a rigid arm lever arm
- the other end of the rigid arm is attached to a fixed suspension point (outside the device).
- a suspension point for example, an anchorage in the seabed or a submerged under water network structure can be used.
- the base body of the device moves on a circular path with a radius of the length of the lever arm.
- the center of gravity of the base body moves up and down.
- the up and down movement (oscillatory lifting movement) of the base body can be converted by means of the further conversion mechanism into a rotary movement of the further conversion element about the further axis of rotation (see also FIG. 2).
- the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are formed with at least one push rod assembly which is / are configured to transmit a force from the base body to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism.
- the push rod assembly is configured to transmit the oscillatory force of the oscillatory movement of the base body, from the base body to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism. While the base body performs an oscillatory movement, the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism remains substantially at rest relative to the base body.
- the relative movement between the two coordinate systems, that of the base body and that of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism, is transmitted between the two systems by means of the push rod arrangement.
- the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism can be formed with one or more push rod arrangement (s) in different orientation directions.
- the at least one push rod arrangement is formed with at least two push rods, preferably with at least three push rods.
- a push rod assembly having two opposing push rods may transmit an oscillatory force or motion of the base body in one direction (in one dimension) to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism.
- two push rod arrangement can be used, each with two opposing push rods.
- the two push rod assemblies are then (crosswise) arranged at an angle of 90 ° to each other, so that the full range of motion of the oscillatory movement of the base body is covered.
- Such a push rod arrangement is independent of the direction of the oscillatory movement of the base body.
- the push rods are each arranged at an angle of 120 ° degrees (star shape in the horizontal plane) to each other.
- the complete, two-dimensional, oscillatory motion of Basic bodies covered three-dimensional movement space of the pitching / tumbling motion is projected onto a two-dimensional plane).
- At least one push rod coupled to a gear rod and / or a hydraulic piston can be provided that at least one push rod coupled to a gear rod and / or a hydraulic piston.
- the transmitted by means of the push rod oscillatory force or movement of the base body can be transmitted by means of a coupling to a gear rod and / or a hydraulic piston.
- the gear rod and / or the hydraulic piston are part of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism and serve the purpose of redirecting the transmitted force or movement and / or convert into a rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element.
- the individual push rods couple to one or more hydraulic pressure piston. In the hydraulic pressure piston, the transmitted oscillatory force or movement of the base body is converted into a hydraulic pressure (in pressure energy).
- the at least one hydraulic pressure piston is coupled, for example via a hydraulic pressure line to a pressure vessel, which is configured to temporarily store the energy of the hydraulic pressure and then release it again.
- a hydraulic motor or a hydraulic turbine eg Pelton turbine
- the hydraulic pressure is converted into a rotational movement, wherein from the hydraulic pressure, a torque is generated, which is converted into a rotational movement in the hydraulic motor / hydraulic tines.
- the hydraulic motor / hydraulic turbine is coupled to the conversion element and / or the further conversion element and puts them into rotation.
- a hydraulic embodiment of the invention may comprise one or more of the following components: hydraulic pistons, pressure lines, pressure vessels, hydraulic motors, hydraulic tines, and / or shafts.
- a development of the invention may provide that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is formed with a transmission. The transmission can be used to change a force or a torque of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation.
- the transmission may in this case be selected from the following group of transmissions: gear transmission, friction gear, traction mechanism, helical gear, coupling gear, planetary gear and / or cam gear.
- gear transmission friction gear
- traction mechanism traction mechanism
- helical gear coupling gear
- planetary gear planetary gear
- cam gear a relatively slow rotary motion can be converted into a fast rotary motion with the transmission.
- the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a substantially constant frequency.
- a substantially constant frequency rotation is achieved, for example, in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is formed with a centrifugal governor or a spring force mechanism.
- centrifugal force for example, a so-called Wattscher controller or a Porterscher controller can be used.
- a development of the invention may provide that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is stabilized.
- a stabilization of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism can be realized by a rotating flywheel.
- a rotating flywheel is on the one hand in a position to store part of the energy of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation and on the other to effect a swirl stabilization on the "pendulum system"
- the flywheel is used here as a momentum store, which temporarily absorb the torque of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation and then back to the At the same time, the rotating flywheel generates a spin on the "pendulum system", which also has a stabilizing effect.
- the flywheel can be designed as a slow-rotating or as fast-rotating, heavy disc. As a stabilization of the axis of rotation and / or the further axis of rotation and the inertial mass of the "pendulum system” itself or serve a resting, heavy mass.
- a preferred embodiment of the invention provides that the device is formed with a further generator unit which is configured to convert energy from the rotational movement of the further conversion element into electrical energy.
- the further generator unit is coupled to the further conversion element and designed to emit the energy the rotational movement of the other conversion element to convert the further axis of rotation into electrical energy.
- a rigid arm which couples to the other conversion mechanism.
- the further conversion mechanism is pivotally arranged about a further suspension point (pivot point), wherein the further suspension point is preferably arranged at the bottom of the base body.
- a rigid arm lever arm / moment arm
- the fixed suspension point is in relative calm to the device or to the base body. This arrangement forces the base body into a circular path during the oscillatory movement.
- the center of gravity of the base body moves up and down.
- the potential energy from this oscillatory up and down movement (lifting movement) of the base body is converted into electrical energy by means of the further conversion mechanism and the generator unit and / or the further generator unit
- a preferred embodiment of the invention provides that the generator unit and / or the further generator unit are formed with at least one dynamo and / or a gyro generator.
- the at least one dynamo and / or gyro generator are designed to convert the kinetic energy or the mechanical energy of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation into electrical energy.
- An advantageous embodiment of the invention provides that the at least one gyro generator is formed with a gyro which is configured to perform a rotational movement about a gyro axis of rotation.
- a preferred development of the invention provides that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a frequency that causes the rotation of the gyro around the gyro rotation axis at a system natural frequency ,
- a substantially constant frequency rotation is achieved, for example, by forming the conversion mechanism with a centrifugal governor or a spring force mechanism.
- centrifugal force for example, a so-called Wattscher controller or a Porterscher controller can be used.
- An advantageous embodiment of the invention provides a starting mechanism, which is configured, the gyroscope in a start-up phase - in mechanical or electrical design, wherein in the electrical version of the generator is operated as a motor - to put in an initial rotation.
- the respective rotary mass of the multiple centrifugal generators at the beginning of the operation for generating energy is set in rotation, so that subsequently caused by the rotational movement of a support system Zwangsciosconcezession the individual gyros takes place.
- the rotational movement of the carrying system serves continuously to drive the centrifugal movement, from which the electrical energy is obtained according to the dynamo principle.
- the starting mechanism is configured, by utilizing a part of the driving force for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element in the starting phase, to put the gyro compound in the initial rotation.
- the starting mechanism is formed, for example, with a centrifugally driven drive ring, which is preferably inclined axially, radially, or otherwise, with the drive ring coupled to transmit the drive force to the gyroscope to effect the initial rotation.
- the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism and the starting mechanism are formed cooperatively, such that a support system for the at least one gyro generator, during the start phase at least temporarily by the driving force for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element decoupled and at the latest after completion of the start phase is again coupled thereto.
- centrifugal generators On the support system several centrifugal generators are arranged. Your storage on the support system allows a rotational movement of the gyro generators each associated gyro around a precessing gyro rotation axis.
- the dynamo principle is used to obtain electrical energy from the rotational movement of the gyro around the gyro axis of rotation.
- the efficiency of energy generation is substantially assisted by the fact that the relatively slow rotational movement of the conversion element about the axis of rotation, for example about the major axis of the conversion mechanism caused by the oscillatory movement of the base body, is translated into rapid rotation of the gyroscopes in the gyro precession can also be understood as a forced precession.
- the centrifugal generators rotate with the carrying system or with the conversion element about the axis of rotation and in each case (in addition) perform a precessing centrifugal movement.
- the rotational movement of the support system eventually leads to continuously triggering the rotation of the rotary mass, in which case a substantial increase in the rotational frequency takes place, namely the frequency of rotation of the support system to the frequency of rotation of the rotary mass of the centrifugal generators.
- a preferred embodiment of the invention provides that the at least one centrifugal generators are formed with a coil device and a magnetic device which is arranged on the associated centrifugal mass.
- the magnetic device is preferably formed by means of permanent magnets. Their arrangement on the gyroscopic leads in operation to the fact that the magnetic device rotates in the coil field, so that according to the dynamo principle electrical energy is obtained.
- in the coil means coils are arranged distributed on a spherical shell.
- An advantageous embodiment of the invention provides that the plurality of centrifugal generators are arranged on a support platform of the support system.
- the individual centrifugal generators are each freely rotatable about at least two axes of rotation, wherein the two axes of rotation need not necessarily be formed at right angles to each other.
- the Zwangs Eisenzession the gyroscope is possible, which in turn is made possible by the rotational movement of the support system and the corresponding storage of the centrifugal generators on the support system.
- the plurality of centrifugal generators are mounted on the support platform of the support system so that upon rotation of the support platform, a respective housing of the centrifugal generators maintains its absolute orientation.
- a current decrease of the centrifugal generators is formed free of electrical sliding contacts.
- a development of the invention provides that the base body is formed with a float.
- the device is designed for a conversion of the oscillatory movement of water waves into electrical energy.
- the oscillatory motion received by the float is transmitted to the base body, which in one embodiment can itself form the float, followed by the described energy conversion chain.
- An embodiment of the invention can provide that the base body is formed with an outer and an inner base body, wherein the inner base body is mounted in the interior of the outer base body by means of a floating mounting.
- the floating bearing is formed in an embodiment in which the inner base body floats in a liquid accommodated in the outer base body.
- the inner and the outer base body are movably connected in one embodiment via at least one lever arm.
- the carrying system with the several centrifugal generators is arranged in the inner base body.
- a training may provide that, alternatively or additionally, the outer and the inner base body connected to each other via at least one mechanical coupling are, so that a relative movement between the outer and the inner base body can take place.
- the network structure formed is designed as a star-shaped network structure.
- the arrangement of the nodes and the edges connecting the nodes of the network structure in the manner of a spider web is possible.
- This circular shape significantly reduces the anchoring, logistics, supply and grid stability issues.
- the network structure can also be combined with other forms, e.g. Rectangles, diamonds, etc. may be formed.
- anchoring elements are arranged in an embodiment on the network structure, preferably at the edge, with which the network structure is fixed locally in the water.
- the floating network structure is anchored under water, wherein the plurality of devices are each coupled with a rigid arm to the floating network structure.
- An anchoring of the network structure allows the installation of the network structure within offshore wind farms. By installing the network structure below the water surface, free access, navigability and traversal of the system with ships / boats is still possible.
- the coupling of the multiple devices to the floating network structure by means of an arm or a cable which can be converted into electrical energy even in deep waters, the potential energy from the lifting movement of the multiple devices. Anchoring of the multiple devices in the seabed is not necessary.
- Fig. 2 is a schematic representation of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body as
- FIG. 3 shows a schematic illustration of a carrying system with several centrifugal generators on a carrier platform
- Fig. 5 is a schematic representation of an arrangement with a plurality of devices for
- FIG. 6 shows a schematic representation of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body is connected to a network structure in which the plurality of devices are arranged in nodes and along edges of the network structure connecting the nodes outer base body and a floating therein inner
- Base body is formed,
- Fig. 7 is a schematic representation of a conversion mechanism for converting a
- Fig. 8 is a schematic representation of a coupling of a lever arm to the
- FIG. 9 is a schematic representation of another embodiment of a
- FIG. 10 is a schematic representation of the apparatus for converting energy from an oscillatory motion to electrical energy of FIG. 9 (view of FIG. 10
- Fig. 11 is a schematic representation of another embodiment of a
- FIG. 12 is a schematic representation of another embodiment of a device for converting potential energy from an oscillatory movement into electrical energy.
- Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement with several devices for converting energy from an oscillatory water wave movement into electrical energy.
- the several devices are each designed with a base body 1 designed as a floating body, which floats on a water surface 2 and in this way receives the oscillatory wave motion of the water surface 2, whereby the base body 1 itself is set in an oscillatory motion.
- the several devices are connected by electrical cables 3, which serve in particular to dissipate the electrical energy obtained and contribute to grid stability.
- FIG. 2 shows a schematic representation of a single device for converting energy from an oscillatory water wave movement into electrical energy, in which the base body 1 designed as a floating body floats on the water surface 2.
- a conversion mechanism is arranged, which comprises in the illustrated embodiment, a plurality of planetary gear 4, 5, with which the recorded from the base body 1 oscillatory wave motion is converted into a rotational movement about a main axis of rotation 6.
- the main axis of rotation 6 is independent of the rocking movement of the base body 1 substantially upright in the base body.
- FIG. 3 shows a schematic representation of a carrying system 7 with a carrier platform 8, which is mounted rotatably in the base body 1 about the main axis of rotation 6.
- a plurality of centrifugal generators 9 are arranged, which are each freely rotatable about at least two axes, wherein the two axes do not necessarily enclose an angle of 90 °.
- the plurality of gyro generators 9 each have a coil device with a plurality of electric coils and a magnet device arranged in the coil field, which has permanent magnets. This is shown in detail in FIG. 4.
- Coils 20, 21 are arranged on an outer spherical shell 22, which surrounds a magnetic device with permanent magnets 23 at least partially.
- the Permanent magnets are formed on a gyro compound 24 which, in operation, rotates about a rotation axis 25 at a frequency which is many times greater than the frequency with which the support platform 8 rotates about the main axis of rotation 6 (see FIG. In operation, the carrier platform rotates about the main axis of rotation 6, whereby the multiple centrifugal generators 9 perform a forced precession due to their mounting on the support platform 8.
- the rotational movement of the gyro 24 is used according to the dynamo principle for obtaining electrical energy.
- the mechanisms causing the precessing gyration of the multiple gyros 9 are known as such from another context. By way of example, reference is made to the documents US Pat. No. 6,942,601 B2, US Pat. No.
- FIG. 5 shows a schematic representation of an arrangement with several devices 50 for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy with a network structure 51, in which the plurality of devices 50 in nodes 52 and along edges 53 of the network structure 51 connecting the nodes 52 are arranged.
- the several devices which are preferably designed according to one of the previously described embodiments, float on the water surface.
- Anchor 54 are formed on the edge, with which the network structure 51 is localized. Via an electrical line 55, the energy obtained is tapped.
- FIG. 6 shows a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body having an inner base body 60 and an outer base body 61 is formed.
- the inner base body 60 is floatingly supported in a liquid 62 received by the outer base body 61.
- the outer base body 61 is formed with a buoy shape.
- the inner base body 60 and the outer base body 61 are connected via a lever arm 63 which is connected to a mechanism 64 coupled, which is shown in Fig. 7 in detail.
- the outer base body 61 executes a rocking motion shown schematically in FIG. 6 by means of an arrow A.
- a pendulum movement of a lever arm 70 via two auxiliary shafts 71, 72 and two freewheel gears 73, 74 and an idler gear 75 is converted into a same direction rotational movement.
- the two freewheel wheels 73, 74 transmit moments which are transmitted via the lever arm to a drive wheel 70a.
- the idler gear 75 serves to change direction.
- the two auxiliary shafts 71, 72 in addition to the freewheel gears 73, 74 still each have a fixed gear 76, 77.
- the fixedly mounted on the auxiliary shafts 71, 72 gears 76, 77 simultaneously engage a main gear 79, which on a main shaft 80th sitting.
- the main shaft 80 can be connected to the carrying system in two ways:
- the main shaft 80 corresponds to the shaft 6 in FIG. 3.
- the rotational energy is first stored by the main shaft 80 in a flywheel. By means of a gear ratio, a part of the rotational energy is then transferred from the flywheel to the main axis 6 (FIG. 3).
- the lever arm is connected to the drive shaft via a hinge 90, which allows a second degree of freedom for the movement of the outer base body.
- wave movements from different directions can be taken up by the device for energy conversion and made usable.
- the amount of rotational energy absorption depends on the relative movement of the outer base body to the inner base body.
- the resulting bearing forces, which act on the inner base body from the outer base body, are compensated by the inert mass and by the floating support of the inner base body.
- the mass of the inner base body including flywheel is designed accordingly.
- FIG. 9 shows, in particular, a schematic illustration of an embodiment of a conversion mechanism 91 for converting an oscillatory rocking movement of the outer base body 1 into a rotary movement of a conversion element about an axis of rotation, here about a main axis 6.
- the illustrated conversion mechanism 91 is pivotable about a suspension 92, executed, wherein the main axis 6 of the conversion mechanism 91 is formed substantially upright.
- the conversion mechanism 91 is formed with a push rod assembly 93 consisting of three push rods 94.
- the three push rods 94 The angle between the respective push rods is substantially 120 degrees (in the horizontal plane)
- Each push rod 93 is coupled to an associated rack 95.
- the respective rack 95 is disposed in a guide and in turn is associated with an associated one tooth wheel 96 in engagement, so that a forward or backward movement of the rack 95 is converted into a rotation of the gear 96.
- the gear 96 is connected via a shaft 97 with another gear 98.
- the gears 96, 98 always perform the same rotational movement.
- the gear 98 engages in a further gear 99, which couples to the conversion element which rotates about the main axis 6.
- the conversion element (for example a shaft) couples to a generator unit 100.
- the generator unit 100 the energy of the rotary movement is converted into electrical energy.
- the generator unit 100 may be formed, for example, with at least one dynamo or a gyro generator.
- the rotational energy of the rotary motion can additionally in a rotational energy storage / flywheel / momentum storage (torque storage) 101 are stored.
- the rotational energy storage (torque storage) 101 may, for example, be a heavy mass disc or alternatively a plate on which one or more gyros are arranged (not shown).
- Fig. 10 shows a schematic representation of the further embodiment of Fig. 9 from above.
- Gravity G acts vertically in the image plane.
- the illustrated conversion mechanism 91 is formed with a push rod assembly 93 consisting of three push rods 94.
- the individual push rods are arranged in a star shape in the horizontal plane (here image plane) at an angle of substantially 120 ° degrees.
- the push rods 93 are each coupled to an associated rack 95.
- the push rods 93 may also couple to a hydraulic piston (not shown).
- Each rack 95 is in turn engaged with a gear 96, so that a forward or backward movement of the rack 95 is converted into a rotation of the associated gear 96.
- the gear 96 is connected via a shaft with another gear 98.
- the gears 96, 98 always perform the same rotational movement.
- the respective gears 98 engage in a further gear 99.
- the further gear 99 in turn couples to the conversion element, so that the conversion element performs a rotational movement
- FIG. 11 shows a schematic representation of a further embodiment of a device for converting kinetic energy from an oscillatory movement into electrical energy.
- the oscillatory movement is caused by a wave motion of a water surface 2.
- the device is shown in two different positions.
- the device is formed with a conversion mechanism 91, wherein the conversion mechanism 91 is configured to convert the oscillatory movement of the base body 1 into a rotational movement of a conversion element about an axis of rotation.
- the conversion mechanism 91 is pivotally mounted on a suspension point 92 (pivot point) on the ceiling of the base body 1.
- the main axis 6 of the conversion mechanism is substantially perpendicular, ie parallel to Gravity G.
- the conversion mechanism 91 is formed with a hydraulic piston assembly 93a consisting of three hydraulic pistons 94a.
- the hydraulic pistons 94a are each arranged in a star shape at an angle of 120 ° degrees (three-star arrangement).
- the oscillatory movement of the base body 1 is divided into three components of movement, wherein in each case a hydraulic piston receives a movement component.
- Fig. 12 shows a schematic representation of another embodiment of a device for converting potential energy from an oscillatory movement into electrical energy.
- the oscillatory movement is caused, for example, by a wave motion of a water surface 2.
- the device is shown in two different height positions.
- the device is formed with a conversion mechanism (not shown) and a further conversion mechanism 121, wherein the further conversion mechanism is configured to convert a vertical movement (height movement or lifting movement) of the base body 1 into a rotational movement of another conversion element about a further rotation axis 125.
- the further conversion mechanism is pivotally mounted about a further suspension point 122 (pivot point) by means of a ball joint.
- the further suspension point 122 is arranged at the bottom of the base body 1.
- suspension point 122 couples one end of a rigid arm 123 (Momentarm).
- the other end of the rigid arm 123 is fixed by means of a hinge at a fixed suspension point 124, so that the base body 1, during the oscillatory movement, moves in a circular path.
- the device or the base body 1 moves up and down (lifting movement along the circular path).
- the potential energy from this lifting movement of the base body 1 is converted into electrical energy by means of the further conversion mechanism 121 and a generator unit and / or a further generator unit.
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Abstract
The invention describes an apparatus for converting energy from an oscillating movement into electrical energy, in particular from an oscillating movement which is caused by waves of water, having a base body (1) which is designed to execute an oscillating movement as a result of an external oscillating force which acts on the base body (1), a conversion mechanism which is designed to convert the oscillating movement of the base body (1) into a rotary movement of a conversion element about a rotation axis, wherein a main axis of the conversion mechanism is formed to be substantially upright irrespective of the state of inclination of the base body (1) during the oscillating movement, and a generator unit which is designed to convert energy from the rotary movement of the conversion element about the rotation axis into electrical energy. The invention also describes an arrangement having a plurality of apparatuses for converting energy from an oscillating movement into electrical energy.
Description
Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie sowie Anordnung Device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy and arrangement
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, insbesondere aus einer von Wasserwellen verursachten oszillatorischen Bewegung, sowie eine Anordnung mit mehreren solchen Vorrichtungen. The invention relates to a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory movement caused by water waves, as well as an arrangement with a plurality of such devices.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Es wurde vorgeschlagen, die mechanische Energie von Wasserwellen zur Gewinnung von elektrischer Energie zu nutzen. Ein hierfür einsetzbarer Mechanismus ist in dem Dokument US 4,352,023 offenbart. Hierbei wird die oszillatorische Wellenbewegung, die ein auf den Wellen schwimmender Körper aufnimmt, in eine Drehbewegung gewandelt, welche dann genutzt werden kann, um nach dem Dynamoprinzip elektrische Energie zu gewinnen. It has been proposed to use the mechanical energy of water waves to generate electrical energy. A mechanism which can be used for this purpose is disclosed in the document US Pat. No. 4,352,023. Here, the oscillatory wave motion, which receives a floating body on the waves, converted into a rotational movement, which can then be used to gain the dynamo principle of electrical energy.
In dem Dokument US 7,375,436 Bl sind Techniken und Vorrichtungen beschrieben, die die Präzession eines Gyroskops zum Antrieb eines Generators nutzen, mit dem elektrische Energie gewonnen wird. Die bekannten Technologien können verwendet werden, um elektrische Energie aus der oszillierenden Bewegung von Wasserwellen zu gewinnen. The document US Pat. No. 7,375,436 B1 describes techniques and devices which use the precession of a gyroscope to drive a generator with which electrical energy is obtained. The known technologies can be used to extract electrical energy from the oscillating motion of water waves.
Auch in dem Dokument DE 689 11 507 T2 ist eine Vorrichtung offenbart, mit der eine oszillatorische Bewegung von Meereswellen in nutzbare Energie wandelbar ist. Das Dokument US 7,737,569 B2 beschreibt eine Vorrichtung, welche eine Wellenbewegung ausnutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Die bekannte Vorrichtung ist mit einer exzentrischen Masse und einem Generator gebildet. Bei einer Auslenkung der Vorrichtung aus der senkrechten Achse kann sich die Masse drehen und den Generator antreiben. Das Dokument US 6,561 ,856 B 1 betrifft einen Schiffsantrieb. Also in the document DE 689 11 507 T2 discloses a device with which an oscillatory movement of sea waves in usable energy is convertible. The document US 7,737,569 B2 describes a device which uses a wave motion to generate electrical energy. The known device is formed with an eccentric mass and a generator. With a deflection of the device from the vertical axis, the mass can rotate and drive the generator. The document US 6,561, 856 B 1 relates to a ship propulsion.
Das Dokument US 5,048,356 beschreibt eine Taumelscheibe.
In dem Dokument US 4,438,343 wird eine Getriebeeinheit beschrieben, die eine oszillierende Bewegung eines Bootes in eine einsinnige Rotation wandelt. The document US 5,048,356 describes a swash plate. The document US 4,438,343 describes a gear unit which converts an oscillating motion of a boat into a unidirectional rotation.
Das Dokument US 4,300,871 beschreibt eine Vorrichtung, die mittels einer Taumelscheibe eine hydraulische Flüssigkeit antreibt, wobei der hydraulische Druck der Flüssigkeit genutzt wird, um elektrische Energie zu erzeugen. The document US 4,300,871 describes a device which drives by means of a swash plate a hydraulic fluid, wherein the hydraulic pressure of the fluid is used to generate electrical energy.
Ähnlich wie in den voran aufgeführten Dokumenten beschreibt auch das Dokument US 3,231,749 eine Vorrichtung, die mit Hilfe einer taumelnden Masse elektrische Energie erzeugt. Similar to the documents cited above, the document US 3,231,749 also describes a device which generates electrical energy with the aid of a tumbling mass.
Das Dokument US 472,398 beschreibt ein Druckluft-Generatorsystem. The document US 472,398 describes a compressed air generator system.
Das Dokument FR 2 941 019 beschreibt eine Boje, bei welcher die Taumel- bzw. Stampfbewegung ausgenutzt wird, um mit Hilfe einer Taumelscheibe elektrische Energie zu gewinnen. The document FR 2 941 019 describes a buoy in which the tumbling movement is utilized to obtain electrical energy by means of a swash plate.
Das Dokument FR 2 474 601 beschreibt eine Getriebeeinheit für eine Rotationsbewegung. Zusammenfassung der Erfindung The document FR 2 474 601 describes a gear unit for a rotary movement. Summary of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie anzugeben, mit der eine effizientere Energieumwandlung ermöglicht ist. The object of the invention is to provide a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, with which a more efficient energy conversion is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, insbesondere aus einer von Wasserwellen verursachten oszillatorischen Bewegung, nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weiterhin ist eine Anordnung mit mehreren solchen Vorrichtungen nach dem unabhängigen Anspruch 22 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst den Gedanken einer Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, insbesondere aus einer von Wasserwellen verursachten oszillatorischen Bewegung, mit: This object is achieved by a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory motion caused by water waves, according to the independent claim 1. Furthermore, an arrangement with several such devices according to the independent claim 22 is provided. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims. The invention encompasses the idea of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory movement caused by water waves, comprising:
einem Basiskörper, welcher konfiguriert ist, aufgrund einer auf den Basiskörper einwirkenden äußeren oszillatorischen Kraft eine oszillatorische Bewegung auszuführen, einem Wandlungsmechanismus, welcher konfiguriert ist, die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse zu wandeln, wobei eine Hauptachse des Wandlungsmechanismus, unabhängig vom Neigungszustand des Basiskörpers bei der oszillatorischen Bewegung im Wesentlichen aufrecht stehend gebildet ist, und a base body configured to perform an oscillatory movement due to an external oscillatory force acting on the base body, a conversion mechanism configured to convert the oscillatory motion of the base body into a rotary motion of a conversion element about an axis of rotation, wherein a major axis of the conversion mechanism, is formed substantially upright regardless of the inclination state of the base body in the oscillatory motion, and
einer Generatoreinheit, die konfiguriert ist, Energie aus der Drehbewegung des Wandlungselementes um die Drehachse in elektrische Energie zu wandeln. a generator unit that is configured to convert energy from the rotational movement of the conversion element about the axis of rotation into electrical energy.
Die Vorrichtung ermöglicht eine effiziente Energiegewinnung, indem die oszillatorische Bewegung, welche der Basiskörper aufnimmt und die zum Beispiel durch eine Wellenbewegung einer Wasseroberfläche hervorgerufen wird, möglichst verlustfrei mittels eines Wandlungsmechanismus und einer Generatoreinheit in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Prozess der Energiegewinnung wird zunächst die vom Basiskörper ausgeführte oszillatorische Bewegung mit Hilfe des Wandlungsmechanismus in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse gewandelt, wobei eine Hauptachse des Wandlungsmechanismus, unabhängig vom Neigungszustand des Basiskörpers bei der oszillatorischen Bewegung im Wesentlichen aufrecht stehend (parallel zu Gewichtskraft / Schwerkraft) gebildet ist. Der Wandlungsmechanismus ist schwenkbar, an einer Aufhängung in der Oberseite des Basiskörpers angeordnet. Unabhängig vom Neigungszustand bzw. vom Neigungswinkel des Basiskörpers, während der oszillatorischen Bewegung, hält die Schwerkraft den Wandlungsmechanismus im Wesentlichen in der Senkrechten. Die träge Masse dieses „Pendelsystems" sorgt dafür, dass der Wandlungsmechanismus im Wesentlichen stets parallel zur Schwerkraft ausgerichtet ist. Zusätzlich kann dieses „Pendelsystem" auch mit dem Drall eines Kreisels oder einer rotierenden Massenscheibe stabilisiert werden. Durch die oszillatorische Bewegung der Vorrichtung, zum Beispiel durch eine Wellenbewegung einer Wasseroberfläche, angetrieben, vollführt der Basiskörper der Vorrichtung eine Schwank- / Taumelbewegung, die mittels des
Wandlungsmechanismus in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse umgewandelt wird. Bei dem Wandlungselement handelt es sich um ein Bauteil der Wandlungsvorrichtung, beispielsweise eine Welle / Antriebswelle handeln, die konfiguriert ist eine Kraft der Drehbewegung zu übertragen. Das Wandlungselement ist an eine Generatoreinheit gekoppelt, welche konfiguriert ist, Energie aus der Drehbewegung des Wandlungselementes um eine Drehachse in elektrische Energie zu wandeln. The device enables efficient energy generation by converting the oscillatory movement which the base body receives and which is caused, for example, by a wave movement of a water surface, into loss of electrical energy by means of a conversion mechanism and a generator unit. In the process of energy generation, the oscillatory motion executed by the base body is first converted into a rotary motion of a conversion element about a rotation axis, a main axis of the conversion mechanism being substantially upright in parallel motion (parallel to weight force) regardless of the inclination state of the base body in the oscillatory motion. Gravity) is formed. The conversion mechanism is pivotally mounted on a suspension in the top of the base body. Regardless of the inclination state or inclination angle of the base body, during the oscillatory movement, gravity keeps the conversion mechanism substantially in the vertical. The inertial mass of this "pendulum system" ensures that the conversion mechanism is essentially always aligned parallel to gravity.Also, this "pendulum system" can also be stabilized with the spin of a gyro or a rotating mass disk. Driven by the oscillatory movement of the device, for example by a wave motion of a water surface, the base body of the device performs a wobble / tumble motion, which by means of Conversion mechanism is converted into a rotational movement of a conversion element about a rotation axis. The conversion element is a component of the conversion device, for example a shaft / drive shaft, which is configured to transmit a force of the rotary movement. The conversion element is coupled to a generator unit which is configured to convert energy from the rotational movement of the conversion element about an axis of rotation into electrical energy.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein weiterer Wandlungsmechanismus gebildet ist, der konfiguriert ist, eine vertikale Bewegung (oszillatorische Hubbewegung) des Basiskörpers in eine Drehbewegung eines weiteren Wandlungselementes um eine weitere Drehachse zu wandeln bzw. zu verstärken. Der weitere Wandlungsmechanismus ist schwenkbar an einer weiteren Aufhängung (Aufhängepunkt, Pivot Punkt) gelagert / angeordnet. Der weitere Aufhängepunkt ist vorzugsweise an der Unterseite des Basiskörpers angeordnet. Alternativ kann der weitere Aufhängepunkt aber auch an einer anderen Stelle des Basiskörpers, beispielsweise an einer Seitenwand des Basiskörpers angeordnet sein. Der weitere Wandlungsmechanismus ist konfiguriert, eine vertikale Bewegung des Basiskörpers in eine Drehbewegung eines weiteren Wandlungselementes um eine weitere Drehachse zu wandeln. Alternativ kann der weitere Wandlungsmechanismus aber auch an das Wandlungselement des Wandlungsmechanismus gekoppelt werden. An den weiteren Aufhängepunkt ist ein Ende eines starren Arms (Hebelarm) gekoppelt. Das andere Ende des starren Arms wird an einem fixen Aufhängepunkt (außerhalb der Vorrichtung) befestigt. Als Aufhängepunkt kann zum Beispiel eine Verankerung im Meeresboden oder eine unter Wasser schwimmende Netzstruktur verwendet werden. Hierbei bewegt sich der Basiskörper der Vorrichtung, während der oszillatorischen Bewegung, auf einer Kreisbahn mit einem Radius der Länge des Hebelarmes. Je nach Neigungswinkel des Arms bewegt sich der Schwerpunkt des Basisköpers (entlang der Kreisbahn) auf und ab. Die Auf- und Abbewegung (oszillatorische Hubbewegung) des Basiskörpers kann mittels des weiteren Wandlungsmechanismus in eine Drehbewegung des weiteren Wandlungselementes um die weitere Drehachse gewandelt werden (siehe auch Fig. 2).
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit mindestens einer Schubstangenanordnung gebildet ist / sind, die konfiguriert ist / sind, eine Kraft vom Basiskörper auf den Wandlungsmechanismus und / oder den weiteren Wandlungsmechanismus zu übertragen. Die Schubstangenanordnung ist ausgebildet, die oszillatorische Kraft der oszillatorischen Bewegung des Basiskörpers, von dem Basiskörper auf den Wandlungsmechanismus und / oder den weiteren Wandlungsmechanismus zu übertragen. Während der Basiskörper eine oszillatorische Bewegung ausführt bleibt der Wandlungsmechanismus und / oder der weiteren Wandlungsmechanismus relativ zum Basiskörper im Wesentlichen in Ruhe. Die Relativbewegung zwischen dem beiden Koordinatensystemen, dem des Basiskörpers und dem des Wandlungsmechanismus und / oder des weiteren Wandlungsmechanismus, wird mittels der Schubstangenanordnung zwischen den beiden System übertragen. Hierbei können der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit einer oder mit mehreren Schubstangenanordnung(en) in verschiedenen Orientierungsrichtungen gebildet sein. A preferred embodiment of the invention provides that a further conversion mechanism is formed, which is configured to convert a vertical movement (oscillatory lifting movement) of the base body into a rotational movement of a further conversion element about a further axis of rotation or amplify. The further conversion mechanism is pivotally mounted on a further suspension (suspension point, pivot point) / arranged. The further suspension point is preferably arranged on the underside of the base body. Alternatively, however, the further suspension point can also be arranged at another point of the base body, for example on a side wall of the base body. The further conversion mechanism is configured to convert a vertical movement of the base body into a rotary movement of a further conversion element about a further axis of rotation. Alternatively, however, the further conversion mechanism can also be coupled to the conversion element of the conversion mechanism. At the other suspension point one end of a rigid arm (lever arm) is coupled. The other end of the rigid arm is attached to a fixed suspension point (outside the device). As a suspension point, for example, an anchorage in the seabed or a submerged under water network structure can be used. Here, the base body of the device, during the oscillatory movement, moves on a circular path with a radius of the length of the lever arm. Depending on the angle of inclination of the arm, the center of gravity of the base body (along the circular path) moves up and down. The up and down movement (oscillatory lifting movement) of the base body can be converted by means of the further conversion mechanism into a rotary movement of the further conversion element about the further axis of rotation (see also FIG. 2). In an expedient embodiment of the invention can be provided that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are formed with at least one push rod assembly which is / are configured to transmit a force from the base body to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism. The push rod assembly is configured to transmit the oscillatory force of the oscillatory movement of the base body, from the base body to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism. While the base body performs an oscillatory movement, the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism remains substantially at rest relative to the base body. The relative movement between the two coordinate systems, that of the base body and that of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism, is transmitted between the two systems by means of the push rod arrangement. In this case, the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism can be formed with one or more push rod arrangement (s) in different orientation directions.
Eine Fortbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die mindestens eine Schubstangenanordnung mit mindestens zwei Schubstangen, bevorzugt mit mindestens drei Schubstangen gebildet ist. Eine Schubstangenanordnung mit zwei gegenüberliegenden Schubstangen kann eine oszillatorische Kraft bzw. eine oszillatorischen Bewegung des Basiskörpers in einer Richtung (in einer Dimension) auf den Wandlungsmechanismus und / oder den weiteren Wandlungsmechanismus übertragen. Um alle Bewegungskomponenten der oszillatorischen Bewegung des Basisköpers vollständig auf den Wandlungsmechanismus und / oder den weiteren Wandlungsmechanismus zu übertragen, können zwei Schubstangenanordnung mit jeweils zwei gegenüberliegenden Schubstangen verwendet werden. Die beiden Schubstangenanordnungen werden dann (kreuzförmig) in einem Winkel von 90° Grad zueinander angeordnet, so dass der vollständige Bewegungsraum der oszillatorischen Bewegung des Basisköpers abdeckt wird. Eine solche Schubstangenanordnung ist richtungsunabhängig von der oszillatorischen Bewegung des Basiskörpers. Bei einer Schubstangenanordnung mit drei Schubstangen sind die Schubstangen jeweils in einem Winkel von 120° Grad (Sternform in der horizontalen Ebene) zu einander angeordnet. Hierbei wird die vollständige, zweidimensionale, oszillatorische Bewegung des
Basisköpers abgedeckt (dreidimensionaler Bewegungsraum der Stampfbewegung / Taumelbewegung wird auf eine zweidimensionale Ebene projiziert). A further development of the invention can provide that the at least one push rod arrangement is formed with at least two push rods, preferably with at least three push rods. A push rod assembly having two opposing push rods may transmit an oscillatory force or motion of the base body in one direction (in one dimension) to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism. In order to completely transfer all components of the motion of the oscillatory movement of the base body to the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism, two push rod arrangement can be used, each with two opposing push rods. The two push rod assemblies are then (crosswise) arranged at an angle of 90 ° to each other, so that the full range of motion of the oscillatory movement of the base body is covered. Such a push rod arrangement is independent of the direction of the oscillatory movement of the base body. In a push rod assembly with three push rods, the push rods are each arranged at an angle of 120 ° degrees (star shape in the horizontal plane) to each other. Here, the complete, two-dimensional, oscillatory motion of Basic bodies covered (three-dimensional movement space of the pitching / tumbling motion is projected onto a two-dimensional plane).
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Schubstange an eine Zahnradstange und / oder einen hydraulischen Kolben koppelt. Die mittels der Schubstange übertragene oszillatorische Kraft oder Bewegung des Basiskörpers kann mittels einer Kopplung an eine Zahnradstange und / oder einen hydraulischen Kolben übertragen werden. Die Zahnradstange und / oder der hydraulische Kolben sind Teil des Wandlungsmechanismus und / oder des weiteren Wandlungsmechanismus und dienen dem Zweck, die übertragene Kraft oder Bewegung umzulenken und / oder in eine Drehbewegung des Wandlungselementes und / oder des weiteren Wandlungselements zu wandeln. In einer hydraulischen Ausgestaltung der Erfindung koppeln die einzelnen Schubstangen an einen oder mehrere hydraulische Druckkolben. In den hydraulischen Druckkolben wird die übertragene oszillatorische Kraft oder Bewegung des Basiskörpers in einen hydraulischen Druck (in Druckenergie) umgewandelt. Der mindestens eine hydraulische Druckkolben ist beispielweise über eine hydraulische Druckleitung an einen Druckbehälter gekoppelt, der konfiguriert ist, die Energie des hydraulischen Drucks zwischenzeitlich zu speichern und anschließend wieder abzugeben. Mit der in dem Druckbehälter gespeicherten Energie kann, durch eine im Wesentlichen konstante Druckabgabe, ein Hydraulikmotor oder eine Hydraulikturbine (z.B. Peltonturbine) angetrieben werden. In dem Hydraulikmotor / Hydraulikturbine wird der hydraulische Druck in eine Drehbewegung gewandelt, wobei aus dem hydraulischen Druck ein Drehmoment erzeugt wird, welches in dem Hydraulikmotor / Hydraulikturbine in eine Drehbewegung gewandelt wird. Der Hydraulikmotor / die Hydraulikturbine ist an das Wandlungselement und / oder das weitere Wandlungselement gekoppelt und versetzt diese in eine Rotation. Die Energie der Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements um die Drehachse und / oder um die weitere Drehachse wird anschließend mittels der Generatoreinheit in elektrische Energie (A/C oder D/C - Wechselstrom oder Gleichstrom) umgewandelt. Eine hydraulische Ausgestaltung der Erfindung kann ein oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: Hydraulikkolben, Druckleitungen, Druckbehälter, Hydraulikmotor, Hydraulikturbine und / oder Wellenverbindungen.
Eine Fortbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit einem Getriebe gebildet ist. Das Getriebe kann zur Änderung einer Kraft oder eines Drehmomentes der Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements um die Drehachse und / oder um die weitere Drehachse dienen. Das Getriebe kann hierbei aus der folgenden Gruppe von Getrieben ausgewählt sein: Zahnradgetriebe, Reibradgetriebe, Zugmittelgetriebe, Schraubgetriebe, Koppelgetriebe, Planetengetriebe und / oder Kurvengetriebe. Beispielswiese kann mit dem Getriebe eine relativ langsame Drehbewegung in eine schnelle Drehbewegung umgewandelt werden. In an advantageous embodiment of the invention can be provided that at least one push rod coupled to a gear rod and / or a hydraulic piston. The transmitted by means of the push rod oscillatory force or movement of the base body can be transmitted by means of a coupling to a gear rod and / or a hydraulic piston. The gear rod and / or the hydraulic piston are part of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism and serve the purpose of redirecting the transmitted force or movement and / or convert into a rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element. In a hydraulic embodiment of the invention, the individual push rods couple to one or more hydraulic pressure piston. In the hydraulic pressure piston, the transmitted oscillatory force or movement of the base body is converted into a hydraulic pressure (in pressure energy). The at least one hydraulic pressure piston is coupled, for example via a hydraulic pressure line to a pressure vessel, which is configured to temporarily store the energy of the hydraulic pressure and then release it again. With the energy stored in the pressure vessel can be driven by a substantially constant pressure delivery, a hydraulic motor or a hydraulic turbine (eg Pelton turbine). In the hydraulic motor / hydraulic turbine, the hydraulic pressure is converted into a rotational movement, wherein from the hydraulic pressure, a torque is generated, which is converted into a rotational movement in the hydraulic motor / hydraulic tines. The hydraulic motor / hydraulic turbine is coupled to the conversion element and / or the further conversion element and puts them into rotation. The energy of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation is then converted by means of the generator unit into electrical energy (A / C or D / C - AC or DC). A hydraulic embodiment of the invention may comprise one or more of the following components: hydraulic pistons, pressure lines, pressure vessels, hydraulic motors, hydraulic tines, and / or shafts. A development of the invention may provide that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is formed with a transmission. The transmission can be used to change a force or a torque of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation. The transmission may in this case be selected from the following group of transmissions: gear transmission, friction gear, traction mechanism, helical gear, coupling gear, planetary gear and / or cam gear. For example, a relatively slow rotary motion can be converted into a fast rotary motion with the transmission.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus konfiguriert ist, das Wandlungselement und / oder das weitere Wandlungselement mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz zu drehen. Eine Drehung mit im Wesentlichen konstanter Frequenz wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit einem Fliehkraftregler oder einem Federkraftmechanismus gebildet ist. Als Fliehkraftregler können beispielsweise ein so genannter Wattscher Regler oder ein Porterscher Regler zum Einsatz kommen. Eine Fortbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus stabilisiert wird. Eine Stabilisierung des Wandlungsmechanismus und / oder des weitere Wandlungsmechanismus kann durch eine rotierende Schwungmasse realisiert werden. Eine rotierende Schwungmasse ist zum einen in Lage, einen Teil der Energie der Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements um die Drehachse und / oder um die weitere Drehachse zu speichern und zum anderen eine Drallstabilisierung auf das„Pendelsystem" zu bewirken. Mit einer Schwungmasse ist es möglich, die Rotationsenergie der Drehbewegung kurzzeitig zu speichern. Die Schwungmasse dient hierbei als Momentspeicher, der das Drehmoment der Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements um die Drehachse und / oder um die weitere Drehachse vorübergehend aufnehmen und anschließend wieder an die Rotationsbewegung abgeben kann. Gleichzeitig erzeugt die rotierende Schwungmasse einen Drall auf das„Pendelsystem", der zusätzlich stabilisierend wirkt. Dabei
kann die Schwungmasse als langsam drehende oder als schnell drehende, schwere Scheibe ausgeführt sein. Als Stabilisierung der Drehachse und / oder der weiteren Drehachse kann auch die träge Masse des„Pendelsystems" selbst oder die einer ruhenden, schweren Masse dienen. In an expedient embodiment of the invention can be provided that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a substantially constant frequency. A substantially constant frequency rotation is achieved, for example, in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is formed with a centrifugal governor or a spring force mechanism. As centrifugal force, for example, a so-called Wattscher controller or a Porterscher controller can be used. A development of the invention may provide that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is stabilized. A stabilization of the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism can be realized by a rotating flywheel. A rotating flywheel is on the one hand in a position to store part of the energy of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation and on the other to effect a swirl stabilization on the "pendulum system" The flywheel is used here as a momentum store, which temporarily absorb the torque of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation and then back to the At the same time, the rotating flywheel generates a spin on the "pendulum system", which also has a stabilizing effect. there The flywheel can be designed as a slow-rotating or as fast-rotating, heavy disc. As a stabilization of the axis of rotation and / or the further axis of rotation and the inertial mass of the "pendulum system" itself or serve a resting, heavy mass.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung mit einer weiteren Generatoreinheit gebildet ist, die konfiguriert ist, Energie aus der Drehbewegung des weiteren Wandlungselementes in elektrische Energie zu wandeln Die weitere Generatoreinheit ist an das weitere Wandlungselement gekoppelt und dafür ausgebildet, die Energie aus der Drehbewegung des weiteren Wandlungselementes um die weitere Drehachse in elektrische Energie zu wandeln. A preferred embodiment of the invention provides that the device is formed with a further generator unit which is configured to convert energy from the rotational movement of the further conversion element into electrical energy. The further generator unit is coupled to the further conversion element and designed to emit the energy the rotational movement of the other conversion element to convert the further axis of rotation into electrical energy.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich ein starrer Arm gebildet ist, der an den weiteren Wandlungsmechanismus koppelt. Der weitere Wandlungsmechanismus ist schwenkbar um einen weiteren Aufhängepunkt (Pivot Punkt) angeordnet, wobei der weitere Aufhängepunkt vorzugsweise am Boden des Basiskörpers angeordnet ist. An dem weiteren Aufhängepunkt koppelt beweglich ein Ende eines starren Arms (Hebelarm / Momentenarm), wobei das andere Ende des Arms über ein Drehgelenk mit einem festen Aufhängepunkt verbunden ist. Der feste Aufhängepunkt ist in relativer Ruhe zu der Vorrichtung bzw. zu dem Basisköper. Diese Anordnung zwingt den Basiskörper, während der oszillatorischen Bewegung, auf eine Kreisbahn. Je nach Neigungswinkel des starren Arms bewegt sich der Schwerpunkt des Basisköpers auf und ab. Die potentielle Energie aus dieser oszillatorischen Auf- und Abbewegung (Hubbewegung) des Basiskörpers wird mittels des weiteren Wandlungsmechanismus und der Generatoreinheit und / oder der weiteren Generatoreinheit in elektrische Energie umgewandelt In an expedient embodiment of the invention can be provided that in addition a rigid arm is formed, which couples to the other conversion mechanism. The further conversion mechanism is pivotally arranged about a further suspension point (pivot point), wherein the further suspension point is preferably arranged at the bottom of the base body. At the other suspension point movably coupled one end of a rigid arm (lever arm / moment arm), wherein the other end of the arm is connected via a rotary joint with a fixed suspension point. The fixed suspension point is in relative calm to the device or to the base body. This arrangement forces the base body into a circular path during the oscillatory movement. Depending on the angle of inclination of the rigid arm, the center of gravity of the base body moves up and down. The potential energy from this oscillatory up and down movement (lifting movement) of the base body is converted into electrical energy by means of the further conversion mechanism and the generator unit and / or the further generator unit
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Generatoreinheit und / oder die weitere Generatoreinheit mit mindestens einem Dynamo und / oder einem Kreiselgenerator gebildet sind. Der mindestens eine Dynamo und / oder Kreiselgenerator sind ausgebildet, die Bewegungsenergie bzw. die mechanische Energie der Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements um die Drehachse und / oder um die weitere Drehachse in elektrische Energie zu wandeln.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass der mindestens eine Kreiselgeneratoren, mit einer Kreiselmasse gebildet ist, welche konfiguriert ist eine Rotationsbewegung um eine Kreiselrotationsachse auszuführen. A preferred embodiment of the invention provides that the generator unit and / or the further generator unit are formed with at least one dynamo and / or a gyro generator. The at least one dynamo and / or gyro generator are designed to convert the kinetic energy or the mechanical energy of the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element about the axis of rotation and / or about the further axis of rotation into electrical energy. An advantageous embodiment of the invention provides that the at least one gyro generator is formed with a gyro which is configured to perform a rotational movement about a gyro axis of rotation.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus konfiguriert ist / sind, das Wandlungselement und / oder das weitere Wandlungselement mit einer Frequenz zu drehen, die die Rotation der Kreiselmasse um die Kreiselrotationsachse mit einer System-Eigenfrequenz bewirkt. Eine Drehung mit im Wesentlichen konstanter Frequenz wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Wandlungsmechanismus mit einem Fliehkraftregler oder einem Federkraftmechanismus gebildet ist. Als Fliehkraftregler können beispielsweise ein so genannter Wattscher Regler oder ein Porterscher Regler zum Einsatz kommen. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht einen Startmechanismus vor, welcher konfiguriert ist, die Kreiselmasse in einer Startphase - in mechanischer oder elektrischer Ausführung, wobei in der elektrischen Ausführung der Generator als Motor betrieben wird - in eine Anfangsrotation zu versetzen. Auf diese Weise wird die jeweilige Kreiselmasse der mehreren Kreiselgeneratoren am Beginn des Betriebs zur Energiegewinnung in Rotation versetzt, so dass anschließend die durch die Drehbewegung eines Tragesystems hervorgerufene Zwangspräzession der einzelnen Kreisel stattfindet. Die Drehbewegung des Tragesystems dient fortlaufend dem Antrieb der Kreiselbewegung, aus der nach dem Dynamoprinzip die elektrische Energie gewonnen wird. Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass der Startmechanismus konfiguriert ist, unter Ausnutzung eines Teils der Antriebskraft für die Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weitere Wandlungselements in der Startphase, die Kreiselmasse in die Anfangsrotation zu versetzen. Der Startmechanismus ist beispielsweise mit einem mittels Fliehkraft angetriebenen Antriebsring, welcher vorzugsweise axial, radial oder in anderer Art und Weise geneigt ist, gebildet, wobei der Antriebsring zum Übertragen der Antriebskraft an die Kreiselmasse koppelt, um die Anfangsrotation zu bewirken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus und der Startmechanismus zusammenwirkend gebildet sind, derart, dass ein Tragesystem für den mindestens einen Kreiselgenerator, während der Startphase wenigstens zeitweise von der Antriebskraft für die Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements entkoppelt und spätestens nach Abschluss der Startphase wieder hieran gekoppelt ist. A preferred development of the invention provides that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a frequency that causes the rotation of the gyro around the gyro rotation axis at a system natural frequency , A substantially constant frequency rotation is achieved, for example, by forming the conversion mechanism with a centrifugal governor or a spring force mechanism. As centrifugal force, for example, a so-called Wattscher controller or a Porterscher controller can be used. An advantageous embodiment of the invention provides a starting mechanism, which is configured, the gyroscope in a start-up phase - in mechanical or electrical design, wherein in the electrical version of the generator is operated as a motor - to put in an initial rotation. In this way, the respective rotary mass of the multiple centrifugal generators at the beginning of the operation for generating energy is set in rotation, so that subsequently caused by the rotational movement of a support system Zwangspräzession the individual gyros takes place. The rotational movement of the carrying system serves continuously to drive the centrifugal movement, from which the electrical energy is obtained according to the dynamo principle. Preferably, a further development of the invention provides that the starting mechanism is configured, by utilizing a part of the driving force for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element in the starting phase, to put the gyro compound in the initial rotation. The starting mechanism is formed, for example, with a centrifugally driven drive ring, which is preferably inclined axially, radially, or otherwise, with the drive ring coupled to transmit the drive force to the gyroscope to effect the initial rotation. In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism and the starting mechanism are formed cooperatively, such that a support system for the at least one gyro generator, during the start phase at least temporarily by the driving force for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element decoupled and at the latest after completion of the start phase is again coupled thereto.
Auf dem Tragesystem sind mehrere Kreiselgeneratoren angeordnet. Ihre Lagerung an dem Tragesystem ermöglicht eine Rotationsbewegung der den Kreiselgeneratoren jeweils zugeordneten Kreiselmasse um eine präzessierende Kreiselrotationsachse. Das Dynamoprinzip wird genutzt, um aus der Rotationsbewegung der Kreiselmasse um die Kreiselrotationsachse elektrische Energie zu gewinnen. Die Effizienz der Energiegewinnung wird wesentlich dadurch unterstützt, dass die relativ langsame Drehbewegung des Wandlungselements um die Drehachse, beispielsweise um die Hauptachse des Wandlungsmechanismus, welche durch die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers hervorgerufen wird, in eine schnelle Rotation der Kreiselmassen bei der Kreiselpräzession umgesetzt wird, welche auch als Zwangspräzession aufgefasst werden kann. Die Kreiselgeneratoren drehen sich mit dem Tragesystem bzw. mit dem Wandlungselement um die Drehachse und führen hierbei jeweils für sich (zusätzlich) eine präzessierende Kreiselbewegung aus. Die Drehbewegung des Tragesystems führt schließlich fortlaufend zum Anstoßen der Rotation der Kreiselmasse, wobei hierbei eine wesentliche Erhöhung der Drehfrequenz stattfindet, nämlich von der Frequenz der Drehung des Tragesystems auf die Frequenz der Rotation der Kreiselmasse der Kreiselgeneratoren. On the support system several centrifugal generators are arranged. Your storage on the support system allows a rotational movement of the gyro generators each associated gyro around a precessing gyro rotation axis. The dynamo principle is used to obtain electrical energy from the rotational movement of the gyro around the gyro axis of rotation. The efficiency of energy generation is substantially assisted by the fact that the relatively slow rotational movement of the conversion element about the axis of rotation, for example about the major axis of the conversion mechanism caused by the oscillatory movement of the base body, is translated into rapid rotation of the gyroscopes in the gyro precession can also be understood as a forced precession. The centrifugal generators rotate with the carrying system or with the conversion element about the axis of rotation and in each case (in addition) perform a precessing centrifugal movement. The rotational movement of the support system eventually leads to continuously triggering the rotation of the rotary mass, in which case a substantial increase in the rotational frequency takes place, namely the frequency of rotation of the support system to the frequency of rotation of the rotary mass of the centrifugal generators.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Kreiselgeneratoren mit einer Spuleneinrichtung und einer Magneteinrichtung gebildet sind, die an der zugeordneten Kreiselmasse angeordnet ist. Die Magneteinrichtung wird bevorzugt mit Hilfe von Permanentmagneten gebildet. Deren Anordnung auf der Kreiselmasse führt im Betrieb dazu, dass sich die Magneteinrichtung in dem Spulenfeld dreht, so dass nach dem Dynamoprinzip elektrische Energie gewonnen wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Spuleneinrichtung Spulen auf einer Kugelschale verteilt angeordnet sind. A preferred embodiment of the invention provides that the at least one centrifugal generators are formed with a coil device and a magnetic device which is arranged on the associated centrifugal mass. The magnetic device is preferably formed by means of permanent magnets. Their arrangement on the gyroscopic leads in operation to the fact that the magnetic device rotates in the coil field, so that according to the dynamo principle electrical energy is obtained. In an expedient embodiment of the invention can be provided that in the coil means coils are arranged distributed on a spherical shell.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mehreren Kreiselgeneratoren auf einer Trägerplattform des Tragesystems angeordnet sind. Auf der Trägerplattform sind die einzelnen Kreiselgeneratoren jeweils um wenigstens zwei Drehachsen frei drehbar, wobei die zwei Drehachsen nicht notwendigerweise im rechten Winkel zueinander gebildet sein müssen. Hierdurch wird die Zwangspräzession der Kreisel ermöglicht, welche ihrerseits durch die Drehbewegung des Tragesystems und die entsprechende Lagerung der Kreiselgeneratoren an dem Tragesystem ermöglicht ist. Es kann vorgesehen sein, dass die mehreren Kreiselgeneratoren auf der Trägerplattform des Tragesystems so montiert sind, dass bei der Rotation der Trägerplattform ein jeweiliges Gehäuse der Kreiselgeneratoren seine absolute Orientierung beibehält. In einer Ausgestaltung ist eine Stromabnahme der Kreiselgeneratoren frei von elektrischen Schleifkontakten gebildet. An advantageous embodiment of the invention provides that the plurality of centrifugal generators are arranged on a support platform of the support system. On the support platform, the individual centrifugal generators are each freely rotatable about at least two axes of rotation, wherein the two axes of rotation need not necessarily be formed at right angles to each other. As a result, the Zwangspräzession the gyroscope is possible, which in turn is made possible by the rotational movement of the support system and the corresponding storage of the centrifugal generators on the support system. It may be provided that the plurality of centrifugal generators are mounted on the support platform of the support system so that upon rotation of the support platform, a respective housing of the centrifugal generators maintains its absolute orientation. In one embodiment, a current decrease of the centrifugal generators is formed free of electrical sliding contacts.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass der Basiskörper mit einem Schwimmkörper gebildet ist. Mit Hilfe dieser Ausführung ist die Vorrichtung für eine Umwandlung der oszillatorischen Bewegung von Wasserwellen in elektrische Energie ausgeführt. Die vom Schwimmkörper aufgenommene oszillatorische Bewegung überträgt sich auf den Basiskörper, der in einer Ausführungsform selbst den Schwimmkörper bilden kann, woran sich dann die beschriebene Energieumwandlungskette anschließt. Preferably, a development of the invention provides that the base body is formed with a float. With the aid of this embodiment, the device is designed for a conversion of the oscillatory movement of water waves into electrical energy. The oscillatory motion received by the float is transmitted to the base body, which in one embodiment can itself form the float, followed by the described energy conversion chain.
Eine Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Basiskörper mit einem äußeren und einem inneren Basiskörper gebildet ist, wobei der innere Basiskörper im Inneren des äußern Basiskörpers mittels einer schwimmenden Lagerung gelagert ist. Die schwimmende Lagerung ist in einer Ausführung gebildet, indem der innere Basiskörper in einer Flüssigkeit schwimmt, welche in dem äußeren Basiskörper aufgenommen ist. Der innere und der äußere Basiskörper sind in einer Ausgestaltung über mindestens einen Hebelarm beweglich verbunden. Das Tragesystem mit den mehreren Kreiselgeneratoren ist im inneren Basiskörper angeordnet. Eine Fortbildung kann vorsehen, dass alternativ oder ergänzend der äußere und der innere Basiskörper über mindestens eine mechanische Kopplung miteinander verbunden
sind, so dass eine Relativbewegung zwischen dem äußeren und dem inneren Basiskörper stattfinden kann. An embodiment of the invention can provide that the base body is formed with an outer and an inner base body, wherein the inner base body is mounted in the interior of the outer base body by means of a floating mounting. The floating bearing is formed in an embodiment in which the inner base body floats in a liquid accommodated in the outer base body. The inner and the outer base body are movably connected in one embodiment via at least one lever arm. The carrying system with the several centrifugal generators is arranged in the inner base body. A training may provide that, alternatively or additionally, the outer and the inner base body connected to each other via at least one mechanical coupling are, so that a relative movement between the outer and the inner base body can take place.
In Verbindung mit der Anordnung mit mehreren Vorrichtungen in einer der vorgenannten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die gebildete Netzstruktur als eine sternförmige Netzstruktur ausgeführt ist. Beispielsweise ist die Anordnung der Knoten und der die Knoten verbindenden Kanten der Netzstruktur in der Art eines Spinnennetzes möglich. Durch diese Kreisform wird die Verankerung-, Logistik-, Versorgungs- und Netzstabilitätsproblematik wesentlich verringert. Alternative, kann die Netzstruktur aber auch mit anderen Formen z.B. Rechtecke, Rauten usw. gebildet sein. In connection with the arrangement with a plurality of devices in one of the aforementioned embodiments, it can be provided that the network structure formed is designed as a star-shaped network structure. For example, the arrangement of the nodes and the edges connecting the nodes of the network structure in the manner of a spider web is possible. This circular shape significantly reduces the anchoring, logistics, supply and grid stability issues. Alternatively, however, the network structure can also be combined with other forms, e.g. Rectangles, diamonds, etc. may be formed.
Ist eine schwimmende Netzstruktur gebildet, so sind in einer Ausgestaltung an der Netzstruktur Verankerungselemente angeordnet, vorzugsweise randseitig, mit denen die Netzstruktur örtlich in dem Gewässer fixiert wird. If a floating network structure is formed, anchoring elements are arranged in an embodiment on the network structure, preferably at the edge, with which the network structure is fixed locally in the water.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung kann vorgesehen sein, dass die schwimmende Netzstruktur unter Wasser verankert ist, wobei die mehreren Vorrichtungen jeweils mit einem starren Arm an die schwimmende Netzstruktur gekoppelt sind. Eine Verankerung der Netzstruktur, derart, dass die Netzstruktur komplett unterhalb der Wasseroberfläche schwimmend gebildet ist, erlaubt die Installation der Netzstruktur innerhalb von Offshore- Windparkanlagen. Durch die Installation der Netzstruktur unterhalb der Wasseroberfläche ist eine freie Zugänglichkeit, Befahrbarkeit und Durchquerung der Anlage mit Schiffen / Boote weiterhin möglich. Zusätzlich erlaubt die Kopplung der mehreren Vorrichtungen an der schwimmenden Netzstruktur mittels eines Arms oder eines Seiles, das auch in tiefen Gewässern, die potentielle Energie aus der Hubbewegung der mehreren Vorrichtungen in elektrische Energie gewandelt werden kann. Eine Verankerung der mehreren Vorrichtungen im Meeresboden ist nicht notwendig. In an advantageous embodiment of the arrangement can be provided that the floating network structure is anchored under water, wherein the plurality of devices are each coupled with a rigid arm to the floating network structure. An anchoring of the network structure, such that the network structure is completely floating below the water surface, allows the installation of the network structure within offshore wind farms. By installing the network structure below the water surface, free access, navigability and traversal of the system with ships / boats is still possible. In addition, the coupling of the multiple devices to the floating network structure by means of an arm or a cable, which can be converted into electrical energy even in deep waters, the potential energy from the lifting movement of the multiple devices. Anchoring of the multiple devices in the seabed is not necessary.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung Description of preferred embodiments of the invention
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Vorrichtungen zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung von Wasserwellen in elektrische Energie, The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to figures of a drawing. Hereby show: 1 shows a schematic representation of an arrangement with several devices for converting energy from an oscillatory movement of water waves into electrical energy,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, bei der ein Basiskörper als Fig. 2 is a schematic representation of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body as
Schwimmkörper ausgeführt ist, Floating body is executed,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Tragesystems mit mehreren Kreiselgeneratoren auf einer Trägerplattform, 3 shows a schematic illustration of a carrying system with several centrifugal generators on a carrier platform,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kreiselgenerators, 4 is a schematic representation of a gyro generator,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Vorrichtungen zum Fig. 5 is a schematic representation of an arrangement with a plurality of devices for
Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Converting energy from an oscillatory motion into electrical
Energie mit einer Netzstruktur, in welcher die mehreren Vorrichtungen in Knoten und entlang von die Knoten verbindenden Kanten der Netzstruktur angeordnet sind, Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, bei der ein Basiskörper mit einem äußeren Basiskörper sowie einem hierin schwimmend gelagerten innerenFIG. 6 shows a schematic representation of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body is connected to a network structure in which the plurality of devices are arranged in nodes and along edges of the network structure connecting the nodes outer base body and a floating therein inner
Basiskörper gebildet ist, Base body is formed,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Wandlungsmechanismus zum Wandeln einer Fig. 7 is a schematic representation of a conversion mechanism for converting a
Schaukelbewegung des äußeren Basiskörpers in Fig. 5 in eine Drehbewegung um eine Hauptdrehachse, Rocking movement of the outer base body in Fig. 5 in a rotational movement about a main axis of rotation,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kopplung eines Hebelarmes an den Fig. 8 is a schematic representation of a coupling of a lever arm to the
Wandlungsmechanismus . Conversion mechanism.
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine 9 is a schematic representation of another embodiment of a
Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie (Seitenansicht), Device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy (side view),
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie aus Fig. 9 (Ansicht von 10 is a schematic representation of the apparatus for converting energy from an oscillatory motion to electrical energy of FIG. 9 (view of FIG
Oben), Above),
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine Fig. 11 is a schematic representation of another embodiment of a
Vorrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie aus einer oszillatorischen Apparatus for converting kinetic energy from an oscillatory one
Bewegung in elektrische Energie, und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine Vorrichtung zum Umwandeln von potentieller Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie. Moving into electrical energy, and Fig. 12 is a schematic representation of another embodiment of a device for converting potential energy from an oscillatory movement into electrical energy.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Vorrichtungen zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Wasserwellenbewegung in elektrische Energie. Die mehreren Vorrichtungen sind jeweils mit einem als Schwimmkörper ausgebildeten Basiskörper 1 ausgeführt, welcher auf einer Wasseroberfläche 2 schwimmt und auf diese Weise die oszillatorische Wellenbewegung der Wasseroberfläche 2 aufnimmt, wodurch der Basiskörper 1 selbst in eine oszillatorische Bewegung versetzt wird. Unter Wasser sind die mehreren Vorrichtungen über elektrische Kabel 3 verbunden, die insbesondere der Ableitung der gewonnenen elektrischen Energie dienen und zur Netzstabilität beitragen. Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement with several devices for converting energy from an oscillatory water wave movement into electrical energy. The several devices are each designed with a base body 1 designed as a floating body, which floats on a water surface 2 and in this way receives the oscillatory wave motion of the water surface 2, whereby the base body 1 itself is set in an oscillatory motion. Under water, the several devices are connected by electrical cables 3, which serve in particular to dissipate the electrical energy obtained and contribute to grid stability.
Fig. 2 zeige eine schematische Darstellung einer einzelnen Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Wasserwellenbewegung in elektrische Energie, bei der der als Schwimmkörper ausgeführte Basiskörper 1 auf der Wasseroberfläche 2 schwimmt. Im Basiskörper 1 ist ein Wandlungsmechanismus angeordnet, der bei der dargestellten Ausführungsform mehrere Planetengetriebe 4, 5 umfasst, mit denen die vom Basiskörper 1 aufgenommene oszillatorische Wellenbewegung in eine Drehbewegung um eine Hauptdrehachse 6 gewandelt wird. Die Hauptdrehachse 6 steht unabhängig von der Schaukelbewegung des Basiskörpers 1 im Wesentlichen aufrecht in dem Basiskörper 1. 2 shows a schematic representation of a single device for converting energy from an oscillatory water wave movement into electrical energy, in which the base body 1 designed as a floating body floats on the water surface 2. In the base body 1, a conversion mechanism is arranged, which comprises in the illustrated embodiment, a plurality of planetary gear 4, 5, with which the recorded from the base body 1 oscillatory wave motion is converted into a rotational movement about a main axis of rotation 6. The main axis of rotation 6 is independent of the rocking movement of the base body 1 substantially upright in the base body. 1
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Tragesystems 7 mit einer Trägerplattform 8, die um die Hauptdrehachse 6 drehbar in dem Basiskörper 1 gelagert ist. Auf der Trägerplattform 8 sind mehrere Kreiselgeneratoren 9 angeordnet, die jeweils um wenigstens zwei Achsen frei drehbar sind, wobei die beiden Achsen nicht notwendigerweise einen Winkel von 90° einschließen. Die mehreren Kreiselgeneratoren 9 verfügen jeweils über eine Spuleneinrichtung mit mehreren elektrischen Spulen sowie eine in dem Spulenfeld angeordnete Magneteinrichtung, welche über Permanentmagnete verfügt. Dieses ist im Detail in Fig. 4 gezeigt. Spulen 20, 21 sind auf einer äußeren Kugelschale 22 angeordnet, die eine Magneteinrichtung mit Permanentmagneten 23 wenigstens teilweise umgreift. Die
Permanentmagnete sind auf einer Kreiselmasse 24 gebildet, die im Betrieb um eine Rotationsachse 25 mit einer Frequenz rotiert, die um ein Vielfaches größer als die Frequenz ist, mit der sich die Trägerplattform 8 um die Hauptdrehachse 6 dreht (vgl. Fig. 3). Im Betrieb dreht sich die Trägerplattform um die Hauptdrehachse 6, wodurch die mehreren Kreiselgeneratoren 9 aufgrund ihrer Lagerung an der Trägerplattform 8 jeweils eine Zwangspräzession ausführen. Die Rotationsbewegung der Kreiselmasse 24 wird dem Dynamoprinzip entsprechend zum Gewinnen elektrischer Energie genutzt. Die Mechanismen, welche die präzessierende Kreiselbewegung der mehreren Kreiselgeneratoren 9 bewirken, sind als solche aus anderem Zusammenhang bekannt. Beispielhaft wird auf die Dokument US 6,942,601 B2, US 5,353,655 sowie US 3,726,164 verwiesen. Dort wird die Nutzung einer Rotation eines Unterarms einer Person für die Beschleunigung einer Kreiselmasse in einem kugelförmigen Gehäuse hinsichtlich der mechanischen Prinzipien beschrieben. Diese mechanischen Prinzipien werden bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zur Energieumwandlung genutzt. FIG. 3 shows a schematic representation of a carrying system 7 with a carrier platform 8, which is mounted rotatably in the base body 1 about the main axis of rotation 6. On the support platform 8 a plurality of centrifugal generators 9 are arranged, which are each freely rotatable about at least two axes, wherein the two axes do not necessarily enclose an angle of 90 °. The plurality of gyro generators 9 each have a coil device with a plurality of electric coils and a magnet device arranged in the coil field, which has permanent magnets. This is shown in detail in FIG. 4. Coils 20, 21 are arranged on an outer spherical shell 22, which surrounds a magnetic device with permanent magnets 23 at least partially. The Permanent magnets are formed on a gyro compound 24 which, in operation, rotates about a rotation axis 25 at a frequency which is many times greater than the frequency with which the support platform 8 rotates about the main axis of rotation 6 (see FIG. In operation, the carrier platform rotates about the main axis of rotation 6, whereby the multiple centrifugal generators 9 perform a forced precession due to their mounting on the support platform 8. The rotational movement of the gyro 24 is used according to the dynamo principle for obtaining electrical energy. The mechanisms causing the precessing gyration of the multiple gyros 9 are known as such from another context. By way of example, reference is made to the documents US Pat. No. 6,942,601 B2, US Pat. No. 5,353,655 and US Pat. No. 3,726,164. There, the use of a person's forearm rotation to accelerate a gyro in a spherical housing with respect to the mechanical principles will be described. These mechanical principles are used in the proposed device for energy conversion.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Vorrichtungen 50 zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie mit einer Netzstruktur 51, in welcher die mehreren Vorrichtungen 50 in Knoten 52 und entlang von die Knoten 52 verbindenden Kanten 53 der Netzstruktur 51 angeordnet sind. Die mehreren Vorrichtungen, welche bevorzugt nach einer der vorangehend beschreiben Ausgestaltungen ausgeführt sind, schwimmen auf der Wasseroberfläche. Randseitig sind Anker 54 gebildet, mit denen die Netzstruktur 51 örtlich lokalisiert wird. Über eine elektrische Leitung 55 wird die gewonnene Energie abgegriffen. 5 shows a schematic representation of an arrangement with several devices 50 for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy with a network structure 51, in which the plurality of devices 50 in nodes 52 and along edges 53 of the network structure 51 connecting the nodes 52 are arranged. The several devices, which are preferably designed according to one of the previously described embodiments, float on the water surface. Anchor 54 are formed on the edge, with which the network structure 51 is localized. Via an electrical line 55, the energy obtained is tapped.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, bei der ein Basiskörper mit einem inneren Basiskörper 60 sowie einem äußeren Basiskörper 61 gebildet ist. Der innere Basiskörper 60 ist in einer vom äußeren Basiskörper 61 aufgenommenen Flüssigkeit 62 schwimmend gelagert. Der äußere Basiskörper 61 ist mit einer Bojenform gebildet. Der innere Basiskörper 60 sowie der äußere Basiskörper 61 sind über einen Hebelarm 63 verbunden, welcher an eine Mechanik 64
koppelt, die in Fig. 7 im Detail gezeigt ist. Im Betrieb führt der äußere Basiskörper 61 eine in Fig. 6 mittels eines Pfeiles A schematisch dargestellte Schaukelbewegung aus. 6 shows a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in which a base body having an inner base body 60 and an outer base body 61 is formed. The inner base body 60 is floatingly supported in a liquid 62 received by the outer base body 61. The outer base body 61 is formed with a buoy shape. The inner base body 60 and the outer base body 61 are connected via a lever arm 63 which is connected to a mechanism 64 coupled, which is shown in Fig. 7 in detail. In operation, the outer base body 61 executes a rocking motion shown schematically in FIG. 6 by means of an arrow A.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Mechanik wird eine Pendelbewegung eines Hebelarms 70 über zwei Hilfswellen 71, 72 und zwei Freilaufzahnräder 73, 74 sowie ein Zwischenrad 75 in eine gleichsinnige Rotationsbewegung umgesetzt. Die zwei Freilaufräder 73, 74 übertragen Momente, die über den Hebelarm auf ein Antriebsrad 70a übertragen werden. Das Zwischenrad 75 dient zum Richtungswechsel. Die beiden Hilfswellen 71, 72 tragen zusätzlich zu den Freilaufzahnrädern 73, 74 noch jeweils ein fest installiertes Zahnrad 76, 77. Die fest auf den Hilfswellen 71, 72 montierten Zahnräder 76, 77 greifen gleichzeitig an einem Hauptzahnrad 79 an, welches auf einer Hauptwelle 80 sitzt. In the mechanism shown in Fig. 7, a pendulum movement of a lever arm 70 via two auxiliary shafts 71, 72 and two freewheel gears 73, 74 and an idler gear 75 is converted into a same direction rotational movement. The two freewheel wheels 73, 74 transmit moments which are transmitted via the lever arm to a drive wheel 70a. The idler gear 75 serves to change direction. The two auxiliary shafts 71, 72 in addition to the freewheel gears 73, 74 still each have a fixed gear 76, 77. The fixedly mounted on the auxiliary shafts 71, 72 gears 76, 77 simultaneously engage a main gear 79, which on a main shaft 80th sitting.
Die Hauptwelle 80 kann auf zwei Arten mit dem Tragesystem verbunden sein: The main shaft 80 can be connected to the carrying system in two ways:
Direkte Verbindung: Die Hauptwelle 80 entspricht der die Welle 6 in Fig. 3. Direct Connection: The main shaft 80 corresponds to the shaft 6 in FIG. 3.
- Indirekte Verbindung: Die Rotationsenergie wird von der Hauptwelle 80 zuerst in einer Schwungmasse gespeichert. Mittels einer Getriebeübersetzung wird danach ein Teil der Rotationsenergie aus der Schwungmasse auf die Hauptachse 6 (Fig. 3) übertragen. Indirect connection: The rotational energy is first stored by the main shaft 80 in a flywheel. By means of a gear ratio, a part of the rotational energy is then transferred from the flywheel to the main axis 6 (FIG. 3).
Gemäß Fig. 8 ist der Hebelarm mit der Antriebswelle über ein Gelenk 90 verbunden, welches einen zweiten Freiheitsgrad für die Bewegung des äußeren Basiskörpers ermöglicht. Hierdurch können Wellenbewegungen aus verschiedenen Richtungen von der Vorrichtung zur Energieumwandlung aufgenommen und nutzbar gemacht werden. According to Fig. 8, the lever arm is connected to the drive shaft via a hinge 90, which allows a second degree of freedom for the movement of the outer base body. As a result, wave movements from different directions can be taken up by the device for energy conversion and made usable.
Der Umfang der Rotationsenergieaufnahme hängt von der Relativbewegung des äußeren Basiskörpers zum inneren Basiskörper ab. Die resultierenden Auflagekräfte, die vom äußeren Basiskörper auf den inneren Basiskörper einwirken, werden von der trägen Masse sowie über die schwimmende Lagerung des inneren Basiskörpers kompensiert. Die Masse des inneren Basiskörpers inklusive Schwungrads ist entsprechend ausgelegt. Die mechanische Energie die aus der richtungsabhängigen Schaukelbewegung des äußeren Basiskörpers aufgenommen wird, kann damit auf den Wandlungsmechanismus übertragen werden
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie. In der Fig. 9 ist insbesondere eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Wandlungsmechanismus 91 zum Wandeln einer oszillatorischen Schaukelbewegung des äußeren Basiskörpers 1 in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse, hier um eine Hauptachse 6 dargestellt. Der dargestellte Wandlungsmechanismus 91 ist schwenkbar, um eine Aufhängung 92, ausgeführt, wobei die Hauptachse 6 des Wandlungsmechanismus 91 im Wesentlichen aufrecht stehend gebildet ist. Unabhängig vom Neigungszustand bzw. vom Neigungswinkel des Basiskörpers 1, während der oszillatorischen Bewegung, hält die Schwerkraft G bzw. die träge Masse dieses „Pendelsystems" den Wandlungsmechanismus 91 im Wesentlichen in der Senkrechten (parallel zur Schwerkraft G). Durch die Wellenbewegung angetrieben vollführt der Basiskörper eine oszillatorische Bewegung. Diese wird mittels des Wandlungsmechanismus 91 in eine Rotation / Drehung des Wandlungselements um eine Drehachse (hier um die Hauptachse 6 umgewandelt. Der Wandlungsmechanismus 91 ist mit einer Schubstangenanordnung 93 gebildet, die aus drei Schubstangen 94 besteht. Die drei Schubstangen 94 sind sternförmig angeordnet. Der Winkel zwischen den jeweiligen Schubstangen beträgt im Wesentlichen 120° Grad (in der horizontalen Ebene). Jede Schubstange 93 ist an eine zugeordnete Zahnstange 95 gekoppelt. Die jeweilige Zahnstange 95 ist in einer Führung angeordnet und steht ihrerseits wiederum mit einem zugeordneten Zahnrad 96 im Eingriff, so dass eine Vor- bzw. Rückwärtsbewegung der Zahnstange 95 in eine Rotation des Zahnrades 96 gewandelt wird. Das Zahnrad 96 ist über eine Welle 97 mit einem weiteren Zahnrad 98 verbunden. Die Zahnräder 96, 98 vollführen immer die gleiche Rotationsbewegung. Weiterhin greift das Zahnrad 98 in ein weiteres Zahnrad 99, welches an das Wandlungselement koppelt, das sich um die Hauptachse 6 dreht. Mittels des dargestellten Mechanismus wird die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers 1 in eine rotierende Bewegung des Zahnrades 99 bzw. in eine Drehbewegung des Wandlungselements um die Hauptachse 6 gewandelt. Das Wandlungselement (beispielsweise eine Welle) koppelt an eine Generatoreinheit 100. In der Generatoreinheit 100 wird die Energie der Drehbewegung in elektrische Energie umgewandelt. Die Generatoreinheit 100 kann beispielsweise mit mindestens einem Dynamo oder einem Kreiselgenerator gebildet sein. Die Rotationsenergie der Drehbewegung kann zusätzlich auch
in einem Rotationsenergiespeicher / Schwungscheibe / Schwungmassenspeicher (Momentenspeicher) 101 gespeichert werden. Bei dem Rotationsenergiespeicher (Momentenspeicher) 101 kann es sich beispielsweise um eine schwere Massenscheibe oder alternativ um eine Platte handeln, auf der eine oder mehrere Kreisel angeordnet sind (nicht dargestellt). The amount of rotational energy absorption depends on the relative movement of the outer base body to the inner base body. The resulting bearing forces, which act on the inner base body from the outer base body, are compensated by the inert mass and by the floating support of the inner base body. The mass of the inner base body including flywheel is designed accordingly. The mechanical energy that is absorbed by the direction-dependent rocking movement of the outer base body can thus be transferred to the conversion mechanism 9 shows a schematic representation of a further embodiment of a device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy. FIG. 9 shows, in particular, a schematic illustration of an embodiment of a conversion mechanism 91 for converting an oscillatory rocking movement of the outer base body 1 into a rotary movement of a conversion element about an axis of rotation, here about a main axis 6. The illustrated conversion mechanism 91 is pivotable about a suspension 92, executed, wherein the main axis 6 of the conversion mechanism 91 is formed substantially upright. Regardless of the inclination state or the inclination angle of the base body 1, during the oscillatory movement, the gravity G or the inertial mass of this "pendulum system" holds the conversion mechanism 91 essentially in the vertical (parallel to the gravitational force G) This is converted by means of the conversion mechanism 91 into a rotation / rotation of the conversion element about an axis of rotation (here about the main axis 6. The conversion mechanism 91 is formed with a push rod assembly 93 consisting of three push rods 94. The three push rods 94 The angle between the respective push rods is substantially 120 degrees (in the horizontal plane) Each push rod 93 is coupled to an associated rack 95. The respective rack 95 is disposed in a guide and in turn is associated with an associated one tooth wheel 96 in engagement, so that a forward or backward movement of the rack 95 is converted into a rotation of the gear 96. The gear 96 is connected via a shaft 97 with another gear 98. The gears 96, 98 always perform the same rotational movement. Furthermore, the gear 98 engages in a further gear 99, which couples to the conversion element which rotates about the main axis 6. By means of the illustrated mechanism, the oscillatory movement of the base body 1 is converted into a rotating movement of the gear wheel 99 or in a rotational movement of the conversion element about the main axis 6. The conversion element (for example a shaft) couples to a generator unit 100. In the generator unit 100, the energy of the rotary movement is converted into electrical energy. The generator unit 100 may be formed, for example, with at least one dynamo or a gyro generator. The rotational energy of the rotary motion can additionally in a rotational energy storage / flywheel / momentum storage (torque storage) 101 are stored. The rotational energy storage (torque storage) 101 may, for example, be a heavy mass disc or alternatively a plate on which one or more gyros are arranged (not shown).
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der weiteren Ausfuhrungsform aus Fig. 9 von Oben. Die Schwerkraft G wirkt senkrecht in die Bildebene. Der dargestellte Wandlungsmechanismus 91 ist mit einer Schubstangenanordnung 93 gebildet, die aus drei Schubstangen 94 besteht. Die einzelnen Schubstangen sind in der horizontalen Ebene (hier Bildebene) in einem Winkel von im Wesentlichen 120° Grad sternförmig angeordnet. Die Schubstangen 93 sind jeweils an eine zugeordnete Zahnstange 95 gekoppelt. Alternativ können die Schubstangen 93 auch an einen Hydraulikkolben (nicht dargestellt) koppeln. Jede Zahnstange 95 steht wiederum mit einem Zahnrad 96 im Eingriff, so dass eine Vor- bzw. Rückwärtsbewegung der Zahnstange 95 in eine Rotation des zugeordneten Zahnrades 96 gewandelt wird. Das Zahnrad 96 ist über eine Welle mit einem weiteren Zahnrad 98 verbunden. Die Zahnräder 96, 98 vollführen immer die gleiche Rotationsbewegung. Weiterhin greifen die jeweiligen Zahnräder 98 in ein weiteres Zahnrad 99. Das weitere Zahnrad 99 koppelt wiederum an das Wandlungselement an, so dass das Wandlungselement eine Drehbewegung um die Hauptachse 6 vollführt. Fig. 10 shows a schematic representation of the further embodiment of Fig. 9 from above. Gravity G acts vertically in the image plane. The illustrated conversion mechanism 91 is formed with a push rod assembly 93 consisting of three push rods 94. The individual push rods are arranged in a star shape in the horizontal plane (here image plane) at an angle of substantially 120 ° degrees. The push rods 93 are each coupled to an associated rack 95. Alternatively, the push rods 93 may also couple to a hydraulic piston (not shown). Each rack 95 is in turn engaged with a gear 96, so that a forward or backward movement of the rack 95 is converted into a rotation of the associated gear 96. The gear 96 is connected via a shaft with another gear 98. The gears 96, 98 always perform the same rotational movement. Furthermore, the respective gears 98 engage in a further gear 99. The further gear 99 in turn couples to the conversion element, so that the conversion element performs a rotational movement about the main axis 6.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie. Die oszillatorische Bewegung wird durch eine Wellenbewegung einer Wasseroberfläche 2 hervorgerufen. In der Fig. 11 ist die Vorrichtung in zwei verschiedenen Positionen dargestellt. Die Vorrichtung ist mit einem Wandlungsmechanismus 91 gebildet, wobei der Wandlungsmechanismus 91 konfiguriert ist, die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers 1 in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse zu wandeln. Der Wandlungsmechanismus 91 ist schwenkbar an einen Aufhängepunkt 92 (Pivot Punkt) an der Decke des Basiskörpers 1 angeordnet. Unabhängig vom Neigungszustand bzw. von dem Neigungswinkel α des Basiskörpers 1 , während der oszillatorischen Bewegung, steht die Hauptachse 6 des Wandlungsmechanismus im Wesentlichen senkrecht, d.h. parallel zur
Schwerkraft G. Der Wandlungsmechanismus 91 ist mit einer Hydraulikkolbenanordnung 93a gebildet, die aus drei Hydraulikkolben 94a besteht. Die Hydraulikkolben 94a sind jeweils in einem Winkel von 120° Grad (Dreisternanordnung) sternförmig angeordnet. Hierdurch wird die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers 1 in drei Bewegungskomponenten aufgeteilt, wobei jeweils ein Hydraulikkolben eine Bewegungskomponente aufnimmt. Mittels eines Hydraulikmotors (nicht dargestellt) wird eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse (hier Hauptachse) bewirkt. Auch kann die Vorrichtung zusätzlich mit einem Stabilisierungskreisel gebildet sein. In der Generatoreinheit kann die Energie der Drehbewegung des Wandlungselementes um die Drehachse (hier Hauptachse) dann in elektrische Energie gewandelt werden. 11 shows a schematic representation of a further embodiment of a device for converting kinetic energy from an oscillatory movement into electrical energy. The oscillatory movement is caused by a wave motion of a water surface 2. In Fig. 11, the device is shown in two different positions. The device is formed with a conversion mechanism 91, wherein the conversion mechanism 91 is configured to convert the oscillatory movement of the base body 1 into a rotational movement of a conversion element about an axis of rotation. The conversion mechanism 91 is pivotally mounted on a suspension point 92 (pivot point) on the ceiling of the base body 1. Regardless of the inclination state or of the inclination angle α of the base body 1, during the oscillatory movement, the main axis 6 of the conversion mechanism is substantially perpendicular, ie parallel to Gravity G. The conversion mechanism 91 is formed with a hydraulic piston assembly 93a consisting of three hydraulic pistons 94a. The hydraulic pistons 94a are each arranged in a star shape at an angle of 120 ° degrees (three-star arrangement). As a result, the oscillatory movement of the base body 1 is divided into three components of movement, wherein in each case a hydraulic piston receives a movement component. By means of a hydraulic motor (not shown) a rotational movement of a conversion element about a rotation axis (in this case the main axis) is effected. Also, the device may additionally be formed with a stabilizing gyroscope. In the generator unit, the energy of the rotational movement of the conversion element about the axis of rotation (here main axis) can then be converted into electrical energy.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Umwandeln von potentieller Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie. Die oszillatorische Bewegung wird zum Beispiel durch eine Wellenbewegung einer Wasseroberfläche 2 hervorgerufen. In der Fig. 12 ist die Vorrichtung in zwei verschiedenen Höhenpositionen dargestellt. Die Vorrichtung ist mit einem Wandlungsmechanismus (nicht dargestellt) und einem weiteren Wandlungsmechanismus 121 gebildet, wobei der weitere Wandlungsmechanismus konfiguriert ist, eine vertikale Bewegung (Höhenbewegung oder Hubbewegung) des Basiskörpers 1 in eine Drehbewegung eines weiteren Wandlungselementes um eine weitere Drehachse 125 zu wandeln. Der weitere Wandlungsmechanismus ist mittels eines Kugelgelenkes schwenkbar um einen weiteren Aufhängepunkt 122 (Pivot Punkt) gelagert. Der weitere Aufhängepunkt 122 ist am Boden des Basiskörpers 1 angeordnet. An den weiteren Aufhängepunkt 122 koppelt ein Ende eines starren Arms 123 (Momentarm). Das andere Ende des starren Arms 123 ist mittels eines Drehgelenks an einem festen Aufhängepunkt 124 fixiert, so dass sich der Basiskörper 1, während der oszillatorischen Bewegung, auf einer Kreisbahn bewegt. Je nach Neigungswinkel ß des starren Arms 123 bewegt sich die Vorrichtung bzw. der Basisköpers 1 auf und ab (Hubbewegung entlang der Kreisbahn). Die potentielle Energie aus dieser Hubbewegung des Basiskörpers 1 wird mittels des weiteren Wandlungsmechanismus 121 und einer Generatoreinheit und / oder einer weiteren Generatoreinheit in elektrische Energie umgewandelt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Fig. 12 shows a schematic representation of another embodiment of a device for converting potential energy from an oscillatory movement into electrical energy. The oscillatory movement is caused, for example, by a wave motion of a water surface 2. In Fig. 12, the device is shown in two different height positions. The device is formed with a conversion mechanism (not shown) and a further conversion mechanism 121, wherein the further conversion mechanism is configured to convert a vertical movement (height movement or lifting movement) of the base body 1 into a rotational movement of another conversion element about a further rotation axis 125. The further conversion mechanism is pivotally mounted about a further suspension point 122 (pivot point) by means of a ball joint. The further suspension point 122 is arranged at the bottom of the base body 1. At the other suspension point 122 couples one end of a rigid arm 123 (Momentarm). The other end of the rigid arm 123 is fixed by means of a hinge at a fixed suspension point 124, so that the base body 1, during the oscillatory movement, moves in a circular path. Depending on the inclination angle ß of the rigid arm 123, the device or the base body 1 moves up and down (lifting movement along the circular path). The potential energy from this lifting movement of the base body 1 is converted into electrical energy by means of the further conversion mechanism 121 and a generator unit and / or a further generator unit. The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the claims and in the drawing may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
Claims
Ansprüche claims
Vorrichtung zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie, insbesondere aus einer von Wasserwellen verursachten oszillatorischen Bewegung, mit: Device for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy, in particular from an oscillatory movement caused by water waves, comprising:
- einem Basiskörper (1), welcher konfiguriert ist, aufgrund einer auf den Basiskörper (1) einwirkenden äußeren oszillatorischen Kraft eine oszillatorische Bewegung auszuführen, a base body (1) which is configured to perform an oscillatory movement due to an external oscillatory force acting on the base body (1),
- einem Wandlungsmechanismus, welcher konfiguriert ist, die oszillatorische Bewegung des Basiskörpers (1) in eine Drehbewegung eines Wandlungselementes um eine Drehachse zu wandeln, wobei eine Hauptachse (6) des Wandlungsmechanismus, unabhängig vom Neigungszustand des Basiskörpers (1) bei der oszillatorischen Bewegung im Wesentlichen aufrecht stehend gebildet ist, und a conversion mechanism configured to convert the oscillatory motion of the base body (1) into a rotary motion of a conversion element about an axis of rotation, a major axis (6) of the conversion mechanism substantially independent of the inclination state of the base body (1) in the oscillatory motion is formed upright, and
- einer Generatoreinheit, die konfiguriert ist, Energie aus der Drehbewegung des a generator unit configured to recover energy from the rotational movement of the
Wandlungselementes um die Drehachse in elektrische Energie zu wandeln. Conversion element to convert the axis of rotation into electrical energy.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wandlungsmechanismus gebildet ist, der konfiguriert ist, eine vertikale Bewegung des Basiskörpers (1) in eine Drehbewegung eines weiteren Wandlungselementes um eine weitere Drehachse zu wandeln. Apparatus according to claim 1, characterized in that a further conversion mechanism is formed, which is configured to convert a vertical movement of the base body (1) in a rotational movement of another conversion element about a further axis of rotation.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit mindestens einer Schubstangenanordnung gebildet ist / sind, die konfiguriert ist / sind, eine Kraft vom Basiskörper (1) auf den Wandlungsmechanismus und / oder den weiteren Wandlungsmechanismus zu übertragen. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are formed with at least one push rod assembly, which is configured / a force from the base body (1) on the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism transferred to.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schubstangenanordnung mit mindestens zwei Schubstangen, bevorzugt mit mindestens drei Schubstangen gebildet ist. Apparatus according to claim 3, characterized in that the at least one push rod arrangement is formed with at least two push rods, preferably with at least three push rods.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schubstange an eine Zahnradstange und / oder einen hydraulischen Kolben koppelt.
5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one push rod coupled to a gear rod and / or a hydraulic piston.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus mit einem Getriebe gebildet ist / sind. 6. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are formed with a gear.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus konfiguriert ist, das Wandlungselement und / oder das weitere Wandlungselement mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz zu drehen. 7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a substantially constant frequency.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus stabilisiert wird. 8. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is stabilized.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Generatoreinheit gebildet ist, die konfiguriert ist, Energie aus der Drehbewegung des weiteren Wandlungselementes in elektrische Energie zu wandeln. 9. The device according to at least one of the preceding claims, as far as dependent on claim 2, characterized in that a further generator unit is formed, which is configured to convert energy from the rotational movement of the further conversion element into electrical energy.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein starrer Arm gebildet ist, der an den weiteren Wandlungsmechanismus koppelt. 10. The device according to at least one of the preceding claims, as far as dependent on claim 2, characterized in that in addition a rigid arm is formed, which couples to the further conversion mechanism.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinheit und / oder die weitere Generatoreinheit mit mindestens einem Dynamo und / oder einem Kreiselgenerator gebildet sind. 11. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the generator unit and / or the further generator unit are formed with at least one dynamo and / or a gyro generator.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kreiselgeneratoren, mit einer Kreiselmasse (24) gebildet ist, welche konfiguriert ist eine Rotationsbewegung um eine Kreiselrotationsachse (25) auszuführen.
12. The device according to claim 11, characterized in that the at least one gyro generators, with a gyro (24) is formed, which is configured to perform a rotational movement about a gyro axis of rotation (25).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus konfiguriert ist / sind, das Wandlungselement und / oder das weitere Wandlungselement mit einer Frequenz zu drehen, die die Rotation der Kreiselmasse um die Kreiselrotationsachse (25) mit einer System-Eigenfrequenz bewirkt. 13. The apparatus of claim 11 or 12, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism is / are configured to rotate the conversion element and / or the further conversion element with a frequency which rotates the gyro about the gyro rotation axis (25 ) with a system natural frequency.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch einen Startmechanismus, welcher konfiguriert ist, die Kreiselmasse (24) in einer Startphase in eine Anfangsrotation zu versetzen. 14. The device according to at least one of claims 11 to 13, characterized by a starting mechanism, which is configured to enable the rotary mass (24) in a start phase in an initial rotation.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Startmechanismus konfiguriert ist, unter Ausnutzung eines Teils der Antriebskraft für die Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements in der Startphase, die Kreiselmasse (24) in die Anfangsrotation zu versetzen. 15. The device according to claim 14, characterized in that the starting mechanism is configured, by utilizing a part of the driving force for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element in the starting phase, to put the gyro (24) in the initial rotation.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlungsmechanismus und / oder der weitere Wandlungsmechanismus und der Startmechanismus zusammenwirkend gebildet sind, derart, dass ein Tragesystem (7) für den mindestens einen Kreiselgenerator, während der Startphase wenigstens zeitweise von der Antriebskraft für die Drehbewegung des Wandlungselements und / oder des weiteren Wandlungselements entkoppelt und spätestens nach Abschluss der Startphase wieder hieran gekoppelt ist. 16. The apparatus of claim 14 or 15, characterized in that the conversion mechanism and / or the further conversion mechanism and the starting mechanism are cooperatively formed, such that a support system (7) for the at least one gyro generator, during the starting phase at least temporarily by the driving force decoupled for the rotational movement of the conversion element and / or the further conversion element and is coupled thereto again at the latest after completion of the starting phase.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kreiselgenerator (9) mit einer Spuleneinrichtung (20, 21) und einer Magneteinrichtung (23) gebildet ist, die an der zugeordneten Kreiselmasse (24) angeordnet ist. 17. The device according to at least one of the preceding claims 13 to 16, characterized in that the at least one gyro generator (9) with a coil means (20, 21) and a magnetic device (23) is formed, which arranged on the associated gyro (24) is.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Spuleneinrichtung Spulen (20, 21) auf einer Kugelschale (22) verteilt angeordnet sind.
Apparatus according to claim 17, characterized in that in coil means coils (20, 21) are arranged distributed on a spherical shell (22).
19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kreiselgenerator auf einer Trägerplattform (8) angeordnet ist. 19. The device according to at least one of the preceding claims 13 to 18, characterized in that the at least one gyro generator is arranged on a support platform (8).
20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (1) mit einem Schwimmkörper gebildet ist. 20. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the base body (1) is formed with a float.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (1) mit einem äußeren und einem inneren Basiskörper (60, 61) gebildet ist, wobei der innere Basiskörper (60) im Inneren des äußern Basiskörpers (61) mittels einer schwimmenden Lagerung gelagert ist. 21. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the base body (1) with an outer and an inner base body (60, 61) is formed, wherein the inner base body (60) in the interior of the outer base body (61) by means of a floating storage is stored.
22. Anordnung mit mehreren Vorrichtungen (50) zum Umwandeln von Energie aus einer oszillatorischen Bewegung in elektrische Energie nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mehreren Vorrichtungen (50) in Knoten (52) und / oder entlang von die Knoten (52) verbindenden Kanten (53) einer Netzstruktur (51) angeordnet sind und jeweils mit einer elektrischen Leitung zum Abgreifen der erzeugten elektrischen Energie verbunden sind. 22. An arrangement comprising a plurality of devices (50) for converting energy from an oscillatory movement into electrical energy according to at least one of the preceding claims, wherein the plurality of devices (50) in nodes (52) and / or along the nodes (52) connecting Edges (53) of a network structure (51) are arranged and each connected to an electrical line for tapping the generated electrical energy.
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine schwimmende Netzstruktur gebildet ist, bei der die mehreren Vorrichtungen (50) jeweils mit einem Schwimmkörper gebildet sind und die elektrischen Leitung unter Wasser verlegt sind. 23. The arrangement according to claim 22, characterized in that a floating network structure is formed, wherein the plurality of devices (50) are each formed with a float and the electrical line are laid under water.
24. Anordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmende Netzstruktur unter Wasser verankert ist, wobei die mehreren Vorrichtungen jeweils mit einem starren Arm an die schwimmende Netzstruktur gekoppelt sind.
24. Arrangement according to claim 22 or 23, characterized in that the floating network structure is anchored under water, wherein the plurality of devices are each coupled with a rigid arm to the floating network structure.
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