NO324807B1 - Freksvensomformer for bølgekraftanlegg og lignende anvendelser - Google Patents

Description

Bakgrunn

Hvis en flottør plasseres på sjøen vil bølgene få bevege flottørne opp og ned. En måte å konvertere flottørens bevegelse till elektrisk energi er å koble flottøren til en lineær elektromotor. (Elektromotor er her brukt som fellesbetegnelse for både elektromotor og generator.) Da må den lineære elektromotoren gi en stor kraft som balanserer flottørens vekt eller oppdrift når flottøren løftes langsomt opp og ned av bølgene.

Den elektriske (dynamiske eller statiske) kraften en lineær elektromotor kan gi er proporsjonal med motorens volum. Effekten er proporsjonal med motorens elektriske kraft og stempelets hastighet. Når den elektriske kraften er stor og stempelets hastighet liten vil den lineære elektormotoren bli stor og dyr sammenlignet med effekten den omsetter. Derfor vil et bølgekraftverk hvor det stempelet i den lineære elektromotoren er koblet direkte til flottøren vil bli for dyrt i forhold til den kraften bølgekraftverket vil produsere.

For å unngå at motoren blir for stor og dyr er det ønskelig å konvertere den store kraften og langsomme bevegelsen til flottøren til en mindre kraft og raskere bevegelse i stempelet. Flere gir løsninger er foreslått, men de introduserer enten for store tap eller går fort i stykker på grunn av de store kreftene. Løsningen presentert her kan sees på som en ny type gir. Ingen lignende gir eksisterer i litteraturen eller andre steder. Beslektet teknologi er beskrevet i patentsøknad PCT/NO05/00035.

Målsetning

Målsetningen med denne oppfinnelsen er å bremse eller akselerere et tungt, langsomt objekt, som for eksempel en flottør, ved hjelp av et lite stempel som beveger seg med stor hastighet og som kan manipuleres med en relativt liten elektrisk kraft.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er beskrevet i karakteristikk delen av patentkrav 1. Foretrekt utforming er beskrevet i krav 2-5.

Beregninger viser at maskinen beskrevet i patentkrav 1 kan bremse eller akselerere en stor masse, eller yte en stor kraft ved hjelp av et elektrisk eksitert stempel og to gassfjærer.

Eksempel

Oppfinnelsen vil bli beskrevet med referanse til figurene.

Figur 1 viser et tverrsnitt av oppfinnelsen.

Figur 2 viser et forstørret utsnitt av figur 1.

Figur 3 and 4 viser eksempler på hvordan maskinen kan bli modifisert slik at den produserer en dra kraft i stedet for en trykk kraft. Figur 1 viser et tverrsnitt av en maskin som fungerer som beskrevet i patentkrav 1. oppfinnelsen. Maskinen og dens viktigste deler er bygd opp sylindersymmetrisk rundt aksen I-l. Dette betyr at maskinen er sylindrisk. I beskrivelsen ordene opp, under, over osv. refererer til maskinens plassering på figuren, men maskinen vil fungere uansett hvordan den er orientert.

I figur 1 and 2 stemplet 1 vill bli utsatt for en elektromagnetisk kraft når det går strøm i spolene 9. Retning og størrelse på kraften er avhengig spolenes utforming og strømstyrken og strømretningen i dem. Hvis kraften har samme retning som stempelets bevegelse vil stempelet tilføres energi og maskinen går som motor. Hvis kraften har motsatt retning som stempelets bevegelse vil stempelet avgi energi og maskinen går som generator. Over og under stempelet er det to gassfjærer 5,6. Stempelets energi vil oscillere mellom bevegelses energi i stempelet og trykk differanse energi i de to gassfjærene. En glide-/tetningsflate 4 og to stempelflater 10,13 forhidrer lekasje mellom de to gassfjærene og sikrer at det er lite friksjon mellom stempelet og stator huset 7.

Når stempelet er i ro vil trykket i gassfjærene balansere vekten av massen 2.1 dette tilfellet må maskinen ha samme orientering som på figuren, men det er lett å tenke seg at trykket er balansert av en annen kraft en vekt. Hvis gassfjærene ble byttet ut med vanlige lineære fjærer ville ikke stempelets 1 bevegelse forårsake en tilleggskraft på massen 2, men fordi gass fjærene er svært ulineære er bevegelsen til stempelet bedre beskrevet som kollisjoner mellom stempelet og topp og bunn av stator huset. "Kollisjonene" er gjort mykere av gassfjærene som dermed forhindrer at stempelet blir knust eller knuser statorhuset, men dette forhindrer ikke at kollisjonene skaper en betydelig kraft mellom stator huset 7 og massen 2. Denne kraften øker med økning i energien til stempel - gassfjær systemet og kan ble økt eller redusert ved å kjøre maskinen som motor eller generator. "Kollisjons" kraften kan bli mye større ene den elektriske kraften fra stator på stempelet. Når massen 2 beveger seg gjør "kollisjons" kraften et positivt eller negativt arbeid. Dette arbeidet gir økt eller redusert energi i stempel - gassfjær systemet. Hvis massen 2 er en flottør som beveger seg i bølgene vil det være mulig å utvinne mye mer netto bølgeenergi ved å kjøre maskinen beskrevet i figur 1 vekselvis som motor eller generator enn hvis (massen 2) var fysisk koblet til stempelet 1.1 praksis vil stempelet bevege seg hele tiden, men det et lettere å forstå prinsippet hvis man tenker seg følgende prosess beskrevet ved disse 4 punktene.

1: Stempelet 1 er i ro mens massen 2 løftes av f.eks. en bølge. "Kollisjons" kraften er 0 og utfører ikke noe arbeid.

2: Spolene brukes til å sette stempelet 1 i svingninger. Massen 2 holdes i ro.

3: Massen 2 senkes. Nå gjør kollisjonskraften et arbeid. Dette arbeidet ender opp som økt energi i stempel - gassfjær systemet. (Hvor ellers?) Dette betyr at stempelets maks hastighet blir større når massen 2 senkes.

4: Massen 2 holdes i ro. Stempelet stoppes ved hjelp av spolene. Man for tilbake energien som ble tilført i punkt 2 pluss det arbeidet kollisjonskraften utførte da massen 2 ble senket. Prosessen kan startes på nytt ved å gå tilbake til punkt 1.

Det ville også være mulig å bruke maskinen i figur 1 til å løfte en stor masse 2 et lite stykke ved å bruke spolene til å sette stempelet i bevegelse når massen 2 er i nedre posisjon. Maskinen fungerer da som en heis.

I dette eksempelet består stempelet av magneter 12 og blikk 11. Jern 8 er plassert utenfor spolene 9. Dette er ett av mange mulig design av den lineære elektromotoren. Figur 1 and 2 viser hvordan en trykk kraft kan bli lagd. I bølge kraft vil det være ønskelig med en trekk kraft som kan overføres gjennom wire isteden. Dette oppnår mann i figur 3 med o bytte ut massen 2 med et nytt stempel som ar koblet til en stang som går gjennom et hull i stempelet 1 og den andre enden av statorhuset 7. Denne løsningen skaper flere ekstra glide-/tetningsflater Figur 4 viser en annen løsning for å få til en trekkraft. Denne løsningen unngår lager og tetningsproblemer, men krever mer plass. Figur 4 er forenklet. Flere wire etc kan brukes for å eliminere rotasjonsmomentet wirens forankringspunkt skaper.

Det er mulig å plassere flere maskiner sammen. Dette kan man gjøre for å blant annet redusere vibrasjoner. Det kan være 2 sekundære stempler (mass 2) forbundet til lasten. Denne maskinen er toppen av maskinen på figur 1 speilet gjennom en horisontal linje som går gjennom senter av huset. Formålet med dette kan være å sørge for at stempelet 1 alltid beveger seg på samme måte i forhold til stator.

Claims (5)

1. Linear kraft konvertermaskin som består av et stempel som kan ha enhver utforming, og som kan settes i svingninger ved hjelp av elektromagnetiske krefter, som svinger mellom to gassfjærer med høy frekvens, hvor gassfjærene med stempelet i midten kan komprimeres av ett eller to sekundære stempler som beveger seg langsomt og som overfører kollisjonskraften til lasten, karakterisert ved at det primære elektrisk eksiterte stemplet, ett eller to sekundære stempler, gassfjærene, deres posisjon relativt til hverandre, og at maskinen har evne til å produsere en kollisjonskraft som er større en den elektriske kraften på mellom stator og stempelet.

2. Et flertall maskiner som beskrevet i patentkrav 1, hvor det sekundære stempelet på hver maskin er fysisk forbundet.

3. Maskin som beskrevet i patentkrav 1, modifisert for å gi en trekk kraft.

4. Maskin som beskrevet i patentkrav 1, brukt som generator i et bølgekraftverk.

5. Maskin som beskrevet i patentkrav 1, brukt som heis.