可再生能源发生器及其控制方法与流程

可再生能源发生器及其控制方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于并要求2021年12月22日提交的韩国专利申请号10-2021-0185165的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本发明在一些实施方案中涉及可再生能源发生器及其控制方法。


背景技术：

4.该部分中的陈述仅提供涉及本发明的背景信息，并非一定构成现有技术。
5.为了产生电，存在并广泛使用各种方法，包括使用化石燃料的化学能的火力发电、通过形成水坝来使用水的势能的水力发电以及使用铀的核裂变的核能发电。
6.然而，近年来，资源枯竭、安全问题和环保价值正越来越多地推动可再生能源发电相对于三大发电源的比例。可再生能源包括使用诸如太阳能、太阳热、潮汐能、波浪能、风能和地热的无限能源的发电。
7.地球表面的70％以上是与不同国家接壤的海洋，这些国家拥有大量水体，这使得它们成为利用水体的无限能量的良好环境候选者，这引发了对波浪发电的兴趣。波浪发电是指利用波浪引起的水面周期性上下运动来产生电能。
8.常规的波浪发电装置因根据不规则波浪的运动提供不规则的上下运动而难以稳定地产生电力。例如，常规装置不能有效地产生电，因为难以响应于海平面的流体运动来稳定地发电。
9.此外，由于常规的波浪发电装置的位置和姿态随着在水体或海中自然漂浮而起伏不定，因此波浪发电装置在处于不良位置和姿态时不能有效地产生电。


技术实现要素：

10.根据至少一个实施方案，本发明提供一种可再生能源发生器，其包括：壳体、主发生器单元、一个或更多个框架、主旋转轴和控制器，所述壳体配置为漂浮在水体中，所述一个或更多个框架以预定间隔固定在壳体的内部，所述主旋转轴配置为连接主发生器单元以相对于一个或更多个框架可旋转。主发生器单元包括内壳体、摆锤、摆锤旋转轴、主电机和齿轮单元，所述摆锤配置为在内壳体内运动，所述摆锤旋转轴垂直地连接至摆锤并且固定至内壳体，所述主电机配置为将摆锤的动能转换为电能，所述齿轮单元连接至摆锤旋转轴并且配置为将摆锤的动能传递至主电机。控制器配置为通过驱动主电机来使摆锤操作，并且控制主发生器单元以使壳体由于摆锤的操作而活动。
11.根据至少一个实施方案，本发明提供一种产生可再生能源的方法，其包括以下步骤(不是一定按照以下顺序)：(i)计算可再生能源发生器的位置和姿态，所述可再生能源发生器呈自动扶正的不倒翁形状或胶囊形状并且配置为将波浪能转换为电能以产生电力，(ii)确定摆锤是否需要在可再生能源发生器内操作，(iii)在确定出摆锤需要操作时，将安
装在可再生能源发生器内部的主电机和辅助电机转换为驱动模式，以及(iv)调节可再生能源发生器的倾斜度。
12.根据至少一个实施方案，本发明提供一种可再生能源发生器，其包括配置为漂浮在水体中的壳体和主发生器。主发生器包括内壳体、摆锤旋转轴、摆锤、主电机、齿轮以及一个或更多个框架，所述摆锤旋转轴机械地联接至内壳体，所述摆锤配置为围绕摆锤旋转轴的轴线摆动以使摆锤旋转轴旋转，所述齿轮连接至摆锤旋转轴并且配置为将摆锤旋转轴的旋转传递至主电机以使主电机产生电能，所述一个或更多个框架固定在壳体的内部。可再生能源发生器还包括主旋转轴和控制器，所述主旋转轴配置为连接主发生器以相对于一个或更多个框架可旋转，所述控制器配置为控制主旋转轴的旋转来使主发生器运动，从而调节壳体相对于水域的倾斜度。
附图说明
13.图1为根据本发明至少一个实施方案的使用可再生能源发生器的可再生能源产生系统的框图。
14.图2为根据本发明实施方案的可再生能源发生器的截面图。
15.图3为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器的主发生器单元内部的示意图。
16.图4a和图4b示出根据本发明至少一个实施方案的利用摆锤的操作的可再生能源发生器的倾斜度变化。
17.图5为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器的主电机和辅助电机的控制目标的示意图。
18.图6为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器的活动(behavior)的示意图。
19.图7为示出根据本发明至少一个实施方案的产生可再生能源的方法的流程图。
具体实施方式
20.在至少一个实施方案中，本发明致力于提供一种可再生能源发生器，其利用通过考虑波浪的强度、速度和频率而控制的摆锤操作和电机，可以有效地产生电力。
21.根据至少一个实施方案的可再生能源发生器可以通过控制摆锤的操作和电机来调节可再生能源发生器的倾斜度。
22.由本发明解决的问题并不限于上述这些问题，本领域技术人员根据以下描述将清楚地理解其他未提及的待解决的问题。
23.在下文，将参考附图来详细地描述本发明的一些实施方案。在以下描述中，相同的附图标记优选地表示相同的元件，尽管这些元件在不同的附图中示出。此外，在以下对一些实施方案的描述中，当认为相关的已知组件和功能的详细描述会使本发明的主题模糊时，出于清楚和简洁的目的，将省略这些详细描述。
24.此外，在为组件编号时使用的诸如第一、第二、i)、ii)、(a)、(b)等的字母数字编号仅用于区分一个组件与另一个组件的目的，而不是意指或暗示这些组件的重要性、次序或顺序。贯穿该说明书，当部件“包括”或“具有”组件时，意味着所述部件还包括其他组件，而
不是排除其他组件，除非存在与其相反的特别描述。
25.图1为根据本发明至少一个实施方案的使用可再生能源发生器1的可再生能源产生系统的框图。
26.如图1所示，可再生能源产生系统可以包括以下全部或一部分：可再生能源发生器1、第一枢纽(hub)2、第二枢纽3、第三枢纽4、运输器和电池。
27.多个可再生能源发生器1可以通过使用电缆来相互连接，并且它们可以漂浮在沿岸水域和远海中。多个可再生能源发生器1可以各自呈不倒翁形状或胶囊形状。多个可再生能源发生器1可以各自将波浪能转换为电能以产生电力。
28.可再生能源发生器1可以具有安装有太阳能电池板的表面。太阳能电池板可以安装在可再生能源发生器1的表面的顶部(例如没有浸没在海水中的部分)。可再生能源发生器1不仅可以将波浪能转换为电能，而且还可以通过使用太阳能电池板将太阳能转换为电能。
29.第一枢纽2可以定位成由多个可再生能源发生器1环绕。第一枢纽2可以经由电缆连接至多个可再生能源发生器1(例如，第一枢纽2可以经由电缆连接至多个可再生能源发生器1)并且可以例如经由电缆从多个可再生能源发生器1接收电能。第一枢纽2可以接收并存储来自可再生能源发生器1的电能。转移至第一枢纽2的电能可以对联接至第一枢纽2的电池和运输器充电。在该情况中，运输器可以包括使用无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle，uav)、无人驾驶船、无人机等。
30.第二枢纽3可以各自定位成由包括第一枢纽2的多个第一群组环绕。第三枢纽4可以各自定位成由包括第二枢纽3的多个第二群组环绕。
31.运输器可以在第一枢纽2、第二枢纽3和第三枢纽4之间相互运送电池和电能。此外，运输器可以将电池和电能运送至第一枢纽2、第二枢纽3、第三枢纽4和位于地面上的单独位置。在此，单独位置可以是现在和未来的移动工具例如电动车辆(ev)、专用车辆(purpose-built vehicle，pbv)、城市空中交通(urban air mobilityuam)、机器人，它们的充电站、住宅、工业设施等。例如，通过车辆到电网(v2g)技术，可充电的环保车辆可以连接至电网以使用如由本发明提供的剩余电力。通过首先使用电网对车辆充电并在车辆运行后将剩余电量供应回电网，环保车辆可以作为移动储能系统(energy storage system，ess)工作。
32.可再生能源产生系统可以将电能转换为氢能并运输转换的氢能。当将能量长期存储在第一枢纽2至第三枢纽3中时，可以存储大量的能量(1twh以上)。对于大容量的能量存储，氢能是比电能更合适的能量形式。此外，由于在长途运输过程中氢能比电能损耗少，因此氢能特别适合于能源的国际运输。
33.图2为根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器1的截面图。
34.如图2所示，可再生能源发生器1可以包括以下全部或一部分：壳体11、主发生器单元12、框架13、主旋转轴14、控制器15、辅助电机16和辅助齿轮单元17。
35.壳体11可以是不倒翁形状或胶囊形状以能够漂浮在沿海水域和远海中。在壳体11的表面上可以安装太阳能电池板。壳体11可以具有安装有太阳能电池板的表面。太阳能电池板可以安装在壳体11的表面的顶部(例如没有浸没在海水中的部分)。壳体11可以具有安装有通信模块19的上端。通信模块19可以是基于超宽带(基于uwb)的模块，以用于计算可再
生能源发生器1的绝对坐标(x，y，z)。例如，通信模块19可以监测可再生能源发生器1的倾斜状态并且计算倾斜角度以控制可再生能源发生器1的活动。
36.主发生器单元12包括以下全部或一部分：内壳体121、摆锤122、摆锤旋转轴123、主电机124、齿轮单元125和旋转角度传感器126。
37.主发生器单元12可以通过利用摆锤122的运动将波浪能转换为电能来产生电力。主发生器单元12内的摆锤122随着波浪的运动而运动，摆锤122的动能被转换为电能。可以经由摆锤旋转轴123和齿轮单元125将摆锤122的运动传递至主电机124。主电机124可以产生电能并将电能存储在电池18中。主电机124可以在发电模式下运行以产生电能。
38.摆锤122随着波浪变化的运动可以在主发生器单元12中产生转动惯量力矩。当主发生器单元12由于转动惯量力矩而旋转时，可以经由主旋转轴14和辅助齿轮单元17将主发生器单元12的旋转传递至辅助电机16。主旋转轴14可以将主发生器单元12可旋转地连接至框架13，所述框架13固定至壳体11。辅助电机16可以额外产生电能并将电能收益存储在电池18中。此时，辅助电机16可以在发电模式下运行以产生电能。
39.图3为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器1的主发生器单元12内部的示意图。
40.如图3所示，主发生器单元12还可以包括一个或更多个陀螺仪传感器127和通信模块19。
41.陀螺仪传感器127是指通过利用与地球旋转无关、始终保持其初始设置方向的特性来测量物体的方位变化的传感器。陀螺仪传感器127可以用于计算波浪的强度。例如，可以通过使用陀螺仪传感器127来计算波浪的强度、频率、速度和模式。图3示出了陀螺仪传感器127位于主发生器单元12的内部，然而它们可以位于主发生器单元12的外部，并且可以根据需要存在额外的陀螺仪传感器127或者可以去除一些陀螺仪传感器127。
42.本发明可以使用通信模块19计算可再生能源发生器1的位置信息。基于uwb的通信模块19可以用于计算可再生能源发生器1的绝对坐标。例如，本发明可以监测可再生能源发生器1的倾斜状态并且计算倾斜角度以控制可再生能源发生器1的活动。图3示出了通信模块19位于主发生器单元12底部的中央，然而通信模块19的位置不限于此，其可以位于主发生器单元12的外部。
43.图4a和图4b为示出根据本发明至少一个实施方案的利用摆锤的操作的可再生能源发生器1的倾斜度变化的示意图。
44.如图4a和图4b所示，本发明的可再生能源发生器1可以调节壳体11的倾斜度。图4a示出了壳体11相对于海平面倾斜的状态。可再生能源发生器1的主旋转轴14可以不垂直于海平面并且可以以预定角度倾斜。例如，壳体11会由于波浪而倾斜，即使在没有波浪的情况下，壳体11也可能因各种天气状况而倾斜。图4b示出了壳体11垂直于海平面的状态。具体地，可再生能源发生器1的主旋转轴14垂直于海平面。
45.由于摆锤122仅沿一个方向进行运动，因此壳体11在倾斜时可能难以稳定地产生电力。传统上，波浪发电装置在处于不良位置和姿态时会无法有效地产生电。
46.根据至少一个实施方案的可再生能源发生器1的控制器15可以考虑到壳体11的倾斜度来控制可再生能源发生器1。例如，当壳体11倾斜时，控制器15可以控制壳体11至所需倾斜度或需求倾斜度，以提高可再生能源发生器1的发电效率。在此，需求倾斜度是指在可
再生能源发生器1的高发电效率下壳体11相对于海平面的倾斜度。例如，需求的倾斜度可以是壳体11垂直于海平面时的倾斜度。
47.本发明可以通过使用基于uwb的通信模块19、旋转角度传感器126和陀螺仪传感器127来计算可再生能源发生器1的绝对坐标，并且本发明可以计算壳体11的当前倾斜度和需求倾斜度。在此，当前倾斜度是指在可再生能源发生器1的当前状态下壳体11相对于海平面的倾斜度。另外，需求倾斜度可以由操作者任意设定。需求倾斜度不限于壳体11垂直于海平面时的倾斜度，而是可以根据可再生能源发生器1的发电效率和波浪的强度来设定为不同的值或以各种方式计算。
48.本发明可以通过利用可再生能源发生器1的活动来任意地调节壳体11的倾斜度。另外，本发明可以通过使可再生能源发生器1执行循环或重复的活动来产生预定的运动。可再生能源发生器1可以产生使观察者识别可再生能源发生器1的运动。诸如无人机、无人驾驶飞行器、管理者和控制中心的观察者可以通过使用摄像机图像、视觉和测量设备等来识别可再生能源发生器1。可以根据需要产生可再生能源发生器1的运动，而不管波浪存在与否或波浪的强度如何。
49.为了任意地调节壳体11的倾斜度或产生预定的运动，本发明的可再生能源发生器1可以使用主电机124和辅助电机16。下面将详细描述可再生能源发生器1使用主电机124和辅助电机16的活动。
50.图5为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器1的主电机124和辅助电机16的控制目标的示意图。
51.图6为示出根据本发明至少一个实施方案的可再生能源发生器1的活动的示意图。
52.如图5和图6所示，本发明的可再生能源发生器1可以使用主电机124和辅助电机16来任意地调节壳体11的倾斜度或产生壳体11的预定运动。主电机124和辅助电机16既可以用作驱动电机，也可以用作发电电机。当控制器15确定出需要任意地调节壳体11的倾斜度或产生壳体11的预定运动时，控制器15可以将主电机124和辅助电机16切换为驱动模式。
53.当主电机124被驱动时，齿轮单元125旋转，与齿轮单元125连接的摆锤旋转轴123旋转以使摆锤122操作(如实线所示)。当辅助电机16被驱动时，辅助齿轮单元17旋转，进而使固定至辅助齿轮单元17的主旋转轴14旋转，从而使主发生器单元12旋转(虚线)。摆锤122和主发生器单元12的轻微移动可以使可再生能源发生器1活动，从而引起壳体11的任意的受控倾斜及其预定运动。
54.图7为根据本发明至少一个实施方案的产生可再生能源的方法的流程图。
55.如图7所示，本发明可以通过使用通信模块19计算可再生能源发生器1的位置和姿态(步骤s701)。通过使用基于uwb的通信模块19，本发明可以计算可再生能源发生器1的绝对坐标并且计算可再生能源发生器1的倾斜状态和角度。
56.可再生能源发生器1可以通过使用旋转角度传感器126计算摆锤122的旋转信息并且通过使用陀螺仪传感器127计算波浪的强度变化(步骤s702)。旋转角度传感器126可以通过检测摆锤旋转轴123的旋转角度和旋转速度来计算摆锤122的旋转信息。通过使用陀螺仪传感器127，本发明可以计算波浪的强度、频率、速度和模式。
57.控制器15可以使用基于uwb的通信模块19、旋转角度传感器126和陀螺仪传感器127来计算可再生能源发生器1的壳体11的当前倾斜度和需求倾斜度，并且将当前倾斜度与
需求倾斜度进行比较(步骤s703)。在该情况中，需求倾斜度可以是壳体11在垂直于海平面时的倾斜度，或者需求倾斜度可以是非垂直的预定角度。此外，需求倾斜度可以连续改变以使可再生能源发生器1执行重复活动来产生预定运动。
58.在确定出当前倾斜度与需求倾斜度不一致时，控制器15可以将主电机124和辅助电机16切换为驱动模式(步骤s704)。当主电机124被驱动时，齿轮单元125旋转，进而使与齿轮单元125连接的摆锤旋转轴123旋转以使摆锤122操作。当辅助电机16被驱动时，辅助齿轮单元17旋转，进而使固定至辅助齿轮单元17的主旋转轴14旋转以使主发生器单元12旋转。摆锤122和主发生器单元12的轻微运动使可再生能源发生器1活动，从而引起壳体11的任意的受控倾斜及其预定运动(步骤s705)。
59.控制器15可以使用基于uwb的通信模块19、旋转角度传感器126和陀螺仪传感器127来计算可再生能源发生器1的壳体11的当前倾斜度，并且将当前倾斜度与需求倾斜度进行比较以确定两个倾斜度是否一致(步骤s706)。在确定出壳体11的倾斜度不需要调节时，控制器15可以使主电机124和辅助电机16在发电模式下使用(步骤s707)。
60.前述操作/功能可以实施为非易失性计算机可读记录介质上的计算机可读代码/算法/软件。计算机可读记录介质是可以存储数据的任何数据存储装置，所述数据随后可以由计算机或处理器/微处理器(例如在控制器15中包括的处理器)读取。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(hdd)、固态驱动器(ssd)、硅盘驱动器(sdd)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘、光学数据存储装置等。控制器15或其处理器可以通过执行存储在非易失性计算机可读记录介质上的计算机可读代码/算法/软件来执行上述操作/功能。
61.根据至少一个实施方案，利用通过考虑波浪的强度、速度和频率而控制的摆锤操作和电机，可再生能源发生器能够高效地活动。
62.根据本发明的至少一个实施方案，可再生能源发生器可以通过调节其倾斜度来以提高的效率运行。
63.尽管已经出于说明性目的描述了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所要求保护的发明的构思和范围的情况下，可以进行各种变型、增加和替换。因此，为了简洁和清楚起见，已经描述了本发明的示例性实施方案。本发明的实施方案的技术构思的范围不受说明性内容的限制。因此，普通技术人员将理解，所要求保护的发明的范围不受以上明确描述的实施方案的限制，而是受权利要求及其等效形式的限制。

技术特征：
1.一种可再生能源发生器，其包括：壳体，其配置为漂浮在水体中；主发生器，其包括：内壳体，摆锤，其配置为在所述内壳体内运动，摆锤旋转轴，其垂直地连接至所述摆锤并且固定至所述内壳体，主电机，其配置为将摆锤的动能转换为电能，以及齿轮，其连接至所述摆锤旋转轴并且配置为将摆锤的动能传递至主电机；一个或更多个框架，其以预定间隔固定在所述壳体的内部；主旋转轴，其配置为连接主发生器以能够相对于一个或更多个框架旋转；以及控制器，其配置为通过驱动主电机使摆锤操作，并且控制主发生器以使壳体由于摆锤的操作而活动。2.根据权利要求1所述的可再生能源发生器，其还包括：辅助齿轮，其位于所述主发生器的外部并且连接至所述主旋转轴；和辅助电机，其连接至所述辅助齿轮。3.根据权利要求2所述的可再生能源发生器，其中，所述控制器配置为驱动辅助电机以使主旋转轴旋转。4.根据权利要求2所述的可再生能源发生器，其中，所述控制器配置为驱动主电机和辅助电机以使壳体具有所需倾斜度或需求倾斜度。5.根据权利要求4所述的可再生能源发生器，其中，所述需求倾斜度确定为使可再生能源发生器的主旋转轴垂直于海平面定向。6.根据权利要求2所述的可再生能源发生器，其中，所述控制器配置为驱动主电机和辅助电机以使壳体产生预定运动。7.根据权利要求1所述的可再生能源发生器，其中，所述壳体呈不倒翁形状或胶囊形状。8.根据权利要求1所述的可再生能源发生器，其中，所述主发生器还包括：旋转角度传感器，其配置为检测摆锤旋转轴的旋转角度和旋转速度。9.一种产生可再生能源的方法，所述方法包括：计算可再生能源发生器的位置和姿态，所述可再生能源发生器呈自动扶正的不倒翁形状或胶囊形状，所述可再生能源发生器配置为将波浪能转换为电能以产生电力；确定摆锤是否需要在可再生能源发生器内操作；在确定出摆锤需要操作时，将安装在可再生能源发生器内部的主电机和辅助电机转换为驱动模式；调节可再生能源发生器的倾斜度。10.根据权利要求9所述的方法，其中，计算可再生能源发生器的位置和姿态包括：通过使用通信模块计算可再生能源发生器的位置信息。11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定摆锤是否需要操作包括：通过使用通信模块、旋转角度传感器和陀螺仪传感器中的一种或更多种来计算可再生能源发生器的当前倾斜度以及所需倾斜度或需求倾斜度；
将当前倾斜度与需求倾斜度进行比较。12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定摆锤是否需要操作包括：当可再生能源发生器具有与需求倾斜度不同的倾斜度时，确定出摆锤需要操作。13.根据权利要求12所述的方法，其中，调节可再生能源发生器的倾斜度包括：将可再生能源发生器的倾斜度向需求倾斜度调节。14.根据权利要求13所述的方法，其中，将可再生能源发生器的倾斜度向需求倾斜度调节包括：进行控制以使可再生能源发生器垂直于海平面定向。15.根据权利要求9所述的方法，其中，调节可再生能源发生器的倾斜度包括：利用摆锤的运动使可再生能源发生器活动。16.根据权利要求9所述的方法，其中，调节可再生能源发生器的倾斜度包括：使可再生能源发生器执行循环活动，以使可再生能源发生器产生预定运动。17.一种可再生能源发生器，其包括：壳体，其配置为漂浮在水体中；主发生器，其包括：内壳体，摆锤旋转轴，其机械地联接至所述内壳体，摆锤，其配置为围绕所述摆锤旋转轴的轴线摆动以使摆锤旋转轴旋转，主电机，齿轮，其连接至所述摆锤旋转轴并且配置为将摆锤旋转轴的旋转传递至主电机以使主电机产生电能，以及一个或更多个框架，其固定在所述壳体的内部；主旋转轴，其配置为连接主发生器以能够相对于一个或更多个框架旋转；以及控制器，其配置为控制主旋转轴的旋转来使主发生器运动，从而调节壳体相对于水域的倾斜度。18.根据权利要求17所述的可再生能源发生器，其还包括：辅助齿轮，其位于所述主发生器的外部并且连接至所述主旋转轴；和辅助电机，其连接至所述辅助齿轮。19.根据权利要求18所述的可再生能源发生器，其中，所述控制器配置为驱动辅助电机以使主旋转轴旋转。20.根据权利要求18所述的可再生能源发生器，其中，所述控制器配置为驱动主电机和辅助电机以使壳体具有相对于水域的所需倾斜度或需求倾斜度。

技术总结
本发明涉及可再生能源发生器及其控制方法。可再生能源发生器包括：壳体、主发生器单元、框架、主旋转轴和控制器，所述壳体形成为漂浮在水体中，所述框架以间隔固定在壳体的内部，所述主旋转轴连接主发生器单元以相对于框架可旋转，所述控制器通过驱动主电机来使摆锤操作并且控制主发生器单元以使壳体由于摆锤操作而活动。主发生器单元包括：内壳体、摆锤、摆锤旋转轴、主电机和齿轮单元，所述摆锤在内壳体内运动，所述摆锤旋转轴垂直地连接至摆锤并且固定至内壳体，所述主电机将摆锤的动能转换为电能，所述齿轮单元连接至摆锤旋转轴并且将摆锤的动能传递至主电机。将摆锤的动能传递至主电机。将摆锤的动能传递至主电机。


技术研发人员：河东泫 崔正勋 郑在雄
受保护的技术使用者：起亚株式会社
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2023/6/28