專利名稱：發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種發(fā)電機(power generator)，特別涉及一種用于使用來自 流動流體中的動能來發(fā)電的發(fā)電機總成。本發(fā)明還涉及一種包括這種發(fā)電機的發(fā)電設施。本發(fā)明特別可適用于水力發(fā)電的 情形，但不僅限于此。
背景技術：
流動流體(如水和風)中的動能是用于發(fā)電的能源(如生物燃料和化石燃料)的 一種公知的替代能源。使用流動流體發(fā)電不同于例如生物和化石燃料(生物和化石燃料在 用于發(fā)電時，同時向大氣中排放有害的燃燒氣體)，其對大氣沒有或有很少的不利影響。雖 然公知的用于獲得風能的設施通常運行成本低，但是往往安裝昂貴，發(fā)電容量相對較低。另 一方面，公知的用于獲得水能(如潮汐能)的設施發(fā)電容量相對較高。然而，這些類型的設 施也很昂貴，需要頻繁的維護，并且由于與淤塞和腐蝕相關的問題它們可能不可靠。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是實質上克服或至少改善一個或多個上述缺點，或者至少提供一種 有用的替代方式。

發(fā)明內容
一方面，本發(fā)明提供一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機總 成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動 流體的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以 總體螺旋的方式排列的葉片布置(bladearrangement)和至少一個連接到葉片布置的安裝 構成(moimtingformation)，每個安裝構成都適于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的 安裝，以使在使用時，流過發(fā)電機總成的流體與葉片布置相互作用使得葉片總成繞其旋轉 軸線旋轉；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個初級 線圈可通電，并被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成 的旋轉產(chǎn)生電能。發(fā)電機優(yōu)選包括多個初級線圈，每個初級線圈在葉片的末端或鄰近末端處連接到 葉片中的一個上。一種形式下，發(fā)電機還可以包括電連接到每個初級線圈的電流供應，用于對每個 初級線圈通電以在每個初級線圈周圍引起磁場。另一種形式下，發(fā)電機還可以包括電連接 到每個次級線圈的電流供應，用于對每個次級線圈通電以引起磁場，該磁場在每個初級線 圈中引起電流。優(yōu)選地，發(fā)電機還進一步包括所述至少一個固定的次級線圈，用于當每個初級線圈通電時與每個初級線圈磁相通。發(fā)電機，優(yōu)選地，包括多個所述次級線圈。第二方面，本發(fā)明提供一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機 總成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動 流體的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以 總體螺旋的方式排列的葉片布置和至少一個連接到葉片布置的安裝構成，每個安裝構成適 于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，流過發(fā)電機總成的流體與 葉片布置相互作用使得葉片總成繞其旋轉軸線旋轉；以及至少一個永磁體，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個永磁體 被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成的旋轉產(chǎn)生電 能。葉片總成優(yōu)選包括在葉片總成的首端和尾端之間延伸的長軸，該軸具有界定出葉 片總成的旋轉軸線的縱軸，葉片布置安裝在軸上并從軸上伸出。發(fā)電機優(yōu)選驅動連接到軸 上。葉片布置優(yōu)選終止軸的端部的退縮，每個安裝構成由軸的端部提供，以使在使用時，可 旋轉地安裝或支承軸和相應的葉片總成。優(yōu)選地，每個安裝構成包括安裝在軸上并適于連 接到支承結構的軸承元件，以允許葉片總成相對于所述支承結構旋轉。在一個實施例中，葉片布置優(yōu)選包括多個沿軸以所述總體螺旋的方式縱向間隔的 梁。在此實施例中，每個梁優(yōu)選安裝在軸上以使其繞軸的旋轉軸線可調地旋轉，以允許調節(jié) 葉片總成的間距。葉片布置，在此實施例中，進一步優(yōu)選包括沿每對相鄰梁的長度延伸并連 接到每對相鄰梁的網(wǎng)(web)或外皮(skin)，以使葉片布置，不論每個梁的間距是多少，都在 其整個表面上不中斷。在另一個實施例中，如果需要，葉片布置優(yōu)選包括一個或多個連續(xù)的螺旋狀葉片。優(yōu)選地，葉片布置，當在側視圖中觀察時，從其首端到其尾端逐漸變細。發(fā)電機總成優(yōu)選還包括在葉片總成的首端和尾端之間延伸的長的末端開口的罩， 該罩連接到葉片總成并圍繞葉片總成，以使罩在使用時隨葉片總成旋轉。因此，罩也具有首 端和尾端。優(yōu)選地，罩連接到葉片布置的每個葉片的末端，罩和每個葉片之間的連接是實質 上流體不可滲透的連接。同樣地，在葉片布置包括多個梁和所述網(wǎng)或外皮的實施例中，每個 網(wǎng)或外皮的末端，優(yōu)選地，也連接到罩。優(yōu)選地，網(wǎng)或外皮和罩之間的連接是實質上流體不 可滲透的連接。在使用時，與葉片布置相互作用以使發(fā)電機總成旋轉的流動流體因此從罩 的首端進入罩并通過其尾端流出。優(yōu)選地，罩是薄壁結構，并沿其至少部分長度從其首端到其尾端收攏，所述收攏與 葉片總成的逐漸變細相對應。罩優(yōu)選是多段(multi-section)的或一體模制結構，其具有首端部分、尾端部 分以及在首端部分和尾端部分之間延伸的長的中間部分，流動流體通過首端部分進入 罩，通過尾端部分流出罩，中間部分從首端部分向尾端部分收攏。有利的是，罩的首端部 分向中間部分收攏，尾端部分從中間部分擴開，使得罩總體上是收攏-擴開的文丘里管 (converging-divergingventuri)的形式，其具有由中間部分形成的收攏的長喉。優(yōu)選地，罩具有環(huán)形橫截面形狀，使得罩的首端部分和尾端部分以喇叭口的方式 張開。
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每個安裝構成優(yōu)選包括連接到軸的端部的軸承元件，軸承元件在使用時安裝在固 定的支承結構上，以使發(fā)電機總成相對于支承結構旋轉。在進一步的變型中，發(fā)電機總成包括位于罩前面，最好鄰近罩首端部分的定子 (stator)。定子優(yōu)選包括一個或多個可調間距的葉片。在另一個變型中，發(fā)電機總成包括位于罩后面，最好鄰近罩尾端部分的開有溝槽 的排出器布置(slotted ejector arrangement)。一種形式下，開有溝槽的排出器布置連接 到罩并隨著罩旋轉。另一種形式下，開有溝槽的排出器布置不連接到罩，也不隨罩旋轉。在 一個實施例中，開有溝槽的排出器布置包括多個間隔開的管狀部分，并且最好從罩直徑地 擴散。在另一個實施例中，開有溝槽的排出器布置是一體結構，其中具有螺旋溝槽，并且優(yōu) 選從罩直徑地擴散。一種形式下，總成優(yōu)選包括適于改變開有溝槽的排出器布置的軸長的 驅動裝置。另一種形式下，總成優(yōu)選包括適于改變開有溝槽的排出器布置的軸長和徑寬的 驅動裝置。另一方面，本發(fā)明提供一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生能量的發(fā)電機 總成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動 流體的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括葉片布置和至 少一個安裝構成，葉片布置包括沿旋轉軸線的長度間隔的多個葉片，安裝構成連接到葉片 布置，每個安裝構成適于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，流過 發(fā)電機總成的流體與葉片布置相互作用，使得葉片總成繞其旋轉軸線旋轉；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，初級線圈被排列成 在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成的旋轉產(chǎn)生能量。優(yōu)選地，當這種發(fā)電機的葉片布置包括多個葉片時，根據(jù)本發(fā)明的這個方面的發(fā) 電機的特征或組件與根據(jù)本發(fā)明的前述方面的發(fā)電機的特征或組件相類似。再一方面，本發(fā)明提供一種發(fā)電設施，該設施包括發(fā)電機，其如上面所描述的，包括至少一個次級線圈；以及支承結構，發(fā)電機通過葉片布置的每個安裝構成安裝在支承結構上，用于使葉片 布置繞其旋轉軸線旋轉，并且發(fā)電機的每個次級線圈安裝在安裝結構上。在潮汐能或洋流(ocean stream)發(fā)電的情況下，發(fā)電機將淹沒在海洋中。在河水 流(river flow)發(fā)電的情況下，發(fā)電機將淹沒在河水中或流動的溪流中。在發(fā)電機所用的 流動流體是風的情況下，發(fā)電機將被放置在開闊場地，當風吹過時，它將暴露在空氣流中。在一個實施例中，支承結構包括由可彎曲元件構成的織網(wǎng)(network)，如(重的) 鏈條或纜繩。由可彎曲元件構成的織網(wǎng)可以這樣排列，其使得發(fā)電機能夠對準，使得罩的入 口端與流體流動的方向相對，優(yōu)選使得發(fā)電機根據(jù)流體流動的方向自對準。在此實施例中， 由可彎曲元件構成的織網(wǎng)優(yōu)選可以這樣排列，其使得發(fā)電機以風向袋(windsock)的通常 方式安裝在其上。在另一個實施例中，支承結構是剛性結構，包括剛性元件構成的織網(wǎng)。另一方面，本發(fā)明提供一種適于噴射流體的推進或泵裝置，該推進或泵裝置包 括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動 流體的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以總體螺旋的方式排列的葉片布置和至少一個連接到葉片布置的安裝構成，每個安裝構成適 于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，葉片總成繞其旋轉軸線的 旋轉與流過發(fā)電機總成的流體相互作用；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個初級 線圈被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于施加到所述至少一 個固定的次級線圈的電能產(chǎn)生葉片總成的旋轉。


現(xiàn)在參照附圖，僅以示例的方式，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，其中圖1是發(fā)電機的第一實施例的橫截面示意圖；圖2是發(fā)電機的第二實施例的橫截面示意圖；圖3是發(fā)電機的第三實施例的橫截面示意圖；圖4是發(fā)電機的第四實施例的橫截面示意圖；圖5是發(fā)電機的第五實施例的橫截面示意圖；圖6是發(fā)電機的第六實施例的橫截面示意圖；圖7是發(fā)電機的第七實施例的橫截面示意圖；圖8是發(fā)電機的第八實施例的橫截面示意圖；以及圖9是發(fā)電機的第九實施例的橫截面示意圖。
具體實施例方式圖1示意性地表示了發(fā)電機總成IOa的第一實施例，其由流動流體12(如潮汐流、 洋流、河水流(river flow)或風)的動能驅動來產(chǎn)生電能。發(fā)電機總成IOa包括葉片總成 14，葉片總成14具有朝向流體12的迎面流的首端16和與首端16間隔并朝向流體12的流 動方向的尾端18。葉片總成14具有在首端16和尾端18之間延伸的旋轉軸線20。葉片總成14還包 括軸24形式的安裝構成，其由首端軸承26和尾端軸承28支承。斜拉索(Stay cables) 36 和38分別連接到軸承26和28，將總成IOa放置在流體流12中，并阻止總成IOa在流體流 12中的移動。葉片總成14還具有多個(在該例子中，是一對)等角間隔的螺旋狀葉片44形式 的葉片布置和總體上截頭圓錐形的罩50。也可以使用其它數(shù)目(如3、4、或5等)的等角 間隔的螺旋狀葉片。由于葉片44隨著罩50的內部尺寸從首端16到尾端18纏繞在軸24 上，所以葉片44的直徑減小。葉片44的末端也結合到罩50的內表面。結果是，在使用時， 罩50隨葉片44旋轉，在罩50的前面形成漩渦。 罩50是多段結構，其具有首端部分50a、尾端部分50b以及在首端部分50a和尾端 部分50b之間延伸的長的中間部分50c，流動流體12通過首端部分50a進入罩50，通過尾 端部分50b流出罩50。中間部分50c的直徑還從首端部分50a向尾端部分50b收攏。罩 50的首端部分50a還向中間部分50c收攏，尾端部分50b從中間部分50c擴開，使得罩50 總體上是收攏-擴開的文丘里管的形式，其具有由中間部分50c形成的收攏的長喉。在沿 其長度方向的所有點，罩50具有環(huán)形橫截面形狀。形成為文丘里管的罩首端部分50a在葉
9片總成14的后面形成低壓區(qū)域，這有利地使得流體更自由地流過罩50并從罩50中流出。 而且，由于罩50結合到葉片44，所以罩50與葉片44 一起旋轉，罩50的旋轉運動在罩50的 前面引起打旋(swirl)或漩渦。這種漩渦是有利的，因為它模仿了漩渦(whirlpool)(如自 然界中所發(fā)現(xiàn)的)，與不然的話流過葉片總成14的流體相比，它吸入了額外的流體到葉片 總成14中。為了增加強度，罩50還可以是一體模制結構?？偝蒊Oa還包括定子100。一系列初級線圈52通過纏繞在罩首端部分50a的范圍而集成到罩首端部分50a 中。一系列次級線圈54a和次級能量線圈(secondary power coil) 54b集成到定子100中。在使用時，葉片總成14安裝在流體流12中，流體流12將其能量給予葉片44。當 流體流12向葉片44施加力時，葉片44通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。當向次級線圈54a施加小的勵磁電流55時，產(chǎn)生磁場56，磁場56在初級線圈52 中引起電流。然后初級線圈52產(chǎn)生磁場57，磁場57與初級線圈52的旋轉運動一起在連接 的用于發(fā)電58的次級能量線圈54b內部引起大的電流?？蛇x地，初級線圈52可以用永磁體替代，永磁體產(chǎn)生磁場57并在用于發(fā)電58的 次級能量線圈54b中引起電流。在這種結構下，不需要次級線圈54a和勵磁電流55。進一步可選地，勵磁電流55可以施加到初級線圈52上。在這種結構下，不需要次 級線圈54a和磁場56。斜拉索36和38連接到安裝在海洋中的合適的支承結構上，或者可選地，它們可以 連接到橫跨海灣的橋或多組纜繩上或者一組支承結構上。軸承26、28和斜拉索36、38的可選布置可以更適用于其它應用。例如，在另一個 實施例(未示出)中，可以移除軸承26，以使軸承28是支承軸24的軸向和徑向力的單個軸 承。還可以移除斜拉索38，以使總成IOa僅由斜拉索36支承，并找到它自己的最佳對準，以 更像風向袋一樣漂動。總成IOa還可以隨意漂浮，并允許晃動和改變方向以運行在來來往 往的潮水上。進一步可選地，不同頻率的電流可以施加到次級線圈54a上，這進而產(chǎn)生磁場，該 磁場在初級線圈52中引起電流。所引起的電流產(chǎn)生磁場，與來自次級線圈54a的磁場相互 作用，以產(chǎn)生旋轉運動，這進而產(chǎn)生葉片44的旋轉運動并在周圍的流體中提供推力來推動 船(craft)或泵送流體。施加到次級線圈54a的電流的頻率可以進一步調節(jié)，以使總成IOa 起再生制動器(regenerative brake)的作用，這有利于在不利天氣條件下減緩或停止總成 10a。圖2表示了發(fā)電機總成IOb的第二實施例。該總成IOb的結構和運行與圖1中所 示的相類似，并且與第一實施例中使用的相同附圖標記用來指示圖2中的相同特征。在總成IOb中，葉片總成14包含一系列葉片44，葉片44排列成使它們繞軸24產(chǎn) 生螺旋狀外形。初級線圈52通過纏繞在葉片44的末端周圍而集成到葉片44中。初級線 圈52與次級線圈54a以及次級能量線圈54b磁相通。箭頭12所示的流體流進入總成10b，并將其能量給予葉片44。由于流體12向葉 片44施加力，所以葉片44通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。葉片44還可以設計為引 導流體12向軸24徑向向里流動，以容許最少的流體逃出總成IOa的邊界，該邊界由次級線 圈54a和次級能量線圈54b界定。
當小的勵磁電流55施加到次級線圈54a時，產(chǎn)生磁場56，該磁場56在初級線圈 52中引起電流。然后初級線圈52產(chǎn)生磁場57，該磁場57與初級線圈52的旋轉運動一起 在連接的用于發(fā)電58的次級能量線圈54b內部引起大的電流。圖3表示了發(fā)電機總成IOc的第三實施例。該總成IOc的結構和運行與圖1和2 中所示的相類似，并且與描述第一和第二實施例時所使用的相同附圖標記用來指示圖3中 的相同特征。在總成IOc中，葉片總成14具有一系列獨立梁22的形式的葉片布置，梁22繞旋 轉軸線20以總體螺旋的方式排列。梁22以足夠的間隙連接到軸24，這樣它們能夠繞軸線20相對于彼此旋轉。梁22 通過凸緣(未示出)保持在軸24的首端16合適的位置，并且在尾端18，軸24帶螺紋并擰 有螺母(未示出)以沿軸24施加力并將梁22鎖在合適的位置?？蛇x地，外皮或網(wǎng)40可以 纏繞在梁22的周圍，外皮40能夠伸展并與梁22的間距變化建立關系。由于梁22在由罩50的中間部分50c形成的總體上截頭圓錐形的邊界中從首端16 到尾端18纏繞在軸24上，所以梁22的每個的長度減小。該罩與參考圖1中的總成IOa所 描述的罩相類似。在使用時，葉片總成14安裝在流體流12中，流體流12將其能量給予外皮40和梁 22。當流體流12向梁22施加力時，梁22通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。梁22還可以配置為引導流體流12向軸24徑向向里流動，以使逃出罩50的邊界 的流體最少。為此，梁22，當在軸線20的方向看時，它是扭轉的并且在它們的端部是顯著向 里彎曲的(在它們的旋轉方向上)，就像“杯子(cups)” 一樣起作用，并引導流體向軸線20 流動。當流體流12繼續(xù)流過葉片總成14時，流的橫截面面積減小，其壓力降低。由于其壓 力降低，流體流的速度增加，使得最大量的能量從流體流12傳遞給梁22。結果是，發(fā)電機 總成IOa就像反作用式渦輪機一樣起作用，反作用式渦輪機通常與中等主流(medium head flows)相關而不是與零主自由流(zerohead free flows)相關。當流體流12的速度發(fā)生 變化時，可以改變梁22的旋轉對準(即間距)，以便以最大效率或功率輸出運行發(fā)電機總成 10。這有利地允許在一定流速度的范圍內顯著地增加渦輪機效率和功率輸出。梁22包括在其末端的初級線圈52，這與參考圖2中的總成IOb所描述的相類似。 次級線圈54a和次級能量線圈54b也與參考圖2中的總成IOb所描述的相類似，并且它們 位于罩50的外部。流體流12進入總成IOc并將其能量給予外皮40和梁22。當流體12向梁22施加 力時，梁22通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。當小的勵磁電流55施加到次級線圈54a時，產(chǎn)生磁場56，該磁場56在初級線圈 52中引起電流。然后初級線圈52產(chǎn)生磁場57，該磁場57與初級線圈52的旋轉運動一起 在連接的用于發(fā)電58的次級能量線圈54b內部引起大的電流。在總成IOc中，罩50還包括輪葉(vanes)90，其安裝在罩首端部分50a的前沿，以 便進一步增加在罩50的前面所引起的漩渦。在葉片總成14的首端16的入口處，該漩渦進 一步受到梁22的末端增加的速度的輔助，在罩50的首端16處產(chǎn)生吸入壓力。罩50內部 降低的壓力、罩50后面降低的壓力、旋轉的罩50在葉片總成14的前面引起漩渦、流輪葉90 在葉片總成14前面引起漩渦、以及在葉片總成14的入口處葉片的更小間距，這些的組合導
11致與不是這樣的情況相比，實質上更多的流體被吸入到葉片總成14中。增加的流過葉片總 成14的流體急劇地增加總成IOc的功率輸出。圖4表示了發(fā)電機總成IOd的第四實施例。再一次地，參考之前的實施例所描述 的相同特征以相同的附圖標記表示。在總成IOd中，葉片44與參考圖1中的總成IOa所描述的相類似。初級線圈52 也集成到罩首端部分50a中，它也與參考圖1中的總成IOa所描述的相類似。初級線圈52 與集成到定子100中的次級線圈54a和次級能量線圈54b磁相通。罩50隨葉片44旋轉， 并環(huán)繞半組磁軸承60，該半組磁軸承60與相對的半組磁軸承62磁相通。磁軸承60和62 作為一組來起作用，來相互排斥以使它們允許罩50、葉片44以及初級線圈52的旋轉。錐形 的磁軸承60和62也允許它們起到推力軸承(thrust bearing)的作用，它們沿著旋轉軸線 20向首端16施加力以反作用于施加到葉片44的拉力。磁軸承60和62通過支承64牢固 地連接到定子100。流體流12進入總成IOc并將其能量給予葉片44。當流體12向葉片44施加力時， 葉片44通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。當小的勵磁電流55施加到次級線圈54a時，產(chǎn)生磁場56，該磁場56在初級線圈 52中引起電流。然后初級線圈52產(chǎn)生磁場57，該磁場57與初級線圈52的旋轉運動一起 在連接的用于發(fā)電58的次級能量線圈54b的內部引起大的電流?？偝蒊Od通過斜拉索36和38保持在運動的流(moving current)中。斜拉索36 和38連接到安裝在海洋中的合適的支承結構，或者可選地，它們可以連接到跨越海灣的橋 或一組纜繩上或者一組支承結構上。斜拉索36和38的可選布置可以更適用于其它應用。 例如，還可以移除出口斜拉索38，以使總成IOd僅由斜拉索36支承，并找到它自己的最佳對 準，以更像風向袋一樣飄動?？偝蒊Od還可以隨意漂浮，并允許晃動和改變方向以運行在來 來往往的潮水上。圖5表示了發(fā)電機總成IOe的第五實施例。與參考之前的實施例所描述的相同的 特征也是由相同的附圖標記表示?？偝蒊Oe的結構和運行與參考圖1所描述的總成IOa非常相似，除了初級線圈52 和次級線圈54a以及次級能量線圈54b徑向而非軸向間隔開，并且次級線圈54a和次級 能量線圈54b位于初級線圈52的外部。在這種結構下，總成IOd更像環(huán)形發(fā)電機(ring generator) 一樣起作用，與盤形發(fā)電機(disc generator)相對，并且它允許更多的空間來 集成線圈。在一個可選的布置中，次級線圈54a和次級能量線圈54b位于初級線圈52的內 部上面。圖6表示了發(fā)電機總成IOf的第六實施例。與參考之前的實施例所描述的相同的 特征也由相同的附圖標記表示。在總成IOf中，軸24是空的(hollow)，其包括在其中圍繞實心結構梁72的錐形滾 柱軸承70，梁72結合到定子100 (或其它固定結構)。軸承70允許軸24和葉片44相對于 梁72旋轉，也允許它們反作用于在總成IOf上的軸向推力或拉力。葉片44與參考圖1中 的總成IOa所描述的相類似。初級線圈52也集成到罩首端部分50a中，次級線圈54a和次 級能量線圈54b集成到定子中，與參考圖1中的總成IOa所描述的相類似。總成IOf還包括在罩50的出口處(即尾端部分50b)的開有溝槽的排出器布置102。開有溝槽的排出器布置102連接到罩50，并因此隨罩50旋轉。開有溝槽的排出器布 置102的間隔開的部分106之間的空隙104允許流體圍繞總成IOe的外部流動，以有效地噴 射(如箭頭108所示)入流體流離開罩。這種額外的流體108的效果是它引起凈化效果， 并增加離開罩的流體的能量，并促使更多的流體流過罩50的內部，由此改善總成IOe的效 率和功率輸出。箭頭12所示的流體流進入總成IOb并將其能量給予葉片44。當流體12向葉片 44施加力時，葉片44通過給予軸24旋轉力或力矩來反應。當小的勵磁電流55施加到次級線圈54a時，產(chǎn)生磁場56，該磁場56在初級線圈 52中引起電流。然后初級線圈52產(chǎn)生磁場57，該磁場57與初級線圈52的旋轉運動一起 在連接的用于發(fā)電58的次級能量線圈54b內部引起大的電流?？蛇x地，初級線圈52可以用永磁體來替代，永磁體產(chǎn)生磁場57并在用于發(fā)電58 的次級能量線圈54b中引起電流。在這種結構中，不需要次級線圈54a和勵磁電流55。斜拉索36和38連接到安裝在海洋中的合適的支承結構，或者可選地，它們可以連 接到橫跨海灣的橋或一組纜繩上或者一組支承結構上。斜拉索36和38的可選布置可以更 適用于其它應用。例如，還可以移除出口斜拉索38，以使總成IOf僅由斜拉索36支承，并找 到它自己最佳的對準，以更像風向袋那樣飄動?？偝蒊Od還可以隨意漂浮，并允許晃動和改 變方向以運行在來來往往潮水上。可選地，不同頻率的電流可以施加到次級能量線圈54b，這進而產(chǎn)生磁場，該磁場 在初級線圈52中引起電流。所引起的電流產(chǎn)生磁場，與來自次級線圈54a的磁場相互作用， 以產(chǎn)生旋轉運動，該旋轉運動進而產(chǎn)生葉片44的旋轉運動，并在流體12中提供推力以推動 船或泵送流體。施加到次級能量線圈54b的電流的頻率可以進一步調節(jié)，以使渦輪機起再 生制動器的作用，這有利于在不利天氣條件下減緩或停止渦輪機。圖7表示了發(fā)電機總成IOg的第七實施例。與參考之前的實施例所描述的相同的 特征也由相同的附圖標記表示。總成IOg的結構和運行與參考圖6所描述的總成IOf相類 似。開有溝槽的排出器布置102連接到罩50，并因此隨罩50旋轉。然而，在總成IOf 中，開有溝槽的排出器布置102是一體結構，其具有在部分106之間形成間隙104的單個螺 旋狀溝槽。需要說明的是，開有溝槽的排出器102的長度可以調節(jié)以改變溝槽104的寬度， 以改變噴射的效果和功率輸出。通過改變排出器的長度，溝槽22的寬度可以改變，調節(jié)了 功率輸出。液壓桿(hydraulic ram)80形式的驅動裝置連接到結構梁72上?？蛇x地，驅動 裝置可以是渦輪布置(worm gear arrangement) 0液壓缸82連接到桿80的一端，并用來 伸出或收縮桿80。桿80的另一端通過支承84和樞軸86連接到排出器最外環(huán)108。當桿 80伸出時，它在樞軸86、支承84和(端部的)環(huán)108上施加力，使得排出器布置102長度 增加(并且直徑減小)。為了收縮(和加寬)排出器布置102，使用桿80施加反向力。例如，總成IOf可以在慢速流中安裝有更長的開有溝槽的排出器布置102，以汲取 更多的水穿過并增加功率輸出。在快速流中，可以使用更短的排出器布置102。還可以用彈 性材料(如鋁)構造螺旋狀的開有溝槽的排出器布置102，這樣它就可以依賴于來自水流的 強度施加給它的力來改變其形狀。圖8表示了發(fā)電機IOh的第八實施例。參考之前的實施例所描述的相同的特征也由相同的附圖標記來表示?？偝蒊Og的結構和運行與參考圖7所描述的總成IOg相類似。然而，在總成IOh中，開有溝槽的排出器布置102不連接到罩50，也不隨罩50旋 轉。開有溝槽的排出器布置102反而通過支承84連接到結構梁72的延伸部分72'，并因 此在罩50旋轉時保持靜止。圖9表示了發(fā)電機總成IOi的第九實施例。參考之前的實施例所描述的相同的特 征也由相同的附圖標記來表示。總成IOi的結構和運行與參考圖7所描述的總成IOg相類 似。然而，在總成IOi中，開有溝槽的排出器布置102也不連接到罩50，也不隨罩50旋 轉。而且，桿80也不相對于結構梁72旋轉。開有溝槽的排出器布置102反而通過支承84 和樞軸86連接到結構梁72，并因此在罩50旋轉時保持靜止。連接到桿80—端的液壓缸82可以用來伸出或收縮桿80。當桿80伸出時，它在樞 軸86、支承84和(端部的)環(huán)106上施加力，使得排出器布置102長度增加(并且直徑減 小)。為了收縮(和加寬)排出器布置102，使用桿80施加反向力。而且，如果用固定的連 接器替換樞軸86，則伸出桿80僅增加排出器布置的長度。類似地，桿80上的反向力僅收縮 排出器布置102。盡管已經(jīng)參考優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員應該理解的是， 本發(fā)明可以以許多其它形式實施。
1權利要求
一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機總成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動流體的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以總體螺旋的方式排列的葉片布置和至少一個連接到葉片布置的安裝構成，每個安裝構成適于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，流過發(fā)電機總成的流體與葉片布置相互作用，使得葉片總成繞其旋轉軸線旋轉；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個初級線圈可通電，并被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成的旋轉產(chǎn)生電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機包括多個初級線圈，每個初 級線圈在葉片的末端或鄰近末端處連接到葉片中的一個上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)電機總成，其特征在于，電能還包括電流供應，電流供 應電連接到每個初級線圈，用于對每個初級線圈通電以在每個初級線圈周圍引起磁場。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)電機，其特征在于，發(fā)電機還包括電流供應，電流供應 電連接到每個次級線圈，用于對每個次級線圈通電以引起磁場，該磁場在每個初級線圈中 引起電流。
5.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機進一步包括至少一 個固定的次級線圈，用于當每個初級線圈通電時與每個初級線圈磁相通。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機包括多個所述次級線圈。
7.一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機總成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動流體 的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以總體 螺旋的方式排列的葉片布置和至少一個連接到葉片布置的安裝構成，每個安裝構成適于允 許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，流過發(fā)電機總成的流體與葉片 布置相互作用使得葉片總成繞其旋轉軸線旋轉；以及至少一個永磁體，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個永磁體被排 列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成的旋轉產(chǎn)生電能。
8.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片總成包括在葉片總成 的首端和尾端之間延伸的長的軸，該軸具有界定出葉片總成的旋轉軸線的縱軸，葉片布置 安裝在軸上并從軸上伸出。
9.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置終止軸的端部的退縮，每 個安裝構成由軸的端部提供，以使在使用時，可旋轉地安裝或支承軸和相應的葉片總成。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的發(fā)電機總成，其特征在于，每個安裝構成包括安裝在軸 上并適于連接到支承結構的軸承元件，以允許葉片總成相對于所述支承結構旋轉。
11.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置包括多個梁，該 梁沿軸以所述總體螺旋的方式縱向間隔。
12.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)電機總成，其特征在于，每個梁安裝在軸上，使得它繞軸 的旋轉軸線可調地旋轉，以允許調節(jié)葉片總成的間距。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置進一步包括沿每對相鄰梁的長度延伸并連接到每對相鄰梁的網(wǎng)或外皮，以使葉片布置不論每個梁的間距是 多少，都在其整個表面上不中斷。
14.根據(jù)權利要求1至10中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置包 括一個或多個連續(xù)的螺旋狀葉片。
15.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置，當在側視圖中 觀察時，它從其首端到其尾端逐漸變細。
16.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機總成還包括在葉片 總成的首端和尾端之間延伸的長的末端開口的罩，該罩連接到葉片總成并圍繞葉片總成， 以使罩在使用時隨葉片總成旋轉。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩具有首端和尾端。
18.根據(jù)權利要求16或17所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩連接到葉片布置的每個 葉片的末端，罩和每個葉片之間的連接是實質上流體不可滲透的連接。
19.根據(jù)權利要求16或17所述的發(fā)電機總成，其特征在于，葉片布置包括多個梁和所 述網(wǎng)和外皮，每個網(wǎng)或外皮的末端也連接到罩。
20.根據(jù)權利要求19所述的發(fā)電機總成，其特征在于，網(wǎng)或外皮與罩之間的連接是實 質上流體不可滲透的連接。
21.根據(jù)權利要求16至20中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，在使用時， 與葉片布置相互作用以使發(fā)電機總成旋轉的流動流體因此從罩的首端流入罩并通過罩的 尾端流出。
22.根據(jù)權利要求16至22中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩是薄壁 結構，并沿其至少部分長度從其首端到其尾端收攏，所述收攏相應于葉片總成的逐漸變細。
23.根據(jù)權利要求16到22中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩是多段 或一體模制結構，其具有首端部分、尾端部分以及在首端部分和尾端部分之間延伸的長的 中間部分，流動流體通過首端部分進入罩，通過尾端部分流出罩，中間部分從首端部分向尾 端部分收攏。
24.根據(jù)權利要求23所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩的首端部分朝中間部分收攏， 尾端部分從中間部分擴開，以使罩總體上是收攏-擴開的文丘里管的形式，其具有由中間 部分形成的收攏的長喉。
25.根據(jù)權利要求23或24所述的發(fā)電機總成，其特征在于，罩具有環(huán)形橫截面形狀，以 使罩的首端部分和尾端部分以喇叭口的方式張開。
26.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，每個安裝構成包括連接到 軸的端部的軸承元件，該軸承元件在使用時安裝在固定的支承結構上，以使發(fā)電機總成相 對于支承結構旋轉。
27.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機總成包括在罩前面 的定子。
28.根據(jù)上述任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機總成包括在罩后面 的開有溝槽的排出器布置。
29.根據(jù)權利要求28所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽的排出器布置鄰近罩 尾端部分。
30.根據(jù)權利要求28或29所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽的排出器布置連接到罩并隨罩旋轉。
31.根據(jù)權利要求28或29所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽的排出器布置不 連接到罩，也不隨罩旋轉。
32.根據(jù)權利要求28至31中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽 的排出器布置包括多個間隔開的管狀部分。
33.根據(jù)權利要求28至31中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽 的排出器布置為一體結構，在其中具有螺旋狀溝槽。
34.根據(jù)權利要求32或33所述的發(fā)電機總成，其特征在于，開有溝槽的排出器布置從 罩直徑地擴散。
35.根據(jù)權利要求33或34所述的發(fā)電機總成，其特征在于，總成包括適于改變開有溝 槽的排出器布置的軸長的驅動裝置。
36.根據(jù)權利要求33或34所述的發(fā)電機總成，其特征在于，總成包括適于改變開有溝 槽的排出器布置的軸長和徑寬的驅動裝置。
37.一種用于使用來自流動流體中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機總成，發(fā)電機包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動流體 的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括葉片布置和至少一 個安裝構成，葉片布置包括沿旋轉軸線的長度間隔的多個葉片，安裝構成連接到葉片布置， 每個安裝構成適于允許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，流過發(fā)電 機總成的流體與葉片布置相互作用，使得葉片總成繞其旋轉軸線旋轉；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，初級線圈被排列成在使 用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于葉片總成的旋轉產(chǎn)生電能。
38.一種發(fā)電設施，該設施包括發(fā)電機，如上面所描述，其包括至少一個次級線圈；以及支承結構，發(fā)電機通過葉片布置的每個安裝構成安裝在支承結構上，用于使葉片布置 繞其旋轉軸線旋轉，發(fā)電機的每個次級線圈安裝在安裝結構上。
39.根據(jù)權利要求38所述的發(fā)電機設施，其特征在于，發(fā)電機淹沒在海洋中。
40.根據(jù)權利要求38所述的發(fā)電機設施，其特征在于，發(fā)電機淹沒在河水中或流動的 溪流中。
41.根據(jù)權利要求38所述的發(fā)電機設施，其特征在于，發(fā)電機位于開闊場地，當風吹過 時，它將暴露在空氣流中。
42.根據(jù)權利要求38至41中任一權利要求所述的發(fā)電機設施，其特征在于，支承結構 包括由可彎曲元件構成的織網(wǎng)。
43.根據(jù)權利要求42所述的發(fā)電機總成，其特征在于，由可彎曲元件構成的織網(wǎng)包括 (重的)鏈條和纜繩。
44.根據(jù)權利要求42或43所述的發(fā)電機總成，其特征在于，由可彎曲元件構成的織網(wǎng) 被排列成以使得發(fā)電機可以對準使得罩的入口端與流體流動的方向相對。
45.根據(jù)權利要求44所述的發(fā)電機總成，其特征在于，發(fā)電機根據(jù)流體流動的方向自 對準。
46.根據(jù)權利要求42至45中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，由可彎曲 元件構成的織網(wǎng)被排列成以使得發(fā)電機以風向袋的通常方式安裝在其上。
47.根據(jù)權利要求38至41中任一權利要求所述的發(fā)電機總成，其特征在于，支承結構 是剛性結構，其包括剛性元件構成的織網(wǎng)。
48.一種適于噴射流體的推進或泵裝置，該推進或泵裝置包括葉片總成，其具有用于朝向流入的流動流體的首端、與首端間隔并用于朝向流動流體 的方向的尾端以及在首端和尾端之間延伸的旋轉軸線，該葉片總成包括繞旋轉軸線以總體 螺旋的方式排列的葉片布置和至少一個連接到葉片布置的安裝構成，每個安裝構成適于允 許繞自身旋轉軸線旋轉的葉片總成的安裝，以使在使用時，葉片總成繞其旋轉軸線的旋轉 與流過發(fā)電機總成的流體相互作用；以及至少一個初級線圈，其連接到葉片布置用于隨葉片布置旋轉，所述至少一個初級線圈 被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈相互作用以響應于施加到所述至少一個固 定的次級線圈的電能產(chǎn)生葉片總成的旋轉。
全文摘要
一種用于使用來自流動流體(12)中的動能來產(chǎn)生電能的發(fā)電機總成(10a)。發(fā)電機(10a)包括葉片總成(14)和至少一個初級線圈(52)。葉片總成(14)具有用于朝向流入的流動流體(12)的首端(16)、與首端(16)間隔并用于朝向流動流體(12)的方向的尾端(18)以及在首端(16)和尾端(18)之間延伸的旋轉軸線(20)。葉片總成(14)包括繞旋轉軸線(20)以總體螺旋的方式排列的葉片布置(44)和至少一個連接到葉片布置(44)的安裝構成(26，36)。每個安裝構成(26，36)適于允許繞自身旋轉軸線(20)旋轉的葉片總成(14)的安裝，以使在使用時流過發(fā)電機總成(10a)的流體與葉片布置(44)相互作用，使得葉片總成(14)繞其旋轉軸線(20)旋轉。至少一個初級線圈(52)連接到葉片布置(44)用于隨葉片布置(44)旋轉。至少一個初級線圈(52)可通電，并被排列成在使用時與至少一個固定的次級線圈(54b)相互作用以響應于葉片總成(14)的旋轉產(chǎn)生電能。
文檔編號F03D11/04GK101918700SQ200880124867
公開日2010年12月15日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權日2007年11月16日
發(fā)明者邁克爾·約翰·厄奇 申請人:自然能技術有限公司