專利名稱：一種用于從低速水流中生產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從水體提取能量的設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及包括一種能夠安置在水體下面的底部上或漂浮在水體上的構(gòu)件的用于從水體的水流產(chǎn)生能量的裝置和多個(gè)由該構(gòu)件支承并由水流驅(qū)動(dòng)的可以替換的發(fā)電機(jī)組和一種用作安置在水體中的發(fā)電機(jī)組內(nèi)的能量供給器的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，以及一種發(fā)電機(jī)，更具體地說(shuō)，是一種其定子和轉(zhuǎn)子可以彼此相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。該裝置利用洋、海、江河或其它水體的水面下方的水流。這些水流例如可以是由潮汐變化和/或水下地貌(如溝槽、河床或其它水下狹窄通道)產(chǎn)生的。
按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)能夠通過(guò)使用任何能源而產(chǎn)生電力，但特別適合于被風(fēng)力和水流驅(qū)動(dòng)，尤其是被低速水流驅(qū)動(dòng)。該發(fā)電機(jī)還能用作電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
大型水體中的水流如由潮汐變化產(chǎn)生的水流是一種可以再生的能源，該能源至今尚未在挪威得到利用，即使這些水流沿挪威海岸可以可靠地預(yù)報(bào)和本身易于利用。
當(dāng)大型水體(如海洋或江河)中的水流被迫通過(guò)溝槽或其它狹窄通道時(shí)，流動(dòng)速度將提高并將在極大程度上被準(zhǔn)直。該狹窄通道的中心區(qū)域中的水流將具有通過(guò)整個(gè)所討論的截面的幾乎相等的速度，這意味著在該區(qū)域中安置一臺(tái)發(fā)電機(jī)是有利的。
從洋流中產(chǎn)生能量有若干已知的設(shè)備和方法。
挪威專利申請(qǐng)1999 1984(Hammerfest Strφm)描述一種用于從洋流和河流中產(chǎn)生電力的裝置。整個(gè)裝置安置在水面下并包括多個(gè)具有葉片的渦輪、一個(gè)支承系統(tǒng)、一個(gè)停留系統(tǒng)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)。渦輪軸的取向垂直于水的移動(dòng)方向，而葉片是翼形的、因此不管水的移動(dòng)方向如何，該渦輪都沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。該渦輪軸支承在固定于該支承和軸泵系統(tǒng)的浮箱的框架上。該裝置用組件構(gòu)成。該裝置具有由浮箱和固定在水面下的停留系統(tǒng)調(diào)節(jié)的正浮力，使得該裝置由該停留系統(tǒng)保持在水面下。該裝置使用常規(guī)葉片。
丹麥專利155454(Hans Marius Pedersen)描述一種浮動(dòng)水流電站，由利用系纜樁而錨定在水底上的錨上的環(huán)狀浮子組成。所有渦輪都是可以替換的并排列在一根共同的梁上而能作為一個(gè)單元在由該環(huán)狀浮子限定的區(qū)域內(nèi)被向上擺動(dòng)到水面。該電站可以圍繞該系纜樁而移動(dòng)，系纜樁的上端連接在前浮子上而樁的下端固定在錨上。
美國(guó)專利5,440,176描述一種可以潛水的水渦輪裝置，包括懸持在張力支腳型潛水式平臺(tái)下方的不同組合的渦輪/發(fā)電機(jī)。
具有相反轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和定子的發(fā)電機(jī)是眾所周知的。在風(fēng)能技術(shù)領(lǐng)域中同軸的相反轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋漿是已知的，尤其是作為取出當(dāng)空氣流通過(guò)第一螺旋槳時(shí)供給的轉(zhuǎn)動(dòng)能的措施。這些相反轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳可以在發(fā)電機(jī)的同一側(cè)面上，或者在其每個(gè)側(cè)面上。這些螺旋槳或者利用齒輪連接在同一發(fā)電機(jī)上，或者一個(gè)螺旋槳連接在轉(zhuǎn)子上而另一個(gè)螺旋槳連接在磁場(chǎng)線圈上。早先已知的連接在同一發(fā)電機(jī)上的相反轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳需要復(fù)雜的齒輪驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)，這造成能量的進(jìn)一步損失。從機(jī)械觀點(diǎn)看，一個(gè)分別連接在轉(zhuǎn)子和定子上的相反轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳要簡(jiǎn)單得多，但是在至今已知的解決方案中這些磁場(chǎng)線圈需要滑動(dòng)環(huán)，這可能使該解決方案更為復(fù)雜，此外，還存在電力和機(jī)械能的損失。
在螺旋槳位于發(fā)電機(jī)(和塔架)的每一側(cè)面上的已知情況中，作為規(guī)則而優(yōu)先的是，下游的螺旋槳應(yīng)當(dāng)小于上游的螺旋槳，并設(shè)定安裝在較大的風(fēng)速下。
在從水流產(chǎn)生電力時(shí)，要求盡可能低的螺旋槳速度。后果是高的轉(zhuǎn)矩以及難于定一個(gè)解決方案的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的尺寸。
已知的發(fā)電機(jī)解決方案通常具有恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度(螺旋槳的間距調(diào)整)和靜止的定子。這導(dǎo)致發(fā)電機(jī)外殼具有非常大的直徑，那是不利的。
美國(guó)專利4,291,233描述一種具有相反轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和定子的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。從具有最好是水平軸的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的渦輪(螺旋槳)來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)能量通過(guò)一個(gè)傘形齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)最好同心的軸中的轉(zhuǎn)動(dòng)能量。該渦輪軸附接在該傘形齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，后者嚙合沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的上下小齒輪。這兩個(gè)小齒輪固定在各自的軸上，這兩個(gè)軸最好同心而垂直配置。這兩個(gè)沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸各自連接在轉(zhuǎn)子和定子上。
DE 43 04 577 A1描述一種有兩對(duì)葉片的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，這兩對(duì)葉片分別連接在一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子上，以便沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)這兩對(duì)葉片。兩對(duì)葉片配置在發(fā)電機(jī)的同一側(cè)，起兩個(gè)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的雙葉片螺旋槳的作用。該文獻(xiàn)沒(méi)有公開(kāi)有關(guān)定子和轉(zhuǎn)子的相互作用的任何進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
DE 196 43 362描述一種具有相反轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和定子的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。一個(gè)具有連接在渦輪或螺旋槳上的第一端部的軸固定在轉(zhuǎn)子上。定子固定在第二軸端部上，后者轉(zhuǎn)而連接在渦輪或螺旋槳上。軸端部通過(guò)軸承支承在軸上，使得轉(zhuǎn)子和定子能夠彼此相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)。
也參考輔助轉(zhuǎn)子和輔助定子，其中轉(zhuǎn)子固定在外殼上。因此，部件和之間的相對(duì)速度是部件和之間的速度的一半。
已知的相反轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)能夠分成兩類(i)轉(zhuǎn)子和定子由同一渦輪或螺旋槳驅(qū)動(dòng)；(ii)轉(zhuǎn)子和定子由其各自的渦輪或螺旋槳供給轉(zhuǎn)動(dòng)能。
第一類發(fā)電機(jī)可用US 4,291,233(如上所述)來(lái)例示。該發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是在用于相反轉(zhuǎn)動(dòng)該定子的許多傳動(dòng)中損失許多能量。其次，該發(fā)電機(jī)很龐大，其制造和維護(hù)可能很費(fèi)錢。因此，需要一種簡(jiǎn)化類型的發(fā)電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子和定子由同一渦輪或螺旋槳驅(qū)動(dòng)，而且其中使用最少的齒輪傳動(dòng)和不使用傘形齒輪。
第二類發(fā)電機(jī)可用DE 196 43 362(如上所述)來(lái)例示。該發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是該發(fā)電機(jī)包括一個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)的外部件，裝有一個(gè)常規(guī)的定子繞組。該外殼同時(shí)有基座支腳并吸收約一半的總轉(zhuǎn)矩。
主氣缸假定在兩側(cè)有磁體并通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在該轉(zhuǎn)子內(nèi)有另一轉(zhuǎn)動(dòng)的定子(或轉(zhuǎn)子)。在最內(nèi)部的轉(zhuǎn)子和磁體轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩并不沖擊基座支腳，而是被螺旋槳之間的磁場(chǎng)吸收。因此，需要一種簡(jiǎn)化類型的發(fā)電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子和定子的各自的渦輪或螺旋槳向轉(zhuǎn)子和定子供給轉(zhuǎn)動(dòng)能，其中該基座不需要吸收轉(zhuǎn)子和定子之間的發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩，而且其中螺旋槳的轉(zhuǎn)矩全部用于產(chǎn)生電力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種上述類型的用于從水流產(chǎn)生能量的裝置、發(fā)電機(jī)和螺旋槳型部件。
按照本發(fā)明的裝置包括一個(gè)能夠安置在所述水體下面的底部上的構(gòu)件和多個(gè)由該構(gòu)件支承而由水流驅(qū)動(dòng)的可以替換的發(fā)電機(jī)組。該裝置的特征在于，該構(gòu)件包括多個(gè)有一相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中心和從其伸出的基本上水平的臂的節(jié)點(diǎn)元件，以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)中心做成一個(gè)供伸向水底的高度可以調(diào)整的支腳用的襯套的形式。
因而按照本發(fā)明的裝置包括一個(gè)能夠安置在所述水體下面的底部(B)上的構(gòu)件和多個(gè)由該構(gòu)件支承而由該水流驅(qū)動(dòng)的可以替換的發(fā)電機(jī)組，其中該裝置的特征是，它能利用可以通過(guò)所述襯套而移動(dòng)的所述支腳來(lái)安置在水體下面的底部上，以及該裝置能夠借助于這些支腳而選擇地引到水體中的一個(gè)選定的高度，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)在水體中的位置最優(yōu)化，或者引到水面上方而使所述發(fā)電機(jī)組高于水面。
按照本發(fā)明的裝置也包括一種用于從水體的水流產(chǎn)生能量的漂浮裝置，該裝置包括由多個(gè)漂浮部件支承的支承構(gòu)件，其特征在于，多個(gè)支承臂的一端可以樞軸式轉(zhuǎn)動(dòng)地附接在該構(gòu)件上，而其另一端附接在各自的發(fā)電機(jī)上。在一個(gè)實(shí)施例中，這些支承臂在其第一端和第二端之間包括至少一個(gè)結(jié)合部，使得每個(gè)支承臂能夠圍繞該結(jié)合部折疊，以便由此，與支承臂圍繞其第一端的樞軸式連接點(diǎn)跟該構(gòu)件一起擺動(dòng)的同時(shí)將相應(yīng)的發(fā)電機(jī)升出水面。
按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括一根軸，該軸安裝在一根從一發(fā)電機(jī)(未示出)伸向發(fā)電機(jī)外殼的軸上的襯套上并預(yù)定用于由水體的水流驅(qū)動(dòng)，其特征在于，該轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括·一個(gè)在該軸對(duì)該襯套的附接處安裝在所述軸上的內(nèi)端件；·一個(gè)安裝在所述軸的外端處的頂端；·多個(gè)在所述端件和頂端之間安裝在所述軸上的部件區(qū)段。
在一個(gè)實(shí)施例中，這些部件區(qū)段可以轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述軸的周圍并可以調(diào)整。
在一個(gè)實(shí)施例中，該頂端可以圍繞所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)整。
按照本發(fā)明，也提供一種包括一個(gè)連接在軸上用于相對(duì)于一個(gè)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的定子而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)。
這樣，該發(fā)電機(jī)的特征在于，它包括一個(gè)固定地連接在該軸上的傳動(dòng)件，而后者通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)附接在定子上，由此，當(dāng)該軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該定子可以沿該軸的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
在一個(gè)第二實(shí)施例中，按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的特征在于，該第二軸的一端連接在一個(gè)沿軸向支承在第一軸上的定子框架上；而該第一軸的一端沿軸向支承在所述定子框架中。


在參考附圖的下列描述中列舉了本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅僅例示典型的示范實(shí)施例，因此不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明。附圖中同一標(biāo)號(hào)指示同一部件，這些標(biāo)號(hào)也同樣用于下面的描述中。
圖1是按照本發(fā)明的一種潮汐電力裝置的第一實(shí)施例的透視圖。
圖2是該潮汐電力裝置的頂視圖。
圖3a～3c是圖2中該潮汐電力裝置的頂視圖并顯示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中心(圖3a和3c)和一個(gè)中間部件(圖3b)。
圖4是圖1中該潮汐電力裝置的側(cè)視圖。
圖5是一渦輪部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部件一個(gè)實(shí)施例的透視圖，并表示該發(fā)動(dòng)機(jī)部分裝有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)地配置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的每一側(cè)面上的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，而且其中這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件是彼此相對(duì)地相反轉(zhuǎn)動(dòng)的。
圖6a～6c是按照本發(fā)明的潮汐電力裝置的第二實(shí)施例的透視圖，這些發(fā)電機(jī)處在下降的位置中。
-圖6a是該裝置的端視圖；-圖6b是該裝置的側(cè)視圖；以及-圖6c是該裝置的頂視圖。
圖6d表示從一端看到的圖6a～6b中的裝置，這些發(fā)電機(jī)處在收回的位置中。
圖7是按照本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)動(dòng)部件的第一實(shí)施例的透視圖。
圖8a是一種轉(zhuǎn)動(dòng)的部件區(qū)段的簡(jiǎn)化截面圖；圖8b是按照本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)動(dòng)部件的頂視圖。
圖9是按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的第二實(shí)施例的透視圖。
圖10是按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的第三實(shí)施例的透視圖。
圖11表示按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第一實(shí)施例。
圖12表示按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，按照本發(fā)明的裝置包括一種能夠安置在水體表面S下方的底部B上的構(gòu)件。該構(gòu)件支承多個(gè)由水流驅(qū)動(dòng)的可以替換的發(fā)電機(jī)組750。該裝置的構(gòu)件由多個(gè)有一相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中心的節(jié)點(diǎn)元件700與從其伸出的基本上水平的支承件720和連接件730構(gòu)成。一個(gè)向著底部B延伸的可以調(diào)節(jié)高度的支腳760用的上下襯套711、712穿過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)中心。
節(jié)點(diǎn)元件700是利用連接件730之間的中間連接740連接的。
發(fā)電機(jī)組750固定在基本上豎直的支承件749上，每個(gè)支承件可以固定在水平支承件720或中間連接件740上。
為了生產(chǎn)和流體動(dòng)力學(xué)的原因，這些臂、支腳、可以選擇的連接件和細(xì)長(zhǎng)的支承件都做成管狀件形式。其它截面形狀(如橢圓形、矩形)和構(gòu)型(如晶格結(jié)構(gòu))應(yīng)當(dāng)看作在本發(fā)明范圍內(nèi)，即使這些形狀和構(gòu)型并不理想。
為了便于該裝置在安裝和隨后的重新安置期間的移動(dòng)，這些支腳包含一個(gè)或多個(gè)可以壓載的艙。同時(shí)，這些支承件和連接件構(gòu)成漂游件。當(dāng)支腳760移去壓艙物時(shí)，該裝置可以移動(dòng)。當(dāng)支腳760被壓艙時(shí)，該裝置靜止并在當(dāng)前條件下起作用，用于其設(shè)計(jì)的目的而不需額外錨定。
當(dāng)操作時(shí)，每個(gè)單個(gè)的發(fā)電機(jī)組應(yīng)正常地固定安裝在該支承件上，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)件應(yīng)當(dāng)能夠沿順?lè)磿r(shí)針兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，取決于水流方向。但是，在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)外殼在相應(yīng)的豎直的支承件的自由端處圍繞一豎直軸線被可以樞軸式轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。
圖1和圖2表示一種由三個(gè)節(jié)點(diǎn)元件700利用相應(yīng)數(shù)目的連接點(diǎn)740裝配成的裝置。該裝置呈等邊三角形，每個(gè)角落配置一個(gè)支腳760。這種類型的構(gòu)型是有利的，因?yàn)樵撗b置當(dāng)其向著底部壓艙時(shí)是固定地靜止的。
為了能夠覆蓋盡可能大的截面積，發(fā)電機(jī)組配置成通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)件400的轉(zhuǎn)動(dòng)形成的單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平面基本上彼此重疊。這樣，在發(fā)電機(jī)的周圍流動(dòng)最小量的水。
雖然每個(gè)發(fā)電機(jī)組通常有兩個(gè)或更多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件(見(jiàn)圖1)，但發(fā)電機(jī)組只裝備一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件400也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，而這些也能夠配置在發(fā)電機(jī)機(jī)體的每個(gè)側(cè)面(見(jiàn)圖5)。在這種情況下，這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件當(dāng)然是彼此相反地轉(zhuǎn)動(dòng)的。
本發(fā)明的一個(gè)中心方面是該裝置能夠通過(guò)支腳760安置在底部B上。這些支腳可以通過(guò)襯套711、712而移動(dòng)，使得該裝置能夠利用這些支腳選擇地帶入水體中的一個(gè)選定的高度。這種類型的“頂起”原理是周知的，但并非與本申請(qǐng)所涉及的裝置有關(guān)。因?yàn)榭梢哉{(diào)節(jié)該裝置在水中的高度，這些發(fā)電機(jī)可以容易地升到水面上以便維護(hù)、修理或替換。其次，發(fā)電機(jī)在水中的安置相對(duì)于當(dāng)前狀況和水底地形是最佳的。使用本發(fā)明的可以調(diào)節(jié)的支腳，該裝置可以容易地安裝在非常不平的底部上。
在另一實(shí)施例中，按照本發(fā)明的裝置包括安置在一個(gè)漂浮于水中的鋼構(gòu)件上的相反轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，參見(jiàn)圖6a-6b。
該裝置包括一個(gè)有多個(gè)浮子部件610的平臺(tái)620，最好每個(gè)角落有一個(gè)浮子部件610，如圖6c中可見(jiàn)，因此利用最小的位移就可滿足側(cè)向和縱向兩方面的穩(wěn)定性的要求。多個(gè)從平臺(tái)每側(cè)伸出的支承臂615每個(gè)在其側(cè)面上保持一個(gè)發(fā)電機(jī)752和兩個(gè)渦輪，并固定在一根縱向管子上，后者又固定在所有四個(gè)浮子上。這些支承臂在大約向前一半處的附接點(diǎn)處裝有活節(jié)。支承臂的操作用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
該配置允許利用錨(未示出)和鏈617沿兩個(gè)方向進(jìn)行已知的標(biāo)準(zhǔn)錨定或者是沿每個(gè)方向一個(gè)或兩個(gè)錨，或者是沿每個(gè)方向一個(gè)錨來(lái)保持兩個(gè)平臺(tái)。這意味著這些平臺(tái)能夠沿縱向以所需距離錨定，彼此近到渦輪運(yùn)行時(shí)互不妨礙。通過(guò)并排地錨定若干單元，側(cè)向距離也可利用鏈來(lái)調(diào)整和固定。
在錨定完成后，鏈切斷機(jī)和錨絞車可以移去而用于下一個(gè)平臺(tái)等。在維修期間和隨意地當(dāng)移到一處維護(hù)/修理設(shè)施(如每三年)時(shí)錨絞車放回而鏈降至水底。在重新安裝時(shí)，鏈用絞車?yán)肫脚_(tái)中并重新附接。
利用從渦輪來(lái)的生產(chǎn)載荷來(lái)沿每個(gè)方向稱重這些錨。在錨載荷的對(duì)置側(cè)面，鏈的下垂用絞車?yán)o，而當(dāng)水流轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在對(duì)置側(cè)面上又產(chǎn)生錨載荷。以這種方式，當(dāng)水流沿兩個(gè)方向流動(dòng)時(shí)獲得一個(gè)固定而穩(wěn)定的位置。
如果生產(chǎn)載荷由于可能發(fā)生的控制系統(tǒng)故障而變得非常大，以致于載荷增大而這些錨可能松動(dòng)，那么這并不是一場(chǎng)大事故。或者是，吊桿可能自動(dòng)釋放到水面(萬(wàn)一渦輪或發(fā)電機(jī)的控制發(fā)生故障或出了問(wèn)題)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和渦輪在水中有可靠的浮力，達(dá)到該停止位置不需要大量的動(dòng)力。
也可看到，在這種類型的渦輪上有非常顯著的動(dòng)態(tài)的力作用著，而這種力轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動(dòng)和疲勞。與固定安裝在水底上相比較，一個(gè)浮動(dòng)的平臺(tái)將對(duì)這種類型的振動(dòng)產(chǎn)生相當(dāng)大的阻尼。因此，不會(huì)遇到同樣的疲勞危險(xiǎn)。
因?yàn)槠脚_(tái)的浮動(dòng)吃水淺(例如僅1.5米)，所以支承臂615和渦輪能夠容易地以彼此相對(duì)的“剪形位置”移入平臺(tái)側(cè)面，而運(yùn)輸或牽引到浮動(dòng)位置中將很簡(jiǎn)單。
如果拆去四個(gè)螺旋槳葉，整個(gè)裝備可以容易地安置在大多數(shù)滑道上。因此，水中維修能夠簡(jiǎn)化(成為可能)，而使用壽命能夠顯著延長(zhǎng)。
在第二階段中，這產(chǎn)生巨大的第二手價(jià)值，因?yàn)樗梢砸苿?dòng)，而且還因?yàn)樵O(shè)計(jì)思想的整個(gè)經(jīng)濟(jì)好于從水底固定錨定的單樁的經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明還包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件400，設(shè)計(jì)用于由水體中的水流驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，起安置在水體中的發(fā)電機(jī)組的能量供給器的作用。如圖7、9、10中所示，該轉(zhuǎn)動(dòng)部件是圍繞一根軸405而建立的，該軸(最好以直角)安裝在發(fā)電機(jī)軸上的襯套上。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括一個(gè)在軸405附接于該襯套處安裝在軸405上的內(nèi)端件407、一個(gè)安裝在該軸外端處的頂端406和多個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在內(nèi)端407和頂端406之間的軸405上的部件區(qū)段410(參見(jiàn)圖7)。
在圖7中所示的實(shí)施例中，每個(gè)部件區(qū)段410是可以單個(gè)選擇地樞軸式轉(zhuǎn)動(dòng)的并可以圍繞所述軸調(diào)整，以便該這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)部件能夠相對(duì)于水流采取最佳的間距。
圖9表示該轉(zhuǎn)動(dòng)部件的另一實(shí)施例，它只包括一個(gè)固定地安裝在軸405上的部件區(qū)段410。在該實(shí)施例中，頂端406可以選擇地樞軸式轉(zhuǎn)動(dòng)并可以圍繞一根軸調(diào)整。
圖10表示該轉(zhuǎn)動(dòng)部件的又一實(shí)施例，它只包括一個(gè)固定地安裝在軸405上的部件區(qū)間410。在該實(shí)施例中，頂端406也固定地安裝在該軸上。
每個(gè)部件區(qū)間410包括至少一個(gè)伺服舵411、412，它們通過(guò)各自的舵軸413可以轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在部件區(qū)段的前后邊緣上。這可以從圖7和圖10看到。伺服舵411、412可以利用各自的驅(qū)動(dòng)器415而選擇地和互相獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)預(yù)定范圍(±β1，±β2)內(nèi)的任何角度，從而取相對(duì)于水流的最佳的操作角度。
按照本發(fā)明的裝置也包括一臺(tái)發(fā)電機(jī)，現(xiàn)在參照?qǐng)D11和圖12來(lái)描述該發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的基本思想是，在一臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)相反轉(zhuǎn)動(dòng)該定子來(lái)組合一個(gè)非常低的輸入速度(實(shí)際上的轉(zhuǎn)矩)和一個(gè)大的相對(duì)速度(如輸入軸為10rpm時(shí)的25rpm)。也包括止推軸承。
圖11表示按照本發(fā)明的一種類型的發(fā)電機(jī)。一個(gè)具有連接法蘭102的軸100由徑向的止推軸承110、120支承。如果該發(fā)電機(jī)發(fā)電，法蘭102可以連接到一個(gè)螺旋槳上。轉(zhuǎn)子150固定地連接在該軸上。此外，一個(gè)齒輪160也連接在該軸上。
齒輪160與驅(qū)動(dòng)齒輪軸承335嚙合，后者通過(guò)定子驅(qū)動(dòng)齒輪330和齒輪輪圈320使定子300相對(duì)于軸100沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖11也示出定子軸承310、永久磁體350和滑動(dòng)環(huán)390。該永久磁體例如可用電磁體代替而并不偏離本發(fā)明。
原理表明，該定子通常能夠以大于轉(zhuǎn)子的速度沿轉(zhuǎn)子的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，產(chǎn)生一個(gè)大于輸入軸兩倍的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這使得可以使用驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的螺旋槳的最佳速度。這意味著，為了獲得必需的極的數(shù)目和頻率，該定子直徑可以做得相當(dāng)小，而為了在水中產(chǎn)生盡可能小的阻力和盡可能小的不利水流，機(jī)器外殼的直徑保持最小。(當(dāng)水流改變方向時(shí)，螺旋槳交替地在機(jī)器外殼的一側(cè)或另一側(cè)上。)因?yàn)樵谌魏吻闆r下在這種類型的發(fā)電中AC電壓受到整流以便隨后轉(zhuǎn)化為交流，所以不需恒定的頻率。與潮汐周期的變化有別，要求作用在發(fā)電機(jī)上的螺旋漿的速度為從近似零到最大速度之間的最大效率(在10至15rpm之間的最大值)。
圖12表示按照本發(fā)明的另一類型的發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)包括一個(gè)連接于第一軸500的轉(zhuǎn)子550，用于相對(duì)于一個(gè)連接于第二軸820的轉(zhuǎn)動(dòng)的定子800轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子550和定子800帶有各自的軸承510、815。
第二軸820的一端通過(guò)法蘭804連接在定子框架上，通過(guò)定子軸承810沿軸向支承在第一軸500上，而第一軸500的一端通過(guò)另一定子軸承810沿軸向支承在所述定子框架上。
第一軸500可以通過(guò)連接件502連接在第一螺旋槳或渦輪上，而第二軸800可以通過(guò)連接件802連接在第二螺紋槳或渦輪上。本質(zhì)上已知的滑環(huán)890安裝在定子框架上。
下述例子說(shuō)明使用具有相反轉(zhuǎn)動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)與沒(méi)有相反轉(zhuǎn)動(dòng)而具有同樣直徑和輸出的常規(guī)發(fā)電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)。
在發(fā)電機(jī)和螺旋槳之間的機(jī)械齒輪解決方案在相當(dāng)小的輸出時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)，其中可以使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)，而輸入(驅(qū)動(dòng))軸具有相當(dāng)高的速度(大于20～30rpm)。
已知的直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的技術(shù)最適合于較大的輸出，其中發(fā)電機(jī)本身的大的直徑和重量并不特別重要。如果扣除齒輪重量，倘若輸入速度不特別低，那么總重量仍是有利的。雖然不需恒定的頻率，但“空氣間隙速度”和面積對(duì)于直徑和寬度(發(fā)電機(jī)長(zhǎng)度)將決定尺寸(提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ))。
如果直接驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)是以例如轉(zhuǎn)子和定子分別為10rpm來(lái)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的，那么這將在空氣間隙中給出轉(zhuǎn)子速度和定子速度之和的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這種情況下為20rpm，但速度在轉(zhuǎn)子和定子之間很容易不相同。
假定發(fā)電機(jī)規(guī)格為350KW，長(zhǎng)度為0.75米而驅(qū)動(dòng)速度為12.5rpm，那么所需的直徑在下列公式的基礎(chǔ)上算出P＝K×D2Ln其中P為輸出(KW)K對(duì)于給定種類的構(gòu)件為恒定值，該情況下設(shè)定在2.2D為空氣間隙直徑(米)L為轉(zhuǎn)子和/或定子的長(zhǎng)度(米)n為速度(rpm)空氣間隙直徑在列舉的標(biāo)準(zhǔn)解決方案中為4.12米。磁體總面積為9.7m2。
如果定子和轉(zhuǎn)子沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)速度將是25rpm。空氣間隙直徑因而可減小為2.91米。在較大的輸出時(shí)，差別甚至更大。
或者是，齒輪傳動(dòng)裝置(轉(zhuǎn)子和定子之間的逆齒輪箱)可由一個(gè)齒輪系提供。在齒輪傳動(dòng)比1∶1.5時(shí)，相對(duì)速度為31.25rpm。
在該速度下空氣間隙直徑可減為2.60米而磁體面積可減為6.12m2。
從具有相反轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)引出電流必須用滑動(dòng)環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但須使用已知解決方案。
如果該相反轉(zhuǎn)動(dòng)用分裂操作來(lái)安排-兩個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(見(jiàn)圖2)，一個(gè)是轉(zhuǎn)子而另一是定子，那么可得到下列數(shù)據(jù)1.發(fā)電機(jī)輸出在該例子中設(shè)定為2×350KW＝700KW。
2.12.5rpm的螺旋槳速度是選定的-這相對(duì)地給出25rpm。
3.發(fā)電機(jī)長(zhǎng)度設(shè)定為1.0米。
對(duì)該解決方案空氣間隙的直徑為3.18米，而磁體面積為9.78m2。這意味著，與直徑為4.12米而長(zhǎng)度為0.75米的標(biāo)準(zhǔn)的直接驅(qū)動(dòng)的350KW的發(fā)電機(jī)的永久磁體和線圈的面積和費(fèi)用是相等的。
雖然沒(méi)有進(jìn)行過(guò)所有細(xì)節(jié)的仔細(xì)研究，但這種類型的發(fā)電機(jī)操作的預(yù)先分析表明，與包括“齒輪解決方案”的概念相比較，電價(jià)約降低10％。這對(duì)于第2號(hào)螺旋槳具有100％的盲區(qū)，當(dāng)這些螺旋槳之間的距離為10米時(shí)，那是不現(xiàn)實(shí)的。
其次，當(dāng)沿與第2號(hào)螺旋槳相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的第1號(hào)螺旋槳使水體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第2號(hào)螺旋槳可能是正的輸出。
該解決方案在操作安全性和維護(hù)方面有很大的改進(jìn)。節(jié)省估計(jì)為0.0016美圓(0.5φre)每KWh/年，這也許還是較保守的估計(jì)，其中φre為挪威的貨幣單位，等于1/100的克朗。
按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)允許使用大的轉(zhuǎn)矩。
使用大轉(zhuǎn)矩對(duì)螺旋槳(轉(zhuǎn)動(dòng)件)和發(fā)電機(jī)兩者形成最佳效率。省去齒輪導(dǎo)致減少大于3％的損失。
其次，能夠安裝較大的發(fā)電機(jī)容量。
在控制轉(zhuǎn)矩、推力和輸出的控制系統(tǒng)的破壞或故障的事件中過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)是較小的。
與現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)解決方案比較，該裝置的維護(hù)費(fèi)用減少。
傳統(tǒng)上，正是齒輪或直接驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)從螺旋槳吸收轉(zhuǎn)矩。其次，正是一個(gè)或多個(gè)止推軸承吸收軸向力。因此，這些力通過(guò)基座傳遞給機(jī)器外殼而后傳遞給鋼構(gòu)件。
對(duì)于風(fēng)力渦輪，這種類型的轉(zhuǎn)矩將對(duì)“發(fā)動(dòng)機(jī)艙”的軸承給出變化的載荷，并形成是一個(gè)暴露元件的旋轉(zhuǎn)環(huán)軸承。
因?yàn)閮蓚€(gè)螺旋槳沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以單個(gè)調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)數(shù)將允許在兩個(gè)軸上保持同等的轉(zhuǎn)矩，雖然一個(gè)螺旋槳工作在另一個(gè)螺旋槳的盲區(qū)中。
該解決方案意味著轉(zhuǎn)矩互相抵消，而固定的支承件上的轉(zhuǎn)矩載荷消失。同時(shí)，從螺旋槳來(lái)的脈動(dòng)載荷受轉(zhuǎn)子和定子之間的“磁墊”的緩沖。
也應(yīng)當(dāng)注意到，按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的建造將很簡(jiǎn)單。這在很大程度上是以預(yù)制的繞組和不貴的永久磁體為基礎(chǔ)的。
雖然本申請(qǐng)中按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)描述成用于發(fā)電，但該發(fā)電機(jī)也可用作電動(dòng)機(jī)，其中，例如軸500、820每個(gè)驅(qū)動(dòng)一相反轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳。此種機(jī)組可用于空中和水中，并可特別適用于輪船和其它船只中的所謂艙推進(jìn)器。
圖中部件清單改變后原來(lái)600 控制室610 漂浮件615 支承臂616 結(jié)合部617 系留件620 支承構(gòu)件700 節(jié)點(diǎn)件710 撐桿711 上襯套712 下襯套720 水平支承件730 連接件740 中間連接件749 豎直連接件750 發(fā)電機(jī)組752 發(fā)電機(jī)外殼400 轉(zhuǎn)動(dòng)件405 軸406 頂端407 面對(duì)內(nèi)端的襯套410 部件區(qū)段411 前伺服舵412 后伺服舵413 舵軸414 部件區(qū)段和伺服舵之間的密封415 驅(qū)動(dòng)器B 水底S 水面760 支腳100 軸
102連接法蘭110軸承(固定的)120軸承150轉(zhuǎn)子160齒輪300定子310定子軸承320定子齒輪圈330定子驅(qū)動(dòng)齒輪335驅(qū)動(dòng)齒輪軸承350永久磁體390滑動(dòng)環(huán)500轉(zhuǎn)子軸502連接法蘭510軸承(固定的)550轉(zhuǎn)子800定子802連接法蘭804法蘭810定子軸承815軸承(固定的)820轉(zhuǎn)子軸承890滑動(dòng)環(huán)
權(quán)利要求
1.一種用于從低速水流中生產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)連接在軸(100)上用于相對(duì)于一個(gè)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的定子(300)而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(150)，一個(gè)固定連接于該軸(100)的齒輪(160)，其特征在于，至少2個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪(330)由各自的軸承(335)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承，并經(jīng)二齒圈與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子和定子聯(lián)接，將其安裝成能自所述轉(zhuǎn)子的軸(150)傳遞旋轉(zhuǎn)能量，由此，當(dāng)該軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該定子可以沿該軸的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.一種權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，傳動(dòng)件(160)被固定地安裝在該軸上。
3.一種用于從低速水流中生產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)連接在一第一軸(500)上用于相對(duì)于一個(gè)連接在一第二軸(820)的第二端上的旋轉(zhuǎn)定子殼體(800)而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(550)，所述第一軸和第二軸具有各自的軸承(510，815)，所述兩軸適于(502，802)連接到在指向相反方向的各自端部的各自螺旋槳或相似物，所述發(fā)電機(jī)的特征在于在一端的第一軸(500)沿軸向支撐在定子殼體(800)內(nèi)的支座軸承(810)內(nèi)，與第二軸(820)共軸線，所述定子框架(800)，在第二軸(820)第二端的遠(yuǎn)側(cè)，固定支承在第一軸(500)上，所述軸向支承和所述支座軸承處在所述轉(zhuǎn)子的分隔兩側(cè)。
4.一種按照權(quán)利要求3所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，第一軸(500)通過(guò)一連接件(502)連接在第一螺旋槳或渦輪上，而第二軸(800)通過(guò)一連接件(802)連接在第二螺旋槳或渦輪上。
全文摘要
一種用于從低速水流中生產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)連接在軸(100)上用于相對(duì)于一個(gè)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的定子(300)而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(150)，一個(gè)固定連接于該軸(100)的齒輪(160)，其特征在于，至少2個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪(330)由各自的軸承(335)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承，并經(jīng)二齒圈與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子和定子聯(lián)接，將其安裝成能自所述轉(zhuǎn)子的軸(150)傳遞旋轉(zhuǎn)能量，由此，當(dāng)該軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該定子可以沿該軸的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K16/00GK1991164SQ20061008190
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2002年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月11日
發(fā)明者S·D·亨里科森 申請(qǐng)人:海德拉潮汐能科技公司