发电机的制作方法

专利名称：发电机的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及用于由水流(包括例如像洋流、潮汐或河流之类的那些水流)来发出可用电力的水下发电机。
背景技术：
水下发电机是公知的。然而，许多现有设计包括复杂机构和部件，这些复杂机构和部件具有较高的初始制造和布置成本而且目前还有可靠性问题。这些高成本和问题部分地缘于公知的发电机对水流方向敏感。还存在与公知的设计相关的效率和功率输出的问题。 源于公知发电机的其他问题是公知发电机对安装误差敏感。本发明寻求改善一个或多个上述缺陷，或者至少提供一种新型发电机。

发明内容
根据本发明的第一方案，提供一种水下发电设备，其包括转子，适合绕旋转轴线旋转，转子包括叶片组件，叶片组件包括多个叶片；这些叶片运转式地安装(operatively mounted)到转子上并从转子伸出，且适合受到来自大体垂直于旋转轴线的方向的流水的作用而使转子旋转；其中转子包括整体转子体(integral rotor body)，整体转子体适合于绕定子体旋转以产生可用电力，定子体相对于整体转子体布置在内部。主体可包括转子体和定子体。当设置转子体和定子体时，转子体优选包括各种合适的电绕组和/或电磁体或永磁体；电绕组和/或电磁体或永磁体可基于发电机并优选与转子体一体，以便与转子体一起旋转。在设置定子体的情况下，优选将定子体相对于转子体沿径向布置在内侧，并且为了发电，还可包括任何合适种类的磁体或电绕组。也可将永磁体整合在转子体和/或定子体中以利于发电。按一些排布方式，主体可包括泵式机构(pump mechanism)或其他种类的电力转换
直ο主体和转子可呈圆筒状。整体转子体可呈空心圆筒或环形体或外壳的形式；叶片可沿空心圆筒的外圆周壁安装。主体和转子优选是支架的一部分；该支架从海床向上伸出， 并且结构坚固足以在圆筒的远端支撑涡轮机。可通过任何合适的形式来排布叶片组件。例如，可有各个叶片沿着圆筒的圆周外壁并绕圆筒的圆周外壁的螺旋式叶片排布方式。也可有任何合适数量的叶片组件和叶片组，包括排布在外壳的圆周外壁上的多个叶片区段或多个叶片层。如果需要可有任何合适数量的区段或层，范围从一个到两千个或更多。叶片的每层或每个区段可包括绕圆筒或转子的圆周布置的任何合适数量(优选四个或六个)的叶片。叶片可为任何合适的类型包括双向类型，具有合适的扭转度和横截面的薄片形状；然而，在优选实施例中，叶片具有NACA(美国国家航空咨询委员会)轮廓(翼型)并且是单向的。然而，在另一实施例中，叶片具有U形截面或V形截面或人字形截面，包括呈凹
4形截面形式的捕捉部和呈凸部形式的头部或前部。叶片可沿其长度呈锥形。叶片的区段可单独移除或作为安装在圆周壁上的区段式组件移除。可按盒式 (cartridge)排布方式来排布多个区段式组件，因此可借助移除盒式组件以单个移除操作来移除若干个叶片。叶片可安装成使得攻角可变化。然而，在优选实施例中，攻角是固定的。不过，攻角可随沿旋转轴线的长度方向的位置而变化，以利用沿叶片入射的潮汐流的方向和速度的变化，来增大叶片效率。叶片组件可沿任何方向旋转，然而，在优选实施例中，不管叶片上入射的潮汐流的方向，叶片组件只沿一个方向使外壳旋转。叶片可具有任何合适的长度，且每个叶片的长度可随叶片沿旋转轴线的长度方向的位置而变化，以便利用沿叶片入射的潮汐流的方向和速度的变化来增大叶片效率。在使用中，水下发电设备优选安装在基本从水体床垂直或竖直伸出的支架上，使得旋转轴线基本上垂直于海床并且还垂直于洋流或潮汐流(例如像在河中或其他水体中) 的流动。然而，按一些排布方式，设备可水平安装在从支架或支架组件伸出的臂上，这些支架或支架组件安装在水体床(海床)上并从水体床(海床)伸出。按后一种排布方式，所述设备优选基本垂直于洋流或潮汐流等的流动安装。优选地，所述设备含有充足的结构强度，以支撑选定种类的可被支撑在支架的远端的主水下发电机。优选地，定子安装在从主体的两端伸出的固定轴上。优选地，固定轴依次安装到腿上，这些腿安置在平台内并从平台伸出。腿可从海床直接伸出并直接安装或锚固到海床上。 在这些实施例中，固定轴大体水平或平行于海床布置。按一些排布方式，腿可具有不同长度，使得固定轴被安装成与海床呈锐角。按一些排布方式，腿可安装在用于绕偏转轴线、俯仰轴线或甚至滚动轴线(roll axis)旋转的转盘上。按其他排布方式，固定轴可附接到电缆或其他可伸出的腿或可伸出的排布，使得主体可布置在海体或水体的不同深度的流中。主体可包括可调浮力，以利于在不同高度进入不同水流。电缆可通过安装到海床的绞盘或其他卷绕和展开设备延伸。根据本发明的另一方案，提供一种水下发电机，其包括主体，包括外壳，适合绕旋转轴线旋转；至少一个叶片组件，包括一个或多个叶片，一个或多个叶片运转式地安装到外壳上并从外壳伸出，这些叶片在使用中被布置在大体垂直于旋转轴线的方向的水流中，至少一个叶片组件适合受到来自大体垂直的方向的流水的作用，以产生可用电力。根据本发明的又一方案，提供一种水下发电设备，包括主体，包括外壳，适合绕旋转轴线旋转；叶片组件，包括一个或多个叶片；一个或多个叶片运转式地安装到外壳上并从外壳伸入水流内，且适合受到流水的作用而使外壳旋转；转子，布置在外壳内并与外壳一体或连接到外壳，以绕旋转轴线且绕定子旋转以产生可用电力，定子也布置在外壳内。
根据本发明的又一方案，提供一种水下发电的方法，该方法包括设置包括适合绕旋转轴线旋转的外壳的主体；该主体包括叶片组件，该叶片组件包括一个或多个叶片；一个或多个叶片运转式地安装到外壳上并从外壳伸入水流内，且适合受到流水的作用而使外壳旋转；主体还包括转子，转子布置在外壳内并与外壳一体或连接到外壳，以绕旋转轴线且绕定子旋转以产生可用电力，定子也布置在外壳内；将主体放置在水体中，使得水相对于主体流动；以及将主体的旋转能量转换成可用电力。根据本发明的又一实施例，提供一种水下发电的方法，该方法包括设置包括适合绕旋转轴线旋转的外壳的主体，并设置至少一个叶片组件；叶片组件包括一个或多个叶片；一个或多个叶片运转式地安装到外壳上并从外壳伸出；在使用中将这些叶片布置在大体垂直于旋转轴线的方向的水流中，至少一个叶片组件适合受到来自大体垂直方向的流水作用以产生可用电力；将主体放置在水体中，使得水相对于主体流动；以及将主体的旋转能量转换成可用电力。全部本说明书中，除非上下文另有需要，“包括”这一用词或其变型例如“包括有” 或“包含”应理解为暗示包括某个指定的元件、整体或步骤，或多个元件、多个整体或多个步骤的组，但并不排除任何其他元件、整体或步骤，或多个元件、多个整体或多个步骤的组。对本发明中已包含的文件、法令、材料、装置、文章或类似的任何讨论仅用于提供本发明的背景，而不应视为承认上述事项中的任一项或全部均构成现有技术基础的部分， 或是承认其相对本发明为本领域内普通公知常识(就如同它们在本说明书的每项权利要求的优先权日之前已经在澳大利亚存在一样)。为了能够更清楚地理解本发明，将参考附图和示例描述优选实施例。


图1是示出安装在桩式安装部上的根据本发明的优选实施例的发电设备的侧视图；图2是根据本发明的优选实施例的发电设备的立体图，其中为清楚起见示出该发电设备与其安装部和其他发电设备分离；图3是图2所示的任一端具有延伸的主轴的发电设备的侧截面图；图4是根据本发明的另一优选实施例的发电设备的侧视示意图；图5是发电设备的又一优选实施例的立体示意图；图6是本发明的优选实施例的另一安装排布方式的侧视示意图；以及图7是本发明的优选实施例的又一安装排布方式的侧视示意图。
具体实施例方式参考图1至图3，其中示出了概括地以“10”标识的发电设备的发电机。设备10包括主体12，主体12包括适合绕旋转轴线15旋转的转子13，转子13包括整体转子体14，整体转子体14包括环形体或空心圆筒或外壳17。主体12包括相对于整体转子体14布置在内侧的定子体62。
设有叶片组件16，叶片组件16包括多个叶片18 ；这些叶片18运转式(可运转) 地安装在环形体或空心圆筒或外壳17的圆周外壁上，并从该圆周外壁基本上径向伸出， 而且在使用中伸出到水体内。叶片18设置成层或区段19，而且在图中所示的实施例中叶片组件16有四层叶片18。在各种实施例中，可设有任何合适数量的叶片的区段或层，并且合适的数量包括 2、4、6、8、10、12、15、20、25、30、40、50、75、100、150、200、500、750、1000、 1250、1500、2000或5000层的叶片。优选设有12层叶片。叶片的区段或层(叶片盒，blade cassette)可沿转子体的轴纵向放置，并可按照纵向组来安装并移除，该排布方式未示于图中但可被本领域技术人员理解。所示的叶片18全部具有彼此相同的长度，即其长度介于0. 5m与Im之间。在一些实施例中，此长度可延长到约:3m或更多，这取决于接近其他结构元件例如其他发电机5的叶片，并且还取决于叶片18和整体设备10的预期的效率和强度。在其他实施例中，叶片18 的长度可根据其沿旋转轴线15的配置而变化，使得例如在像图1所示的实施例中，顶部的一层或两层叶片可比底部的两层叶片短，这部分地是由于顶部的那一层或两层叶片接近涡轮叶片3，尽管图中未将这些叶片示为长度变化的，但是这些叶片可包括上述特征。由于水的剪切流(shear flow)的概念，将理解，洋流的入射方向和速率将随距海床的高度、且因此也是随沿着旋转轴线15的位置而变化。因此，叶片组件和叶片可适当改变长度、扭转度、弦杆长度(弦长，chord length)、弦杆曲率(弦曲率，chord curvature)和厚度、攻角以及其他参数。叶片18可以是双向的，而且俯仰角(倾斜度，pitch)可通过船载伺服电机或其他装置(未示)来变化。然而，在示出的优选实施例中，叶片18为单向的，俯仰角固定且所有叶片的长度彼此类似。所示叶片18呈U形、V形或人字形，并包括捕捉部(catch)(图中示出为凹部)，捕捉部沿图1中从上看顺时针的方向驱动转子和外壳。有利地，当设备大体竖直安装时，叶片18适合通过来自任何水平方向的洋流或水流而起作用，并且不管入射的洋流的方向和速度，总是沿相同方向旋转。如果没有水平流动分量，则转子将难以旋转。当设备沿任何取向安装时，叶片将仍然使转子按选定方向旋转。叶片18包括锥形部；锥形部靠近叶片的末端，并可沿与运行方向相反的方向偏移或倾斜，以增大叶片效率或电力。主体12和/或转子13的结构适合支撑被安装在支架组件8的末端或远端7的辅助发电机5。辅助发电机5包括叶片组4，叶片组4包括被可旋转地安装以绕旋转轴线2旋转的多个叶片3。涡轮机壳1可旋转地安装在支架组件8上，使得涡轮机壳1能够绕旋转轴线2(在图1中与旋转轴线15—致)调整，以最有效地捕获变化的入射洋流W。发电机10可以是安装在海床上的大体或基本上向上伸出的独立发电机，并且产生的电力可通过液压管(hydraulic pipe)或电缆传输到海岸线储存点或配电网。在可选实施例中，发电机10可从结构上支撑辅助发电机5，并为辅助发电机5提供液力或维护，或为发电机5供电。还预期(并在此详细描述了)本发明的发电机5和发电机10可共享相同的配电网。在一些排布方式中(图5至图7)，发电机是独立的装置，而且主体12和转子13可水平延伸，以便垂直于洋流W的流动。在这些排布方式中，所述主体或多个本体将安装在从支架组件8延伸的水平臂上。
返回对图1和所有附图的讨论，主体12和转子13包括转子体60和定子体62。定子体62相对于转子体60和整体转子体14布置在内侧。转子体60贴靠外壳14的内表面安装或与外壳14的内表面一体，以便在外壳17旋转时与外壳14 一起按相同的速率旋转。 转子体60和定子体62包含发电机和电动机中典型的电绕组，并且转子体60和定子体62 的相对旋转引起发电，所发出的电力随后能够被传输使用或随后储存到电力网或蓄能站。为了安装发电设备10，在水体M的床52上放置基座或支架座50。桩或凸台56 可移除地插入基座50或与基座50—体。然后在桩或凸台56上可旋转地安装主体12。然后在主体12的远端安装支架组件8的远部58。远部58包括用于使发电机5旋转的旋转单元59。然后在支架组件8的远端7可移除地安装发电机5。可利用来自入射流W的动力， 并将该动力传送到电力网以供消费者使用，或传送到蓄能器以备后用。图3示意性示出转子体60的绕组和固定的定子体62的绕组。转子体(转子)60 被示成非常薄，但此图仅是示意性的并示出主要部件的大体概念排布方式。固定轴70从两端伸出，固定轴70也固定到定子体62的绕组。在本说明部分中，除非另行说明，与一个实施例中的部件相关的相同附图标记表示另一实施例的相同部件。图4是另一优选实施例的示意性排布方式，其示出邻近主体112布置的传统发电机180，主体112具有由轴170按传统排布方式(转子位于定子内)驱动的转子体160和定子体162。图5示出固定轴70安装在腿或臂82上的图3的发电设备。这些腿或臂安装到海床安装平台(未示)或直接安装到海床94上。图6示出固定轴70安装在转盘装置90上的图3的发电设备，这使得主体12和转子13能够绕偏转轴线(yaw axis)91旋转。旋转可被影响从而绕包括滚动轴线或俯仰轴线之内的其他轴线。图7示出包括浮力腔95以及安装装置的图3的发电设备，该安装装置包括附接到固定式主轴97的电缆98、99。安装在海床94上的绞盘(winch) 96在使用中延伸，使得主体 12和转子13在腔95 (在一些实施例中可变)的浮力的影响下，可上升到海床94之上的不同深度以进入强度变化的水流。这些腿、臂和电缆可以是可延伸的、具有不同长度的或长度可变的，以使转子体的姿态从成角度的或水平的调整成竖直的。可设置监控控制系统(未示)，以便监控环境和发电机性能的各种参数，以便指示主体12和转子13最有效的高度。可设置制动器，以保护叶片使其可免于经受过快水流。本领域技术人员将理解，如特定实施例所示的本发明可进行很多变型和/或更改，而不背离如在此广义描述的本发明的精神和范围。因此，应认为在各方面本发明是示例性的和非限制性的。
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权利要求
1.一种水下发电设备，包括转子，适合绕旋转轴线旋转，所述转子包括叶片组件，所述叶片组件包括多个叶片；所述多个叶片运转式地安装到所述转子上并从所述转子伸出，且所述多个叶片适合受到来自大体垂直于所述旋转轴线的方向的流水的作用而使所述转子旋转；其中所述转子包括整体转子体，所述整体转子体适合绕定子体旋转以产生可用电力， 所述定子体相对于所述整体转子体布置在内侧。
2.如权利要求1所述的水下发电设备，其中所述转子体和定子体呈发电装置的形式， 其中所述转子体和所述定子体各自包括电绕组。
3.如权利要求1所述的水下发电设备，其中所述转子体和/或定子体包括泵式机构。
4.如权利要求1至3中任一项所述的水下发电设备，其中所述转子体呈环形体或空心圆筒或外壳的形式，所述环形体或空心圆筒或外壳包括在使用中与所述旋转轴线一致的中心轴线。
5.如权利要求4所述的水下发电设备，其中所述叶片组件安装在所述环形体或空心圆筒的外圆周壁上。
6.如权利要求4或5所述的水下发电设备，其中所述圆筒运转式地或以其他方式连接到支架，所述支架在使用中从安装在海床上的支架座伸出。
7.如权利要求1至6中任一项所述的水下发电设备，其中所述转子体运转式地或以其他方式连接到辅助发电机，所述辅助发电机布置在所述转子体的远端或头端。
8.如权利要求1至7中任一项所述的水下发电设备，其中所述叶片组件呈设置在所述转子体的圆周外壁上的多个叶片区段或层的形式。
9.如权利要求8所述的水下发电设备，其中设有介于约两个与两千个之间的叶片区段或层。
10.如权利要求9所述的水下发电设备，其中设有介于约四个与十二个之间的叶片区段或层。
11.如权利要求1至10中任一项所述的水下发电设备，其中所述叶片为U形截面或V 形截面或人字形截面，并包括呈凹形截面形式的捕捉部和呈凸部形式的头部或前部。
12.如权利要求1至11中任一项所述的水下发电设备，其中所述叶片呈锥形，使得所述叶片的末端具有比所述叶片的根部更小的横截面。
13.如权利要求8至10中任一项所述的水下发电设备，其中所述叶片区段是可移除的。
14.如权利要求12所述的水下发电设备，其中所述叶片按例如盒式排布方式来排布而成为可移除的，并因此能够借助移除盒式组件以单个移除操作来移除若干个叶片。
15.如权利要求1至13中任一项所述的水下发电设备，其中所述叶片的攻角和/或长度沿所述转子的长度上的位置而变化，以利用沿所述叶片入射的潮汐流的方向和速度的变化，来增大叶片效率和/或电力输出。
16.一种水下发电设备，包括转子，适合绕旋转轴线旋转，所述转子包括叶片组件，所述叶片组件包括多个叶片；所述多个叶片运转式地安装到所述转子上并从所述转子伸出，且适合受到来自大体垂直于所述旋转轴线的方向的流水的作用而使所述转子旋转；其中所述转子包括整体转子体，所述整体转子体适合绕定子体旋转以产生可用电力，所述定子体相对于所述整体转子体布置在内部；其中转子装置大体水平安装在一个或多个从海床上的安装装置伸出的臂或电缆上。
17.如权利要求15所述的水下发电设备，其中所述臂或电缆能够具有不同长度，使得固定轴安装成与海床呈锐角。
18.如权利要求15或16所述的水下发电设备，其中所述臂或电缆安装在用于绕偏转轴线、俯仰轴线或滚动轴线旋转的转盘或其他装置上。
19.如权利要求15至17中任一项所述的水下发电设备，其中所述电缆或臂是可延伸的或者被延伸，使得所述主体能够被布置在处于海体或水体的不同深度的水流中。
20.如权利要求1至18中任一项所述的水下发电设备，其中所述转子体包括可调浮力， 以利于在不同高度进入不同水流。
21.如权利要求15至19中任一项所述的水下发电设备，其中所述电缆能通过安装到海床上的绞盘或其他卷绕和展开装置延伸。
全文摘要
描述了一种发电设备。该设备包括适合绕旋转轴线旋转的转子，该转子包括叶片组件，叶片组件包括多个叶片；多个叶片运转式地安装到转子上并从转子伸出，且适合受到流水的作用而使转子旋转，流水来自大体垂直于旋转轴线的方向；其中转子包括整体转子体，整体转子体适合绕定子体旋转以产生可用电力，定子体相对于整体转子体布置在内侧。
文档编号E02B9/08GK102482858SQ201080039911
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者约翰·基尔, 迪尔瓦·布拉克斯兰 申请人:亚特兰蒂斯能源有限公司