专利名称：发电机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种发电机(power generator)，特别涉及一种用于使用来自 流动流体中的动能来发电的发电机总成。本发明还涉及一种包括这种发电机的发电设施。本发明特别可适用于水力发电的 情形，但不仅限于此。
背景技术：
流动流体(如水和风)中的动能是用于发电的能源(如生物燃料和化石燃料)的 一种公知的替代能源。使用流动流体发电不同于例如生物和化石燃料(生物和化石燃料在 用于发电时，同时向大气中排放有害的燃烧气体)，其对大气没有或有很少的不利影响。虽 然公知的用于获得风能的设施通常运行成本低，但是往往安装昂贵，发电容量相对较低。另 一方面，公知的用于获得水能(如潮汐能)的设施发电容量相对较高。然而，这些类型的设 施也很昂贵，需要频繁的维护，并且由于与淤塞和腐蚀相关的问题它们可能不可靠。发明目的本发明的目的是实质上克服或至少改善一个或多个上述缺点，或者至少提供一种 有用的替代方式。
发明内容
一方面，本发明提供一种用于使用来自流动流体中的动能来产生电能的发电机总 成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动 流体的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以 总体螺旋的方式排列的叶片布置(bladearrangement)和至少一个连接到叶片布置的安装 构成(moimtingformation)，每个安装构成都适于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的 安装，以使在使用时，流过发电机总成的流体与叶片布置相互作用使得叶片总成绕其旋转 轴线旋转；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个初级 线圈可通电，并被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成 的旋转产生电能。发电机优选包括多个初级线圈，每个初级线圈在叶片的末端或邻近末端处连接到 叶片中的一个上。一种形式下，发电机还可以包括电连接到每个初级线圈的电流供应，用于对每个 初级线圈通电以在每个初级线圈周围引起磁场。另一种形式下，发电机还可以包括电连接 到每个次级线圈的电流供应，用于对每个次级线圈通电以引起磁场，该磁场在每个初级线 圈中引起电流。优选地，发电机还进一步包括所述至少一个固定的次级线圈，用于当每个初级线圈通电时与每个初级线圈磁相通。发电机，优选地，包括多个所述次级线圈。第二方面，本发明提供一种用于使用来自流动流体中的动能来产生电能的发电机 总成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动 流体的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以 总体螺旋的方式排列的叶片布置和至少一个连接到叶片布置的安装构成，每个安装构成适 于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，流过发电机总成的流体与 叶片布置相互作用使得叶片总成绕其旋转轴线旋转；以及至少一个永磁体，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个永磁体 被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成的旋转产生电 能。叶片总成优选包括在叶片总成的首端和尾端之间延伸的长轴，该轴具有界定出叶 片总成的旋转轴线的纵轴，叶片布置安装在轴上并从轴上伸出。发电机优选驱动连接到轴 上。叶片布置优选终止轴的端部的退缩，每个安装构成由轴的端部提供，以使在使用时，可 旋转地安装或支承轴和相应的叶片总成。优选地，每个安装构成包括安装在轴上并适于连 接到支承结构的轴承元件，以允许叶片总成相对于所述支承结构旋转。在一个实施例中，叶片布置优选包括多个沿轴以所述总体螺旋的方式纵向间隔的 梁。在此实施例中，每个梁优选安装在轴上以使其绕轴的旋转轴线可调地旋转，以允许调节 叶片总成的间距。叶片布置，在此实施例中，进一步优选包括沿每对相邻梁的长度延伸并连 接到每对相邻梁的网(web)或外皮(skin)，以使叶片布置，不论每个梁的间距是多少，都在 其整个表面上不中断。在另一个实施例中，如果需要，叶片布置优选包括一个或多个连续的螺旋状叶片。优选地，叶片布置，当在侧视图中观察时，从其首端到其尾端逐渐变细。发电机总成优选还包括在叶片总成的首端和尾端之间延伸的长的末端开口的罩， 该罩连接到叶片总成并围绕叶片总成，以使罩在使用时随叶片总成旋转。因此，罩也具有首 端和尾端。优选地，罩连接到叶片布置的每个叶片的末端，罩和每个叶片之间的连接是实质 上流体不可渗透的连接。同样地，在叶片布置包括多个梁和所述网或外皮的实施例中，每个 网或外皮的末端，优选地，也连接到罩。优选地，网或外皮和罩之间的连接是实质上流体不 可渗透的连接。在使用时，与叶片布置相互作用以使发电机总成旋转的流动流体因此从罩 的首端进入罩并通过其尾端流出。优选地，罩是薄壁结构，并沿其至少部分长度从其首端到其尾端收拢，所述收拢与 叶片总成的逐渐变细相对应。罩优选是多段(multi-section)的或一体模制结构，其具有首端部分、尾端部 分以及在首端部分和尾端部分之间延伸的长的中间部分，流动流体通过首端部分进入 罩，通过尾端部分流出罩，中间部分从首端部分向尾端部分收拢。有利的是，罩的首端部 分向中间部分收拢，尾端部分从中间部分扩开，使得罩总体上是收拢-扩开的文丘里管 (converging-divergingventuri)的形式，其具有由中间部分形成的收拢的长喉。优选地，罩具有环形横截面形状，使得罩的首端部分和尾端部分以喇叭口的方式 张开。
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每个安装构成优选包括连接到轴的端部的轴承元件，轴承元件在使用时安装在固 定的支承结构上，以使发电机总成相对于支承结构旋转。在进一步的变型中，发电机总成包括位于罩前面，最好邻近罩首端部分的定子 (stator)。定子优选包括一个或多个可调间距的叶片。在另一个变型中，发电机总成包括位于罩后面，最好邻近罩尾端部分的开有沟槽 的排出器布置(slotted ejector arrangement)。一种形式下，开有沟槽的排出器布置连接 到罩并随着罩旋转。另一种形式下，开有沟槽的排出器布置不连接到罩，也不随罩旋转。在 一个实施例中，开有沟槽的排出器布置包括多个间隔开的管状部分，并且最好从罩直径地 扩散。在另一个实施例中，开有沟槽的排出器布置是一体结构，其中具有螺旋沟槽，并且优 选从罩直径地扩散。一种形式下，总成优选包括适于改变开有沟槽的排出器布置的轴长的 驱动装置。另一种形式下，总成优选包括适于改变开有沟槽的排出器布置的轴长和径宽的 驱动装置。另一方面，本发明提供一种用于使用来自流动流体中的动能来产生能量的发电机 总成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动 流体的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括叶片布置和至 少一个安装构成，叶片布置包括沿旋转轴线的长度间隔的多个叶片，安装构成连接到叶片 布置，每个安装构成适于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，流过 发电机总成的流体与叶片布置相互作用，使得叶片总成绕其旋转轴线旋转；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，初级线圈被排列成 在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成的旋转产生能量。优选地，当这种发电机的叶片布置包括多个叶片时，根据本发明的这个方面的发 电机的特征或组件与根据本发明的前述方面的发电机的特征或组件相类似。再一方面，本发明提供一种发电设施，该设施包括发电机，其如上面所描述的，包括至少一个次级线圈；以及支承结构，发电机通过叶片布置的每个安装构成安装在支承结构上，用于使叶片 布置绕其旋转轴线旋转，并且发电机的每个次级线圈安装在安装结构上。在潮汐能或洋流(ocean stream)发电的情况下，发电机将淹没在海洋中。在河水 流(river flow)发电的情况下，发电机将淹没在河水中或流动的溪流中。在发电机所用的 流动流体是风的情况下，发电机将被放置在开阔场地，当风吹过时，它将暴露在空气流中。在一个实施例中，支承结构包括由可弯曲元件构成的织网(network)，如(重的) 链条或缆绳。由可弯曲元件构成的织网可以这样排列，其使得发电机能够对准，使得罩的入 口端与流体流动的方向相对，优选使得发电机根据流体流动的方向自对准。在此实施例中， 由可弯曲元件构成的织网优选可以这样排列，其使得发电机以风向袋(windsock)的通常 方式安装在其上。在另一个实施例中，支承结构是刚性结构，包括刚性元件构成的织网。另一方面，本发明提供一种适于喷射流体的推进或泵装置，该推进或泵装置包 括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动 流体的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以总体螺旋的方式排列的叶片布置和至少一个连接到叶片布置的安装构成，每个安装构成适 于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，叶片总成绕其旋转轴线的 旋转与流过发电机总成的流体相互作用；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个初级 线圈被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于施加到所述至少一 个固定的次级线圈的电能产生叶片总成的旋转。
现在参照附图，仅以示例的方式，对本发明的优选实施例进行说明，其中图1是发电机的第一实施例的横截面示意图；图2是发电机的第二实施例的横截面示意图；图3是发电机的第三实施例的横截面示意图；图4是发电机的第四实施例的横截面示意图；图5是发电机的第五实施例的横截面示意图；图6是发电机的第六实施例的横截面示意图；图7是发电机的第七实施例的横截面示意图；图8是发电机的第八实施例的横截面示意图；以及图9是发电机的第九实施例的横截面示意图。
具体实施例方式图1示意性地表示了发电机总成IOa的第一实施例，其由流动流体12(如潮汐流、 洋流、河水流(river flow)或风)的动能驱动来产生电能。发电机总成IOa包括叶片总成 14，叶片总成14具有朝向流体12的迎面流的首端16和与首端16间隔并朝向流体12的流 动方向的尾端18。叶片总成14具有在首端16和尾端18之间延伸的旋转轴线20。叶片总成14还包 括轴24形式的安装构成，其由首端轴承26和尾端轴承28支承。斜拉索(Stay cables) 36 和38分别连接到轴承26和28，将总成IOa放置在流体流12中，并阻止总成IOa在流体流 12中的移动。叶片总成14还具有多个(在该例子中，是一对)等角间隔的螺旋状叶片44形式 的叶片布置和总体上截头圆锥形的罩50。也可以使用其它数目(如3、4、或5等)的等角 间隔的螺旋状叶片。由于叶片44随着罩50的内部尺寸从首端16到尾端18缠绕在轴24 上，所以叶片44的直径减小。叶片44的末端也结合到罩50的内表面。结果是，在使用时， 罩50随叶片44旋转，在罩50的前面形成漩涡。 罩50是多段结构，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之间延伸的长的中间部分50c，流动流体12通过首端部分50a进入罩50，通过尾 端部分50b流出罩50。中间部分50c的直径还从首端部分50a向尾端部分50b收拢。罩 50的首端部分50a还向中间部分50c收拢，尾端部分50b从中间部分50c扩开，使得罩50 总体上是收拢-扩开的文丘里管的形式，其具有由中间部分50c形成的收拢的长喉。在沿 其长度方向的所有点，罩50具有环形横截面形状。形成为文丘里管的罩首端部分50a在叶
9片总成14的后面形成低压区域，这有利地使得流体更自由地流过罩50并从罩50中流出。 而且，由于罩50结合到叶片44，所以罩50与叶片44 一起旋转，罩50的旋转运动在罩50的 前面引起打旋(swirl)或漩涡。这种漩涡是有利的，因为它模仿了漩涡(whirlpool)(如自 然界中所发现的)，与不然的话流过叶片总成14的流体相比，它吸入了额外的流体到叶片 总成14中。为了增加强度，罩50还可以是一体模制结构。总成IOa还包括定子100。一系列初级线圈52通过缠绕在罩首端部分50a的范围而集成到罩首端部分50a 中。一系列次级线圈54a和次级能量线圈(secondary power coil) 54b集成到定子100中。在使用时，叶片总成14安装在流体流12中，流体流12将其能量给予叶片44。当 流体流12向叶片44施加力时，叶片44通过给予轴24旋转力或力矩来反应。当向次级线圈54a施加小的励磁电流55时，产生磁场56，磁场56在初级线圈52 中引起电流。然后初级线圈52产生磁场57，磁场57与初级线圈52的旋转运动一起在连接 的用于发电58的次级能量线圈54b内部引起大的电流。可选地，初级线圈52可以用永磁体替代，永磁体产生磁场57并在用于发电58的 次级能量线圈54b中引起电流。在这种结构下，不需要次级线圈54a和励磁电流55。进一步可选地，励磁电流55可以施加到初级线圈52上。在这种结构下，不需要次 级线圈54a和磁场56。斜拉索36和38连接到安装在海洋中的合适的支承结构上，或者可选地，它们可以 连接到横跨海湾的桥或多组缆绳上或者一组支承结构上。轴承26、28和斜拉索36、38的可选布置可以更适用于其它应用。例如，在另一个 实施例(未示出)中，可以移除轴承26，以使轴承28是支承轴24的轴向和径向力的单个轴 承。还可以移除斜拉索38，以使总成IOa仅由斜拉索36支承，并找到它自己的最佳对准，以 更像风向袋一样漂动。总成IOa还可以随意漂浮，并允许晃动和改变方向以运行在来来往 往的潮水上。进一步可选地，不同频率的电流可以施加到次级线圈54a上，这进而产生磁场，该 磁场在初级线圈52中引起电流。所引起的电流产生磁场，与来自次级线圈54a的磁场相互 作用，以产生旋转运动，这进而产生叶片44的旋转运动并在周围的流体中提供推力来推动 船(craft)或泵送流体。施加到次级线圈54a的电流的频率可以进一步调节，以使总成IOa 起再生制动器(regenerative brake)的作用，这有利于在不利天气条件下减缓或停止总成 10a。图2表示了发电机总成IOb的第二实施例。该总成IOb的结构和运行与图1中所 示的相类似，并且与第一实施例中使用的相同附图标记用来指示图2中的相同特征。在总成IOb中，叶片总成14包含一系列叶片44，叶片44排列成使它们绕轴24产 生螺旋状外形。初级线圈52通过缠绕在叶片44的末端周围而集成到叶片44中。初级线 圈52与次级线圈54a以及次级能量线圈54b磁相通。箭头12所示的流体流进入总成10b，并将其能量给予叶片44。由于流体12向叶 片44施加力，所以叶片44通过给予轴24旋转力或力矩来反应。叶片44还可以设计为引 导流体12向轴24径向向里流动，以容许最少的流体逃出总成IOa的边界，该边界由次级线 圈54a和次级能量线圈54b界定。
当小的励磁电流55施加到次级线圈54a时，产生磁场56，该磁场56在初级线圈 52中引起电流。然后初级线圈52产生磁场57，该磁场57与初级线圈52的旋转运动一起 在连接的用于发电58的次级能量线圈54b内部引起大的电流。图3表示了发电机总成IOc的第三实施例。该总成IOc的结构和运行与图1和2 中所示的相类似，并且与描述第一和第二实施例时所使用的相同附图标记用来指示图3中 的相同特征。在总成IOc中，叶片总成14具有一系列独立梁22的形式的叶片布置，梁22绕旋 转轴线20以总体螺旋的方式排列。梁22以足够的间隙连接到轴24，这样它们能够绕轴线20相对于彼此旋转。梁22 通过凸缘(未示出)保持在轴24的首端16合适的位置，并且在尾端18，轴24带螺纹并拧 有螺母(未示出)以沿轴24施加力并将梁22锁在合适的位置。可选地，外皮或网40可以 缠绕在梁22的周围，外皮40能够伸展并与梁22的间距变化建立关系。由于梁22在由罩50的中间部分50c形成的总体上截头圆锥形的边界中从首端16 到尾端18缠绕在轴24上，所以梁22的每个的长度减小。该罩与参考图1中的总成IOa所 描述的罩相类似。在使用时，叶片总成14安装在流体流12中，流体流12将其能量给予外皮40和梁 22。当流体流12向梁22施加力时，梁22通过给予轴24旋转力或力矩来反应。梁22还可以配置为引导流体流12向轴24径向向里流动，以使逃出罩50的边界 的流体最少。为此，梁22，当在轴线20的方向看时，它是扭转的并且在它们的端部是显著向 里弯曲的(在它们的旋转方向上)，就像“杯子(cups)” 一样起作用，并引导流体向轴线20 流动。当流体流12继续流过叶片总成14时，流的横截面面积减小，其压力降低。由于其压 力降低，流体流的速度增加，使得最大量的能量从流体流12传递给梁22。结果是，发电机 总成IOa就像反作用式涡轮机一样起作用，反作用式涡轮机通常与中等主流(medium head flows)相关而不是与零主自由流(zerohead free flows)相关。当流体流12的速度发生 变化时，可以改变梁22的旋转对准(即间距)，以便以最大效率或功率输出运行发电机总成 10。这有利地允许在一定流速度的范围内显著地增加涡轮机效率和功率输出。梁22包括在其末端的初级线圈52，这与参考图2中的总成IOb所描述的相类似。 次级线圈54a和次级能量线圈54b也与参考图2中的总成IOb所描述的相类似，并且它们 位于罩50的外部。流体流12进入总成IOc并将其能量给予外皮40和梁22。当流体12向梁22施加 力时，梁22通过给予轴24旋转力或力矩来反应。当小的励磁电流55施加到次级线圈54a时，产生磁场56，该磁场56在初级线圈 52中引起电流。然后初级线圈52产生磁场57，该磁场57与初级线圈52的旋转运动一起 在连接的用于发电58的次级能量线圈54b内部引起大的电流。在总成IOc中，罩50还包括轮叶(vanes)90，其安装在罩首端部分50a的前沿，以 便进一步增加在罩50的前面所引起的漩涡。在叶片总成14的首端16的入口处，该漩涡进 一步受到梁22的末端增加的速度的辅助，在罩50的首端16处产生吸入压力。罩50内部 降低的压力、罩50后面降低的压力、旋转的罩50在叶片总成14的前面引起漩涡、流轮叶90 在叶片总成14前面引起漩涡、以及在叶片总成14的入口处叶片的更小间距，这些的组合导
11致与不是这样的情况相比，实质上更多的流体被吸入到叶片总成14中。增加的流过叶片总 成14的流体急剧地增加总成IOc的功率输出。图4表示了发电机总成IOd的第四实施例。再一次地，参考之前的实施例所描述 的相同特征以相同的附图标记表示。在总成IOd中，叶片44与参考图1中的总成IOa所描述的相类似。初级线圈52 也集成到罩首端部分50a中，它也与参考图1中的总成IOa所描述的相类似。初级线圈52 与集成到定子100中的次级线圈54a和次级能量线圈54b磁相通。罩50随叶片44旋转， 并环绕半组磁轴承60，该半组磁轴承60与相对的半组磁轴承62磁相通。磁轴承60和62 作为一组来起作用，来相互排斥以使它们允许罩50、叶片44以及初级线圈52的旋转。锥形 的磁轴承60和62也允许它们起到推力轴承(thrust bearing)的作用，它们沿着旋转轴线 20向首端16施加力以反作用于施加到叶片44的拉力。磁轴承60和62通过支承64牢固 地连接到定子100。流体流12进入总成IOc并将其能量给予叶片44。当流体12向叶片44施加力时， 叶片44通过给予轴24旋转力或力矩来反应。当小的励磁电流55施加到次级线圈54a时，产生磁场56，该磁场56在初级线圈 52中引起电流。然后初级线圈52产生磁场57，该磁场57与初级线圈52的旋转运动一起 在连接的用于发电58的次级能量线圈54b的内部引起大的电流。总成IOd通过斜拉索36和38保持在运动的流(moving current)中。斜拉索36 和38连接到安装在海洋中的合适的支承结构，或者可选地，它们可以连接到跨越海湾的桥 或一组缆绳上或者一组支承结构上。斜拉索36和38的可选布置可以更适用于其它应用。 例如，还可以移除出口斜拉索38，以使总成IOd仅由斜拉索36支承，并找到它自己的最佳对 准，以更像风向袋一样飘动。总成IOd还可以随意漂浮，并允许晃动和改变方向以运行在来 来往往的潮水上。图5表示了发电机总成IOe的第五实施例。与参考之前的实施例所描述的相同的 特征也是由相同的附图标记表示。总成IOe的结构和运行与参考图1所描述的总成IOa非常相似，除了初级线圈52 和次级线圈54a以及次级能量线圈54b径向而非轴向间隔开，并且次级线圈54a和次级 能量线圈54b位于初级线圈52的外部。在这种结构下，总成IOd更像环形发电机(ring generator) 一样起作用，与盘形发电机(disc generator)相对，并且它允许更多的空间来 集成线圈。在一个可选的布置中，次级线圈54a和次级能量线圈54b位于初级线圈52的内 部上面。图6表示了发电机总成IOf的第六实施例。与参考之前的实施例所描述的相同的 特征也由相同的附图标记表示。在总成IOf中，轴24是空的(hollow)，其包括在其中围绕实心结构梁72的锥形滚 柱轴承70，梁72结合到定子100 (或其它固定结构)。轴承70允许轴24和叶片44相对于 梁72旋转，也允许它们反作用于在总成IOf上的轴向推力或拉力。叶片44与参考图1中 的总成IOa所描述的相类似。初级线圈52也集成到罩首端部分50a中，次级线圈54a和次 级能量线圈54b集成到定子中，与参考图1中的总成IOa所描述的相类似。总成IOf还包括在罩50的出口处(即尾端部分50b)的开有沟槽的排出器布置102。开有沟槽的排出器布置102连接到罩50，并因此随罩50旋转。开有沟槽的排出器布 置102的间隔开的部分106之间的空隙104允许流体围绕总成IOe的外部流动，以有效地喷 射(如箭头108所示)入流体流离开罩。这种额外的流体108的效果是它引起净化效果， 并增加离开罩的流体的能量，并促使更多的流体流过罩50的内部，由此改善总成IOe的效 率和功率输出。箭头12所示的流体流进入总成IOb并将其能量给予叶片44。当流体12向叶片 44施加力时，叶片44通过给予轴24旋转力或力矩来反应。当小的励磁电流55施加到次级线圈54a时，产生磁场56，该磁场56在初级线圈 52中引起电流。然后初级线圈52产生磁场57，该磁场57与初级线圈52的旋转运动一起 在连接的用于发电58的次级能量线圈54b内部引起大的电流。可选地，初级线圈52可以用永磁体来替代，永磁体产生磁场57并在用于发电58 的次级能量线圈54b中引起电流。在这种结构中，不需要次级线圈54a和励磁电流55。斜拉索36和38连接到安装在海洋中的合适的支承结构，或者可选地，它们可以连 接到横跨海湾的桥或一组缆绳上或者一组支承结构上。斜拉索36和38的可选布置可以更 适用于其它应用。例如，还可以移除出口斜拉索38，以使总成IOf仅由斜拉索36支承，并找 到它自己最佳的对准，以更像风向袋那样飘动。总成IOd还可以随意漂浮，并允许晃动和改 变方向以运行在来来往往潮水上。可选地，不同频率的电流可以施加到次级能量线圈54b，这进而产生磁场，该磁场 在初级线圈52中引起电流。所引起的电流产生磁场，与来自次级线圈54a的磁场相互作用， 以产生旋转运动，该旋转运动进而产生叶片44的旋转运动，并在流体12中提供推力以推动 船或泵送流体。施加到次级能量线圈54b的电流的频率可以进一步调节，以使涡轮机起再 生制动器的作用，这有利于在不利天气条件下减缓或停止涡轮机。图7表示了发电机总成IOg的第七实施例。与参考之前的实施例所描述的相同的 特征也由相同的附图标记表示。总成IOg的结构和运行与参考图6所描述的总成IOf相类 似。开有沟槽的排出器布置102连接到罩50，并因此随罩50旋转。然而，在总成IOf 中，开有沟槽的排出器布置102是一体结构，其具有在部分106之间形成间隙104的单个螺 旋状沟槽。需要说明的是，开有沟槽的排出器102的长度可以调节以改变沟槽104的宽度， 以改变喷射的效果和功率输出。通过改变排出器的长度，沟槽22的宽度可以改变，调节了 功率输出。液压杆(hydraulic ram)80形式的驱动装置连接到结构梁72上。可选地，驱动 装置可以是涡轮布置(worm gear arrangement) 0液压缸82连接到杆80的一端，并用来 伸出或收缩杆80。杆80的另一端通过支承84和枢轴86连接到排出器最外环108。当杆 80伸出时，它在枢轴86、支承84和(端部的)环108上施加力，使得排出器布置102长度 增加(并且直径减小)。为了收缩(和加宽)排出器布置102，使用杆80施加反向力。例如，总成IOf可以在慢速流中安装有更长的开有沟槽的排出器布置102，以汲取 更多的水穿过并增加功率输出。在快速流中，可以使用更短的排出器布置102。还可以用弹 性材料(如铝)构造螺旋状的开有沟槽的排出器布置102，这样它就可以依赖于来自水流的 强度施加给它的力来改变其形状。图8表示了发电机IOh的第八实施例。参考之前的实施例所描述的相同的特征也由相同的附图标记来表示。总成IOg的结构和运行与参考图7所描述的总成IOg相类似。然而，在总成IOh中，开有沟槽的排出器布置102不连接到罩50，也不随罩50旋 转。开有沟槽的排出器布置102反而通过支承84连接到结构梁72的延伸部分72'，并因 此在罩50旋转时保持静止。图9表示了发电机总成IOi的第九实施例。参考之前的实施例所描述的相同的特 征也由相同的附图标记来表示。总成IOi的结构和运行与参考图7所描述的总成IOg相类 似。然而，在总成IOi中，开有沟槽的排出器布置102也不连接到罩50，也不随罩50旋 转。而且，杆80也不相对于结构梁72旋转。开有沟槽的排出器布置102反而通过支承84 和枢轴86连接到结构梁72，并因此在罩50旋转时保持静止。连接到杆80—端的液压缸82可以用来伸出或收缩杆80。当杆80伸出时，它在枢 轴86、支承84和(端部的)环106上施加力，使得排出器布置102长度增加(并且直径减 小)。为了收缩(和加宽)排出器布置102，使用杆80施加反向力。而且，如果用固定的连 接器替换枢轴86，则伸出杆80仅增加排出器布置的长度。类似地，杆80上的反向力仅收缩 排出器布置102。尽管已经参考优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解的是， 本发明可以以许多其它形式实施。
1权利要求
一种用于使用来自流动流体中的动能来产生电能的发电机总成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动流体的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以总体螺旋的方式排列的叶片布置和至少一个连接到叶片布置的安装构成，每个安装构成适于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，流过发电机总成的流体与叶片布置相互作用，使得叶片总成绕其旋转轴线旋转；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个初级线圈可通电，并被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成的旋转产生电能。
2.根据权利要求1所述的发电机总成，其特征在于，发电机包括多个初级线圈，每个初 级线圈在叶片的末端或邻近末端处连接到叶片中的一个上。
3.根据权利要求1或2所述的发电机总成，其特征在于，电能还包括电流供应，电流供 应电连接到每个初级线圈，用于对每个初级线圈通电以在每个初级线圈周围引起磁场。
4.根据权利要求1或2所述的发电机，其特征在于，发电机还包括电流供应，电流供应 电连接到每个次级线圈，用于对每个次级线圈通电以引起磁场，该磁场在每个初级线圈中 引起电流。
5.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，发电机进一步包括至少一 个固定的次级线圈，用于当每个初级线圈通电时与每个初级线圈磁相通。
6.根据权利要求5所述的发电机总成，其特征在于，发电机包括多个所述次级线圈。
7.一种用于使用来自流动流体中的动能来产生电能的发电机总成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动流体 的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以总体 螺旋的方式排列的叶片布置和至少一个连接到叶片布置的安装构成，每个安装构成适于允 许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，流过发电机总成的流体与叶片 布置相互作用使得叶片总成绕其旋转轴线旋转；以及至少一个永磁体，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个永磁体被排 列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成的旋转产生电能。
8.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，叶片总成包括在叶片总成 的首端和尾端之间延伸的长的轴，该轴具有界定出叶片总成的旋转轴线的纵轴，叶片布置 安装在轴上并从轴上伸出。
9.根据权利要求8所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置终止轴的端部的退缩，每 个安装构成由轴的端部提供，以使在使用时，可旋转地安装或支承轴和相应的叶片总成。
10.根据权利要求8或9所述的发电机总成，其特征在于，每个安装构成包括安装在轴 上并适于连接到支承结构的轴承元件，以允许叶片总成相对于所述支承结构旋转。
11.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置包括多个梁，该 梁沿轴以所述总体螺旋的方式纵向间隔。
12.根据权利要求11所述的发电机总成，其特征在于，每个梁安装在轴上，使得它绕轴 的旋转轴线可调地旋转，以允许调节叶片总成的间距。
13.根据权利要求11或12所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置进一步包括沿每对相邻梁的长度延伸并连接到每对相邻梁的网或外皮，以使叶片布置不论每个梁的间距是 多少，都在其整个表面上不中断。
14.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置包 括一个或多个连续的螺旋状叶片。
15.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置，当在侧视图中 观察时，它从其首端到其尾端逐渐变细。
16.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，发电机总成还包括在叶片 总成的首端和尾端之间延伸的长的末端开口的罩，该罩连接到叶片总成并围绕叶片总成， 以使罩在使用时随叶片总成旋转。
17.根据权利要求16所述的发电机总成，其特征在于，罩具有首端和尾端。
18.根据权利要求16或17所述的发电机总成，其特征在于，罩连接到叶片布置的每个 叶片的末端，罩和每个叶片之间的连接是实质上流体不可渗透的连接。
19.根据权利要求16或17所述的发电机总成，其特征在于，叶片布置包括多个梁和所 述网和外皮，每个网或外皮的末端也连接到罩。
20.根据权利要求19所述的发电机总成，其特征在于，网或外皮与罩之间的连接是实 质上流体不可渗透的连接。
21.根据权利要求16至20中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，在使用时， 与叶片布置相互作用以使发电机总成旋转的流动流体因此从罩的首端流入罩并通过罩的 尾端流出。
22.根据权利要求16至22中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，罩是薄壁 结构，并沿其至少部分长度从其首端到其尾端收拢，所述收拢相应于叶片总成的逐渐变细。
23.根据权利要求16到22中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，罩是多段 或一体模制结构，其具有首端部分、尾端部分以及在首端部分和尾端部分之间延伸的长的 中间部分，流动流体通过首端部分进入罩，通过尾端部分流出罩，中间部分从首端部分向尾 端部分收拢。
24.根据权利要求23所述的发电机总成，其特征在于，罩的首端部分朝中间部分收拢， 尾端部分从中间部分扩开，以使罩总体上是收拢-扩开的文丘里管的形式，其具有由中间 部分形成的收拢的长喉。
25.根据权利要求23或24所述的发电机总成，其特征在于，罩具有环形横截面形状，以 使罩的首端部分和尾端部分以喇叭口的方式张开。
26.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，每个安装构成包括连接到 轴的端部的轴承元件，该轴承元件在使用时安装在固定的支承结构上，以使发电机总成相 对于支承结构旋转。
27.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，发电机总成包括在罩前面 的定子。
28.根据上述任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，发电机总成包括在罩后面 的开有沟槽的排出器布置。
29.根据权利要求28所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽的排出器布置邻近罩 尾端部分。
30.根据权利要求28或29所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽的排出器布置连接到罩并随罩旋转。
31.根据权利要求28或29所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽的排出器布置不 连接到罩，也不随罩旋转。
32.根据权利要求28至31中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽 的排出器布置包括多个间隔开的管状部分。
33.根据权利要求28至31中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽 的排出器布置为一体结构，在其中具有螺旋状沟槽。
34.根据权利要求32或33所述的发电机总成，其特征在于，开有沟槽的排出器布置从 罩直径地扩散。
35.根据权利要求33或34所述的发电机总成，其特征在于，总成包括适于改变开有沟 槽的排出器布置的轴长的驱动装置。
36.根据权利要求33或34所述的发电机总成，其特征在于，总成包括适于改变开有沟 槽的排出器布置的轴长和径宽的驱动装置。
37.一种用于使用来自流动流体中的动能来产生电能的发电机总成，发电机包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动流体 的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括叶片布置和至少一 个安装构成，叶片布置包括沿旋转轴线的长度间隔的多个叶片，安装构成连接到叶片布置， 每个安装构成适于允许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，流过发电 机总成的流体与叶片布置相互作用，使得叶片总成绕其旋转轴线旋转；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，初级线圈被排列成在使 用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于叶片总成的旋转产生电能。
38.一种发电设施，该设施包括发电机，如上面所描述，其包括至少一个次级线圈；以及支承结构，发电机通过叶片布置的每个安装构成安装在支承结构上，用于使叶片布置 绕其旋转轴线旋转，发电机的每个次级线圈安装在安装结构上。
39.根据权利要求38所述的发电机设施，其特征在于，发电机淹没在海洋中。
40.根据权利要求38所述的发电机设施，其特征在于，发电机淹没在河水中或流动的 溪流中。
41.根据权利要求38所述的发电机设施，其特征在于，发电机位于开阔场地，当风吹过 时，它将暴露在空气流中。
42.根据权利要求38至41中任一权利要求所述的发电机设施，其特征在于，支承结构 包括由可弯曲元件构成的织网。
43.根据权利要求42所述的发电机总成，其特征在于，由可弯曲元件构成的织网包括 (重的)链条和缆绳。
44.根据权利要求42或43所述的发电机总成，其特征在于，由可弯曲元件构成的织网 被排列成以使得发电机可以对准使得罩的入口端与流体流动的方向相对。
45.根据权利要求44所述的发电机总成，其特征在于，发电机根据流体流动的方向自 对准。
46.根据权利要求42至45中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，由可弯曲 元件构成的织网被排列成以使得发电机以风向袋的通常方式安装在其上。
47.根据权利要求38至41中任一权利要求所述的发电机总成，其特征在于，支承结构 是刚性结构，其包括刚性元件构成的织网。
48.一种适于喷射流体的推进或泵装置，该推进或泵装置包括叶片总成，其具有用于朝向流入的流动流体的首端、与首端间隔并用于朝向流动流体 的方向的尾端以及在首端和尾端之间延伸的旋转轴线，该叶片总成包括绕旋转轴线以总体 螺旋的方式排列的叶片布置和至少一个连接到叶片布置的安装构成，每个安装构成适于允 许绕自身旋转轴线旋转的叶片总成的安装，以使在使用时，叶片总成绕其旋转轴线的旋转 与流过发电机总成的流体相互作用；以及至少一个初级线圈，其连接到叶片布置用于随叶片布置旋转，所述至少一个初级线圈 被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈相互作用以响应于施加到所述至少一个固 定的次级线圈的电能产生叶片总成的旋转。
全文摘要
一种用于使用来自流动流体(12)中的动能来产生电能的发电机总成(10a)。发电机(10a)包括叶片总成(14)和至少一个初级线圈(52)。叶片总成(14)具有用于朝向流入的流动流体(12)的首端(16)、与首端(16)间隔并用于朝向流动流体(12)的方向的尾端(18)以及在首端(16)和尾端(18)之间延伸的旋转轴线(20)。叶片总成(14)包括绕旋转轴线(20)以总体螺旋的方式排列的叶片布置(44)和至少一个连接到叶片布置(44)的安装构成(26，36)。每个安装构成(26，36)适于允许绕自身旋转轴线(20)旋转的叶片总成(14)的安装，以使在使用时流过发电机总成(10a)的流体与叶片布置(44)相互作用，使得叶片总成(14)绕其旋转轴线(20)旋转。至少一个初级线圈(52)连接到叶片布置(44)用于随叶片布置(44)旋转。至少一个初级线圈(52)可通电，并被排列成在使用时与至少一个固定的次级线圈(54b)相互作用以响应于叶片总成(14)的旋转产生电能。
文档编号F03D11/04GK101918700SQ200880124867
公开日2010年12月15日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月16日
发明者迈克尔·约翰·厄奇 申请人:自然能技术有限公司