用于将流体运动转换为电功率的系统和方法
【专利摘要】一种提供用于将流体运动转换为电功率的系统，该系统可部署在流体中。该系统包括支撑结构(106)和被连接到支撑结构(106)的可移动结构(108，300，400)。支撑结构(106)包括被配置为将机械能转换为电能并且由该电能提供电功率的发电机组件(120，200)。可移动结构(108，300，400)具有三个或更多个自由度，并且其被配置为在电力循环的发电阶段期间产生机械能以用于通过发电机组件(120，200)转换，其中流体运动作用于可移动结构(108，300，400)上。可移动结构(108，300，400)在发电阶段期间具有第一配置且在电力循环的恢复阶段期间具有不同的第二配置，在第一配置中的可移动结构(108，300，400)具有更大的正交于流体流动的表面面积。
【专利说明】用于将流体运动转换为电功率的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及将流体运动转换为电功率，并且具体地涉及包括将潜流转换为电功率的可重构的可移动结构的系统。
【背景技术】
[0002]目前迫切需要发展清洁能源。因为地球的大多数表面由水覆盖，所以水基系统由于其容量庞大从而针对能量生成具有最大潜能。由于水的质量和力比任何空基系统的质量和力大很多倍，所以导致潮汐的重力效应提供大量的能量。移动甚至只是几千立方英尺的水所需要的能量也将占据等同于风能或者太阳能的难以置信的空域或物理陆地量。因此，潮汐可以提供大量的可再生能量，该可再生能量优于其他可再生能源形式若干数量级被利用。
[0003]作为例子，芬迪湾具有40英尺的潮汐变化。每天移动水质量的能量是绝对巨大的。这是一种自然产生的地理现象，其可以在人造潮汐区被复制。
[0004]目前的水基能量生产的重点集中于水力涡轮机，这类似于包括螺旋桨的风力涡轮机，其被固定到发电机。然而，类似于风力涡轮机，水力涡轮机需要非常有选择性的布置以产生足够的动力。即，水力涡轮机通常需要放置在具有显著液流流动的区域。水力涡轮机通常也是大的、复杂的、不易部署的笨重设备。水力涡轮机通常也需要不理想的时间量来部署。对于前方运行基地(FOB)和可以获益于水基能量生产的类似应用，在多种情况下的部署速度以及部署灵活性会是重要问题。
[0005]因此，具有考虑至少一些上述讨论的问题以及可能的其他问题的系统和方法将是可取的。
【发明内容】
[0006]本公开的例子大体涉及用于将流体运动转换为电功率的系统和方法。相比于通常需要显著的液流流动的水力涡轮机，该系统和方法可以被用在大量的流体或速度环境中。在这方面，相比于通常需要显著的液流流动的水力涡轮机，该系统和方法可以被用在弱液流或其他低速度环境中。例子还可以提供多种配置用于电力循环的不同阶段，和/或增加自由度的数量以考虑到不同方向的流体运动。
[0007]根据一个例子，提供用于将流体运动转换为电功率的系统，该系统可部署在流体中。该系统包括支撑结构和连接至支撑结构的可移动结构。在一个例子中，该系统可部署在流体的表面之下；并且在这个例子中，当被部署时，支撑结构可以被系到被配置为保持支撑结构直立的浮标。在另一些例子中，该系统可以部署在流体的表面上或仅部分在流体的表面下。
[0008]支撑结构包括被配置为将机械能转换为电能且由电能提供电功率的发电机组件。可移动结构具有三个或更多个自由度，并且被配置为在电力循环的发电阶段期间产生用于由发电机组件转换的机械能，其中在该阶段流体运动作用在可移动结构上。
[0009]可移动结构在发电阶段期间具有第一配置和在电力循环的恢复阶段期间具有不同的第二配置。在这方面，在第一配置中的可移动结构具有比在第二配置中的可移动结构更大的正交于流体流动的表面面积。
[0010]在一个例子中，可移动结构通过电缆被连接到发电机组件，所述电缆在发电阶段期间允许可移动结构运动远离支撑结构且在恢复阶段期间允许可移动结构运动回到支撑结构。
[0011]在一个例子中，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个。在这个例子中，支撑结构可以包括转节结构，其被配置为允许可移动结构随着流体运动的第二轴线分量和第三轴线分量的运动。此外或替代地，支撑结构可以包括被配置为允许可移动结构随着流体运动的第一轴线分量的运动的可枢转导向结构。
[0012]在一个例子中，可移动结构包括底座和耦接到底座且从底座延伸的顶篷或许多翅。顶篷/翅可以均包括主表面和次表面，且主表面具有比次表面更大的表面面积。在这个例子中，顶篷/翅可以均被安排成其主表面朝向第一配置中的流体运动方向，并且被安排成其次表面朝向第二配置中的流体运动方向。
[0013]在更具体的例子中，可移动结构可以包括围绕底座圆周地延伸的顶篷，该顶篷围绕底座可折叠从而从第一配置到第二配置重新配置可移动结构。在另一例子中，可移动结构可以包括围绕底座圆周地延伸的多个翅，并且每个翅可以围绕底座可旋转以便在第一和第二配置之间重新配置可移动结构。
[0014]在例子的另一些方面中，提供用于将流体运动转换为电功率的方法。本文所讨论的特征、功能和优点可以在不同示例实施例中独立地实现或可以在其他实施例中相结合，其中参照下面的描述和附图能够看出其他实施例的进一步地细节。
[0015]根据本公开的一个方面，提供用于用于将流体运动转换为电功率的方法，该系统可部署在流体中并且包括:
[0016]支撑结构106，其包括被配置为将机械能转换为电能和由该电能提供电功率的发电机组件120、200 ;和
[0017]可移动结构108、300、400，其被连接到支撑结构106并且被配置为在电力循环的发电阶段期间产生用于由发电机组件120、200转换的机械能，其中在所述发电阶段流体运动作用在可移动结构108、300、400上，可移动结构100.100.00,400具有三个或更多个自由度，
[0018]可移动结构108、300、400在发电阶段期间具有第一配置且在电力循环的恢复阶段期间具有不同的第二配置，在第一配置中的可移动结构108、300、400具有比在第二配置中的可移动结构108、300、400更大的正交于流体流动的表面面积。
[0019]有利地，可移动结构108、300、400通过电缆被连接到发电机组件，该电缆在发电阶段期间允许可移动结构108、300、400运动远离支撑结构106且在恢复阶段期间允许可移动结构108、300、400运动回到支撑结构。
[0020]有利地，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个，
[0021]其中支撑结构106包括被配置为允许可移动结构108、300、400随着流体运动的第二轴线分量和第三轴线分量的运动的转节结构。
[0022]优选地，支撑结构106进一步包括被配置为允许可移动结构108、300、400随着流体运动的第一轴线分量的运动的可枢转导向结构。
[0023]有利地，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个，
[0024]其中支撑结构106包括被配置为允许可移动结构108、300、400随着流体运动的第一轴线分量的运动的可枢转导向结构。
[0025]有利地，可移动结构108、300、400包括:
[0026]底座1:30、302、402 ;和
[0027]耦接到底座130、302、402且从底座130、302、402延伸的顶篷132、304，顶篷132、304包括主表面134、306和次表面136、308，主表面134、306具有比次表面136、308更大的表面面积，
[0028]其中顶篷132、304被安排成其主表面134、306朝向在第一配置中的流体运动方向，并且被安排成其次表面136、308朝向在第二配置中的流体运动方向。
[0029]优选地，顶篷132、304围绕底座130、302、402圆周地延伸，顶篷132、304围绕底座130,302,402可折叠从而将可移动结构108、300、400从第一配置重新配置到第二配置。
[0030]有利地，可移动结构108、300、400包括:
[0031]底座130、302、402 ;和
[0032]耦接到底座130、302、402且从底座130、302、402延伸的多个翅404，每个翅包括主表面406和次表面408，主表面406具有比次表面408更大的表面面积，
[0033]其中每个翅被安排成其主表面406朝向在第一配置中的流体运动方向，并且被安排成其次表面408朝向在第二配置中的流体运动方向。
[0034]优选地，多个翅404围绕底座130、302、402圆周地延伸，每个翅围绕底座130、302、
402可旋转以便在第一和第二配置之间重新配置可移动结构108、300、400。
[0035]有利地，可部署在流体的表面之下，该系统还包含:
[0036]浮标，支撑结构106被系到该浮标，当被部署时该浮标被配置为保持支撑结构106直立。
[0037]根据本公开的再一方面，提供用于将流体运动转换为电功率的方法，其包括:
[0038]提供包括被连接到支撑结构106的可移动结构108、300、400的系统，该系统被部署在流体中；
[0039]在电力循环的发电阶段期间，响应于作用在可移动结构108、300、400上的流体运动，由可移动结构108、300、400产生机械能，所述可移动结构108、300、400具有三个或更多个自由度；
[0040]将机械能转换为电能且由电能提供电功率；以及
[0041]将可移动结构108、300、400从第一配置重新配置成用于电力循环的恢复阶段的不同的第二配置，在第一配置中的可移动结构108、300、400具有比在第二配置中的可移动结构更大的正交于流体流动的表面面积。
[0042]有利地，其中产生机械能包括可移动结构108、300、400的运动远离支撑结构，可移动结构108、300、400通过允许相应运动的电缆被连接到支撑结构。
[0043]优选地，该方法进一步包括在恢复阶段期间通过电缆拉动可移动结构108、300、400回到支撑结构106。
[0044]有利地，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个，
[0045]其中产生机械能包括可移动结构108、300、400随着流体运动的第二轴线分量和第三轴线分量的运动，并且远离支撑结构106。
[0046]优选地，产生机械能进一步包括可移动结构108、300、400随着流体运动的第一轴线分量的运动。
[0047]有利地，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个，
[0048]其中产生机械能包括可移动结构108、300、400随着流体运动的第一轴线分量的运动，并且远离支撑结构106。
[0049]有利地,可移动结构包括:
[0050]底座1:30、302、402 ;和
[0051]耦接到底座130、302、402且从底座130、302、402延伸的顶篷132、304，顶篷132、304包括主表面134、306和次表面136、308，主表面134、306具有比次表面136、308更大的表面面积，顶篷132、304被安排成其主表面134、306朝向在第一配置中的流体运动方向，
[0052]其中重新配置可移动结构108、300、400包括重新配置顶篷132、304，使得其次表面136、308朝向在第二配置中的流体运动方向。
[0053]优选地，顶篷围绕底座130、302、402圆周地延伸，并且重新配置顶篷132、304包括围绕底座130、302、402折叠顶篷132、304。
[0054]有利地，其中可移动结构108、300、400包括:
[0055]底座1:30、302、402 ;和
[0056]耦接到底座130、302、402且从底座130、302、402延伸的多个翅404，每个翅包括主表面406和次表面408,主表面406具有比次表面408更大的表面面积,并且每个翅被安排成其主表面406朝向在第一配置中的流体运动方向，
[0057]其中重新配置可移动结构108、300、400包括重新配置每个翅，使得其次表面408朝向在第二配置中的流体运动方向。
[0058]优选地，多个翅围绕底座130、302、400圆周地延伸，并且其中重新配置每个翅包括围绕底座130、302、400旋转每个翅。
[0059]有利地，该方法进一步包括:
[0060]将系统部署在流体的表面之下，该系统进一步包括浮标，支撑结构106被系到该浮标，当被部署时该浮标被配置为保持支撑结构106直立。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]因此，已经概括地描述了本公开的示例实施例，现将参照附图，附图不一定按比例绘制，并且其中:
[0062]图1(包括图1a和图1b)不出根据本公开的一个不例的系统的横截面；
[0063]图2示出根据一个示例的发电机组件；
[0064]图3(包括图3a和图3b)示出根据一个示例的可移动结构；
[0065]图4(包括图4a和图4b)示出根据另一示例的可移动结构；
[0066]图5(包括图5a、图5b、图5c和图5d)示出根据一个示例贯穿电力循环的各阶段的图1的系统的顶视图；
[0067]图6(包括图6a、图6b、图6c、图6d、图6e和图6f)示出根据一个示例贯穿电力循环的各阶段的可移动结构的顶视图；
[0068]图7和图8示出一个示例的可移动结构的自由度；以及
[0069]图9是示出根据一个示例的方法中的各步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0070]在下文中，参照附图，本公开的一些实施例现将更加充分地被描述，示出了本公开的一些但不是全部的变体。事实上，本公开的变体可以以许多不同的形式被体现且不应当被理解为限制本文所阐述的例子；当然，这些变体被提供使得本公开将是彻底的和完整的，并且完全地将本公开的范围传送给本领域的技术人员。例子可以参照将潜流转换为电功率被描述，如在海洋、河流或溪流的情况下。然而，应当理解，例子可以同样适用于其他流体运动至电功率的转换。自始至终，相同的附图标记指代相同的元件。
[0071]图1不出根据本公开的一个例子的系统100。如图所不，在一个例子中，系统可以被部署在如海洋、河流或溪流的水体104的表面102之下。在这个例子中，系统及其部件可以被密封或以其他方式被构造成用于水下使用。在另一些例子中，系统可以被部署在水体的表面上或仅部分在水体的表面下。
[0072]系统100可以包括可被固定就位的支撑结构106和可以相对于支撑结构移动的可移动结构108。在一个例子中，系统可以包括锚110(例如，吸力锚)、下锚件或类似件以用于将支撑结构连接到水体的河床112。在另一例子中，系统可以被固定到如坝、山脊、峡谷等的水下下锚结构。在又一例子中，系统可以被固定到如船舶、小船、潜水艇等的船只。而在系统被部署在水下的一个例子中，支撑结构可以被系到用于保持支撑结构在水下直立的浮标 114。
[0073]在一个例子中，可移动结构108可以是平衡漂浮或仅稍稍正漂浮，尤其是针对水下部署而言。对于其他部署，例如，可移动结构可以是正漂浮(positively buoyant)。可移动结构可以通过电缆118被固定到支撑结构106，该电缆118具有足够长度以允许可移动结构从支撑结构运动一定距离。电缆可以进而被附接到发电机组件120，在一个例子中，该发电机组件120可以被装纳在支撑结构内。
[0074]在一个例子中，支撑结构106可以包括从转节结构124向外延伸的导向结构122。导向结构可以维持可移动结构距支撑结构一定距离并且可以引导电缆进和出支撑结构。另外地，导向结构和转节结构可以给可移动结构提供附加自由度。在一个例子中，如在下文中更详细解释的，可移动结构可以具有三个、四个或更多个自由度。由导向结构和转节结构提供的附加自由度可以允许可移动结构随液流流动移动，不过这可能不是总在同一方向上。
[0075]系统100可以被配置为在多个电力循环期间运行，每个电力循环包括发电阶段和恢复阶段。在发电阶段期间，潜流可以用于推动可移动结构108远离支撑结构106。可移动结构远离支撑结构的这种运动可以产生机械能，其可以被传递至电缆118并且然后从电缆到发电机组件120。发电机组件可以包括发电机，其被配置为将这种机械能转换为电能且由电能如经由电力电缆126提供电功率，该电力电缆126可以通过合适的电缆穿墙件128被附接到支撑结构。然后，当可移动结构已经从支撑结构移开一定距离时，系统可以进入恢复阶段，在该恢复阶段期间可移动结构可以被拉动到或拉回到支撑结构。
[0076]包括其发电机的发电机组件120可以被配置为以许多不同的方式中的任意方式将机械能转换为电能。图2示出发电机组件200，根据一个例子其可以对应于发电机组件120。如图2所示，发电机组件可以包括被附接到电缆118的线轴202，其中可移动结构108被附接到电缆118。线轴可以被附接到齿轮传动204。第一轴208可以使线轴和齿轮传动互相连接，并且第二轴210可以使齿轮传动和发电机212互相连接。
[0077]在电力循环的发电阶段的开始时电缆118可以即使不完全地也至少部分地绕线轴202缠绕。在发电阶段期间，可移动结构108的运动导致电缆从线轴解绕，这进而导致线轴旋转。在齿轮传动204中的齿轮减速系统导致可移动结构的运动从而以若干倍的线轴转速旋转发电机212，从而确保发电机的有效发电速度。所提供的有效齿轮比可以被预定成优化发电机系统的效率并且可以是从1:10到多达1:1000或更多的范围。
[0078]线轴202可以被附加地附接到恢复机构214，该恢复机构214被配置为在电力循环的恢复阶段期间围绕线轴重绕电缆118。在一个例子中，恢复机构可以包括电动马达，其可以接收来自由发电机组件200产生的或来自其他来源的功率。在此情况下，驱动马达所需要的功率可能小于由发电机组件产生的功率，且差异是由系统100产生的净功率。
[0079]在另一例子中，恢复机构214可以包括力学机构，该力学机构可以被配置为存储和释放机械能，如弹簧或其他振荡装置。在这方面，当电缆在发电阶段期间被解绕时力学机构可以存储机械能，并且在恢复阶段期间该力学机构可以释放机械能以重绕电缆。在此情况下，由力学机构所存储/释放的机械能可能小于由可移动结构108的运动产生的机械能。在由可移动结构产生的机械能和由力学机构所存储/释放的机械能之间的差异可以是用于由发电机212转换的机械能的净机械能。
[0080]返回图1，可移动结构108可以具有许多不同的配置中的任意一种以在电力循环的发电阶段期间促进其运动远离支撑结构106，并且在恢复阶段期间促进其运动回到支撑结构。在一个例子中，可移动结构在发电阶段期间可以具有第一配置，并且在恢复阶段期间可以具有不同的第二配置。通常，在第一配置中的可移动结构可以具有比在第二配置中的可移动结构更大的正交于潜流的表面面积。
[0081]在一个例子中，可移动结构108可以为伞状结构，其包括底座130和耦接到底座且从底座延伸的顶篷132或许多翅。每个顶篷/翅包括一个或更多个主表面134和一个或更多个次表面136，且主表面具有比次表面更大的表面面积。在一个例子中，顶篷/翅可以均包括由相反的次表面结合的相反的主表面。在可移动结构移动远离支撑结构106的发电阶段期间，可移动结构可以具有第一配置，其中其顶篷/翅被安排成它们的主表面朝向潜流的方向。然后，在可移动结构朝向支撑结构运动返回的恢复阶段期间，可移动结构可以具有第二配置，其中其顶篷/翅被安排成它们的次表面朝向潜流的方向。
[0082]图3示出可移动结构300，根据一个示例实施例其可以对应于可移动结构108。如图所示，可移动结构可以包括底座302和围绕底座连续地、圆周地延伸的顶篷304。在一个例子中，顶篷可以包括如由框架或其他支撑结构支撑的织物的柔性材料，其在一个例子中可以被交织成柔性材料。顶篷包括主表面306和次表面308，且主表面具有比次表面更大的表面面积。如图3a所示，在发电阶段期间，可移动结构可以具有第一配置，其中顶篷被安排成其主表面朝向潜流的方向。在发电阶段结束时，可移动结构可以重新配置为第二配置，其中其顶篷被安排成其次表面朝向潜流方向。在一个例子中，顶篷可以以类似于伞的方式围绕底座可折叠，如图3b所示。然后，可移动结构在恢复阶段期间可以具有这种第二配置。
[0083]图4示出可移动结构400，根据另一示例实施例其可以对应于可移动结构108。在一个例子中，可移动结构可以包括底座402和围绕底座圆周地延伸的许多(一个或更多个)翅404。每个翅可以包括主表面406和次表面408，且主表面具有比次表面更大的表面面积。如图4a所示，在可移动结构移动远离支撑结构106的发电阶段期间，可移动结构可以具有第一配置，其中其翅被安排成它们的主表面朝向潜流的方向。在发电阶段结束时，可移动结构可以重新配置为第二配置，其中其翅被安排成它们的次表面朝向潜流的方向。在一个例子中，翅可以均相对于底座旋转90°，如图4b所示。在一个例子中，可移动结构可以包括相对于底座交替地旋转+90°和-90°的偶数个翅，在不同情况下，这可以减小会由翅的旋转引起的自旋。翅可以因此相对于底座可旋转以在第一和第二配置之间重新配置可移动结构。然后，在可移动结构朝向支撑结构运动返回的恢复阶段期间可移动结构可以具有这种第二配置。
[0084]图5示出贯穿电力循环的各阶段的系统100的顶视图。在发电阶段期间，随着可移动结构移动远离支撑结构106，可移动结构108处于第一配置且具有正交于潜流流动的较大的表面面积，如图5a和图5b所示。可移动结构重新配置为第二配置且具有正交于潜流流动的较小的表面面积。然后，在恢复阶段期间可移动结构可以被拉回到支撑结构，如图5c和图5d所示。
[0085]图6示出贯穿电力循环的各阶段的可移动结构108的顶视图。同样，可移动结构包括顶篷132或从底座130延伸的一个或更多个翅。如图所示，在一个例子中，顶篷可以包括由第一和第二相反的次表面136a、136b结合的第一和第二相反的主表面134a、134b。图6a示出在发电阶段期间的可移动结构，其中可移动结构具有第一配置。在第一配置中，顶篷可以被安排成其第一主表面134a朝向潜流(由箭头所不)的方向。在该配置中，第一次表面136a可以通过第一和第二主表面从底座延伸出，并且第二次表面136b可以紧贴或接近可移动结构的底座被保持。可移动结构可以包括闩以至少部分地保持可移动结构处于第一配置。在一个例子中，可移动结构可以包括围绕其底座的套管，其可以滑动地接合在底座上的闩从而保持顶篷或更确切地说其第二次表面就位。
[0086]在或接近发电阶段结束时，可移动结构108可以被接合成将其自身从第一配置重新配置到第二配置以用于电力循环的恢复阶段。在一个例子中，液流流动可以移动套管以接合在可移动结构的底座130处的闩从而释放顶篷132的第二次表面136b。如图6b和图6c所示，持续的液流流动可以沿液流流动的方向推动第一次表面136a并且然后推动其向下朝向底座，这会类似于将伞从内往外翻。也如图6c并且进一步如图6d所示，第二次表面可以可滑动地接合底座，并且随着第一次表面移动向下朝向底座而可以与液流流动的方向相反地沿底座移动。这种移动可以持续直到顶篷位于近似紧贴底座，在这点可移动结构在第二配置中，并且其顶篷的第二次表面朝向液流流动的方向，如图6e所示。在一个例子中，在这点，第一次表面可以被锁住紧贴或接近可移动结构的底座，类似于之前的第二次表面。
[0087]可移动结构108的重新配置可以发生在发电阶段的结束时、恢复阶段的开始时或在发电和恢复阶段之间或横穿发电和恢复阶段。在恢复阶段的结束时，可移动结构可以再次将其自身从第一配置重新配置到第二配置。在一个例子中，支撑结构106的导向结构122可以包括倾斜/成角度表面。随着可移动结构被拉动朝向支撑结构，可移动结构可以接合导向结构并且其成角度表面可以至少部分地楔在顶篷132和底座130之间。这可以导致顶篷的第二次表面136开始枢转出并远离底座，如图6f所示。然后，液流流动的方向可以推动顶篷向外且回到第一配置(见图6a)。这个重新配置可以发生在恢复阶段的结束时、发电阶段的开始时或在恢复和发电阶段之间或横穿恢复和发电阶段。然后，可以再次开始电力循环。
[0088]如上所说，在一个例子中，可移动结构106可以具有三个、四个或更多个自由度。再次提出参考图1，并且现更具体地参考图7和图8。考虑例如图1、图7和图8所不的不例笛卡尔坐标系。如图所示，系统包括大体垂直于水体104的表面102的z轴线和大体平行于该表面的X轴线和I轴线。在水体中的液流流动可以大体具有X轴线分量或I轴线分量中的任一者或两者。但是在各种情况下，液流可以向上或向下流动朝向或远离表面，从而液流流动增加了 z轴线分量。
[0089]可移动结构108可以围绕其底座130旋转并且可线性移动远离或朝向支撑结构106。在一个例子中，支撑结构的转节结构124可以附加地允许可移动结构围绕z轴线的运动，如图7所示。这三个自由度可以允许可移动结构随着液流流动的X轴线分量和I轴线分量而移动。附加地或替代地，如图8所示，支撑结构的导向结构122可以是可枢转导向结构，其可以允许可移动结构围绕y轴线的运动。这个附加的自由度可以允许可移动结构随着液流流动的z轴线分量而移动。因此，可移动结构可以具有附加的自由度，该附加的自由度可以允许可移动结构随着液流流动而移动，且其不会总是在同一方向上。
[0090]在一个例子中，系统100可以被部署为便于设置和使用的预制模块，如用于远程操作或补充功率以延长任务。在另一例子中，系统可以成群地被部署为具有共同地将功率馈送到存储或传输系统的相关联的电力电缆126的“场”。而在又一例子中，系统可以被部署在可能需要功率的前方运行基地(FOB)或者其他安装地点或设施中。在任何情况下，系统可以提供比目前的水基能量生产系统更小的占地面积，并且可以实现为具有更多的环境优势、更少的移动或旋转零件、降低复杂性、降低噪声等。
[0091]现提出参考图9，其示出流程图，该流程图示出根据一个示例实施例的用于将流体运动转换为电动率的方法中的各步骤。如块900所示，该方法包括在流体(例如，水体104)中部署包括被连接到可移动结构108的支撑结构106的系统100，或其他方式提供被部署在流体中的这种系统。在方法包括部署该系统的一个例子中，该系统可以被部署在流体的表面(例如，表面102)之下。在这个例子中，该系统可以进一步包括浮标114，支撑结构被系到该浮标114，且当被部署时该浮标被配置为保持支撑结构直立。
[0092]该方法包括在电力循环的发电阶段期间响应于作用在可移动结构上的流体运动，通过可移动结构108产生机械能，其中该可移动结构具有三个或更多个自由度。在一个例子中，产生机械能包括可移动结构运动远离支撑结构106，如块902所示，其中该可移动结构通过电缆118被连接到支撑结构，该电缆允许相应运动。
[0093]该方法还包括将机械能转换为电能并且由该电能提供电功率,如块904所示。
[0094]该方法可以进一步包括将可移动结构108从第一配置重新配置到不同的第二配置以用于电力循环的恢复阶段，如块906所示。在这方面，在第一配置中的可移动结构具有比在第二配置中的可移动结构更大的正交于流体的表面面积。在一个例子中，然后，该方法可以包括在恢复阶段期间通过电缆将可移动结构拉回到支撑结构106，如块908所示。可移动结构可以从第二配置被再次重新配置回到第一配置，如块910所示。并且另一电力循环可以以可移动结构运动远离支撑结构而重新开始。
[0095]在一个例子中，流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，且其中流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个。在这个例子中，产生机械能可以包括可移动结构108随着流体运动的第二轴线分量和第三轴线分量且远离支撑结构106的运动。另外地或替代地，例如，产生机械能可以包括可移动结构随流体运动的第一轴线分量的运动。
[0096]在一个例子中，可移动结构108包括底座130和耦接到底座且从底座延伸的顶篷132或一个或更多个翅。在这个例子中，顶篷包括主表面134和次表面136，且主表面具有比次表面更大的表面面积。顶篷可以被安排成其主表面在第一配置中朝向流体运动方向。然后，重新配置可移动结构可以包括重新配置顶篷使得在第二配置中其次表面朝向流体运动方向。
[0097]在更具体的例子中，可移动结构300包括围绕底座302圆周地延伸的顶篷304，并且重新配置顶篷包括围绕底座折叠顶篷(见图3)。在另一例子中,可移动结构400包括围绕底座402圆周地延伸的多个翅404，并且重新配置翅包括围绕底座旋转每个翅(见图4)。
[0098]在本文中陈述的本公开的许多变体和其他实施例将会使这些公开内容所涉及的领域的一个技术人员想到呈现在前述描述和相关附图中的教导的益处。因此，应当理解本公开不限于所公开的特定实施例并且变体和其他实施例旨在被包含在附加权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关附图描述了在元件和/或功能的特定示例性组合的上下文中的示例实施例，不过必须认识到，元件和/或功能的不同组合可以通过替代实施例被提供，而不用背离附加权利要求的范围。在这方面，例如，除了上文明确描述的这些之外的元件和/或功能的不同组合也被认为可以陈述在一些附加权利要求中。尽管本文使用了特定术语，但它们仅被用于通用和描述意义且不是为了限制的目的。
【权利要求】
1.一种用于将流体运动转换为电功率的系统，该系统可部署在流体中且包含: 支撑结构(106),其包括被配置为将机械能转换为电能且由该电能提供电功率的发电机组件(120,200)；和 可移动结构(108, 300，400),其被连接到所述支撑结构(106)并且被配置为在电力循环的发电阶段期间生成机械能以用于被所述发电机组件(120,200)转换，其中所述流体运动作用在所述可移动结构(108,300,400)上，所述可移动结构(108,300,400)具有三个或更多个自由度， 所述可移动结构(108,300,400)在所述发电阶段期间具有第一配置且在所述电力循环的恢复阶段期间具有不同的第二配置，在所述第一配置中的所述可移动结构(108,300,400)具有比在所述第二配置中的所述可移动结构(108,300,400)更大的正交于流体流动的表面面积。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于所述笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中所述流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个， 其中所述支撑结构(106)包括转节结构，该转节结构被配置为允许所述可移动结构(108,300,400)随所述流体运动的所述第二轴线分量和第三轴线分量的运动。
3.根据权利要求1或2中任意权利要求所述的系统，其中所述支撑结构(106)进一步包括被配置为允许所述可移动结构(108)随所述流体运动的所述第一轴线分量的运动的可枢转导向结构。
4.根据权利要求1-3中任意权利要求所述的系统，其中所述流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于所述笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中所述流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个， 其中所述支撑结构(106)包括被配置为允许所述可移动结构(108,300,400)随所述流体运动的所述第一轴线分量的运动的可枢转导向结构。
5.根据权利要求1-4中任意权利要求所述的系统，其中所述可移动结构(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且从所述底座(130,302,402)延伸的顶篷(132,304),所述顶篷(132,304)包括主表面(134,306)和次表面(136, 308)，所述主表面(134,306)具有比所述次表面(136,308)更大的表面面积， 其中所述顶篷(132,304)被安排成其主表面(134,306)在所述第一配置中朝向流体运动方向，并且被安排成其次表面(136,308)在所述第二配置中朝向所述流体运动方向。
6.根据权利要求1-4中任意权利要求所述的系统，其中所述可移动结构(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且从所述底座(130,302,402)延伸的多个翅(404),^个翅包括主表面(406)和次表面(408),所述主表面(406)具有比所述次表面(408)更大的表面面积， 其中所述每个翅被安排成其主表面(406)在所述第一配置中朝向流体运动方向，并且被安排成其次表面(408)在所述第二配置中朝向所述流体运动方向。
7.可部署在流体的表面之下的根据权利要求1-6中任意权利要求所述的系统，该系统进一步包括: 浮标，所述支撑结构(106)系于该浮标，当被部署时所述浮标被配置为保持所述支撑结构(106)直立。
8.一种用于将流体运动转换为电功率的方法，其包含: 提供包含被连接到支撑结构(106)的可移动结构(108,300,400)的系统，该系统可部署在流体中； 在电力循环的发电阶段期间，响应于流体运动作用在所述可移动结构(108,300,400)上，通过所述可移动结构(108,300,400)产生机械能，所述可移动结构(108,300,400)具有三个或更多个自由度； 将所述机械能转换为电能并且由该电能提供电功率；以及 将所述可移动结构(108,300,400)从第一配置重新配置成不同的第二配置以用于所述电力循环的恢复阶段，在所述第一配置中的所述可移动结构具有比在所述第二配置中的所述可移动结构(108,300,400)更大的正交于流体流动的表面面积。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述恢复阶段期间通过电缆将所述可移动结构(108,300,400)拉回到所述支撑结构(106)0
10.根据权利要求8或9中任意权利要求所述的系统，其中所述流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于所述笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中所述流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个， 其中产生所述机械能包括所述可移动结构(108)随所述流体运动的所述第二轴线分量和所述第三轴线分量且远离所述支撑结构(106)的运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中产生所述机械能进一步包括所述可移动结构(108,300,400)随所述流体运动的所述第一轴线分量的运动。
12.根据权利要求8-11中任意权利要求所述的方法，其中所述流体具有大体垂直于笛卡尔坐标系的第一轴线且平行于所述笛卡尔坐标系的第二和第三轴线的表面，并且其中所述流体运动具有第一轴线分量、第二轴线分量或第三轴线分量中的一个或更多个， 其中产生所述机械能包括所述可移动结构(108)随所述流体运动的所述第一轴线分量且远离所述支撑结构(106)的运动。
13.根据权利要求8-12中任意权利要求所述的方法，其中所述可移动结构(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且从所述底座(130,302,402)延伸的顶篷(132,304),所述顶篷(132,304)包括主表面(134,306)和次表面(136, 308)，所述主表面(134,306)具有比所述次表面(136,308)更大的表面面积，所述顶篷(132,304)被安排成其主表面(134,306)在所述第一配置中朝向流体运动方向， 其中重新配置所述可移动结构(108)包括重新配置所述顶篷(132, 304),使得其次表面(136,308)在所述第二配置中朝向所述流体运动方向。
14.根据权利要求8-12中任意权利要求所述的方法，其中所述可移动结构(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且从所述底座(130,302,402)延伸的多个翅(404),^个翅包括主表面(406)和次表面(408),所述主表面(406)具有比所述次表面(408)更大的表面面积，并且每个翅被安排成其主表面(406)在所述第一配置中朝向流体运动方向， 其中重新配置所述可移动结构(108,300,400)包括重新配置所述每个翅，使得其次表面(408)在所述第二配置中朝向所述流体运动方向。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个翅(404)围绕所述底座(130,302,402)圆周地延伸，并且其中重新配置每个翅包括使每个翅围绕所述底座(130,302,402)旋转。
【文档编号】F03B17/06GK104321526SQ201380019235
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年3月11日 优先权日:2012年5月10日
【发明者】B·C·格鲁贝尔 申请人:波音公司