流体动力式发电机的制作方法

专利名称：流体动力式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及由机械源产生电能的设备和方法。更具体地，本发明 由流体源产生电能并且收集电能作为动力源。
背景技术：
化石燃料是碳氢化合物，主要呈煤、燃油和天然气的形式。这些 燃料由死亡的植物和动物的遗体经过数千年而形成。这样，从化石燃 料源获得的燃料供应是有限的。供求经济原理指出随着碳氢化合物 的供应减少，这种供应的成本将会上升。因此，根据经济学法则存在 经济动机来寻找替代的能量燃料。
在现有技术中已知的是，化石燃料的燃烧产生空气污染物，例如 氮氧化物、二氧化硫和重金属。另外，已知化石燃料的燃烧会产生呈 铀和钍形式的放射性物质。环境规定使用了多种方法来限制排放。然 而，最好的解决方案是减少或消除化石燃料的燃烧的替代性能源。
呈精炼汽油形式的化石燃料用于为运行于内燃机的常规陆地车 辆提供动力。近年来，已经进行了研究和研发来制造不需要化石燃料、 或者至少减少操作车辆所需要的化石燃料量的陆地车辆的发动机。例 如，蓄电池电动车辆是利用存储在可再充电蓄电池组中的化学能的电 动车辆。电动车辆除了内燃机以外还使用电动马达或者使用电动马达 来代替内燃机。在市场中变得更为普遍的电动车辆的形式是既使用电 动马达又使用内燃机的混合动力陆地车辆。利用由电能支持的马达的 现有陆地车辆具有需要对蓄电池组进行再充电的局限性。用户需要能 够用汽油型车辆提供的便利性行驶长的距离。因此，需要这样一种车 辆该车辆能够产生电能以为其马达提供动力并且有助于行驶而同时最小化对环境的任何不利的污染影响。
已知的是，用电力来为陆地车辆提供动力会产生来自车辆的直接 污染。具体而言，已知的是汽车可以由蓄电池提供动力而不需要汽油 型汽车所使用的常规发电机。对常规发电机的改进产生了排放较少污 染物的汽车。然而，电动陆地车辆和混合动力车辆两者的局限性之一 是对蓄电池再充电的替代性机构。产生并且利用电能对车辆内的蓄电 池再充电的已知方法和系统之一是流体流动力式发电机。流体流动力 式发电机将汽车运动形成的流体流转变为涡轮机的转动能量。涡轮机 通常附连到发电机，在发电机中，涡轮机的旋转力对发电机的转子施 加旋转力。发电机转子的旋转启动发电机并且允许发电机在汽车运动 时对蓄电池再充电。然而，在本技术领域中使用的已知发电机是笨重 且昂贵的。具体而言，这些发电机是汽车内易受磨损和破损并且必须 定期维修和/或更换的额外器件。而且，已知的发电机不能使其产生 能量的潜能最大化。因此，期望一种产生电力来对汽车的蓄电池再充 电而不需要笨重器件的附加成本和维护且同时使产生的能量最大化
的i殳备和方法。

发明内容
本发明涉及由机械能产生电能的设备和方法。
在本发明的一方面，提供一种设备，该设备具有外壳，该外壳安 装在车辆发动机舱的内部中并且横向于车辆的前部。外壳与车辆运动 产生的流体流连通。机电式发电机安装在外壳中并且还与蓄电池电连 通。发电机包括用于从流体源产生电能的整体式旋转元件。旋转元件 安装在外壳内并且响应于接收到外壳中的流体流而绕轴线旋转。磁体 联接到旋转元件的远端并且与旋转元件一起进行旋转。另外，围绕与 磁体连通的相对同心的壳体隔开地提供导电材料。磁体和导电材料响 应于旋转元件的旋转而产生电荷。提供电连接件以将旋转元件产生的 电荷传送到蓄电池。
在本发明的另一方面，提供一种设备，该设备具有安装在车辆的 内部舱室中的外壳。外壳安装成横向于车辆的前部并且与车辆运动所 产生的流体流连通。外壳具有多个内部舱室，每个舱室构造成接收和 安装与蓄电池电连通的单个模块化机电式发电机部件。每个发电机部件包括安装到支架的发电机和通过轴与发电机连通的旋转元件。旋转 元件适于在接收到外壳中的流体流时绕轴线旋转。第一机电式发电机 部件被设置和容纳在外壳的第一舱室中并且邻近于容纳在相邻舱室 中的第二机电式发电机部件。第一发电机包括适于沿第一旋转方向旋 转的第一旋转元件。第二发电机包括适于沿第二旋转方向旋转的第二 旋转元件。第一和第二旋转方向不同。每个发电机部件通过旋转元件 的旋转产生电荷。提供电连接件以将产生的电荷传送到蓄电池。
在本发明的又一方面，提供一种设备，该设备具有安装在框架中 并且与蓄电池电连通的机电式发电机。机电式发电机单元^皮整体形成
到旋转元件中，包括安装在框架内以在接收到流体流时绕轴线旋转 的第一旋转元件；与第一旋转元件连通的多个叶片，每个叶片的近端 安装成邻近于第一旋转元件并且每个叶片的远端与第二旋转元件连 通；容納在第二旋转元件中的磁体；以及，容纳在与第二旋转元件隔 开的第三元件中的导电材料。磁体和导电材料由紧靠导电材料的磁体 的旋转产生电荷。电荷通过电连接件传送到蓄电池。
本发明的其它特征和优点将结合附图从下面的本发明目前优选 实施例的详细描述中显而易见。


图1是具有整体式发电机的流体流涡轮机的正视图。 图2是多个对齐的发电机单元的侧视图。 图3是整体式发电机单元的另一个实施例的侧视图。 图4是整体式发电机单元的一个实施例的正视图。 图5是整体式发电机单元的另一个实施例的正视图。 图6是管理整体式发电机单元的操作的控制系统的框图。 图7是具有整体式发电机单元的流体流涡轮机的正视图。 图8是按照图4所示实施例的类似工程原理的具有整体式发电机 单元的流体流涡轮机的正视图。
具体实施方式
概述
本发明涉及发电、和/或利用基于机械能源所产生的电对蓄电池充电的i殳备和方法。流体流,皮用作机械能源以对涡轮机施加旋转力
能。所产生的电能存储在蓄电池中并且用作动力源。 技术细节
可容易理解，在此总体上描述的且在附图中示出的本发明的部件 可以按多种不同的构造来布置和设计。因此，下面对附图中示出的本 发明的设备、系统和方法的实施例的更详细的描述不旨在限制所要求 保护的本发明的范围，而仅仅表示所选择的本发明的实施例。
在整个说明书中所指的"选定实施例"、"一个实施例"或"一实施 例"的意思是指关于该实施例所述的具体特征、结构或特点被包括在 本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个地方出现的 短语"选定实施例"、"在一个实施例中"或"在一实施例中"并不必须全
部指代相同的实施例。
此外，所描述的特征、结构或特点可以在一个或多个实施例中以 任何适当的方式组合。在下面的说明中提供了多个具体细节，例如流 体流涡轮机和与其关联的整体式交流发电机单元的例子，从而提供对 本发明实施例的全面的理解。然而，相关技术领域的技术人员将会认 识到，可以不利用一个或多个具体细节或者利用其它方法、部件、材 料等来实施本发明。在其它示例中，没有示出或详细描述公知的结构、 材料或操作以避免难以理解本发明的各方面。
参考附图将最佳地理解所图示的本发明的实施例，在所有附图 中，同样的部件由同样的附图标记标出。下面的说明仅意在举例，并 且简单地图示出与本文所要求保护的本发明的相一致的装置、系统和 方法的某些选定实施例。
图1是具有整体式发电机的流体流涡轮机100的正视图。如图所 示，涡轮机包括中央旋转元件102，该旋转元件102具有与其连通的 多个风扇叶片104、 106、 108、 110和112。更具体地，每个风扇叶 片具有近端和远端。风扇叶片104具有近端124和远端134,风扇叶 片106具有近端126和远端136，风扇叶片108具有近端128和远端 138，风扇叶片110具有近端130和远端140，风扇叶片112具有近 端132和远端142。每个风扇叶片的近端与中央旋转元件102连通。 更具体地，风扇叶片104的近端124连接到中央旋转元件102，风扇叶片106的近端126连接到中央旋转元件102，风扇叶片108的近端 128连接到中央旋转元件102，风扇叶片110的近端130连接到中央 旋转元件102，风扇叶片112的近端132连接到中央旋转元件102。 每个风扇叶片104-112的远端134-142分别安装到第二旋转元件152。 在一个实施例中，中央旋转元件102和第二旋转元件152是同心的。 当风扇叶片104-112旋转时，第二旋转元件152沿着与中央旋转元件 102相同的方向以相同的旋转速度旋转。
第二旋转元件152具有内表面154和外表面156。内表面154与 每个风扇叶片104-112的远端134-142连通。外表面156具有与其附 连的多个磁体160。在一个实施例中，磁体是固定的并且固定在外表 面156的特定位置。
第三周向元件170相对于第二旋转元件152定位。第三周向元件 170安装成分别与中央旋转元件102和第二旋转元件152同心。第三 周向元件170具有内表面172和外表面174。内表面172设置成与第 二旋转元件的外表面156相邻。内表面172具有导电材料176。在一 个实施例中，导电材料是铜线。类似地，在一个实施例中，第三周向 元件170保持固定。 一个或多个轴承180被设置且从第二旋转元件 152延伸到第三周向元件170。轴承围绕第二旋转元件152的圆周隔 开。虽然这里示出了五个轴承180，但是在一个实施例中，根据涡轮 机100的尺寸和构造可以有更多数量的轴承或更少的轴承。在一个实 施例中，轴承180是允许第二旋转元件152和第三周向元件170之间 的受限相对运动的装置。轴承180可以由尼龙、金属或有助于第二旋 转元件152的旋转的任何材料制成。类似地，在一个实施例中，可以 为轴承提供罩盖以防止污物或任何不希望的杂质接近轴承180。第二 旋转元件152在轴承180上沿顺时针或逆时针方向旋转。类似地，中 央旋转元件102与第二旋转元件152 —起旋转。当第二旋转元件152 在轴承180上绕中央旋转元件102的轴线旋转时，磁体160相对于所 安置的导电材料176的运动产生电荷(未示出)。电荷以电能的形式 存储在与涡轮机IOO连通的蓄电池(未示出)中。
在图7中示出了整体式流体流涡轮机800的另一种形式。如图所 示，涡轮机包括中央旋转元件802，中央旋转元件802具有与其连通 的多个风扇叶片804、 806和808。虽然仅示出了三个风扇叶片，但
10是本发明不应当限于流体流涡轮机中这一数量的风扇叶片。在一个实 施例中，流体流涡轮机可以构造成具有比本文所示的叶片数量更多或
更少的叶片。每个风扇叶片具有近端和远端。风扇叶片804具有近端 824和远端834，风扇叶片806具有近端826和远端836，风扇叶片 808具有近端828和远端838。每个风扇叶片的近端与中央旋转元件 802连通。更具体地，风扇叶片804的近端824连接到中央旋转元件 802，风扇叶片806的近端826连接到中央旋转元件802,风扇叶片 808的近端828连接到中央旋转元件802。每个风扇叶片804、 806和 808的远端834、 836和838分别固定到第二旋转元件852或者以其 它方式与第二旋转元件852连通。在一个实施例中，中央旋转元件 802和第二旋转元件852是同心的。当风扇叶片804、 806和808旋 转时，第二旋转元件852沿着与中央旋转元件802相同的方向以相同 的旋转速度旋转。
第二旋转元件852具有内壁854和外壁856。内壁854与每个相 应风扇叶片804、 806和808的远端834、 836和838连通。多个磁体 (未示出)在第二旋转元件852内安装在内壁854和外壁856之间。 在一个实施例中，磁体是固定的。类似地，在一个实施例中，/磁体围 绕第二旋转元件852的圆周均匀地隔开。在承受流体力时，风扇叶片 804、 806和808绕中央旋转元件802的轴线沿顺时针或逆时针方向 旋转。第二旋转元件852与风扇叶片804、 806和808 —起沿相同方 向旋转。因此，风扇叶片的旋转引起一个或多个固定磁体绕相同旋转 轴线的运动。
第三周向元件870相对于第二旋转元件852定位。第三周向元件 870安装成分别与中央旋转元件802和第二旋转元件852同心。在一 个实施例中，框架890被设置成将中央旋转元件802固定到第三周向 元件870。第三周向元件870具有内壁872和外壁874。在一个实施 例中，第三周向元件870是固定的并且分别相对于第一和第二旋转元 件802和852被框架890固定就位。第三周向元件870的内壁872设 置成与第二旋转元件852的外壁856相邻。导电材料(未示出)在第 三周向元件870内安装在内壁872和外壁874之间。在一个实施例中， 导电材料876是绕第三周向元件870的圆周隔开的多个单独单元的形 式。类似地，在一个实施例中，导电材料的每个独立单元与电容器和独立的整流桥连通。该构造使得每个独立单元能够用作单独的发电机 单元。在一个实施例中，电容器与线圈单元一起用来允许在来自第二
旋转元件852的磁体移动期间存储电能。当第二旋转元件852的磁体 在第三周向元件870的导电材料876附近经过时产生电。
为了促进第一旋转元件802绕中心轴线802a的旋转，提供一个 或多个轴承(未示出)。轴承是允许叶片804、 806和808绕轴线802a 的受限相对运动的装置。轴承可以由尼龙、金属或有助于第一旋转元 件802绕轴线802a旋转的任何其它材料制成。类似地，在一个实施 例中，可以为轴承提供罩盖以防止污物或不希望的物质接近轴承。
图2是多个流体流涡轮机200的侧视图，每个流体流涡轮机都具 有如图1所示的发电机单元。在一个实施例中，可以为图7所示的流 体流涡轮机布置提供类似的构造。更具体地，如此处所示，壳体202 设有安装在其中的三个整体式发电机单元210、 230和250。壳体是 尺寸适于接收整体式发电机单元的中空外壳。风扇叶片212、 232和 252被显示为具有波浪形轮廓。在一个实施例中，风扇叶片可以具有 不同的轮廓且所述轮廓应当不限于这里所示的轮廓。每个单元210、 230和250的第二旋转元件214、 234和254分别显示为具有安装到 其外表面的磁体216、 236和256。在一个实施例中，提供板来辅助 磁体相对于旋转元件的定位。如图所示，提供板330来支撑和定位磁 体216，提供板332来支撑和定位磁体236,提供板334来支撑和定 位》兹体256。第三周向元件218、 238和258显示为与第二旋转元件 214、 234和254的外表面隔开。导电材料220、 240和260显示为分 别与第三周向元件218、 238和258连通并且紧邻磁体216、 236和 256。在一个实施例中，提供板来辅助导电材料相对于旋转元件的定 位。如图所示，提供板222来支撑和定位导电材料220，提供板242 来支撑和定位导电材料240,提供板262来支撑和定位导电材料260。 另外，如图l所示，提供轴承来辅助第二旋转元件相对于第三周向元 件的旋转。在此如图2所示，每个单元有至少四个轴承。更具体地， 单元210具有轴承270、 272、 274和276，单元230具有轴承280、 282、 284和286，单元250具有轴承2卯、292、 294和296。轴承的 结构显示为具有水平部分和竖直部分。本发明应当不限于在此所示的 轴承的机械结构。在一个实施例中，轴承的结构可以是不同的，或者
12用替代性的机械、电气或化学元件来代替，同时继续提供辅助第二旋 转元件的旋转的结构。类似地，在一个实施例中， 一组或多组轴承可 以设置在发电机单元的其它部分上。类似地，发电机单元可以包括与 示例性示例中所示的数量不同的轴承。
除了将发电机单元固定到壳体以外，在一个实施例中，可能理想
的是固定相邻的发电机单元。如图2所示，第二机械紧固元件278显 示为将第一发电机单元210固定到第二发电机单元230。类似地，第 二机械紧固元件288显示为将第二发电机单元230固定到第三发电机 单元250。在一个实施例中，相邻的发电机单元可能需要多于一个的 第二紧固元件来固定相邻的单元。例如，如图2的轮廓图所示，在壳 体的径直相对侧上重复设置第二紧固元件。
当发电机单元的风扇受到流体流时，风扇根据具体单元在单元阵 列中的设置沿顺时针或逆时针方向转动。在一个实施例中，相邻安装 的单元的风扇沿相反方向旋转以增加通过壳体的流体流。例如，第一 发电机单元的风扇可以顺时针旋转，相邻发电机单元的风扇可以沿逆 时针方向旋转。风扇叶片和关联的磁体绕导电材料的旋转产生电能。 在一个实施例中，相邻安装的风扇的叶片被相对地设置，使得叶片在 受到流体流的冲击时沿相反方向旋转。 一个或多个蓄电池被连接到发 电机单元以存储所述单元产生的电能。因此，发电机用于发电，并且 在一个实施例中，发电机用产生的电对蓄电池充电。
如图2所示，第一发电机单元210具有通向蓄电池304的电连接 件302，第二发电机单元230具有通向蓄电池314的电连接件312， 第三发电机单元250具有通向蓄电池324的电连接件322。在一个实 施例中，各个蓄电池304、 314和324可以是多个蓄电池的组的形式。 每组中的蓄电池的数量可以根据相应发电机单元产生的能量和蓄电 池组中各个蓄电池的存储容量而变。在一个实施例中，每个发电才几单 元产生的电能可以在不利用蓄电池的情况下传送到能量源。因此，发 电机单元产生的电能可以传送到在发电机和需要电能作为输入源的 马达之间提供负栽控制的机构。
图3是多个具有替代性构造的流体流涡轮机400的侧视图。更具 体地，如这里所示，壳体402设有安装在其中的四个发电机单元410、 430、 450和470。每个发电机单元包括支架、旋转单元和发电机。例如，第一发电机单元410包括通过轴416连接到发电机414的旋转单 元412。发电机414安装到支架418。类似地，第二发电机单元430 包括通过轴436连接到发电机434的旋转单元432，第三发电机单元 450包括通过轴456连接到发电机454的旋转单元452，第四发电机 单元470包括通过轴476连接到发电机474的旋转单元472。壳体402 是尺寸适于接收发电机单元的中空外壳。在一个实施例中，每个旋转 单元可以包括多个风扇叶片(未示出)；其中，各个风扇叶片可具有 波浪形轮廓。在一个实施例中，风扇叶片可以具有不同的轮廓并且所 述轮廓应当不限于这里所示的轮廓。每个发电机部件414、 434、 454 和474容纳一组磁体和导电材料。当各个发电机单元的旋转单元绕关 联的轴旋转时，在相应发电机的边界内发生紧邻于导电材料的磁体的 旋转，并且产生电能。
每个发电机单元，即具有其旋转单元的每个发电机，是壳体402 内的模块化部件。 一个发电机单元的故障允许更换该单元而不影响系 统的完整性，因为每个单元都独立地固定到壳体402。如关于图2所 述，整体式发电机单元的模块化方面使得能够对壳体内单元单独地进 行维护、修理和更换。例如，在确定必须对单元之一进行维护、修理 和/或更换时，可以松开将单元固定到壳体的紧固元件。如果具有将 单元固定到相邻单元的任何第二紧固元件，那么所述第二紧固元件可 以被分离以使得指定单元能够从壳体移除而不影响其余单元的操作。 因此，每个整体式单元被固定到壳体和/或相邻单元并且独立地操作 以产生电并且将所产生的电传送到蓄电池。
相邻安装的发电机单元410、 430、 450和470的旋转元件在受到 流体流时旋转。在一个实施例中，相邻的风扇叶片组被相对地安装， 使得相邻的旋转元件在受到流体流的冲击时沿相反方向旋转。例如， 第一发电机单元410可以沿顺时针方向旋转，促使第二发电机单元 430沿逆时针方向旋转并且第三发电机单元450沿顺时针方向旋转。 相反的旋转方向使得在外壳内能够获得更多的流体能，继而产生更多 的电能。
每个发电机单元410、 430、 450和470具有通向蓄电池的电连接 件。更具体地，第一发电机单元410具有通向蓄电池420的电连接件 422，第二发电机单元430具有通向蓄电池440的电连接件442,第
14三发电机单元450具有通向蓄电池460的电连接件462，第四发电机单元470具有通向蓄电池480的电连接件482。在一个实施例中，各个蓄电池420、 440、 460和480可以是多个蓄电池的组的形式。每组中的蓄电池的数量可以根据相应发电机单元产生的能量和蓄电池组中各个蓄电池的存储容量而变。类似地，在一个实施例中，每个发电机单元产生的电能可以在不利用蓄电池的情况下传送到能量源或能量存储设备。因此，发电机单元产生的电能可以传送到在发电机和需要电能作为输入源的马达之间提供负栽控制的机构。
如上述在图2中关于整体式发电机单元所示，每个发电机单元连接到一个或多个蓄电池以存储由发电机单元产生的电能。与每个发电机单元连通的蓄电池数量可以才艮据相应发电机单元产生的能量和蓄电池组中各个蓄电池的存储容量而变。
在一个实施例中，磁体相对于导电材料的位置可以改变。图4是整体式发电机单元500的另一个实施例的正视图。发电机单元510具有多个周向单元520、 530、 540和550。第一周向元件520设置成与第二周向元件530同心且相邻。发电机单元的第一周向单元520是固定的且用于将第二周向单元530保持在适当位置。第一周向单元520具有内表面522和外表面524。内表面522与尺寸适于接收马达(未示出)的中空开口相邻。类似于第一周向单元520,第二周向单元530具有内表面532和外表面534。在一个实施例中，第二周向单元530是辅助第三周向单元540的旋转的滚柱轴承。第二周向单元530的内表面532与第一周向单元520的外表面524相邻且隔开。第三周向单元540具有内表面542和外表面544。内表面542与第二周向单元530的外表面534隔开且相邻。第三周向单元540的外表面544具有安装在其上的多个磁体546。另外，内表面542和外表面544之间的区域相应地具有多个风扇叶片548。第四周向单元550具有内表面552和外表面554。内表面552具有与其附连的导电材料556。在一个实施例中，第四周向单元是固定的。 一个或多个轴承560分别设置在第三和第四周向单元540和550之间。轴承560被设置且从第三周向单元540延伸到第四周向单元550。轴承绕着第三周向单元540的圓周隔开。虽然在此示出了五个轴承560,但是在一个实施例中，根据涡轮施例中，轴承560是允许第三周向单元540和第四周向元件550之间 的受限相对运动的装置。轴承560可以由尼龙、金属或有助于第三周 向单元540的旋转的任何材料制成。类似地，在一个实施例中，可以 为轴承提供罩盖以防止污物或任何不希望的杂质接近轴承560。
当风扇叶片548受到流体流时，第三周向单元540在轴承560上 绕旋转轴线旋转，并且磁体546相对于所安置的导电材料556的运动 产生电荷(未示出)。电荷以电能的形式存储在与涡轮机500连通的 蓄电池(未示出)中。在一个实施例中，第一周向单元520和第四周 向单元550可以是固定的，第三周向单元540可以相应地绕第三和第 四周向单元540和550之间的轴承560旋转，以及绕第二周向单元 530的轴承旋转。类似地，在一个实施例中，第三周向单元540的外 表面可以包含导电材料，第四周向单元550的内表面可以包含安装在 其上的磁体。在任一个实施例中，通过磁体相对于导电材料的旋转或 者通过导电材料相对于磁体的旋转来产生电能。在一个实施例中，紧 邻于旋转叶片安装在周向单元之一上的磁体可以比远离旋转叶片安 装的磁体具有更强的磁拉力。因此，与具有安装成与旋转叶片远端相 邻的磁体的整体式发电机单元相比，替代的整体式发电机单元可以利 用不同尺寸的磁体来产生至少同样多的电能(如果不更多的话)。
在一个实施例中，轴是由每个单元共用的单个轴。然而，在一个 实施例中，轴可以是用于每个单元的独立的轴，所述轴附连到相邻的 轴以形成单个连续的轴。附连元件(未示出)将第一旋转元件固定成 与旋转叶片的近端相邻。如上所述，通过周向单元之一的磁体相对于 其它周向单元的导电材料的旋转而产生电能。提供从每个整体式发电 机单元到蓄电池或蓄电池组的电连接件(未示出)以存储产生的电能。
图8是按照图4所示实施例的类似工程原理的整体式发电机单元 另一个实施例的正视图900。发电机单元910具有两个周向单元920 和940。第一周向元件920设置成与第二周向元件940同心且相邻。 发电机单元的第二周向单元940是固定的且用于将第一周向单元920 相对于第二周向单元940的位置保持在旋转环境中。第一周向单元 920具有内表面922和外表面924，叶片926设置成从内表面延伸到 中空开口915附近。外表面924与磁性材料928连通。在一个实施例 中，磁性材料928与外表面924齐平或者嵌入在内表面922和外表面924之间，从而从正视图不可见。
类似于第一周向单元920，第二周向单元940具有内表面942和 外表面944。在一个实施例中，第二周向单元940具有辅助第一周向 单元920旋转的滚柱轴承950。虽然在此示出了多个滚柱轴承950, 但是本发明应当不限于在此所示的滚柱轴承的数量。第二周向单元 940的内表面942与第一周向单元920的外表面924相邻且隔开。导 电材料(未示出)在第二周向元件940内安装在内表面942和外表面 944之间。在一个实施例中，导电材料(未示出)是绕第二周向元件 940的圆周隔开的多个单独单元的形式。类似地，在一个实施例中， 导电材料的每个独立单元与电容器和独立的整流桥连通。该构造使得 每个独立单元能够用作单独的发电机单元。在一个实施例中，电容器 与线圏单元一起用来允许在来自第一周向元件920的磁体移动期间 存储电能。当第一周向元件920的磁体在第二周向元件940的导电材 料附近经过时产生电。
当叶片926受到流体流时，第一周向单元920在轴承950上绕旋 转轴线旋转，磁体928相对于所安置的第二周向单元940的导电材料 的运动产生电荷(未示出)。在一个实施例中，通过中空内部915的 流体流引起叶片926的旋转。电荷以电能的形式存储在与发电机单元 900连通的蓄电池(未示出)中。在一个实施例中，第一周向单元920 可以是固定的，第二周向单元940可以相应地绕第一和第二周向单元 920和940之间的轴承950旋转(绕轴承950旋转)。类似地，在一 个实施例中，磁性材料和导电材料的放置可以颠倒，使得第一周向单 元920具有导电材料，第二周向单元940具有磁性材料。在任一个实 施例中，通过磁体相对于导电材料的旋转或者通过导电材料相对于磁 体的旋转来产生电能。在一个实施例中，紧邻于旋转叶片安装在周向 单元之一上的磁体可以比远离旋转叶片安装的磁体具有更强的磁拉 力。因此，与具有安装成与旋转叶片远端相邻的磁体的整体式发电机 单元相比，替代的整体式发电机单元可以利用不同尺寸的磁体来产生 至少同样多的电能(如果不更多的话)。
图5是整体式发电机单元600的正视图，该发电机单元具有磁体 相对于导电材料的改进设置。如图所示，整体式单元具有轴610和多 个旋转叶片620、 622、 624、 626、 628、 630、 632和634,每个叶片
17具有近端和远端。每个叶片的近端附连到第二周向单元640，第二周 向单元具有内表面642和外表面644。外表面附连到叶片，内表面具 有安装到其上的多个磁体650。轴610具有延伸到第二周向单元640 以辅助笫二周向单元640的旋转的多个旋转臂615。另外，提供与轴 610同心的中央轴承660,第一周向单元670设置在中央轴承660和 第二周向单元640之间。在一个实施例中，轴610、中央轴承660、 第一周向单元670和第二同心单元640是同心的。第一周向单元670 具有内表面672和外表面674，导电材料676与任一表面连通。内表 面672面向中央轴承660，外表面674面向第二周向单元640的内表 面642。当第二周向单元640受到流体流时，其绕轴610的轴线旋转。 该旋转引起磁体650绕第一周向单元670的导电材料的旋转，从而产 生电能。在一个实施例中，第一同心单元670可以是固定的。类似地， 在一个实施例中，提供外部管来容纳周向单元640、 670和轴610, 提供一个或多个支架(未示出)将第一周向单元670和轴610支撑在 固定位置。
在一个实施例中，整体式发电机单元600可以安装在壳体(未示 出)内。类似地，在一个实施例中，整体式单元可以安装成与多个单 元相邻以产生附加电能。每个单元产生的电能存储在与单元连通的一
个或多个蓄电池(未示出)中。
在这里示出的每个实施例中，发电机单元以某种形式与旋转元件 形成整体。磁体和导电材料相对于单元的旋转叶片的放置产生电能。 各个磁体的强度、磁体绕导电材料运动的速度或者导电材料绕磁体旋 转的速率、以及磁体相对于导电材料的放置都是影响由各个整体式发 电机单元产生的电能的量的因素。
每个整体式发电机单元可以容纳在壳体中，该壳体构造成容纳多 个对齐的单元。在一个实施例中，每个单元是固定在壳体内的模块化
部件，即，每个发电机单元是可被改变或更换而不影响系统其余部分 的独立模块。系统可以设置成监测每个单独单元以及单元在壳体中的 组合操作。图6是与对齐的整体式发电机单元结合使用以监测和管理 所述发电机单元的操作的控制系统的框图700。如图所示，提供壳体 702来容纳一个或多个整体式发电机单元。在此所示的示例中，壳体 702具有安装在其中的四个单元712、 714、 716和718。在一个实施例中，壳体可以构造成根据能量生成目标和要求来容纳不同数量的单 元。每个发电机单元具有跟踪由所述单元产生且存储在一个或多个关
联的蓄电池中的电能的监测器。更具体地，单元712具有监测器722， 单元714具有监测器724,单元716具有监测器726，单元718具有 监测器728。每个监测器连接到管理相关联单元的操作的控制系统 730。更具体地，控制系统跟踪并且监测所有单元的总的电输出，以 及每个单元的单独电输出。如果单元中的任何一个被确定为产生小于 最佳量的电能，即，不满足电能输出的阈值，那么这个信息就由控制 系统传输给第三方或者第三方装置。在一个实施例中，控制系统与输 出装置通信。在确定一个或多个单元不能达到电输出的阈值水平时， 输出装置提供视觉、听觉或触觉信号。例如，在一个实施例中，视觉 输出742、 744、 746和748可以分别与每个单元712、 714、 716和718 关联。在一个实施例中，视觉输出是直接附连到单元或者位于远程位 置以识别具体单元的LED。当单元之一不能达到输出的阈值水平时， 控制系统可以点亮适当的LED以通知该单元有问题。类似地，在一 个实施例中，每个单元可以具有与其关联的多于一个的LED,每个 LED具有不同的照明颜色，或者每个LED具有相同的颜色。不同颜 色的LED可以被点亮以传输不同的控制数据，或者一定样式的LED 可被点亮或不被点亮以传输不同的控制数据。因此，控制系统监测相 关联单元的操作并且传输所述单元的操作数据。
在一个实施例中，发电机单元可以是模块化形式，使得每个单元 是独立的并且可以形成包括两个或更多发电机单元的较大单元的一 部分。在控制系统或者替代性监测工具确定一个或多个单元需要更换 的情况下，所识别的模块化单元可与壳体分离并且被另 一发电机单元 替换。移除或者更换单元不会影响壳体结构的完整性。此外，每个发 电机单元中的一个或多个叶片可以具有涂层或者在其表面上接收涂 层，所述涂层减少或者防止碎屑附连到叶片的表面。碎屑可包括不构 成叶片表面的部分的任何的全部杂质。在一个实施例中，涂层可以防 止叶片结冰或者防止以其它方式在表面上形成霜层。附连到叶片表面
的碎屑、霜和任何杂质会影响叶片的完整性和叶片旋转的能力。
应当理解，上述的每个元件也可以适用于与上述类型不同的替代 性应用或结构，并且不偏离本发明的精神和范围。具体而言，在一个
19实施例中，发电机单元产生直流电。然而，发电机单元应当不限于直 流。在一个实施例中，发电机单元可以是产生交流电的交流发电机的 形式。本文所述的术语"发电机，，可以与直流或交流单元互换。类似地， 在一个实施例中，存储在蓄电池中的能量用于启动旋转元件的旋转以 使其可以通过其旋转来产生附加的能量。所产生的电能可以存储在关 联的蓄电池中或任何电能存储装置中，包括但不限于电容器或者能够 存储电能或将电能传送到次级装置的任何其它装置，或者所述电能可 用于对与整体式单元连通的蓄电池再充电。类似地，本文所示的轴承 可以由有助于与磁体连通的单元相对于导电材料的位置进行旋转的
替代性部件所替换。在一个实施例中，与导电材料连通的单元可以紧 邻于与/f兹体连通的单元旋转。对于任一实施例来说，所述单元不应当 被认为局限于使用轴承来支持旋转运动，因为替代元件可以支持类似 的功能。另外，在一个实施例中，替代性材料可以代替磁体，其中， 替代性材料在被放置到导电材料的附近时产生电能。
类似地，整体式发电机单元可以用于它们受到流体流的各种环境 中。例如，发电机单元可以用于陆地车辆、航空器、水上运栽工具等。 以上所述的元件可适用于施加在车辆上的流体力可用来4吏旋转元件 旋转的任何应用。流体流可以是空气流、水流或者支持旋转元件的旋 转的替代性流体源的形式。在一个实施例中，发电机单元产生的功率 存储在蓄电池中并且用于为马达提供动力以操作与蓄电池连通的车 辆。类似地，在一个实施例中，产生的电能可以从发电机单元直接传 送到需要电能作为输入动力源的马达。
本发明可以在不偏离其精神或实质特点的情况下以其它具体形 式来实施。所述的实施例应当在所有方面理解为仅仅是说明性且不是 限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而非前述说明来限定。 落入权利要求的等同物的涵义和范围内的所有变化都应当包括在所 述权利要求的范围内。因此，本发明的保护范围仅由权利要求及其等 同物来限定。
权利要求
1.一种设备，包括外壳，该外壳安装在车辆发动机舱的内部中并且横向于所述车辆的前部，而且与所述车辆的运动所产生的流体流连通；安装在所述外壳中并且与蓄电池电连通的机电式发电机；所述机电式发电机整体形成到旋转元件中，包括安装在所述外壳内以在接收到所述外壳中的所述流体流时绕轴线旋转的旋转元件；联接到所述旋转元件的远端以与所述旋转元件一起旋转的磁体；围绕与所述旋转元件相对同心且与所述磁体连通的壳体隔开设置的导电材料；由所述旋转元件的旋转产生的电荷；以及将所述电荷传送给所述蓄电池的连接件。
2. 根据权利要求1所述的设备，还包括第一机电式发电机，该 第一机电式发电机容納在所述外壳中且与第二机电式发电机相邻，所 述第一机电式发电机具有沿第一旋转方向旋转的第一旋转元件，所述 第二机电式发电机具有适于沿第二旋转方向旋转的第二旋转元件，其 中所述第一和第二旋转方向不同。
3. 根据权利要求2所述的设备，还包括由所述车辆的初始运动 所产生的引起所述第 一旋转元件旋转的第 一流体力，以及由所述第一 旋转元件的旋转所产生的引起所述第二旋转元件沿与所述第一旋转 元件相反的方向旋转的第二流体力。
4. 根据权利要求2所述的设备，还包括可操作地连接到所述第一机电式发电机的第一蓄电池和可操作地连接到所述第二机电式发 电机的第二蓄电池。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中所述机电式发电机是固定 在所述外壳中的模块化部件。
6. 根据权利要求5所述的设备，还包括视觉指示器，该视觉指 示器与每个所述模块化机电式发电机部件可操作地接合以传送所述 部件的适当操作。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述部件的适当操作包括为与所述发电机部件可操作接合的所述蓄电池产生最小电荷。
8. 根据权利要求5所述的设备，还包括所述外壳内的模块化壳 体舱室，每个所述壳体部件的尺寸适于接收所述模块化机电式发电机 部件中的一个。
9. 根据权利要求8所述的设备，还包括用更换部件更换所述发 电机部件中的一个而不影响在所迷外壳中先前安装的模块化机电式 发电机部件。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中在接收到从所述模块化部 件到所述蓄电池的输出低于所需电能阈值的信息时启动所述模块化 部件的更换。
11. 根据权利要求10所述的设备，还包括监测来自每个所述模 块化发电机部件的电输出的控制系统。
12，根据权利要求11所述的设备，还包括输出装置，所述输出 装置与所述控制系统连通以传输所述发电机部件中的一个的故障数 据，其中所述输出装置传送选自包括以下格式的组的数据视觉、听 觉和触觉。
13. 根据权利要求1所述的设备，其中所述机电式发电机是整体 形成到所述旋转元件中的发电机。
14. 根据权利要求1所述的设备，其中所述产生的电荷对所述蓄 电池再充电。
15. 根据权利要求1所述的设备，其中所述车辆选自包括以下项 的组陆地车辆、航空器、水上运栽工具及它们的组合。
16. —种设备，包括外壳，该外壳安装在车辆发动机舱的内部中并且横向于所迷车辆 的前部，而且与所述车辆的运动所产生的流体流连通；所述外壳具有多个内部舱室，每个所述舱室构造成接收和安装单个模块化机电式发电机部件，所述模块化机电式发电机部件与蓄电池 电连通；每个所述机电式发电机部件包括安装到支架的发电机和通过轴 与所述发电机连通的旋转元件；所述旋转元件适于在接收到所述外壳中的所述流体流时绕轴线 旋转；第一机电式发电机部件，该第一机电式发电机部件容纳在所述外 壳的第一舱室中且与容纳在相邻舱室中的第二机电式发电机部件相 邻，所述第一机电式发电机具有适于沿第一旋转方向旋转的第一旋转 元件，所述第二机电式发电机具有适于沿笫二旋转方向旋转的第二旋转元件，其中所述第一和第二旋转方向不同；每个所述发电机部件通过所述旋转元件的旋转产生电荷；以及 将所述产生的电荷传送到所述蓄电池的电连接件。
17. 根据权利要求16所述的设备，还包括由所述车辆的初始运 动所产生的引起所述第一旋转元件旋转的第一流体力，以及由所述第 一旋转元件的旋转所产生的引起第二旋转元件沿与所述第一旋转元 件相反的方向旋转的第二流体力。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中所述第一和第二旋转元 件安装在所述外壳的相邻舱室中。
19. 根据权利要求16所述的设备，其中所述产生的电荷对所述 蓄电池再充电。
20. 根据权利要求16所述的设备，还包括视觉指示器，该视觉 指示器与每个所述模块化机电式发电机部件可操作地接合以传送所 述部件的适当操作。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中所述部件的适当操作包 括为与所述发电机部件可操作接合的所述蓄电池产生最小电荷。
22. 根据权利要求16所述的设备，其中所述机电式发电机是固 定在所述外壳中的模块化部件。
23. 根据权利要求22所述的设备，还包括所述外壳内的模块化 壳体舱室，每个所述壳体部件的尺寸适于接收所述模块化机电式发电 机部件中的一个。
24. 根据权利要求23所述的设备，还包括用更换部件更换所述 发电机部件中的一个而不影响在所述外壳中先前安装的发电机部件。
25. 根据权利要求24所述的设备，其中在接收到从所述部件到 所述蓄电池的输出低于所需电输出阈值的信息时启动所述部件的更 换。
26. 根据权利要求25所述的设备，还包括监测来自每个所述发 电机部件的电输出的控制系统。
27. 根据权利要求26所述的设备，还包括输出装置，所述输出 装置与所述控制系统连通以传输所述发电机部件的故障数据，其中所 述输出装置传送选自包括以下格式的组的数据视觉、听觉和触觉。
28. 根据权利要求16所述的设备，其中所述车辆选自包括以下 项的组陆地车辆、航空器、水上运载工具及它们的组合。
29. —种设备，包括安装在框架中并且与蓄电池电连通的机电式发电机； 所述机电式发电机整体形成到旋转元件中，包括安装在所述框架内以在接收到所述流体流时绕轴线旋转的 第一旋转元件；与所述第一旋转元件连通的多个叶片，每个所述叶片的近端 安装到所述第一旋转元件并且每个所述叶片的远端与第二旋转 元件连通；容纳在所述第二旋转元件中的磁体；所述第二旋转元件与所述第一旋转元件一起旋转； 容纳在与所述第二旋转元件隔开的第三元件中的导电材料；和由靠近所述导电材料的所述磁体的旋转产生的电荷；以及 将所述产生的电荷传送到所述蓄电池的电连接件。
30. 根据权利要求29所述的设备，还包括与所述蓄电池连通的 马达，所述马达从所述蓄电池接收电能作为动力源。
31. 根据权利要求29所述的设备，其中所述第三元件相对于所 述第一和第二旋转元件处于固定位置。
32. 根据权利要求31所述的设备，其中所述第三元件与所述第 一和所述第二旋转元件同心。
33. 根据权利要求29所述的设备，其中所述导电材料是绕所述 第三元件隔开的多个单元。
34. 根据权利要求33所述的设备，还包括用于每个所述单元的 电容器和整流桥。
35. 根据权利要求29所述的设备，其中所述车辆选自包括以下 项的组陆地车辆、航空器、水上运载工具及它们的组合。
全文摘要
提供一种产生电能的整体式发电机单元。一个或多个整体式发电机单元安装在外壳中并且与存储电能的蓄电池连通。每个单元具有多个旋转元件，当流体经过外壳时，所述旋转元件绕轴线旋转。磁体设置成与旋转元件的至少一个端部连通并且紧邻于导电材料。当旋转元件受到流体流时，流体经过外壳并且引起旋转元件旋转。该旋转引起磁体经过导电材料并且产生电能。
文档编号H02K17/42GK101682242SQ200880012498
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月15日 优先权日2007年4月17日
发明者R·E·布赖德威尔 申请人:空气动力能源公司