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，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，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)來的轉(zhuǎn)動(dòng)能量通過一個(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)沒有公開有關(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，它能利用可以通過所述襯套而移動(dòng)的所述支腳來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)能夠沿順反時(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支腳760安置在底部B上。這些支腳可以通過襯套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，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。通過并排地錨定若干單元，側(cè)向距離也可利用鏈來調(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。
利用從渦輪來的生產(chǎn)載荷來沿每個(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?；蛘呤?，吊桿可能自動(dòng)釋放到水面(萬一渦輪或發(fā)電機(jī)的控制發(fā)生故障或出了問題)。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，通過相反轉(zhuǎn)動(dòng)該定子來組合一個(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的一端通過法蘭804連接在定子框架上，通過定子軸承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?？諝忾g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)用分裂操作來安排-兩個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(見圖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。
雖然沒有進(jìn)行過所有細(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)通過一連接件(502)連接在第一螺旋槳或渦輪上，而第二軸(800)通過一連接件(802)連接在第二螺旋槳或渦輪上。
專利摘要
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)H02K16/00GK1991164SQ200610081903
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2002年7月8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導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan