專利名稱:具有可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于響應(yīng)于大氣風(fēng)的運(yùn)動(dòng)而發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)組件。發(fā)電機(jī)由風(fēng)力渦 輪機(jī)的作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的周邊邊緣(perimeter rim)以及跨坐轉(zhuǎn)子邊緣的固定的定子組件 制成。風(fēng)力渦輪機(jī)可以安裝在可漂浮支撐件上。
背景技術(shù):
風(fēng)車已經(jīng)被使用了很多代,用于將水從地面泵送的目的和用于發(fā)電。風(fēng)車的基本 優(yōu)勢是其使用大氣風(fēng)的動(dòng)力來使具有徑向延伸葉片的輪旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N 有用的目的。例如,以安裝在塔上的螺旋槳的形式的風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)被放置在流行穩(wěn)定的 風(fēng)的區(qū)域中且風(fēng)力渦輪機(jī)用來發(fā)電。常見的風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片是非常大的并由昂貴的剛性材料制成,并且被構(gòu)造成使 葉片從中心轂徑向延伸,其中在葉片的外部尖端處沒有額外支撐。常見的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 以高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn),并且必須經(jīng)受由葉片的快速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力、由風(fēng)施加到葉片 的懸臂彎曲力以及施加到葉片的傾斜表面(pitched surface)的扭轉(zhuǎn)力。因?yàn)槿~片的外部 部分以非常高的速率運(yùn)動(dòng)并且被強(qiáng)風(fēng)所接合,所以越大的葉片需要葉片越是強(qiáng)勁的,并且 其越強(qiáng)勁其就變得越昂貴。因此,就葉片的長度和寬度而言有實(shí)際限制?,F(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)中的一些構(gòu)造有圍繞渦輪機(jī)葉輪圓周地延伸的外邊緣,且 葉片被圓周邊緣支撐在其外端處。橡膠輪胎被放置在合適的位置中,以接合外邊緣以使橡 膠輪胎旋轉(zhuǎn),同時(shí)被驅(qū)動(dòng)的橡膠輪胎使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。從而,風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)用來發(fā) 電?,F(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)安裝在直立塔上,且塔通過將塔安裝在地里或安裝在某些 其他的穩(wěn)定平臺(tái)上而被支撐在其基部處。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)通過接合渦輪機(jī)葉輪的成角度葉片 的迎面而來的強(qiáng)風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),顯著的縱向力從渦輪機(jī)葉輪的葉片傳遞到塔的上部分,趨向于 使塔傾翻。該水平傾翻力通常比接合渦輪機(jī)葉輪的葉片的成角度表面并引起渦輪機(jī)葉輪旋 轉(zhuǎn)的圓周風(fēng)力顯著地大。該縱向力要求用于風(fēng)力渦輪機(jī)的塔是非常堅(jiān)固的以避免翻倒。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)力渦輪機(jī)在流行穩(wěn)定風(fēng)的空曠陸地區(qū)域中使用,但是最適合于在 風(fēng)力渦輪機(jī)螺旋槳葉片上捕風(fēng)的陸地區(qū)域通常遠(yuǎn)離最需要電能的區(qū)域。因此,需要電能通 過導(dǎo)電纜線傳遞很長的距離以到達(dá)需要的區(qū)域。在大片水域上特別是在海洋上產(chǎn)生的風(fēng)不會(huì)面臨趨向于減慢風(fēng)速的山脈、建筑物 以及陸地塊的植被。風(fēng)的紊流通常在水上比在陸地上少。這可能是因?yàn)橛性陉懙氐牟煌?拔之間比在一片水域上大的溫度變化,顯然地因?yàn)殛柟庠谒斜仍陉懙刂斜晃盏馗h(yuǎn), 并且對于可比較的情況,陸地的表面比水的表面變得更暖和并且輻射更多的熱量。并且,世界上的最大城市中的一些被鄰近大片水域來定位,例如鄰近其中風(fēng)速不被減速且在靠近水表面處不太紊流且是更加可預(yù)測的大洋和大海處。放置在水域上的風(fēng)力渦輪機(jī)的另一個(gè)優(yōu)勢是在水平面處較少的紊流風(fēng)允許渦輪 機(jī)葉輪被較低、較靠近水平面地支撐。這趨向于減少具有通常被陸地安裝的風(fēng)力渦輪機(jī)所 需要的高塔的開支。相應(yīng)地,期望地,將風(fēng)力渦輪機(jī)定位在相對地接近于需要電的陸地塊而隔開的水 域上。并且,期望地,生產(chǎn)具有用于降低由渦輪機(jī)葉輪施加到塔或風(fēng)力渦輪機(jī)的其它垂直支 撐件的縱向力的裝置的風(fēng)力渦輪機(jī)。另外,期望地,支撐在水域上的風(fēng)力渦輪機(jī)能夠在風(fēng)改 變方向時(shí)轉(zhuǎn)向迎面而來的風(fēng),并且期望渦輪機(jī)葉輪的周邊被用來發(fā)電。并且,期望地,生產(chǎn)和使用通過在產(chǎn)生電的過程中減小阻力和摩擦力來操作發(fā)電 機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)或其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備,并且允許在發(fā)電時(shí)渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的較寬范圍。 風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括外周邊邊緣,該外周邊邊緣可以用于穩(wěn)定和支撐風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪的帆 翼或螺旋槳,并用于形成用于定子的轉(zhuǎn)子,定子和轉(zhuǎn)子一起作用為發(fā)電機(jī)。本公開內(nèi)容的概述簡而言之,本公開內(nèi)容涉及用于發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)組件,其可以包括可漂浮支撐 件、發(fā)電機(jī)以及圍繞縱向延伸的中心軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在可漂浮支撐件上的單一渦輪機(jī)葉 輪或一對渦輪機(jī)葉輪,渦輪機(jī)葉輪包括與其分別的中心軸線同中心并圍繞中心軸線可旋轉(zhuǎn) 的圓形邊緣,且發(fā)電機(jī)關(guān)于渦輪機(jī)葉輪中的每一個(gè)是可操作的關(guān)系。在一種實(shí)施方式中,風(fēng)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)葉輪可以安裝在位于大片水域的表面上的可漂 浮支撐件上,且具有錨系統(tǒng)(anchor system),錨系統(tǒng)將風(fēng)力渦輪機(jī)組件中的一個(gè)或多個(gè)系 到其可以各自在一圓弧中移動(dòng)的位置,以便響應(yīng)于風(fēng)力轉(zhuǎn)到風(fēng)中,而不使渦輪機(jī)葉輪互相 碰撞。本公開內(nèi)容的另一個(gè)特征是發(fā)電機(jī),該發(fā)電機(jī)與渦輪機(jī)葉輪的周邊邊緣配準(zhǔn) (register),其中該邊緣包括發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。定子組件被構(gòu)造成使得在可能需要時(shí)側(cè)向運(yùn) 動(dòng),以便適應(yīng)轉(zhuǎn)子的側(cè)向運(yùn)動(dòng),同時(shí)響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)而繼續(xù)發(fā)電。在結(jié)合附圖閱讀了下面的說明書后,本公開內(nèi)容的其它目的、特征和優(yōu)勢將變得 明顯。附圖簡述
圖1是漂浮式風(fēng)力潤輪機(jī)(floating wind turbine)的前正視圖,示出了在其直 立位置中的渦輪機(jī)葉輪。圖2是圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。圖3是圖1和2的風(fēng)力渦輪機(jī)的平面圖。圖4是圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)的平面圖,但是示出了傾斜在其不工作位置中的渦輪機(jī) 葉輪。圖5是圖4的風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖,示出了傾斜在其不工作位置中的渦輪機(jī)葉輪。圖6是改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪的前視圖,該風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪類似于圖1-5的渦輪 機(jī)葉輪,但是包括與外圓形周邊邊緣同心的中間圓形邊緣,其中內(nèi)帆翼支撐在軸結(jié)構(gòu)和中 間支撐邊緣之間,且外帆翼支撐在中間支撐邊緣和外圓形周邊邊緣之間。圖7是包括安裝在共同的可漂浮支撐件上的一對風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪的雙重風(fēng)力渦 輪機(jī)組件的前視圖。
圖8是圖6的雙重風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。圖9是圖6的雙重風(fēng)力渦輪機(jī)的平面圖。圖10是類似于圖7但包括改進(jìn)的錨固結(jié)構(gòu)的雙重風(fēng)力渦輪機(jī)的前視圖。圖11是圖10的風(fēng)力渦輪機(jī)的平面圖。圖12是系到穩(wěn)定的錨系統(tǒng)并圍繞錨系統(tǒng)可旋轉(zhuǎn)的可漂浮風(fēng)力渦輪機(jī)中的一個(gè)可 漂浮風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。圖13是可漂浮風(fēng)力渦輪機(jī)的前視圖,示出了圖12的穩(wěn)定的錨系統(tǒng)。圖14是圖12和13的風(fēng)力渦輪機(jī)和錨系統(tǒng)的平面圖。圖15是風(fēng)力渦輪機(jī)的下部分的端視圖,示出了穿過定子的渦輪機(jī)葉輪的周邊邊緣。圖16是定子的頂視圖,示出了周邊邊緣是如何在定子的成對輪之間運(yùn)動(dòng)的。圖17是定子的側(cè)視圖,示出了與周邊邊緣相接合的定子的輪。圖18是定子的改進(jìn)形式的端視圖,示出了定子是如何施加到轉(zhuǎn)子的周邊邊緣的。圖19是圖18定子的頂視圖,示出了周邊邊緣是如何被定子接合的。圖20是圖18和19的定子的側(cè)視圖。詳細(xì)描述現(xiàn)在更詳細(xì)地參考附圖,在附圖中,相似的數(shù)字在全部幾個(gè)視圖中指示相似的部 件,圖1示出了被設(shè)計(jì)成用于捕風(fēng)并旋轉(zhuǎn)以用于發(fā)電目的的風(fēng)力渦輪機(jī)20。風(fēng)力渦輪機(jī)包 括渦輪機(jī)葉輪22,其具有由一系列角撐24形成的外周邊23以及圍繞渦輪機(jī)葉輪連續(xù)地延 伸的外周邊圓形邊緣26。外周邊圓形邊緣可以由弧形段形成,并且如在下文中所更詳細(xì)地 解釋的,周邊邊緣可以作用為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或者可以起作用以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。軸結(jié)構(gòu)28位于渦輪機(jī)葉輪22的中心處,且多個(gè)帆翼組件30安裝到軸結(jié)構(gòu)28并 朝著形成渦輪機(jī)葉輪的周邊的角撐24徑向延伸。渦輪機(jī)葉輪圍繞中心軸線29旋轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪機(jī)組件可以用在一片水域例如大洋或湖31上,在該片水域處大氣風(fēng)37 通常具有比陸地塊上的大氣風(fēng)高的速率、少的紊流并更加可預(yù)測。當(dāng)在水上使用時(shí),渦輪機(jī) 組件可以包括可漂浮支撐件33,例如浮船、駁船或其他合適的可漂浮支撐件。圖1-5的可漂 浮支撐件是具有平行浮筒(pontoon) 35和36的浮船。圖1_5的風(fēng)力渦輪機(jī)組件包括包含 一對塔臂32A和32B的可折疊的塔組件32,塔臂32A和32B分別在其下端部處連接到浮筒 36和35,并在垂直平面中朝著彼此向上會(huì)聚到一向上頂點(diǎn),該向上頂點(diǎn)在渦輪機(jī)葉輪22的 軸結(jié)構(gòu)28處支撐軸承箱38。塔臂32A和32B如圖5所示圍繞其下端可折疊成更加水平的 姿勢,使得渦輪機(jī)葉輪22更加朝著浮筒35和36之上的仰臥位置移動(dòng)。穩(wěn)定臂40和41是彼此平行的并從浮船向上傾斜,并且可以樞軸地安裝到軸承箱 38。穩(wěn)定臂40和41的下端可以可釋放地連接到浮船的橫向框架,例如橫向框架44。當(dāng)渦 輪機(jī)葉輪22被朝著其仰臥位置傾斜時(shí),穩(wěn)定臂40和41的下端從橫向框架構(gòu)件44分離,允 許渦輪機(jī)葉輪22朝著其仰臥位置傾斜。液壓缸46在其下端處安裝到依賴構(gòu)架(depending framework) 48,并在其上端處 安裝到軸承箱38。當(dāng)液壓缸46擴(kuò)張時(shí),其將可折疊的塔組件32保持在其直立姿勢中,允許 穩(wěn)定臂40和41在其下端處連接到橫向框架構(gòu)件44,從而將渦輪機(jī)葉輪22保持在其直立位 置中。然而,如圖5所示,當(dāng)穩(wěn)定臂40和41在其下端處與橫向框架構(gòu)件44斷開連接時(shí),液壓缸46可以縮回,引起渦輪機(jī)葉輪22朝著其仰臥位置傾斜??烧郫B的塔組件32可以在將風(fēng)力渦輪機(jī)組件來往于其工作地點(diǎn)傳輸以及用于維 護(hù)或維修時(shí)被折疊和使用。如果需要,則風(fēng)力渦輪機(jī)還可以支撐在由可漂浮的支撐件承載 的不可折疊且更永久性的直立塔上。風(fēng)力渦輪機(jī)組件20的可漂浮支撐件33被認(rèn)為是具有在50處的頭部(bow)以及 在52處的后部(stern)。渦輪機(jī)葉輪22面向頭部50。側(cè)向推進(jìn)器54可以通常在浮筒的 后部52處安裝到浮筒35和36。頭部50可以由第一錨線53或其他合適的裝置連接到錨, 例如作用為錨的錨定浮標(biāo)56。錨定浮標(biāo)56可以包括一般從一片水域中的或相鄰一片水域 的指定位置不可移動(dòng)的墩、錨、碼頭或其他裝置。錨線53可以是用于將可漂浮支撐件連接 到錨的鏈、纜線、扭絞的麻繩或其他常見裝置或這些和其他連接件的組合。浮標(biāo)56可以被 錨59錨定到該片水域的底部。當(dāng)大氣風(fēng)37抵著風(fēng)力渦輪機(jī)組件20運(yùn)動(dòng)時(shí),系住風(fēng)力渦輪機(jī)組件的錨56 (浮標(biāo)、 墩等)使可漂浮支撐件的頭部50穩(wěn)定,通常引起風(fēng)力渦輪機(jī)組件移動(dòng)到其錨下風(fēng)處。為了 確保渦輪機(jī)葉輪22面向迎面而來的大氣風(fēng),圖1-5和圖11中示出的側(cè)向推進(jìn)器54可以響 應(yīng)于風(fēng)向探測器(未示出)而致動(dòng),趨向于使可漂浮支撐件以及因此的渦輪機(jī)葉輪更直接 地轉(zhuǎn)到大氣風(fēng)中。圖1-5的側(cè)向推進(jìn)器54通常安裝到可漂浮支撐件33的后部52,使得錨56、59使 可漂浮支撐件的頭部穩(wěn)定,同時(shí)側(cè)向推進(jìn)器趨向于使后部擺動(dòng),以與頭部和大氣風(fēng)對準(zhǔn)。這 確保了渦輪機(jī)葉輪22更直接地面向迎面而來的大氣風(fēng),利用穿過帆翼組件30的風(fēng)運(yùn)動(dòng),引 起渦輪機(jī)葉輪22的高效旋轉(zhuǎn)。有時(shí)被稱為"頭部推進(jìn)器"的側(cè)向推進(jìn)器是本領(lǐng)域中常見 的,并且可以在Mabru Thrusters,邁阿密,佛羅里達(dá)33142找到。如圖2和5所示,用于風(fēng)力渦輪機(jī)組件的諸如浮標(biāo)56、墩或其他固定的??奎c(diǎn)的錨 包括連接到風(fēng)力渦輪機(jī)組件20的發(fā)電機(jī)150的電子連接件(未示出)以及連接到接收器 的用于傳遞由風(fēng)力渦輪機(jī)組件產(chǎn)生的電能的電導(dǎo)體,該接收器可以在相鄰的陸地塊上。渦輪機(jī)葉輪及其可漂浮支撐件可以是在長度、寬度和高度上非常大的。因?yàn)榇髿?風(fēng)的不受控制的速率并且因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)組件的很高的高度和其它的大尺寸規(guī)模,所以期 望的是構(gòu)造風(fēng)力渦輪機(jī)組件使得其抵抗從面向大氣風(fēng)而傾覆或傾斜或其它偏離,并且期望 的是減小縱向力和另外的水平力對塔32及其穩(wěn)定臂40、41的施加。如圖2所示,另外或可 選擇地,第二錨線57可以在其端部中的一個(gè)端部處連接到渦輪機(jī)葉輪22的軸結(jié)構(gòu)28,并且 在其另一個(gè)端部處連接到錨56、59。第二錨線57可以由與用于第一錨線的上述材料相同或 類似的材料制成。錨56、59可以是抵抗運(yùn)動(dòng)的任何裝置,包括固定結(jié)構(gòu),例如墩、浮標(biāo)、常見 錨以及適合于將風(fēng)力渦輪機(jī)組件保持在其預(yù)定位置中的其它設(shè)備,包括但不局限于用于第 一錨的上述設(shè)備。通常,如果錨線被連接到水下錨,則錨線可以是足夠長以具有至少為大約 七比一的長度-高度比。第二錨線57到渦輪機(jī)葉輪22的軸結(jié)構(gòu)28的連接位于施加到渦輪機(jī)葉輪的風(fēng)力 的中心處。錨線到渦輪機(jī)葉輪的居中連接提供了與迎面而來的風(fēng)37的方向直接相反的用 于風(fēng)力渦輪機(jī)的平衡的縱向支撐,并減輕了否則由渦輪機(jī)葉輪施加到從渦輪機(jī)葉輪延伸到 可漂浮支撐件的塔結(jié)構(gòu)的力。由于渦輪機(jī)葉輪通常居中在可漂浮支撐件的中間部分上,因 此由錨線施加的抑制風(fēng)力渦輪機(jī)組件的順風(fēng)運(yùn)動(dòng)的力趨向于將風(fēng)力渦輪機(jī)組件保持在其直立姿勢中并面向迎面而來的大氣風(fēng)。錨線57在塔組件32的上端部處到軸結(jié)構(gòu)的連接對 抗并抵抗由正被施加到風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪22的迎面而來的風(fēng)力施加的縱向力。從而,由錨線 施加的力抵抗塔32的傾翻并允許塔結(jié)構(gòu)與在不具有錨56、59和錨線57的情況下所需的結(jié) 構(gòu)相比不太堅(jiān)固、不太昂貴且較輕。圖6示出了渦輪機(jī)葉輪的改進(jìn)形式。渦輪機(jī)葉輪64包括外邊緣66和較小的中間 邊緣68,兩個(gè)邊緣是圓形的并與渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線同心。多個(gè)內(nèi)帆翼70在軸結(jié)構(gòu)和中 間邊緣68之間延伸,且多個(gè)外帆翼72在中間圓形邊緣68和外圓形邊緣66之間延伸。外 帆翼72的節(jié)距通常將與內(nèi)帆翼70的節(jié)距不同,因?yàn)橥夥淼膱A周速度大于內(nèi)帆翼的圓周 速度。并且,中間圓形邊緣68的使用使內(nèi)帆翼和外帆翼穩(wěn)定,使得內(nèi)帆翼70和外帆翼72 的總長度可以大于在單一組帆翼上可得到的長度。如圖2、3和5所示,渦輪機(jī)葉輪的軸結(jié)構(gòu)28的厚度比圓形周邊邊緣26的厚度大。 多個(gè)輻條76從軸結(jié)構(gòu)28的端部向外延伸并會(huì)聚成相對于圓形周邊邊緣26呈支撐關(guān)系。這 提供了對圓形周邊邊緣26的側(cè)向和徑向穩(wěn)定。圖7-9示出了風(fēng)力渦輪機(jī)組件80,其是圖1-5的風(fēng)力渦輪機(jī)組件的"成雙"組件, 風(fēng)力渦輪機(jī)組件80包括了與圖1-5的渦輪機(jī)葉輪22大體上相同的渦輪機(jī)葉輪82和83。 可漂浮支撐件33被改進(jìn),以便提供中心浮筒84以及平行的外浮筒86和88,全部的浮筒支 撐如關(guān)于圖1-5所描述的渦輪機(jī)葉輪。一個(gè)渦輪機(jī)葉輪82的帆翼90可以通過節(jié)距定向,使得大氣風(fēng)將沿著順時(shí)針方向 旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)葉輪,而另一個(gè)渦輪機(jī)葉輪83的帆翼90被以相反于渦輪機(jī)葉輪82的節(jié)距的節(jié) 距定向。這引起渦輪機(jī)葉輪在面向迎面而來的大氣風(fēng)時(shí)沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)。這趨向于抵 消成雙的風(fēng)力渦輪機(jī)組件80的渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)的陀螺效應(yīng)。圖10和11示出了類似于圖7-9但是具有橫向支架87的成雙風(fēng)力渦輪機(jī)組件,橫 向支架87在其端部處剛性地連接到每一個(gè)渦輪機(jī)的中心軸結(jié)構(gòu)并作用為水平塔。錨線85 在其遠(yuǎn)端處連接到錨86并在其近端處連接到在渦輪機(jī)葉輪之間的位置處的水平橫向支架 87。橫向支架87包括連接到風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪82、83之間并在風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪82、83之間 向前延伸的剛性連接器88,并連接到更加柔性的錨線85。這避免了在更加柔性的錨線85 和渦輪機(jī)葉輪82、83之間的接觸。并且,這將由錨86和錨線85施加的縱向支撐定位在渦 輪機(jī)葉輪的軸向中心處、在渦輪機(jī)葉輪的在塔的基部之上并延伸出到渦輪機(jī)葉輪前面的期 望中間高度處,其中由錨施加的力的位置集中在渦輪機(jī)葉輪的軸結(jié)構(gòu)的高度處。圖12是諸如圖1-4的風(fēng)力渦輪機(jī)20的風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖,并示出了連接到風(fēng) 力渦輪機(jī)的穩(wěn)定錨系統(tǒng)100。風(fēng)力渦輪機(jī)20包括其連接到渦輪機(jī)葉輪22的軸結(jié)構(gòu)28的錨 線57。錨線57延伸到水中并連接到穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100。如圖12-14所示,穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100包括在其上端處連接到中心連接器118的三 個(gè)水下的錨線102、103和104。中心連接器118通過連接線116懸浮在水109中,連接線 116在其下端處系到中心連接器且在其上端處系到漂浮在水的表面107上的浮標(biāo)106。水 下的錨線102、103和104全部從中心連接器向下延伸,且每一根錨線在其下端處分別連接 到錨112、113和114。錨將穩(wěn)定的錨系統(tǒng)保持在該片水域109的底部108上的固定位置中。圖14示出了錨112、113和114以大約120°互相間隔開,使得水下的錨線102、103 和104趨向于形成接合該片水域109的底部108的"三腳架"。錨線57從中心連接器118指引到風(fēng)力渦輪機(jī)20。水下的錨線102、103和104將中心連接器118保持在位于該片水域109的表面 107之下的大體上固定的位置中。浮標(biāo)106及其連接線116將中心連接器118保持在該片 水域109的表面107下面的一預(yù)定距離處。這趨向于避免使錨線57和水下的錨線102、103 和104與該片水域109的表面107處的海上交通相干擾。并且,風(fēng)力渦輪機(jī)20的錨線57 可以從其端部中的任一端斷開,從中心連接器118或者從風(fēng)力渦輪機(jī)20斷開連接,且中心 連接器118將大體上保持固定在其初始位置中,其中浮標(biāo)106使中心連接器保持在低于該 片水域109的表面107下面的預(yù)定深度處。另外,如圖14的箭頭120所指示的,穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100允許風(fēng)力渦輪機(jī)20沿著圓 形路徑圍繞浮標(biāo)106和中心連接器118運(yùn)動(dòng)。風(fēng)力渦輪機(jī)可以圍繞浮標(biāo)106和中心連接器 118運(yùn)動(dòng)一完整360°圓。如圖12-14所示,穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100還可包括穩(wěn)定纜線122和123。每一根穩(wěn)定纜 線122和123可以在其近端處連接到中心連接器118并在其遠(yuǎn)端處連接到位于頭部50的 可漂浮支撐件33。如圖14所示,可漂浮支撐件33可以是帶有一個(gè)渦輪機(jī)葉輪22的具有兩 個(gè)平行的漂浮物的雙體船,或者可以是如圖11所示的具有安裝到其上的兩個(gè)或更多的風(fēng) 力渦輪機(jī)葉輪82、83的可漂浮支撐件,或者可漂浮支撐件可以是其它的可漂浮結(jié)構(gòu),例如 駁船或船舶。穩(wěn)定纜線122和123在其遠(yuǎn)端處連接到可漂浮支撐件的頭部,其中纜線連接 在可漂浮支撐件的中心線的相對側(cè)處。纜線展開連接到可漂浮支撐件33的頭部50的相對 側(cè)引起可漂浮支撐件面向浮標(biāo)106,且流行風(fēng)通常將向浮標(biāo)106的下風(fēng)處移動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī) 組件20,且使風(fēng)力渦輪機(jī)面向浮標(biāo)。穩(wěn)定纜線122和123確保了風(fēng)力渦輪機(jī)組件20將不會(huì) 響應(yīng)于風(fēng)紊流、潮汐、波浪作用、或者在安裝在可漂浮支撐件上的一對渦輪機(jī)葉輪的情況下 響應(yīng)于一個(gè)渦輪機(jī)葉輪上的比另一個(gè)渦輪機(jī)葉輪上高的風(fēng)速或者其他大氣狀況,而從與相 對于迎面而來的風(fēng)的面向關(guān)系轉(zhuǎn)開。雖然附圖示出了連接到具有單一渦輪機(jī)葉輪的風(fēng)力渦輪機(jī)組件的穩(wěn)定纜線122 和123,但是如圖11所示穩(wěn)定纜線還可以連接到具有多于一個(gè)渦輪機(jī)葉輪的風(fēng)力渦輪機(jī)組 件。如果一個(gè)渦輪機(jī)碰巧獲得比另一個(gè)渦輪機(jī)多的風(fēng),且如果有可漂浮支撐件從面向浮標(biāo) 106轉(zhuǎn)開的趨勢,則穩(wěn)定纜線122和123將抵抗風(fēng)力渦輪機(jī)組件從迎面而來的風(fēng)轉(zhuǎn)開的趨勢。在風(fēng)力渦輪機(jī)為了修復(fù)或由于惡劣的天氣狀況而必須與穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100斷開 連接的情況下,錨線57和穩(wěn)定纜線122和123可以在其端部中的任一個(gè)處與風(fēng)力渦輪機(jī)20 或者與中心連接器118斷開連接,且風(fēng)力渦輪機(jī)被拖到另一個(gè)位置,例如維修和修復(fù)位置。 浮標(biāo)106保持在穩(wěn)定的錨系統(tǒng)100的地點(diǎn)處,使得其可用于與同一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)20或者替 代的風(fēng)力渦輪機(jī)等重新連接。并且,電導(dǎo)體纜線(未示出)可以安裝到浮標(biāo)106或者安裝到中心連接器118,其 中電導(dǎo)體纜線從另一個(gè)位置延伸到浮標(biāo)/中心連接器,且第二電導(dǎo)體纜線(未示出)可以 從風(fēng)力渦輪機(jī)20延伸以便與第一纜線連接。從而,浮標(biāo)106和中心連接器118提供了用于 從風(fēng)力渦輪機(jī)20引導(dǎo)的電導(dǎo)體的連接點(diǎn),允許由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電被傳輸?shù)桨l(fā)送點(diǎn)。如圖2、5和10所示,發(fā)電機(jī)150可以定位在風(fēng)力渦輪機(jī)組件20的渦輪機(jī)葉輪22 的周邊的下部分處。發(fā)電機(jī)的一種類型已知為在圖15-17中所圖示的風(fēng)箱(bellows)致動(dòng)的周邊發(fā)電機(jī)130。渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣126作用為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。電子線圈 和磁鐵(未示出)定位在外周邊圓形邊緣126的中空部分中,以便在渦輪機(jī)葉輪22旋轉(zhuǎn)時(shí) 邊緣126作用為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。如圖15-17所示,定子組件132安裝在渦輪機(jī)葉輪的周邊處,并且被定位成跨坐和 接納作用為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的外周邊圓形邊緣126。轉(zhuǎn)子126在圍繞渦輪機(jī)葉輪的周邊的弧形 段中形成,且轉(zhuǎn)子的每一個(gè)弧形段包括其自己的磁鐵和線圈。定子組件132包括一對大體上相同的杯狀定子殼體136和137,杯狀定子殼體136 和137具有面向渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣126的相鄰表面的開口端。電子線圈(未 示出)包含在杯狀定子殼體136和137內(nèi),使得在杯狀定子殼體之間的外周邊圓形邊緣的 運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電流。隔離輪(spacer wheel) 156和157可以由將接合外周邊圓形邊緣126而基本不會(huì) 磨損邊緣的柔軟材料制成。這樣的合適材料將是使用在當(dāng)前的汽車或拖車上的柔軟塑料或 橡膠輪胎的類型。此外,騎在邊緣上的輪可以由包括滑動(dòng)表面或空氣軸承的其他線型軸承 來代替。定子組件由構(gòu)架141支撐在平臺(tái)140上,且導(dǎo)軌142在杯狀定子殼體136的下面 延伸,其中導(dǎo)軌垂直于渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣126的運(yùn)動(dòng)方向而延伸。支撐輪44 接合導(dǎo)軌142,且支撐構(gòu)件145安裝在支撐輪144上并向上延伸以支撐杯狀定子殼體136和 137。當(dāng)杯狀定子殼體側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí),支撐輪沿著導(dǎo)軌142旋轉(zhuǎn)以連續(xù)地支撐杯狀定子殼體。構(gòu)架141包括端部支撐件147和148,且成對的空氣致動(dòng)的風(fēng)箱161和162在其外 端處被支撐在端部支撐件上并向內(nèi)延伸成與杯狀定子殼體136和137相接合。壓力之下的 空氣被施加到風(fēng)箱161、162,以朝著渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣126向內(nèi)推進(jìn)杯狀定 子殼體136、137。當(dāng)空氣壓力削減時(shí),風(fēng)箱161、162縮回以使杯狀定子殼體136、137從外周 邊邊緣收回。隔離輪支撐框架154和155安裝到杯狀定子殼體,并將隔離輪156和157支撐在 外周邊圓形邊緣126的相對側(cè)上并相鄰?fù)庵苓厛A形邊緣126。成對的隔離輪156和157接 合渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣126的相對表面。調(diào)整螺釘166和167將杯狀定子殼 體連接到隔離輪支撐框架。有四個(gè)調(diào)整螺釘,在杯狀定子殼體的每一個(gè)拐角處具有一個(gè),調(diào) 整螺釘起作用以將杯狀定子殼體的邊緣定位成與外周邊圓形邊緣的面向表面緊密并置。隔 離輪響應(yīng)于外周邊圓形邊緣126的運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)。外周邊圓形邊緣126的側(cè)向運(yùn) 動(dòng)使杯狀定子殼體136和137運(yùn)動(dòng)一相應(yīng)的側(cè)向距離,使得杯狀定子殼體側(cè)向運(yùn)動(dòng)以與外 周邊圓形邊緣的側(cè)向運(yùn)動(dòng)相一致,并保持其相對于外周邊圓形邊緣的緊密并置。如果杯狀定子殼體136和137中的一個(gè)或兩個(gè)未恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置成相鄰?fù)庵苓厛A形邊 緣126,則可以通過調(diào)整螺釘166、167的旋轉(zhuǎn)而做出調(diào)整。通常,將有四個(gè)調(diào)整螺釘,每一個(gè) 杯狀定子殼體136和137的每一個(gè)拐角處具有一個(gè),以便將杯狀定子殼體傾斜成合適的姿 勢。成對的隔離輪156和157確保了杯狀定子殼體136和137被保持在相鄰并面向外 周邊圓形邊緣126的合適間隔處,且隔離輪156和157還確保了如果外周邊圓形邊緣126 趨向于在風(fēng)箱致動(dòng)的周邊發(fā)電機(jī)130的位置處側(cè)向運(yùn)動(dòng),則成對的隔離輪156和157使杯 狀定子殼體136和137沿著相同方向運(yùn)動(dòng),從而保持杯狀定子殼體136和137相對于外周邊圓形邊緣126緊密并置。圖18-20圖示了線性致動(dòng)的周邊發(fā)電機(jī)170,其包括圍繞風(fēng)力渦輪機(jī)組件20的渦 輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣176安裝的定子組件172。構(gòu)架177安裝在平臺(tái)178上,且 杯狀定子殼體180和181沿著相對的面向方向并面朝渦輪機(jī)葉輪22的外周邊圓形邊緣176 的表面安裝在構(gòu)架上。如前所述,杯狀定子殼體180和181由支撐輪184支撐在導(dǎo)軌183上。線性致動(dòng)器186和187在構(gòu)架177和杯狀定子殼體180和181之間延伸,其中一 對線性致動(dòng)器186定位在杯狀定子殼體180的相對端部處且一對線性致動(dòng)器187接合杯狀 定子殼體181的相對端部。接近傳感器(proximitysensor) 190、191、192 和 193 由杯狀定子殼體 180 和 181 在鄰近線性致動(dòng)器186和187的位置處支撐。接近傳感器190-193起作用,以控制給予到 杯狀定子殼體180和181的運(yùn)動(dòng),使得在外周邊圓形邊緣176朝著或遠(yuǎn)離杯狀定子殼體180 或181側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí),接近傳感器190-193檢測運(yùn)動(dòng)并控制線性致動(dòng)器186和187,以使杯狀 定子殼體沿著相同方向運(yùn)動(dòng)。這種安排保持了杯狀定子殼體180和181相對于渦輪機(jī)葉輪 22的外周邊圓形邊緣176的面向表面的最佳的緊密并置關(guān)系。預(yù)期渦輪機(jī)葉輪的直徑是非常大的,在某些情況下為大于100英尺的直徑。由于 渦輪機(jī)葉輪的大尺寸,且由于由大氣風(fēng)的強(qiáng)度和方向和由其他有缺陷的表面以及表面的運(yùn) 動(dòng)所引起的渦輪機(jī)葉輪的輕微側(cè)向運(yùn)動(dòng),因此周邊邊緣很可能在其運(yùn)動(dòng)通過其圓形路徑時(shí) 側(cè)向地運(yùn)動(dòng)。在本文中描述的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償了側(cè)向運(yùn)動(dòng)。例如,如果周邊邊緣在其下弧處側(cè)向 并縱向運(yùn)動(dòng),則定子隨后運(yùn)動(dòng)以與周邊邊緣的下弧的運(yùn)動(dòng)相一致。雖然在本文中描述的定子結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)用于與渦輪機(jī)葉輪相接合,但是定子結(jié)構(gòu)中 的多個(gè)定子結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用到單一渦輪機(jī)葉輪,且多個(gè)渦輪機(jī)葉輪可以用在如在本文中所 較早地描述的單一可漂浮支撐件上。并且,雖然在本文中公開的定子結(jié)構(gòu)被關(guān)于可漂浮支撐件描述,但是應(yīng)顯然的是 相同或相似的定子結(jié)構(gòu)可以連同在陸地上安裝的風(fēng)力渦輪機(jī)組件使用。雖然在本文中已經(jīng)使用措辭"發(fā)電機(jī)",但是應(yīng)理解該術(shù)語可以指定可以由在本 文中公開的風(fēng)力渦輪機(jī)所驅(qū)動(dòng)的其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備,例如交流發(fā)電機(jī)、泵等。應(yīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的,雖然前述描述以大量的細(xì)節(jié)提出了優(yōu)選的實(shí)施方 式,但是可以對其做出修改、添加和改變而不偏離在本文中提出的結(jié)構(gòu)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī),包括安裝成用于在水平軸線上旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪,所述發(fā)電機(jī)包括 圓形轉(zhuǎn)子,其安裝在所述渦輪機(jī)葉輪上并圍繞所述水平軸線同中心地延伸,用于與所述渦輪機(jī)葉輪一起圍繞所述水平軸線沿著周邊路徑旋轉(zhuǎn),所述圓形轉(zhuǎn)子包括徑向延伸的相對側(cè); 定子,其定位在所述圓形轉(zhuǎn)子的所述周邊路徑處,所述定子包括磁場線圈,所述磁場線圈定位在所述圓形轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)上,并在所述圓形轉(zhuǎn)子圍繞所述水平軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)面向所述圓形轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè),用于響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電; 線性致動(dòng)器,其耦合到每一個(gè)所述磁場線圈,用于使所述磁場線圈朝著或遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng);以及 接近傳感器,其隨著所述定子的磁場線圈在所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)處是可移動(dòng)的,用于判定所述定子的磁場線圈相對于所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)的位置,以便響應(yīng)于所述圓形轉(zhuǎn)子相對于所述磁場線圈的接近程度上的改變,所述接近傳感器激活所述線性致動(dòng)器,以移動(dòng)所述磁場線圈更靠近或更遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī),并且其中所述線性致動(dòng)器各自包括流體操作的活塞。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī),其中所述流體操作的活塞包括雙動(dòng)式流體操作的活塞。
4.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī),并且其中所述定子包括定位在所述轉(zhuǎn)子的相對側(cè)上的一對相對的定子殼體,其中所述磁場線圈定位在所述定子殼體中,所述定子殼體各自包括面向所述轉(zhuǎn)子的相對側(cè)的磁場線圈開口。
5.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī),并且其中所述轉(zhuǎn)子以一系列弧形段形成。
6.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī),并且其中所述發(fā)電機(jī)安裝在可漂浮支撐件上,且錨線在所述水平軸線的水平處附接到所述渦輪機(jī)葉輪。
7.如權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī),其中所述接近傳感器獨(dú)立于彼此地檢測所述轉(zhuǎn)子的所述相對表面的接近程度,以獨(dú)立于彼此地激活所述線性致動(dòng)器。
8.一種用于發(fā)電的發(fā)電機(jī),包括 渦輪機(jī)葉輪,其安裝成用于在水平軸線上旋轉(zhuǎn); 圓形轉(zhuǎn)子,其安裝在所述渦輪機(jī)葉輪上并圍繞所述水平軸線同中心地延伸,用于與所述渦輪機(jī)葉輪一起圍繞所述水平軸線沿著周邊路徑旋轉(zhuǎn),所述圓形轉(zhuǎn)子包括徑向延伸的相對側(cè); 定子,其定位在所述圓形轉(zhuǎn)子的所述周邊路徑處,所述定子包括定位在所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)處的一對定子殼體,所述定子殼體各自包括面向所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)的磁場線圈開口,以及定位在所述定子殼體中的每一個(gè)定子殼體中并通過所述磁場線圈開口面向所述轉(zhuǎn)子的磁場線圈,用于響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電; 一對引導(dǎo)滾筒,其安裝到每一個(gè)所述定子殼體,并在鄰近所述定子殼體的位置處支撐抵住所述圓形轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè); 調(diào)整螺釘,其在所述成對的引導(dǎo)滾筒以及所述相對的定子殼體之間延伸,用于調(diào)整所述定子殼體相對于所述圓形轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè)的位置。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)電機(jī),其中所述引導(dǎo)滾筒跨坐在所述定子殼體上,用于在所述轉(zhuǎn)子朝著和遠(yuǎn)離所述定子殼體移動(dòng)時(shí)支撐抵住所述圓形轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè)。
10.一種用于葉輪的發(fā)電機(jī),所述葉輪安裝成用于在水平軸線上旋轉(zhuǎn),所述發(fā)電機(jī)包括 圓形轉(zhuǎn)子,其安裝在所述葉輪上并圍繞所述水平軸線同中心地延伸,用于與所述葉輪一起圍繞所述水平軸線沿著環(huán)形路徑旋轉(zhuǎn),所述圓形轉(zhuǎn)子包括徑向延伸的相對側(cè); 定子,其定位在所述轉(zhuǎn)子的所述環(huán)形路徑處,所述定子被定形以用于接納所述轉(zhuǎn)子,并且包括一對磁場線圈,所述一對磁場線圈定位在所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)上并響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電;以及 接近式測量裝置,其用于將所述定子有選擇地保持在距離所述轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè)的預(yù)定距離處。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī),其中所述接近式測量裝置包括 一對引導(dǎo)滾筒,其安裝到每一個(gè)所述定子殼體,并在鄰近所述定子殼體的位置處支撐抵住所述圓形轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè); 調(diào)整螺釘,其在所述成對的引導(dǎo)滾筒以及所述相對的定子殼體之間延伸,用于調(diào)整所述定子殼體相對于所述圓形轉(zhuǎn)子的所述徑向延伸的相對側(cè)的位置。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī),其中所述接近式測量裝置包括 線性致動(dòng)器,其耦合到每一個(gè)所述磁場線圈,用于朝著或遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子移動(dòng)所述磁場線圈;以及 接近傳感器,其隨著所述定子的磁場線圈在所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)處是可移動(dòng)的,用于判定所述定子的磁場線圈相對于所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)的位置,以便響應(yīng)于所述圓形轉(zhuǎn)子相對于所述磁場線圈的接近程度上的改變,所述接近傳感器激活所述線性致動(dòng)器,以移動(dòng)所述磁場線圈更靠近或更遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)子的所述相對側(cè)。
全文摘要
一種風(fēng)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī),包括承載轉(zhuǎn)子的周邊邊緣,且定子定位在轉(zhuǎn)子的環(huán)形路徑處,其中磁場線圈定位在轉(zhuǎn)子的相對側(cè)上,該磁場線圈響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。接近式測量裝置將磁場線圈有選擇地保持在距離轉(zhuǎn)子的預(yù)定距離處。風(fēng)力渦輪機(jī)可以安裝在可漂浮支撐件上。
文檔編號(hào)F03D9/00GK102668363SQ201080053265
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者杰拉爾德·L·巴伯 申請人:杰拉爾德·L·巴伯