專利名稱：用于由流體流產生電力的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于由流體流產生電力的裝置。更具體地，但不是排它地，本發(fā)明 涉及一種用于由流體流產生電力的裝置，其包括樞轉地連接到框架的葉片臂、遠離樞軸地 連接到葉片臂的雙向葉片、以及用于調節(jié)葉片臂和雙向葉片之間的角度的線性致動器。
背景技術：
US 5899664披露了一種用于由流體流產生電力的裝置。該裝置包括葉片臂，該葉 片臂在一端處通過樞軸連接到框架，且在另一端處連接到葉片。所述臂從一側到另一側的 擺動驅動發(fā)電機，從而產生電力。在每次擺動的終點，葉片臂沿著其長度旋轉，使葉片的方 向反轉，從而使得葉片臂能沿相反的方向運動。通過葉片臂沿其長度方向的旋轉而使葉片反轉是相對低效的過程，需要大量的能 量。另外，這種方法不能大尺寸應用，僅適用于能由單一葉片臂支撐的相對小的葉片。更大 的葉片需要沿其長度方向在多個點處支撐，從而保持所需要的高剛度。如果葉片需要如上 所述地旋轉，則這可能會帶來問題。所述葉片臂中的一個能繞其長度旋轉。然而，其余的葉 片臂需要繞以旋轉軸線為中心的弧線旋轉。這需要其制造和維護昂貴的復雜的連桿機構。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供一種用于由流體流產生電力的裝置，包括葉片臂，該葉片臂通過樞軸連接到支撐件；包括第一邊緣和第二邊緣的雙向葉片，該雙向葉片遠離樞軸地連接到葉片臂；以 及連接在雙向葉片與葉片臂之間的致動器，該致動器適于調節(jié)葉片和葉片臂之間的 角度。這種裝置能夠僅通過葉片相對于葉片臂的小位移來改變葉片臂在流體中的擺動 方向。這是非常高效的。該裝置也能做成大尺寸的。能夠采用大的葉片，并且通過將葉片 連接到多個臂來保持所要求的剛度，每個臂均具有致動器。因為葉片尺寸增大，所以僅需要 簡單地增加葉片臂的數(shù)量而不會極大地增加所述裝置的復雜性。優(yōu)選地，葉片的第一邊緣和第二邊緣限定弦平面。葉片可以關于上述弦平面對稱。優(yōu)選地，葉片的位于該弦平面的相反側上的兩個 面是凸狀的。可替代地，葉片關于所述弦平面不對稱。位于該弦平面的相反側上的所述兩個面是凸狀的，一個面的曲率大于另一個面的曲率?？商娲?，葉片的一側是凹狀的，另一側是凸狀的。優(yōu)選地，所述葉片是低壓凸側比高壓凹側具有更大曲率度數(shù)的彎拱狀的?？商娲兀~片在第一邊緣和第二邊緣之間的厚度是恒定的。
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作為進一步的可替代實施例，葉片的一側是凸狀的，另一側是平坦的。優(yōu)選地，所述葉片關于與所述弦平面正交且將所述弦平面平分的平面對稱。優(yōu)選地，所述裝置包括多個葉片臂，每個葉片臂具有與其連接的雙向葉片。優(yōu)選地，葉片臂中的至少兩個葉片臂連接到同一雙向葉片。優(yōu)選地，該裝置包括多個雙向葉片，至少一個葉片連接到單一葉片臂。優(yōu)選地，所述裝置還包括在每個葉片臂和與其相關聯(lián)的葉片之間的致動器。優(yōu)選地，葉片臂中的至少兩個葉片臂的擺動是異相的。


現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例而不以任何限制性的含義描述本發(fā)明，在附圖中圖1以示意的形式示出了一種已知的用于由流體流產生電力的裝置；圖2以透視圖示出了根據本發(fā)明的裝置；圖3詳細地示出了圖2中的葉片臂、葉片和致動器；圖4以透視圖示出了不是根據本發(fā)明的裝置的葉片、葉片臂和致動器；圖5示出多種葉片，其包括淚滴狀葉片和雙向葉片。
具體實施例方式圖1中所示的是一種已知的用于由流體流2產生電力的裝置1。所述裝置1包括 連接到樞軸4的葉片臂3。葉片5連接到遠離樞軸4的葉片臂3。樞軸4附接到框架6。發(fā)電機(未示出)連接到框架6。連桿機構(未示出)將 葉片臂3連接到發(fā)電機并將葉片臂3的樞轉運動轉換成曲軸(未示出)的旋轉。該曲軸使 發(fā)電機的一部分旋轉，從而產生電力。在使用中，所述裝置1設置有處于流動中的流體流2中的葉片5。葉片5被成形為 使得流體2在葉片5上的流動能使葉片5側向移動，從而使葉片臂3圍繞樞軸4樞轉。當葉 片臂3到達一次擺動的終點時，葉片臂3繞著其長度旋轉，使得葉片5的方向此時被反轉。 此時流體2的流動沿相反的方向推進葉片臂3。當葉片臂3到達運動范圍的相對終點時重 復上述過程，從而導致葉片臂3從一側擺動到另一側。葉片臂3在每次擺動終點的旋轉是相對低效率的。從流體2中獲取的可用于樞轉 葉片臂3的能量被替代地用于使葉片5旋轉。此外，所述裝置僅在葉片5較小時才能良好 運行。因為葉片5僅在單一點處連接到葉片臂3，因此隨著葉片長度增加，該點處的應力迅 速增大。這限制了葉片的最大長度由此限制了發(fā)電能力。為了增加剛度將葉片5連接到多 個葉片臂3導致了復雜的機構，因為所有的葉片臂3必須能夠繞共同軸線旋轉同時仍能夠 驅動曲軸臂。圖2所示的是一種根據本發(fā)明的由流體流產生電力的裝置10。與圖1的裝置1相 比，葉片臂11在豎直面內擺動而不是在水平面內擺動。在本發(fā)明的替代實施例中，該裝置 包括在水平面內從一側擺動到另一側的葉片臂11。該裝置10包括葉片臂11，葉片臂11中的每一個在樞軸12處連接到框架13。通 過連桿機構15連接到葉片臂11的發(fā)電機14也連接到框架13。葉片臂11的上下擺動使發(fā) 電機14的曲軸臂16旋轉，從而產生電力。
雙向葉片17遠離樞軸12地連接到葉片臂11中的每一個。每個葉片17均通過葉 片樞軸18連接到相關聯(lián)的葉片臂11。如圖所示，致動器19在每個葉片臂11和相關聯(lián)的葉 片17之間延伸。在使用中每個致動器19適于通過伸長或者縮短的方式來調節(jié)相關聯(lián)的葉 片臂11和葉片17之間的角度。在圖3中更詳細地示出每個葉片臂11的末端。葉片17是具有第一邊緣20和第 二邊緣21的雙向葉片。當流體從第一邊緣20流向第二邊緣21時雙向葉片17能產生足夠 的可用力(升力)，反之亦然。在使用中，葉片臂11以通常比流體流的速度快得多的速度使葉片17移動。如圖 2所述，該實施例的葉片17基本上布置在豎直面內。由于流體和葉片17的速度差，從葉片 17的參照物的框架，流體看起來是從葉片17的第一邊緣20流向后緣21。葉片17通過致 動器19相對于豎直面稍微傾斜，使得流體在葉片17上不對稱地流動，并使葉片17產生升 力。當葉片臂11到達其運動范圍的終點時，致動器19使葉片17稍微移動以到達豎直面的 另一側。此時流體沿相反的方向在葉片17上流動，并且此時葉片17沿相反的方向產生升 力。當葉片臂11到達其運動范圍的另一個極限時，致動器19再次使葉片17移動到豎直面 的另一側，并且擺動再次開始。由于葉片17的雙向特性，所以在每次擺動的終點處葉片17僅需要很小的位移，便 使葉片17從豎直面的一側移動到另一側。該小位移足以使葉片17上流動的方向反轉，從 而使升力的方向反轉。這樣做的效率很高且需要很小的來自線性致動器19的能量。圖4所示的是類似于圖3實施例的葉片臂11的末端，但不是根據本發(fā)明作出的。 在這個實施例中，葉片22是一種已知的單向淚滴狀葉片。當流體從第一邊緣23流向第二 邊緣24時葉片22產生可用升力。在反方向上，葉片22產生可忽略的升力(如果有的話)。 在使用中，在所述葉片臂11每次擺動的終點所述葉片22必須旋轉180度。與本發(fā)明的實 施例相比，這是相對低效的。另外，由于要求葉片22旋轉180度，所以致動器25是旋轉致 動器。旋轉致動器是昂貴的，難以維護，且具有比圖3所示的布置低的轉矩能力。在圖2和圖3所示的實施例中，當葉片臂11接近其擺動的終點時，線性致動器19 調節(jié)葉片17的相對于葉片臂11的角度。為了擺動的剩下部分，葉片17保持相對葉片臂11 固定。在可替代實施例中，線性致動器19在葉片臂11的擺動期間連續(xù)調節(jié)葉片17和葉片 臂11之間的角度。這確保葉片17在流體中的沖角總是處于其最優(yōu)值。這樣進一步提高效 率。圖2所示的實施例包括多個葉片臂11，多個葉片臂11中的每一個均連接到單一葉 片17。在該實施例中，葉片17如所示那樣彼此之間以大約90度異相擺動，使得葉片的聯(lián)合 輸出為由曲軸臂16驅動的樞軸提供穩(wěn)定的轉矩。在可替代實施例中，葉片17之間的不同 相位關系也是可能的，優(yōu)選的是葉片彼此異相。在可替代實施例中(未示出)，每個葉片17連接到多個臂11以及相關聯(lián)的致動器 19。這使得在不顯著增加復雜性的情況下允許使用更大的葉片17。圖5所示的是多種葉片的橫截面。圖5(a)所示的是一種在不是根據本發(fā)明的裝置 中使用的已知的淚滴狀葉片30。淚滴狀葉片30包括前緣31和后緣32，以及在前緣31和 后緣32之間延伸的第一表面33和第二表面34。第一表面33和第二表面34都是凸狀的。人們可以定義從前緣31延伸到后緣32的弦平面35以及將弦平面35平分且與弦
5平面35正交的垂直面36。淚滴狀葉片30關于該垂直面36不對稱。如果淚滴狀葉片30直接面向流體流動的方向，則因為流體對稱地流過第一表面 33和第二表面33，因此它不會產生任何升力。如果葉片30相對流體流動稍微傾斜，使得沖 角處于流體平滑但不對稱地流動的最小沖角和最大沖角之間，則在一個面33，34上比在另 一個面上更快速地流動。表面33，34被成形為使得其導致高壓側和低壓側，從而產生升力?？梢圆捎贸搜b置中的葉片之外的構件來用于由流體流獲得電力。例如，可以采 用相對于流體流動方向傾斜的簡單的平面構件(未示出)。當流體入射到該平面構件上時， 其方向的改變將力施加在該構件上，這能夠用于使臂移動從而產生電力。然而，在這種情況 下，平面構件沒有用作兩表面都有基本平滑的流動以產生升力的葉片。當流體在平面構件 附近流動時，流體在構件的下游側產生了極低效的復雜的湍流形狀。返回到淚滴狀葉片30，葉片30是單方向的，并且葉片30僅被成形為當前緣31基 本上面向流動方向時用作葉片。如果尾緣32面向流動方向則不可能起到葉片的作用。因 此，采用這種葉片30的裝置必須在每個沖程的終點將葉片30旋轉180度，如之前參考圖4 所描述的。圖5(b)所示的是一種適于在本發(fā)明裝置中使用的雙向葉片17。所述葉片17包 括第一邊緣20和第二邊緣21，以及在第一邊緣20和第二邊緣21之間延伸的第一凸面37 和第二凸面38。與淚滴狀葉片30相比，雙向葉片17關于將弦平面35平分的垂直面36對 稱。由于葉片17是雙向葉片，所以在第一邊緣20或者第二邊緣21中任一個基本上指 向流體流時葉片17能產生升力，假設葉片17的沖角處于最小沖角和最大沖角之間(可接 受范圍)。為了將該葉片用于本發(fā)明的裝置中，僅需要在葉片臂11的每次擺動的終點時將 葉片17從豎直面的一側翻轉到另一側。然后，流體沿相反的方向流過葉片17使得升力的 方向反轉，從而能夠繼續(xù)進行擺動。圖5(b)所示的葉片17關于弦平面35對稱。這種葉片17尤其適用于潮汐流，因 為即使流體流動方向反轉，葉片17也能夠同樣良好地運行。在本發(fā)明的可替代實施例(未示出)中，所述裝置采用雙向葉片17，其中兩個面都 是凸狀的，雖然一個面要比另一個面更凸。圖5(c)所示的是用于根據本發(fā)明的裝置的另外的雙向葉片17。同樣的，葉片17 關于將弦平面35平分的垂直面36對稱。在該實施例中，如圖所示，兩個面37、38中的一 個是平坦的，而另一個是彎曲的。這種不關于弦平面對稱的葉片被看作是彎拱狀的。這些 葉片與非彎拱的葉片相比能產生更多的升力而不會增加阻力，但是具有更受限制的作用范 圍。更受限制的作用范圍意味著葉片17優(yōu)選被用于一種系統(tǒng)，其中葉片17相對于流體流 連續(xù)定向。圖5(d)示出了根據本發(fā)明的雙向葉片17的另一個實施例。葉片17類似于圖5(c) 的葉片，除了下側38是凹狀的。一側的曲率與另一側的曲率略有不同，如所示那樣，低壓凸 側37比高壓凹側38具有更大的曲率，使得葉片17的厚度沿其長度方向是變化的。圖5(e)的實施例類似于圖5(d)，但不是彎拱。葉片17沿其長度方向具有均勻的 厚度。這種葉片17類似于游艇上的船帆。所述葉片17相比圖5(d)的葉片17具有更小的 作用范圍和更低的效率，但是更容易制造。
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葉片17的表面37、38可以采用多種不同的曲面。在優(yōu)選實施例中，表面37、38是 橢圓形的。上面所描述的所有雙向葉片17均關于垂直面36對稱。關于該垂直面36不對稱 的雙向葉片17也適用于根據本發(fā)明的裝置。
權利要求
一種用于由流體流產生電力的裝置，包括葉片臂，所述葉片臂通過樞軸連接到支撐件；包括第一邊緣和第二邊緣的雙向葉片，所述雙向葉片遠離所述樞軸地連接到所述葉片臂；和連接在雙向葉片和葉片臂之間的致動器，所述致動器適于調節(jié)葉片與葉片臂之間的角度。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述葉片的第一邊緣和第二邊緣限定弦平面。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述葉片關于所述弦平面對稱。
4.如權利要求3所述的裝置，其中，所述葉片的在所述弦平面的相反側上的兩個面是 凸狀的。
5.如權利要求2所述的裝置，其中，所述葉片關于所述弦平面不對稱。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，在所述弦平面的相反側上的兩個面是凸狀的，一個 面的曲率大于另一個面的曲率。
7.如權利要求5所述的裝置，其中，所述葉片的一側是凹狀的，而另一側是凸狀的。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述葉片是低壓凸側比高壓凹側具有更大曲率度 數(shù)的彎拱狀。
9.如權利要求7所述的裝置，其中，所述葉片的厚度在第一邊緣和第二邊緣之間是恒 定的。
10.如權利要求5所述的裝置，其中，所述葉片的一側是凸狀的，而另一側是平坦的。
11.如權利要求2到10中任一項所述的裝置，其中，所述葉片關于與所述弦平面正交且 將所述弦平面平分的平面對稱。
12.如權利要求1到11中任一項所述的裝置，包括多個葉片臂，每個葉片臂均具有與其 連接的雙向葉片。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述葉片臂中的至少兩個葉片臂連接到同一雙 向葉片。
14.如權利要求12或13中任一項所述的裝置，包括多個雙向葉片，至少一個葉片連接到單一葉片臂。
15.如權利要求12到14中任一項所述的裝置，還包括在每個葉片臂和與該葉片臂相關 聯(lián)的葉片之間的致動器。
16.如權利要求12所述的裝置，其中，所述葉片臂中的至少兩個葉片臂的擺動是異相的。
17.—種基本上如以上所描述的裝置。
18.—種基本上如以上參考附圖所描述的裝置。
全文摘要
一種用于由流體流產生電力的裝置，該裝置包括通過樞軸連接到支撐件的葉片臂；包括第一邊緣和第二邊緣的雙向葉片，該雙向葉片遠離樞軸地連接到葉片臂；和連接在雙向葉片和葉片臂之間的致動器，該致動器適于調節(jié)葉片和葉片臂之間的角度。
文檔編號F03B17/06GK101903645SQ200880117932
公開日2010年12月1日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權日2007年11月27日
發(fā)明者馬雷·佩什 申請人:帕爾斯集團控股有限公司