專利名稱：利用旋轉(zhuǎn)運動向線性運動的轉(zhuǎn)換的發(fā)電機的制作方法
利用旋轉(zhuǎn)運動向線性運動的轉(zhuǎn)換的發(fā)電機
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求提交于2010年2月18日且名稱為“Electrical Generator thatUtilizes Rotational to Linear Motion Conversion”(利用旋轉(zhuǎn)運動向線性運動的轉(zhuǎn)換的發(fā)電機)的美國臨時專利申請No. 61/305，912的優(yōu)先權(quán)。本申請也要求提交于2010年8月 6 日且名稱為 “Electrical Generator that Utilizes Rotational to Linear MotionConversion”(利用旋轉(zhuǎn)運動向線性運動的轉(zhuǎn)換的發(fā)電機)的美國專利申請No. 12/852，101的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
人們一直在努力減小發(fā)電機的成本、重量和大小，尤其是對于發(fā)電機安裝在遙遠 的位置或高處或高海拔處的應(yīng)用來說。更廉價、更輕便和/或更小的發(fā)電機可具有顯著優(yōu)點的應(yīng)用的一個例子是在風(fēng)力發(fā)電機中，其中發(fā)電機通常安裝在塔架上。

發(fā)明內(nèi)容
本文所述實施例包括一種用于從移動的流體到電能的能量轉(zhuǎn)換的裝置。該裝置包括至少一個磁性結(jié)構(gòu)、至少一個線圈結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件和旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)。至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電材料。響應(yīng)于由移動的流體施加到聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)上的力，旋轉(zhuǎn)部件相對于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)部件。旋轉(zhuǎn)部件圍繞對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)在至少一個磁性結(jié)構(gòu)和至少一個線圈結(jié)構(gòu)中的至少一個線圈之間產(chǎn)生相對線性位移。在至少一個磁性結(jié)構(gòu)和至少一個線圈之間的相對線性位移在至少一個線圈結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電能。該裝置的其它實施例在下文中描述。本文所述實施例包括一種用于從移動的流體到電能的風(fēng)能轉(zhuǎn)換的設(shè)備。該設(shè)備包括至少一個磁性結(jié)構(gòu)、至少一個線圈結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件和齒輪機構(gòu)。齒輪機構(gòu)聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)部件以在至少一個磁性結(jié)構(gòu)和至少一個線圈結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生相對線性位移。相對線性運動與旋轉(zhuǎn)部件圍繞對應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)有關(guān)。相對線性位移在至少一個線圈結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電能。該設(shè)備的其它實施例在下文中描述。本文所述實施例包括一種用于從移動的流體到電能轉(zhuǎn)換能量的方法。該方法包括使旋轉(zhuǎn)部件相對于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。該方法還包括使用旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為第一發(fā)電部件的相對線性位移。該方法還包括使第一發(fā)電部件相對于第二發(fā)電部件移動。相對線性位移在相對于旋轉(zhuǎn)部件的對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的非垂直方向上沿著基本上線性的路徑。該方法還包括基于第一發(fā)電部件和第二發(fā)電部件的相對線性位移產(chǎn)生電能。該方法的其它實施例在下文中描述。


根據(jù)結(jié)合附圖以舉例方式說明本發(fā)明的原理的以下詳細描述，本發(fā)明的實施例的其它方面和優(yōu)點將變得顯而易見。
圖1A-1B示出了發(fā)電機的一個實施例的示意圖。圖2A-2B示出了帶有旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)的圖I的發(fā)電機的一個實施例的示意圖。圖3示出了帶有磁性負載的流體運動發(fā)生器的一個實施例的示意圖。圖4A-4C示出了對應(yīng)于圖I的發(fā)電機的表格數(shù)據(jù)。在整個說明書中，類似的附圖標記可用來表示類似的元件。
具體實施例方式應(yīng)當(dāng)容易理解，本文大致描述和附圖中示出的實施例的部件可以布置和設(shè)計成各種不同的構(gòu)型。因此，如附圖所表示的各種實施例的以下更詳細描述并非意圖限制本發(fā)明的范圍，而僅僅是代表各種實施例。雖然附圖中提供了實施例的各個方面，但附圖未必按比 例繪制，除非特別指出。在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的前提下，可以將本發(fā)明具體化為其他具體形式。所述實施例在所有方面都將被視為示例性而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍取決于隨附權(quán)利要求而不是此詳細描述。在權(quán)利要求的等同形式的涵義和范圍內(nèi)出現(xiàn)的所有變化都將涵蓋在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。貫穿本說明書對特征、優(yōu)點或類似語言的引用并非暗示可通過本發(fā)明實現(xiàn)的所有特征和優(yōu)點都應(yīng)在本發(fā)明的任何單個實施例中。相反，引用特征和優(yōu)點的語言應(yīng)理解為意味著結(jié)合一個實施例描述的具體特征、優(yōu)點或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書對特征和優(yōu)點的討論以及類似的語言可以但未必引用相同的實施例。此外，所描述的本發(fā)明的特征、優(yōu)點和特性可以任何合適的方式在一個或多個實施例中進行組合。根據(jù)本文的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，本發(fā)明可以在沒有特定實施例的具體特征或優(yōu)點中的一個或多個的情況下實施。在其它情況下，在某些實施例中可能發(fā)現(xiàn)可以不存在于本發(fā)明的所有實施例中的附加特征和優(yōu)點。貫穿本說明書對于“一個實施例”、“實施例”或類似語言的引用意味著結(jié)合所指實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書，短語“在一個實施例中，”、“在實施例中，”和類似語言可以但未必全部引用相同的實施例。本文所述實施例提出了創(chuàng)新性發(fā)電機設(shè)計，其允許相比常規(guī)發(fā)電機設(shè)計減小發(fā)電機的成本、重量和/或大小。用于在永磁發(fā)電機中將移動的流體的能量轉(zhuǎn)換為電能的最常見的方法是將磁體附連到旋轉(zhuǎn)軸，其中磁體在磁體隨軸旋轉(zhuǎn)時經(jīng)過銅線圈，這導(dǎo)致相對于銅線圈變化的磁通量，從而產(chǎn)生電能。在本發(fā)明的描述中，公開了用于首先將由風(fēng)能或某些流體的運動驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為振蕩的線性運動的裝置和方法。然后，使用線性運動來相對于(例如進入和離開)諸如銅線圈的導(dǎo)電線圈移動磁體。有多種方式能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動，下面描述幾個示例。在一個實施例中，線性運動導(dǎo)致至少一個磁體移動進入和離開線圈。本文所述一些實施例包括將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為一個或多個線性運動的方法和裝置，這些線性運動導(dǎo)致磁體相對于電線圈移動，以便在線圈中產(chǎn)生電壓和/或電流。其它實施例包括將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為一個或多個線性運動的方法和裝置，這些線性運動導(dǎo)致磁體部分或完全地移動進入和離開空心電線圈，以便在線圈中產(chǎn)生電壓和/或電流。下面描述本發(fā)明的若干實施例。存在多種用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動(在軸向、徑向或其它方向上)的旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)；對已知用于此目的的任何機構(gòu)的描述決不限制本發(fā)明的范圍。旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)的幾個示例包括使用齒輪系統(tǒng)、使用推動和釋放活塞桿的波狀表面、或使用利用磁力的系統(tǒng)來產(chǎn)生線性運動。在一些情況下，用于轉(zhuǎn)換為線性運動的機構(gòu)不產(chǎn)生振蕩運動，而產(chǎn)生僅在一個方向上推動磁體的運動，在這種情況下，可包括彈簧系統(tǒng)(或用于引起運動的其它機構(gòu))以有助于提供用于振蕩運動的返回行程的能量。圖1A-1B示出了本發(fā)明的其它實施例，其中磁體移動通過線圈的線性運動大致平行于轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)軸線。在這種情況下，主齒輪12連接成轉(zhuǎn)子軸的一部分，其又連接到一個或多個小齒輪40，在較小的小齒輪40中相對于主齒輪12具有更少的齒數(shù)。這起到通過增加多個小齒輪40相對于附連到轉(zhuǎn)子軸的大齒輪12的轉(zhuǎn)數(shù)而增加頻率的作用。另外，主齒輪12和小齒輪40可構(gòu)成包括主齒輪和一個或多個小齒輪的面齒輪系統(tǒng),該系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn) 軸線改變了 90度。因此，當(dāng)曲柄滑塊機構(gòu)42連接到小齒輪40時，移動的磁體的線性運動可大致平行于轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)軸線進行。圖1A-1B示出了帶有曲柄滑塊42的4個小面齒輪40，曲柄滑塊42驅(qū)動單獨的磁體陣列18通過線圈20 (參見圖IB的放大部分)。帶有曲柄滑塊42的各個小面齒輪40可被設(shè)置使得磁體陣列行程彼此或者同相或者異相，視發(fā)電應(yīng)用而定。用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動的其它實施例在圖2A-2B中示出。圖示實施例包括主齒輪12 (具有基準軸線14)、安裝結(jié)構(gòu)22 (在這種情況下外接軸)、可移動結(jié)構(gòu)18 (例如磁體)和固定結(jié)構(gòu)20 (例如，線圈)。圖示實施例也包括小齒輪40，其機械聯(lián)接到主齒輪12并由于軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。在圖2A的圖示實施例中，曲柄連桿42附連到旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)40，并且當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)40旋轉(zhuǎn)時導(dǎo)致磁體支撐板44在殼體46內(nèi)在由箭頭16所示徑向方向上線性移動。可移動結(jié)構(gòu)(例如，磁體)附連到磁體支撐板44并因此而由于軸的旋轉(zhuǎn)運動在徑向方向上線性移動。雖然圖2A-2B示出了磁體支撐板44的運動在徑向方向上的實施例，但其中該運動在相對于軸的基準軸線的任意方向上的具有齒輪設(shè)計的實施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。小齒輪也可直接機械聯(lián)接到軸，不需要作為單獨部件的主齒輪，而只是軸上的特征。因此，圖示實施例采用大的中央旋轉(zhuǎn)軸或直接聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸的齒輪(或主齒輪)，轉(zhuǎn)軸聯(lián)接到葉片，葉片由于諸如風(fēng)的移動流體而提供旋轉(zhuǎn)運動。主齒輪可被構(gòu)造成在周邊上具有齒輪齒(未示出)，使得齒輪齒能夠與來自一個或多個小齒輪的齒輪齒嚙合。這類齒輪構(gòu)型的示例包括行星齒輪或周轉(zhuǎn)齒輪，并且術(shù)語“小齒輪”在本說明書中可被視為表示其齒輪齒與主齒輪的齒輪齒接觸的任何副齒輪，并且不限于副齒輪的任何具體幾何形狀、位置、大小或構(gòu)型。齒輪的大小和數(shù)量可以變化以實現(xiàn)線性運動的不同振蕩頻率。在一個實施例中，小齒輪中的齒輪齒的數(shù)量小于主齒輪的齒輪齒的數(shù)量。這導(dǎo)致對于較大的中央齒輪軸的每個單周旋轉(zhuǎn)，較小的小齒輪旋轉(zhuǎn)多周。例如，齒輪齒數(shù)比可設(shè)計成對于主齒輪的單周旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生至少一個小齒輪的10周旋轉(zhuǎn)。增加小齒輪相對于主齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)導(dǎo)致每次旋轉(zhuǎn)更多的線性振蕩和因此通過線圈結(jié)構(gòu)的更高的磁通量變化率，從而導(dǎo)致更大的功率產(chǎn)生。為了獲得線性運動，主齒輪或小齒輪可設(shè)計有作為構(gòu)造一部分的曲柄連桿，使得當(dāng)主齒輪旋轉(zhuǎn)時，曲柄連桿在由箭頭16所示振蕩線性運動中移動。這種通常稱為曲柄滑塊的帶有曲柄連桿的齒輪被用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動。用于旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換的另一類齒輪被稱為“萬向節(jié)傳動裝置”(參見圖2B)，其中連桿在純線性運動中移動，而不需要提供容納線性運動的通道?？商娲?，代替曲柄連桿，可以使用凸輪型系統(tǒng)，使得當(dāng)主齒輪或小齒輪旋轉(zhuǎn)時，其也使推動活塞桿的凸輪旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，線性行程的長度也可通過改變主齒輪或小齒輪的直徑和/或凸輪的設(shè)計而變化。因此，這些參數(shù)將接著影響振蕩的頻率和磁體的大小。雖然圖2A和圖2B均示出具有三個小齒輪的較大中央軸，但其它實施例可具有更少或更多的小齒輪。類似的小齒輪可全部定位在軸周圍。箭頭指示運動的方向，表明當(dāng)聯(lián)接到軸的主齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒輪齒與更小的小齒輪嚙合，這實現(xiàn)了對于單周旋轉(zhuǎn)的多周旋轉(zhuǎn)，曲柄連桿在循環(huán)線性運動中移動，導(dǎo)致磁體移動進入和離開銅線圈?？商娲?，可以讓連接到連桿的線圈和磁體靜止，最終結(jié)果同樣是在磁體和銅線圈之間產(chǎn)生相對運動。在本文所述的任何方法和裝置中，磁體可以是永久磁體或電磁體(例如，在連接電網(wǎng)的系統(tǒng)中)。在具體實施中使用的磁體的類型決不限制本發(fā)明的其它實施例的范圍。在一些實施例中，磁體可以是諸如鐵氧體或磁鋼以及稀土磁體的低成本永久磁體或不同類型 磁體的組合。還應(yīng)當(dāng)指出，類似的機構(gòu)可實施為在除了旋轉(zhuǎn)軸的徑向或軸向之外的方向上產(chǎn)生移動。例如，一些實施例可使用類似的結(jié)構(gòu)(參見圖2A-B)，該結(jié)構(gòu)圍繞旋轉(zhuǎn)軸的周邊放置，以便在除了軸向或徑向之外的任意方向上產(chǎn)生基本上等價的移動。將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動的其它方法例如萬向節(jié)傳動裝置、曲柄滑塊等可與本文所述實施例中的任一種聯(lián)合使用。在本文所述任何方法和裝置中，磁性結(jié)構(gòu)可包括布置成陣列和/或行的磁體，使得線性運動的每個行程導(dǎo)致每個磁體移動通過不止一個線圈、和/或一個或多個磁體移動通過每個線圈。例如，磁體可以線性陣列布置在線圈陣列內(nèi)，其間距等于或相當(dāng)于沿運動軸線的磁體長度，使得由旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動的單個線性行程可導(dǎo)致每個磁體移動通過線圈中的不止一個。利用這類磁體構(gòu)型的實施例可導(dǎo)致當(dāng)有效頻率遠遠超出旋轉(zhuǎn)軸的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)時高得多的磁通量變化率。在具體實施中使用的磁體陣列的類型決不限制本發(fā)明的其它實施例的范圍。在本文所述任何方法和裝置中，可存在復(fù)合用于控制由一個或多個永久磁體產(chǎn)生的磁通量的大小和/或方向的一個或多個部件/材料。例如，在磁體陣列中，可包括具有高磁導(dǎo)率的一個或多個材料/部件(例如，軟鋼或鐵心硅鋼)以便當(dāng)磁體在物理上處于線圈外部時限制進入線圈的磁漏。具有高磁導(dǎo)率的一個或多個部件可在磁極附近用來重新導(dǎo)向/重新定向磁通線以便也限制漏通量。在具體實施例中使用的導(dǎo)磁材料的類型和構(gòu)型決不限制本發(fā)明的范圍。雖然圖4為簡單起見顯示為圖4A、圖4B和圖4C，但在圖4A、圖4B和圖4C中的每一個中的數(shù)據(jù)將在本文中統(tǒng)稱為圖4。圖4示出了具有用于本發(fā)明的實施例的計算參數(shù)的示例。雖然在附圖中未示出，但此處在計算中考慮的實施例具有連接到帶有5個行星的行星齒輪的齒圈和芯的轉(zhuǎn)子。每個行星聯(lián)接到諸如萬向節(jié)傳動裝置型系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器使帶有多個磁體陣列的支撐板移動。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，齒圈旋轉(zhuǎn)并且行星原地旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動保持磁體的板的線性行程。在一個實施例中，存在磁體數(shù)量兩倍的線圈，并且在每個線性行程中，每個磁體移動進入和離開許多線圈(即，電能發(fā)生頻率遠高于行星旋轉(zhuǎn)頻率)。對于一定速率的風(fēng)速和轉(zhuǎn)子尺寸及目標RPM來說，可以確定齒圈的內(nèi)徑、磁體的數(shù)量、磁體的尺寸和負載電阻以允許匹配轉(zhuǎn)子和發(fā)電機的功率/扭矩。另一個實施例包括利用磁體陣列的諸如線性發(fā)電機的裝置，該磁體陣列被構(gòu)造使得在陣列中的鄰接磁體將相同的極面向彼此且以一定的間距偏置，該間距相當(dāng)于且在一些實施例中等于磁體的厚度(即，在運動方向上的磁體尺寸)。以這種方式構(gòu)造磁體允許在鄰接磁體在單個線性行程期間穿過每個線圈時通量變化高達單個磁體的強度的兩倍。在使用永久磁體的一個實施例中，磁體具有高抗退磁性。鐵氧體磁體和稀土磁體可能適合該實施例。各個線圈用線連接在一起，以使得電壓/電流根據(jù)需要加總。應(yīng)當(dāng)指出，該實施例可結(jié)合或獨立于本文所述此前的實施例中的任一個或其它類似的實施例使用。在一些實施例中，可使用凸輪型結(jié)構(gòu)來將軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性振蕩運動。使用這種具有大的中央旋轉(zhuǎn)軸的凸輪軸系統(tǒng)使得多個磁體能夠在線性振蕩運動中移動。為了增加單個磁體部件(或者是單個大磁體或者是包含許多較小磁體的平板)的振蕩頻率，可使用沿軸的多個凸輪來驅(qū)動磁體部件的運動。在一個實施例中，各自附連到中央旋轉(zhuǎn)軸的四 個單獨的凸輪錯開90度，結(jié)果導(dǎo)致中央軸的每周旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生四次磁板振蕩。在該實施例的另一個變型中，各自附連到磁板部件的四個單獨的活塞桿錯開90度，使得當(dāng)單個凸輪經(jīng)過一圈完整的旋轉(zhuǎn)時，其在各自90度的位置處驅(qū)動不同活塞桿。在這種情況下，發(fā)電機可被構(gòu)造有四個扇形體，這些扇形體圍繞圓柱形軸，從而當(dāng)每個凸輪旋轉(zhuǎn)時，其導(dǎo)致四個單獨的磁體部件經(jīng)過單次振蕩。利用這種設(shè)計策略，可以相對于其它發(fā)電機設(shè)計增加振蕩的頻率。雖然該示例引用了由單個凸輪驅(qū)動的四個不同的磁體結(jié)構(gòu)，但其它實施例可使用與任何數(shù)量的凸輪結(jié)構(gòu)結(jié)合的任何數(shù)量的磁體結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，利用磁力來移動能量發(fā)生磁體結(jié)構(gòu)能有助于通過防止任何表面之間用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動的物理接觸而使磨損減少或最小化。為了實現(xiàn)這個目的，一些實施例利用一個或多個磁體來產(chǎn)生排斥和/或吸引力以從旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生線性運動。圖3示出了一個實施例，其中兩個板(即，轉(zhuǎn)子和可移動的磁體支撐板)面向彼此，并且具有相同極性的磁體面向彼此，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在至少一對磁體之間的磁場排斥力導(dǎo)致其上安裝有至少一個磁體(或線圈)的可移動板(即，可移動支撐板)相對于其上安裝有至少一個線圈(或磁體)的另一個板(即，安裝結(jié)構(gòu))移動，使得由這種相對運動引起的磁通量變化在線圈中產(chǎn)生電流和/或電壓。在一個實施例中，該結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得一個或多個磁體至少部分地移動進入和離開空心線圈。圖3示出了一個實施例，其包括安裝到軸12的一個或多個葉片24。當(dāng)流體流過葉片時，軸旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子26。一個或多個磁體28安裝到轉(zhuǎn)子并定向為使可移動結(jié)構(gòu)18移動，可移動結(jié)構(gòu)18在圖示實施例中包括兩側(cè)附連有磁體32和34的支撐板30。附連到最靠近轉(zhuǎn)子26的一側(cè)的磁體32被布置和定向為當(dāng)對應(yīng)的磁體28在環(huán)形運動中移動經(jīng)過時經(jīng)受排斥力。根據(jù)磁體28和32的布局，排斥力能使整個可移動板在箭頭16所示方向上移動。當(dāng)板30移動離開轉(zhuǎn)子26時，最靠近安裝結(jié)構(gòu)22的磁體34相對于電線圈20移動并產(chǎn)生電力。彈簧36或其它裝置可用來幫助板30朝轉(zhuǎn)子26向后移動，從而使得能夠在軸向方向上振蕩線性運動。作為另一示例，附連到轉(zhuǎn)子的磁體28中的一些可被定向為提供吸引力，以便除了彈簧力之外或代替彈簧力而幫助將可移動板30向后拉向轉(zhuǎn)子。還應(yīng)當(dāng)指出，利用排斥力或吸引力的實施例的描述可以顛倒，使得一些實施例可以僅利用排斥力，一些實施例可以僅利用吸引力，并且一些實施例可以利用排斥力和吸引力的組合。在以上描述中，提供了各種實施例的具體細節(jié)。然而，可以不使用所有這些具體細節(jié)來實施一些實施例。在其它情況下，為了簡潔和清晰，以僅能實現(xiàn)本發(fā)明的各種實施例的詳細程度描述了某些方法、程序、部件、結(jié)構(gòu)和/或功能。雖然本文以特定順序示出并描述了方法的操作，但可以改 變每種方法的操作的順序，使得某些操作可按相反的順序進行，或使得某些操作可至少部分地與其它操作同時進行。在另一個實施例中，可以用間歇和/或交替的方式來實施不同操作的指令或子操作。雖然已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明不受限于所描述和說明的部分的具體形式或排列。本發(fā)明的范圍將受到所附權(quán)利要求及其等同物的限定。
權(quán)利要求
1.一種用于將來自移動的流體的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，所述裝置包括至少一個磁性結(jié)構(gòu)；至少一個線圈結(jié)構(gòu)，所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電材料；旋轉(zhuǎn)部件，所述旋轉(zhuǎn)部件響應(yīng)于由所述移動的流體施加到聯(lián)接到所述旋轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)上的力而相對于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；和旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)聯(lián)接到所述旋轉(zhuǎn)部件，其中，所述旋轉(zhuǎn)部件圍繞所述對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)中的至少一個線圈之間產(chǎn)生相對線性位移；其中，在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈之間的所述相對線性位移在所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述相對線性位移被定向在相對于所述旋轉(zhuǎn)部件的所述對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的某個非垂直方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈之間的所述相對線性位移沿著相對于所述旋轉(zhuǎn)部件的所述對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線大致平行的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括至少一個凸輪，其中，所述旋轉(zhuǎn)部件圍繞所述對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致由所述至少一個凸輪施加的力在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈之間產(chǎn)生所述相對線性位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括至少一個齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)包括永久磁體陣列，其中，在所述永久磁體陣列中的鄰接磁體將相同的極面向彼此。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括線圈陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述永久磁體陣列中的磁體之間的間距基本上等于所述線圈陣列中的線圈之間的間距。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)或所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括一個或多個高磁導(dǎo)率部件以提供磁通路線和/或增加磁通變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括至少一個磁體，所述至少一個磁體用于在保持所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)上施加磁力，以有利于所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)相對于所述至少一個線圈的所述相對線性位移。
11.一種用于將來自移動的流體的能量轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個磁性結(jié)構(gòu)；至少一個線圈結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)部件；和齒輪機構(gòu)，所述齒輪機構(gòu)聯(lián)接到所述旋轉(zhuǎn)部件以在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生相對線性位移，其中，所述相對線性位移與所述旋轉(zhuǎn)部件圍繞對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)有關(guān)，其中，所述相對線性位移在所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電能。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述齒輪機構(gòu)包括與至少一個主齒輪聯(lián)接的至少一個小齒輪，其中，所述主齒輪聯(lián)接到主軸并以基本上等于所述主軸的速度的速度旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)和所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)之間的所述相對線性位移相對于在所述設(shè)備中在第二至少一個磁性結(jié)構(gòu)和第二至少一個線圈結(jié)構(gòu)之間的第二相對線性位移不同步地發(fā)生。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述齒輪機構(gòu)包括至少一個萬向節(jié)傳動裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)包括永久磁體陣列，其中，在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)中的鄰接磁體將相同的極面向彼此。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括線圈陣列，并且所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)包括磁體陣列。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，與在所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)中的至少兩個永久磁體相對應(yīng)的間距基本上等于與所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)中的至少兩個線圈相對應(yīng)的間距。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個磁性結(jié)構(gòu)或所述至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括一個或多個高磁導(dǎo)率部件以提供磁通路線和/或增加磁通變化。
19.一種用于將來自移動的流體的能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，所述方法包括使旋轉(zhuǎn)部件相對于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；將所述旋轉(zhuǎn)部件的所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為第一發(fā)電部件的相對線性位移；使所述第一發(fā)電部件相對于第二發(fā)電部件移動，其中，所述相對線性位移在相對于所述旋轉(zhuǎn)部件的所述對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的非垂直的方向上沿著基本線性的路徑；和基于所述第一發(fā)電部件和所述第二發(fā)電部件的所述相對線性位移產(chǎn)生電能。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一發(fā)電部件為鄰接磁體的相同極面向彼此的永久磁體陣列，并且其中所述第二發(fā)電部件為線圈陣列。
全文摘要
一種用于從移動的流體到電能的能量轉(zhuǎn)換的方法和裝置。該裝置包括至少一個磁性結(jié)構(gòu)、至少一個線圈結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件和旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)。至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電材料。響應(yīng)于由移動的流體施加到聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)上的力，旋轉(zhuǎn)部件相對于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)運動向線性運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)部件。旋轉(zhuǎn)部件圍繞對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)在至少一個磁性結(jié)構(gòu)和至少一個線圈結(jié)構(gòu)中的至少一個線圈之間產(chǎn)生相對線性位移。在至少一個磁性結(jié)構(gòu)和至少一個線圈之間的相對線性位移在線圈結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電能。
文檔編號F03D9/00GK102933843SQ201180014322
公開日2013年2月13日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者B·奈爾 申請人:奧斯莉卡力量有限公司