用於將流體運動轉換為電功率的系統和方法
2023-05-26 14:30:46
用於將流體運動轉換為電功率的系統和方法
【專利摘要】一種提供用於將流體運動轉換為電功率的系統，該系統可部署在流體中。該系統包括支撐結構(106)和被連接到支撐結構(106)的可移動結構(108，300，400)。支撐結構(106)包括被配置為將機械能轉換為電能並且由該電能提供電功率的發電機組件(120，200)。可移動結構(108，300，400)具有三個或更多個自由度，並且其被配置為在電力循環的發電階段期間產生機械能以用於通過發電機組件(120，200)轉換，其中流體運動作用於可移動結構(108，300，400)上。可移動結構(108，300，400)在發電階段期間具有第一配置且在電力循環的恢復階段期間具有不同的第二配置，在第一配置中的可移動結構(108，300，400)具有更大的正交於流體流動的表面面積。
【專利說明】用於將流體運動轉換為電功率的系統和方法
【技術領域】
[0001]本公開大體涉及將流體運動轉換為電功率，並且具體地涉及包括將潛流轉換為電功率的可重構的可移動結構的系統。
【背景技術】
[0002]目前迫切需要發展清潔能源。因為地球的大多數表面由水覆蓋，所以水基系統由於其容量龐大從而針對能量生成具有最大潛能。由於水的質量和力比任何空基系統的質量和力大很多倍，所以導致潮汐的重力效應提供大量的能量。移動甚至只是幾千立方英尺的水所需要的能量也將佔據等同於風能或者太陽能的難以置信的空域或物理陸地量。因此，潮汐可以提供大量的可再生能量，該可再生能量優於其他可再生能源形式若干數量級被利用。
[0003]作為例子，芬迪灣具有40英尺的潮汐變化。每天移動水質量的能量是絕對巨大的。這是一種自然產生的地理現象，其可以在人造潮汐區被複製。
[0004]目前的水基能量生產的重點集中於水力渦輪機，這類似於包括螺旋槳的風力渦輪機，其被固定到發電機。然而，類似於風力渦輪機，水力渦輪機需要非常有選擇性的布置以產生足夠的動力。即，水力渦輪機通常需要放置在具有顯著液流流動的區域。水力渦輪機通常也是大的、複雜的、不易部署的笨重設備。水力渦輪機通常也需要不理想的時間量來部署。對於前方運行基地(FOB)和可以獲益於水基能量生產的類似應用，在多種情況下的部署速度以及部署靈活性會是重要問題。
[0005]因此，具有考慮至少一些上述討論的問題以及可能的其他問題的系統和方法將是可取的。
【發明內容】
[0006]本公開的例子大體涉及用於將流體運動轉換為電功率的系統和方法。相比於通常需要顯著的液流流動的水力渦輪機，該系統和方法可以被用在大量的流體或速度環境中。在這方面，相比於通常需要顯著的液流流動的水力渦輪機，該系統和方法可以被用在弱液流或其他低速度環境中。例子還可以提供多種配置用於電力循環的不同階段，和/或增加自由度的數量以考慮到不同方向的流體運動。
[0007]根據一個例子，提供用於將流體運動轉換為電功率的系統，該系統可部署在流體中。該系統包括支撐結構和連接至支撐結構的可移動結構。在一個例子中，該系統可部署在流體的表面之下；並且在這個例子中，當被部署時，支撐結構可以被繫到被配置為保持支撐結構直立的浮標。在另一些例子中，該系統可以部署在流體的表面上或僅部分在流體的表面下。
[0008]支撐結構包括被配置為將機械能轉換為電能且由電能提供電功率的發電機組件。可移動結構具有三個或更多個自由度，並且被配置為在電力循環的發電階段期間產生用於由發電機組件轉換的機械能，其中在該階段流體運動作用在可移動結構上。
[0009]可移動結構在發電階段期間具有第一配置和在電力循環的恢復階段期間具有不同的第二配置。在這方面，在第一配置中的可移動結構具有比在第二配置中的可移動結構更大的正交於流體流動的表面面積。
[0010]在一個例子中，可移動結構通過電纜被連接到發電機組件，所述電纜在發電階段期間允許可移動結構運動遠離支撐結構且在恢復階段期間允許可移動結構運動回到支撐結構。
[0011]在一個例子中，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個。在這個例子中，支撐結構可以包括轉節結構，其被配置為允許可移動結構隨著流體運動的第二軸線分量和第三軸線分量的運動。此外或替代地，支撐結構可以包括被配置為允許可移動結構隨著流體運動的第一軸線分量的運動的可樞轉導向結構。
[0012]在一個例子中，可移動結構包括底座和耦接到底座且從底座延伸的頂篷或許多翅。頂篷/翅可以均包括主表面和次表面，且主表面具有比次表面更大的表面面積。在這個例子中，頂篷/翅可以均被安排成其主表面朝向第一配置中的流體運動方向，並且被安排成其次表面朝向第二配置中的流體運動方向。
[0013]在更具體的例子中，可移動結構可以包括圍繞底座圓周地延伸的頂篷，該頂篷圍繞底座可摺疊從而從第一配置到第二配置重新配置可移動結構。在另一例子中，可移動結構可以包括圍繞底座圓周地延伸的多個翅，並且每個翅可以圍繞底座可旋轉以便在第一和第二配置之間重新配置可移動結構。
[0014]在例子的另一些方面中，提供用於將流體運動轉換為電功率的方法。本文所討論的特徵、功能和優點可以在不同示例實施例中獨立地實現或可以在其他實施例中相結合，其中參照下面的描述和附圖能夠看出其他實施例的進一步地細節。
[0015]根據本公開的一個方面，提供用於用於將流體運動轉換為電功率的方法，該系統可部署在流體中並且包括:
[0016]支撐結構106，其包括被配置為將機械能轉換為電能和由該電能提供電功率的發電機組件120、200 ;和
[0017]可移動結構108、300、400，其被連接到支撐結構106並且被配置為在電力循環的發電階段期間產生用於由發電機組件120、200轉換的機械能，其中在所述發電階段流體運動作用在可移動結構108、300、400上，可移動結構100.100.00,400具有三個或更多個自由度，
[0018]可移動結構108、300、400在發電階段期間具有第一配置且在電力循環的恢復階段期間具有不同的第二配置，在第一配置中的可移動結構108、300、400具有比在第二配置中的可移動結構108、300、400更大的正交於流體流動的表面面積。
[0019]有利地，可移動結構108、300、400通過電纜被連接到發電機組件，該電纜在發電階段期間允許可移動結構108、300、400運動遠離支撐結構106且在恢復階段期間允許可移動結構108、300、400運動回到支撐結構。
[0020]有利地，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個，
[0021]其中支撐結構106包括被配置為允許可移動結構108、300、400隨著流體運動的第二軸線分量和第三軸線分量的運動的轉節結構。
[0022]優選地，支撐結構106進一步包括被配置為允許可移動結構108、300、400隨著流體運動的第一軸線分量的運動的可樞轉導向結構。
[0023]有利地，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個，
[0024]其中支撐結構106包括被配置為允許可移動結構108、300、400隨著流體運動的第一軸線分量的運動的可樞轉導向結構。
[0025]有利地，可移動結構108、300、400包括:
[0026]底座1:30、302、402 ;和
[0027]耦接到底座130、302、402且從底座130、302、402延伸的頂篷132、304，頂篷132、304包括主表面134、306和次表面136、308，主表面134、306具有比次表面136、308更大的表面面積，
[0028]其中頂篷132、304被安排成其主表面134、306朝向在第一配置中的流體運動方向，並且被安排成其次表面136、308朝向在第二配置中的流體運動方向。
[0029]優選地，頂篷132、304圍繞底座130、302、402圓周地延伸，頂篷132、304圍繞底座130,302,402可摺疊從而將可移動結構108、300、400從第一配置重新配置到第二配置。
[0030]有利地，可移動結構108、300、400包括:
[0031]底座130、302、402 ;和
[0032]耦接到底座130、302、402且從底座130、302、402延伸的多個翅404，每個翅包括主表面406和次表面408，主表面406具有比次表面408更大的表面面積，
[0033]其中每個翅被安排成其主表面406朝向在第一配置中的流體運動方向，並且被安排成其次表面408朝向在第二配置中的流體運動方向。
[0034]優選地，多個翅404圍繞底座130、302、402圓周地延伸，每個翅圍繞底座130、302、
402可旋轉以便在第一和第二配置之間重新配置可移動結構108、300、400。
[0035]有利地，可部署在流體的表面之下，該系統還包含:
[0036]浮標，支撐結構106被繫到該浮標，當被部署時該浮標被配置為保持支撐結構106直立。
[0037]根據本公開的再一方面，提供用於將流體運動轉換為電功率的方法，其包括:
[0038]提供包括被連接到支撐結構106的可移動結構108、300、400的系統，該系統被部署在流體中；
[0039]在電力循環的發電階段期間，響應於作用在可移動結構108、300、400上的流體運動，由可移動結構108、300、400產生機械能，所述可移動結構108、300、400具有三個或更多個自由度；
[0040]將機械能轉換為電能且由電能提供電功率；以及
[0041]將可移動結構108、300、400從第一配置重新配置成用於電力循環的恢復階段的不同的第二配置，在第一配置中的可移動結構108、300、400具有比在第二配置中的可移動結構更大的正交於流體流動的表面面積。
[0042]有利地，其中產生機械能包括可移動結構108、300、400的運動遠離支撐結構，可移動結構108、300、400通過允許相應運動的電纜被連接到支撐結構。
[0043]優選地，該方法進一步包括在恢復階段期間通過電纜拉動可移動結構108、300、400回到支撐結構106。
[0044]有利地，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個，
[0045]其中產生機械能包括可移動結構108、300、400隨著流體運動的第二軸線分量和第三軸線分量的運動，並且遠離支撐結構106。
[0046]優選地，產生機械能進一步包括可移動結構108、300、400隨著流體運動的第一軸線分量的運動。
[0047]有利地，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個，
[0048]其中產生機械能包括可移動結構108、300、400隨著流體運動的第一軸線分量的運動，並且遠離支撐結構106。
[0049]有利地,可移動結構包括:
[0050]底座1:30、302、402 ;和
[0051]耦接到底座130、302、402且從底座130、302、402延伸的頂篷132、304，頂篷132、304包括主表面134、306和次表面136、308，主表面134、306具有比次表面136、308更大的表面面積，頂篷132、304被安排成其主表面134、306朝向在第一配置中的流體運動方向，
[0052]其中重新配置可移動結構108、300、400包括重新配置頂篷132、304，使得其次表面136、308朝向在第二配置中的流體運動方向。
[0053]優選地，頂篷圍繞底座130、302、402圓周地延伸，並且重新配置頂篷132、304包括圍繞底座130、302、402摺疊頂篷132、304。
[0054]有利地，其中可移動結構108、300、400包括:
[0055]底座1:30、302、402 ;和
[0056]耦接到底座130、302、402且從底座130、302、402延伸的多個翅404，每個翅包括主表面406和次表面408,主表面406具有比次表面408更大的表面面積,並且每個翅被安排成其主表面406朝向在第一配置中的流體運動方向，
[0057]其中重新配置可移動結構108、300、400包括重新配置每個翅，使得其次表面408朝向在第二配置中的流體運動方向。
[0058]優選地，多個翅圍繞底座130、302、400圓周地延伸，並且其中重新配置每個翅包括圍繞底座130、302、400旋轉每個翅。
[0059]有利地，該方法進一步包括:
[0060]將系統部署在流體的表面之下，該系統進一步包括浮標，支撐結構106被繫到該浮標，當被部署時該浮標被配置為保持支撐結構106直立。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0061]因此，已經概括地描述了本公開的示例實施例，現將參照附圖，附圖不一定按比例繪製，並且其中:
[0062]圖1(包括圖1a和圖1b)不出根據本公開的一個不例的系統的橫截面；
[0063]圖2示出根據一個示例的發電機組件；
[0064]圖3(包括圖3a和圖3b)示出根據一個示例的可移動結構；
[0065]圖4(包括圖4a和圖4b)示出根據另一示例的可移動結構；
[0066]圖5(包括圖5a、圖5b、圖5c和圖5d)示出根據一個示例貫穿電力循環的各階段的圖1的系統的頂視圖；
[0067]圖6(包括圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e和圖6f)示出根據一個示例貫穿電力循環的各階段的可移動結構的頂視圖；
[0068]圖7和圖8示出一個示例的可移動結構的自由度；以及
[0069]圖9是示出根據一個示例的方法中的各步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0070]在下文中，參照附圖，本公開的一些實施例現將更加充分地被描述，示出了本公開的一些但不是全部的變體。事實上，本公開的變體可以以許多不同的形式被體現且不應當被理解為限制本文所闡述的例子；當然，這些變體被提供使得本公開將是徹底的和完整的，並且完全地將本公開的範圍傳送給本領域的技術人員。例子可以參照將潛流轉換為電功率被描述，如在海洋、河流或溪流的情況下。然而，應當理解，例子可以同樣適用於其他流體運動至電功率的轉換。自始至終，相同的附圖標記指代相同的元件。
[0071]圖1不出根據本公開的一個例子的系統100。如圖所不，在一個例子中，系統可以被部署在如海洋、河流或溪流的水體104的表面102之下。在這個例子中，系統及其部件可以被密封或以其他方式被構造成用於水下使用。在另一些例子中，系統可以被部署在水體的表面上或僅部分在水體的表面下。
[0072]系統100可以包括可被固定就位的支撐結構106和可以相對於支撐結構移動的可移動結構108。在一個例子中，系統可以包括錨110(例如，吸力錨)、下錨件或類似件以用於將支撐結構連接到水體的河床112。在另一例子中，系統可以被固定到如壩、山脊、峽谷等的水下下錨結構。在又一例子中，系統可以被固定到如船舶、小船、潛水艇等的船隻。而在系統被部署在水下的一個例子中，支撐結構可以被繫到用於保持支撐結構在水下直立的浮標 114。
[0073]在一個例子中，可移動結構108可以是平衡漂浮或僅稍稍正漂浮，尤其是針對水下部署而言。對於其他部署，例如，可移動結構可以是正漂浮(positively buoyant)。可移動結構可以通過電纜118被固定到支撐結構106，該電纜118具有足夠長度以允許可移動結構從支撐結構運動一定距離。電纜可以進而被附接到發電機組件120，在一個例子中，該發電機組件120可以被裝納在支撐結構內。
[0074]在一個例子中，支撐結構106可以包括從轉節結構124向外延伸的導向結構122。導向結構可以維持可移動結構距支撐結構一定距離並且可以引導電纜進和出支撐結構。另外地，導向結構和轉節結構可以給可移動結構提供附加自由度。在一個例子中，如在下文中更詳細解釋的，可移動結構可以具有三個、四個或更多個自由度。由導向結構和轉節結構提供的附加自由度可以允許可移動結構隨液流流動移動，不過這可能不是總在同一方向上。
[0075]系統100可以被配置為在多個電力循環期間運行，每個電力循環包括發電階段和恢復階段。在發電階段期間，潛流可以用於推動可移動結構108遠離支撐結構106。可移動結構遠離支撐結構的這種運動可以產生機械能，其可以被傳遞至電纜118並且然後從電纜到發電機組件120。發電機組件可以包括發電機，其被配置為將這種機械能轉換為電能且由電能如經由電力電纜126提供電功率，該電力電纜126可以通過合適的電纜穿牆件128被附接到支撐結構。然後，當可移動結構已經從支撐結構移開一定距離時，系統可以進入恢復階段，在該恢復階段期間可移動結構可以被拉動到或拉回到支撐結構。
[0076]包括其發電機的發電機組件120可以被配置為以許多不同的方式中的任意方式將機械能轉換為電能。圖2示出發電機組件200，根據一個例子其可以對應於發電機組件120。如圖2所示，發電機組件可以包括被附接到電纜118的線軸202，其中可移動結構108被附接到電纜118。線軸可以被附接到齒輪傳動204。第一軸208可以使線軸和齒輪傳動互相連接，並且第二軸210可以使齒輪傳動和發電機212互相連接。
[0077]在電力循環的發電階段的開始時電纜118可以即使不完全地也至少部分地繞線軸202纏繞。在發電階段期間，可移動結構108的運動導致電纜從線軸解繞，這進而導致線軸旋轉。在齒輪傳動204中的齒輪減速系統導致可移動結構的運動從而以若干倍的線軸轉速旋轉發電機212，從而確保發電機的有效發電速度。所提供的有效齒輪比可以被預定成優化發電機系統的效率並且可以是從1:10到多達1:1000或更多的範圍。
[0078]線軸202可以被附加地附接到恢復機構214，該恢復機構214被配置為在電力循環的恢復階段期間圍繞線軸重繞電纜118。在一個例子中，恢復機構可以包括電動馬達，其可以接收來自由發電機組件200產生的或來自其他來源的功率。在此情況下，驅動馬達所需要的功率可能小於由發電機組件產生的功率，且差異是由系統100產生的淨功率。
[0079]在另一例子中，恢復機構214可以包括力學機構，該力學機構可以被配置為存儲和釋放機械能，如彈簧或其他振蕩裝置。在這方面，當電纜在發電階段期間被解繞時力學機構可以存儲機械能，並且在恢復階段期間該力學機構可以釋放機械能以重繞電纜。在此情況下，由力學機構所存儲/釋放的機械能可能小於由可移動結構108的運動產生的機械能。在由可移動結構產生的機械能和由力學機構所存儲/釋放的機械能之間的差異可以是用於由發電機212轉換的機械能的淨機械能。
[0080]返回圖1，可移動結構108可以具有許多不同的配置中的任意一種以在電力循環的發電階段期間促進其運動遠離支撐結構106，並且在恢復階段期間促進其運動回到支撐結構。在一個例子中，可移動結構在發電階段期間可以具有第一配置，並且在恢復階段期間可以具有不同的第二配置。通常，在第一配置中的可移動結構可以具有比在第二配置中的可移動結構更大的正交於潛流的表面面積。
[0081]在一個例子中，可移動結構108可以為傘狀結構，其包括底座130和耦接到底座且從底座延伸的頂篷132或許多翅。每個頂篷/翅包括一個或更多個主表面134和一個或更多個次表面136，且主表面具有比次表面更大的表面面積。在一個例子中，頂篷/翅可以均包括由相反的次表面結合的相反的主表面。在可移動結構移動遠離支撐結構106的發電階段期間，可移動結構可以具有第一配置，其中其頂篷/翅被安排成它們的主表面朝向潛流的方向。然後，在可移動結構朝向支撐結構運動返回的恢復階段期間，可移動結構可以具有第二配置，其中其頂篷/翅被安排成它們的次表面朝向潛流的方向。
[0082]圖3示出可移動結構300，根據一個示例實施例其可以對應於可移動結構108。如圖所示，可移動結構可以包括底座302和圍繞底座連續地、圓周地延伸的頂篷304。在一個例子中，頂篷可以包括如由框架或其他支撐結構支撐的織物的柔性材料，其在一個例子中可以被交織成柔性材料。頂篷包括主表面306和次表面308，且主表面具有比次表面更大的表面面積。如圖3a所示，在發電階段期間，可移動結構可以具有第一配置，其中頂篷被安排成其主表面朝向潛流的方向。在發電階段結束時，可移動結構可以重新配置為第二配置，其中其頂篷被安排成其次表面朝向潛流方向。在一個例子中，頂篷可以以類似於傘的方式圍繞底座可摺疊，如圖3b所示。然後，可移動結構在恢復階段期間可以具有這種第二配置。
[0083]圖4示出可移動結構400，根據另一示例實施例其可以對應於可移動結構108。在一個例子中，可移動結構可以包括底座402和圍繞底座圓周地延伸的許多(一個或更多個)翅404。每個翅可以包括主表面406和次表面408，且主表面具有比次表面更大的表面面積。如圖4a所示，在可移動結構移動遠離支撐結構106的發電階段期間，可移動結構可以具有第一配置，其中其翅被安排成它們的主表面朝向潛流的方向。在發電階段結束時，可移動結構可以重新配置為第二配置，其中其翅被安排成它們的次表面朝向潛流的方向。在一個例子中，翅可以均相對於底座旋轉90°，如圖4b所示。在一個例子中，可移動結構可以包括相對於底座交替地旋轉+90°和-90°的偶數個翅，在不同情況下，這可以減小會由翅的旋轉引起的自旋。翅可以因此相對於底座可旋轉以在第一和第二配置之間重新配置可移動結構。然後，在可移動結構朝向支撐結構運動返回的恢復階段期間可移動結構可以具有這種第二配置。
[0084]圖5示出貫穿電力循環的各階段的系統100的頂視圖。在發電階段期間，隨著可移動結構移動遠離支撐結構106，可移動結構108處於第一配置且具有正交於潛流流動的較大的表面面積，如圖5a和圖5b所示。可移動結構重新配置為第二配置且具有正交於潛流流動的較小的表面面積。然後，在恢復階段期間可移動結構可以被拉回到支撐結構，如圖5c和圖5d所示。
[0085]圖6示出貫穿電力循環的各階段的可移動結構108的頂視圖。同樣，可移動結構包括頂篷132或從底座130延伸的一個或更多個翅。如圖所示，在一個例子中，頂篷可以包括由第一和第二相反的次表面136a、136b結合的第一和第二相反的主表面134a、134b。圖6a示出在發電階段期間的可移動結構，其中可移動結構具有第一配置。在第一配置中，頂篷可以被安排成其第一主表面134a朝向潛流(由箭頭所不)的方向。在該配置中，第一次表面136a可以通過第一和第二主表面從底座延伸出，並且第二次表面136b可以緊貼或接近可移動結構的底座被保持。可移動結構可以包括閂以至少部分地保持可移動結構處於第一配置。在一個例子中，可移動結構可以包括圍繞其底座的套管，其可以滑動地接合在底座上的閂從而保持頂篷或更確切地說其第二次表面就位。
[0086]在或接近發電階段結束時，可移動結構108可以被接合成將其自身從第一配置重新配置到第二配置以用於電力循環的恢復階段。在一個例子中，液流流動可以移動套管以接合在可移動結構的底座130處的閂從而釋放頂篷132的第二次表面136b。如圖6b和圖6c所示，持續的液流流動可以沿液流流動的方向推動第一次表面136a並且然後推動其向下朝向底座，這會類似於將傘從內往外翻。也如圖6c並且進一步如圖6d所示，第二次表面可以可滑動地接合底座，並且隨著第一次表面移動向下朝向底座而可以與液流流動的方向相反地沿底座移動。這種移動可以持續直到頂篷位於近似緊貼底座，在這點可移動結構在第二配置中，並且其頂篷的第二次表面朝向液流流動的方向，如圖6e所示。在一個例子中，在這點，第一次表面可以被鎖住緊貼或接近可移動結構的底座，類似於之前的第二次表面。
[0087]可移動結構108的重新配置可以發生在發電階段的結束時、恢復階段的開始時或在發電和恢復階段之間或橫穿發電和恢復階段。在恢復階段的結束時，可移動結構可以再次將其自身從第一配置重新配置到第二配置。在一個例子中，支撐結構106的導向結構122可以包括傾斜/成角度表面。隨著可移動結構被拉動朝向支撐結構，可移動結構可以接合導向結構並且其成角度表面可以至少部分地楔在頂篷132和底座130之間。這可以導致頂篷的第二次表面136開始樞轉出並遠離底座，如圖6f所示。然後，液流流動的方向可以推動頂篷向外且回到第一配置(見圖6a)。這個重新配置可以發生在恢復階段的結束時、發電階段的開始時或在恢復和發電階段之間或橫穿恢復和發電階段。然後，可以再次開始電力循環。
[0088]如上所說，在一個例子中，可移動結構106可以具有三個、四個或更多個自由度。再次提出參考圖1，並且現更具體地參考圖7和圖8。考慮例如圖1、圖7和圖8所不的不例笛卡爾坐標系。如圖所示，系統包括大體垂直於水體104的表面102的z軸線和大體平行於該表面的X軸線和I軸線。在水體中的液流流動可以大體具有X軸線分量或I軸線分量中的任一者或兩者。但是在各種情況下，液流可以向上或向下流動朝向或遠離表面，從而液流流動增加了 z軸線分量。
[0089]可移動結構108可以圍繞其底座130旋轉並且可線性移動遠離或朝向支撐結構106。在一個例子中，支撐結構的轉節結構124可以附加地允許可移動結構圍繞z軸線的運動，如圖7所示。這三個自由度可以允許可移動結構隨著液流流動的X軸線分量和I軸線分量而移動。附加地或替代地，如圖8所示，支撐結構的導向結構122可以是可樞轉導向結構，其可以允許可移動結構圍繞y軸線的運動。這個附加的自由度可以允許可移動結構隨著液流流動的z軸線分量而移動。因此，可移動結構可以具有附加的自由度，該附加的自由度可以允許可移動結構隨著液流流動而移動，且其不會總是在同一方向上。
[0090]在一個例子中，系統100可以被部署為便於設置和使用的預製模塊，如用於遠程操作或補充功率以延長任務。在另一例子中，系統可以成群地被部署為具有共同地將功率饋送到存儲或傳輸系統的相關聯的電力電纜126的「場」。而在又一例子中，系統可以被部署在可能需要功率的前方運行基地(FOB)或者其他安裝地點或設施中。在任何情況下，系統可以提供比目前的水基能量生產系統更小的佔地面積，並且可以實現為具有更多的環境優勢、更少的移動或旋轉零件、降低複雜性、降低噪聲等。
[0091]現提出參考圖9，其示出流程圖，該流程圖示出根據一個示例實施例的用於將流體運動轉換為電動率的方法中的各步驟。如塊900所示，該方法包括在流體(例如，水體104)中部署包括被連接到可移動結構108的支撐結構106的系統100，或其他方式提供被部署在流體中的這種系統。在方法包括部署該系統的一個例子中，該系統可以被部署在流體的表面(例如，表面102)之下。在這個例子中，該系統可以進一步包括浮標114，支撐結構被繫到該浮標114，且當被部署時該浮標被配置為保持支撐結構直立。
[0092]該方法包括在電力循環的發電階段期間響應於作用在可移動結構上的流體運動，通過可移動結構108產生機械能，其中該可移動結構具有三個或更多個自由度。在一個例子中，產生機械能包括可移動結構運動遠離支撐結構106，如塊902所示，其中該可移動結構通過電纜118被連接到支撐結構，該電纜允許相應運動。
[0093]該方法還包括將機械能轉換為電能並且由該電能提供電功率,如塊904所示。
[0094]該方法可以進一步包括將可移動結構108從第一配置重新配置到不同的第二配置以用於電力循環的恢復階段，如塊906所示。在這方面，在第一配置中的可移動結構具有比在第二配置中的可移動結構更大的正交於流體的表面面積。在一個例子中，然後，該方法可以包括在恢復階段期間通過電纜將可移動結構拉回到支撐結構106，如塊908所示。可移動結構可以從第二配置被再次重新配置回到第一配置，如塊910所示。並且另一電力循環可以以可移動結構運動遠離支撐結構而重新開始。
[0095]在一個例子中，流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，且其中流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個。在這個例子中，產生機械能可以包括可移動結構108隨著流體運動的第二軸線分量和第三軸線分量且遠離支撐結構106的運動。另外地或替代地，例如，產生機械能可以包括可移動結構隨流體運動的第一軸線分量的運動。
[0096]在一個例子中，可移動結構108包括底座130和耦接到底座且從底座延伸的頂篷132或一個或更多個翅。在這個例子中，頂篷包括主表面134和次表面136，且主表面具有比次表面更大的表面面積。頂篷可以被安排成其主表面在第一配置中朝向流體運動方向。然後，重新配置可移動結構可以包括重新配置頂篷使得在第二配置中其次表面朝向流體運動方向。
[0097]在更具體的例子中，可移動結構300包括圍繞底座302圓周地延伸的頂篷304，並且重新配置頂篷包括圍繞底座摺疊頂篷(見圖3)。在另一例子中,可移動結構400包括圍繞底座402圓周地延伸的多個翅404，並且重新配置翅包括圍繞底座旋轉每個翅(見圖4)。
[0098]在本文中陳述的本公開的許多變體和其他實施例將會使這些公開內容所涉及的領域的一個技術人員想到呈現在前述描述和相關附圖中的教導的益處。因此，應當理解本公開不限於所公開的特定實施例並且變體和其他實施例旨在被包含在附加權利要求的範圍內。此外，儘管前述描述和相關附圖描述了在元件和/或功能的特定示例性組合的上下文中的示例實施例，不過必須認識到，元件和/或功能的不同組合可以通過替代實施例被提供，而不用背離附加權利要求的範圍。在這方面，例如，除了上文明確描述的這些之外的元件和/或功能的不同組合也被認為可以陳述在一些附加權利要求中。儘管本文使用了特定術語，但它們僅被用於通用和描述意義且不是為了限制的目的。
【權利要求】
1.一種用於將流體運動轉換為電功率的系統，該系統可部署在流體中且包含: 支撐結構(106),其包括被配置為將機械能轉換為電能且由該電能提供電功率的發電機組件(120,200)；和 可移動結構(108, 300，400),其被連接到所述支撐結構(106)並且被配置為在電力循環的發電階段期間生成機械能以用於被所述發電機組件(120,200)轉換，其中所述流體運動作用在所述可移動結構(108,300,400)上，所述可移動結構(108,300,400)具有三個或更多個自由度， 所述可移動結構(108,300,400)在所述發電階段期間具有第一配置且在所述電力循環的恢復階段期間具有不同的第二配置，在所述第一配置中的所述可移動結構(108,300,400)具有比在所述第二配置中的所述可移動結構(108,300,400)更大的正交於流體流動的表面面積。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於所述笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中所述流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個， 其中所述支撐結構(106)包括轉節結構，該轉節結構被配置為允許所述可移動結構(108,300,400)隨所述流體運動的所述第二軸線分量和第三軸線分量的運動。
3.根據權利要求1或2中任意權利要求所述的系統，其中所述支撐結構(106)進一步包括被配置為允許所述可移動結構(108)隨所述流體運動的所述第一軸線分量的運動的可樞轉導向結構。
4.根據權利要求1-3中任意權利要求所述的系統，其中所述流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於所述笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中所述流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個， 其中所述支撐結構(106)包括被配置為允許所述可移動結構(108,300,400)隨所述流體運動的所述第一軸線分量的運動的可樞轉導向結構。
5.根據權利要求1-4中任意權利要求所述的系統，其中所述可移動結構(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且從所述底座(130,302,402)延伸的頂篷(132,304),所述頂篷(132,304)包括主表面(134,306)和次表面(136, 308)，所述主表面(134,306)具有比所述次表面(136,308)更大的表面面積， 其中所述頂篷(132,304)被安排成其主表面(134,306)在所述第一配置中朝向流體運動方向，並且被安排成其次表面(136,308)在所述第二配置中朝向所述流體運動方向。
6.根據權利要求1-4中任意權利要求所述的系統，其中所述可移動結構(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且從所述底座(130,302,402)延伸的多個翅(404),^個翅包括主表面(406)和次表面(408),所述主表面(406)具有比所述次表面(408)更大的表面面積， 其中所述每個翅被安排成其主表面(406)在所述第一配置中朝向流體運動方向，並且被安排成其次表面(408)在所述第二配置中朝向所述流體運動方向。
7.可部署在流體的表面之下的根據權利要求1-6中任意權利要求所述的系統，該系統進一步包括: 浮標，所述支撐結構(106)繫於該浮標，當被部署時所述浮標被配置為保持所述支撐結構(106)直立。
8.一種用於將流體運動轉換為電功率的方法，其包含: 提供包含被連接到支撐結構(106)的可移動結構(108,300,400)的系統，該系統可部署在流體中； 在電力循環的發電階段期間，響應於流體運動作用在所述可移動結構(108,300,400)上，通過所述可移動結構(108,300,400)產生機械能，所述可移動結構(108,300,400)具有三個或更多個自由度； 將所述機械能轉換為電能並且由該電能提供電功率；以及 將所述可移動結構(108,300,400)從第一配置重新配置成不同的第二配置以用於所述電力循環的恢復階段，在所述第一配置中的所述可移動結構具有比在所述第二配置中的所述可移動結構(108,300,400)更大的正交於流體流動的表面面積。
9.根據權利要求8所述的方法，其進一步包括在所述恢復階段期間通過電纜將所述可移動結構(108,300,400)拉回到所述支撐結構(106)0
10.根據權利要求8或9中任意權利要求所述的系統，其中所述流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於所述笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中所述流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個， 其中產生所述機械能包括所述可移動結構(108)隨所述流體運動的所述第二軸線分量和所述第三軸線分量且遠離所述支撐結構(106)的運動。
11.根據權利要求10所述的方法，其中產生所述機械能進一步包括所述可移動結構(108,300,400)隨所述流體運動的所述第一軸線分量的運動。
12.根據權利要求8-11中任意權利要求所述的方法，其中所述流體具有大體垂直於笛卡爾坐標系的第一軸線且平行於所述笛卡爾坐標系的第二和第三軸線的表面，並且其中所述流體運動具有第一軸線分量、第二軸線分量或第三軸線分量中的一個或更多個， 其中產生所述機械能包括所述可移動結構(108)隨所述流體運動的所述第一軸線分量且遠離所述支撐結構(106)的運動。
13.根據權利要求8-12中任意權利要求所述的方法，其中所述可移動結構(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且從所述底座(130,302,402)延伸的頂篷(132,304),所述頂篷(132,304)包括主表面(134,306)和次表面(136, 308)，所述主表面(134,306)具有比所述次表面(136,308)更大的表面面積，所述頂篷(132,304)被安排成其主表面(134,306)在所述第一配置中朝向流體運動方向， 其中重新配置所述可移動結構(108)包括重新配置所述頂篷(132, 304),使得其次表面(136,308)在所述第二配置中朝向所述流體運動方向。
14.根據權利要求8-12中任意權利要求所述的方法，其中所述可移動結構(108,300,400)包括: 底座(130,302,402)；和 耦接到所述底座(130,302,402)且從所述底座(130,302,402)延伸的多個翅(404),^個翅包括主表面(406)和次表面(408),所述主表面(406)具有比所述次表面(408)更大的表面面積，並且每個翅被安排成其主表面(406)在所述第一配置中朝向流體運動方向， 其中重新配置所述可移動結構(108,300,400)包括重新配置所述每個翅，使得其次表面(408)在所述第二配置中朝向所述流體運動方向。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述多個翅(404)圍繞所述底座(130,302,402)圓周地延伸，並且其中重新配置每個翅包括使每個翅圍繞所述底座(130,302,402)旋轉。
【文檔編號】F03B17/06GK104321526SQ201380019235
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月11日 優先權日:2012年5月10日
【發明者】B·C·格魯貝爾 申請人:波音公司