CN101688516A - 流体动力式能量发电机 - Google Patents

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Abstract

提供一种产生电能的具有一个或多个流体驱动式发电机单元的发电设备。每个发电机单元包括一个或多个旋转构件，所述旋转构件响应于流体流并且与一个或多个磁体和导电材料连通。类似地，每个发电机单元与分别用于存储或使用电能的蓄电池或电网电连通。需要连续的外部能量来启动和维持发电设备的运动。当发电机单元的旋转元件受到流体流时，流体流引起旋转元件旋转。该旋转引起磁体经过导电材料并且产生电能。发电机单元响应于连续运动通过流体流产生电能。产生的电能被存储在电存储设备中或者传送到电网。

Description

流体动力式能量发电机
相关申请的交叉引用
本申请是要求2007年4月17日提交的题为“Fluid PoweredEnergy Generator”的美国临时申请No.60/912,231的权益的非临时专利申请。
技术领域
本发明涉及由机械源产生电能的设备和方法。更具体地，本发明由流体源产生电能并且收集电能作为动力源。
背景技术
化石燃料是碳氢化合物，主要呈煤、燃油和天然气的形式。这些燃料由死亡的植物和动物的遗体经过数千年而形成。这样，从化石燃料源获得的燃料供应是有限的。供求经济原理指出：随着碳氢化合物的供应减少，这种供应的成本将会上升。因此，根据经济学法则存在动机来寻找替代的能量燃料。
在现有技术中已知的是，化石燃料的燃烧产生空气污染物，例如氮氧化物、二氧化硫和重金属。另外，已知化石燃料的燃烧会产生呈铀和钍形式的放射性物质。环境规定使用了多种方法来限制排放。然而，最好的解决方案是减少或消除化石燃料的燃烧的替代性能源。
呈精炼汽油形式的化石燃料用于为常规陆地车辆和发电设备提供动力。近年来，已经进行了研究和研发来形成为住宅用户和商业用户提供能量的发电设备，这些发电设备不需要化石燃料、或者至少减少操作发电设备所需要的化石燃料量。例如，在Cape Cod，Massachusetts附近的海岸线有风能发电场，该风能发电场计划包括大的风车阵列以利用海洋中的自然风流并且将风流转换为电能。所规划的是风电场的竣工可以供应Cape Cod所需电能的大约四分之三。该地理区域由于存在于该区域中的自然风流而作为建立风电场的目标。然而，有反对者反对在这个地点建设风电场，因为该地点邻近于主要是富裕顾客频繁来访的度假胜地，这些顾客不希望从他们的住所看到风电场。因此，需要一种利用流体流产生清洁电能的技术，该清洁电能能够提供给住宅用户和商业用户，但并不局限于依据自然风流而定的地理位置。
发明内容
本发明涉及由机械能产生电能的设备和方法。
在本发明的一个方面，提供一种具有竖直支撑构件的设备，该竖直支撑构件具有近端和远端。近端固定到平台。旋转元件设有近端和远端，旋转元件的近端附连到竖直支撑构件的远端。旋转元件适于绕竖直支撑构件的轴线旋转。连接元件设有远端和近端。近端与旋转元件连通，远端与发电机单元连通。与马达连通的外部能量用于启动旋转元件的旋转运动。初始旋转运动形成流体流，通过使发电机单元受到流体流来产生电能。
在本发明的另一方面，提供一种具有第一竖直支撑构件的设备，该第一竖直支撑构件具有近端和远端。近端固定到平台。第一竖直支撑构件保持固定。第二竖直支撑构件设有近端和远端。近端与第一竖直支撑构件的远端连通。旋转元件设有远端和近端。旋转元件的近端附连到第二竖直支撑构件，旋转元件适于绕第二竖直支撑构件的轴线旋转。第二竖直支撑构件绕其竖直轴线与旋转元件一起旋转。第一外壳设置成容纳第一发电机单元。外壳附连到旋转元件的远端。与马达连通的外部能量用于提供旋转元件的旋转运动。初始旋转运动形成流体流，通过使第一发电机单元受到流体流来产生电能。
本发明的其它特征和优点将结合附图从下面的本发明目前优选实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
图1是具有流体发电机的发电设备的一个实施例的正视图。
图2是具有流体驱动式发电机的发电设备的另一个实施例的正视图。
图3是图2的发电设备的侧视图。
图4是由图3所示结构倒置的发电设备的另一实施例的侧视图。
图5是图2所示发电设备的俯视图。
图6是具有不同尺寸转子元件的图4所示发电设备的俯视图。
图7是具有流体驱动式发电机单元的发电设备的另一个实施例的侧视图。
图8是与发电设备关联的控制系统的框图。
具体实施方式
概述
本发明涉及基于流体流和能源来发电的设备和方法。提供从机械能流体流产生电能的发电设备。发电设备构造成具有多个涡轮机，所述涡轮机与马达和电能存储装置和/或电网连通。涡轮机的运动取决于提供给与发电设备连通的马达的外部能量。在涡轮机已经在流体环境中建立运动之后，流体引起涡轮机的旋转。涡轮机的旋转元件通过导电材料附近存在的磁体来产生电能。涡轮机通过旋转元件在流体流中的运动来产生电能。产生的电能可以存储在蓄电池和/或外部电能存储装置中。在一个实施例中，发电设备产生的电能可以传送到电力网。传送到电网的能量被供应到电网用于消耗并且不被存储在电网中。
技术细节
图1是具有一个或多个发电机单元的发电设备100的一个实施例的正视图。如图所示，发电设备100包括中央竖直构件102，该竖直构件102具有与其连通的多个发电机单元114、116、118、124、126和128。更具体地，竖直构件102包括近端104和远端106。竖直构件102的近端104是固定的并且固定到平台108。竖直构件102的远端106远离近端104并且与旋转臂110连通，旋转臂在下文称为转子臂。在一个实施例中，旋转臂可以是刚性或柔性旋转元件的形式。因此，本发明的范围不应当局限于刚性旋转臂。转子臂110构造成在操作期间绕竖直构件102的轴线旋转。一个或多个连接元件120提供给转子臂110。每个连接元件120具有近端122和远端132。连接元件120的近端122与转子臂110连通，连接元件120的远端132与发电机单元114-118和124-128中的一个连通。在一个实施例中，连接元件120的远端132可以与尺寸适于容纳一个或多个发电机单元的外壳连通。发电机单元114-118和124-128是响应于流体流产生电能的发电机。在一个实施例中，发电机单元114-128是具有一个或多个叶片的整体式单元，所述叶片与一个或多个磁体和导电材料连通。叶片响应于流体流绕轴线旋转并且产生电能。在一个实施例中，替代性材料可以代替磁体，其中，替代性材料在被放置到导电材料附近时产生电能。
如图1所示，发电设备100的发电机单元114-118和124-128被显示在升高位置150。在一个实施例中，在发电设备100固定时(未示出)，发电设备100的发电机单元与平台108连通或相邻，如图1所示，发电机单元在发电设备100的启用期间从平台108升高。
图2是类似于图1所示的发电设备200的正视图，但是在发电机单元的设置方面进行了改进。如图所示，发电设备200包括中央竖直构件202，该竖直构件202具有与其连通的多组发电机单元210。更具体地，竖直构件202包括近端204和远端206。竖直构件202的近端204是固定的并且固定到平台208。竖直构件202的远端远离近端204并且与旋转臂210连通，旋转臂在下文称为转子臂。转子臂210构造成在操作期间绕竖直构件202的轴线旋转。一个或多个连接元件220提供给转子臂210。每个连接元件220具有近端222和远端232。每个连接元件的近端222与转子臂210连通，每个连接元件220的远端232与主发电机单元214、216、218、224、226和228中的一个连通。每个主发电机单元214、216、218、224、226和228被显示为包括与其相邻的一个或多个副单元。更具体地，主发电机单元214具有与主单元214机械连通和/或电连通的副单元214b和214c。类似地，主发电机单元216具有与主单元216机械连通和/或电连通的副单元216b和216c，主发电机单元218具有与主单元218机械连通和/或电连通的副单元218b和218c，主发电机单元224具有与主单元224机械连通和/或电连通的副单元224b和224c，主发电机单元226具有与主单元226机械连通和/或电连通的副单元226b和226c，主发电机单元228具有与主单元228机械连通和/或电连通的副单元228b和228c。在一个实施例中，发电机单元与转子臂110的直接电连接和/或机械连接被限于主单元，副单元具有与主发电机单元的直接电连接和/或机械连接。类似地，在一个实施例中，连接元件220的远端232可以与尺寸适于容纳一个或多个发电机单元的外壳连通。因此，通过将一个或多个副发电机单元附连到一个或多个主发电机单元可以增加发电设备的容量。
图3是图1的发电设备单元300处于固定位置的侧视图。如图所示，发电设备具有中央竖直构件302，该竖直构件容纳用于操作发电设备的器械。在此所示的器械包括泵304、马达306和电能存储装置308。然而，根据具体发电设备及其关联元件的需要可以改变所述器械。在一个实施例中，齿轮箱可以代替泵。类似地，在一个实施例中，覆盖物(未示出)可以用来封装马达和齿轮箱的组合或者马达和泵的组合。覆盖物帮助保护存储在其中的部件不受外部碎屑的影响。另外，一个或多个传感器可以与覆盖物一起使用来检测覆盖物中的侵入物。因此，泵304和马达306的组合或者齿轮箱和马达306的组合用来操作发电设备300。
中央竖直构件302显示为单个元件。在一个实施例中，中央竖直构件302可以包括多个竖直结构，所述竖直结构包括发电设备单元300的竖直支撑件。竖直构件302的近端312是固定的并且邻近于平台316。在一个实施例中，竖直构件302的近端312与一个或多个轮318和一个或多个锚定元件320连通。锚定元件320与竖直构件302的近端312连通并且构造成竖直地放置。如图3所示，锚定元件320是固定的并且与水平平台316连通。锚定元件320的延伸使得发电设备300的结构能够相对于固定平台316被升高或降低。虽然在此仅示出了两个锚定元件320，但是在一个实施例中，发电设备单元300可以包括更多的锚定元件320来将发电设备单元300固定在固定位置。类似地，在一个实施例中，发电设备单元300可以仅仅需要单个锚定元件320来防止轮318旋转并且防止轮318使得发电设备300移位。此外，如这里所示的，有两个轮318，每个轮与锚定元件中的一个相邻。在一个实施例中，发电设备单元300可以包括附加的轮318以辅助发电设备单元300从固定位置的运动。类似地，在一个实施例中，发电设备单元300可以仅需要单个轮318以辅助发电设备单元300从固定位置的运动。
此外，如图3所示，每个锚定元件320套叠地安装在中央竖直构件302中。在一个实施例中，中央竖直元件可以包括将锚定元件320相对于中央竖直构件302固定到设定位置的锁定机构(未示出)。这种位置可以包括升高位置、降低位置或者两者之间的任何位置。锁定机构(未示出)使得发电设备单元300的高度能够调整。在一个实施例中，发电设备单元300可能因各种原因而需要高度调整，所述原因包括与放置发电设备单元300以进行操作相关联的物理高度限制。因此，可以根据锚定元件320的长度和关联的锁定机构(未示出)来更改发电设备单元300的竖直延伸和高度。
如上所述，在一个实施例中，发电设备单元300包括第一泵304a、马达306、电能存储装置308、第二泵304b、运动传递元件340、以及产生电能的一个或多个发电机单元380。如图所示，中央竖直构件302与旋转臂350连通。机构340设置成传输能量以便于旋转臂350绕中央竖直构件302的轴线的旋转。在一个实施例中，如图3所示，机构340是安装成邻近于中央竖直构件302的远端310的齿轮的形式。类似地，在一个实施例中，泵304a和304b是液压泵并且通过为齿轮340提供从第一泵304a经过软管338到达第二泵304b的液压流体来辅助齿轮340的旋转。第二泵经由轴348与机构340连通以向机构340提供旋转运动。然而，本发明应当不限于经由齿轮340向旋转臂350传送旋转力的液压泵。在一个实施例中，可以采用能够引起旋转臂运动的任何机械或电气装置。例如，可以采用带式系统或者直接驱动系统。因此，本发明的范围不应当限于与旋转臂350连通的液压泵和马达。
齿轮340具有后侧344a和前侧344b。后侧344a安装成与竖直构件302的远端310相邻，前侧344b安装成与旋转臂350相邻。类似地，旋转臂350的后侧352安装成与齿轮340的前侧344b相邻，旋转臂350的前侧354与副竖直构件360和一个或多个支撑构件362连通。旋转臂350具有第一端356和第二端358。旋转臂350的第一端356和第二端358与延伸到发电机单元380的连接元件370连通。每个发电机单元380具有电线382以将电能传递到电能存储装置308或电力网(未示出)。如图所示，电线382具有与发电机单元380连通的远端384和与电存储装置308连通的近端386。电线382在这里显示为从存储装置308延伸通过中央竖直构件302到达副竖直构件360，并且延伸通过与旋转臂350的第一端356连通的支撑构件362。类似地，电线382可以从存储装置308延伸通过中央竖直构件302到达副竖直构件360，并且延伸通过与旋转臂350的第二端358连通的支撑构件362。电线382将发电机单元380连接到电存储装置308。
在一个实施例中，电线382可以沿着从发电机单元380到存储装置308的替代路径延伸。如图所示，滑环342用作发电机单元380和存储装置308之间的电接口。提供了从旋转式发电机单元380到滑环342的电连接件。一个或多个固定触头342a设置成与滑环接触并且用作旋转式发电机单元380和系统308的静止部分之间的电传递机构。在这里，电线被显示为经由滑环342在发电机单元380和存储装置308之间传送电能。在一个实施例中，可以经由滑环342实现发电机单元380和存储装置308之间的替代性连接，所述滑环342便于在旋转式发电机单元380和静止电存储装置308之间的电能传送和传输。因此，滑环342和固定触头342a用于利于电存储装置308和每个发电机单元380之间的电连接。
连接元件388设置成将每个发电机单元380固定到旋转臂350。连接元件388为发电机单元380提供竖直提升和支撑。连接元件388具有与发电机单元380连通的第一端392和与副竖直构件360连通的第二端394。在一个实施例中，发电机单元可以需要连接到发电机单元380的不同部分的两个或更多个连接元件388来提供对发电机单元380的适当提升和支撑。提供对发电机单元的提升和支撑所需要的连接元件的数量可以取决于发电机单元380的尺寸和重量、连接元件388的尺寸和长度、以及旋转臂350、支撑臂362和竖直构件302、362的构造。类似地，在一个实施例中，支撑臂362具有内部部分364，内部部分364用作从副竖直构件360分别延伸到旋转臂350的第一和第二端356、358的管道，以便在发电机单元380、电存储装置308和/或连接元件388之间传送电线382。这减少了连接元件388和/或电线382对外部元件的暴露。另外，支撑臂362的内部壳体防止连接元件388和电线382形成扭结或可能影响发电机单元380的完整性和性能的其它妨碍。
连接元件388和电线382均与发电机单元380和竖直构件302和360之一或两者相连通。在一个实施例中，旋转式电线传递系统394设置在副竖直构件360与中央竖直构件302的接口处。电线传递系统394用作调整连接元件388的长度和电线382的长度的机构。在一个实施例中，控制系统(未示出)与电线传递系统394通信以相对于旋转臂350的旋转速度动态地调整电线382和/或连接元件388的位置和/或长度。通过增大电线382和/或连接元件388的长度，即，增加发电机单元的旋转臂之间的距离，流体流增大。流体流的增大可导致流体流的路径中的发电机所产生的能量的增大。在图8中详细示出了与连接元件388和电线382的调整相关联的控制系统的细节。
如以上在图1-3中所示，在一个实施例中，操作发电设备单元300的马达306和泵304与一个或多个锚定元件320处于同一平面。然而，发电设备单元300的构造不应当局限于图2和3所示的构造。图4是替代性的发电设备单元400的布局和设置的正视图，该发电设备单元400共用了图3所示发电设备单元300的一些元件和结构。如图所示，发电设备单元400具有与马达406连通的第一泵404a，所述马达和第一泵被固定到主平面410。第一泵404a还与第二泵404b连通。在一个实施例中，泵404a、404b和马达406可以构造成使得它们被共同固定到主平面410。一个或多个固定元件408用于将泵404a、404b和马达406固定到主平面410。在一个实施例中，固定元件可以是钩、锚定件、或者替代性机械附连元件。发电设备单元400的结构类似于图3所示的结构。然而，发电设备的元件被倒置，其中，与图3所示的从平面升高不同，这里图示的元件从主平面410降下。
现在将详细地讨论发电设备单元400的元件。在主平面410中设置孔414以接收来自发电机单元480的电线490。具有孔416的副平面412被固定到主平面410。副平面412的孔414被设置成与主平面410的孔414对准，从而适于接收发电机单元480和电存储装置(未示出)之间的电线中的一个。第二竖直延伸部420以垂直于或近似垂直于副平面410的方式固定到副平面410。第二竖直延伸部420具有管道426，管道426的延伸长度为延伸部420的长度。管道426处于与相应平面的孔404和414对准的位置。在第二竖直延伸部420与副平面412设置在适当位置时，近端422与副平面412相邻，远端与齿轮430的前侧432相邻。齿轮430的后侧434与第一竖直延伸部440的近端442相邻。第一竖直延伸部440与一个或多个支撑臂460和一个或多个旋转臂470连通。每个支撑臂460具有近端462和远端464。近端462安装成与第一竖直延伸部440的近端442相邻。在一个实施例中，一个或多个支撑臂460具有延伸通过其中央部分的管道466，管道466接收一条或多条电线，所述电线与一个或多个发电机单元480和一个或多个连接元件488连通，以相对于旋转臂470支撑发电机单元480。支撑臂460的远端464与旋转臂470相邻。每个旋转臂470具有第一端472和第二端474。一个支撑臂460的远端464与旋转臂470的第一端472相邻，第二支撑臂460的远端464与旋转臂470的第二端474相邻。
一个或多个连接元件488延伸通过支撑臂460到达旋转臂470的相应端部。孔476设置在旋转臂的端部处，即在支撑臂460与旋转臂的端部相邻的位置处。旋转臂的孔476与支撑臂460的远端464处的孔468对准，且尺寸适于使一个或多个连接元件488和一条或多条电线490通过。如图4所示，连接元件的远端482支撑发电机单元480，电线490的远端492与发电机单元480连通。电线490的近端496与电存储装置(未示出)连通。因此，当发电机单元480产生电能时，电线490将该能量传输到电存储装置。
如同发电设备300的结构那样，改进的发电设备400包括第一泵404a，第一泵404a通过一个或多个软管436与第二泵404b连通。第二泵404b经由轴438与旋转机构430连通以向旋转机构430提供旋转运动。
图4的发电设备单元400包括位于第二竖直延伸部420与齿轮430的前侧432的接口处的电线传递系统428。电线传递系统428是调整连接元件488和电线490的位置的机构。因此，电线490和连接元件488均与电线传递系统428连通。
图3和图4的相应发电设备单元300和400的主要区别之一是倒置的布局。对于任一结构来说，发电设备可以布置在堆叠环境中。更具体地，如图4所示，主平面410具有前表面476和后表面478。如这里所示的，前表面476与副平面412连通。在一个实施例中，第二主平面(未示出)可以与主平面410的后表面478隔开以容纳第二发电设备。类似地，图3的发电设备300可以包括以竖直方式布置的堆叠式发电设备，其中，所述发电设备以操作发电设备所需的足够的竖直空间量隔开。
图5是图3的发电设备单元500的俯视图。如图所示，具有与一个或多个支撑臂(未示出)和一个或多个旋转臂520连通的中央竖直延伸部410。每个旋转臂520具有第一端522和第二端524。电线540和连接元件542从旋转臂520延伸到相应的发电机单元560。在一个实施例中，两个独立的电线540和/或连接元件542可以从每个旋转臂520的每一端延伸到两个相邻但独立的发电机单元560。该实施例为每个发电机单元560提供了额外的竖直支撑和使用寿命，也提供了相邻发电机单元560之间的间隔。
图6是发电设备单元600的俯视图，发电设备单元600是相比于图5的发电设备单元500扩大的发电设备。如图所示，具有与多个旋转臂和支撑臂(未示出)连通的中央竖直延伸部610。这里有两类旋转臂。第一类旋转臂620与中央竖直构件610连通并且具有短的长度。每个旋转臂620具有第一端622和第二端624。电线640和连接元件642从旋转臂620延伸到相应的发电机单元660。在一个实施例中，多个电线640和连接元件642可以从每个旋转臂620的每一端622、624延伸到一个或多个发电机单元660。这为每个发电机单元660提供了额外的竖直支撑，也提供了相邻发电机单元660之间的间隔。第二类旋转臂670与中央竖直构件610连通并且比第一类旋转臂620具有更大的长度。每个旋转臂670具有第一端672和第二端674。电线640和连接元件642从旋转臂670延伸到相应的发电机单元660。在一个实施例中，多个电线640和连接元件642可以从每个旋转臂670的每一端延伸到一个或多个发电机单元660。这为每个发电机单元660提供了额外的竖直支撑，也提供了相邻发电机单元660之间的间隔。另外，由于第二类旋转臂670的长度不同于第一类旋转臂620的长度，因此与第一类旋转臂620连通的发电机单元660和与第二类旋转臂670连通的发电机单元660处于不同的风区。因此，通过将发电机单元放置在不同的风区中，每个发电机单元接收到更大量的流体流。
以上所述的实施例是利用一个或多个连接元件将发电机单元附连到旋转臂的发电设备单元。图7是减少或消除从旋转臂延伸的连接元件的长度的发电设备单元700的侧视图。与上述发电设备类似，主竖直延伸构件702设有近端704和远端706，副竖直延伸构件710设有近端712和远端714。主竖直延伸构件702的近端704靠在主平面708上。主竖直延伸构件702的远端706与副竖直延伸构件710的近端712连通。主竖直延伸构件702是固定的，而副竖直延伸构件710构造成绕主竖直延伸构件702的轴线旋转。在一个实施例中，副竖直延伸构件710具有比主竖直延伸构件702的圆周更大的圆周。
如图所示，一个或多个可旋转臂720连接到副竖直延伸构件710。每个可旋转臂720具有第一端722和第二端(未示出)。第一端722在近端712附近连接到副竖直延伸构件710并且与其连通。第二端(未示出)远离第一端722。多个流体驱动式发电机单元730、740、750、760和770与可旋转臂720的第一端722相连接和/或连通。在一个实施例中，发电机单元730、740和760直接连接到可旋转臂720，发电机单元750和770间接连接到可旋转臂720。例如，发电机单元750显示为连接到发电机单元740和/或760，发电机单元770显示为连接到发电机单元760和/或730。
如图所示，一个或多个泵714和一个或多个马达716设置成操作发电设备700并且放置在主平面708上。类似地，另一个泵816设置成与主竖直延伸构件702相邻。一条或多条电线和软管718从马达716和泵714延伸。在一个实施例中，可以根据单元的尺寸和发电需求来为发电设备700提供多个泵和马达。电线和软管718在近端704附近延伸到主竖直延伸构件702中，朝向主竖直延伸构件702的远端706延伸到副泵724，副泵724设置成与主竖直延伸构件702的远端706相邻。机构780设置成传输能量以便于旋转臂720绕主竖直延伸构件702的轴线的运动。泵724分别从泵714和马达716接收流体，并且通过轴816将运动传送到机构780。在一个实施例中，如图7所示，机构780是安装成邻近于主竖直构件702的远端706的齿轮的形式。在一个实施例中，泵714是液压泵并且通过为齿轮780提供液压流体来辅助齿轮780的旋转。然而，本发明应当不限于为齿轮780传送旋转力的液压流体。
齿轮780具有后侧782和前侧784。后侧782安装成与主竖直构件702的远端706相邻，前侧784安装成与副竖直延伸构件710的近端712相邻。类似地，旋转臂720的后侧724安装成与齿轮780的前侧784相邻，旋转臂720的前侧726与副竖直构件710和一个或多个支撑构件762连通。每个支撑构件762具有与副竖直延伸构件710的远端714连通的近端764和与旋转臂720的第一端722连通的远端766。副竖直延伸构件710的远端714与旋转式电线传递系统790相邻。每个发电机单元730、740、750、760和770具有电线792以将发电机单元产生的电能传递到电存储装置(未示出)或电网。如图所示，电线792实际上是多条电线，每条电线具有与指定发电机单元连通的远端794和与电存储装置(未示出)或电网连通的近端(未示出)。电线792从存储装置(未示出)延伸通过中央竖直构件702到达副竖直构件710并且延伸通过与旋转臂720的第一端722连通的支撑构件762。电线792将发电机单元730-770电连接到电存储装置(未示出)。在一个实施例中，电线792可以沿着从发电机单元到存储装置(未示出)的替代路径延伸。类似地，虽然电线在这里被显示为在发电机单元和存储装置之间传送电能，但是在一个实施例中，可以在发电机单元和存储装置之间实现有助于传送和传输电能的替代性连接。因此，在电存储装置和每个发电机单元730、740、750、760和770之间提供电连接件。
如图7所示，第二发电设备800可以与发电设备700竖直连通。更具体地，竖直构件802设有近端804和远端806。近端804与副竖直延伸构件710的远端728以及旋转式电线传递系统790相邻和连通。电线和软管718延伸通过竖直构件702、710和802到达泵824。泵824分别从泵714和马达716接收流体，并且通过轴826将运动传送到机构880。机构880传输能量以促进旋转臂820绕竖直延伸构件810的轴线的运动，竖直延伸构件810与竖直构件802相邻且连通。类似地，第二竖直构件810设置成与竖直构件802连通，从而为旋转臂820和一个或多个支撑臂862提供结构支撑。旋转臂820的一端具有相邻地安装到其上的一个或多个发电机单元830、840、850、860和870。每个发电机单元包括电线892以传送来自各个发电机单元的电能。在一个实施例中，发电机单元与旋转臂820直接连通，或者发电机单元可以按类似于单元730、740、750、760和770的方式来布置。电线892与电能存储装置(未示出)连通。在一个实施例中，与旋转臂820连通的发电机单元可以和与旋转臂720连通的发电机单元相同的存储单元或不同的存储单元连通。类似地，在一个实施例中，可以提供与竖直构件802和810连通的附加的竖直构件组以继续发电设备700的竖直延伸。
如上所述，发电设备包括一个或多个响应于流体的发电机，从而通过使发电机受到流体流来产生电能。图8是与发电机单元结合使用的监测和管理电输出的控制系统的框图900。每个发电机单元具有监测器，该监测器跟踪由该单元产生且存储在与该单元连通的蓄电池中和/或传送到电网的电能。在此所示的示例用于具有与旋转臂连通的四个发电机单元902、904、906和908的发电设备。每个单元具有跟踪该单元产生的电能的能量监测器。更具体地，单元902具有能量监测器912，单元904具有能量监测器914，单元906具有能量监测器916，单元908具有能量监测器918。每个能量监测器连接到管理相关联发电机单元的操作的控制系统920。更具体地，控制系统跟踪并且监测所有单元的总的电输出；以及每个单元的单独电输出。在一个实施例中，可以提供外壳来容纳多个发电机，可以提供一个或多个监测器来跟踪外壳中的各个发电机的电输出和/或跟踪外壳单元的累计电输出。如果单元中的任何一个被确定为产生小于最佳量的电能，即，不满足电能输出的阈值，那么这个信息就由控制系统传输给第三方或者第三方装置(未示出)。在一个实施例中，控制系统与输出装置连通。在确定一个或多个单元不能达到电输出的阈值水平时，输出装置提供视觉、听觉或触觉信号。例如，在一个实施例中，视觉输出932、934、936和938可以分别与每个单元902、904、906和908关联。在一个实施例中，视觉输出是直接附连到单元或者位于远程位置以识别具体单元的LED。当单元之一不能达到输出的阈值水平时，控制系统可以点亮适当的LED以通知该单元有问题。类似地，在一个实施例中，每个单元可以具有与其关联的多于一个的LED，每个LED具有不同的照明颜色，或者每个LED具有相同的颜色。不同颜色的LED可以被点亮以传输不同的控制数据，或者一定样式的LED可被点亮或不被点亮以传输不同的控制数据。因此，控制系统监测相关联单元的操作并且传输所述单元的操作数据。
上述图8中的控制系统可以推广到包括跟踪和管理旋转臂和发电机单元之间的电线和/或连接元件的长度的监测器。更具体地，发电机单元和旋转臂之间的距离影响发电机单元的电能输出。通过增加线缆(电线和/或连接元件)的长度，通向单元的流体流可以增大。可以提供与每个交流发电机单元连通的线缆监测器。更具体地，单元902具有线缆监测器942，单元904具有线缆监测器944，单元906具有线缆监测器946，单元908具有线缆监测器948。每个线缆监测器连接到管理相关联发电机单元和/或相关联视觉显示器的操作的控制系统920。更具体地，控制系统跟踪和管理所有单元的总的电输出、每个单元的单独电输出、以及从旋转臂延伸到相应单元的线缆的长度。因此，控制系统可以用来更改发电设备的操作设置以调整发电机单元的电能输出。
如图8所示，控制单元可以用来监测与发电设备连通的每个单元的电输出和/或更改发电设备的初始设置以调整电输出。此外，如上所述，发电设备采用马达以提供动力给旋转臂。在一个实施例中，控制系统可以采用一个或多个监测器来管理旋转臂的速度。类似地，在一个实施例中，控制系统可以采用一个或多个监测器来管理马达的速度。因此，控制系统可以用来监测和管理发电设备的各种可更改的方面。
本文所示的每个发电设备实施例都需要初始能量来启动旋转臂和与旋转臂连通的相关联发电机单元的运动。初始能量可以是机械能、电能、生物柴油能或者马达构造成接受作为能量源的任何能量的形式。类似地，上述的马达可以构造成接收电能、机械能、生物柴油能或任何其它合适能量源形式的能量。马达用来接收呈连续流的能量输入以使其可以提供发电设备的旋转臂的连续运动。在一个实施例中，初始能量输入可以是生物柴油能的形式并且随后的能量输入可以是替代的形式。
发电设备并不取决于风区。更具体地，在没有自然风区的情况下，发电设备形成其自身的风区，从而形成通过将形成的机械流体流转换为电能以产生能量的环境。因此，发电设备是通用的，因为其可以安置在任何地点。
应当理解，上述的每个元件也可以适用于与上述类型不同的替代性应用或结构，并且不偏离本发明的精神和范围。具体而言，在一个实施例中，发电机单元产生直流电。然而，发电机单元应当不限于直流。在一个实施例中，发电机单元可以是产生交流电的交流发电机的形式。本文所述的术语“发电机”可以与直流或交流单元互换。类似地，在一个实施例中，可以采用单一材料来满足连接元件和电线两者的功能。这通过消除发电机单元和电线传输系统之间额外的金属丝而简化了发电设备的结构。所产生的电能可以存储在关联的蓄电池中或任何其它电存储装置中，包括但不限于电容器或者能够存储电能或将电能传送到第二装置的任何其它装置，或者所述电能可用于对与整体式单元连通的蓄电池再充电或者用于向远程位置提供电能。
类似地，本文所示的发电设备被图示为具有与转子臂连通的一个或多个发电机单元。在一个实施例中，各个发电机单元可以用容纳一个或多个响应于流体流的发电机单元的外壳来代替。外壳中的每个发电机单元可以是具有旋转元件、磁体和导电材料的模块化发电机部件。由转子臂的运动引起的外壳的旋转使得发电机单元的旋转元件受到流体流，从而产生流体流。在单个外壳中具有多个发电机单元的实施例中，相邻安装的单元的旋转元件沿相反方向旋转以增大外壳中的流体流。
关于磁体和导电材料，一个或多个磁体与发电机的旋转元件一起旋转并且紧邻于导电材料，从而产生电能。在一个实施例中，替代性材料可以代替磁体，其中，替代性材料在被放置到导电材料附近时产生电能。
本文所述的发电设备可以用于能够形成其自身流体流的各种环境。例如，发电设备可以容纳在外壳中，例如建筑物或车库、或者尺寸适于发电设备的任何场所。上文所述的元件可适用于施加在响应于流体的发电机单元上的流体力可被用于使旋转元件旋转的任何应用。流体流可以是空气流、水流或者支持旋转元件的旋转的替代性流体源的形式。在一个实施例中，发电机单元产生的功率存储在蓄电池或蓄电池组中并且用于为与蓄电池连通的现场马达或远程马达提供动力。类似地，在一个实施例中，产生的电能可以从发电机单元直接传送到需要能量作为输入动力源的外部马达或装置，或者传送到提供能量到外部能量消耗者或者消耗器械的电网。另外，发电设备的竖直构件和水平臂不应当受限于本文公开的角度。相反，所述竖直构件和水平臂可以处于使得发电机单元的旋转能够形成流体流并且将流体流转换为电能的任何角度。因此，本发明的保护范围仅由权利要求及其等同物来限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种设备，包括：
具有近端和远端的竖直支撑构件，所述近端固定到平台；
具有近端和远端的旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述竖直支撑构件的所述远端，所述旋转元件适于绕所述竖直支撑构件的轴线旋转；
具有远端和近端的连接元件，所述近端与所述旋转元件连通，所述远端与响应于流体的发电机单元连通，该发电机单元构造成通过受到流体流来产生电能；
在所述发电机单元外部的与马达连通的外部能量，用于启动和维持所述旋转元件的旋转运动；和
由所述初始旋转运动形成的流体流；以及
通过使所述发电机单元受到所述形成的流体流，所述发电机单元产生电能。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述产生的电能通过所述连接元件传送到电能存储设备。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括通过使所述发电机单元受到所述流体流所产生的电能，其中所述产生的电能传送到远离所述电能存储设备的外部电存储设备。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括容纳所述发电机单元中的至少两个的外壳，其中所述外壳与所述连接元件和每个所述发电机单元机械连通且电连通。
5.根据权利要求4所述的设备，还包括控制所述连接元件从所述旋转元件到所述外壳的长度的调整机构。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述旋转元件的所述初始旋转运动使所述发电机单元从静止位置提升到升高位置。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括相对于所述旋转元件的速度对所述发电机单元的竖直提升的改变。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述旋转元件连通的第一中央构件，所述第一中央构件具有轴线，所述旋转元件绕所述轴线运动。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一中央构件是使旋转元件绕轴线转动的齿轮。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括与所述齿轮和所述旋转元件连通的能量传输系统，用于将所述齿轮的运动传输成所述旋转元件的运动。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述连接元件是滑环。
12.一种设备，包括：
具有近端和远端的第一竖直支撑构件，所述近端固定到水平平台；
所述第一竖直支撑构件保持固定；
具有近端和远端的第二竖直支撑构件，所述近端与所述第一竖直支撑构件的所述远端连通；
具有近端和远端的旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述第二竖直支撑构件，所述旋转元件适于绕所述第二竖直支撑构件的轴线旋转；
所述第二竖直支撑构件绕其竖直轴线与所述旋转元件一起旋转；
容纳响应于流体的第一发电机单元的第一外壳，所述外壳附连到所述旋转元件的远端；
与马达连通的外部能量，用于提供所述旋转元件的旋转运动；和
由所述初始旋转运动形成的流体流；以及
通过使所述响应于流体的发电机单元受到所述流体流，所述发电机单元将所述形成的流体流转换为电能。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括被传输到外部位置的所述电能。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述外部位置选自包括以下项的组：电存储单元和电网。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括电连接元件，该电连接元件将所述第一外壳中的所述发电机单元产生的电能传递到静止的电存储设备。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括所述旋转元件的内部区段中的孔，所述孔从所述旋转元件的所述远端延伸到所述旋转元件的所述近端，其中所述内部区段接收所述电连接元件以传送和传输与所述发电机单元相关的电能。
17.根据权利要求15所述的设备，还包括具有近端和远端的副支撑件，其中所述副支撑件的所述近端连接到所述第二竖直支撑构件的所述远端，所述副支撑件的所述远端连接到所述旋转元件的所述远端。
18.根据权利要求17所述的设备，还包括所述副支撑件的内部区段中的孔，所述孔从所述近端延伸到所述远端，其中所述孔适于接收所述电连接元件以在所述第一外壳和电存储构件之间传输电能。
19.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一外壳容纳多个发电机单元。
20.根据权利要求19所述的设备，还包括：与容纳在所述第一外壳中的第二发电机单元相邻且容纳在所述第一外壳中的所述第一发电机单元，所述第一发电机单元具有适于沿第一旋转方向旋转的第一旋转元件，所述第二发电机单元具有适于沿第二旋转方向旋转的第二旋转元件，其中所述第一和所述第二旋转方向不同。
21.根据权利要求12所述的设备，还包括设置成靠近所述旋转元件的所述远端的多个副外壳，其中，所述副外壳固定到选自包括以下各项的组的元件：所述第一副外壳、所述旋转元件的所述远端、以及它们的组合。
22.根据权利要求12所述的设备，还包括：具有近端和远端的第三竖直支撑构件，所述近端与所述第二竖直支撑构件的所述远端连通，所述远端与第四竖直支撑构件的近端连通；具有近端和远端的第二旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述第四竖直支撑构件，所述第二旋转元件适于绕所述第四竖直支撑构件的轴线旋转；和，容纳发电机单元的副外壳，所述外壳附连到所述第二旋转元件的远端；以及，通过使容纳在所述副外壳内的所述发电机单元受到所述流体流产生电能。
23.根据权利要求21所述的设备，还包括位于所述第四竖直支撑构件和所述第三竖直支撑构件之间的第二滑环，该第二滑环将来自所述第四竖直支撑构件的旋转的动力传递到所述第三竖直支撑构件。
24.根据权利要求12所述的设备，还包括位于所述第一和第二竖直支撑构件之间的第一滑环，该第一滑环将来自所述第二竖直支撑构件的所述旋转的动力传递到所述第一竖直支撑构件。

Claims (24)

1.一种设备，包括：
具有近端和远端的竖直支撑构件，所述近端固定到平台；
具有近端和远端的旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述竖直支撑构件的所述远端，所述旋转元件适于绕所述竖直支撑构件的轴线旋转；
具有远端和近端的连接元件，所述近端与所述旋转元件连通，所述远端与发电机单元连通；
在所述发电机单元外部的与马达连通的外部能量，用于启动和维持所述旋转元件的旋转运动；和
由所述初始旋转运动形成的流体流；以及
通过使所述发电机单元受到所述流体流，所述发电机单元产生电能。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述产生的电能通过所述连接元件传送到电能存储设备。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括：通过使所述发电机单元受到所述流体流所产生的电能，其中所述产生的电能传送到远离所述电能存储设备的外部电存储设备。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括容纳所述发电机单元中的至少两个的外壳，其中所述外壳与所述连接元件和每个所述发电机单元机械连通且电连通。
5.根据权利要求4所述的设备，还包括控制所述连接元件从所述旋转元件到所述外壳的长度的调整机构。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述旋转元件的所述初始旋转运动使所述发电机单元从静止位置提升到升高位置。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括相对于所述旋转元件的速度对所述发电机单元的竖直提升的改变。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述旋转元件连通的第一中央构件，所述第一中央构件具有轴线，所述旋转元件绕所述轴线运动。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一中央构件是使旋转元件绕轴线转动的齿轮。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括与所述齿轮和所述旋转元件连通的能量传输系统，用于将所述齿轮的运动传输成所述旋转元件的运动。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述连接元件是滑环。
12.一种设备，包括：
具有近端和远端的第一竖直支撑构件，所述近端固定到水平平台；
所述第一竖直支撑构件保持固定；
具有近端和远端的第二竖直支撑构件，所述近端与所述第一竖直支撑构件的所述远端连通；
具有近端和远端的旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述第二竖直支撑构件，所述旋转元件适于绕所述第二竖直支撑构件的轴线旋转；
所述第二竖直支撑构件绕其竖直轴线与所述旋转元件一起旋转；
容纳第一发电机单元的第一外壳，所述外壳附连到所述旋转元件的远端；
与马达连通的外部能量，用于提供所述旋转元件的旋转运动；和
由所述初始旋转运动形成的流体流；以及
通过使所述第一发电机单元受到所述流体流，所述发电机单元将所述形成的流体流转换为电能。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括被传输到外部位置的所述电能。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述外部位置选自包括以下项的组：电存储单元和电网。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括电连接元件，该电连接元件将所述第一外壳中的所述发电机单元产生的电能传递到静止电存储设备。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括所述旋转元件的内部区段中的孔，所述孔从所述旋转元件的所述远端延伸到所述旋转元件的所述近端，其中所述内部区段接收所述电连接元件以传送和传输与所述发电机单元相关的电能。
17.根据权利要求15所述的设备，还包括具有近端和远端的副支撑件，其中所述副支撑件的所述近端连接到所述第二竖直支撑构件的所述远端，所述副支撑件的所述远端连接到所述旋转元件的所述远端。
18.根据权利要求17所述的设备，还包括所述副支撑件的内部区段中的孔，所述孔从所述近端延伸到所述远端，其中所述孔适于接收所述电连接元件以在所述第一外壳和电存储构件之间传输电能。
19.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一外壳容纳多个发电机单元。
20.根据权利要求19所述的设备，还包括：与容纳在所述第一外壳中的第二发电机单元相邻且容纳在所述第一外壳中的所述第一发电机单元，所述第一发电机单元具有适于沿第一旋转方向旋转的第一旋转元件，所述第二发电机单元具有适于沿第二旋转方向旋转的第二旋转元件，其中所述第一和所述第二旋转方向不同。
21.根据权利要求12所述的设备，还包括设置成靠近所述旋转元件的所述远端的多个副外壳，其中，所述副外壳固定到选自包括以下各项的组的元件：所述第一副外壳、所述旋转元件的所述远端、以及它们的组合。
22.根据权利要求12所述的设备，还包括：具有近端和远端的第三竖直支撑构件，所述近端与所述第二竖直支撑构件的所述远端连通，所述远端与第四竖直支撑构件的近端连通；具有近端和远端的第二旋转元件，所述旋转元件的所述近端附连到所述第四竖直支撑构件，所述第二旋转元件适于绕所述第四竖直支撑构件的轴线旋转；和，容纳发电机单元的副外壳，所述外壳附连到所述第二旋转元件的远端；以及，通过使容纳在所述副外壳内的所述发电机单元受到所述流体流产生电能。
23.根据权利要求21所述的设备，还包括位于所述第四竖直支撑构件和所述第三竖直支撑构件之间的第二滑环，该第二滑环将来自所述第四竖直支撑构件的旋转的动力传递到所述第三竖直支撑构件。
24.根据权利要求12所述的设备，还包括位于所述第一和第二竖直支撑构件之间的第一滑环，该第一滑环将来自所述第二竖直支撑构件的所述旋转的动力传递到所述第一竖直支撑构件。
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