TW202248525A - 能量收集裝置、系統和製造方法 - Google Patents

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英商卡特裡克科技有限公司
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Abstract

公開了一種能量收集裝置。能量收集裝置包括具有入口開口和出口開口的通道。能量收集裝置還包括位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向。能量收集裝置還包括將一個或多個翼的運動轉化成電能的發生器。發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置。一個或多個振動構件被配置為表現出樞轉運動，並且一個或多個翼被配置為表現出旋轉運動。翼可以是空氣翼或水翼。能量收集裝置提供了具有許多優點的用於產生可再生能源的替代裝置。該裝置收集振動能量，可以被優化以在寬範圍的流體流參數內運行，對環境的負面影響最小，並且適於許多位置和應用。

Description

能量收集裝置、系統和製造方法
本發明涉及能量收集裝置、系統和製造方法。特別地，該能量收集裝置適於從流體流中、諸如風中收集能量以產生可再生能源。
本領域已知的常規水準軸線風力渦輪機通常包括三個葉片。風力渦輪機根據空氣動力學升力原理將風的動能轉化為機械運動。在運行中，葉片旋轉並且驅動發生器，發生器將機械運動轉化為電能。
儘管風力渦輪機廣泛用於能源工業以提供可再生能源的來源，但也存在許多缺點。風力渦輪機只能在狹窄的風速視窗內運行。例如，如果風速太高，就有損壞風力渦輪機的風險。相反，如果風速太低，則可能沒有足夠的空氣動力學升力來使葉片旋轉。
商業風電場通常包括高度超過100 m的大型風力渦輪機。雖然大型風力渦輪機比更小規模的微型風力渦輪機更有效率，但大型風力渦輪機通常主導周圍的景觀並且對環境產生負面的審美影響。還有進一步的負面環境後果，因為風力渦輪機會影響周圍的野生動物。例如，風力渦輪機的葉片會殺死鳥類。
此外，這種大型風力渦輪機不適於定位在城市景觀中、高速公路旁，尤其不適於定位在機場附近，因為它們傾向於在葉片的尾流中產生明顯的湍流。
本發明的一個方面的目的是提供一種能量收集裝置，其消除了或者至少減輕了本領域已知的能量收集裝置的上述缺點中的一個或多個。
根據本發明的第一方面，提供了一種能量收集裝置，包括：
通道，通道具有入口開口和出口開口；
一個或多個翼，一個或多個翼位於通道內，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；和
發生器，發生器用於將一個或多個翼的運動轉化為電能。
優選地，入口開口位於能量收集裝置的第一表面上，並且出口開口位於能量收集裝置的第二表面上。
優選地，第二表面基本上與第一表面相對。替代地，第二表面基本上與第一表面相切。
替代地，入口開口位於第一表面的第一區域中，並且出口開口位於第一表面的第二區域中。
最優選地，一個或多個翼在一個或多個翼的跨度方向上包括厚度變化。一個或多個翼可以包括正弧形橫截面和負弧形橫截面。一個或多個翼產生反向相互作用的升力和拖曳力，從而引起振動，更具體地，引起顫振振動。
優選地，一個或多個翼在一個或多個翼的弦方向上包括厚度變化。
可選地，一個或多個翼包括一個或多個重物。一個或多個重物均勻地或者非均勻地分佈在一個或多個翼的內部結構內。
優選地，能量收集裝置還包括發生器殼體。發生器殼體可以包括從第一表面突出的錐形部分。
可選地，錐形部分包括一個或多個翅片。翅片可以包括不連續的頂點。翅片引起湍流流體流。
可選地，能量收集裝置還包括一個或多個襟翼。一個或多個襟翼位於通道的入口開口處和/或翼的尾緣處。襟翼引起湍流流體流。
可選地，能量收集裝置還包括橫跨入口開口和/或出口開口的網。網引起湍流流體流和/或用作屏障，從而例如保護翼。
可選地，能量收集裝置還包括流量限制器。流量限制器位於通道內。流量限制器使通道變窄或變寬。流量限制器引起湍流流體流。
最優選地，發生器包括一個或多個振動裝置和一個或多個能量轉化裝置。
優選地，一個或多個振動裝置包括一個或多個振動透鏡。一個或多個振動透鏡中的每個振動透鏡包括至少兩個聚焦構件，至少兩個聚焦構件中的每個聚焦構件具有用於附接到翼的第一端和第二端，其中至少兩個聚焦構件佈置成使得聚焦構件之間的間距從第一端朝第二端減小。
可選地，一個或多個振動透鏡中的每個振動透鏡包括多個聚焦構件，其中兩個或更多個翼可以附接到一個或多個振動透鏡中的每個振動透鏡。
優選地，至少兩個聚焦構件的第一端附接到翼的內部結構。替代地，至少兩個聚焦構件的第一端附接到翼的表面，更具體地，附接到翼的第一側面。
優選地，至少兩個聚焦構件朝振動透鏡的第二端合併。至少兩個聚焦構件可以在穿過發生器殼體之前或之後合併。
優選地，至少兩個聚焦構件借助於軸承穿過發生器殼體。
最優選地，能量轉化裝置位於振動透鏡的第二端處。
優選地，能量轉化裝置是磁體和線圈。
可選地，能量轉化裝置還包括轉子和彈性線圈連接器。
替代地，能量轉化裝置是壓電晶體。
最優選地，能量收集裝置還包括兩個或更多個通道，兩個或更多個通道中的每個通道具有入口開口和出口開口。優選地，兩個或更多個通道中的每個通道包括位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向。可選地，能量收集裝置包括最多十八個通道。
優選地，兩個或更多個通道圍繞發生器殼體定位。
可選地，兩個或更多個通道形成用於發生器殼體的一個或多個分支構件。
可選地，能量收集裝置還包括透鏡。透鏡適於聚焦太陽輻射並且引起對流空氣流。
可選地，能量收集裝置還包括隔音材料層。
替代地，一個或多個振動裝置包括一個或多個振動構件。每個振動構件包括第一端和第二端，第一端用於附接到翼，第二端位於能量轉化裝置處。
優選地，振動構件被配置為圍繞位於振動構件的第一端和第二端之間的軸承樞轉。優選地，振動構件可以在中心樞轉位置的任一側在1°至89°之間樞轉。優選地，振動構件可以在中心樞轉位置的任一側在1°至30°之間樞轉。最優選地，振動構件可以在中心樞轉位置的任一側在1°至15°之間樞轉。
優選地，在運行中，圍繞翼的流體流產生升力，升力引起振動構件的樞轉運動。
優選地，第一樞轉止動件和第二樞轉止動件限制振動構件的樞轉運動。
優選地，每個翼被配置為圍繞振動構件的軸線旋轉。翼可以在中心旋轉位置的任一側在1°至89°之間旋轉。最優選地，翼構件可以在中心旋轉位置的任一側在1°至35°之間旋轉。
優選地，在運行中，翼的重量和/或慣性產生旋轉力，旋轉力引起翼的旋轉運動。該旋轉運動改變翼的迎角，更具體地，使翼的迎角反轉。
優選地，第一旋轉止動件和第二旋轉止動件限制翼的旋轉運動。
可選地，軸承包括槳距（pitch）控制機構，槳距控制機構被配置為使振動構件和附接到振動構件的翼圍繞振動構件的軸線旋轉。槳距控制機構包括伺服電機和動力傳動系統，動力傳動系統將伺服電機連接到振動構件。
優選地，位於振動構件的第二端處的能量轉化裝置僅表現出樞轉運動而不表現出旋轉運動。旋轉運動隔絕于振動構件和翼的組合。
優選地，樞轉運動驅動能量轉化裝置，並且旋轉運動輔助樞轉運動。
優選地，能量轉化裝置包括齒條，齒條位於振動構件的第二端處。齒條被定向和定位成與小齒輪接合。小齒輪直接地或通過軸間接地連接到電發生器。在運行中，樞轉運動使齒條移位，齒條使小齒輪旋轉，從而驅動電發生器。
可選地，能量轉化裝置包括離合器機構，離合器機構被配置為將振盪旋轉運動轉化成單向旋轉運動。
優選地，能量收集裝置為風能收集裝置。流體流是風。一個或多個翼包括一個或多個空氣翼。
附加地或替代地，能量收集裝置是水流能量收集裝置。流體流是水流。一個或多個翼包括一個或多個水翼。
根據本發明的第二方面，提供了一種能量收集系統，包括兩個或更多個根據本發明的第一方面的能量收集裝置。
優選地，兩個或更多個能量收集裝置並排堆疊和/或彼此堆疊在其上。
本發明的第二方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的協力廠商面，提供了一種製造能量收集裝置的方法，包括：
設置具有入口開口和出口開口的通道；
設置位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；並且
設置發生器以將一個或多個翼的運動轉化為電能。
最優選地，製造風能收集裝置的方法還包括表徵空氣流。
優選地，表徵流體流包括表徵平均流體流速度、流體流速度分佈、湍流、流體流剪切輪廓、流體流方向的分佈和長期時間性的流體流變化。
最優選地，製造能量收集裝置的方法還包括確定與流體流一起使用的流體能量收集裝置的最佳參數。
優選地，確定能量收集裝置的最佳參數包括確定：流體能量收集裝置的尺寸；通道的尺寸和形狀，翼的形狀和結構；振動裝置的尺寸、形狀、材料組成、取向和佈置；兩個或更多個翼在通道內的相對位置；翅片、襟翼、網和流量限制器的佈置和配置；以及發生器的佈置和配置。
本發明的協力廠商面的實施例可以包括實現本發明的第一方面和/或第二方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的第四方面，提供了一種翼，翼在弦方向和/或跨度方向上包括厚度變化。
優選地，翼包括正弧形橫截面和負弧形橫截面。
翼產生反向相互作用的升力和拖曳力，從而引起振動，更具體地，引起顫振振動。
本發明的第四方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面和/或協力廠商面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的第五方面，提供了一種能量收集裝置，包括：
通道，通道具有入口開口和出口開口；
一個或多個翼，一個或多個翼位於通道內，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；和
發生器，發生器包括一個或多個振動透鏡和能量轉化裝置，發生器用於將一個或多個翼的運動轉化成電能，
其中，一個或多個振動透鏡將來自一個或多個翼的運動的振動聚焦到能量轉化裝置。
本發明的第五方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面和/或第四方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的第六方面，提供了一種製造能量收集裝置的方法，包括：
設置具有入口開口和出口開口的通道；
設置位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；以及
設置發生器，發生器包括一個或多個振動透鏡和能量轉化裝置，發生器用於將一個或多個翼的運動轉化成電能，
其中，一個或多個振動透鏡將來自一個或多個翼的運動的振動聚焦到能量轉化裝置。
本發明的第六方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面、第四方面和/或第五方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的第七方面，提供了一種能量收集裝置，包括：
通道，通道具有入口開口和出口開口；
一個或多個翼，一個或多個翼位於通道內，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；和
發生器，發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置，發生器用於將一個或多個翼的運動轉化成電能，
其中，一個或多個振動構件被配置為表現出樞轉運動，樞轉運動驅動能量轉化裝置，並且一個或多個翼被配置為表現出旋轉運動，旋轉運動輔助樞轉運動。
本發明的第七方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面、第四方面、第五方面和/或第六方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
根據本發明的第八方面，提供了一種製造能量收集裝置的方法，包括：
設置具有入口開口和出口開口的通道；
設置位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向；並且
設置發生器，發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置，發生器用於將一個或多個翼的運動轉化成電能，
其中，一個或多個振動構件被配置為表現出樞轉運動，樞轉運動驅動能量轉化裝置，並且一個或多個翼被配置為表現出旋轉運動，旋轉運動輔助樞轉運動。
本發明的第八方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面、第四方面、第五方面、第六方面和/或第七方面的優選或可選特徵的特徵，反之亦然。
優選實施例的詳細描述
本發明的解釋現在將參照圖1至圖22來描述。
能量收集裝置 圖1和圖2描繪了能量收集裝置1a。更具體地，能量收集裝置1a適於從流體流中、諸如風、潮汐流或者甚至河流中收集能量。能量收集裝置1a包括第一表面2a和相對的第二表面3a。第一表面2a和第二表面3a都垂直於中心軸線4並且以中心軸線4為中心。
發生器殼體 能量收集裝置1a還包括發生器殼體5a，發生器殼體5a以中心軸線4為中心。發生器殼體5a包括內部部分6和錐形部分7，如圖3中可以清楚地看到。發生器殼體5的內部部分6在第一表面2a和第二表面3a之間延伸，並且具有基本上圓形的橫截面形狀。應當理解，發生器殼體5的內部部分6可以具有可以在第一表面2a和第二表面3a之間變化的任何合適的橫截面形狀。發生器殼體5a的錐形部分7是內部部分6的延續，錐形部分7從第一表面2a突出並且朝中心軸線4逐漸變窄。
通道 能量收集裝置1a還包括通道8a，通道8a圍繞發生器殼體5a周向地定位，如通過圖1和圖2清楚示出的。通道8a採用在第一表面2a和第二表面3a之間的通路的形式，適於引導流體流9通過能量收集裝置1a。應當理解，流體流9可以採取氣體流或液體流的形式。
發生器殼體5a的錐形部分7將流體流9朝通道8a轉向。已經發現，對於如圖1和圖2中所描繪的能量收集裝置1a的有效運行而言，優選包括不超過十八個圍繞發生器殼體5a定位的通道8a。
每個通道8a包括在第一表面2a上的入口開口10和在第二表面3a上的對應的出口開口11。如圖1和圖2中可見，通道8包括基本上橢圓形的橫截面形狀。通道8a被定向成使得橢圓形的橫截面形狀的半長軸線從中心軸線4徑向地延伸。應當理解，通道8a可以具有任何合適的橫截面形狀。
如圖1和圖2中所示，每個通道8a根據通道8a在第一表面2a上的位置而具有不同的相對大小。作為替代，應當理解，每個通道8a在大小上可以全是一致的。
圖2和圖3示出了通道8a的橫截面形狀在中心軸線4的方向上發生改變。換言之，橫截面形狀在第一表面2a和第二表面3a之間發生改變。通道8a的橫截面形狀的這種變化可以被配置為改進通過能量收集裝置1a的流體流9的速度。作為替代，通道8a可以包括一致的橫截面形狀。
圖1和圖3示出了通道8a包括從第二表面3突出的可選的外部部分12。外部部分12被配置為使從出口開口11離開能量收集裝置1a的流體流9轉向。
翼 能量收集裝置1a還包括一個或多個翼13，翼13位於每個通道8a內，如圖3和圖4中所示。更具體地，根據流體流9是氣體流還是液體流，一個或多個翼13採取一個或多個空氣翼的形式或者一個或多個水翼的形式。
圖5描繪了翼13，並且定義了用於描述翼13的形狀的多個術語。翼13包括前緣14和尾緣15。前緣14，或者最前的邊緣，是與入射的流體流9相遇的第一翼表面。因此，前緣14將入射的流體流9分開。尾緣15，或者最後的邊緣，是由前緣14分開的流體流9相遇的地方。
翼13還包括弦16和跨度17。弦16是前緣14和尾緣15之間的距離。而跨度17是翼13的第一側面18和第二側面19之間的距離。另外，弦線20被定義為連接前緣14和尾緣15的假想直線。
翼13還包括上表面21和下表面22。上表面19和下表面21的相對曲率由弧形線23參數化，弧形線23是上表面19和下表面21之間的等距線，橫跨翼13的弦方向延伸。翼13橫跨跨度17具有一致的橫截面。
圖3描繪了安裝在通道8a內的翼13。翼13被定向為使得前緣14朝入口開口10定位，並且尾緣15朝出口開口11定位。換言之，翼13的弦方向基本上平行於中心軸線4。
在運行中，流體流通過入口開口10進入通道13，流動經過翼13，引起空氣動力學的或水動力學的力，然後通過出口開口11離開通道13。翼13表現出運動、振動和/或特別是顫振振動，並且能量收集裝置1a捕獲、聚焦、傳輸、彙聚和/或轉化成電能的正是來自這些振動的動能。
當空氣動力學的或水動力學的力使翼13偏斜時，由於翼13結構的彈性，恢復力起作用來使翼13回到它的原始形狀。顫振是由流體動力學的力和翼13的恢復力之間的正回饋引起的動態不穩定性。雖然本領域已知的翼13通常設計為避免顫振，但這些振動在能量收集裝置1a中是期望的，因為它是本發明將其轉化為有用的電能的機械振動能。
雖然圖5的翼13能夠表現出顫振振動，但可以並且優選通過以下方式增強這些顫振振動：
a）改進翼13的形狀和結構以引起和/或增強反向相互作用的升力；和/或
b）調整流體流9以，例如，引起湍流流體流24。
（a）改進翼 圖6描繪了改進翼25a，改進翼25a在跨度方向上包括厚度變化。改進翼25a包括正弧形橫截面26和負弧形橫截面27。正弧形橫截面26產生提升力28，並且由位於上表面21和弦線20之間的弧形線23定義，如圖7a中所描繪的。負弧形橫截面27產生拖曳力29，並且由位於下表面22和弦線20之間的弧形線23定義，如圖7b中可見。改進翼25a表現出反向相互作用的提升力28和拖曳力29，引起振動和/或特別是顫振振動。圖6的改進翼25a表現出圍繞平行於弦方向的軸線的振動。
作為附加或替代的特徵，改進翼25a還可以包括重物30以引起和/或增強振動。改進翼25a是中空的並且包括內部結構31。圖6中所描繪的重物30在翼25a的內部結構31內橫跨弦方向和跨度方向非均勻地分佈。
圖8描繪了替代改進翼25b，改進翼25b在弦方向上包括厚度變化。這產生了橫跨翼25b的弦方向的提升力28和拖曳力29，從而引起圍繞平行於跨度方向的軸線的振動。
圖9描繪了另一替代改進翼25c，改進翼25c在跨度方向和絃方向上包括厚度變化，產生圍繞平行於弦方向和跨度方向的軸線的振動的組合。
（b）調整流體流 作為附加或替代的特徵，能量收集裝置1包括翅片32，如圖3中所描繪的，翅片32從發生器殼體5a的錐形部分7突出。翅片32包括不連續的頂點33，不連續的頂點33擾亂入射的流體流9的平滑層流並且產生湍流流體流24。
作為另一附加或替代的特徵，能量收集裝置1a包括襟翼34。如圖3中所描繪的，襟翼34位於通道8a的入口開口10處；和/或如圖4中所描繪的，襟翼34位於翼13的尾緣處。襟翼34樞轉以使流體流9轉向和擾亂流體流9，從而產生湍流流體流24。
作為另一附加或替代的特徵，能量收集裝置1a包括網35，網35橫跨通道8a的入口開口10，如圖4中所描繪的。網35是均勻的，但是應當理解，網35可以是不均勻的。進入通道8a的入口開口10的流體流9穿過網35。網35擾亂流體流9以產生湍流流體流24。網35具有雙重功能，因為它還用作保護能量收集裝置1a的內部部件的屏障。因此，應當理解，能量收集裝置1a還可以包括橫跨通道8a的出口開口11的網。
作為附加或替代的特徵，能量收集裝置1a包括流量限制器36，流量限制器36位於通道8a內，以使通路的橫截面形狀變窄（或變寬），如圖4中所描繪的。流量限制器36用作增加流體流9的速度的瓶頸。流量限制器36擾亂流體流9以產生湍流流體流24。
發生器和振動裝置 能量收集裝置1a還包括發生器37，發生器37用於將一個或多個翼13、25的運動，換言之振動，轉化成電能。
發生器37包括一個或多個振動裝置和能量轉化裝置39，一個或多個振動裝置呈一個或多個振動透鏡38的形式。每個振動透鏡38朝位於發生器殼體5內的能量轉化裝置39捕獲、傳輸、彙聚和/或聚焦來自一個或多個翼13、25a、25b、25c的振動。振動透鏡38具有雙重用途，因為它也是用於將每個翼13、25a、25b、25c安裝在多個通道8內的裝置。
振動透鏡38可以是申請人的共同未決的英國專利公開號GB2586067和英國專利申請號GB2008912.4中描述的類型。如圖3和圖4中所描繪的，振動透鏡38包括至少兩個聚焦構件40。至少兩個聚焦構件40中的每個聚焦構件40都具有第一端41和第二端42，第一端41用於附接到振動源，在本示例中附接到翼13、25a、25b、25c。至少兩個聚焦構件40佈置成使得聚焦構件40之間的間距從第一端41朝第二端42減小。
如圖3和圖4中可見，每個聚焦構件40的第一端41在翼13、25a、25b、25c內延伸並且附接到內部結構31。此外或替代地，每個聚焦構件40的第一端41可以附接到翼13、25a、25b、25c的表面14、15、18、19、21、22，例如第一側面18。
圖3和4中所描繪的聚焦構件40從翼13、25a、25b、25c的第一側面18朝中心軸線延伸。因此，在跨度方向上具有厚度變化的翼25a將在聚焦構件40中引起振盪位移，即線性振動。相反，在弦方向上具有厚度變化的翼25a將在聚焦構件40中引起振盪扭轉運動。此外，在弦方向和跨度方向上都具有厚度變化的翼25c將引起組合的振盪位移和振盪扭轉運動。由聚焦構件40表現出的運動取決於聚焦構件40的附接位置以及翼13、25a、25b、25c的形狀和結構。
圖3和4示出聚焦構件40朝第二端42合併，穿過發生器殼體5a並且在發生器殼體5a內朝中心軸線4延伸。作為替代，聚焦構件40可以穿過發生器殼體5a然後再合併。聚焦構件40借助於軸承43穿過發生器殼體5a，軸承43有利於聚焦構件40在發生器殼體5內傳輸翼13、25a、25b、25c的運動。軸承43的類型將取決於由聚焦構件40表現出的運動的類型，例如振盪位移和/或振盪扭轉。
翼9、25a、25b、25c被設計成以10 Hz到50 Hz之間的相對較低的頻率和以10 mm和25 mm之間的相對較高的振幅（相當於聚焦構件的第二端的位移）來振盪和振動。替代地，翼可以以超過50 Hz的中等頻率和以類似地相對較高的振幅（10 mm至25 mm）來振動。
能量轉化裝置39位於在發生器殼體5a內的振動透鏡38的第二端42處。如圖3和圖10中所描繪的，能量轉化裝置39採用附接到聚焦構件40的第二端42的磁體44的形式，並且線圈45圍繞磁體44定位。能量轉化裝置39根據磁感應原理運行，其中磁體44相對於線圈45的運動產生變化的磁通量，從而在線圈45中產生電流。如圖10中可以清楚地看到，存在圍繞中心軸線4定位的多組磁體44和線圈45，其中每組磁體44和線圈45獨立地產生電。
作為附加或替代的特徵，能量轉化裝置39可以採用壓電晶體的形式。
能量收集系統 圖11示出能量收集系統46，能量收集系統46包括並排堆疊和彼此堆疊在其上的能量收集裝置1的陣列。因此，能量收集系統46可以採用牆、柵欄、用於結構或建築物的板或者甚至結構內的部件的形式。能量收集系統46可以定位在高的流體流9的區域，特別是高的湍流流體流24的區域。
作為示例，對於流體流9的流體是空氣的風能收集裝置1，高湍流空氣流可以在高速公路、機場或者甚至在高層建築附近被發現。
作為另一示例，對於流體流9的流體是例如水的液體流能量收集裝置1，高湍流水流可以在潮汐屏障、潮汐河口、水壩、河流防洪設施、橋樑支撐或者甚至在水運輸管道內被發現。應當理解，液體流能量收集裝置1將被浸沒在水下。
替代能源收集裝置 圖12描繪了替代能量收集裝置1b，其可以包括與圖1至圖11中描繪的能量收集裝置1a相同的優選和可選特徵。
圖12的能量收集裝置1b包括通道8b，通道8b連接第一表面2b與能量收集裝置1b的切向的第三表面47b。第三表面47b基本上平行於中心軸線4，並且連接第一表面2b和第二表面3b。通道8b包括彎曲部48，彎曲部48使原本平行於中心軸線4的流體流9沿中心軸線4的切向方向轉向。應當理解，能量收集裝置1b可以包括：連接第一表面2a和第二表面3a的通道8a，如圖1和圖2中所描繪的；以及連接第一表面2b和第三表面47b的通道8b，如圖12中所描繪的。作為示例，當能量收集裝置1b採用在建築物的側面上的板的形式時，通道8b將入射到建築物上的風轉向，同時還收集能量。作為另一示例，當能量收集裝置1b採用在海堤上的板的形式時，通道8b將入射到海堤上的海水轉向，同時還收集能量。
作為附加或替代的特徵，如圖12中所描繪的，能量收集裝置1b還包括隔音材料層49，隔音材料層49附接到能量收集裝置1b的第二表面3b。當能量收集裝置1b採用適於在高層建築上使用的板的形式以及該板產生電時，隔音材料49將為建築物提供隔音。隔音材料49特別適於圖12的實施例，因為通道8b遠離第二表面3b轉向。而圖1中所描繪的能量收集裝置1a的通道8a將穿過附加的隔音材料層49。
圖13描繪了替代能量收集裝置1c，其可以包括與圖1至圖12中描繪的能量收集裝置1a、1b相同的優選和可選特徵。
圖13的能量收集裝置1c可以包括用於聚焦太陽輻射51的透鏡50。該特徵特別適於風能收集裝置，換言之，不浸沒在水下的裝置。透鏡50可以採用傳統光學透鏡的形式。透鏡50借助於安裝支架52附接到能量收集裝置1c，並且定向成將太陽輻射51聚焦在通道8c的出口開口11的區域中。因此，出口開口11處的流體比入口開口10處的流體更熱。換言之，透鏡50在通道8c的入口開口10和出口開口11之間產生熱梯度。這種熱梯度引起對流流體流，增加通過通道8c的流體流的速度和動能。位於通道8c內的多個翼13可以表現出，例如，更高振幅的振動，並且這種增加的振動能量也可以被能量收集裝置1c捕獲、傳輸、聚焦、彙聚和/或轉化成電能。透鏡50增強了能量收集裝置1c的輸出，因為增加了產生的電的量。應當理解，能量收集裝置1c可以包括多個透鏡50，所有透鏡50均朝通道8c的出口開口11定向。
圖14描繪了替代能量收集裝置1d，其可以包括與圖1至圖13中描繪的能量收集裝置1a、1b、1c相同的優選和可選特徵。
作為另一附加或替代的特徵，能量轉化裝置39可以包括轉子53，或者更具體地是迴旋型轉子，轉子53通過彈性線圈連接器54連接在兩個振動透鏡38的兩個聚焦構件40的第二端42之間，參見圖14。每個振動透鏡38附接到翼13。兩個聚焦構件40的第二端42的振盪運動拉伸和壓縮彈性線圈連接器54，這引起轉子53旋轉。這種旋轉運動通過磁體和線圈佈置轉化為電能。轉子可以順時針旋轉和逆時針旋轉，因此需要磁極翻轉發生器，使得無論旋轉方向如何都可以產生電。另外或替代地，齒輪系統（未示出）可以附接到轉子53，齒輪系統轉動次級的輪或軸。不論轉子53的方向如何，齒輪系統都會旋轉次級的輪或軸。
圖15描繪了替代能量收集裝置1e，其可以包括與圖1至圖14中描繪的能量收集裝置1a、1b、1c、1d相同的優選和可選特徵。
圖15描繪了包括彎曲表面55的圓柱形能量收集裝置1e。在該實施例中，通道8e將彎曲表面55的第一區域56連接到彎曲表面55的第二區域57。如圖15中可見，通道8e具有不同的取向，使得通道8e分別連接彎曲表面55的不同區域。因此，能量收集裝置1e可以有利地與來自不同方向的流體流9相互作用。
圖16描繪了替代能量收集裝置1f，其可以包括與圖1至圖15中描繪的能量收集裝置1a、1b、1c、1d、1e相同的優選和可選特徵。
圖16的能量收集裝置1f採用包括分支構件58的樹形結構的形式。每個分支構件包括第一表面59、第二表面60和連接第一表面59和第二表面60的通道8f。每個分支構件58連接到發生器殼體5f，發生器殼體5f採用如圖16中所描繪的中心柱的形式。有利地，分支構件58可以分別具有不同的取向，使得能量收集裝置1e也可以與來自不同方向的流體流9相互作用。
圖17至圖21描繪了替代能量收集裝置1g，其可包括與圖1至圖16中描繪的能量收集裝置1a、1b、1c、1d、1e、1f相同的優選和可選特徵。
如圖17中可見，能量收集裝置1g具有基本一致的六角棱柱形狀。能量收集裝置1g的相對的第一表面2g和第二表面3g採用六角棱柱的兩個六角基表面的形式。與前面的實施例一樣，第一表面2g和第二表面3g垂直於中心軸線4g，並且以中心軸線4g為中心。
圖17中描繪的發生器殼體5g包括基本上六邊形的橫截面形狀，而不是之前在圖1到圖3的上下文中描述的基本上圓形的橫截面形狀。此外，圖17中描繪的通道8g包括基本上梯形橫截面形狀，而不是之前在圖1至圖3的上下文中描述的橢圓形橫截面形狀。
圖17的能量收集系統與圖1至圖16的實施例之間的主要區別在於翼13、25和發生器37g的配置。更具體地，發生器37g的振動裝置採用振動構件61的形式，而不是振動透鏡38。振動構件61包括第一端62和第二端63。振動構件61的第一端62附接到翼13、25的第一側面18。能量轉化裝置39g位於振動構件61的第二端63處。振動構件61從翼13延伸，穿過發生器殼體5a，並且在發生器殼體5a內延伸到能量轉化裝置39g。振動構件61借助於軸承43g穿過發生器殼體5a，軸承43g位於振動構件61的第一端62和第二端63之間。
圖18描繪了由能量收集裝置1g的振動構件61和翼13、25表現出的運動，特別是四個位置的運動。圖18定義了x軸線、y軸線和z軸線以幫助描述該運動。
圖18a描繪了第一位置64，其中振動構件61相對于振動構件61的中心樞轉位置65成-α的角度。在圖18的上下文中，振動構件61的中心樞轉位置65被定義為當振動構件61平行于z軸線時。此外，在第一位置64，翼13、25被定向為使得翼13、25的弦16相對於翼13、25的中心旋轉位置66成-β的角度。翼13、25的中心旋轉位置66被定義為當翼13、25的弦16平行於沿y方向的流體流9的方向時。在運行中，沿y方向的流體流9入射到翼13、25的前緣14上。翼13、25的迎角在正x方向上產生升力（F L），從而引起振動構件61圍繞軸承43g的樞轉運動。該樞轉運動被第一樞轉止動件67限制，使得振動構件61停止在第二位置68，在第二位置68，振動構件61相對于z軸線成+α的角度，如圖18b所描繪的。
當在第二位置68時，翼13、25的重量和/或慣性產生旋轉力（F R），該旋轉力（F R）引起翼13、25圍繞由振動構件61本身限定的軸線69的旋轉運動，軸線69在第一端62和第二端63之間延伸。該旋轉被第一旋轉止動件70限制。翼13、25的旋轉使翼13、25的迎角反轉，使得翼13、25的弦16相對於中心旋轉位置66成+β的角度，如描繪了第三位置71的圖18c所示。應當理解，軸線69相對於翼13、25的位置，特別是軸線69沿翼13、25的弦16的位置，決定了翼13、25旋轉的相對容易度。例如，軸線69可以更靠近翼13、25的前緣14而不是尾緣15地偏離。因此，軸線69的位置可以被優化以實現翼13、25期望的旋轉特性。
在第三位置，圍繞翼13、25的流體流9在負x方向上產生升力（F L），從而引起振動構件61圍繞軸承43g的相對的反向樞轉運動。該反向樞轉運動被第二樞轉止動件72限制，使得振動構件61停止在第四位置73，在第四位置73，振動構件61相對於中心樞轉位置65成-α的角度，如圖18d所描繪的。
當在第四位置73時，翼13、25的重量和/或慣性再次產生旋轉力（F R），該旋轉力（F R）引起翼13、25圍繞由振動構件61限定的軸線的反向旋轉運動。該旋轉被第二旋轉止動件74限制。此後，翼13、25的弦16相對於中心旋轉位置66成-β的角度，從而將該佈置返回到第一位置64，如圖18a所描繪的。該樞轉和旋轉迴圈重複。
第一樞轉止動件67和第二樞轉止動件72，在圖19中可以清楚看到的，限制了振動構件61的樞轉範圍。第一樞轉止動件67和第二樞轉止動件72的位置可以根據期望的樞轉範圍來調整。振動構件61可以在中心樞轉位置65的任一側在1°至89°之間樞轉。優選地，振動構件61在中心樞轉位置65的任一側在1°至30°之間樞轉。優選地，振動構件61在中心樞轉位置65的任一側在1°至15°之間樞轉。
類似地，第一旋轉止動件70和第二旋轉止動件74，如圖19中所描繪的，限制了振動構件61以及翼13、25的旋轉。第一旋轉止動件70和第二旋轉止動件74的位置可以根據期望的旋轉範圍來調整，換言之，根據翼13、25的期望的迎角。振動構件61和翼13、25可以在中心旋轉位置66的任一側在1°至89°之間旋轉。優選地，振動構件61和翼13、25的組合在中心旋轉位置66的任一側在1°至35°之間旋轉。
位於振動構件61的第二端63端處的能量轉化裝置39g僅表現出樞轉運動而不表現出旋轉運動。旋轉運動隔絕于振動構件61和翼13、25。因此，樞轉運動驅動能量轉化裝置39g，而旋轉運動延續和/或輔助樞轉運動。
圖19描繪了位於振動構件61的第二端63處的能量轉化裝置39g。振動構件61的第二端63包括彎曲齒條75，換言之，有齒軌道。齒條75被定向和定位成與小齒輪76接合，小齒輪76也稱為嵌齒輪或齒輪。小齒輪76連接到軸77，軸77繼而連接到電發生器78。在運行中，振動構件61的樞轉運動使齒條75沿x方向週期性地移位，從而使小齒輪76旋轉。小齒輪76使軸77旋轉，軸77驅動電發生器78從而產生電。應當理解，軸77不是必需的，因為小齒輪76可以直接連接到電發生器。還應當理解，可以設想替代傳輸系統，以將振動構件的樞轉運動傳遞到電發生器。
如圖19中可見，軸承43g，或者稱為軸承組件，包括軸承軸79和附接到軸承軸79的軸承殼體81，軸承軸79穿過發生器殼體5a中的腔體80安裝在x-y平面中。振動構件61通過以基本上垂直於軸承軸79的取向穿過軸承殼體81來穿過發生器殼體5a。振動構件61的運動受到軸承43g的限制。振動構件61可以圍繞軸承軸79樞轉，並且振動構件61也可以圍繞由振動構件61本身限定的軸線69旋轉。
圖20描繪了替代軸承43h、43i、43j，每個軸承包括由兩個支架82安裝的軸承軸79和附接到軸承軸79的軸承殼體81。這些替代軸承43h、43i、43j示出了用於將振動構件的樞轉運動傳遞到電發生器78的替代傳輸系統。
更具體地，圖20a描繪了在振動構件61的第二端63處的替代彎曲齒條75h，換言之，有齒部件。圖20b描繪了附接到軸承軸79的彎曲齒條75i，而不是附接到振動構件61的第二端63。類似地，圖20c描繪了附接到軸承軸79的齒輪76。
作為附加或替代的特徵，圖20a、圖20b和圖20c中所描繪的軸承43h、43i、43j分別包括位於軸承殼體81上的槳距控制機構83。槳距控制機構83包括伺服電機84和動力傳動系統85，動力傳動系統85將伺服電機84連接到振動構件61。動力傳動系統85可以採用齒輪和皮帶或鏈條的形式。槳距控制機構83能夠使振動構件61以及與振動構件61的第一端62連接的翼13、25圍繞振動構件61的軸線69旋轉。換言之，槳距控制機構83控制連接到振動構件61的第一端62的翼13、25的槳距。作為第一旋轉止動件70和第二旋轉止動件74的替代或補充，振動構件61的旋轉可以由槳距控制機構83限制。作為附加功能，槳距控制機構83可以優化翼13、25的位置，例如，通過根據流體流9、24的速度和/或方向動態地調整槳距。應當理解，槳距控制機構83可以集成在軸承殼體81內。
作為附加或替代的特徵，振動構件61的旋轉位置通過凸輪和/或槳距控制機構遠離中心旋轉位置66偏置。有利地，這將確保翼13、25的弦16永遠不平行於流體流9的方向。因此，翼13、25將朝產生空氣動力學的力的迎角偏置。
伺服電機84可以連接到感測器和控制系統。感測器因此可以用於測量入口開口10處的流體流9的速度和方向，然後控制系統作用以調整翼13、25的取向以優化它們的槳距角。
如圖18中所示，翼13、25的線性運動或樞轉運動被轉變為小齒輪76的旋轉運動，小齒輪76驅動電發生器78，如圖19中所示。小齒輪76表現出的這種旋轉運動是振盪，因為它在順時針旋轉和逆時針旋轉之間交替。作為另一附加或替代的特徵，能量收集裝置1，特別是能量轉化裝置39，還包括離合器機構86，如圖21中所描繪的，離合器機構86將該振盪旋轉運動轉化成單向旋轉運動。
離合器機構86包括振盪輸入軸87和單向輸出軸88。振盪輸入軸87由振盪小齒輪76驅動，並且還包括具有順時針驅動方向的第一楔塊式離合器軸承89和具有逆時針驅動方向的第二楔塊式離合器軸承90。順時針旋轉的第一楔塊式離合器軸承89與位於單向輸出軸88上的逆時針旋轉的第一正齒輪91直接嚙合。逆時針旋轉的第二楔塊式離合器軸承90通過順時針旋轉的中間齒輪93與位於單向輸出軸88上的逆時針旋轉的第二正齒輪92嚙合。
在運行中，振盪輸入軸87的順時針旋轉通過第一楔塊式離合器軸承89和第一正齒輪91的組合轉變成單向輸出軸88的逆時針旋轉。振盪輸入軸87的逆時針旋轉通過第二楔塊式離合器軸承90、中間齒輪93和第一正齒輪92的組合轉變成單向輸出軸88的逆時針旋轉。總之，振盪輸入軸87的順時針旋轉和逆時針旋轉都轉化為單向輸出軸88的逆時針旋轉。第一楔塊式離合器軸承89和第二楔塊式離合器軸承90在不沿各自的驅動方向旋轉時自由轉動。
有利地，離合器機構86產生單向旋轉運動，這拓寬了可以在能量收集裝置1內使用的電發生器78的類型。
由於樞轉運動的性質，單向輸出軸88的旋轉速度可能不一致。更具體地，當振動構件61穿過中心樞轉位置65時旋轉速度更快，而當其到達第一樞轉止動件67和第二樞轉止動件72時旋轉速度更慢。作為附加或替代的特徵，樞轉運動可以被改進以減少單向輸出軸88的旋轉速度的變化，通過使用磁體來排斥振動構件61和/或使用彈簧對振動構件61施加力。附加或替代的特徵，也可以通過以下方式來減少旋轉速度的變化，通過機械地將旋轉運動儲存在飛輪或彈簧機構中，然後以恒定的旋轉速度釋放該儲存的能量。在替代實施例中，多個翼13、25可以連接到離合器機構86或彈簧機構而不影響其獨立的振盪運動。
作為另一附加或替代的特徵，樞轉運動可以通過磁性端止動件、彈簧和/或伺服電機84來限制，而不是機械的第一樞轉止動件67和第二樞轉止動件72。有利地，通過用磁性的樞轉止動件來取代機械的樞轉止動件使衝擊作用最小化，將減少傳輸系統內的能量損失，從而增加部件的使用壽命。
應當理解，圖19至圖21中示出的翼13、25的上述振盪到旋轉的轉化機構可以用振盪到線性的轉化機構來代替，然後該振盪到線性的轉化機構可以連接到線性發生器。儘管旋轉電發生器更易於使用，但與線性電發生器相比，它們通常表現出更高的機械損失。因此，發現基於振盪到線性的轉化機構的實施例表現出改進的機械效率。
如圖17中可見，能量收集裝置1g包括多個翼13、25。更具體地，圖17描繪了兩個翼13、25在能量收集裝置1g的六個通道8g的每個通道8g中。應當理解，每個通道8g可以包括更多或更少的翼13、25，並且能量收集裝置1g可以包括更多或更少的通道8g。發生器37g包括多個振動構件61和能量轉化裝置39g。單個翼13、25附接到單個振動構件61，該振動構件61繼而連接到能量轉化裝置39g。能量轉化裝置39g可以包括多個獨立的齒條75和小齒輪76佈置，多個獨立的齒條75和小齒輪76佈置附接到多個獨立的電發生器78。因此，每個翼13、25根據圖18中描繪的運動獨立地運動並且獨立地產生電。還應當理解，作為附加或替代的配置，多個振動構件61可以驅動連接到單個電發生器78的中心驅動軸。在該實施例中，傳輸系統被配置為運動的轉化是單向的。換言之，每個空氣翼13、25和振動構件61可以獨立地驅動中心軸。
圖17至圖21的實施例將翼13、25的線性運動轉變為旋轉運動，旋轉運動驅動常規電發生器78。有利地，圖17至圖21的能量收集裝置1g比圖1至圖16的實施例更簡單，因為其包括電發生器78，而不是定制的磁體44和線圈45佈置。因此，該裝置的製造更簡單且更便宜，並且該裝置更可靠。
製造能量收集裝置的方法 圖22示出了製造能量收集裝置1的方法的流程圖。該方法包括：設置具有入口開口和出口開口的通道（S1001）；設置位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向（S1002）；以及設置發生器以將一個或多個翼的運動轉化成電能（S1003）。
此外，製造方法可以可選地包括表徵流體流9、24。例如，這可以包括表徵：平均流體流速度、流體流速度分佈、湍流、流體流剪切輪廓、流體流方向的分佈和長期時間性的流體流變化。
作為進一步的補充，製造方法可以選擇包括利用流體流9、24的特性來確定能量收集裝置1的最佳參數。例如，該優化過程可以包括確定：能量收集裝置1的尺寸；通道8的尺寸和形狀，翼13、25a、25b、25c的形狀和結構；振動裝置的尺寸、形狀、材料組成、取向和佈置；兩個或更多個翼13、25a、25b、25c在通道8內的相對位置；用於調整流體流9的特徵的佈置和配置，例如翅片32、襟翼34、網35和流量限制器36的佈置和配置；以及發生器37的佈置和配置。優化振動裝置可以包括通過匹配翼13、25a、25b、25c的運行範圍內的平均諧振頻率來優化振動透鏡38。
能量收集裝置1具有許多優點。在一個實施例中，該裝置可以在沒有空氣動力學或水動力學的升力移動翼的情況下運行。而是，圖1至圖16中描繪的能量收集裝置1a、1b、1c、1d、1e、1f收集在一個或多個翼13、25a、25b、25c內引起的振動能量，特別是由反向相互作用的升力引起的顫振振動。
有利地，能量收集裝置1可以被優化以在寬範圍的流體流參數、諸如流體流速度內運行，從而減少與本領域已知的裝置相關聯的有問題的間歇性。
另一個優點是能量收集裝置1可以是緊湊的、模組化的並且可以形成更大的系統46的一部分。能量收集裝置1和系統46可以以牆的形式離散地集成到環境中，但也適於本領域已知的裝置通常不考慮的位置，例如城市景觀、高速公路、機場甚至水下位置。能量收集裝置1不限於偏遠區域，即通常被認為是自然美景的區域，因此沒有理由出現負面的公眾意見。
有利地，能量收集裝置1不包括相對較大的運動的外部部件，該外部部件能夠根據定位能量收集裝置1的位置殺死鳥類或魚類。能量收集裝置1的運動部件均在內部，並且僅表現出小規模運動，諸如振動運動、樞轉運動和旋轉運動。此外，能量收集裝置1包括最小化對野生動物的危險的特徵，例如網35，該特徵防止鳥類或魚類通過入口開口10進入通道8。
能量收集裝置1可以根據流體流9的特性進行優化，使得裝置1適於寬範圍的應用。能量收集裝置1的功能可以通過結合附加特徵，諸如隔音材料49來最大化。
公開了一種能量收集裝置。能量收集裝置包括具有入口開口和出口開口的通道。能量收集裝置還包括位於通道內的一個或多個翼，其中一個或多個翼的前緣朝入口開口定向。能量收集裝置還包括將一個或多個翼的運動轉化成電能的發生器。發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置。一個或多個振動構件被配置為都表現出樞轉運動，並且一個或多個翼被配置為表現出旋轉運動。翼可以是空氣翼或水翼。能量收集裝置提供了具有許多優點的用於產生可再生能源的替代裝置。該裝置收集振動能量，可以被優化以在寬範圍的流體流參數內運行，對環境的負面影響最小，適於許多位置和應用。
在整個說明書中，除非上下文另有要求，術語“包括（comprise）”或“包含（include）”或諸如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”、“包含（includes）”或“包含（including）”的變體將被理解為暗示包含所述的整數或整數組，但不排除任何其他整數或整數組。此外，除非上下文另有明確要求，否則術語“或”將被解釋為包含性而非排他性。
本發明的上述描述是為了說明和描述的目的而提出的，並不旨在窮舉或將本發明限制為所公開的精確形式。所描述的實施例被選擇和描述是為了最好地解釋本發明的原理及其實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠以各種實施例並且通過適於設想的特定用途的各種改進來最好地利用本發明。因此，在不脫離所附請求項限定的本發明範圍的情況下，可以結合進一步的改進或完善。
1:風能收集裝置 1a~1g:能量收集裝置 2,2a,2b,2g:第一表面 3,3a,3b,3g:第二表面 4,4g:中心軸線 5,5a,5f,5g:發生器殼體 6:內部部分（發生器殼體） 7:錐形部分（發生器殼體） 8,8a~8g:通道 9:流體流 10:入口開口（通道） 11:出口開口（通道） 12:外部部分（通道） 13:翼 14:前緣（翼） 15:尾緣（翼） 16:弦 17:跨度 18:第一側面（翼） 19:第二側面（翼） 20:弦線 21:上表面（翼） 22:下表面（翼） 23:弧形線（翼） 24:湍流流體流 25:改進翼 25a~25c:翼 26:正弧形橫截面 27:負弧形橫截面 28:提升力 29:拖曳力 30:重物 31:內部結構（翼） 32:翅片 33:不連續的頂點 34:襟翼 35:網 36:流量限制器 37:發生器 38:振動透鏡 39,39g:能量轉化裝置 40:聚焦構件 41:第一端（聚焦構件） 42:第二端（聚焦構件） 43,43g~43i:軸承 44:磁體 45:線圈 46:能量收集系統 47,47b  :第三表面 48:彎曲部 49:隔音材料 50:透鏡（太陽能） 51:太陽輻射 52:安裝支架（透鏡） 53:轉子 54:彈性線圈連接器 55:彎曲表面（圓柱實施例） 56:第一區域（彎曲表面） 57:第二區域（彎曲表面） 58:分支構件 59:第一表面（分支構件） 60:第二表面（分支構件） 61:振動構件 62:第一端（振動構件） 63:第二端（振動構件） 64:第一位置 65:中心樞轉位置（振動構件） 66:中心旋轉位置（翼） 67:第一樞轉止動件 68:第二位置 69:振動構件的軸線 70:第一旋轉止動件 71:第三位置 72:第二樞轉止動件 73:第四位置 74:第二旋轉止動件 75,75h,75i:齒條 76:小齒輪 77:軸 78:電發生器 79:軸承軸 80:腔體 81:軸承殼體 82:支架 83:槳距控制機構 84:伺服電機 85:動力傳動系統 86:離合器機構 87:振盪輸入軸 88:單向輸出軸 89:第一楔塊式離合器 90:第二楔塊式離合器 91:第一正齒輪 92:第二正齒輪 93:中間齒輪 F L:升力 F R:旋轉力 x:軸線 y:軸線 z:軸線 α:角度 β:角度 S1001~S1003:方法
現在將僅通過示例的方式參考附圖來描述本發明的各種實施例，其中： 圖1示出了根據本發明實施例的能量收集裝置的立體圖； 圖2示出了圖1的能量收集裝置的前視圖； 圖3示出了圖1的能量收集裝置的示意性橫截面視圖； 圖4示出了圖1的能量收集裝置的替代實施例的通道的立體圖； 圖5示出了圖1的能量收集裝置的翼的立體圖； 圖6示出了圖5的翼的替代實施例的立體圖； 圖7示出了圖6的翼的（a）正弧形的翼橫截面和（b）負弧形的翼橫截面的示意圖； 圖8示出了圖5的翼的替代實施例的示意性橫截面視圖； 圖9示出了圖5的翼的另一替代實施例的立體圖； 圖10示出了圖1的能量收集裝置的發生器的示意性橫截面視圖； 圖11示出了包括圖1的能量收集裝置的能量收集系統的立體圖； 圖12示出了圖1的能量收集裝置的替代實施例的立體圖； 圖13示出了圖1的能量收集裝置的另一替代實施例的立體圖； 圖14示出了圖1的能量收集裝置的又一替代實施例的立體圖； 圖15示出了圖1的能量收集裝置的另一替代實施例的立體圖； 圖16示出了圖1的能量收集裝置的另一替代實施例的立體圖； 圖17示出了圖1的能量收集裝置的另一替代實施例的立體圖； 圖18示出了圖17的能量收集裝置的翼和振動構件處於（a）第一位置、（b）第二位置、（c）第三位置和（d）第四位置的立體圖； 圖19示出了圖17的能量收集裝置的能量轉化裝置的立體圖； 圖20示出了圖17的能量收集裝置的替代能量轉化裝置的三個立體圖（a）、（b）和（c）； 圖21示出了圖17的能量收集裝置的齒輪機構的立體圖；和 圖22示出了製造圖1的能量收集裝置的方法的流程圖。
在下面的描述中，貫穿整個說明書和附圖，相似的部分用相同的附圖標記來標記。附圖不一定按比例繪製，並且某些部分的比例已被誇大以更好地說明本發明實施例的細節和特徵。
1g:能量收集裝置
2g:第一表面
3g:第二表面
4g:中心軸線
5g:發生器殼體
8g:通道
9:流體流
13:翼
25:改進翼
61:振動構件

Claims (28)

  1. 一種能量收集裝置，包括： 通道，所述通道具有入口開口和出口開口； 一個或多個翼，所述一個或多個翼位於所述通道內，其中所述一個或多個翼的前緣朝所述入口開口定向；和 發生器，所述發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置，所述發生器用於將所述一個或多個翼的運動轉化成電能， 其中，所述一個或多個振動構件被配置為表現出樞轉運動，所述樞轉運動驅動所述能量轉化裝置，並且所述一個或多個翼被配置為表現出旋轉運動，所述旋轉運動輔助所述樞轉運動。
  2. 如請求項1所述的能量收集裝置，其中，每個振動構件包括第一端和第二端，所述第一端用於附接到翼，所述第二端位於能量轉化裝置處。
  3. 如請求項2所述的能量收集裝置，其中，所述振動構件被配置為圍繞位於所述振動構件的所述第一端和所述第二端之間的軸承樞轉。
  4. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，每個振動構件在中心樞轉位置的任一側在1°至89°之間樞轉。
  5. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，每個振動構件在中心樞轉位置的任一側在1°至30°之間樞轉，或者每個振動構件在中心樞轉位置的任一側在1°至15°之間樞轉。
  6. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，在運行中，圍繞所述翼的流體流產生升力，所述升力引起所述振動構件的所述樞轉運動。
  7. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，第一樞轉止動件和第二樞轉止動件限制所述振動構件的樞轉運動。
  8. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，每個翼被配置為圍繞所述振動構件的軸線旋轉。
  9. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述翼在中心旋轉位置的任一側在1°至89°之間旋轉。
  10. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述翼在中心旋轉位置的任一側在1°至35°之間旋轉。
  11. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，在運行中，所述翼的重量和/或慣性產生旋轉力，所述旋轉力引起所述翼的旋轉運動。
  12. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，所述翼的所述旋轉運動使所述翼的迎角反轉。
  13. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，第一旋轉止動件和第二旋轉止動件限制所述翼的所述旋轉運動。
  14. 如請求項3-13中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述軸承包括槳距控制機構，所述槳距控制機構配置為使所述振動構件和附接到所述振動構件的所述翼圍繞所述振動構件的軸線旋轉。
  15. 如請求項14所述的能量收集裝置，其中，所述槳距控制機構包括伺服電機和動力傳動系統，所述動力傳動系統將所述伺服電機連接到所述振動構件。
  16. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，位於所述振動構件的所述第二端處的所述能量轉化裝置僅表現出所述樞轉運動而不表現出所述旋轉運動。
  17. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，所述旋轉運動隔絕于所述振動構件和所述翼的組合。
  18. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述能量轉化裝置包括齒條和小齒輪，所述齒條位於所述振動構件的所述第二端處，其中所述齒條被定向和定位成與小齒輪接合。
  19. 如請求項18所述的能量收集裝置，所述能量轉化裝置還包括電發生器，其中所述小齒輪直接地或通過軸間接地連接到所述電發生器。
  20. 如請求項19所述的能量收集裝置，其中，在運行中，所述樞轉運動使所述齒條移位，所述齒條使所述小齒輪旋轉，從而驅動所述所述電發生器。
  21. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述能量轉化裝置包括離合器機構，所述離合器機構配置為將振盪旋轉運動轉化成單向旋轉運動。
  22. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述能量收集裝置還包括兩個或更多個通道，所述兩個或更多個通道中的每個通道具有入口開口和出口開口，其中所述兩個或更多個通道中的每個通道包括位於所述通道內的一個或多個翼，其中所述一個或多個翼的前緣朝所述入口開口定向。
  23. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述一個或多個翼包括一個或多個空氣翼。
  24. 如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置，其中，所述一個或多個翼包括一個或多個水翼。
  25. 一種能量收集系統，所述能量收集系統包括兩個或更多個如前述請求項中的任一項所述的能量收集裝置。
  26. 一種製造能量收集裝置的方法，包括： 設置具有入口開口和出口開口的通道； 設置位於所述通道內的一個或多個翼，其中所述一個或多個翼的前緣朝所述入口開口定向；並且 設置發生器，所述發生器包括一個或多個振動構件和能量轉化裝置，所述發生器用於將所述一個或多個翼的運動轉化成電能， 其中，所述一個或多個振動構件被配置為表現出驅動所述能量轉化裝置的樞轉運動，並且所述一個或多個翼被配置為表現出輔助所述樞轉運動的旋轉運動。
  27. 如請求項26所述的製造能量收集裝置的方法，製造風能收集裝置的所述方法還包括表徵流體流。
  28. 如請求項27所述的製造能量收集裝置的方法，所述製造能量收集裝置的方法還包括確定與所述流體流一起使用的所述能量收集裝置的最佳參數。
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