包括一結(jié)構(gòu)和運(yùn)載器的動(dòng)力裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電力的動(dòng)力裝置。動(dòng)力裝置包括結(jié)構(gòu)和運(yùn)載器（vehicle，媒 介物，載體），該運(yùn)載器包括至少一個(gè)翼。運(yùn)載器被設(shè)置成借助至少一條系繩（tether)固定 至所述結(jié)構(gòu)。運(yùn)載器被設(shè)置成借助通過(guò)翼的流體流在預(yù)定軌跡上移動(dòng)。運(yùn)載器被設(shè)置成以 變化的速度在預(yù)定軌跡上移動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 本領(lǐng)域已知了運(yùn)載器形式的動(dòng)力裝置，該運(yùn)載器借助通過(guò)該運(yùn)載器的流體流而移 動(dòng)。運(yùn)載器可附接至將固定在緊固點(diǎn)處的系繩。然后，使運(yùn)載器沿軌跡移動(dòng)，且流體流中的 動(dòng)能可通過(guò)合適方式轉(zhuǎn)換成電能。
[0003] 由于作用于運(yùn)載器上的流體動(dòng)力存在差值，軌跡可引起速度的變化，或由于不同 時(shí)間的流速不同，需限制運(yùn)載器的速度以免超過(guò)結(jié)構(gòu)上的限制。這導(dǎo)致運(yùn)載器在軌跡不同 部分的速度低于所需的速度，致使無(wú)法有效地利用流體流中的可用能量。
[0004] 因此，需要解決上述問(wèn)題的改進(jìn)的動(dòng)力裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為包括結(jié)構(gòu)和運(yùn)載器的動(dòng)力裝置提供解決上述問(wèn)題的發(fā)明性的 布置。該目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分所述的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它特征在所附從 屬權(quán)利要求中列出。
[0006] 本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電力的動(dòng)力裝置。動(dòng)力裝置包括結(jié)構(gòu)以及包括至少一個(gè)翼的 運(yùn)載器。運(yùn)載器被設(shè)置成借助至少一條系繩固定至結(jié)構(gòu)。運(yùn)載器被設(shè)置成借助通過(guò)翼的流 體流在預(yù)定軌跡上移動(dòng)。運(yùn)載器被設(shè)置成以變化的速度在預(yù)定軌跡上移動(dòng)。動(dòng)力裝置包括 被設(shè)置成附接在翼與結(jié)構(gòu)之間的一元件。該元件被設(shè)置成在在預(yù)定軌跡上或部分預(yù)定軌跡 期間不斷地改變運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離或允許該距離改變，從而減小運(yùn)載器在預(yù)定軌跡 上的速度變化，和/或允許借助換能器從運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離變化產(chǎn)生電力。換能器 被設(shè)置成附接至動(dòng)力裝置。
[0007] 當(dāng)前，運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離之所以變化是因?yàn)橄道K在預(yù)定軌跡上受到多種拉 伸負(fù)載。拉伸負(fù)載的變化與翼（從而與運(yùn)載器）的速度具有二次關(guān)系。這導(dǎo)致系繩在預(yù)定 軌跡上表現(xiàn)出彈性地拉長(zhǎng)和收縮，從而改變運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離，在某些情況下以及 從一些觀點(diǎn)來(lái)看這可能是不希望的。
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是元件被設(shè)置成在預(yù)定軌跡上或部分預(yù)定軌跡期間不斷地改 變運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離或允許該距離改變。"允許改變"意味著元件為被動(dòng)的，但具有 預(yù)定特征，例如可取決于動(dòng)力裝置的性能、動(dòng)力裝置的地點(diǎn)以及其它設(shè)計(jì)特征的彈簧常數(shù)。 "改變"意味著可主動(dòng)控制元件，以便可在某些參數(shù)內(nèi)調(diào)節(jié)距離。兩種選擇均可使得運(yùn)載器 在其軌跡上和/或不同軌跡部分之間的速度平穩(wěn)。速度定義為運(yùn)載器通過(guò)預(yù)定軌跡的速度 的大小。
[0009] 保護(hù)運(yùn)載器結(jié)構(gòu)完整性的一種方式是限制運(yùn)載器在部分軌跡中的速度，由于流體 導(dǎo)致的作用于運(yùn)載器的翼上的動(dòng)力，在所述部分軌跡存在運(yùn)載器的移動(dòng)速度超過(guò)最大設(shè)計(jì) 速度的風(fēng)險(xiǎn)，即在速度超過(guò)最大設(shè)計(jì)速度的速度峰值期間。類(lèi)似地，在部分軌跡中，由于流 體和系繩、慣性以及流體動(dòng)力和流體靜力導(dǎo)致的作用于運(yùn)載器上的力，運(yùn)載器的移動(dòng)速度 低于所需的速度。這被稱(chēng)為速度谷值（dip)。這導(dǎo)致可被渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換的能量低于最大可能 量。通過(guò)增加運(yùn)載器的速度受限制的時(shí)間來(lái)減小運(yùn)載器在整個(gè)軌跡上的速度變化將會(huì)是有 利的。這通過(guò)改變或被允許改變運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0010] 對(duì)運(yùn)載器設(shè)置的結(jié)構(gòu)限制是對(duì)產(chǎn)品成本和隨著時(shí)間變化的總電力輸出進(jìn)行優(yōu)化 的結(jié)果?？赡苄枰碜銐虼笄矣行?，以在一些時(shí)間期間以低流速提取/轉(zhuǎn)換合適量的能量。 則在流速較高的時(shí)間期間可需要限制這種相對(duì)較大且有效的翼的速度以不超過(guò)這種優(yōu)化 的結(jié)構(gòu)限制。
[0011] 對(duì)于例如材料疲勞的原因，減小作用于動(dòng)力裝置的力的變化幅度是有利的。對(duì)于 電力生產(chǎn)的原因，需要考慮速度與生產(chǎn)的電力之間的三次關(guān)系。電力生產(chǎn)主要與速度立方 積分（即，電力曲線(xiàn)下方的面積）成比例。當(dāng)作用于運(yùn)載器上的力很高時(shí)，通過(guò)使速度朝某 一平均速度降低，可使預(yù)定軌跡的那些部分的電力生產(chǎn)降低至三次冪。這反過(guò)來(lái)會(huì)造成相 當(dāng)顯著的電力生產(chǎn)損耗。相應(yīng)地，如果速度谷值朝該相同的某一平均速度上升，則在那些谷 值處增加的電力生產(chǎn)將比下降的峰值期間損耗的電力生產(chǎn)少得多。速度變化幅度減小的恒 定平均速度將導(dǎo)致電力生產(chǎn)降低。
[0012] 如果速度變化幅度減小且速度峰值保持在相同水平，則平均速度可增大，電力輸 出可增大。這將意味著峰值處無(wú)電力損耗，但是在速度曲線(xiàn)的所有其它部分期間電力生產(chǎn) 增大。這對(duì)于大潮是有效的，這時(shí)可需要切割峰值。在小潮期間，這時(shí)可不需要切割峰值， 功率輸出在整個(gè)軌跡期間將增大。
[0013] 借助例如更大的翼或通過(guò)使用流速較高的安裝地點(diǎn)可將速度或力曲線(xiàn)提高至更 高的平均值。
[0014] 通過(guò)使用允許運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離改變的元件而減小速度變化的幅度也可 有助于在地點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上可行的安裝，其中在該地點(diǎn)處小潮與大潮之間的變化大于如果運(yùn) 載器的速度在小潮期間可提高而峰值速度在大潮期間不會(huì)變得過(guò)高的情況下可能出現(xiàn)的 變化。
[0015] 因此，使用上述元件導(dǎo)致速度峰值減小，減小了預(yù)定軌跡上速度變化的幅度，并減 小了系統(tǒng)負(fù)載的變化。進(jìn)一步地，流體流的突然變化（例如，湍流或波浪擾動(dòng)）可對(duì)系統(tǒng)施 加沖擊負(fù)載。這種沖擊負(fù)載部分是由于系繩張力承載構(gòu)件的拉伸剛度，即具有拉伸剛度的 系繩將對(duì)運(yùn)載器造成更高的沖擊負(fù)載。也可通過(guò)使用上述元件減小這種沖擊負(fù)載。如此， 也可減小系統(tǒng)不同部件的疲勞。這是通過(guò)元件允許運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離發(fā)生改變實(shí)現(xiàn) 的。相對(duì)于距離沒(méi)有增大的情況，通過(guò)增大運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離，運(yùn)載器在距離增大期 間的速度減小，這是由于當(dāng)運(yùn)載器與流體流的移動(dòng)方向相同時(shí)，作用于運(yùn)載器上的動(dòng)力減 小。類(lèi)似地，相對(duì)于距離沒(méi)有增大的情況，減小運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離會(huì)增大運(yùn)載器在距 離減小期間的速度，這是由于當(dāng)運(yùn)載器與流體流的移動(dòng)方向相反時(shí)，作用于運(yùn)載器上的動(dòng) 力增大。換言之，翼的下滑比（可看作相對(duì)恒定）將確保當(dāng)翼移動(dòng)入水流時(shí)，翼在其沿軌跡 的行進(jìn)方向上的速度將增大，這是由于翼與結(jié)構(gòu)之間的距離減小，從而水流撞擊翼的相對(duì) 速度增大。相應(yīng)地，當(dāng)翼隨水流移動(dòng)，且水流撞擊翼的相對(duì)速度減小時(shí)，翼在其沿軌跡的行 進(jìn)方向上的速度將減小。
[0016] 由于本發(fā)明允許補(bǔ)償較高的流體速度并提高速度谷值期間的速度，因此以上所述 允許在流體流的速度高于或低于當(dāng)前速度的地點(diǎn)使用動(dòng)力裝置。在流體流的速度高的地 點(diǎn)，本發(fā)明允許通過(guò)增加運(yùn)載器速度受限的時(shí)間來(lái)更好地提取能量。在流體流的速度低的 地點(diǎn)，由于例如翼的尺寸可增大，因此本發(fā)明允許更好地提取能量。較大的翼允許更好地利 用較低的流體速度。
[0017] 由于施加的力而引起的運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離改變（或在這種情況下，更確切 地說(shuō)是施加的力的改變）也可用于產(chǎn)生電力，這是因?yàn)榫嚯x的改變（等同于平移運(yùn)動(dòng)）可 被換能器轉(zhuǎn)換成不同的能量形式例如電能，根據(jù)機(jī)械功等于力乘以位移，距離的改變構(gòu)成 了機(jī)械功或能量。
[0018] 換能器可包括被設(shè)置成在預(yù)定軌跡上或部分預(yù)定軌跡期間連續(xù)地改變運(yùn)載器與 結(jié)構(gòu)之間的距離或允許該距離改變的元件。換能器可附接至被設(shè)置成在預(yù)定軌跡上或部分 預(yù)定軌跡期間連續(xù)地改變運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)之間的距離或允許該距離改變的元件。兩種情況 的組合也是可能的，例如在元件包括一個(gè)以上部件或當(dāng)動(dòng)力裝置包括一個(gè)以上元件的情況 下。元件的第一部件可附接至換能器，其第二部件可以是換能器的一部分。類(lèi)似地，第一元 件可附接至換能器，第二元件可以是換能器的一部分。元件可包括不同類(lèi)型的彈性元件，例 如壓縮螺旋形彈簧、壓縮盤(pán)簧組、彈性體彈簧和/或氣彈簧。壓縮螺旋形彈簧或壓縮盤(pán)簧組 可由鋼或復(fù)合材料制成。元件或換能器也可包括能量存儲(chǔ)器，當(dāng)所得到的作用于運(yùn)載器上 的力不足以使運(yùn)載器與結(jié)構(gòu)或翼與結(jié)構(gòu)之間發(fā)生所需的改變時(shí)，能量存儲(chǔ)器可能夠?yàn)檫\(yùn)載 器提供能量。
[0019] 動(dòng)力裝置可包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)發(fā)電