Турбина с динамически адаптируемыми лопастями савониуса - RU2704587C2
Код документа: RU2704587C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится, в целом, к машине и, в частности, к турбине с динамически адаптируемыми лопастями Савониуса.
Турбина может использовать ветер для вращения вала. Вращающийся вал имеет кинетическую энергию. Кинетическая энергия вращающегося вала может быть преобразована в электрическую мощность. Существующие турбины могут включать в себя лопасти. Однако такие лопасти обычно имеют фиксированные формы. Форма лопастей турбины может существенно влиять на эффективность турбины. Параметры ветра (например, скорость, вектор скорости, ускорение и т.д.) могут меняться время от времени. Лопасти, которые являются неизменными по форме, могут препятствовать эффективной работе турбины при различных параметрах ветра. Соответственно, существующие конструкции турбин могут выиграть благодаря усовершенствованиям, которые преодолевают такие ограничения.
Различные признаки, описанные в данном документе, могут быть воплощены в различных устройствах. Неограничивающие примеры таких устройств могут включать в себя различные машины (например, машину Савониуса), различные турбины и любое устройство, выполненное с возможностью использовать ветер для генерирования кинетической энергии. Хотя в настоящем документе может быть использован термин «устройство» или «устройства», такой термин не должен ограничивать объем настоящего изобретения.
Устройство может включать в себя, по меньшей мере, каркас, выполненный с возможностью вращаться вокруг оси каркаса, и турбину Савониуса, расположенную на конце каркаса. Турбина может быть выполнена с возможностью вращаться вокруг оси турбины. Ось турбины может отличаться от оси каркаса. Турбина может включать в себя лопасть турбины, имеющую адаптируемую форму. Лопасть турбины может включать в себя раму. Рама может включать в себя первую часть рамы и вторую часть рамы, связанную с первой частью рамы. Первая часть рамы может быть выполнена с возможностью поворачиваться относительно второй части рамы.
Устройство может включать в себя первое соединение между первой стороной конца рамы и центральным участком рамы. Устройство также может включать в себя второе соединение между второй стороной первого конца рамы и центральным участком рамы. Устройство также может включать в себя контроллер турбины. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью, по меньшей мере, поддерживать, укорачивать или удлинять, по меньшей мере, первое соединение или второе соединение.
Первая часть рамы может быть выполнена с возможностью поворачиваться относительно второй части рамы, когда, по меньшей мере, первое соединение или второе соединение, по меньшей мере, укорачивается или удлиняется. Адаптируемая форма лопасти турбины может содержать плоскую форму, когда длина первого соединения аналогична длине второго соединения. Адаптируемая форма лопасти турбины может содержать кривизну, когда длина первого соединения отличается от длины второго соединения. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять кривизной лопасти турбины путем укорачивания первого соединения при одновременном удлинении второго соединения или путем укорачивания второго соединения при одновременном удлинении первого соединения.
Устройство может включать в себя контроллер каркаса, выполненный с возможностью управлять вращением каркаса вокруг оси каркаса. Контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью управлять вращением каркаса на основе, по меньшей мере, скорости, направления, вектора скорости или ускорения ветра. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять вращением турбины на основе местоположения турбины на траектории вращения каркаса. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять вращением турбины на основе, по меньшей мере, скорости, направления, вектора скорости, ускорения ветра, скорости вращения каркаса, местоположения лопасти турбины относительно оси турбины, или местоположения турбины на круговой траектории вокруг оси каркаса.
Контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью управлять вращением каркаса на основе режима устройства. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять вращением турбины на основе режима работы устройства. Когда устройство находится в режиме, контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью препятствовать вращению каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть выполнен с возможностью допускать вращение турбины вокруг оси турбины. Когда устройство находится в режиме, контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью допускать вращение каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть выполнен с возможностью допускать вращение турбины вокруг оси турбины. Устройство может быть турбиной Савониуса. Лопасти турбины Савониуса могут проходить в большей степени горизонтально, чем вертикально относительно земли. Вращение каркаса вокруг оси каркаса и/или вращение турбины вокруг оси турбины может вызвать эффект Магнуса. Эффект Магнуса может поднять устройство над землей. Устройство может включать в себя множество каркасов в различных направлениях, которые могут отличаться друг от друга и/или с различными углами, которые могут отличаться друг от друга. Количество каркасов может быть основано на подъемной силе, необходимой для подъема устройства и/или груза над землей. Устройство может включать в себя множество турбин. Количество турбин может быть основано на подъемной силе, необходимой для подъема устройства и/или устройства и груза над землей. Количество турбин может быть основано на различных размерах (например, размерах таких как, длина, ширина, высота и т.д.) одного или более каркасов.
Устройство может включать в себя сиденье и пользовательские элементы управления рядом с сиденьем. Пользовательские элементы управления могут быть выполнены для использования пользователем, сидящим на сиденье. Пользовательские элементы управления могут быть выполнены с возможностью управлять, по меньшей мере, контроллером каркаса или контроллером турбины. Устройство может быть выполнено с возможностью быть соединенным с двигателем. Двигатель может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения каркаса вокруг оси каркаса в электрическую энергию. Двигатель может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения турбины вокруг оси турбины в электрическую энергию.
Устройство может быть выполнено с возможностью удерживать груз. Груз может переноситься или подвешиваться от держателей на ремнях, оси каркаса или обоих - держателей на ремнях и оси каркаса.
В дополнение к пользовательским элементам управления устройство может иметь ручное управление. Такое ручное управление может быть связано с некоторыми механизмами, реализованными в парапланах. Такие ручные механизмы управления могут позволить пользователю безопасно приземлить устройство в случае сбоя в системе управления и/или питания во время полета.
Каждый кронштейн, который соединяется с двигателем лопастей Савониуса, может поддерживаться двумя участками ремня каркаса, двумя тросами, которые соединяют каркас с двумя другими каркасами и/или натяжными тросами/ремнями.
Вышеупомянутое является всего лишь кратким изложением различных признаков, описанных в данном документе более подробно. Дополнительные признаки также описываются в этом документе. Варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть реализованы в любой комбинации или подкомбинации, даже если они в явной форме не описаны в данном документе.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1А - схема, иллюстрирующая вид сбоку в перспективе однокаркасного устройства;
Фиг. 1В - схема, иллюстрирующая вид сбоку в перспективе примера двухкаркасного устройства, согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - схема, иллюстрирующая вид сбоку в перспективе другого примера устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3A-3B - схемы, иллюстрирующие виды сбоку различных частей устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая вид сбоку в перспективе примера различных компонентов двигателя устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая вид сбоку в поперечном сечении части примерной турбины устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6А-6С - схемы, иллюстрирующие различные виды в поперечном сечении различных частей примерной турбины устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7А-7В - схемы, иллюстрирующие различные виды поперечного сечения различных частей примера контроллеров лопастей устройства согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
Фиг.8 - схема, иллюстрирующая пример консоли согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 9 - схема, иллюстрирующая пример упругого элемента распределителя поворотов согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Представленное в данном документе является описанием различных вариантов осуществления различных признаков. Однако приведенное в данном документе описание не предназначается для ограничения объема настоящего изобретения. Специалист в данной области техники поймет, что описанные в данном документе признаки могут быть воплощены в дополнительных и/или альтернативных вариантах осуществления без отступления от объема настоящего изобретения.
Фиг. 1А представляет собой схему, иллюстрирующую пример устройства 10 согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Сам по себе каркас является своего рода турбиной, когда направление ее лопастей регулируется и согласовывается. Лопасти этой турбины являются адаптируемыми по форме так, что форма лопасти может варьироваться от лопасти Савониуса до плоской лопасти и, возможно, до лопасти Савониуса противоположного направления, формы, конфигурации и/или ориентации.
Устройство 10, проиллюстрированное на фиг. 1А является каркасом, который вращается вокруг оси 102 каркаса. Каркас может включать в себя, по меньшей мере, одну турбину/лопасть Савониуса. Например, каркас, вращающийся вокруг оси 102 каркаса, включает в себя турбины 162, 164, 166. Хотя в примерном устройстве 10, показанном на фиг. 1 иллюстрируются три турбины для каркаса, специалист в данной области техники поймет, что объем настоящего изобретения не ограничивается числом турбин, проиллюстрированных на фиг. 1. Например, устройство 10 может включать в себя большее количество или меньшее количество турбин/лопастей Савониуса для каркаса, без отступления от объема настоящего изобретения.
Турбины/лопасти могут быть расположены на конце каркаса. Например, турбины 162, 164, 166 поддерживаются кронштейнами 114, 118, 116 с одной стороны и кронштейнами 142, 140, 138 с другой стороны соответственно, которые проходят от оси 102 каркаса. Таким образом, турбины 162, 164, 166 располагаются на конце каркаса, вращающегося вокруг оси 102 каркаса.
Ось 102 каркаса может включать в себя точку соединения, к которой подсоединяется кронштейн, поддерживающий турбины. Например, точка 106 соединения соединяется с кронштейнами 114, 116, 118, которые поддерживают турбины 162, 166, 164 соответственно. В качестве другого примера, точка 108 соединения соединяется с кронштейнами 138, 140, 142, которые поддерживают турбины 166, 164, 162 соответственно.
Турбина/лопасть может вращаться вокруг собственной оси турбины. Ось турбины может отличаться от оси каркаса. Например, ось турбины, вокруг которой вращается турбина 162, отличается от оси 102 каркаса, вокруг которой вращается соответствующий каркас. Турбина может включать в себя лопасть турбины, а лопасть турбины может быть адаптируемой по форме. Дополнительные подробности, касающиеся адаптируемой формы лопасти турбины, приводятся ниже, среди прочего, со ссылкой на фиг. 5.
Турбина может быть соединена с другой турбиной ремнем. Ремень может быть причастен вращению каркаса вокруг соответствующей оси каркаса. Как таковой, ремень может также упоминаться как ремень каркаса. Например, часть 124, 126, 128 и 144, 146, 148 ремня может быть причастна вращению каркаса вокруг оси 102 каркаса. Держатели 190 ремня могут включать в себя эластичный материал, который может быть соединен с частью ремня и/или ножкой 191, 192 устройства 10.
Ремень может соприкасаться с концевым участком турбины. Например, турбины 162, 164, 166 могут иметь концевые участки 174, 176, 178 с одной стороны и 173, 175, 177 с другой стороны, соответственно. Каждая часть 124, 126, 128, 144, 146, 148 ремня может соприкасаться с двумя концевыми участками 174, 176, 178, 173, 175, 177 турбин 162, 164, 166. Конечные участки 174, 176, 178, 173, 175, 177, могут включать в себя электродвигатели и/или электрогенераторы, которые будут более подробно описаны ниже, среди прочего, со ссылкой на фиг. 4.
Устройство 10 может включать в себя контроллер каркаса. Контроллер каркаса может включать в себя программные компоненты (например, энергонезависимый читаемый компьютером носитель), аппаратные компоненты (например, схемы, память, источник мощности и т.д.), механические компоненты (например, рычаги, двигатели, шарниры и т.д.) и любые комбинации одного или более из вышеперечисленных компонентов. Контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью управлять вращением каркаса вокруг оси каркаса. Контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью управлять вращением каркаса на основе, по меньшей мере, скорости, направления, вектора скорости или ускорения ветра и груза (например, веса, человека, объекта и т.д., которые не являются в ином случае частью устройства). Устройство может включать в себя один или более контроллеров турбины/лопасти. Контроллер турбины может включать в себя программные компоненты (например, энергонезависимый читаемый компьютером носитель), аппаратные компоненты (например, схемы, память, источник мощности и т.д.), механические компоненты (например, рычаги, двигатели, шарниры и т.д.) и любые комбинации одного или более из вышеперечисленных компонентов. Контроллер (контроллеры) турбины может управлять одной или более турбинами. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять вращением турбины/лопасти на основе, по меньшей мере, скорости, направления, вектора скорости или ускорения ветра и местоположения турбины/лопасти на траектории 180 вращения каркаса.
Контроллер каркаса и/или контроллер (контроллеры) турбины могут быть расположены в разных местах устройства 10 без отступления от объема настоящего изобретения. Например, контроллер каркаса и/или контроллер (контроллеры) турбины могут быть расположены в пользовательских элементах управления пользователя или рядом с ними. Специалист в данной области техники поймет, что контроллер каркаса и/или контроллер (контроллеры) турбины могут дополнительно и/или альтернативно быть расположены в любом другом месте устройства 10.
Контроллер каркаса может быть выполнен с возможностью управлять вращением каркаса на основе режима устройства 10. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять вращением турбины на основе режима устройства 10. Устройство 10 может работать в различных режимах без отступления от объема настоящего изобретения. Примером режима является «первый режим турбины». Специалист в данной области понимает, что «первый режим турбины» является описательной фразой, и такой режим может быть обозначен любым другим термином и/или именем без отклонения от объема настоящего изобретения. Когда устройство 10 находится в таком режиме, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение турбины вокруг оси турбины. Например, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению каркаса вокруг оси 102 каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение одной или более турбин 162, 164, 166 вокруг их соответствующих осей турбин. Специалист в данной области техники понимает, что для режима может потребоваться более одного каркаса (например, два или более каркасов). В таком режиме фиксатор 414 может быть активным и препятствовать каркасу вращаться вокруг своей оси 102, муфта 412 может отсоединять редуктор 416 от двигателя 410, муфта 408 может соединять редуктор 406 с двигателем 410, и двигатель 410 может вращаться, используя мощность ветра 206, которая может улавливаться соответствующей лопастью Савониуса и передаваться на вал 404 турбины и на редуктор 406.
Другим примером режима является «второй режим турбины». Специалист в данной области техники понимает, что «второй режим турбины» является описательной фразой, и такой режим может обозначаться любым другим термином и/или именем без отступления от объема настоящего изобретения. Когда устройство 10 находится в таком режиме, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение турбины вокруг оси турбины управляемым образом. Например, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение каркаса вокруг оси 102 каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы управлять перемещением одной или более турбин 162, 164, 166 вокруг соответствующих осей турбин так, чтобы обеспечивать оптимальное подъемное усилие в течении всего времени. В таком режиме фиксатор 414 может быть неактивным, позволяя каркасу вращаться вокруг своей оси 102, муфта 412 может соединять собственный вал 420 каркаса с двигателем 410 через свой соответствующий редуктор, а муфта 408 может отсоединять редуктор 406 от двигателя 410. Двигатель 410 также может вращаться, используя мощность ветра 206, которая может улавливаться каркасом.
Другим примером режима является «гибридный режим». Специалист в данной области техники понимает, что «гибридный режим» является описательной фразой, и такой режим может обозначаться любым другим термином и/или именем, без отступления от объема настоящего изобретения. Когда устройство 10 находится в таком режиме, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение турбины вокруг оси турбины. Например, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение каркаса вокруг оси 102 каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы допускать вращение одной или более турбин 162, 164, 166 вокруг соответствующих осей турбин. Специалист в данной области техники понимает, что многие альтернативные конфигурации и/или варианты осуществления могут существовать в соответствии с различными способами поглощения и/или улавливания энергии ветра и/или транспортировки груза на основе, по меньшей мере, параметров ветра и/или размера груза. В таком режиме фиксатор 414 может быть неактивным, позволяя каркасу вращаться вокруг своей оси 102, муфта 412 может соединять собственный вал 420 каркаса с двигателем 410 через его соответствующий редуктор 416, а муфта 408 может отсоединять редуктор 406 от двигателя 410. Двигатель 410 также может вращаться под действием мощности генератора/накопителя 196 мощности.
Еще одним примером режима является «режим скольжения». Специалист в данной области техники понимает, что «режим скольжения» является описательной фразой, и такой режим может обозначаться любым другим термином и/или именем без отступления от объема настоящего изобретения. Когда устройство 10 находится в таком режиме, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению каркаса вокруг оси каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению турбины вокруг оси турбины. Например, контроллер каркаса может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению каркаса вокруг оси 102 каркаса, а контроллер турбины может быть сконфигурирован так, чтобы препятствовать вращению одной или более турбин 162, 164, 166 вокруг соответствующих осей турбин, и направление лопасти Савониуса может регулироваться валом 404 турбины. В таком режиме фиксатор 414 активен, тем самым препятствуя вращению каркаса вокруг его оси 102, муфта 412 отсоединяет собственный вал 420 каркаса от двигателя 410, а муфта 408 может соединять редуктор 406 с двигателем 410. Кроме того, двигатель 410 может вращаться благодаря мощности генератора/накопителя 196 мощности. Направление перемещения вала 404 турбины в этом режиме может быть свободным от направления вращения двигателя 410 и может регулироваться контроллером турбины.
Вращение каркаса вокруг его оси каркаса может вызывать эффект Магнуса, а эффект Магнуса может вызвать подъем устройства над землей. Например, вращение одного или более каркасов вокруг оси 102 каркаса может вызвать эффект Магнуса, который поднимает устройство 10 над землей и в воздух. Дополнительно или альтернативно вращение турбины/лопасти вокруг своей оси турбины может вызывать эффект Магнуса, а эффект Магнуса может вызвать подъем устройства над землей. Например, вращение одной или более турбин 162, 164, 166 может вызвать эффект Магнуса, который поднимает устройство 10 над землей.
Устройство 10 может включать в себя генератор/накопитель 196 электрической мощности. Хотя примерное устройство 10, проиллюстрированное на фиг. 1А показывает генератор/накопитель 196 мощности, расположенный на ножке 192, специалист в данной области техники поймет, что генератор/накопитель 196 мощности может быть расположен в других частях устройства 10 или даже отдельно от устройства 10 без отступления от объема настоящего изобретения.
Двигатель в устройстве 10 может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения каркаса вокруг оси каркаса (например, оси 102 каркаса) в электрическую энергию. Двигатель также может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения турбины/лопасти (например, одной или более турбин 162, 164, 166, 168, 170, 172) вокруг соответствующих осей турбин в электрическую энергию.
Три основных параметра, которые можно регулировать согласно настоящему раскрытию, включают в себя перемещение относительно соответствующей оси каркаса, перемещение относительно соответствующей оси турбины/лопасти и управление формой каждой лопасти. Существуют, по меньшей мере, два режима для транспортировки, такие как режим полета и режим скольжения. В некоторых конфигурациях режима полета каждый каркас может свободно перемещаться вокруг своей собственной оси, движение вокруг каждой оси турбины/лопасти может быть отрегулировано в соответствии с ее положением относительно траектории 180 вращения каркаса, параметрами ветра и/или формой каждой турбины/лопасти, которые могут быть динамически адаптируемыми для обеспечения регулируемого оптимального подъема в любой момент времени. В некоторых конфигурациях скользящего режима, перемещение относительно соответствующей оси каркаса, перемещение относительно оси турбины/лопасти может быть ограничено, и форма каждой лопасти может удерживаться фиксированной. Могут также существовать два режима для генерации электричества, такие как первый режим турбины и второй режим турбины. В некоторых конфигурациях первого режима турбины перемещение относительно соответствующей оси каркаса может быть ограничено, турбина/лопасть может свободно перемещаться относительно своей соответствующей оси, а форма лопасти может удерживаться фиксированной. В некоторых конфигурациях второго режима турбины может допускаться перемещение каркаса, перемещение турбины/лопасти может регулироваться в соответствии с ее положением на траектории 180 вращения каркаса, а форма турбины/лопасти может быть динамически адаптируемой для обеспечения регулируемого оптимального подъема в любой момент времени.
Фиг. 1B представляет собой схему, иллюстрирующую пример двухкаркасного устройства 100 согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство 100, проиллюстрированное на фиг. 1В включает в себя два каркаса. Первый каркас вращается вокруг оси 102 каркаса по круговой траектории 180. Второй каркас вращается вокруг оси 104 каркаса по круговой траектории 188. Оси 102, 104 каркаса могут быть соединены вместе в соединении 136 с широким углом. Соединение 136 может направлять сигналы управления (например, от пользовательских элементов управления) и электрическую мощность на соответствующую ось каркаса. Хотя в примерном устройстве 100, показанном на фиг. 1B, иллюстрируются два каркаса, специалист в данной области техники поймет, что объем настоящего изобретения не ограничивается числом каркасов, проиллюстрированных на фиг. 1B. Например, устройство 100 может включать в себя электрическое транспортное средство (например, велосипед, судно и т.д.), пропеллер, большее число каркасов и/или меньшее число каркасов, без отступления от объема настоящего изобретения. Подобно первому каркасу, как показано, второй каркас также включает в себя части 158, 160, 156 и 130, 132, 134, ремня которые могут быть задействованы при вращении каркаса вокруг оси 104 каркаса и кронштейна 193. Каждая часть ремня может контактировать с двумя концевыми участками 182, 184, 186 турбин второго каркаса. Как показано, турбины второго каркаса поддерживаются кронштейнами 150, 152, 154 с одной стороны и кронштейнами 120, 122, 123, с другой стороны, соединенными соответственно с точками 110 и 112 соединения, которые проходят от оси 104 каркаса.
В некоторых вариантах осуществления устройство 100 может быть частично или полностью упомянуто как турбина Савониуса. Лопасти турбин проходят в большей степени горизонтально, чем вертикально относительно земли. Например, ось 102, 104 каркаса и ось турбины одной или более турбин 162, 164, 166, 168, 170, 172 проходят в большей степени в горизонтальном направлении (то есть в направлении, по существу, параллельном земле), нежели чем в вертикальном направлении (то есть направлении, по существу перпендикулярном к земле), чтобы обеспечивать дополнительную устойчивость устройства 100 в течении, например, второго режима турбины.
Устройство 100 может включать в себя любое число каркасов и/или любое число турбин без отступления от объема настоящего изобретения, как описано выше. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления устройство 100 может включать в себя множество каркасов. Точное число каркасов может быть основано на подъемной силе, необходимой, чтобы поднять устройство 100 и груз над землей. Также, точное число турбин может быть основано на размере каркаса.
В некоторых вариантах осуществления устройство 100 может быть частично или полностью упомянуто как турбина Савониуса. Лопасти турбины проходят в большей степени горизонтально, чем вертикально относительно земли. Например, ось 102, 104 каркаса и ось турбины одной или более турбин 162, 164, 166, 168, 170, 172 проходят в большей степени в горизонтальном направлении (то есть в направлении, по существу, параллельном земле), нежели чем в вертикальном направлении (то есть направлении, по существу перпендикулярном земле).
Устройство 100 может включать в себя сиденье 194 и пользовательские элементы управления рядом с сиденьем 194. Пользовательские элементы управления могут быть выполнены для использования пользователем, сидящим на сиденье 194. Пользовательские элементы управления могут быть выполнены с возможностью управлять контроллером каркаса и/или контроллером турбины. Например, пользователь может использовать пользовательские элементы управления, сидя на сиденье 194, и пользовательские элементы управления могут посылать управляющие сигналы через ножку 192. Управляющие сигналы, предназначенные для каркасов и/или турбин, достигают своих соответствующих пунктов назначения. Устройство 100 может включать в себя генератор 196 мощности. Хотя примерное устройство 100, проиллюстрированное на фиг. 1В показывает генератор 196 мощности, расположенный под сиденьем 194, специалист в данной области техники поймет, что генератор 196 мощности и/или пользовательские элементы управления могут быть расположены в других частях устройства 100 или даже отдельно от устройства 100 без отступления от объема настоящего изобретения.
Устройство 100 может включать в себя двигатели. Двигатель 400 устройства 100 может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения каркаса вокруг оси каркаса (например, оси 102, 104 каркаса) в электрическую энергию. Двигатель 400 может быть выполнен с возможностью преобразовывать кинетическую энергию вращения турбины (например, одной или более турбин 162, 164, 166, 168, 170, 172) вокруг соответствующих осей турбин в электрическую энергию. Двигатель 400 может быть выполнен с возможностью вращать каркас и/или турбину/лопасть Савониуса.
Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую другой пример устройства 100. В примере, проиллюстрированном на фиг. 2, устройство 100 соединяется элементом 202 соединения с землей 204. Элемент 202 соединения может быть канатом, проводящей проволокой, пластиком, металлом, любой их комбинацией и/или любым другим подходящим элементом. Например, элемент 202 соединения может соединять ножку 192 устройства 100 с генератором/накопителем 196 мощности и/или сиденьем 194, которые могут быть соединены с землей 204.
Как иллюстрируется на фиг. 2, ветер 206, перемещающийся в воздухе, может заставить лопасти турбины устройства 100 поворачиваться (например, вращаться относительно соответствующей оси турбины). Как также проиллюстрировано на фиг. 2, ветер 206, перемещающийся в воздухе, может заставить каркас (каркасы) устройства поворачиваться (например, вращаться относительно соответствующей оси каркаса). Поворот (например, вращение) каркасов и/или турбин/лопастей может вызывать эффект Магнуса и, таким образом, заставлять устройство 100 подниматься над землей 204, как описано более подробно выше.
Специалист в данной области техники поймет, что поворот каждого каркаса и поворот каждой турбины может управляться индивидуально на основе различных факторов. Например, такое управление может использоваться для целей направления и навигации (например, поворота влево и/или поворота вправо). В качестве другого примера такое управление может использоваться для целей подъема и/или снижения (например, подъем по высоте и/или снижение по высоте). Такое управление может также использоваться для поддержания, по существу, неподвижного в воздухе, движущегося вперед или назад (например, регулирование каркаса и/или турбин таким образом, чтобы устройство 100 оставалось практически неподвижным, двигаясь вперед или назад во время изменения параметров ветра).
Фиг. 3А представляет собой схему, иллюстрирующую вид сбоку устройства 10, 100. В частности, вид сбоку представляет собой вид снизу оси вращения каркаса (каркасов) устройства 10, 100. На фиг. 3А, вертикальная ось 310 и горизонтальная ось 312 показываются для иллюстративных целей. Каркас (каркасы) устройства 10, 100 могут вращаться вдоль траектории 180 вращения. Ремень может включать в себя участки 124, 126, 128 ремня, как описано более подробно выше. Турбины 174, 176, 178 могут вращаться в зонах 302, 304, 306, проиллюстрированных на фиг. 3A.
Фиг. 3В представляет собой схему, иллюстрирующую другой вид сбоку устройства 10, 100. В частности, вид сбоку представляет собой вид снизу оси вращения одной турбины (турбин) устройства 10, 100 (например, снизу оси вращения турбины 162, проиллюстрированной на фиг. 1А и 3А). Турбина (например, турбина 162, проиллюстрированная на фиг. 3В) может вращаться вдоль траектории 302 вращения. Концевые участки турбины (турбин) (например, траектория 174 конца) могут относиться к линии 314, причем линия 314 вращается вдоль зоны 302.
Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую вид в перспективе сбоку примера различных компонентов 400 двигателя устройства 10, 100. Специалист в данной области техники поймет, что пример, проиллюстрированный на фиг. 4 приводится только для иллюстративных целей, и альтернативные и/или дополнительные компоненты могут быть включены (или исключены) без отступления от объема настоящего изобретения. Устройство 10, 100 может иметь меньшее число режимов, если один или более компонентов исключаются из двигателя 400. В неограничивающем примере, проиллюстрированном на фиг. 4, компоненты 400 двигателя могут включать в себя управляющий вал 402 источника мощности, вал 404 турбины, первый редуктор 406, первую муфту 408, электрический двигатель/генератор 410, вторую муфту 412, фиксатор 414, второй редуктор 416, шкив 418 каркаса и/или вал 420 шкива каркаса. В некоторых вариантах осуществления такие компоненты 400 двигателя могут быть расположены в концевых участках (например, концевых участках 174, 176, 178, 173, 175, 177) турбин (например, турбин 162, 164, 166). Однако специалист в данной области техники поймет, что такие компоненты 400 двигателя могут быть расположены в любой другой части устройства 100 без отступления от объема настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую вид сбоку в поперечном сечении части примерной турбины 500 устройства 10, 100. Как описано выше, турбина 500 может иметь лопасть 502 турбины, имеющую адаптируемую форму. Форма лопасти 502 турбины может быть адаптирована на основе различных факторов, как описано более подробно ниже. Лопасть 502 турбины может включать в себя гибкий материал, который может быть соединен, приклеен, связан, прикреплен, закреплен на защелке и/или иным образом ассоциирован с рамой лопасти 502 турбины в различных местах. Рама турбины 500 может включать в себя одну или более частей. Например, рама турбины 500 может включать в себя первую часть 506 рамы и вторую часть 504 рамы. Первая часть 506 рамы может быть связана со второй частью 504 рамы. Например, первая часть 506 рамы может быть соединена со второй частью 504 рамы в точке 508 поворота. Первая часть 506 рамы может быть выполнена с возможностью поворачиваться относительно второй части 504 рамы. Такой поворот позволяет раме воздействовать на форму лопасти 502 турбины и, таким образом, всю турбину 500. Специалист в данной области техники поймет, что пример, проиллюстрированный на фиг. 5 приводится только для иллюстративных целей, и альтернативные и/или дополнительные компоненты могут быть включены (или исключены) без отступления от объема настоящего изобретения.
Турбина 500 также может иметь другие компоненты без отступления от объема настоящего изобретения. Например, первая часть 506 рамы может быть соединена с другой частью 540 рамы в другой точке 536 поворота. Часть 540 рамы может быть жестко прикреплена к сердечнику 534. В качестве другого примера вторая часть 504 рамы может быть соединена с другой частью 542 рамы в еще одной точке 538 поворота. Рама лопасти 500 турбины может включать в себя дополнительные, альтернативные компоненты или их меньшее количество без отступления от объема настоящего изобретения. Размер каждой части рамы может отличаться от других частей рамы и может быть устроен таким образом, чтобы иметь возможность конфигурировать одну сторону лопасти как переднее крыло/лопасть в режиме скольжения, так и другую сторону, которая может быть сконфигурирована как хвост крыла/лопасти. Количество частей рамы одной стороны может отличаться от количества частей рамы другой стороны лопасти турбины.
Турбина 500 может также включать в себя различные соединения между концом рамы турбины и центральным участком рамы турбины. Например, турбина 500 может включать в себя первое соединение (например, соединение, включающее трос 526 и кронштейн 522) между первой стороной (например, А) первого конца (например, конца 510), который прикрепляется к части 542 рамы и центральному участку (например, положение U вблизи сердечника 534). Турбина 500 может также включать в себя второе соединение (например, соединение, включающее трос 528 и кронштейн 524) между второй стороной (например, В) первого конца (например, конца 510) части 542 рамы и центральному участку (например, положение V вблизи сердечника 534). Как описано выше, устройство 100 может включать в себя контроллер турбины. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять первым соединением и/или вторым соединением. Например, контроллер турбины может быть выполнен с возможностью, по меньшей мере, поддерживать, укорачивать или удлинять, по меньшей мере, первое соединение или второе соединение. Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью выполнять дополнительные функции (например, управлять другими соединениями) без отклонения от объема настоящего изобретения. Конец 510 прикрепляется к части 542 рамы, однако он может быть закреплен на любой другой части (частях) рамы. Движение каждой части рамы может также регулироваться отдельно.
В некоторых вариантах осуществления устройство 100 может также включать в себя кронштейны, расположенные на сторонах рамы турбины 500. Например, кронштейны 512, 514 могут быть расположены на сторонах частей 504, 506 рамы. Такие кронштейны могут обеспечивать механическую опору и облегчать движение описанных выше тросов. В некоторых вариантах осуществления каждый кронштейн может также иметь ролик на конце кронштейна. Например, кронштейны 512, 514 могут иметь ролики 516, 518 соответственно. Тросы 526, 528 могут прокатываться по роликам 516, 518. Кронштейны 512, 514 также могут иметь упругие элементы 520, 521 соответственно. Упругие элементы могут обеспечивать усилие на кронштейнах, так что кронштейны 512, 514 выталкиваются в направлении от рамы и/или лопасти 502 турбины. Выше представлены лишь некоторые примеры опоры тросов 526, 528. Специалист в данной области техники поймет, что существуют различные другие примеры опор тросов 526, 528 и что они могут быть реализованы без отступления от объема настоящего изобретения.
Каждый из тросов 526, 528 может быть удлинен и/или укорочен. Например, трос 526 может быть укорочен, так что А находится ближе к U. В качестве другого примера трос 528 может быть удлинен, так что В находится дальше от V. Такое укорачивание (укорачивания) или удлинение (удлинения) позволяют частям 504, 506, 542, 540 рамы поворачиваться относительно друг друга (например, точка поворота 508, 538, 536), тем самым позволяя лопасти турбины 502 иметь искривленную форму. Кривизна лопасти 502 турбины может регулироваться по степени укорачивания и удлинения первого соединения (например, соединения, включающего трос 526), и степени укорачивания и удлинения второго соединения (например, соединения, включающего трос 528), соответственно.
Как описано выше, первая часть 506 рамы выполняется с возможностью поворачиваться (например, в точке 508 поворота) относительно второй части 504 рамы, когда первое соединение (например, соединение, включающее трос 526) и/или второе соединение (например, соединение, включающее трос 528), укорачивается и/или удлиняется. Соответственно, адаптируемая форма лопасти 502 турбины содержит кривизну, когда длина первого соединения (например, соединения, включающего трос 526) отличается от длины второго соединения (например, соединения, включающего трос 528). Для сравнения, адаптируемая форма лопасти 502 турбины имеет плоскую форму, когда длина первого соединения (например, соединения, включающего трос 526) аналогична длине второго соединения (например, соединения, включающего трос 528). Контроллер турбины может быть выполнен с возможностью управлять кривизной лопасти 502 турбины путем укорачивания первого соединения (например, соединения, включающего трос 526), при одновременном удлинении второго соединения (например, соединения, включающего трос 528). Контроллер турбины может также быть выполнен с возможностью управлять кривизной лопасти 502 турбины путем укорачивания второго соединения (например, соединения, включающего трос 528), при одновременном удлинении первого соединения (например, соединения, включающего трос 526).
Фиг. 6А-6С представляют собой схемы, иллюстрирующие различные виды в поперечном сечении различных частей примерной турбины 680 устройства 100. Как описано более подробно выше, устройство 100 может включать в себя компоненты 400 двигателя. Как описано также более подробно выше, устройство может включать в себя кронштейны 114, 142. Турбина 680 может также включать в себя консоль 652. Консоль 652 может включать в себя участки 654, в которых могут скользить штифты 511, 513 и ствол 653. Например, когда лопасть турбины изменяет кривизну своей формы, штифты 511, 513 могут скользить в направлении сердечника 534 и/или от него. Некоторые другие части турбины, проиллюстрированные на фиг. 6 описываются выше со ссылкой на фиг. 5. Например, части 640, 606, 604, 642 рамы и точки 636, 608, 638 поворота аналогичны частям 540, 506, 504, 542 рамы и точкам 536, 508, 538 поворота соответственно. Планетарная шестерня 671 может быть расположена вблизи сердечника 534. Отверстие 804 предназначается для вставки штифта 511 в консоль. Планетарная шестерня 671 может передавать кинетическую энергию, генерируемую при движении лопастей, в мотор-генератор, который может быть расположен в концевых участках, как описано более подробно выше. Часть турбины 680 может содержать натяжные тросы/ремень, обеспечивающие механическую поддержку и/или жесткость гибкого материала/листа 682 турбины 680. Специалист в данной области техники поймет, что гибкий лист 682 может включать в себя или быть сформированным из широкого разнообразия материалов, которые могут включать в себя различные материалы, от ткани до металлических листов, а также различные другие подходящие материалы. Гайка 607 может быть использована для усиления или ослабления натяжения тросов 611 и/или лопасти (лопастей) 162 и также ремней каркаса. Например, когда расстояние между соединителями 106 и 108 увеличивается, натяжные тросы/ремни и ремни каркаса будут натягиваются. Когда это расстояние уменьшается, ремни каркаса и/или лопасть (лопасти) 162, включающая натяжные тросы/ремни, ослабляются. Натягивание натяжных тросов/ремней может регулироваться по отдельности. Часть 690 турбины 680 может быть подобна другой части 600 турбины 680. Турбина 680 также может включать в себя редуктор 650 для управления. Специалист в данной области техники поймет, что вышеизложенное является всего лишь одним примером достижения характеристик, описанных в данном документе. Альтернативные конфигурации и системы могут быть реализованы без отступления от объема настоящего изобретения. Дополнительная информация о редукторе 650 для управления приводится ниже, среди прочего, со ссылкой на фиг. 7А-7В.
Аналогичные части турбины могут иметь взаимодополняющие аспекты. Например, одна половина рамы 670 турбины (и, следовательно, лопасть 682 турбины) может образовывать выпуклую форму, тогда как другая половина рамы 670 турбины (и, следовательно, лопасть 682 турбины) может образовывать вогнутую форму. Например, одна половина рамы турбины может образовывать первую форму (например, выпуклую форму), когда (i): соединение (например, трос) между А и U укорачивается и/или (ii): соединение (например, трос) между B и V удлиняется; одновременно другая половина рамы турбины может образовывать (взаимодополняющую) вторую форму (например, вогнутую форму), когда (i): соединение (например, трос) между C и V укорачивается и/или (ii): соединение (например, трос) между D и U удлиняется. Таким образом, конфигурация частей 540, 506, 504, 542 рамы и точек 536, 508, 538 поворота, образующих выпуклую форму для одной половины лопасти 682 турбины, может существовать одновременно с конфигурацией частей 640, 606, 604, 642 рамы и точками 636, 608, 638 поворота, образующими вогнутую форму для другой половины лопасти 682 турбины.
Фиг. 7А-7В представляют собой схемы, иллюстрирующие различные виды поперечного сечения различных частей примерных контроллеров лопастей устройства 100. Как описано выше, устройство 100 может включать в себя редуктор 650 для управления. Редуктор 650 для управления может включать в себя согласующий шкив 702. Согласующий шкив 702 может работать в соответствии с одним или более шкивами или трубками 525, 527, 727, 729 для тросов. Однако специалист в данной области техники поймет, что шкивы и/или трубки для тросов не являются единственным механизмом укорачивания и/или удлинения различных соединений устройства. Альтернативные механизмы для укорачивания и/или удлинения соединений существуют и находятся в рамках настоящего изобретения. Согласующий шкив 702 может быть выполнен с возможностью укорачивать одно (или более) соединение (соединения) одновременно с удлинением одного (или более) соединения (соединений). Например, согласующий шкив 702 может быть выполнен с возможностью укорачивать одно или более соединений, включающих трос 528 и/или трос 728, при одновременном удлинении одного или более соединений, включающих трос 526 и/или трос 726. По существу, соединение, включающее трос 528 в направлении B может быть укорочено и/или соединение, включающее трос 728 в направлении D, может быть укорочено. Кроме того, соединение, включающее трос 526 в направлении A, может быть удлинено и/или соединение, включающее трос 726 в направлении C, может быть удлинено. Гайка 705 и шарикоподшипник 707 могут препятствовать отделению центрального сердечника от вала турбины. Вал 402 может иметь подшипник, который рассматривается на крышке, которая закрывает шкив.
Фиг.8 представляет собой схему, иллюстрирующую пример консоли согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Консоль 652 может принимать кинетическую энергию лопасти (например, через штифты 511, 513) и передавать кинетическую энергию на соответствующий вал турбины через вал (валы) 802 планетарной шестерни (планетарных шестерней) узла планетарной шестерни 671. Консоль может иметь пружину (пружины) 651, которая может отталкивать штифты 511, 513 друг от друга, если соединительные тросы 526, 528, 726, 728 позволяют штифтам 511, 513 скользить в пространстве 654 и 653 отдельно друг от друга.
Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую пример упругого элемента-распределителя поворотов согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Когда лист 682 не является гибким и изготавливается из негибких материалов (например, ткани), то для каждой турбины может потребоваться один или более упругих элементов-распределителей 900 поворотов с каждой стороны. Форма упругого элемента-распределителя 900 поворотов может изменяться, когда один или более тросов 526, 528, 726, 728 соединения укорачиваются или удлиняются. Форма упругого элемента может иметь форму буквы «S», если указанные тросы соединения не равны. Форма упругого элемента может быть выполнена, по существу, прямой, когда указанные тросы соединения имеют одинаковую длину. Упругий элемент-распределитель 900 поворотов может иметь кольцо 920 вокруг центрального сердечника 534, а поворотные кольца 904, 906, 908 могут перемещаться вместе с шарнирами 536, 508, 538 соответственно, что может ограничить перемещение шарнира (шарниров) в соответствии с формой упругого элемента-распределителя 900 поворотов. Такая конфигурация может быть установлена сразу после консоли и/или рядом с частями рамы лопасти или в любом другом месте вблизи концов лопасти. Штифт 511 может перемещаться внутри кольца 910.
Предыдущее описание предоставляется, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники практиковать различные аспекты, описанные в данном документе. Различные модификации этих аспектов будут очевидны специалистам в данной области техники, и общие принципы, определенные в данном документе, могут быть применены к другим аспектам. Таким образом, пункты формулы изобретения не предназначены для того, чтобы ограничиваться аспектами, показанными в этом документе, но должны соответствовать полному объему, согласно языку формулы изобретения, причем ссылка на элемент в единственном числе не означает «один и только один», если только специально так не указывается, а означает скорее «один или более». Слово «примерный» используется в данном документе для обозначения «служащий в качестве примера, экземпляра или иллюстрации». Любой аспект, описанный в данном документе как «примерный», необязательно должен толковаться как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими аспектами. Если специально не указано иное, термин «некоторые» относится к одному или более. Комбинации такие как «по меньшей мере один из A, B или C", "по меньшей мере один из A, B и C" и "A, B, C или любая их комбинация" включают в себя любую комбинацию из A, B и/или C и могут включать в себя множество A, множество В, или множество С. В частности, комбинации, такие как «по меньшей мере один из А, В или С», «по меньшей мере один из А, В и С» и «А, В, С или любая их комбинация" могут быть только A, только B только C, A и B, A и C, B и C или A и B и C, где любые такие комбинации могут содержать один или более элементов или элементы A, B или С. Все структурные и функциональные эквиваленты элементов различных аспектов, описанных в данном раскрытии, которые известны или позже станут известными специалистам в данной области техники, явно включены в данный документ посредством ссылки и предназначены быть охваченными формулой изобретения. Более того, ничто, не раскрытое в данном документе, подразумевается быть предназначенным для всеобщего достояния, независимо от того, является ли такое раскрытие явно указанным в пунктах формулы изобретения. Никакой элемент формулы не должен рассматриваться как средство плюс функция, если элемент явно не указывается с использованием фразы «средство для».
Реферат
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Устройство для полета над землей, имеющее динамически адаптируемые лопасти и содержащее каркас, который вращается вокруг оси каркаса, причем вращение каркаса вокруг оси каркаса создает эффект Магнуса, и эффект Магнуса вызывает подъем устройства над землей; множество турбин, расположенных внутри каркаса, при этом каждая турбина выполнена с возможностью вращения вокруг соответствующей оси турбины, отличной от оси каркаса, и каждая турбина содержит лопасть турбины, имеющую адаптируемую форму и содержащую: первое соединение между первым концом турбины и центральным участком турбины; и второе соединение между вторым концом турбины и центральным участком турбины; и контроллер турбины для управления первым соединением и вторым соединением, чтобы изменять адаптируемую форму лопасти от плоской формы до криволинейной формы путем регулирования первого соединения и/или второго соединения. Изобретение направлено на эффективность работы турбины при различных параметрах ветра. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.
