[发明专利]径流式或者洋流涡轮机

说明书

本申请要求于2014年4月17日提交的标题为“径流式或者洋流涡轮机(Run-of-the-River or Ocean Current Turbine)”的美国专利申请第14/255，377号的优先权的权益，并且是于2013年6月12日提交的标题为“用于具有差速器的变速器的无级变速运动控制(Infinitely Variable Motion Control(IVMC)for a Transmission with a Differential)”的美国专利申请第13/915，785号的部分接续案和于2013年12月4日提交的标题为“用于发电机、变速器和泵/压缩器的无级变速运动控制(Infinitely Variable Motion Control(IVMC)for Generators，Transmissions，and Pumps/Compressors)”的美国专利申请第14/096，171号的部分接续案，所有这些专利申请都归Kyung Soo Han，其全部内容通过引用的方式并入。

技术领域

本发明的技术领域涉及提供一种具有将可变转速转化为恒定的机械速度转换器并且可用于生成交流电能的高效径流式或者洋流涡轮机，更具体地，涉及一种使用舱口高效收集(利用)流体动能(水能)的涡轮机，该舱口由作为控制和动力输出(PTO)开关的Transgear^TM齿轮组件控制，例如，诸如具有输入、输出和控制的正齿轮Transgear组件。

背景技术

水电能源是一种所谓的可再生能源。参照图1，大约48％或者几乎一半的电能是通过使用煤的蒸汽发电而产生的。天然气提供了大约18％的美国电能，而现在核能经由蒸汽发电提供了大约22％。石油，诸如油，用于产生仅大约1％的美国电能。煤、天然气和石油都是基于碳的并且在燃烧时产生废气，废气的减排成本可能很高，如果不能减排，那么可能是危险的或者至少增加了地球大气中的所谓碳排放量。煤、天然气和石油的供给也是有限的。除非极其谨慎地处理，否则核能发电是危险的，并且废核燃料会对世界构成危害。

因此，未来发电的希望在于所谓的可再生能源，这些可再生能源包括但不限于：空气(风能)、太阳(太阳能)和水(水电)来源。胡佛水坝和田纳西河谷管理局是美国在20世纪初开始的示例性工程。在美国的河流上的这些水坝中的大型水力发电涡轮机现在正被更高效更大容量的涡轮机取代。但是基于水坝的水电力的数量和利用是有限的，而且这些水坝关闭了在通航河流上的商业河运。水坝阻断河流形成湖泊，这可以夺走可以用于栽培食物或者允许养殖动物的宝贵土地资源。另一方面，产生的湖泊提供水控制和划船、钓鱼等娱乐性用途。虽然如此，但仍然需要一种可以节省修建水坝的成本、允许水力发电并且使用河流的固有流动或者洋流、潮汐和波浪的流动的装置。

参照图2，可以看到，所谓的由植物和动物材料(废弃物)生成的所谓生物质能源，虽然占了总可再生能源的5.83％，但却具有与不可再生的碳基体系相似的问题并且可以产生废气。虽然水力发电能源占了次佳可再生能源的3.96％，但是人们认为，可以更有效地利用在美国及其近海岸的河流、潮汐和洋流，而不是通过构建水坝来阻碍水路贸易的流动。

其他可再生能源包括地热、风和太阳能。虽然这些是“清洁”资源，但是迄今为止，它们的发展尚不理想。在大约20年的时间内，只有经能源部门支持的风能从全美国能源的0.55％增长到20％。

参照图3，示出了目前使用的常规风轮机300。在1992年8月20日公开并且转让给美国风能有限公司(Windpower，Inc.)的WO 1992/14298中描述了常规涡轮机的其他细节。变速转子305可以转动齿轮箱312(上方的黑白图)以增加转子和叶片组件305、307、309的转动速度输出。例如，通过在高风速条件下经由节距控制系统307控制转子305的节距并且减少转子叶片噪音，转子305的所谓切入速度(转动速度)可以为大约每分钟6转，并且转子叶片通常可以大约每分钟30转切出。通常，使大型转子叶片以切入速度(转动速度)转动需要超过3m/sec的风速。已经测得，切入速度与切出速度(速率)之间的风频率根据位置、天气模式等而变化。例如，如果布置在丘陵或者山上，可能更可取的是将风轮机定位在山谷的低点处。因此，可以认识到，存在风轮机300根本不具有足够的风速来运转的时间段，这取决于天气条件、布置等。