【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中所描述的本专利技术涉及一种用于垂直轴线风力涡轮机的外壳、垂直轴线风力涡轮机及包括外壳及垂直轴线风力涡轮机的设备。例如，以下公开内容自垂直轴线风力涡轮机总成提供更有效的发电。
技术介绍
1、垂直轴线风力涡轮机(vawt)是用于将大气风中的能量转换成电能的已知装置。与更常见水平轴线风力涡轮机(hawt)相比，vawt可更紧凑且因此更不碍眼，使其成为城市及农村地区两者中可再生能源发电的一种更有吸引力选择。vawt对野生动物(诸如鸟类及蝙蝠)的危害也较小，且可有效操作，同时产生比hawt更少的噪声污染。
2、通常，与具有相同尺寸的hawt相比，一定尺寸的vawt在将风能转化成电能方面效率较低。这部分是因为许多hawt能够旋转以面对风向，使得在任何时候，它们的所有叶片经历促进它们转动的风向。然而，归因于垂直轴线，vawt的叶片不可全部经历促进它们转动的风向。事实上，前进叶片将被推动逆着旋转方向。因此，尽管vawt出于多种原因具有优势，但hawt仍是更流行的风力涡轮机形式。
3、一些已知vawt(例如，如在us2006/275105a及us2002/109358a中所描述)试图使用定子叶片或遮光格栅，以更有利地将风引导朝向涡轮机转子叶片。诸如这些的vawt使用弯曲转子叶片，并将进入空气跨这些叶片引导以便在叶片上产生升力。由于气流因叶片下侧的几何形状而弯曲，因此在叶片下方产生高压区域，导致叶片旋转。
4、已知vawt遮光格栅可平行于或接近平行于外来气流及vawt的半径。换言之，遮光格栅可与半径成接近1
5、进一步低效率引入整个涡轮机，无论它们的轴如何，例如通过移动组件之间的摩擦及发电机的磁性元件之间的齿槽效应。许多设计仅简单地接受这样的损失并尝试将其影响最小化和/或在设计的其他地方对其进行补偿。已进行一些尝试(例如在us 009/261597a中)以产生无摩擦转子；此处，通过将转子悬挂在水池上。
6、此外，任何种类的涡轮机通常需要重要结构以便将叶片定位于它们可经历高风速的位置中。大多数情况下，涡轮机整合于支撑结构顶部。支撑结构提供高度且通常位于偏远位置(诸如海上风电场)以便在安装之后最大化涡轮机的效率。接着，尽管涡轮机可更高效，但与安装涡轮机相关联的前期资源、资金、劳动力及时间成本对于希望安装更多可再生能源的私营及公共实体两者而言是一个主要障碍。该成本的主要部分是将涡轮机及发电机提升至风能足以转动涡轮机叶片的位置。这还限制涡轮机可定位的位置，因为需要一个显著的、否则未被占用的地面足迹。
7、鉴于上文，需要具有提高效率的vawt，其保留及改良与此设计相关联的环境污染及野生动物保护优势。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提供一种用于与垂直轴线风力涡轮机一起使用的外壳，该外壳限定垂直轴线且被配置为包围垂直轴线风力涡轮机，该外壳包括：顶部部分；基底部分；及多个遮光格栅，其绕该垂直轴线圆周配置且安置于该顶部部分与该基底部分之间，其中：各遮光格栅包括内边缘及外边缘；各个遮光格栅的该内边缘形成第一圆；各个遮光格栅以角度α配置，其中，α介于约85°与约100°之间；且其中，α是各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的直线与该遮光格栅的该内边缘处的该第一圆的半径之间的角度。
2、对于直遮光格栅，各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的该直线将沿其长度跟随该遮光格栅的形状。对于弯曲遮光格栅，各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的该直线将不沿遮光格栅的整个长度跟随该遮光格栅的形状，如将在下文更详细讨论。
3、遮光格栅以在约85°与约100°之间、例如85°与100°之间成角度是有利的，因为当进入空气自该遮光格栅的该外边缘引导至该内边缘时，它们增加文丘里(venturi)效应。角度α可为(例如)85°、86°、87°、88°、89°、90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°或100°或其间的任何分数角。角度α可替代地(例如)在90°与100°之间，或在90°与95°之间。
4、在该外壳的外圆周处，两个遮光格栅之间的该横截面积大于该外壳的该内圆周处的该横截面积。因此，当空气在这些横截面之间通过时，根据伯努利(bernoulli)效应，空气的压力降低且其速度增加。当vawt定位于该外壳内时，相对于任何给定风速，空气流速增加及该遮光格栅对空气的重新定向促进更快的转子旋转，从而增加该转子的动能，其继而将增加由附接至该转子的发电机回收的能量。
5、相反地，本专利技术使直接施加至该叶片下侧的进入气流的可用力最大化。通过增加该气流的速度及通过转动进入空气以更紧密地与该转子叶片的该运动方向对准来改良施加至叶片的力。已发现，两者可通过在约85°至约100°之间的遮光格栅角α来达成。进入空气必须通过的最小横截面积部分由该遮光格栅的角度判定，因此该外壳通过减少遮光格栅的该内边缘处的横截面积来提高伯努利效应的利用。在任何时候，该转子叶片的行进方向与由其旋转绘制的圆相切。然而，该进入空气垂直于此运动方向。因此，对该进入空气施加比先前达成的更显著的方向变化是有利的。
6、使用以约85°与约100°之间成角度的遮光格栅是进一步有利的，因为它们比以更大角度的遮光格栅提供更大环境屏蔽。自视觉上看，该遮光格栅更佳屏蔽该外壳内的移动转子，从而减少定位于该外壳内的vawt的视觉污染。噪声污染也是如此。野生动物撞击该vawt的转子叶片的可能性还可通过更佳筛选该移动转子来降低；有利于野生动物及vawt的维护两者。最后，归因于增加屏蔽，逆着该转子的后退叶片的旋转方向流动的进入空气量减少。
7、若该遮光格栅以显著低于90°成角度，则该遮光格栅开始侵占可用于该转子叶片旋转的空间。这需要较小转子叶片以较小半径转动，从而降低效率。在约85°处，归因于伯努利效应的空气动力学增益开始由减小叶片尺寸抵消，因此将该遮光格栅的角度设置在约85°以上是有利的。
8、将容易理解，在本专利技术的上下文中，如本文中所使用的″垂直″平行于该vawt绕其旋转的轴线。对于横跨放置该vawt及外壳的平坦表面的水平气流，例如，若该vawt及外壳将放置在地面上则横跨地面的水平气流，则垂直方向垂直于该气流方向。
9、在一些实施例中，α约为90°，例如90°。已发现，90°对于产生上述的增加效率及环境改良是特别有利。特别地，通过将进入气流转动90°，该气流的方向可等于或接近平行于该外壳内vawt的转子叶片运动的切线方向，从而增加该转子叶片的速度及该vawt的效率。
10、在一些实施例中，各个遮光格栅是弯曲的，使得各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于与垂直轴线风力涡轮机一起使用的外壳，该外壳限定垂直轴线且被配置为包围垂直轴线风力涡轮机，该外壳包括：
2.如权利要求1所述的外壳，其中，α约为90°，例如90°。
3.如权利要求1或2所述的外壳，其中，各个遮光格栅是弯曲的，使得各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的该直线为该遮光格栅的弦，且α为该遮光格栅的该弦与该遮光格栅的该内边缘处的该第一圆的该半径之间的角度。
4.如权利要求3所述的外壳，其中，各个遮光格栅的曲率方向反转一次，使得各个遮光格栅为S形。
5.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该多个遮光格栅包括至少6个、至少8个、至少10个或12个遮光格栅。
6.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该多个遮光格栅中的至少一个与该多个遮光格栅中的另一个相同、或类似或基本上相同。
7.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该基底部分被配置为连接至现有结构。
8.如权利要求7所述的外壳，其中，该现有结构包括以下中的至少一个：路边护柱、建筑物的屋顶、及烟囱。
9.如权利要求7或8所
10.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该外壳的外径在约0.5米与约2米之间，例如约1米。
11.一种用于与垂直轴线风力涡轮机一起使用的外壳，该外壳限定垂直轴线且被配置为包围具有第一电转子及第二电转子的垂直轴线风力涡轮机，该外壳包括：
12.如权利要求11所述的外壳，其中，该顶部部分及/或该基底部分具有凸上表面及凸下表面。
13.如权利要求11或12所述的外壳，其中，该第一电定子容纳于该顶部部分内，且其中，该第二电定子容纳于该基底部分内。
14.一种垂直轴线风力涡轮机，其包括：
15.如权利要求14所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第一涡轮机定子具有形成于其中的中央凹部，该中央凹部被配置为接收该主轴的该第一端。
16.如权利要求14或15所述的垂直轴线风力涡轮机，进一步包括：
17.如权利要求14至16中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，进一步包括：
18.如权利要求16或17所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第一电定子包括安置于该主轴的该第一端处或朝向该主轴的该第一端安置的第一磁性元件，其中，该第一磁性元件与该主轴的该第一端磁性相对。
19.如权利要求16至18中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第二电定子包括安置于该主轴的该第二端处或朝向该主轴的该第二端安置的第二磁性元件，其中，该第二磁性元件与该主轴的该第二端磁性相对。
20.如权利要求14至19中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该多个叶片在沿该垂直轴线观察时为V形，可选地，其中，该叶片为萨瓦尼斯叶片。
21.如权利要求14至20中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，进一步包括多个径向臂，其中，该多个叶片中的每一个经由各自的径向臂附接至该主轴。
22.如权利要求14至21中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该多个叶片中的每一个包括上区段及下区段，所述区段相对于该垂直轴线朝向该叶片的垂直中心倾斜，使得当沿该垂直轴线风力涡轮机的半径观察时，各个叶片形成V形。
23.如权利要求17至22中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第一电转子及该第二电转子各自包括多个圆周配置的永久磁体，且其中，该第一电转子的该永久磁体偏离该第二电转子的该永久磁体。
24.如权利要求11至13中任一项所述的外壳或如权利要求14至23中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第一电定子及该第二电定子各自包括圆周配置的线圈，且其中，该第一电定子的该线圈偏离该第二电定子的该线圈。
25.一种设备，其包括如权利要求1至13中任一项所述的外壳及如权利要求14至24中任一项所述的垂直轴线风力涡轮机。
26.如权利要求25所述的设备，其中，该垂直轴线风力涡轮机中的叶片的数目与该外壳中的遮光格栅的数目不同，例如，其中，叶片的数目大于遮光格栅的数目，例如，其中，叶片的数目比遮光格栅的数目大一或二。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于与垂直轴线风力涡轮机一起使用的外壳，该外壳限定垂直轴线且被配置为包围垂直轴线风力涡轮机，该外壳包括：
2.如权利要求1所述的外壳，其中，α约为90°，例如90°。
3.如权利要求1或2所述的外壳，其中，各个遮光格栅是弯曲的，使得各个遮光格栅的该内边缘与该外边缘之间的该直线为该遮光格栅的弦，且α为该遮光格栅的该弦与该遮光格栅的该内边缘处的该第一圆的该半径之间的角度。
4.如权利要求3所述的外壳，其中，各个遮光格栅的曲率方向反转一次，使得各个遮光格栅为s形。
5.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该多个遮光格栅包括至少6个、至少8个、至少10个或12个遮光格栅。
6.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该多个遮光格栅中的至少一个与该多个遮光格栅中的另一个相同、或类似或基本上相同。
7.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该基底部分被配置为连接至现有结构。
8.如权利要求7所述的外壳，其中，该现有结构包括以下中的至少一个：路边护柱、建筑物的屋顶、及烟囱。
9.如权利要求7或8所述的外壳，其中，该基底部分包括至少一个狭槽。
10.如任一前述权利要求所述的外壳，其中，该外壳的外径在约0.5米与约2米之间，例如约1米。
11.一种用于与垂直轴线风力涡轮机一起使用的外壳，该外壳限定垂直轴线且被配置为包围具有第一电转子及第二电转子的垂直轴线风力涡轮机，该外壳包括：
12.如权利要求11所述的外壳，其中，该顶部部分及/或该基底部分具有凸上表面及凸下表面。
13.如权利要求11或12所述的外壳，其中，该第一电定子容纳于该顶部部分内，且其中，该第二电定子容纳于该基底部分内。
14.一种垂直轴线风力涡轮机，其包括：
15.如权利要求14所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，该第一涡轮机定子具有形成于其中的中央凹部，该中央凹部被配置为接收该主轴的该第一端。
16.如权利要求14或15所述的垂直轴线风力涡轮机，进一...
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