风力涡轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种风力涡轮机，其包括具有旋转轴线的旋转轴、由轴支撑进行旋转运动的多个涡轮机叶片以及从所述旋转轴向外间隔布置并由旋转轴支撑的多个磁铁。叶片通过磁铁向内径向延伸的支架安装到轴上，其中，磁铁的环形速度至少等于叶片的环形速度。涡轮机还包括导电线圈，其位于从磁铁和叶片向外的位置，其中，线圈围绕磁铁和叶片并与磁铁足够靠近，从而磁铁的旋转运动在线圈中产生感应电流。可以以连续的方式、脉冲的方式或混合的方式获得从风力涡轮机提取的电功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及风力涡轮机和用于风力涡轮机的控制系统，具体地，涉及可在相对低的风速下运行而仍然发电的风力涡轮机
技术介绍
传统的风力涡轮机通常当风速等于或大于8mph时才开始运行。这一部分是由于涡轮机叶片的重量，一部分是由于涡轮机叶片轴和发电机之间的齿轮的摩擦。因此，现有的风力涡轮机通常不在风速小于8mph的情况下利用能量。考虑到在美国和其他地方的整体风速谱中小于8mph的风速占了很大的部分，现有的风力涡轮机忽略了很大一部分潜在的能源。传统的风力涡轮机同样相对比较昂贵，不易于安装、维护和运行，并且不容易集成到住宅或小型商业领域的电力系统中。如果风速过大，传统的风力涡轮机可能比较易于损坏。
技术实现思路
本专利技术提供了一种风力涡轮机，其可利用来自低风速的能量来产生电力。此外，该风力涡轮机可利用相对简单和便宜的元件组装，并被构建成使得其是便携的并能被安装到现有结构的顶部。此外，风力涡轮机可被配置为使得当其运行时(即使是在高风速下)噪音显著降低。可选地，该风力涡轮机可利用从风力涡轮机叶片外周之外的风以进一步提高风力涡轮机的效率。在本专利技术的一种形式中，风力涡轮机包括具有旋转轴线的旋转轴、支撑用于围绕轴做旋转运动的多个涡轮机叶片、从所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁以及线圈。叶片通过磁铁向内径向延伸的支架安装到轴上，其中，磁铁的角速度至少为叶片的角速度。此外，线圈位于从磁铁向>外的位置，并且可选地，其位置使得线圈围绕磁铁。在本专利技术的另一种形式中，风力涡轮机包括支架和安装用于相对于支架做旋转运动的多个涡轮机叶片。每个叶片具有在其远端内的近端，每个叶片的远端具有比内部近端更大的宽度。此外，每个叶片具有沿其长度改变的不对称的横截面形状。在本专利技术的又一种形式中，风力涡轮机包括支架和安装用于相对于支架做旋转运动的多个涡轮机叶片。每个叶片具有在其远端内的近端，每个叶片的远端具有比内部近端更大的宽度。此外，每个叶片的攻角沿其长度改变，在其远端具有最大的攻角，而在其近端具有最小的攻角。根据本明的再一种形式，风力涡轮机包括支架和相对于支架旋转安装的多个涡轮机叶片。每个叶片由柔性膜形成。可选地，支架相对侧的叶片连结在一起，从而作用到相对着的叶片的径向力被平衡。此外，叶片可通过弹性部件或弹簧连结在一起，从而叶片可在高风况下移离支架。此外，叶片可被配置为呈现更紧凑的配置，例如折叠或压缩，以降低叶片的表面积，并由此降低风力涡轮机的实度。在本专利技术的另一种形式中，风力涡轮机包括涡轮机轮，其具有多个风力涡轮机叶片，该涡轮机轮安装用于在一平面内旋转，并且至少一个磁铁沿着相对涡轮机轮的旋转平面成一角度的方向从涡轮机轮向外延伸。根据本专利技术的又一形式，风力涡轮机包括具有外部轮缘和多个定子的风力涡轮机轮。定子大体上与轮的外部轮缘的至少一部分对齐，至少一部分定子位于外部轮缘的外部周边径向向内的位置。在任意一种上述涡轮机中，涡轮机叶片可由柔性膜形成。例如，每个叶片可包括具有柔性膜的框架，该柔性膜应用到框架上。合适的框架包括金属框架，例如铝框架、不锈钢框架或类似框架。可选地，框架与膜集成成形。膜可由柔性片材料形成，例如织物(包括尼龙或)，或由聚合物形成，例如塑料。举例来说，膜随后通过焊接、缝线、紧固件或类似物被安装到框架上。可选地，叶片可以由可塑性材料模塑成形，可塑性材料例如塑料，包括玻璃填充尼龙，聚乙烯，碳纤维增强尼龙或举例来说，当模塑时，叶片可与整体框架一起成形。例如，叶片可与外围轮缘和在外部轮缘之间延伸的薄网一起模塑成形，从而轮缘加强了薄网。此外，网可由肋条加强，肋条延伸穿过叶片并且可选地位于轮缘的两个相对侧之间。在这种方式中，可能不需要单独的框架。此外，叶片可用于于降低涡轮机的实度。例如，涡轮机叶片可被配置为当风速增加到预定风速之上时呈现更紧凑的配置。例如，叶片可被配置为在叶片中形成一个开口，该开口随着风速在预定风速之上的增加而增大。在一种形式中，利用分叉膜使涡轮机叶片分叉，响应于风速超出预定风速，膜的一部分固定而其他部分与固定部分分离。在其他方面，风力涡轮机可包括辐条轮，其具有中心轮毂和从轮毂向外延伸的多个辐条，这些辐条又在其外部远端支撑环状环或轮缘。涡轮机叶片随后安装到辐条上。在这种应用中，磁铁可被安装到轮的环状轮缘上。根据另一些方面，磁铁可安装到轮缘上，并从轮缘沿着辐条轮框架的半径延伸，从而磁铁位于与轮相同的同一平面内。在另一形式中，可安装磁铁以使得其沿着与轮的旋转平面成一角度的方向延伸。例如，磁铁可以以相对于轮大体上垂直的方向安装到轮缘上，从而磁铁可绕着轮的旋转轴在水平方向上延伸。在其他方面，一个或多个定子线圈被配置成具有带有通道的U形横截面。此外，磁铁延伸进入通道，从而线圈至少在两侧跨越或环绕磁铁。此外，线圈可被配置为使得线圈的U形横截面的一条腿产生电流，该电流与线圈的的U形横截面的第二条腿中产生的电流累加。在这种方式中，当磁铁通过线圈时，相比于线圈仅位于磁铁的一侧时，磁铁将在线圈中产生双倍电流。在又一方面，一个或多个定子线圈被配置为至少部分地围绕磁铁的圆周路径延伸。可选地，一个或多个线圈可绕着磁铁的整个圆周路径延伸。因此，本专利技术提供了可在低风速下运行的风力涡轮机，例如在低于8mph、6mph、4mph风速下运行，甚至在低于2mph的风速下运行，例如，在大约0.3mph的风速下运行。根据其他方面，本专利技术提供了一种风力涡轮机和控制系统，该控制系统自动地控制风力涡轮机的朝向以及由此产生的电能，控制的方式使得避免损坏风力涡轮机并增加风力涡轮机系统的效率。风力涡轮机系统易于安装在住宅在类似建筑上，并可结合一个或多个传统部件(例如汽车电池)以降低整个系统的成本。根据另一方面，提供了一种利用风力发电的系统。该系统包括风力涡轮机和用于风力涡轮机的控制子系统。风力涡轮机包括适于绕着轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片。风力涡轮机具有电阻抗并且控制子系统具有由控制器控制的可变阻抗。控制器用于通过在低于和高于所述风力涡轮机的所述电阻抗的水平之间改变所述控制子系统的可变阻抗，以脉冲的方式从所述风力涡轮机提取电能。根据另一方面，提供了一种利用风力发电的系统。该系统包括风力涡轮机和控制子系统。风力涡轮机包括适于绕着轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片。当风速小于风速阈值时，控制子系统以大体上连续的方式从风力涡轮机中提取电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.20 US 61/179,968;2009.05.20 US 61/179,903;1.一种风力涡轮机，包括：
安装到旋转部件以绕着旋转轴旋转的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片
和所述旋转部件具有角速度；
从所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁，其角速度至少为所述叶片
的角速度，并且大于所述旋转部件的角速度，所述磁铁的每一个具有两个相对
的主要表面，所述主要表面沿大体上平行于旋转轴的方向延伸；及
导电线圈，所述线圈与所述磁铁中至少一个磁铁的至少一个所述主要表面
足够靠近，从而所述至少一个磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
2.如权利要求1的风力涡轮机，其中，所述线圈跨越所述磁铁，其中，所
述线圈与所述至少一个磁铁的每个所述主要表面足够靠近，并且所述线圈被配
置为使得由所述磁铁的两个所述主要表面在所述线圈中感应的电流是累加的。
3.如权利要求1的风力涡轮机，还包括轮，该轮具有多个辐条和由所述辐
条支撑的环状轮缘，所述磁铁安装在所述轮缘上。
4.如权利要求3的风力涡轮机，其中所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
5.一种风力涡轮机，包括：
安装到旋转部件以绕着旋转轴旋转的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片
具有靠近所述旋转部件的近端和远端；
绕着所述涡轮机叶片的所述远端延伸的环状轮缘，所述叶片的每个所述远
端从所述轮缘脱离；
由所述轮缘支撑的多个磁铁，其中所述磁铁的角速度至少为所述叶片的最
大角速度；及
导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述至
少一个磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
6.如权利要求5的风力涡轮机，还包括具有多个辐条的轮，所述轮包括所
述轮缘，并且所述轮缘由所述辐条支撑。
7.如权利要求6的风力涡轮机，其中所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
8.如权利要求5的风力涡轮机，其中，所述线圈跨越所述至少一个磁铁的
两个相对侧，并且所述线圈被配置为使得所述磁铁的两侧在所述线圈中感应的
电流是累加的。
9.一种风力涡轮机，包括：
轮，包括用于将所述轮围绕旋转轴安装的轮毂、轮缘和将所述轮缘支撑在
所述轮毂上的多个辐条，第一组所述辐条从所述轮毂的第一套间隔连接处延伸
到沿着所述轮缘上的环状路径布置的第二套间隔连接处，第二组辐条从所述轮
毂上的第三套间隔连接处延伸到沿着所述轮缘上的所述环状路径布置的第四套
间隔连接处，所述第一套间隔连接处沿着所述旋转轴与所述第三套间隔连接处
隔开，其中，所述第一组辐条在所述轮毂上与所述第二组辐条偏离；及
安装到所述辐条上的多个风力涡轮机叶片。
10.如权利要求9的风力涡轮机，其中，所述轮支撑多个磁铁以在定子组
件中产生感应电流。
11.如权利要求10的风力涡轮机，其中所述轮缘支撑所述磁铁。
12.如权利要求9的风力涡轮机，其中每个所述涡轮机叶片包括柔性膜。
13.如权利要求12的涡轮机，其中每个所述涡轮机叶片包括框架，所述柔
性膜安装到所述框架上。
14.如权利要求13的涡轮机，其中所述柔性膜包括织物片或聚合物片。
15.如权利要求12的涡轮机，其中，至少一个所述涡轮机叶片被配置为调
整其实度。
16.一种风力涡轮机，包括：
旋转部件，其被安装用于绕着旋转轴做旋转运动；
由所述旋转部件支撑的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片具有叶片根部
和叶片尖端，并在所述叶片尖端具有最大角速度，所述叶片根部靠近所述旋转
部件，并且每个所述叶片具有不同的攻角，所述攻角从所述叶片根部到所述叶
片尖端减小；
从所述旋转部件向外间隔布置并由所述旋转部件支撑的多个磁铁，磁铁的
位置使得所述磁铁的角速度至少为叶片的最大角速度；及
导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述磁
铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
17.如权利要求16的涡轮机，其中，每个所述叶片具有不对称的横截面。
18.如权利要求16的涡轮机，还包括基座，所述旋转部件安装用于绕着所
述基座绕另一旋转轴做旋转运动。
19.一种风力涡轮机，包括：
具有旋转轴的旋转部件；
由所述部件支撑以围绕所述旋转轴做旋转运动的多个风力涡轮机叶片，每
个所述叶片具有迎风面，该迎风面由聚合物片或织物片形成；
从所述旋转部件和所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁；
导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述磁
铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
20.如权利要求19的风力涡轮机，还包括轮，所述轮具有多个辐条和由所
述辐条支撑的环状轮缘，所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
21.如权利要求20的风力涡轮机，其中，所述磁铁安装到所述轮缘上。
22.一种风力涡轮机，包括：
具有旋转轴的旋转部件，所述旋转部件具有多个径向延伸的臂；及
由所述臂支撑的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片通过柔性连接器由所
述臂支撑，其中，响应于风速超出选定的最大风速的风，所述叶片以大体上平
行于所述旋转轴的方向移动。
23.如权利要求22的风力涡轮机，还包括从所述旋转轴向外间隔布置并由
所述旋转轴支撑的多个磁铁，从而所述磁铁的角速度至少为所述叶片的角速度。
24.如权利要求23的风力涡轮机，还包括导电线圈，所述线圈位于所述尖
端或位于从所述叶片的所述尖端向外的位置，所述线圈与所述磁铁中的至少一
个磁铁足够靠近，从而磁铁的旋转运动在所述线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊麦德·马哈维利·PHD，
申请(专利权)人：E网络服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：