[发明专利]风力涡轮机

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2009年4月20日提交的美国专利申请序列第12/426,494号的优先权。

技术领域

本发明涉及用于发电的风力涡轮机，所述风力涡轮机包括可转动地安装在横向延伸的中心轴上的涡轮机叶轮，涡轮机叶轮的周界驱动电的发生器(generator of electricity)。

背景技术

风车已经使用了很多代，用于从地面抽水以及用于发电的目的。风车的基本优点在于其使用风的能量以转动具有由风驱动的径向延伸的叶片的轮子。该转动运动被转换成多种有用的目的。例如，安装在塔上的螺旋桨形式的风力涡轮机被放置在盛行稳定的风的地区并且风力涡轮机被用于发电。

传统的风力涡轮机的叶片很大并且用昂贵的刚性材料制成并且构造成具有从中心轮毂径向延伸的叶片，在叶片的外端没有额外支撑。传统的风力涡轮机叶片以高转速转动并且必须经受由叶片的快速绕转产生的离心力和由风施加到叶片上的悬臂弯曲力。由于叶片的外部以很高的速度运动并且与强风交接，所以叶片越大，它们必须越坚固并且它们变得越昂贵。因此，由于用于更大的叶片的更坚固材料的费用，所以叶片的长度和宽度实际是有限的。

另一种类型的风力涡轮机是具有由代替上述传统的风力涡轮机的刚性叶片的布构造成的帆翼(sail wing)的风力涡轮机。例如，美国专利4,330,714，4,350,895，以及4,729,716公开了不使用刚性螺旋桨叶片而是使用捕捉风的帆的风力涡轮机。帆安装在涡轮机的放射状桅上。这些特定的风力涡轮机包括圆形内缘和外缘，涡轮机的帆既被内缘支撑也被外缘支撑。外缘支撑帆的外部，使得施加到帆上的风力可以被外缘在很大程度吸收，因此如果有施加到帆上的悬臂力的话也很小。这允许风力涡轮机的叶片由更轻质的材料、与典型的无叶片涡轮机相比不需要承受较大的应力的材料制成。但是，涡轮机叶轮上的风的相对速度在涡轮机叶轮的叶片的外部附近与在叶片的内部相比更大，并且上述专利没有教导对于改变涡轮机叶轮中的布叶片的节距或扭转(twist)以补偿叶片不同部分上的不同风力载荷的调整。

一些现有技术的风力涡轮机的特征是当风速变化时可以通过装置来调整涡轮机的速度。例如，一些风力涡轮机可以在高风速的期间从直接面对风而转开。其它风力涡轮机可能增大由风力涡轮机驱动的发电机施加的载荷。但是，希望的是，发电机的载荷被保持在希望的水平，并且希望避免在风力涡轮机面对的方向的频率变化。

因此，希望生产和使用包括用于支撑轻质帆翼的外部支撑缘的风力涡轮机，所述外部支撑缘可以采用机翼的大体形状，同时具有形状控制装置以用于调整机翼的形状并且形成适合于风力状况的优选形状。

发明内容

简要的说，本公开阐述了由大气风提供动力并且可以用于产生转动能量的风力涡轮机的特征，所述转动能量被转换成最终产物，例如用来驱动发电机、用来运行磨粉机或用来抽水。最终用户可以按照需要变化，但是风力涡轮机的实际最终用途是通过驱动发电机而产生电。

在系统的一个形式中，风力涡轮机包括绕着横向延伸的中心轴可转动地安装在支撑件上的涡轮机叶轮。多个帆翼组件由涡轮机叶轮承载并且从涡轮机叶轮的中心轴径向延伸。帆翼组件可以包括柔性的帆翼，以便它们可以扭转而改变形状，例如改变帆翼的节距。帆支撑缆线可以基本平行于帆翼的纵轴延伸，定位为与帆翼的相对的侧边缘相邻并且支撑帆翼的相对的侧边缘。

形状控制装置可以被用于调整帆翼的姿势和形状。形状控制装置可以包括连接到帆翼的相对的内端和外端以用于转动帆翼的相对的端部以便选择性地对帆翼给予节距和/或纵向扭转的帆端部支撑件。形状控制装置也可以包括帆展开器杆(sail spreader bar)，所述帆展开器杆间隔地定位在帆翼的相对的端部之间并且沿着支撑缆线间隔地连接，用于调整支撑缆线之间的距离。这样响应于跨越帆翼的风的运动来调整帆翼的跃层(loft)。另一种形状控制装置可以包括从帆端部支撑件延伸到缆线的调整缆线，用于调整帆翼的构型。

帆翼可以用布、玻璃纤维或者其它可以改变形状的轻质柔性材料制成以便改变帆翼的节距。

风力涡轮机的支撑件可以包括直立的塔，涡轮机叶轮绕横向延伸的中心轴可转动地安装在所述塔上。

涡轮机叶轮可以包括外周界边缘结构，所述外周界边缘结构作用成可以用于稳定和支撑帆翼且用于形成圆形转子的支撑轨道，所述圆形转子接合固定的定子，而一起起到发电机的作用。

另外，外周界轨道可以被用于机械地驱动发电机的定位为与周界轨道相邻的转子。