[发明专利]风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明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

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

在本发明的一种形式中，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。

在本发明的另一种形式中，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。

在本发明的又一种形式中，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。

在本发明的另一种形式中，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。

根据本发明的又一形式，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。