風力渦輪機裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風力渦輪機裝置，包括軸、兩個風力渦輪機和兩件式交流發(fā)電機。渦輪機和交流發(fā)電機安裝在軸上。交流發(fā)電機位于渦輪機之間。交流發(fā)電機包括固定至第一渦輪機的環(huán)形永磁部件和固定至第二渦輪機的環(huán)形電線圈部件，因而當有效風力以垂直于軸的縱向軸線方向吹來時，第一渦輪機和環(huán)形磁體部件將繞軸以第一方向旋轉，第二渦輪機和環(huán)形線圈部件將繞軸以與第一方向相反的第二方向旋轉，從而產(chǎn)生電能。
【專利說明】風力渦輪機裝置
[0001]本申請要求2011年3月17日提交的美國臨時申請61/453，811號的優(yōu)先權利益，該申請的全部內(nèi)容通過引用合并至本文中。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及風力渦輪機，更具體地，涉及用于發(fā)電的風力渦輪機裝置。
【背景技術】
[0003]風車和風力渦輪機長期以來被用于發(fā)電。當今使用的許多風力渦輪機被安裝在高塔頂部，其具有3個長的薄葉片，葉片在垂直平面內(nèi)繞垂直于該平面的水平軸旋轉。葉片尖端高速運動，產(chǎn)生令人不快的噪音。而且，這些單元太大，只能被設置在開闊的空間，通常遠離電力所使用的地方。因此，需要一種較小的、更加緊湊的風力渦輪機裝置，并且該裝置不會因為高速移動的葉片尖端而產(chǎn)生噪音，并且可以設置在幾乎任何地方，特別是擁擠的城市區(qū)域，例如樓頂、電線桿上、燈桿上以及靠近電力要被使用地方的其他既存城市建筑上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種風力渦輪機裝置，包括軸、第一風力渦輪機、第二風力渦輪機和兩件式交流發(fā)電機。風力渦輪機和交流發(fā)電機安裝在軸上。交流發(fā)電機位于兩個渦輪機之間。交流發(fā)電機包括固定至第一渦輪機的環(huán)形磁體部件以及固定至第二渦輪機的環(huán)形線圈部件，因而當有效的風力吹過時，第一渦輪機和環(huán)形磁體部件將繞所述軸以第一方向轉動，第二渦輪機和環(huán)形線圈部件將繞所述軸以與第一方向相反的第二方向轉動，從而產(chǎn)生電能。
I是本發(fā)明的風力渦輪機裝置的立體圖。
2是圖1的風力渦輪機裝置的正視圖。
3是圖2的裝置的正面剖視圖，圖中移除了裝置的前半部分。
4是圖2的裝置的俯視圖。
5是沿圖2的線條5-5的剖視圖。
6是兩件式交流發(fā)電機44的正視圖。
7是圖6的交流發(fā)電機的正面剖視圖，圖中移除了前半部分。
【具體實施方式】
[0012]當給出范圍時，例如5-25，意味著優(yōu)選至少為5，并且單獨且獨立地優(yōu)選不超過25。
[0013]參考圖1及圖2，其顯示了本發(fā)明的風力渦輪機裝置I。該風力渦輪機裝置可被稱為垂直軸風力渦輪機或Savonius式風力渦輪機，即使軸可以垂直、水平或之間的任何位置導向。風力渦輪機裝置I包括第一或上方風力渦輪機2、第二或下方風力渦輪機4、以及位
【專利附圖】

【附圖說明】[0005]圖[0006]圖[0007]圖[0008]圖[0009]圖[0010]圖[0011]圖于上方和下方風力渦輪機之間的兩件式交流發(fā)電機44。兩個渦輪機和交流發(fā)電機安裝在軸40上。上部渦輪機2包括上盤10、中盤12和下盤14。在上盤10和中盤12之間，具有(a)葉片22，其具有外側垂直邊緣42和(b)葉片23，其具有外側垂直邊緣43。相似地，葉片24和25位于中盤12和下盤14之間。相似地，下方渦輪機4具有上盤16、中盤18和下盤20，以及葉片26、27、28、29。如圖5所示，每個葉片由靠近軸40的位置向離軸更遠的位置延伸。如圖1中更清楚地顯示，葉片22和23共同界定出第一基本S形構造，該構造的中心位于軸40上并且延伸穿過軸40 ;葉片24和25共同界定出第二基本S形構造，其基本上垂直于葉片22/23的第一基本S形構造導向。渦輪機4也具有相同的葉片排布。也就說說，無論風從哪個方向吹來，組合的葉片22/23或組合的葉片24/25將能夠捕捉到風并轉動上方渦輪機2，并且組合的葉片26/27或組合的葉片28/29將能夠捕捉到風并轉動下方渦輪機4。
[0014]在相鄰的盤之間，例如盤10和12之間，可以添加I個、2個、3個或更多個額外的葉片(形狀類似于葉片22或23)，因此，例如每隔30°、45。、60。、90。、120。等就有一個葉片(圖1顯示葉片22和23相隔180° )。作為選擇，在每個渦輪機中，可以添加I個、2個、3個等額外的盤，并且在相鄰盤之間具有葉片組。類似于組合的葉片22/23與組合的葉片24/25垂直的方式，相鄰的組合的葉片(被盤隔開)可彼此垂直，或者彼此以0°至90°之間的任何角度排布，例如30°、45°或60°。較不優(yōu)選地，圖2可被重新構造成去除盤10和20以及葉片22、23、28、29。
[0015]任選地，額外的渦輪機(例如渦輪機2或渦輪機4)可以A-B-A-B-A-B等排布方式(A=順時針；B=逆時針)被安裝在相同的細長固定軸(例如軸40)上；如本文所述的交流發(fā)電機44被設置在A渦輪機和B渦輪機之間的每個界面上。
[0016]六個盤10、12、14、16,18,20實質上相同。每個盤扁平中央部分的厚度優(yōu)選為2_50mm,或8-42 mm,或15-35 mm,或20-30 mm,或約25 mm。如圖2和4所示，每個盤在其頂側具有扁平中央部49、在底側具有相應的扁平中央部51、以及上錐形外周部46和下錐形外周部48 ;相應地，每個盤都具有錐形的外周部。從(a)外周部46和中央部49相接的位置(位于邊界線45)到(b)外周部46和48相接的盤外邊緣的橫向或水平距離優(yōu)選為1-13 cm，或2-10 cm,或 2-8 cm,或 2-5 cm,或 3-8 cm,或 3-5 cm,或 4-7 cm,或 5-10 cm。每個盤 10、
12、14、16、18、20的錐形邊緣的錐度(如圖3中所示的中央部49和外周部46之間的角度41)優(yōu)選為2° -14°，或4° -10°，或約6° -V。錐度導致風進入渦輪機時產(chǎn)生文丘里效應，增加其效率。
[0017]葉片22、23、24、25、26、27、28、29基本上相同。如圖5所示，葉片22,23從圍繞軸40的中央橢圓形部分34延伸。如圖5所示，每個葉片(例如葉片22)具有凹面31用于捕捉風，以及凸面33。凹面31的優(yōu)選形狀在美國專利7393177中描述，其全部內(nèi)容通過引用合并至本文中。如圖3所示，在盤的扁平中央部49、51中設有槽，例如槽71、72、73、74，因而葉片22-29的邊緣可被插入到槽中并固定在其中。
[0018]如圖2所示，風力渦輪機裝置I包括固定軸40和集電環(huán)電磁裝置38。如圖3所示，提供軸承61、62、63、64、65、66以便于上方渦輪機和下方渦輪機2、4繞軸40的旋轉。如圖5所示，中央橢圓形部分34具有第一導線管68和第二導線管70，用于電線或導體的通過。優(yōu)選地，中央橢圓形部分34由每個渦輪機的頂部延伸至底部。風力渦輪機裝置可被安裝成使軸40垂直地(見圖2)、水平地或之間的任何位置(例如45°角度)導向。[0019]對于圖6和圖7,兩件式低剖面(low profile)圓環(huán)永磁交流發(fā)電機44包括附接至盤14下表面的上金屬板50和附接至盤16的上表面的下金屬板52。交流發(fā)電機的環(huán)形磁體部件58 (永磁體陣列)附接至上金屬板50，而交流發(fā)電機的環(huán)形線圈部件60 (場線圈或電繞組)通過延伸穿過管狀金屬壓鉚螺母柱56并穿過下金屬板52的安裝螺栓54固定至盤16的上表面。
[0020]絕緣線(或多個絕緣線)將電繞組60連接至集電環(huán)電磁裝置38，從而交流發(fā)電機的電輸出被傳輸至集電環(huán)電磁裝置38。絕緣線優(yōu)選從交流發(fā)電機穿過導電管68和/或70達到集電環(huán)電磁裝置38。電力輸出隨后經(jīng)由電導體和裝置(如需要)傳輸至電網(wǎng)或電力可被使用的其他地點。
[0021]葉片、盤和軸優(yōu)選由鋁、增強樹脂(碳纖維、玻璃纖維、石墨等)、塑料復合物或其他輕質高強度材料制成。
[0022]每個渦輪機的直徑、每個盤的直徑、S形構造的一個邊緣(例如43)到S形構造的另一個邊緣(例如42)的直線距離，優(yōu)選為25-500 cm，或40-350 cm，或60-200 cm，或80-150 cm，或90-120 cm，或約100 cm。每個葉片的高度(從盤到盤)優(yōu)選為35-700 cm,或 50-550 cm,或 60-400 cm,或 70-300 cm,或 80-200 cm,或 90-150 cm,或約 100 cm。(a)S形構造的一個邊緣(例如43)到S形構造的另一個邊緣(例如42)的直線距離與(b) S形構造的高度(從盤到盤)的比率優(yōu)選為5比1，或I比5，或3比1，或I比3，或2比1，或I比2，或1.5比1，或I比1.5，或1.2比1，或I比1.2，或約I。
[0023]本發(fā)明優(yōu)選以常規(guī)方式或本領域已知的方式被安裝至路燈頂部、電線桿頂部、電話線桿頂部、交通燈桿頂部、手機信號塔頂部、天線頂部、水塔頂部、建筑物屋頂、衛(wèi)星接收器或接收塔頂部、或其他高結構物上。
[0024]風力渦輪機裝置I以下述方式運作。如圖1所示，當有效風力從垂直于軸的方向吹來，上方渦輪機2將以順時針方向(當從頂部看)旋轉，而下方渦輪機將以逆時針方向(當從頂部看)旋轉。當上、下方渦輪機以相反方向旋轉時，即對轉時，這將導致交流發(fā)電機的磁體部件58 (固定至上方渦輪機2)以與線圈部件60 (固定至下方渦輪機4)的旋轉方向相反的方向旋轉。如現(xiàn)有技術已知的，這將產(chǎn)生電流或電能或電力，其經(jīng)由現(xiàn)有技術已知的電線或導體被運載至電力網(wǎng)絡、電池、電力存儲裝置，或直接運載至終端用戶。
[0025]雖然已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但要預期到的是可以對本發(fā)明作出修改，并且可以使用某些特征而不使用另外一些特征。所有這些變化形式都被認為在所附權利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種風力渦輪機裝置，包括軸、第一風力渦輪機、第二風力渦輪機和兩件式交流發(fā)電機，所述軸具有縱向軸線，所述第一風力渦輪機、第二風力渦輪機和交流發(fā)電機被安裝在所述軸上，所述交流發(fā)電機位于所述第一風力渦輪機和第二風力渦輪機之間，所述交流發(fā)電機包括(a)固定至第一風力渦輪機的環(huán)形磁體部件，和(b)固定至第二風力渦輪機的環(huán)形線圈部件，因此當有效風力從垂直于所述軸的縱向軸線方向吹來時，(I)第一風力渦輪機和環(huán)形磁體部件將繞所述軸以第一方向旋轉，并且(2)第二風力渦輪機和環(huán)形線圈部件將繞所述軸以與所述第一方向相反的第二方向旋轉，從而生成電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述第一風力渦輪機具有多個葉片，每個葉片由靠近所述軸的位置延伸至離所述軸更遠的位置；所述第二風力渦輪機具有多個葉片，每個葉片由靠近所述軸的位置延伸至離所述軸更遠的位置。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述第一風力渦輪機包括一對葉片，所述一對葉片共同界定出延伸穿過所述縱向軸線的基本S形構造。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述第一渦輪機包括第一盤、第二盤和至少兩個葉片，所述軸延伸穿過每個盤的中心，每個葉片由第一盤延伸至第二盤，并且由靠近所述軸的位置延伸至離所述軸更遠的位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，所述第一渦輪機包括第三盤，所述軸延伸穿過第三盤的中心，所述第二盤位于第一盤和第三盤之間，至少兩個葉片由第二盤延伸至第三盤，并且由靠近所述軸的位置延伸至離所述軸更遠的位置。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，由第一盤延伸至第二盤的兩個葉片界定出第一基本S形構造，由第二盤延伸至第三盤的兩個葉片界定出第二基本S形構造，所述第二基本S形構造基本垂直于第一基本S形構造而導向。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述裝置進一步包括安裝在所述軸上的第三風力渦輪機，所述第二風力渦輪機位于所述第一風力渦輪機和所述第三風力渦輪機之間，第二交流發(fā)電機位于所述第二風力渦輪機和所述第三風力渦輪機之間，所述第二交流發(fā)電機包括固定至所述第二風力渦輪機的第一部件和固定至所述第三風力渦輪機的第二部件，因而當有效風力以垂直于所述軸的縱向軸線的方向吹來時，第三風力渦輪機將繞所述軸以與第一風力渦輪機繞所述軸旋轉的方向相同的方向旋轉。
8.根據(jù)權利要求4所述的裝置，所述第一盤具有錐形的外周部。
9.根據(jù)權利要求4所述的裝置，所述裝置進一步包括第一導線管，所述第一導線管(a)至少由第一盤延伸至第二盤，并且(b)平行于并靠近所述軸延伸。
10.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中S形構造的一個邊緣到S形構造的另一個邊緣的直線距離為20-500 cm。
11.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中從第一盤到第二盤的距離為35-700cm。
12.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中至少一個葉片延伸進入第一盤中的槽和第二盤中的槽。
【文檔編號】F03D3/02GK103608585SQ201280013823
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權日:2011年3月17日
【發(fā)明者】科特蘭·G·米勒, 羅伯特·M·帕拉斯科夫, 哈米德·赫發(fā)孜, 哈米德·R·拉哈伊 申請人:威亞威德有限公司