專利名稱：垂直軸風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明與風力發(fā)電機有關，特別適用于使用特殊的風槳葉片 設計，以增大葉片在單向風、多向風、垂直風，或颶風等條件下轉速的低阻 力、垂直軸風力發(fā)電機。
冊M
近年來，隨著全球人口的不斷增加，對加熱、照明、運輸、制造行業(yè)的 燃油及電力的需求不斷增大，同時由于汽油及其它礦物燃料的供給和價格不 斷波動，以及全球廣泛的技術開發(fā)，導致了對各種形式的能源的需求急劇增 加。盡管水電建設和礦物燃料的開發(fā)都增長迅猛，但是這些努力仍然無法滿 足不斷增加的人口的需要。首先，石油和天然氣之類的化石燃料成本不斷增 高，而且其儲量有限。其次，人們曾經(jīng)期望將核能作為能源危機的解決方案， 但基于環(huán)境和安全考慮，這一方案已被放緩。
根據(jù)多個領域的能源需求和研究結果，風能再次成為研究的焦點，因為 這種能源適用于世界上每一個國家，且沒有數(shù)量的限制。使用風力發(fā)電機或 其它設備可以把風的動能轉換為現(xiàn)代技術可以使用的能量形式。在傳統(tǒng)礦物 燃料能源成本和價格上漲的趨勢下，將風能轉換為電能，在家庭和工廠中的 使用變得更為普遍。風力發(fā)電不會產(chǎn)生環(huán)境污染或其它有害化學物質，這是 人們選擇風力發(fā)電的另一個優(yōu)勢所在。把風能轉換為實際使用的能源形式的方法之一是使用風力發(fā)電機。傳統(tǒng)
的風力發(fā)電機，歷史上也叫做風車，都是水平軸風力發(fā)電機(HAWTs),葉片固定在一個水平的支撐軸上。當風吹動葉片時，水平軸旋轉，該旋轉將被轉換為電能。 一般來說，水平軸圍繞著在一個水平面內的軸轉動(因此叫做"水平軸風力發(fā)電機")，這樣軸和葉片隨主風向旋轉。當風向變化時，軸和葉片的方向也隨之改變。HAWT的一個缺點是來自支撐軸的摩擦產(chǎn)生的無用功。HAWT發(fā)電機使用軸承轉動，該軸承會磨損并需要替換。HAWT發(fā)電機的另 一個缺點是只有來自 一個主力風向的風能產(chǎn)生能量，這樣HAWT的效率不高，葉片或齒輪也可能由于受到扭矩在多向風或紊流風中損壞。HAWT風力發(fā)電機的再一個缺點是，如果風速太低，不能克服HAWT轉子和軸承的慣性時，它不會自己旋轉或需要使用外界助力才能開始旋轉。
風力發(fā)電機技術的最新研究開始關注垂直軸風力發(fā)電機(VAWT),葉片安裝在垂直支撐的軸上。由于它是垂直旋轉，VAWT不需要與風吹來的方向一致。以前的VAWT包括風推動的阻力型設計和通過葉片實現(xiàn)的提升型設計。由于葉片形狀和齒輪結構的設計問題，導致以前的設計在旋轉過程中產(chǎn)生的阻力會降低效率。
在開發(fā)使用垂直軸風車/風力發(fā)電機發(fā)電上已經(jīng)有很多嘗試。比如，1880年4月6日公告的第USP226, 357號美國專利，描述了阻力型垂直軸風車設計。該專利闡述了安裝在支撐結構上的平"扇葉"的風車設計來捕獲風并使該支撐結構旋轉。當扇葉圍繞垂直軸旋轉時，它們朝順風方向旋轉，為抓取風提供較大的空間；朝逆風方向，提供的空間更小，從而產(chǎn)生阻力。本設計的一個缺點是該水平風扇在空氣動力學設計上并不是十分合理，因此，其運行粗糙而且緩慢，同時扇葉受離心力而脫離原來的位置。扇葉只能在旋轉過程中提供間歇性動力。此外，在扇葉最外端垂直結構桿阻止空氣流動，使轉子的速度不可能比風速更快，因而會對整個系統(tǒng)起到阻礙作用。
另一個VAWT設計的專利是1936年4月21日公告的第USP2，038,467號美國專利。它描述了垂直軸阻力型風車設計，使用平的"葉片"安裝在旋轉的支架上。兩片扇葉在垂直軸上平衡，并在高阻力順風位置和低阻力逆風位置之間旋轉170度。風車在每一次旋轉中出現(xiàn)180度的阻力旋轉，但順風葉片和逆風葉片之間的沖突卻降低了整個系統(tǒng)的有效性。因此，動力的有效傳遞范圍小于180度。
另一個以前的VAWT嘗試使用提升型設計。比如1983年5月17日公告的第USP4,383，801號美國專利，描述了提升型VAWT設計，包括垂直安裝在旋轉基座上的葉片。當葉片捕獲到風并驅動支架時，它們圍繞垂直軸旋轉。一個風力-葉片控制的螺距根據(jù)風向連續(xù)調整螺旋槳的方向。該裝置通過控制螺距法蘭的葉片和位置來探測風向。該專利的一個缺點是，螺旋槳的定位僅在上風和下風位置有效，在兩種情況中使用側風提升力。
提升型VAWT的另 一個例子是2004年2月10日公告的第USP6，688,842號美國專利。在本專利中，VAWT帶"自由移動"的風槳，該風槳根據(jù)其受到的動力條件自動定位，并創(chuàng)建平衡的條件，使得該"引擎"更有效。更特別的是，該專利描述了一種垂直軸風力發(fā)電機，轉子安裝在基座上圍繞垂直軸旋轉。 一個或多個螺旋槳安裝在轉子上，這樣它就可以在預先設定的笫一和第二軸向轉動范圍內自由地轉動(比如，預設停止控制裝置)。當其圍
繞垂直軸旋轉時，該設計使螺旋槳在圍繞垂直軸轉動時能根據(jù)風的情況而相應排列，在低速情況下，結合提升和阻力特性，把風能轉換更多地轉化為可
使用的能量；而當轉子速度接近或超過實際風速時，則轉換為提升狀態(tài)。風力和電樞的限制確定了螺旋槳的位置。螺旋槳在大約90度的范圍內自由旋轉，并通過停止機構來停止。移動的范圍從沿著安裝臂(與垂直軸徑向對齊)到垂直位置(與垂直軸切線對齊)。
以前的設計允許每一臺螺旋槳設定自己的瞬時角，并根據(jù)外部的相對風速、風向轉變等情況以及風力發(fā)電機的情況調節(jié)，"不帶任何外部調節(jié)部件、風槳葉片、離心控制器或其它控制設備"。每個螺旋槳應根據(jù)實際的轉子速度、紊流、實際相對風速以及其它影響因素而獨立調節(jié)。本設計的一個缺點是其效率有限，因為螺旋槳僅旋轉卯度角(而不是360度)，且受到停止部件的限制。
以前所有VAWT設計中的一個缺陷與HAWT中的缺陷類似，即軸承必須承受很大的重量以支持VAWT垂直旋轉的零部件。除零部件之間摩擦導致的能量損失外，還需定期替換軸承。
盡管存在上述情況，近年來，面對已經(jīng)年久失修的發(fā)電設施和電力傳輸線路，電網(wǎng)變得不穩(wěn)定，并易于出現(xiàn)斷電的情況，人們想到利用各種"分散發(fā)電"的方式來取代以前集中的商業(yè)電網(wǎng).為減輕消費者能源成本增加的風險，消費者更普遍地使用能安裝在小型公司里甚至私有建筑物中、空地上或院壩中的式發(fā)電設備來發(fā)電。在遠程地點使用可再生能源產(chǎn)生電能供當?shù)厥褂檬鞘殖Ｒ姷?，在其它地方使用電網(wǎng)，電力系統(tǒng)提供"電網(wǎng)計量".電網(wǎng)計量設備允許共同產(chǎn)生電能，這樣該設備和終端用戶都能發(fā)電。由于雙向電能計量表精確地記錄雙向的電流情況，電網(wǎng)計量不但能夠最大化利用分散發(fā)電的價值，而且客戶無需承擔更多費用，換句話說，當消費者使用的電能
大于自己產(chǎn)生的電能時，電表向前走；當消費者產(chǎn)生的電能大于自己消費的電能時，電表往后退。
因此，隨著共同發(fā)電帶來的利益的增加，需要更好、更有效的再生能源發(fā)電設備。改進的VAWT就是這樣的設備之一，能充分利用從360度的方向吹來的風來圍繞垂直軸旋轉。我們希望，VAWT也能利用垂直風和飚風發(fā)電。VAWT能夠將摩擦損失產(chǎn)生的無用功降到最小。另一個優(yōu)點是，VAWT的材料具有很高的強度和耐用性，且生產(chǎn)成本低廉，很適合個體家庭使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明中闡述的是提升型和阻力型垂直軸風力發(fā)電機的各種優(yōu)點，垂直軸和葉片安裝在此發(fā)動機上，通過磁懸浮的方式工作，從而減少系統(tǒng)的內摩擦。不論風向如何，葉片的形狀都能使系統(tǒng)的效率最大化。特別需要注意的是，葉片圍繞垂直軸形成的三維形狀類似船帆；本文也將葉片稱作帆。這些帆能在任何風力條件下通過360度旋轉獲得風力。該系統(tǒng)附帶使用可變電阻線圈的軸流交流發(fā)電機，可以根據(jù)風力條件和需要的電能要求選擇性開閉。在高風速或因維護需要制動發(fā)電機時，該線團可用于產(chǎn)生系統(tǒng)上的制動阻力。該系統(tǒng)可以通過編程的方式來確定產(chǎn)生的電能是傳輸?shù)焦搽娋W(wǎng)或存儲在本地的充電電池中。最后，該系統(tǒng)可通過程序控制來報告系統(tǒng)的使用情況，比如產(chǎn)生的電能、使用的電能和傳送到電網(wǎng)或存儲在電池中的電能。同樣地，該系統(tǒng)可以向個人或相關部門報告斷電情況。
本文描述的發(fā)電機系統(tǒng)體積小、重量輕，便于安裝在平的或尖的屋頂上。該垂直軸風力發(fā)電機能很好地適應室外的各種氣候條件。最重要的是，該發(fā)明能夠有效地同時利用來自各個方向的風，包括從上往下的風。由于當前發(fā)明能使用來自各個方向的風，所以它能夠在低風速的情況下發(fā)電。由于風力發(fā)電機使用了磁懸浮，所以在運行時很安靜，由于轉動軸承無需支撐葉片的重量，軸承幾乎無需更換。磁懸浮產(chǎn)生的阻力很小，因此可以提高效率。帆的曲面形狀也能提高效率。
本發(fā)明的一個目的是提供一種新的、改進的風力發(fā)電機設計。本發(fā)明的另一個目的是提供一種風力發(fā)電機設計，其材料和生產(chǎn)成本很
低，因此其銷售價格較低，對于廣大消費者來說，更容易以較低的成本產(chǎn)生電力。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種風力發(fā)電機設計，該設計使用的材料具有極高的強度，很好的耐用性和很低的重量。本發(fā)明的槳葉由輕型、堅固的復合材料或輕型、堅固的金屬材料制成，甚至在颶風時也能保持結構完好無損。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種風力發(fā)電機設計，使風槳實現(xiàn)磁懸浮，在轉子和基座之間不需要使用軸承。它能夠明顯減少因重力和摩擦產(chǎn)生的阻力。
本發(fā)明的另 一個目的是提供一種風力發(fā)電機設計，能夠利用來自各個方向的風。與平面的槳相比，這種曲面的槳能夠在較大區(qū)域捕捉到風(它是一種阻力驅動式組件)，就像大海上的船帆一樣。它能夠保護設備免受諸如暴風雪中的反向風或紊流的破壞。由于本發(fā)明獨特的曲面槳設計，本發(fā)明能夠利用來自上方的風能，這是其它設備不能實現(xiàn)的，它意味著本風力發(fā)電機能在雷暴或颶風天氣下工作，或者在連續(xù)或間斷存在紊亂氣流的高層建筑物頂端工作。在氣流紊亂的條件下，此前所有設計的風力發(fā)電機通過縮減或"減薄"的方式來防止該風力發(fā)電機的葉片受到損壞。但本發(fā)明不會有這種問題。
本發(fā)明的另一個目的是，當葉片旋轉與風向相反時，風力發(fā)電機的葉片在某些旋轉點能升起來以提高風力發(fā)電機的效率。就像航行的船舶上的彎曲的帆一樣，其允許風力發(fā)電機以"捕捉風"的形式提升。它不僅增加風力發(fā)電機的效率，而且保護設備不受到逆風或紊亂氣流的損害。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種風力發(fā)電機設計，它有一種優(yōu)雅的外觀，能夠給人以視覺上的美感，就像一種"風的藝術品"。附困說明


圖1為本發(fā)明磁浮垂直軸風力發(fā)電機的側視圖。圖2為本發(fā)明磁浮垂直軸風力發(fā)電機的分解圖。圖3為本發(fā)明中磁浮垂直軸風力發(fā)電機的俯視圖。圖4為本發(fā)明磁浮垂直軸風力發(fā)電機的剖視圖。圖5為本發(fā)明磁浮垂直軸風力發(fā)電機的主視圖。圖6為風力發(fā)電機控制器功能說明流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明具體實施方式
進行說明。
在本發(fā)明的介紹中，用一些數(shù)字來代表零件。為簡化說明，該設備的一些項目被忽略掉。但是，本領域人士知道需要使用一些常規(guī)設備。
圖l和2顯示的是本發(fā)明的磁浮垂直軸風力發(fā)電機10。圖中明確指出了一個圓形基座12，在這個基座上的外周有一個垂直的邊緣14，在基座中心有一個中心軸. 一根中心桿18固定在中心軸16上，并從基座12軸向延伸。垂直邊緣14上的基座12上的外緣上有多個磁性變壓器20。與其同心的軸22有一個沿長度方向的一端24、和另一端26，軸槽28安裝在中心桿18上。軸22相對于桿18和基座12作軸向轉動。中心軸承19位于桿18或軸22上，便于相對旋轉和確保軸22和桿18對齊。在一種推薦結構中，軸22被分為多個部分(在圖片2中，被分為4個部分)；使用多個軸承19來調節(jié)軸22的高度。頂蓋21放置在頂部中心軸承19上。
安裝在軸22上的是一個圓形轉子或蓋子30，它的外延表面31在垂直邊緣32的外周長上終止。轉子30的外周長邊緣32是大量的磁鐵34。轉子30安裝在軸22上，并與基座12同心，因此軸30的外周長邊緣32與基座12的外周長邊緣14鄰近，這樣磁鐵34能與變壓器20在同一個平面對齊。在一種推薦的結構中，60個磁性變壓器20安裝在基座20上，60塊磁鐵34安裝在轉子30上。中心桿18是固定的，與基座12保持固定不動，除為軸22和轉子30提供支撐以外，它還用于對齊基座12和轉子30以及鄰近的變壓器20和磁鐵34。
第一塊懸浮磁鐵36安裝在基座12上，第二塊懸浮磁鐵38安裝在軸30上。當轉子30和基座12軸向對齊時，磁鐵36和磁鐵38接近。業(yè)內人士都知道磁鐵36和磁鐵38的都是有極性的，當它們按照上述方法安裝時，會相互排斥，在這種情況下，轉子30會"懸浮"在中心桿18的基座12上。懸浮磁鐵36和38使轉子30和葉片42或該裝置的風力發(fā)電機部分通過磁力方式離開基座12，實現(xiàn)轉子30相對于基座12的無摩擦旋轉以消除軸承之間的摩擦，因此，風力發(fā)電機10的效率增加，因為只需要更少的能量來克服轉子30和基座12之間的阻力。在推薦結構中，當磁鐵36和38的任何形式放置在對應基座12和轉子30上時，每一塊磁鐵36和38為環(huán)形，并按照基座12和轉子30確定的凹坑40處排列。
多個的三角形葉片42安裝在軸22上。每一個葉片42由內刃44、外刃46和下刃48構成。根據(jù)圖3中的更詳細的闡述，外刃46沿內刃44軸向彎曲并構成葉片42的內表面50和外表面52。在一種推薦結構中，內刃44是直線而外刃46和下刃48為曲線性時，它們就構成船帆的形狀，在所有情況下，葉片42的內刃44安裝在軸22的軸向槽28上，這樣下刃48鄰近轉子 30的表面33,下刃48的末端終止在轉子30的鄰近垂直邊緣32。葉片42在 轉子30頂部的徑向方向與軸22等間距分布。在一種推薦結構中，使用8扇 葉片42。
圖4顯示的是磁浮垂直軸風力發(fā)電機10的基座12和轉子30的截面圖。 圖中特別顯示了磁性變壓器20安裝在基座12上，磁鐵34安裝在轉子30上。 在本結構中，基座12的邊緣14位于轉子30的邊緣32的內側，這樣可以防 止變壓器20和磁鐵34的暴露在外。此外，中心桿18固定在基座12上面的 軸16上。在基座12和轉子30上各有一個凹坑40。凹坑40面對面地軸向定 位，用于容納相應的懸浮磁鐵36和38。圖中也顯示出軸22的一部份(不帶 葉片42)固定在轉子12上。
下面介紹本發(fā)明中風力發(fā)電機的部件，即"風槳"，也被稱為葉片42， 本發(fā)明精心設計了該葉片的形狀和位置，以改進旋轉扭矩、提高效率。這是 一個業(yè)內熟悉的5步法風槳技術
1. 逆風升起階段。根據(jù)風和轉子速度的具體情況，它在逆風位置開始，大約 旋轉60度。
2. 順風阻力階段。它在順風大約60度的位置開始，并旋轉至120度位置。
3. 過渡階段。在大約120度的位置，螺旋槳沿著其方向旋轉大約90度，根 據(jù)慣量守恒法則，其旋轉能量轉換為轉子推力。
4. 下風升起階段。在側風過渡階段，螺旋槳掃過該系統(tǒng)的下風向。5.逆風階段。螺旋槳回到逆風狀態(tài)，此位置產(chǎn)生的阻力最小。
在本發(fā)明中，電能在上述5個階段中的4個階段中產(chǎn)生，詳細說明如下 垂直軸風力發(fā)電機10安裝在屋頂。在一年當中當風從不同角度吹向屋頂 和建筑物時，風產(chǎn)生的氣流將來自不同的方向，有時是同時吹來的。比如， 如果風來自屋頂?shù)牧硪粋€方向，風產(chǎn)生的力量直接吹動發(fā)電機10,此外還有 吹到屋頂其它物體上改變了方向的風。屋頂上的物體包括屋頂煙道、電視衛(wèi) 星接收器、煙囪和其它更高的屋頂。此外，紊亂的氣流可能返回屋頂并從上 方吹動發(fā)電機。在這些情況下，大多數(shù)以前設計安裝的VAWT是無效的。但 是，本發(fā)明中垂直軸風力發(fā)電機10的葉片42可以使風從所有方向同時推動 發(fā)電機，使風力發(fā)電機10旋轉更快。
如以上所述，每一扇葉片42都類似船的帆，用于"捕捉風"。風力發(fā)電 機IO的整體視覺效果應類似"螺絲鉆"或"螺旋槳"。
如果風從單個方向吹動風力發(fā)電機IO，葉片42的曲面形狀允許風力發(fā) 電機從葉片42旋轉280度范圍內捕獲風。特別值得一提的是，在大約20度 的范圍，葉片42轉舵(不朝向風或捕獲風)-與帆船的帆類似。在接下來的 IOO度范圍內，葉片42通過其彎曲形狀形成提升，與帆船上的"捕獲風"類 似。在另一個40度的范圍內，風力發(fā)電機10的葉片42朝與風向相反的方向 移動，形成"阻力"。在最后20度范圍內，葉片42再次位于轉舵位置。
當風吹動風力發(fā)電機IO的所有葉片42時， 一些葉片通過180度旋轉受 到"推"的信號，其它葉片42在20度轉舵的范圍內收到風，同時一些葉片42在100度提升范圍內受力，剩余的葉片42通過剩余40度的轉舵范圍接收 風的力量。因此，電能在上述5個階段中的4個階段產(chǎn)生。此外，基于發(fā)電 機10中使用的多種葉片42，同一葉片42的阻力和轉舵可由其它葉片42在 同一時刻抵消。
值得注意的是，一邊推動和另一邊提升的聯(lián)合效應使風力發(fā)電機10的旋 轉比來自任何一個方向的風速還要快。特別是當風來自多個方向的情況下， 比如，颶風時風會同時來自多個方向，或從風機上面徑直吹下來，所有葉片 42在整個旋轉過程中會實現(xiàn)比阻力更多的提升，當風從多個方向吹動發(fā)電機 時，風力發(fā)電機旋轉更快；當風從上往下吹時，發(fā)電機的旋轉速度最快。因 此，葉片42的旋轉速度會比風更快。
關于發(fā)電，磁性變壓器20和磁鐵34是發(fā)電機10軸流交流變壓器的主要 部件。在推薦的結構中，磁性變壓器20為有芯線團或無芯線圈，磁鐵34為 被動磁鐵。業(yè)內人員知道"軸向通量"表示一種交流發(fā)電機，安裝在與軸線 平行的圓盤上，能在轉速很低的情況下產(chǎn)生電流。當磁鐵34旋轉通過變壓器 時，磁性變壓器20能產(chǎn)生電流。在所有情況下，本發(fā)明中使用的軸流交流發(fā) 電機均用于產(chǎn)生電流。磁性變壓器20是軸流交流發(fā)電機電路的一部份.此外， 如圖4所示，基座12的邊緣14位于轉子30的邊緣32的里側，邊緣14和 30的相對位置可以調換，或額外的緣14可以裝上額外的變壓器20， 一起安 裝在邊緣32和磁鐵34的外側，以使電機10產(chǎn)生的電能最大化。
本發(fā)明一種推薦的結構可以包括60塊磁鐵34和60個磁性變壓器20，而另一種推薦結構中，發(fā)電機IO可以包括100-300塊磁鐵，穿過100-400 個磁性變壓器20或線團，通過感應方式產(chǎn)生電流。比如，電流的周期可以為 100-7500赫茲。此時，電流首先轉換為交流電，在其傳輸給用電器(未顯 示)、電能存儲系統(tǒng)比如電池系統(tǒng)(未顯示)或連接到當?shù)仉娏υO施的商業(yè)電 網(wǎng)(未顯示)時，再轉換為60赫茲交流電。
發(fā)電機10的一個創(chuàng)新特征是可以選擇性激活或接觸磁性變壓器20來控 制旋轉阻力。以前設計的VAWT的一個缺點是它們很難啟動，比如產(chǎn)生足 夠的力矩來克服轉軸上因摩擦產(chǎn)生的阻力。在以前的VAWT設計中，使用一 個電機來啟動以達到葉片的最低旋轉速度。由于本發(fā)明采用了磁懸浮系統(tǒng)， 很多摩擦阻力或啟動阻力已經(jīng)去除。然而，發(fā)電機10也有磁性變壓器20或 可變電阻無芯線團，可以通過計算機(未顯示)開閉調節(jié)在轉子30上的阻力。 這些磁性變壓器20在開啟前不會在系統(tǒng)上產(chǎn)生電能或阻力。它意味著風力發(fā) 電機10上的阻力可以根據(jù)旋轉速度來調節(jié)。速度越快，則有更多磁性變壓器 20開啟。發(fā)電機10有幾百個磁性變壓器22，它們可以開啟或關閉這些磁性 變壓器來達到需要的阻力。此時，磁性變壓器22能降低高風速下的風力發(fā)電 機10的轉速，但是當風很輕且強度不大時，卻不會阻止轉動。
發(fā)電機IO的一個控制器(未顯示)用以確定有多少個磁性變壓器20應 該在何時被激活。另一個優(yōu)點是，有一部分磁性變壓器20始終處于激活狀態(tài)。 發(fā)電機10包括一個傳感器(未顯示)，它能確定風力發(fā)電機10的旋轉速度。 該控制器比較發(fā)電機10的旋轉速度和激活磁性變壓器20產(chǎn)生的電能。 一旦控制器確定發(fā)電機10的速度比產(chǎn)生電能的最佳速度(轉/分鐘)范圍還要快， 則控制器應開啟其它的磁性變壓器20。另一方面，如果發(fā)電機10的旋轉速 度減慢，控制器可關閉一些磁性變壓器來增加旋轉速度。
磁性變壓器20上的接線包括四種不同的方式。所有磁性變壓器20都是 根據(jù)這四種中的一種來接線的。這些接法根據(jù)波峰/波谷平衡效應以避免阻礙 產(chǎn)生電能。該接法是北-北-南通道-南-南北通道。磁鐵排列方向是所 有通過磁鐵的線團(變壓器)應統(tǒng)一名稱并連接在一起。它表示屬于"北" 向的變壓器20將同時穿過北極，也同時離開北極。連接基座12的線團(不 旋轉，保持靜止狀態(tài))為無芯線圏，因為它們在連接上負栽后，能夠提供磁 性負栽。
旋轉磁鐵34和靜止線團20之間的相互作用產(chǎn)生電流。來自每一種接線模式 的高頻電流流入整流器，轉換為直流電(DC)。
最后，對該控制器進行編程用于確定發(fā)電機IO產(chǎn)生的電能是傳送到公共 電網(wǎng)還是就地存儲，比如存儲在充電電池中。本發(fā)明更獨特的是，可以對控 制器進行編程，以使其能夠進入或接收共同發(fā)電、電源成本相關的外部數(shù)據(jù) 和公共電網(wǎng)接收來自發(fā)電機10產(chǎn)生的電能的可行性數(shù)據(jù)。 一旦控制器分析了 這些數(shù)據(jù)，它可以決定發(fā)出的電送到哪里。在圖6的例子中，如果控制器計 算出往公共電網(wǎng)送電不劃算，則控制器則直接將電送往電能存儲器。另外一 個例子是，不需要公共電網(wǎng)連接或無需把共同發(fā)電的電能送到當?shù)仉娋W(wǎng)。同 樣，控制器應評估本地存儲系統(tǒng)的狀態(tài)，比如大容量的不間斷電源(UPS)和維護本地數(shù)據(jù)庫。該控制器應確定一些送往本地設施電網(wǎng)， 一些送往本地
存儲系統(tǒng)中.比如，如果本地存儲系統(tǒng)是可充電電池或UPS，控制器可通過 傳感器確定電池系統(tǒng)是否需要充電至100%的容量或采取適當?shù)拇胧┰俅纬?br> 電到該水平。本地數(shù)據(jù)包括歷史數(shù)據(jù)庫電池效率。同樣地，控制器應監(jiān)控本 地能源使用和維護歷史能源使用的數(shù)據(jù)，在高鋒時期提供更多能源，在低谷 使其提供較少的能源。如果本地電網(wǎng)系統(tǒng)不正常，該控制器應生成報告或"報 警"。它對于保護風力發(fā)電機(用于發(fā)電)、電工以及發(fā)電設施維護人員也是 十分重要的。它能夠幫助定位或發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)哪里出了問題，如下面所迷。
如果本地電池系統(tǒng)完全充滿，控制器應通過能源市場的價格評估產(chǎn)生電 能的價值，就價格與其它連接的存儲設備的效率進行比較，控制器確定返回 的電量，把電送往一個或多個特定的存儲設備中。
最后，對控制器進行編程，報告系統(tǒng)使用的情況，比如產(chǎn)生的電量、使 用的電量和送往電網(wǎng)或存儲的電量。同樣，該系統(tǒng)應向個人和機構報告斷電
情況?？刂破鲬褂闷胀娫捑€、WLAN、 WIFI或移動電話獲取外部數(shù)據(jù)， 并報告使用和斷電情況。通常情況下， 一份使用報告應包括下列信息風速 (如果配備外部風速計)、產(chǎn)生的電能數(shù)量、使用的電能數(shù)量和送往本地電網(wǎng) 的電能數(shù)量。
當電表關閉或安全切斷電網(wǎng)開關時，也會發(fā)出停電報告。生成的報告或 信號將發(fā)送到斷電報告中心，以通知發(fā)生斷電，并確認該裝置不再向該電網(wǎng) 傳輸電能。然后信號或報告應傳到本地設施，并形成斷電"記錄"或繪制圖形報告該裝置的斷電情況，然后系統(tǒng)停止報告。
可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術方 案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā) 明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1. 一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于，包括如下組成部分a. 基座，包括一個垂直軸和安裝在其上的第一塊磁鐵；b. 轉子，包括一個垂直軸以及安裝在其上的第二塊磁鐵；c. 多個葉片，安裝在上述轉子上；d. 上述轉子靠近上述基座，這樣上述基座的第一塊磁鐵靠近上述轉子的第二塊磁鐵，使上述轉子圍繞上述基座旋轉。
2. 如權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述轉子包括 一個軸向定位的孔；上述發(fā)電才;u包括一個中心軸，與上述基座軸向固定， 并穿過上述轉子的孔。
3. 如權利要求2所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述轉子還包 括一個空心軸，與上述轉子通過上述孔同心固定，這樣上述桿延伸到上述 軸中。
4. 如權利要求3所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述葉片固定 在上述軸中。
5. 如權利要求4所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于至少有一個葉 片為三角形。
6. 如權利要求5所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于其葉片由內刃、 外刃和下刃構成，上述的內刃在第一點與上述外刃交匯，上述內刃在第二 點與上述下刃交匯，上述外刃在第三點與上述下刃交匯。
7. 如權利要求6所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述內刃的方 向與軸向相同，上述外刃則環(huán)繞軸向。
8. 如權利要求6所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述外刃為曲 線性。
9. 如權利要求6所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述下刃為曲 線性。
10. 如權利要求6所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于轉子為圓形， 由上述外周長和內周長構成，交匯于孔，上述葉片的上述第三點固定在鄰 近上述外周長的上述轉子上，上述葉片的上述第二點固定在鄰近上述內周 長的上述轉子上。
11. 如權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于上述基座由 外周長確定，上述轉子由外周長確定，包括下列a. 多個固定在上述基座外刃上的磁性變壓器；b. 多個固定在上述轉子外周上的磁鐵。
12. —種風力發(fā)電機，其特征在于包括a. 圍繞某一個軸的基座；b. 圍繞該軸的一個轉子，同軸安裝在上述基座上；c. 多個安裝在上述轉子中的三角形葉片，上述葉片由內刃、外刃和下刃 構成，上述內刃在第一個點與上述外表面交匯，上述內刃在第二個點與 上述下刃交匯，上述外刃在第三個點與上述下刃交匯；上述內刃沿軸向，上述外刃環(huán)繞軸向。
13. 如權利要求12所述的風力發(fā)電機，其特征在于上述葉片的上述軸與上 述轉子的軸平行。
14. 一種垂直軸風力發(fā)電機，其特征在于包括a. 垂直軸確定的基座，第一塊磁鐵安裝在上述基座上，上述基座由外周 長確定；b. 環(huán)繞垂直軸的轉子，第二塊磁鐵安裝在上述轉子上，上述轉子由上述 外周長確定，上述轉子靠近上述基座，這樣，上述基座的第一塊磁鐵鄰 近上述轉子的第二塊磁鐵，使得上述轉子懸浮在上述基座上；c. 多個安裝在上述轉子上的三角形葉片，上述葉片由內刃、外刃和下刃 構成，上述內刃在第一點與上述外刃交匯，上述內刃在第二點與上述 下刃交匯，上述外刃在第三點與上述下刃交匯，上述內刃沿軸向，上 述外刃環(huán)繞軸向；d. 多個磁性變壓器固定在上述基座的外周上；e. 多個磁鐵固定在上述轉子的外周上。
15. —種操作垂直軸風力發(fā)電機的方法，其特征在于該方法包括如下步驟a. 提供一臺垂直軸風力發(fā)電機，有一個與基座同軸的轉子，多個磁鐵安 裝在上述轉子的外周上，多個磁性變壓器沿上述基座的外周排列；b. 提供控制器以控制上述磁性變壓器的啟動；c. 使用上述控制器來選擇性啟動和關閉上述磁性變壓器，以控制轉子和基座之間的牽引力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提升阻力型垂直軸風力發(fā)電機，其垂直軸和葉片通過磁懸浮安裝在發(fā)電機基座之上，從而可以減少系統(tǒng)內的摩擦。葉片圍繞垂直軸呈三維形狀，就像航行的船舶上的帆一樣，能夠在任何風力條件下，通過360度旋轉捕捉到風。該系統(tǒng)擁有使用可變電阻線圈的軸流交流發(fā)電機，可以根據(jù)風力條件和電能需求開啟或關閉。該線圈可以在高風速條件下制動或需要維護時產(chǎn)生需要的制動力?？梢詫υ撓到y(tǒng)進行編程，以決定產(chǎn)生的電能是輸送到電網(wǎng)中還是儲存到本地的充電電池中。
文檔編號F03D3/06GK101545450SQ200810035109
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權日2008年3月25日
發(fā)明者托馬斯J·普里斯特布朗, 詹姆斯A·羅恩 申請人:綠色動能科技發(fā)展(深圳)有限公司