用于轉(zhuǎn)化風(fēng)能的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明由用于將風(fēng)能（SCEE）轉(zhuǎn)化為機(jī)械能然后轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)（SCEE）不受制于理論貝茲極限（59%）。系統(tǒng)（SCEE）具有輪（F），該輪配置有布置成圍繞整個(gè)輪的葉片組。輪（F）以繞固定軸（L）的樞轉(zhuǎn)連接旋轉(zhuǎn)。設(shè)置在軸（L）上的支撐部（E）確保將雙作用式致動(dòng)缸體（D）組的端板緊固。雙作用式致動(dòng)缸體（D）組的桿與本體（A）成球節(jié)連接，以便為所述本體提供最大限度的自由空間。剛性臂（C）的一側(cè)設(shè)置在輪（F）上并且另一側(cè)以樞轉(zhuǎn)連接保持在U形部件（B）上。具有圓形的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的U形部件與輪（F）一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滑過本體（A）的外周區(qū)域。當(dāng)風(fēng)作用在本體（A）上時(shí)，該本體與U形部件（B）一起樞轉(zhuǎn)并且推動(dòng)致動(dòng)缸體（D）的桿。具有圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的U形部件（B）旋轉(zhuǎn)同時(shí)滑過本體（A）的外周區(qū)域，因此改變施加到本體（A）的風(fēng)的合力的力矩的支點(diǎn)（U形部件（B）的樞轉(zhuǎn)連接）。雙作用式致動(dòng)氣缸（D）的桿因此將被拉動(dòng)并且推動(dòng)，同時(shí)具有周期性平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。設(shè)置在軸（L）上的機(jī)艙（J）主要包括能夠經(jīng)由增速齒輪連接的液壓電機(jī)（H）和發(fā)電機(jī)（G）。在雙作用式致動(dòng)缸體（D）組的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間，一組閥通過拉動(dòng)或者通過推動(dòng)確保液壓流體在“前進(jìn)和返回”液壓回路中單向流動(dòng)。此外，“前進(jìn)和返回”液壓回路連接到液壓電機(jī)（H）。為了使得系統(tǒng)（SCEE）能夠保持面對風(fēng)并且能夠在桿（I）上樞轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)的定向能夠通過經(jīng)由支撐部緊固到機(jī)艙（J）的尾舵（K）確保。
【專利說明】用于轉(zhuǎn)化風(fēng)能的系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、然后轉(zhuǎn)化為液壓能和電能的系統(tǒng)(SCEE)。
[0002]以下所述的用于轉(zhuǎn)化風(fēng)能的該系統(tǒng)(SCEE)不受制于理論貝茲極限(59%)。因此，本發(fā)明提供遠(yuǎn)超過當(dāng)前使用的風(fēng)力渦輪機(jī)的效率。
[0003]所述系統(tǒng)(SCEE)具有輪(F)，該輪配置有布置成圍繞整個(gè)輪的葉片組(參見圖1)。借助于經(jīng)過葉片的風(fēng)的動(dòng)能，輪(F)以繞固定軸(L)樞轉(zhuǎn)連接的形式旋轉(zhuǎn)，從而將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能提供給輪(F)。
[0004]設(shè)置在軸(L)上的相當(dāng)剛性的支撐部(E)確保將雙作用式致動(dòng)缸體(D)組的端板(或后端)緊固。該雙作用式致動(dòng)缸體組能夠包括一個(gè)或多個(gè)雙作用式致動(dòng)缸體(參見圖1)。為了將本描述簡化，該系統(tǒng)(SCEE)具有一組三個(gè)雙作用式致動(dòng)缸體。支撐部(E)上的該雙作用式致動(dòng)缸體(D)組必須以良好限定的方式分布和定位，以便保證更好的運(yùn)行(參見圖1的詳細(xì)圖1)。
[0005]該雙作用式致動(dòng)缸體(D)組的活塞的桿與本體(A)成球接連接，以便為本體提供空間中的最大的自由度，從而使得該本體面對風(fēng)時(shí)能夠更流暢地運(yùn)動(dòng)和表現(xiàn)(參見圖1的詳細(xì)圖1和圖7)。該本體(A)具有良好確定的形式和表面，目的是分別實(shí)現(xiàn)更高的空氣阻力系數(shù)和最大的捕獲的風(fēng)的合力。此外，本體(A)應(yīng)當(dāng)盡可能輕。為此，并且以非限制性方式，其表面的一部分能夠例如通過紗網(wǎng)覆蓋(參見圖2 )。
[0006]由此，為了使得輪(F)能夠自由旋轉(zhuǎn)并且獨(dú)立于本體(A)，該輪的主動(dòng)表面(面對風(fēng)的表面)被保持為持續(xù)地暴露在風(fēng)中(參見圖3、4、5和6中的如視圖)。
[0007]本體(A)上的雙作用式致動(dòng)缸體(D)的活塞的桿的緊固件必須遠(yuǎn)離于與驅(qū)動(dòng)著本體(A)的風(fēng)合力的向量方向一致的軸線(參見圖1的詳細(xì)圖1)。
[0008]剛性臂(C)的一側(cè)設(shè)置在輪(F)上，并且另一側(cè)以樞轉(zhuǎn)連接的方式保持在U形部件(B)上。因此，具有圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的U形部件與輪(F) —起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滑過本體(A)的外周區(qū)域(參見圖2)。為了使得U形部件(B)的滑動(dòng)摩擦最小化，該部件能夠經(jīng)由滾子等與本體
(A)的外周區(qū)域的表面接觸。此外，本體(A)的外周區(qū)域應(yīng)當(dāng)相當(dāng)平順并且相當(dāng)剛性。
[0009]當(dāng)風(fēng)作用在本體(A)上時(shí)，該本體在風(fēng)的合力的力矩影響下樞轉(zhuǎn)，使得U形部件
(B)作為樞轉(zhuǎn)支點(diǎn)；從而，本體(A)借助于球節(jié)連接來推動(dòng)位于與U形部件(B)在徑向上相反的區(qū)域中的雙作用式致動(dòng)缸體(D)的桿而不使其卡住。位于相反區(qū)域(U形部件(B)側(cè)的區(qū)域)的雙作用式致動(dòng)缸體(D)的桿具有被拉動(dòng)的傾向(參見圖3)。
[0010]具有圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的U形部件(B)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在本體(A)的外周區(qū)域上滑動(dòng)，因此改變施加到本體(A)上的風(fēng)合力的力矩的支點(diǎn)(U形部件(B)的樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn))。雙作用式致動(dòng)氣缸(D)的桿因此將被拉動(dòng)并且推動(dòng)，同時(shí)具有周期性平動(dòng)運(yùn)動(dòng)(參見圖3、4、5和6)。因此，由本體(A)捕獲的風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為雙作用式致動(dòng)缸體(D)的活塞上的平動(dòng)機(jī)械能，從而在該活塞上產(chǎn)生壓力。
[0011]圖3、4、5、和6所示的前視圖、左側(cè)視圖、俯視圖和立體圖示出對于本體(A)的外周區(qū)域上的U形部件(B)的不同位置(0°、90°、180°和270° )而言、作用在雙作用式致動(dòng)氣缸(D)的桿上的本體(A)的動(dòng)作和面對風(fēng)的系統(tǒng)(SCEE)的表現(xiàn)行為。[0012]機(jī)艙(J)設(shè)置在軸(L)上。該機(jī)艙(J)主要包括能夠經(jīng)由增速齒輪連接的液壓電機(jī)(H)和發(fā)電機(jī)(G)(參見圖1)。
[0013]在雙作用式致動(dòng)缸體(D)組的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間，該活塞通過拉動(dòng)或推動(dòng)操作、并且借助于一組閥(參見圖7)在一個(gè)方向上將液壓流體推向前進(jìn)液壓回路(以紅色標(biāo)出)。該活塞還使得還能夠通過返回液壓回路(以藍(lán)色標(biāo)出)在“無論拉動(dòng)或者推動(dòng)”的一個(gè)方向上將液壓流體吸入雙作用式致動(dòng)缸體(D)。
[0014]前進(jìn)液壓回路(以紅色標(biāo)出)連接到液壓電機(jī)(H)的輸入部。返回液壓回路(以藍(lán)色標(biāo)出)在另一處連接到液壓電機(jī)(H)的輸出部(參見圖7)。因此，液壓流體的受壓流動(dòng)轉(zhuǎn)化為電機(jī)(H)的軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該電機(jī)的軸經(jīng)由增速齒輪連接到發(fā)電機(jī)(G)的軸，從而產(chǎn)生實(shí)際電能(參見圖7)。
[0015]為了允許面對風(fēng)維持定向，系統(tǒng)(SCEE )能夠配備有自動(dòng)定向系統(tǒng)，該自動(dòng)定向系統(tǒng)使得該系統(tǒng)(SCEE)能夠在桿(I)上樞轉(zhuǎn)、并且能夠以下游或上游模式保持本體(A)和輪(F)持續(xù)地面對風(fēng)。此外,能夠通過尺寸良好確定的尾舵(K)確保定向，該尾舵通過支撐部緊固到機(jī)艙(J)(參見圖1)。為了簡化系統(tǒng)(SCEE)的定向的運(yùn)行，并且以非限制性的方式，在這種情況下尾舵或尾葉片(K)解決方案被保留為說明性的示例。
[0016]因此，由本體(A)捕獲的風(fēng)能經(jīng)由致動(dòng)缸體(D)組的桿和液壓電機(jī)(H)分別被轉(zhuǎn)化為平動(dòng)、然后旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。該機(jī)械能隨后通過發(fā)電機(jī)(G)轉(zhuǎn)化為電能。與平動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能有關(guān)的該能量轉(zhuǎn)化鏈的鏈路，能夠以非限制性的方式經(jīng)由多種其它機(jī)構(gòu)諸如連桿-曲柄等來處理。
[0017]如在說明書開始處所敘述的，該系統(tǒng)(SCEE)不受制于理論貝茲極限(16/27%)，并且提供更好的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率。僅輪(F)受制于貝茲極限，該輪相對于系統(tǒng)(SCEE)的全部主動(dòng)表面而言僅呈現(xiàn)最小的主動(dòng)表面。此外，該輪(F)僅用于通過圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)改變U形部件(B)的位置，并且該輪捕獲的能量不計(jì)算在在此之前描述的能量轉(zhuǎn)化鏈或者最終回收的能量中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于轉(zhuǎn)化風(fēng)能的系統(tǒng)(SCEE)，具有輪(F)，所述輪配置有布置成圍繞整個(gè)輪的葉片組。輪(F)以繞固定軸(L)進(jìn)行樞轉(zhuǎn)連接的形式旋轉(zhuǎn)。設(shè)置在軸(L)上的支撐部(E)確保將雙作用式致動(dòng)缸體(D)組的端板進(jìn)行緊固。所述雙作用式致動(dòng)缸體組的桿與本體(A)成球節(jié)連接，以便為所述本體提供空間中的最大自由度。剛性臂(C)的一側(cè)設(shè)置在輪(F)上，并且另一側(cè)以樞轉(zhuǎn)連接的方式保持在U形部件(B)上。在風(fēng)作用在本體(A)上的情況下，該本體與U形部件(B)—同樞轉(zhuǎn)并且推動(dòng)致動(dòng)缸體(D)的桿。具有圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的U形部件(B)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滑過本體(A)的外周區(qū)域，因此改變施加到本體(A)的風(fēng)合力的力矩的支點(diǎn)(U形部件(B)的樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn))。所以，雙作用式致動(dòng)氣缸(D)的桿將被拉動(dòng)并且推動(dòng)，同時(shí)具有周期性平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。設(shè)置在軸(L)上的機(jī)艙(J)主要包括能夠經(jīng)由增速齒輪連接的液壓電機(jī)(H)和發(fā)電機(jī)(G)。一組閥通過拉動(dòng)或者通過推動(dòng)致動(dòng)缸體(D)的活塞而確保液壓流體在“前進(jìn)和返回”液壓回路中單向流動(dòng)。此外，“前進(jìn)和返回”液壓回路連接到液壓電機(jī)(H)。為了使得系統(tǒng)(SCEE)能夠保持面對風(fēng)并且能夠在桿(I)上樞轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)的定向能夠通過經(jīng)由支撐部緊固到機(jī)艙(J)的尾舵(K)確保。
2.與使用葉片并且受制于理論貝茲極限(59%)的系統(tǒng)不同并且如權(quán)利要求1所述，所述系統(tǒng)(SCEE)理論上將由本體(A)捕獲的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械然后轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)不受所述理論極限約束。
3.與使用暴露于風(fēng)中的樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的表面(平面、紗網(wǎng)、或其它表面)且具有隨時(shí)間起伏變化的主動(dòng)表面的系統(tǒng)不同，并且如權(quán)利要求1和2所述，捕獲全部風(fēng)能的所述本體(A)的主動(dòng)表面維持持續(xù)地保持面對風(fēng)并且因此維持穩(wěn)定。
4.如權(quán)利要求1、2和3所述，由將由本體(A)捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為平動(dòng)機(jī)械能，而沒有發(fā)生所述本體(A)相對于風(fēng)的位移；這由于以圓形衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的U形部件(B)僅改變施加到本體(A)的風(fēng)合力的力矩的支點(diǎn)(U形部件(B)的樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn))而實(shí)現(xiàn)；從而，所述本體(A)在所述力矩的影響下以完全的流動(dòng)性并且總在風(fēng)的方向上推動(dòng)致動(dòng)缸體(D)的桿。
5.如權(quán)利要求1、2和3所述，并且與具有用于轉(zhuǎn)化風(fēng)能的旋轉(zhuǎn)元件(葉片等)的當(dāng)前系統(tǒng)不同，不受任何磨損或慣性問題約束的本體(A)并不繞其軸旋轉(zhuǎn)，因此所述系統(tǒng)(SCEE)表現(xiàn)出更長的使用壽命和更好的維護(hù)性和可靠性，同時(shí)使得其能夠引起的事故(損壞葉片，彈出碎片，噴出雪，對于鳥類的危險(xiǎn)等)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
6.如權(quán)利要求1、2、3和5所述，并且與為風(fēng)能轉(zhuǎn)化而具有旋轉(zhuǎn)元件(葉片等)的當(dāng)前系統(tǒng)不同，僅具有相對于系統(tǒng)(SCEE)的全部主動(dòng)表面而言是最小主動(dòng)表面的輪(F)繞軸(L)旋轉(zhuǎn)，從而所述系統(tǒng)(SCEE)發(fā)出較低的聲強(qiáng)等級(噪音)。
7.如權(quán)利要求1、2、3、5和6所述，并且在所述系統(tǒng)(SCEE)的運(yùn)行期間，不受相對于軸(L)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的所述本體(A)能夠具有包覆表面(廣告海報(bào)等)，所述包覆表面協(xié)助其整合到風(fēng)景中并且確保更好的與自然、農(nóng)村和/或城市環(huán)境的連續(xù)性和統(tǒng)一性。
8.如權(quán)利要求1、2、3、5和6所述，并且與為風(fēng)能轉(zhuǎn)化而使用大型旋轉(zhuǎn)元件(葉片等)的系統(tǒng)不同，在所述系統(tǒng)(SCEE)的運(yùn)行期間，不受相對于軸(L)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的所述本體(A)導(dǎo)致可忽略的對無線電波、電視接收波和雷達(dá)波的影響，而不需要使用特殊的制造或涂覆材料。
9.如權(quán)利要求1、2、3、5和6所述，并且與這樣一種系統(tǒng)不同，其使用對于被證明效率不高的面對湍流風(fēng)進(jìn)行風(fēng)能轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)元件(葉片等)；借助于其良好確定的形式，所述本體(A)在湍流風(fēng)的情況下從更高的空氣阻力系數(shù)中獲益，因此提高捕獲的風(fēng)的合力，導(dǎo)致面對湍流風(fēng)的所述系統(tǒng)(SCEE)的更好的性能。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的，所述系統(tǒng)(SCEE)證明比現(xiàn)有系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)提供更好的效率和 性能。
【文檔編號】F03D5/00GK103443452SQ201080069858
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2010年10月6日 優(yōu)先權(quán)日:2010年9月22日
【發(fā)明者】A·M·阿維尼 申請人:薩風(fēng)能源有限公司