[发明专利]具有可调节发电机的风力涡轮机

说明书

交叉引用

申请人要求在美国专利商标局于2009年11月30日递交的序列号为61/264,931的美国临时专利申请的早期申请日期的权益。

发明领域

本发明涉及用于响应于大气风的运动而发电的风力涡轮机组件。发电机由风力涡轮机的作为发电机转子的周边边缘(perimeter rim)以及跨坐转子边缘的固定的定子组件制成。风力涡轮机可以安装在可漂浮支撑件上。

发明背景

风车已经被使用了很多代，用于将水从地面泵送的目的和用于发电。风车的基本优势是其使用大气风的动力来使具有径向延伸叶片的轮旋转。该旋转运动可以转变为各种有用的目的。例如，以安装在塔上的螺旋桨的形式的风力涡轮机已经被放置在流行稳定的风的区域中且风力涡轮机用来发电。

常见的风力涡轮机的叶片是非常大的并由昂贵的刚性材料制成，并且被构造成使叶片从中心毂径向延伸，其中在叶片的外部尖端处没有额外支撑。常见的风力涡轮机叶片以高的旋转速度旋转，并且必须经受由叶片的快速旋转而产生的离心力、由风施加到叶片的悬臂弯曲力以及施加到叶片的倾斜表面(pitched surface)的扭转力。因为叶片的外部部分以非常高的速率运动并且被强风所接合，所以越大的叶片需要叶片越是强劲的，并且其越强劲其就变得越昂贵。因此，就叶片的长度和宽度而言有实际限制。

现有技术的风力涡轮机中的一些构造有围绕涡轮机叶轮圆周地延伸的外边缘，且叶片被圆周边缘支撑在其外端处。橡胶轮胎被放置在合适的位置中，以接合外边缘以使橡胶轮胎旋转，同时被驱动的橡胶轮胎使发电机的转子旋转。从而，风力涡轮机的旋转用来发电。

现有技术的风力涡轮机安装在直立塔上，且塔通过将塔安装在地里或安装在某些其他的稳定平台上而被支撑在其基部处。当风力涡轮机通过接合涡轮机叶轮的成角度叶片的迎面而来的强风运转时，显著的纵向力从涡轮机叶轮的叶片传递到塔的上部分，趋向于使塔倾翻。该水平倾翻力通常比接合涡轮机叶轮的叶片的成角度表面并引起涡轮机叶轮旋转的圆周风力显著地大。该纵向力要求用于风力涡轮机的塔是非常坚固的以避免翻倒。

虽然已经发现风力涡轮机在流行稳定风的空旷陆地区域中使用，但是最适合于在风力涡轮机螺旋桨叶片上捕风的陆地区域通常远离最需要电能的区域。因此，需要电能通过导电缆线传递很长的距离以到达需要的区域。

在大片水域上特别是在海洋上产生的风不会面临趋向于减慢风速的山脉、建筑物以及陆地块的植被。风的紊流通常在水上比在陆地上少。这可能是因为有在陆地的不同海拔之间比在一片水域上大的温度变化，显然地因为阳光在水中比在陆地中被吸收地更远，并且对于可比较的情况，陆地的表面比水的表面变得更暖和并且辐射更多的热量。

并且，世界上的最大城市中的一些被邻近大片水域来定位，例如邻近其中风速不被减速且在靠近水表面处不太紊流且是更加可预测的大洋和大海处。

放置在水域上的风力涡轮机的另一个优势是在水平面处较少的紊流风允许涡轮机叶轮被较低、较靠近水平面地支撑。这趋向于减少具有通常被陆地安装的风力涡轮机所需要的高塔的开支。

相应地，期望地，将风力涡轮机定位在相对地接近于需要电的陆地块而隔开的水域上。并且，期望地，生产具有用于降低由涡轮机叶轮施加到塔或风力涡轮机的其它垂直支撑件的纵向力的装置的风力涡轮机。另外，期望地，支撑在水域上的风力涡轮机能够在风改变方向时转向迎面而来的风，并且期望涡轮机叶轮的周边被用来发电。

并且，期望地，生产和使用通过在产生电的过程中减小阻力和摩擦力来操作发电机的风力涡轮机或其他旋转设备，并且允许在发电时涡轮机叶轮的旋转速度的较宽范围。风力涡轮机可以包括外周边边缘，该外周边边缘可以用于稳定和支撑风力涡轮机叶轮的帆翼或螺旋桨，并用于形成用于定子的转子，定子和转子一起作用为发电机。

本公开内容的概述

简而言之，本公开内容涉及用于发电的风力涡轮机组件，其可以包括可漂浮支撑件、发电机以及围绕纵向延伸的中心轴线可旋转地安装在可漂浮支撑件上的单一涡轮机叶轮或一对涡轮机叶轮，涡轮机叶轮包括与其分别的中心轴线同中心并围绕中心轴线可旋转的圆形边缘，且发电机关于涡轮机叶轮中的每一个是可操作的关系。

在一种实施方式中，风驱动涡轮机叶轮可以安装在位于大片水域的表面上的可漂浮支撑件上，且具有锚系统(anchor system)，锚系统将风力涡轮机组件中的一个或多个系到其可以各自在一圆弧中移动的位置，以便响应于风力转到风中，而不使涡轮机叶轮互相碰撞。