[实用新型]三种风电机构暨飞行器、高空站、风电船、高空取水机

说明书

所属技术领域

高空翼环风电机构涉及一种发电机在高空发电的风力发电机构。 

风洞式翼环风电机构，涉及一种管道内置风轮或水轮的发电机构。 

塔式翼环风电机构，涉及一种地面或低空风轮发电机构。 

翼环飞行器涉及一种可原地起降、空中悬停的旋翼飞行器。 

翼环高空站涉及一种可永久在高空悬停或巡航的飞行器。 

翼环风电船涉及一种以风力或风电驱动的船舶。 

翼环高空取水机涉及一种以高空风电为能源的高空空气取水机。 

背景技术

目前，直接将发电机提升到高空的风力发电机构主要有两种：一种是以气球或风筝结合风轮发电机组成，还有一种是自旋翼风轮发电机，自旋翼在风中旋转带动发电机发电的同时产生升力使机体升空并悬浮于高空。前者的气球、风筝升力有限，造价昂贵而且容易破损；后者让风轮提供升力，省去了许多成本而且增加了使用寿命。因此后者更有价值、更有前途。 

目前，现有各种风轮(旋翼)发电机主要采用有轴心的风轮，风轮与轴联动，轴带动转子。 

目前，原地升降、高空悬停飞行器主要是以有轴的普通旋翼或随风旋转时会自然产生升力的有轴自旋翼安装于普通机体的上部或环形机体的中部。 

目前，永久性高空工作基站主要是以卫星承载各种通讯仪器、侦测仪器和拍摄仪器结成。 

目前，风力驱动的车船主要是传统的帆船和近年出现的风帆驱动娱乐车和以伞形风筝牵引的船舶。 

目前的空气取水机，须要耗费电能或石化能源，并且只能取地面至低空空气中的水分子。 

实用新型内容

一、创新目的

目前的风轮(旋翼)发电机和旋翼飞行器的共同之处，是采用有轴的风轮(旋翼也是一种风轮)，有轴风轮的三个致命弱点是： 

(一)每个翼片从轴心往外的大部分翼段集风能力不大，而且越靠近轴心的翼段采集风能效力越小，直至为零，真正高效集风翼段只是越远离轴心的翼段，越远离轴心集风效力越高，因此高效翼段至轴心之间的翼段是应该省略的，但是却无法省略，因为高效翼段还得靠这低效翼段和无效翼段来维系其与轴心之间的联动，这就增加了整机重量，妨碍了发电机形体进一步扩大，同时增加了有害风阻，使风轮(旋翼)动力降低且机械振动频率和幅度提高。

(二)高效翼段只能得到单侧的而且是处于远端的轴心支撑，所以风轮直径越大，其翼片的高效翼段就只能做得越尖细，因此集风效率低，无法推动更大型的发电机，虽然通过增加翼片数量的手段，在一定程度上可以增加有效翼段的面积，但增加翼片就必然同时增加低效、无效翼段，而这些翼段的增加必然相应地增加风轮的重量和风轮所承受的有害风负荷，其结果是使得风轮不但达不到“增效”之目的，还会成为累赘，反而使风轮“减效”；

(三)只能由中轴带动内层铁芯和绕组(内转子)旋转，或只能由外轴带动外层铁芯和绕组(外转子)旋转，而不能让内、外铁芯绕组互为转子同时相对反向旋转。

现有高转速发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子，特别是在3000转/分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时，转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动，直至发生断轴事故。所以大型高速发电机转子的尺寸受到严格的限制。正是由于这个原因，在增大发电机体形方面存在着技术极限，要开发更大容量的机型困难很大。如何突破这个技术极限？目前的技术措施似乎只能求助于增加电磁负荷、加强散热降温，但这些措施目前似乎也不易进一步提高，所以只能另辟蹊径。如果让原来固定不动的铁芯绕组(即定子绕组)也旋转起来且旋转方向相反，那么原先的转子就可以得到高一倍的相对转速，就可以用较低的绝对转速达到较高转速的发电容量。 

目前的永久性高空站主要是在卫星上安置各种通讯、侦测、拍摄仪器等等，其弱点是成本超高、承载量过小、功能太少，而且距离地面过远，传输信号不可避免地有延迟和失真，也不能直接向普通手机和个人上网用户发射信号。 

目前的风力驱动船，一种是以传统风帆牵引，还有一种是以伞形风筝牵引，前者只能利用数十米低空的风力，后者也只能利用300米以下的风力，而且两者都只能在顺风或斜风状态下使用，而且不能发电供给船用。 

本系列发明就是要针对以上几个现有技术的弱点，解决如下几个技术难题：