[发明专利]没有齿轮箱或多极发电机的高效风能转换器

说明书

一种具有第一转子和至少一个第二转子的竖直轴线涡轮机，第一转子构造成在使用中围绕竖直或相比于水平更加竖直的第一旋转轴线旋转。第一转子可以被构造成由流体例如由风或水流，运动驱动和/或旋转。至少一个第二转子设置在第一转子上或联接到第一转子，使得第一转子可操作以使第二转子通过流体移动，从而在第一转子旋转时驱动第二转子。第二转子可操作以驱动动力输出系统。可选地，第一转子围绕第一旋转轴线的旋转使第二转子围绕第一旋转轴线移动。每个第二转子围绕相应的第二旋转轴线旋转，该相应的第二旋转轴线可以与第一转子的第一旋转轴线成角度或垂直于第一转子的第一旋转轴线，并且在使用中可选地是水平轴线或至少是相比于竖直更水平的轴线。第一和第二转子被构造成使得动力输出通过直接驱动进行，而不需要齿轮箱或多极发电机。第一转子和第二转子被构造成使得在第一转子处的机械动力被转换成在第二转子处的机械动力的动力转换具有高效率。

技术领域

本文描述了一种风能转换器(WEC)，该风能转换器可选地但非本质上可以用作风力涡轮机来生成电力。本发明还涉及从竖直轴线涡轮机发电的相关方法和控制竖直轴线涡轮机的方法。

背景技术

涡轮机可以被驱动旋转并且因此做功。例如，风力涡轮机由风驱动，并且发电机可以在涡轮机旋转时产生电力。大多数风力涡轮机具有由风围绕水平轴线驱动的叶片。水平轴线风力涡轮机的叶片在它们旋转时可以直接面向风，从而提高其效率。

常规竖直轴线风力涡轮机在使用中通过转子围绕竖直轴线的旋转来产生电力。常规竖直轴线风力涡轮机的设计使得与水平轴线风力涡轮机相比，如果它们以相对较低的速度旋转，则它们仅在空气动力学上有效地运行，从而导致这种涡轮机的转子在主传动轴上产生高扭矩。这些高扭矩也需要大型的、重的且昂贵的动力传动系统用于将转子的高扭矩、低速旋转转化为电力。

V型竖直轴线风力涡轮机包括具有从中心点或V形截面向上突出的叶片的竖直轴线风力涡轮机。这导致动力传动系位于靠近地面，而不是处于较高的高度。然而，对大型且昂贵的传动系的要求仍然存在。

本发明的一个实施例的至少一个目的是提供一种用于生成电力的改进的竖直轴线涡轮机，其具有高效率并且避免了齿轮箱或具有带有较多极数的发电机。

发明内容

根据第一方面，提供了一种涡轮机，该涡轮机包括被构造成围绕第一旋转轴线旋转的第一转子和至少一个第二转子。第一转子的第一旋转轴线在使用中可以是竖直的或者至少相比于水平更竖直。该至少一个第二转子可以设置在第一转子上、被包含在第一转子中或联接到第一转子。第一转子可以被构造成由流体运动驱动和/或旋转，例如由风或水流驱动和/或旋转。第一转子可操作以驱动第二转子，例如通过在第一转子旋转时通过流体使第二转子移动。(多个)第二转子可以设置在第一转子上、被包含在第一转子中或联接到第一转子，使得第一转子围绕第一旋转轴线的旋转移动(多个)第二转子，例如围绕第一旋转轴线。(多个)第二转子可操作以驱动动力输出系统，或者每个第二转子可操作以驱动相应的动力输出系统。(多个)动力输出系统可以包括至少一个发电机和可选的齿轮箱。优选地，发电机可以由相应的第二转子直接驱动，或者可选地，发电机可以由相应的第二转子通过相应的齿轮箱间接驱动。

每个第二转子可以被构造成绕相应的第二旋转轴线旋转。至少一个第二转子的第二旋转轴线可以与第一转子的第一旋转轴线成一定角度，例如大致垂直。在使用中，(多个)第二转子围绕其旋转的相应的第二旋转轴线中的至少一个或每一个可以是或包括相应的水平轴线或比竖直更水平的至少一个轴线。换句话说，第二转子中的至少一个或每一个可以是水平轴线转子。第一和第二转子可以被布置成使得至少一个或每一个第二转子的第二旋转轴线与第一转子使(多个)第二转子移动经过的圆形轨迹相切。