專利名稱：豎軸風輪機的制作方法
豎軸風輪機本發(fā)明涉及一種以這樣的方式構(gòu)造的豎軸風輪機，使得與傳統(tǒng)豎軸風輪機相比對于給定的轉(zhuǎn)子大小所捕獲的風能能夠顯著地增加。不應當遺忘的是VAWT (豎軸風輪機)具有許多特性，這使它們與HAWT (橫軸風輪機)明確地區(qū)別開來，比如-豎軸風輪機不需要在地面以上的巨大高度，其結(jié)果是豎軸風輪機能夠輕易地隱藏在環(huán)境中，并因此避免由巨大高度所產(chǎn)生的視覺影像，-維修和損壞修理比在HAWT情況下更加容易，因為發(fā)電機和轉(zhuǎn)子兩者都非常接近地面，-對于鳥類的影響實際上不存在，-所述葉片的動力學更加簡單并且所述結(jié)構(gòu)更加精簡，并因此更加經(jīng)濟，-轉(zhuǎn)速比在HAWT情況下更慢，這對機構(gòu)的磨損和旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的噪音兩者都具有影響。并且這種噪音能夠通過使所述轉(zhuǎn)子由MagLev (磁懸浮)力支撐而消除。-由于所述轉(zhuǎn)子的正確配置并且所述機構(gòu)向所述發(fā)電機傳遞轉(zhuǎn)動，有可能消除存在于HAWT中的倍增的機構(gòu)，這些倍增的機構(gòu)是非常易于遭受損壞的沉重的機械部件。-VAffT風輪機比HAWT具有低得多的轉(zhuǎn)動啟動速度和更高的安全截止速度，這意味著VAWT風輪機能夠更大程度上利用現(xiàn)有的風力。而且本文件所示的配置能夠折疊全部葉片并且使葉片保持關閉(沒有任何葉片獲取風能)，因此避免了當風力過高時可能的損壞，從而不會導致對所述風輪機的結(jié)構(gòu)或所述支撐結(jié)構(gòu)的損壞。到目前為止在豎軸風輪機的概念中已經(jīng)提出兩種參考模型:“SAV0NIUS”模型，它由芬蘭工程師Sigurd J.Savonius在1992年開發(fā)。由于其的葉片的特別布置，這種模型引起了問題，即，在返回的方向上不起作用的葉片對風提供了巨大的阻力，并且這抵消了風對起作用葉片的效果。第二種模型是“DARRIEUS”模型，它由法國工程師Georges Darrieus開發(fā)，該模型提供了對于“SAV0NIUS”模型的問題的解決方案，但是用于收集風力的過小的表面面積使它相當程度上是低效的。文獻EP1096144和FR2913254中公開了一種豎軸風輪機，其包括能夠在不同方向上旋轉(zhuǎn)的第一和第二獨立同軸轉(zhuǎn)子。每個所述轉(zhuǎn)子都包括豎直布置的固定葉片。第二轉(zhuǎn)子位于第一轉(zhuǎn)子的上方。每個轉(zhuǎn)子的葉片因此都在不同的區(qū)域中行進。文獻ES1065927U和ES280117U中公開了一種豎軸風輪機，其包括能夠在不同方向上旋轉(zhuǎn)的第一和第二獨立同軸轉(zhuǎn)子。每個所述轉(zhuǎn)子都包括能夠在水平軸上折疊的葉片。每個轉(zhuǎn)子的葉片都在不同的區(qū)域中行進，并且其中一個區(qū)域在另一個區(qū)域的上方。一般說來，豎軸風輪機發(fā)展到目前為止還是比橫軸風輪機效率低。本發(fā)明的目的是通過這樣的豎軸風輪機克服所述的問題，該豎軸風輪機構(gòu)造成使得能夠?qū)崿F(xiàn)該豎軸風輪機的效率相當大地增加，從而使該豎軸風輪機的效率與橫軸風輪機相當。根據(jù)本發(fā)明的豎軸風輪機包括允許兩個轉(zhuǎn)子在相同的水平面上沿順時針方向和逆時針方向同時旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。這樣的事實能夠使得在相同的空間內(nèi)當風經(jīng)過所述轉(zhuǎn)子時所產(chǎn)生的能量的倍增。為了實現(xiàn)這種效果，所述風輪機葉片根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置而展開或折疊，在旋轉(zhuǎn)位置中葉片以這樣的方式配置，使得在一個方向上順時針旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子葉片展開時，利用由風的慣性提供的全部推進力，另一轉(zhuǎn)子的葉片被折疊，以致在第一種情況下這些葉片對風沒有提供任何阻力，并且在第二種情況下這些葉片不會干涉另一轉(zhuǎn)子的沿相反方向旋轉(zhuǎn)的葉片。根據(jù)本發(fā)明的豎軸風輪機包括第一和第二獨立同軸轉(zhuǎn)子，這兩個轉(zhuǎn)子都具有豎直軸線。這兩個轉(zhuǎn)子安裝在能夠在不同方向上旋轉(zhuǎn)的相同豎軸上。所述第一和第二轉(zhuǎn)子帶有在不一致的豎直軸上鉸接至所述轉(zhuǎn)子的葉片。這些葉片具有彎曲有效表面，這些彎曲有效表面對于每個轉(zhuǎn)子上的全部葉片在相同方向上，但是與在另一轉(zhuǎn)子上的葉片的彎曲有效表面方向相反。這種結(jié)構(gòu)允許所述兩個轉(zhuǎn)子同時旋轉(zhuǎn)，其中一個轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)并且另一個轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。這樣，第一轉(zhuǎn)子上的葉片掃掠過的區(qū)域與第二轉(zhuǎn)子的葉片掃掠過的區(qū)域能夠至少部分地一致。為了實現(xiàn)這一目標，第一轉(zhuǎn)子的葉片優(yōu)選地通過鉸接連接件鉸接至第一轉(zhuǎn)子，這些鉸接連接件所處的位置比將第二轉(zhuǎn)子的葉片鉸接至第二轉(zhuǎn)子的那些連接件所在的位置聞。通過例如基于小齒輪的機構(gòu)，所述兩個轉(zhuǎn)子的力能夠施加到相同的輸出軸，該輸出軸將會構(gòu)成所述風輪機的輸出軸。優(yōu)選地，所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片與它們的旋轉(zhuǎn)軸線相關聯(lián)，所述旋轉(zhuǎn)軸線通過一個轉(zhuǎn)子和另一個轉(zhuǎn)子上的相對邊緣。由于所述葉片的鉸接，所述兩個轉(zhuǎn)子的、凸起表面在任何時間都指向與風的方向相反的方向的葉片將會被折疊，因此不會減少到達所述轉(zhuǎn)子的能量。相反，凹入表面頂著風力指向的那些葉片將會展開，以便接收風的全部力。所述葉片的折疊和打開根據(jù)相應轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而逐漸地發(fā)生，并且所述葉片將會從具有最大有效定向的位置改變到具有最小有效定向的位置。根據(jù)優(yōu)選的實施例，第一轉(zhuǎn)子的葉片通過這些葉片的鉸接軸的上部末端鉸接到所述轉(zhuǎn)子，同時第二轉(zhuǎn)子的葉片通過第二轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接軸的下部末端而鉸接到所述第二轉(zhuǎn)子。在甚至更優(yōu)選的實施例中，所述第一和第二轉(zhuǎn)子的葉片通過其鉸接的鉸接連接件位于所述葉片的中間。這些布置防止當轉(zhuǎn)子以相反方向旋轉(zhuǎn)時，在折疊和打開操作的過程中，其中一個轉(zhuǎn)子上的葉片撞擊另一轉(zhuǎn)子上的葉片。在根據(jù)本發(fā)明的風輪機的一個實施例中，所述第一轉(zhuǎn)子包含上部環(huán)形支撐件，第一轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接軸與該上部環(huán)形支撐件相關聯(lián)，并且該環(huán)形支撐件例如具有用于位于該環(huán)形支撐件上的所述第一轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接連接件。所述第二轉(zhuǎn)子就其本身而言包括下部環(huán)形支撐件，所述第二轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接軸與該下部環(huán)形支撐件相關聯(lián)，用于所述第二轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接連接件位于該下部環(huán)形支撐件的上面。這兩個環(huán)形支撐件是平行的和同軸的。如已經(jīng)表明的，在所述葉片和相應的環(huán)形支撐件之間的連接件可以例如通過所述鉸接軸的中點、在所述上部支撐件情況下通過該鉸接軸的上部末端以及在所述下部支撐件的情況下通過所述下部末端而形成。所述葉片在一個側(cè)面上具有凹入表面并且在相對側(cè)面上具有凸起表面。所述葉片可以例如是具有豎直軸并全部帶有相同曲率的圓柱面，這些所述葉片它們的其中一個直的豎直邊緣與相應轉(zhuǎn)子的鉸接軸相關聯(lián)，對于一個轉(zhuǎn)子的葉片和另一個轉(zhuǎn)子的葉片該邊緣是相對的邊緣。所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片可以以一致的角度位置位于所述兩個轉(zhuǎn)子上。所描述的布置允許布置包括簡單傳感器機構(gòu)的豎軸風輪機，由此當所述葉片在返回路徑上時所述葉片折疊，從而對風提供零阻力，但是當葉片面對著風的作用時這些葉片展開，從而提供了完全的阻力。所述傳感器機構(gòu)可以僅包括已經(jīng)描述形式的所述葉片與所述轉(zhuǎn)子的鉸接件。利用所述葉片對于它們的路徑的大約50%被折疊并且對于路徑的另外大約50%被展開的事實，那么葉片在相反的時間或位置處折疊和展開的兩個轉(zhuǎn)子可能包括在相同的機構(gòu)中，因此在所述葉片的路徑或所述風輪機的旋轉(zhuǎn)的大約100%的范圍上增加了所述風輪機的效率。同樣地，所述葉片可以通過其他類型的傳感器機構(gòu)、伺服電機、導向器等而操作。為了更好地理解，根據(jù)本發(fā)明的風輪機的實施例的附圖以說明性的而不非限制性的示例方式附上。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的風輪機的圖解性透視圖，該風輪機包括彼此軸向地分離的兩個轉(zhuǎn)子。圖2示出類似于圖1中的風輪機的透視圖，所述兩個轉(zhuǎn)子在一致的水平位置中耦接。圖3和圖4圖解性地示出所述兩個轉(zhuǎn)子分別沿逆時針和順時針方向的轉(zhuǎn)動。圖5圖解性地示出在一致的水平位置中耦接的所述兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的風輪機的可能構(gòu)造的透視圖，其中兩個轉(zhuǎn)子位于相同高度處。圖7示出圖6所示的風輪機的平面圖。圖8示出替換的實施例，其中所述葉片通過位于所述葉片的中點處的接頭鉸接到所述轉(zhuǎn)子。圖9示出類似于圖8中所示的實施例，但是具有不同的水平高度，從而與圖8中所示的裝置相比提高了裝置的性能。根據(jù)本發(fā)明的風輪機的構(gòu)成和特性可以從上述附圖中示出的一些實施例的以下描述中更好地理解。圖1示出第一轉(zhuǎn)子I和第二轉(zhuǎn)子2透視圖，所述轉(zhuǎn)子形成根據(jù)本發(fā)明的風輪機的部件并且它們彼此軸向地分離。為了解釋和清晰的目的，這兩個轉(zhuǎn)子以擴大的距離相隔示出，以使得這兩個轉(zhuǎn)子葉片的掃掠區(qū)域彼此沒有干涉。第一轉(zhuǎn)子I包括一組葉片10、11、12、13、14，示出的單元中有四個葉片。轉(zhuǎn)子2就其本身而言包括相同數(shù)量的葉片20、21、22、23。所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片具有彎曲表面，并且在示出的實施例中這些彎曲表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子I中的葉片的凹入表面與轉(zhuǎn)子2的葉片方向相反。轉(zhuǎn)子I逆時針轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)子2順時針轉(zhuǎn)動，如由相應的箭頭所示出的。
轉(zhuǎn)子I包括環(huán)形支撐件14，所述葉片通過它們的其中一個豎直邊緣15通過豎直旋轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接件16鉸接至該環(huán)形支撐件。轉(zhuǎn)子2就其本身而言包括環(huán)形支撐件24，轉(zhuǎn)子2的葉片20、21、22、23通過它們的其中一個豎直邊緣25相對于相應的豎直旋轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接件26而與環(huán)形支撐件24相關聯(lián)。圖2示出在一致的水平位置中的兩個轉(zhuǎn)子I和2，也就是說使得第一轉(zhuǎn)子I和第二轉(zhuǎn)子2的葉片的掃掠區(qū)域與位于同軸位置中的平行支撐件14和24 —致。假如風沿方向F吹動并且上部轉(zhuǎn)子I以逆時針方向A旋轉(zhuǎn)且下部轉(zhuǎn)子2以順時針方向B旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子I的葉片10將會是占據(jù)最大展開位置的一個葉片，并且所述凹入表面與風的方向F相反。隨著轉(zhuǎn)子I的旋轉(zhuǎn)，所述葉片將會逐步折疊，葉片11占據(jù)中間折疊的位置，葉片12占據(jù)接近于完全折疊的位置并且葉片13占據(jù)完全折疊或?qū)χD(zhuǎn)子I關閉的位置。相反地，在轉(zhuǎn)子2沿方向B旋轉(zhuǎn)過程中，葉片20將會占據(jù)完全折疊的位置，葉片21占據(jù)幾乎折疊或整個折疊的位置，葉片22占據(jù)部分展開的位置以及葉片23占據(jù)完全展開的位置。這樣具有方向F的風將會對著轉(zhuǎn)子2的葉片23和22以及對著轉(zhuǎn)子I的葉片10和11有效地起作用，所述轉(zhuǎn)子將會沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。在折疊位置的葉片20和21將不會對風提供任何阻力，轉(zhuǎn)子I的葉片12和13也是如此。圖3示出轉(zhuǎn)子I的運動，其從圖1中的位置開始以逆時針旋轉(zhuǎn)，并且隨著空氣沿圖2中的方向F發(fā)生作用葉片10-13連續(xù)的折疊和展開。同樣地，圖4示出了轉(zhuǎn)子2的運動，其從圖1中的位置開始以順時針方向旋轉(zhuǎn)，并且隨著風以圖2中的方向F起作用葉片20-23連續(xù)地處于折疊和展開位置。圖3和圖4分別示出了轉(zhuǎn)子葉片I和2的豎直旋轉(zhuǎn)軸16和26的位置。圖5示出兩個轉(zhuǎn)子I和2同時地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子I的葉片10至13逆時針轉(zhuǎn)動并且轉(zhuǎn)子2的葉片20至23順時針轉(zhuǎn)動。圖5中涉及所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片10至13和20至23以及相應的旋轉(zhuǎn)軸16和26。圖6和圖7示出包括轉(zhuǎn)子I和2的風輪機的可能實施例，每一個轉(zhuǎn)子都在它的對應環(huán)形支撐件14和24上。葉片10至13通過用于這些葉片的豎直鉸接軸16的上部末端與支撐件14相關聯(lián)。葉片20至23通過用于這些葉片的豎直旋轉(zhuǎn)軸26的下部末端與支撐件24相關聯(lián)。這樣轉(zhuǎn)子I的葉片10至13鉸接到相應鉸接軸的上部末端，而轉(zhuǎn)子2的葉片20至23鉸接到所述相應鉸接軸的下部末端，因此在葉片折疊和展開時避免了所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片之間碰撞的危險。如圖6和圖7所示，環(huán)形支撐件14和24可以是有齒的，并且接合輪30、31，所述輪的軸支承一對彼此嚙合的輪32，這些全部是由于環(huán)形支撐件16和26沿相反方向旋轉(zhuǎn)的事實。利用這種布置，軸33或者34可以充當輸出軸，所述風輪機的動力可以從所述輸出軸輸出。環(huán)形支撐件14和24是平行的和同軸的，并且可以安裝在相同的中央軸35上。在所描述的示例中，所述兩個轉(zhuǎn)子的葉片是豎直軸線的圓柱面，全部圓柱面都具有相同的曲率，并且所述葉片通過它們的直的豎直邊緣與相應的鉸接軸相關聯(lián)。在一個轉(zhuǎn)子與另一轉(zhuǎn)子的葉片中，這些豎直鉸接邊緣處在相反的位置中。圖8圖解性地示出對于在圖1至圖7中所示實施例的替換實施例。該實施例的目的是減少葉片10、20與它們相應的上部環(huán)形支撐件和下部環(huán)形支撐件的鉸接聯(lián)接件16、26中產(chǎn)生的張力，其中所述上部環(huán)形支撐件和下部環(huán)形支撐件分別屬于第一轉(zhuǎn)子I和第二轉(zhuǎn)子2。如從所述圖形中可以看出，在葉片10、20的中點進行連接，以使得所述葉片的上部部分10" ,20'位于所述接頭的上方并且所述葉片的下部部分10'、20"位于下方?？梢钥闯?，上部轉(zhuǎn)子I的葉片10的下部部分1(V的掃掠區(qū)域至少部分地與下部轉(zhuǎn)子2的葉片20的上部部分20'的掃掠區(qū)域一致。然而，可以看出，在本實施例中的區(qū)域的利用不是如在先前的實施例中的100%，而是67%。這種影響可以通過共同定位的連續(xù)轉(zhuǎn)子而保持最低程度，如從圖9中可以看出的，其中類似于在圖8中的那些元件的元件由相同的標號指示。在這種情況下，側(cè)向面積的使用是86%。所述風輪機的不同水平高度已經(jīng)由通過虛線示出的矩形而界定?？梢钥闯觯鲲L輪機也可以被理解為是根據(jù)圖1至7中的實施例的風輪機，其中所述上部支撐環(huán)的葉片通過它們的下部邊緣在較低的水平高度處接合到所述下部支撐環(huán)的葉片的上部邊緣，并且所述下部支撐環(huán)的葉片通過它們的上部邊緣在較高的水平高度處附接到所述上部支撐環(huán)的葉片的下部邊緣。
權利要求
1.一種豎軸風輪機，所述豎軸風輪機包括安裝在相同豎軸上并能夠沿彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)的第一和第二獨立同軸轉(zhuǎn)子，所述第一和第二轉(zhuǎn)子具有鉸接至那些轉(zhuǎn)子的葉片，所述葉片具有彎曲有效表面，所述彎曲有效表面對于每個轉(zhuǎn)子上的全部葉片都沿相同的方向指向但是對于另一轉(zhuǎn)子的葉片都沿相反的方向指向，其特征在于，所述葉片在非一致的豎直軸上鉸接至所述轉(zhuǎn)子，以使得所述第一轉(zhuǎn)子的葉片掃掠的區(qū)域與所述第二轉(zhuǎn)子的葉片掃掠的區(qū)域至少部分地一致。
2.根據(jù)權利要求1所述的風輪機，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子的葉片通過鉸接連接件鉸接至所述第一轉(zhuǎn)子，所述鉸接連接件位于比將所述第二轉(zhuǎn)子的葉片鉸接至所述第二轉(zhuǎn)子的連接件所處的位置高的高度處。
3.根據(jù)權利要求2所述的風輪機，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子的葉片通過用于所述葉片的鉸接軸的上部末端而鉸接至所述轉(zhuǎn)子，同時所述第二轉(zhuǎn)子的葉片通過用于那些葉片的鉸接軸的下部末端而鉸接至所述第二轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的風輪機，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子的葉片通過其鉸接的所述鉸接連接件位于所述葉片的中間。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風輪機，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子包括上部環(huán)形支撐件，用于所述第一轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接連接件位于所述上部環(huán)形支撐件上，并且，所述第二轉(zhuǎn)子包括下部環(huán)形支撐件，用于所述第二轉(zhuǎn)子的葉片的鉸接連接件位于所述下部環(huán)形支撐件上，這兩個環(huán)形支撐件是平行且同軸的。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風輪機，其特征在于，所述葉片在一個側(cè)上具有凹入表面并且在相對側(cè)上具有凸起表面。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風輪機，其特征在于，所述葉片是具有相同曲率的豎直軸線圓柱面，并且所述葉片通過其中一個直的豎直邊緣與所述轉(zhuǎn)子的鉸接軸相關聯(lián)，這些邊緣在一個轉(zhuǎn)子和另一個轉(zhuǎn)子的葉片中是相對的邊緣。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風輪機，其特征在于，一個轉(zhuǎn)子和另一轉(zhuǎn)子的葉片在所述兩個轉(zhuǎn)子中以一致的角度位置布置。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風輪機，其特征在于，所述風輪機具有傳感器機構(gòu)，以便當所述葉片在返回路徑上時折疊所述葉片并且當所述葉片的表面面對著風時展開所述葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種豎軸風輪機，其包括第一和第二獨立同軸轉(zhuǎn)子(1和2)，當安裝在同一個豎軸(35)上時這兩個轉(zhuǎn)子的水平位置一致，并且這兩個轉(zhuǎn)子能夠沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。第一和第二轉(zhuǎn)子(1和2)帶有葉片(10至13)和(20至23)，這些葉片在不一致的豎直軸(16-26)上鉸接至所述轉(zhuǎn)子。所述葉片(10至13)和(20至23)具有彎曲有效表面，這些彎曲有效表面在每個轉(zhuǎn)子上指向相同的方向，但是與另一轉(zhuǎn)子的葉片指向相反的方向。
文檔編號F03D3/02GK103097723SQ201180040594
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月16日
發(fā)明者若澤·曼努埃爾·胡安安德魯 申請人:多比格爾有限責任公司