技術領域:
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，且更具體地，涉及利用多葉片、垂直軸風力渦輪機的電力系統(tǒng)。
背景技術：
數百年來一直使用風車生成動力。最早的風車被開發(fā)以使碾磨谷物和抽水的任務自動化。已知最早的風車設計是大約500-900a.d.在波斯（persia）開發(fā)的垂直軸風力渦輪機（vawt）系統(tǒng)。隨后，風車從波斯傳播到中東三角洲中的周圍地區(qū)，并且傳播到歐洲，其中，荷蘭人引入了第一臺水平軸風力渦輪機（hawt）。在19世紀，風車額外地被用于生成電。到2012年，風能為美利堅合眾國的估計1500萬家庭提供電力，且成為可再生電的主要來源。
最近，許多發(fā)明人已經嘗試了各種風力渦輪機模型，幾乎全部基于荷蘭的水平軸碾磨機。一個接一個的設計者仿造該水平系統(tǒng)，試圖使其適應于垂直軸系統(tǒng)。垂直軸的設計者并不創(chuàng)新配合該系統(tǒng)的葉片系統(tǒng)，而是糾結于hawt葉片系統(tǒng)的阻力和升力方面，試圖使它們適應于垂直軸配置。在近數十年中，已經嘗試了兩種vawt設計：薩沃紐斯（savonius）風力渦輪機；和達里厄（darrieus）風力渦輪機。
薩沃紐斯風力渦輪機利用垂直地安裝在旋轉軸或構架上的許多翼型。然而，其僅能夠使用阻力，且因此不能夠收獲足夠的風能。
達里厄風力渦輪機利用安裝在垂直旋轉軸或構架上的許多彎曲翼型葉片。然而，由于設計挑戰(zhàn)和限制，在現實世界的能量生產中，達里厄風力渦輪機的使用已經落后。
達里厄或薩沃紐斯風力渦輪機，或者其它相似的設計均未導致商業(yè)電力生產所要求的可接受的效率和實用性水平。在一些最近的專利中反映的在高層建筑物中嘗試的垂直軸單元并未產生前景希望，因為其不能夠單獨地供應建筑物的電力需要。最近，一只有充足預算的資金充沛的團隊嘗試為巴林島（bahrain）上的高層建筑物采用該類型的可得的最佳技術，但是僅得到令人失望的結果，這在題目是“大尺度建筑物整合的風力渦輪機”的對在孟買（mumbai）舉行的ctbuh2010世界會議的報告中反映。
有趣的是注意到風車/風力渦輪機技術在歷史上如何轉錯方向，以導致其今天所處的境地。在1919年，德國的物理學家阿爾伯特.貝茨（albertbetz）證明，能夠捕獲加于hawt的葉片上的風的動能中不多于59.3%。這為hawt系統(tǒng)設定了嚴重的限制。盡管如此，設計者們繼續(xù)仿造古老的荷蘭式水平形狀的葉片，這已經導致了今天的超大型低效率系統(tǒng)，盡管有補貼，但該系統(tǒng)僅勉強產生可盈利的商業(yè)電力。hawt已變成主流技術。制造商不致力于創(chuàng)新性技術來解決風速問題，而是通過訴諸超大型塔架和葉片來規(guī)避該問題。
目前，以每mw1.5到2百萬美元安裝的hawt系統(tǒng)帶有大概$64-95/mwh的生產成本。十年來，聯邦生產稅抵免（ptc）正在為私營風力渦輪機生產的每千瓦時提供2.2美分。在聯邦水平，生產稅或投資稅抵免和雙倍遞減加速折舊（double-decliningaccelerateddepreciation）能夠負擔風力項目的三分之二的費用。額外的州政府激勵（stateincentive），諸如保證的市場和財產稅免除能夠負擔另外10%的費用。在加利福尼亞，在2014年，風田從6,200mw的裝機容量生成13.7twh。這導致2,200kwh/kw/yr的整個機群產出（fleet-wideyield）。
盡管有補貼和稅收減免，但是美國能量中小于5%由風力產生，且95%通過燃燒煤、化石燃料等產生。這部分地因為：
1.將hawt渦輪機作為其了能量生產的主要裝置的風力產業(yè)具有非常低的容量可信度（其取代其它能源的能力）。在歐洲最多風的國家英國，25,000mw的風電僅具有16%的容量可信度，同時在德國，信用可信度是14%，且紐約州是10%。
2.產業(yè)估計計劃每年輸出30-40%，但是現實世界經驗證明，每年輸出15-30%的容量是更通常的。
3.轉動葉片上的離心力隨旋轉速度的平方增加。這使得水平軸結構對超速敏感。因此，備用的程度比本發(fā)明的設計高很多。根據埃翁內茨（eonnetz）（四個主要德國電網中的一個），德國風力操作商的備份要求已超過80%。這意味著過度的資本要求。
4.更高的桿和葉片對于運輸和安裝而言更加困難且昂貴。運輸和安裝現在能夠花費20%的裝備成本。
5.必須將單元置放在存在足夠的風流量的地方。代替采用創(chuàng)新的技術，開發(fā)者訴諸達到更高的海拔高度。他們必須將56噸的機艙、135噸的葉片組件置放在76噸的塔架上（總共267噸），安裝在1000噸的混凝土上以生產1.5名義mw功率，從而在用戶或傳輸末端產生實質上更低的真實功率。
6.hawt單元必須在相當窄的風速范圍中操作。大部分在低于15mph的速度下生產力低下，且在接近50mph的速度下必須關停。
7.每mw要求至少10英畝的土地。其僅安裝在其中存在15mph的風速的地方。所造成的噪聲和環(huán)境問題影響進一步限制了位置選擇。
8.hawt需要額外的偏航控制機構以使葉片朝向風轉向。當渦輪機轉向以面對風時，旋轉的葉片像陀螺儀那樣作用。這種循環(huán)的扭曲能夠使葉片根部、渦輪機的輪轂和輪軸迅速疲勞和開裂。
9.除了極少的無傳動裝置設計，大部分hawt系統(tǒng)均接合齒輪箱，這增加了在苛刻的寒冷天氣條件中的嚴峻的維護問題，以及對于在高的標高處的在其中置放齒輪和發(fā)電機的更堅固的塔架的成本。
10.為了避免屈曲，加倍塔架高度通常也需要加倍塔架的直徑，從而將材料的量增加至少四倍。維護記錄統(tǒng)計現場調查指示每150個葉片中的一個在循環(huán)疲勞下破裂。
11.來自高hawt的反射可影響雷達設施的旁瓣，從而造成信號雜波。
12.這些渦輪機上葉片俯仰（pitch）的程度的不斷改變是在風田上能聽到的噪聲的起因。進一步地，桿高度使得其在大的區(qū)域上顯眼地可見，從而破壞風景的外觀，環(huán)境問題對風田選址造成了主要限制。
13.最后，最重要的因素在于，由于hawt系統(tǒng)的大小和標高已經增長到其極限的事實，hawt系統(tǒng)已沒有許多空間來在大小和標高方面繼續(xù)發(fā)展以在經濟上可行。
需要的是一種垂直軸風力渦輪機，其具有針對在商業(yè)電力生產中使用的可接受的效率和實用性水平。
技術實現要素：
本發(fā)明尤其適合以先前未知或未預想到的方式克服本領域中留存的那些問題。因此，本發(fā)明的目的是提供包括一個或多個垂直軸風力渦輪機發(fā)電站的引射（eduction）工業(yè)電力系統(tǒng)。通過發(fā)電站的多層引射器使風加速。在一個具體實施例中，引射器的每一層均配置有被設計為增加通過引射器的空氣速度的收縮部分，使得低速風進入引射器，且速度遠為更高的風離開引射器。在該實施例中，多個轉子-葉片組件安置在多層引射器的每一層的收縮部分中，且安裝于共用的直軸線轉子軸上，并且使該共用的垂直軸線轉子軸旋轉。軸的旋轉經由發(fā)電機生成電。該電能夠根據期望被儲存、使用或引導到電網。
盡管本發(fā)明在本文中被圖示和描述為體現在引射工業(yè)電力系統(tǒng)中，然而其不旨在受限于所示出的細節(jié)，因為在不脫離本發(fā)明的精神且在權利要求的等價物的范圍和范疇內的情況下，可在其中做出各種修改和結構改變。
然而，當結合附圖閱讀具體實施例的以下描述時，將從以下描述中最佳地理解本發(fā)明的構造和操作方法，連同其額外的目標和優(yōu)勢。
附圖說明
當結合附圖閱讀時，將更好地理解前述背景以及優(yōu)選實施例的以下詳細描述。出于說明本發(fā)明的目的，在附圖中示出目前優(yōu)選的示例性實施例，然而應當理解的是，本發(fā)明不限于所公開的具體方法和手段。另外，貫穿附圖，同樣的附圖標記代表同樣的物件。在附圖中：
圖1a和1b分別是根據本發(fā)明的一個具體實施例的引射工業(yè)電力系統(tǒng)的引射工業(yè)發(fā)電站的從前上方和后上方取得的透視圖；
圖2a是根據本發(fā)明的一個具體實施例的從前方（進風口側）觀察的引射工業(yè)發(fā)電站的部分分解剖視透視圖；
圖2b是根據本發(fā)明的一個具體實施例的從后方（出風口側）觀察的引射工業(yè)發(fā)電站的剖視透視圖；
圖2c是根據本發(fā)明的一個具體實施例的從前方（進風口側）觀察的用于引射工業(yè)發(fā)電站的發(fā)電站房（house）的區(qū)段的透視圖；
圖2d是根據本發(fā)明的一個具體實施例的從前方（進風口側）觀察的用于引射工業(yè)發(fā)電站的發(fā)電站房的區(qū)段的平面視圖；
圖3a是根據本發(fā)明的一個實施例的引射工業(yè)發(fā)電站的分解視圖；
圖3b是根據本發(fā)明的一個實施例的引射工業(yè)發(fā)電站的又一分解視圖；
圖3c是根據本發(fā)明的一個具體實施例的引射器的區(qū)段的分解視圖，其示出引射器的頂層（floor）和頂板（roof），
圖4a是根據本發(fā)明的一個具體實施例的用于引射工業(yè)發(fā)電站的發(fā)電站房的部分區(qū)段的側視平面視圖；
圖4b是根據本發(fā)明的一個具體實施例的用于引射工業(yè)發(fā)電站的發(fā)電站房的部分區(qū)段的從前方觀察的透視圖；
圖4c是根據本發(fā)明的一個具體實施例的用于引射工業(yè)發(fā)電站的發(fā)電站房的部分區(qū)段的從后方觀察的透視圖；
圖5a是根據本發(fā)明的一個具體實施例的引射器（已移除頂板）的一部分的俯視平面視圖；
圖5b是根據本發(fā)明的一個具體實施例的引射器的一部分從前方觀察的透視圖；
圖5c是根據本發(fā)明的一個具體實施例的示出頸部部分和轉子-葉片組件的引射器風通道的放大的部分截面的俯視平面視圖；
圖6是根據本發(fā)明的一個具體實施例的發(fā)電站的地面水平（groundlevel）的一部分的從前方觀察的部分分解透視圖。
圖7a是根據本發(fā)明的一個實施例的在理解轉子-葉片組件時有用的引射器的區(qū)段的部分透視圖；
圖7b是根據本發(fā)明的其它實施例的在理解轉子-葉片組件時有用的引射器的區(qū)段的部分透視圖；
圖7c是根據本發(fā)明的一個實施例的轉子-葉片的原位側視平面視圖；
圖8a是根據本發(fā)明的一個具體實施例的懸吊軸承和主轉子軸的一部分的部分分解、部分、剖切、透視圖；
圖8b是根據本發(fā)明的一個具體實施例的懸吊軸承和主轉子軸的一部分的原位部分、剖切、平面視圖。
圖9a是根據本發(fā)明的一個具體實施例的發(fā)電站的一部分的部分、剖切、透視圖，其示出關于引射器層的垂直軸線轉子軸和多個轉子組件；以及
圖9b是根據圖9a中圖示的一個具體實施例的發(fā)電站的一部分的部分分解、部分、剖切透視圖；
圖10a是圖示根據本發(fā)明的一個實施例的引射工業(yè)發(fā)電站系統(tǒng)的發(fā)電機和控制系統(tǒng)的框圖；
圖10b是根據本發(fā)明的一個具體實施例的轉子轂和發(fā)電機的一部分的部分、剖切透視圖；以及
圖10c是根據本發(fā)明的一個具體實施例的轉子轂和發(fā)電機的一部分的部分分解、部分、剖切透視圖。
具體實施方式
在詳細地解釋本發(fā)明的公開實施例之前，應當理解的是，本發(fā)明的應用不僅限于所示的具體布置的細節(jié)，因為本發(fā)明能夠具有其它實施例。而且，本文中使用的術語是出于描述的目的而不是限制的目的。
貫穿風能發(fā)展的歷史，最大的障礙是風的可得性和速度。研發(fā)者已經規(guī)避（workaround）風切變，但是沒有解決該問題。風速與海拔高度的七次方根成比例地上升。于是，加倍渦輪機的海拔高度，預期的風速僅增加10%，且預期電力僅增加34%。因此，hawt制造者追求越來越高的標高來捕集更高的風速。
本發(fā)明涉及引射系統(tǒng)，其提供用于研發(fā)主要工業(yè)風力發(fā)電站的技術的第一革命性利用。通過采用根據本發(fā)明的引射系統(tǒng)，能夠使空氣速度增加許多倍，其中，進入寬闊入口的低速空氣以遠為更高的速度從引射器頸部離開。在針對10到50的引射比率（l/e）的設計的靈活性情況下，渦輪機處的空氣速度能夠增加若干倍。將風調整成更高的速度容許遠為更寬的范圍的場地位置。通過將風速增加許多倍，以及利用多級轉子軸、無傳動裝置高速垂直發(fā)電機、先進的材料和機構配置，引射工業(yè)電力系統(tǒng)技術實現效率的許多倍增加、重大的成本減少、操作和維護的簡易，從而因此容許開辟使風能在國家的電能生產中捕獲遠為更多的份額的新途徑。
現在參考圖1a-10c，將描述根據本發(fā)明的一個具體實施例的引射工業(yè)發(fā)電站100（參見，例如，圖1a-3b）。本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)利用一個或多個發(fā)電站100，以生成能夠根據期望向ac電網提供，或者可被用作用于本地或者遠程工業(yè)應用的電源的電力。
發(fā)電站：
在本發(fā)明的一個具體實施例中，發(fā)電站100包括多層引射器110（圖1a、2a），其從發(fā)電站房（house）120（圖1a、2c）延伸，且與其一體化。低速風通過進氣口/進風口130（圖1a）進入引射器110，且速度遠為更高的風從出氣口/出風口140（圖1b）離開。更具體地，在本實施例中，引射器110被配置成從進氣面130匯集空氣，使空氣到達且通過引射器110的收縮頸部部分125（圖5a、5c），并離開出氣口140。在針對10到50的引射比率（l/e）的設計靈活性的情況下，能夠使通過引射器110的空氣速度增加若干倍。在收縮頸部部分125中，安置在多層引射器120的每一層處的多個轉子-葉片組件195（圖7a、7b）引起共用的、垂直軸線主轉子軸190（圖2d）的旋轉，這經由發(fā)電機250（圖10a）生成電。能夠根據期望儲存或使用所生成的電。
發(fā)電站房
出于本描述的目的，發(fā)電站房120被分成三個水平：1）下部軸承房150（圖2d）；2）多層引射器房160（圖1b）；和3）懸吊軸承房170（圖2d）。另外，發(fā)電站房120包括垂直的主轉子軸190，其是本發(fā)明的垂直風力渦輪機系統(tǒng)的主轉子軸。多個轉子-葉片組件195（圖7a-7c）安裝于垂直的主轉子軸190。如下文將更具體地描述的，在本優(yōu)選實施例中，一個轉子-葉片組件195在多層引射器120的每兩個鄰近底板之間的空間中對齊地安裝到軸190。發(fā)電機和控制系統(tǒng)230（圖10c）額外地設置在房120中以便控制vawt和從其捕獲能量。
在本優(yōu)選實施例中，發(fā)電站房120能夠經由下部軸承房部分150中的進口180（圖1a）由用戶通達。發(fā)電站房120包括額外元件，包括但不限于，從發(fā)電站房120的頂部水平170到底部水平150提供的垂直流通軸129（圖3a），以提供通過發(fā)電站房120的垂直流通（circulation）?？蛇x地，能夠提供由纜線126（圖4a）支撐的頂板延伸部124（圖4a），以為出風口140遮蔽雨雪。在本發(fā)明的一個具體實施例中，房120的墻是剪力墻。
懸吊軸承房：
懸吊軸承房170是發(fā)電站房120的頂部水平，且位于引射器房160上方和引射器頂板112上方（圖3a）。在本發(fā)明的一個具體實施例中，懸吊軸承房170的底板在地面105上方近似70米（圖2d）。除了其它之外，懸吊軸承房170還容納懸吊軸承200（圖2c、8a）和結構軸承205（圖2c），從而針對垂直軸線轉子軸或主動力軸190支撐懸吊軸承200。如在圖8a和8b中更具體地圖示的，除了其它之外，懸吊軸承200還包括接收垂直軸線動力軸190且延伸到結構軸承205內的套圈201、支撐垂直動力軸190的滾珠軸承部分202和頂部203。
主轉子軸和軸承系統(tǒng)：
在本發(fā)明的本具體實施例中，所有轉子-葉片組件195均在相同的、共用的垂直軸線的主轉子軸190上安裝于引射器風通道中。主轉子軸190本身與垂直軸線“z”對齊，且由兩個軸承系統(tǒng)200、210（圖2c、10c）支撐，轉子軸190的頂部和底部處各一個。在一個具體實施例中，每一個軸承系統(tǒng)200、210均是其類型中最大的，且使用軸承組裝技術中的先進技術和軸向固定方法以便制造和安裝垂直軸線轉子軸190。在一個具體實施例中，主轉子軸的直徑是2.0米。
為了消除位置相關和偏轉相關的誤差的影響，且為了實現高承載能力，將在定位/非定位軸承布置中使用軸承。在一個具體實施例中，軸承具有自對齊能力，諸如由skf?生產的carb?圓環(huán)滾子軸承將被用在非定位位置中，同時軸向定位的、球形滾子軸承將被用在定位位置中。定位/非定位軸承布置的使用提供高承載能力，其對于雙軸承布置而言具有最低的可能軸承和房重量。
在圖示的當前具體實施例中，垂直軸線的主轉子軸190由懸吊軸承200支撐，其由安置在懸吊軸承房170中的交叉結構軸承支撐件205支撐。類似地，軸承210由交叉結構軸承支撐件215支撐（圖2c）。在本發(fā)明的一個具體實施例中，控制轉子190的發(fā)電機和控制系統(tǒng)230被容納在安置于下部軸承房150中的發(fā)電機房240（圖4b、10b）中。額外的軸承191（圖7c、8a和8b）可設在軸190通過引射器底板114、116的每一個平板（圖4b、9a）的接口處。多個轉子-葉片組件195在每一底板114、116上方（且在下一底板114或頂板112下方）附接到軸190。
轉子-葉片組件：
轉子-葉片組件195中的每一個均配置有多個葉片，其布置成在引射器風通道的頸部125中接合風流體流。在多層引射器結構的每一個底板114、116上方將一個轉子-葉片組件195設在轉子190上。在圖示的具有十二個底板（一個底部底板116和十一個底板114）的示例中，將存在十二個轉子-葉片組件，其安裝于單個的共有轉子軸190上，并且其中，在每一個引射器風通道中安置一個轉子-葉片組件195。
圖7a和7b圖示轉子葉片組件的兩個示例性類型195a（圖7a、7c）、195b（圖7b），其能夠與本發(fā)明一起使用。這不意在是限制性的，因為在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，能夠使用其它轉子-葉片組件設計。然而，兩個轉子-葉片組件195a、195b被設計為在不同操作范圍中利用。如在圖7a中更具體地圖示的，轉子-葉片組件195a在每個旋轉副（rotaryset）中包括三個葉片。如圖7b中圖示的，轉子-葉片組件195b由連接到中央軸承或轂199（圖7a-7c）的多個軸向類型的葉片構成。應當注意的是，在此沒有hawt設計者所面對的阻力和升力問題。
轉子-葉片組件195a、195b中的每一個均包括附接到中央軸承或轂199的多個轉子葉片197，所述中央軸承或轂199包括用于接收轉子軸190的圓筒形通路。每一個葉片197均經由機械葉片固定系統(tǒng)196（圖7c）附接到轂199。在圖7c中圖示的本發(fā)明的一個具體實施例中，葉片197直接地栓接于軸承199，且不能夠俯仰，因此避免在某些風水平之上的氣動失速。如在圖7c中更具體地圖示的，組件195a的轉子-葉片中的每一個均包括根部、中跨和尖端區(qū)段。葉片197應當被選擇為由能夠應對疲勞和極端溫度的材料制成。
在一個具體實施例中，葉片197最佳地由玻璃纖維強化的環(huán)氧樹脂制成。鋁和復合材料的使用有助于低旋轉慣性，這意味著如果風增速，則渦輪機能夠迅速加速，因此保持尖端速度比率更加近乎恒定。蒙大拿州立大學（montanastateuniversity）已經研究了玻璃纖維復合物和碳纖維復合物。在本發(fā)明的一個具體實施例中，取決于系統(tǒng)配置和環(huán)境極限，在本引射工業(yè)電力系統(tǒng)中用于葉片197的材料能夠根據期望是鋁、環(huán)氧樹脂或玻璃纖維復合物。
引射器：
引射器110是多層結構，其容許風流動通過引射器110的鄰近底板114之間的開放空間或通道。引射器110的形狀被配置成通過該結構匯集風，在該過程中使風加速。進氣口130處是寬的，引射器縮窄至頸部部分125，該頸部部分125整合于發(fā)電站房120的中間水平160內，在懸吊軸承房170和下部軸承房150之間。如圖5a中圖示的，在一個具體實施例中，引射器風通道的寬度p大于引射器風通道的長度l。
引射器110由引射器頂板112和引射器底板116垂直地限定，且在側面由垂直墻或結構118（圖3a、3b、5a、5b）限定。底部引射器底板116（圖4b）被抬升于地面105上方，且在發(fā)電站房120中限定下部軸承房水平150的高度。在一個具體實施例中，底部引射器底板116在地面105上方被抬升大約21米或者五層樓高（story）（圖4a）。
引射器底板116由多個結構剪力墻220（圖3a、5b、6）支撐在地面105上方，所述多個結構剪力墻220位于引射器110的側周邊處，且整合于側結構118內。另外，多個柱230（圖3a、5b、6）支撐引射器底板116，且延伸以支撐每一個底板114，以及引射器頂板112。在圖2b中圖示的示例性實施例中，十二個底板在底部引射器底板116和引射器頂板112之間延伸。鄰近的引射器水平112、114和116以及側結構118之間的空間用作通過引射器110的風流動通道。出于本申請的目的，鄰近的底板之間，或者最頂部底板114和引射器頂板112之間的流動路徑將在本文中被稱為引射器風通道。在當前優(yōu)選實施例中，一個轉子-葉片組件在每一個引射器底板114、116上方安置在每一個引射器風通道的頸部中。
引射器110在進氣口130處是寬闊的，但是在容納在引射器房160中的頸部125處縮窄。頸部125限定每一個引射器風通道的最窄寬度部分（即，沿x軸線）（圖5a）。另外，在本發(fā)明的一個具體的優(yōu)選實施例中，每一個引射器風通道均在頸部125中通過減少接近頸部125的天花板高度而進一步收縮，從而導致在靠近每一個轉子葉片組件195處的低天花板高度區(qū)域112c（圖4a-4c），如圖2c、3c和4a-4c中更具體地圖示的那樣。更具體地，頂板112或者底板114的下表面的第一部分112a（圖3c、4b）具有第一、標準高度。接近引射器風通道的頸部125，天花板高度在區(qū)域112b中減少或漸縮（圖3c、4b）。低天花板高度區(qū)域112c（圖3c、4b）設在目前描述的實施例的頸部125中、在凹部118a（圖5a）上且鄰近轉子-葉片組件195，以便進一步收縮通過頸部125的空氣流動通道，以壓縮和加速在此處通過通道的風。換言之，進風口130容許比出風口140容許離開的風的體積更高體積的風一次進入，從而引起風以比其進入引射器時遠為更大的速度離開。
形成引射器頸部125的一側的結構118中形成的半圓形凹部118a（圖5a）被配置成接收安裝在垂直的主轉子軸190上的轉子-葉片組件195。在使用中，凹部118a的大小適合于將轉子-葉片組件195的至少一個轉子葉片197暴露于通過頸部125的風流，以及適應軸190上的轉子-葉片組件195的旋轉。如圖5c中更具體地圖示的，在一個實施例中，空氣僅將直接轉矩施加于葉輪的長度上，因此避免了當空氣沿葉片197滑行時的反向轉矩。如將顯而易見到的那樣，形成在每一個引射器風通道中的凹部118a均被對齊，以容許在單個垂直的主轉子軸190上使用多個轉子-葉片組件195。
因此，在使用中，低速風經由進氣口130進入每一個引射器風通道（即，在底部底板116和下一個鄰近底板114之間；在每兩個鄰近底板114之間；以及在最頂部底板114和引射器頂板112的底面之間），其中進氣口130形成每一個引射器風通道的最寬部分。因為每一個引射器風通道的直徑（即，x軸線）和高度（如果期望）逐漸減小，每一個引射器風通道中的風的速度增加直到到達頸部的風以高速行進為止。每一個通道中的高速風引起該通道中的轉子-葉片組件195旋轉，因此引起主轉子轉向，如由圖2a中的方向箭頭指示的那樣。高速風將然后經由出氣口140離開引射器風通道，恰好超出轉子-葉片組件195。
引射器房：
如上文所論述的，多層引射器房160形成軸承房120的中間部分。引射器110的引射器頸部125部分構成引射器房160的一大部分。通過引射器房160的風（即，沿通過發(fā)電站100的y軸線）在出風口140處，在引射器房160的后部（基于氣流的方向）離開通道。房160能夠被配置成延伸超出引射器頸部的結構墻118，其在引射器頸部125的任一側上在房160中提供區(qū)165（圖2c）。區(qū)165能夠根據期望被用于儲存、機械通達、通風、升降機軸等。如圖所示，能夠在軸承外殼150和170中設置相似的區(qū)。轉子-葉片組件195安置在引射器房160中的轉子190上。
下部軸承房：
下部軸承房150是發(fā)電站房120的地面水平，且包括下部主要軸軸承210、交叉-結構軸承支撐件215和發(fā)電機控制系統(tǒng)230。在一個具體實施例中，下部軸承房的高度是在地面105上方近似21米，或者在發(fā)電站房120中向上大約五層樓高。下部軸承房150包括連接到下部軸承210的垂直軸線的主轉子軸190的一部分。作用的垂直軸線的主轉子軸190的又一部分連接到發(fā)電機250的傳輸軸190a（圖2d、10c）。發(fā)電機和控制系統(tǒng)230額外地被容納在下部軸承房150內。
發(fā)電機和控制系統(tǒng)：
更具體地參考圖10a-10c，發(fā)電機和控制系統(tǒng)230設在安置在下部軸承房150中的發(fā)電機房240中，且除了其它部件之外，還包括發(fā)電機250、控制系統(tǒng)260（圖10a）和電池系統(tǒng)270（圖10a）。根據期望，由系統(tǒng)230生成的電力能夠經由ac電氣線路320（圖10a）輸出至本地電網，或者可以被本地使用以向不同的應用提供電力。
在當前實施例中，發(fā)電機250被配置為交流發(fā)電機，其包括安置在傳輸軸190a上的多個直接連接的永磁體252，且沒有齒輪箱。在當前的交流發(fā)電機實施例中，磁體252被安置成靠近一組固定的磁體255，如圖10c中更具體地圖示的那樣。有利地，這樣的發(fā)電機能夠處理寒冷天氣和極端條件。在本發(fā)明的一個具體實施例中，基于雙饋感應系統(tǒng)設計發(fā)電機250，以使輸出頻率和電壓匹配本地電網的值。另外，在當前優(yōu)選實施例中，發(fā)電機250的永磁體是無刷的，并且其中沒有整流器，因此實際上不需要維護。
如在圖10a中更具體地圖示的，發(fā)電機250向逆變器290的輸入提供dc輸出電壓，逆變器290相應地根據期望向用于工廠100的主效用（utility）斷路器面板300和/或電池儲存系統(tǒng)270提供ac電壓輸出。主效用斷路器面板是ac電表310（圖10a）。ac電表310經由電纜315連接到ac輸電線路320（圖10a）。在發(fā)電站100處生成的能量能夠經由這些ac輸電線路320被反饋至電網內。
除了其它之外，控制系統(tǒng)260（圖10a）還包括測量過程變量的傳感器、操縱能量捕獲的致動器以及基于由傳感器收集的信息協調致動器的部件加載和控制算法?？刂葡到y(tǒng)260因此包括處理設備（諸如微處理器或微控制器），其由儲存在控制系統(tǒng)260的非瞬態(tài)存儲器中的軟件配置，以基于收集到的信息和在算法或軟件中限定的一組規(guī)則執(zhí)行用于系統(tǒng)的控制任務。
由控制系統(tǒng)260執(zhí)行的一個控制任務是致動連接到控制系統(tǒng)260的液壓驅動的機械制動器280（圖10a）。在當前的優(yōu)選實施例中，制動器280是用以保持渦輪機處于靜止以便維護的次要裝置。提供未示出的轉子鎖系統(tǒng)作為用于保持渦輪機處于靜止的主要裝置。在本發(fā)明的一個具體實施例中，制動器280將僅在主要制動已經使渦輪機速度減小之后啟用。
本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)是第一主要工業(yè)vawt發(fā)電站，其相比當前的主流hawt系統(tǒng)提供巨大的優(yōu)勢。更具體地，發(fā)電站。
引入的空氣流動通過單個葉片長度，因此當空氣流在葉片上滑行時避免轉矩。這解決了過去vawt設計中所面對的主要的持久的問題中的一個。另外，根據本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)相比于hawt系統(tǒng)能夠經受遠為更高的速度，其中hawt系統(tǒng)在接近55mph的風速下必須關停。
根據本發(fā)明，直接連接的、可變高速、垂直發(fā)電機技術是對風力發(fā)電的配置技術的主要創(chuàng)新。雖然hawt系統(tǒng)要求將成噸的裝備安裝在高的標高處以使僅一組轉子/葉片旋轉，但是多級轉子/葉片組合允許多水平轉子/葉片安裝，因此增加單個系統(tǒng)內的功率輸出。
進一步地，齒輪箱、偏航控制和相關的輔助系統(tǒng)的消除導致實質的成本節(jié)約和維護負擔。操作間（發(fā)電機、控制間、電力開關、電壓調節(jié)系統(tǒng)等）置放在地面水平上，因此導致構造和維護成本節(jié)約，以及操作的簡易。
另外，由于低的土地空間要求和能夠在低速風下操作，遠為更廣的位置選擇的選項是可得的。從美學的角度而言，根據本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)和發(fā)電站建筑物能夠與周圍環(huán)境良好地混合。因此，總而言之，根據本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)是革命性的系統(tǒng)，其將改變引起目前為止在風力渦輪機利用中遵循的低效率路徑的總體方法。
雖然已經關于某些實施例或修改（在實踐中推測的）的不同方面描述、公開、圖示和示出了本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍不旨在，而且也不應當被視為由此受限，且特別地保留如可由本文中的教導建議的這樣的其它修改或實施例，尤其當其落入在此所附的權利要求的廣度和范圍內時。例如，根據本發(fā)明的引射工業(yè)電力系統(tǒng)能夠通過以下方式被設計為用于各種容量和情形：引射器系統(tǒng)參數和尺寸的變型；改變底板的數量和葉片/轉子組件的級數；以及調整建筑學方面以適合當地條件和環(huán)境方面。
因此，雖然在本文中示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是將理解的是，可以以與在本文中明確地圖示或描述的不同方式體現本發(fā)明，且在不脫離如由所附權利要求限定的本發(fā)明的原理的情況下，可在實施例內在細節(jié)和構造以及零件的布置中作出某些改變。