CN101297113A - 连续中央驱动轴支撑的多转子风轮机 - Google Patents

Abstract

共轴多转子风轮机，比同样直径的单个转子产生更多的功率，通过增加驱动轴长度和在多于一个支点上支撑驱动轴将使其有更大功率。为了额外的长度来支撑附加的转子，牺牲了对准能力，这导致更大功率的共轴多转子涡轮，其对于主要是单一方向风能的区域尤其有用。理论上，所述涡轮布置在与风向成偏斜角α(alpha)的位置，其与转子之间的合适间距相结合，可以允许清风到达每一个转子，这样所有的转子均有助于驱动轴的旋转。将驱动轴置于张紧可以提高临界速度，并减小所需中间支撑件的数目。将地面或下面的底座置于受压，使其成为涡轮结构的有效部分，降低了成本。横轴和可逆叶片也可以被并入。

Description

连续中央驱动轴支撑的多转子风轮机

相关申请的交叉引用

【0001】本专利申请要求2005年8月30日提交的美国临时专利申请第60/712,792号的优先权，并且是2004年3月27日提交的未决的美国专利申请第10/810,375号的部分继续申请，并且是2004年2月17日提交的被授予美国专利第7,008,172号的美国专利申请第10/781,213号的部分继续申请，其是2001年11月23日提交的被授予美国专利第6,692,230号的美国专利申请第09/997,499号的部分继续申请，其是2001年6月14日提交的被授予美国专利第6,616,402号的美国专利申请第09/881,511号的部分继续申请，在此全部以引用的方式并入本文中，作为本公开的一部分。

技术领域

【0002】本发明涉及风车和风轮机。(技术单位3745)

背景技术

【0003】风轮机的功率输出与叶片扫掠过的面积成比例。传统地，通过增加转子(螺旋桨)的直径来增大扫掠面积。这个惯例导致不成比例的重叶片和降低了的旋转速度(低的每分钟转数，即低RPM)，这样就需要更多的齿轮传动装置来驱动高速发电机。

【0004】授予本发明人的美国专利6616402、6692230、7008172和7063501和相关的PCT申请，揭示了一种新方法，在该方法中，通过加长驱动轴和增加几个额外转子，来增大风轮机的扫掠面积，而不增大直径。功率输出与转子的数目成比例增大。我们维持较小转子的轻的重量和高RPM，以及较大涡轮的增大的扫掠面积和较高功率输出，这样通过一个单独的移动部件基本上达到了两全其美。这个较高RPM可以直接传动发电机，而忽略了对变速箱的需求。其转子以一定间距隔开附在其上的自对准驱动轴，通常定位成与风向有一个最佳偏斜角α(alpha)，其与叶片之间的空隙相结合将清风送入每一个转子，以实现最大的扫掠面积和最大功率。该驱动轴针对过量的风而对定向对准的改变减小了暴露的扫略面积，用于超速保护。

【0005】一个示例是由2004年加州能源委员会资助的我们的涡轮原型，可以参考http://www.selsam.com。使用总共七个转子使功率输出增加了六倍。1.6倍直径的转子间距和与风向成25度的驱动轴偏置角α(alpha)，使得由所有转子产生接近最大的功率。在非常强的风力下，驱动轴被吹成与风向平行(α(alpha)＝0°)，把所有转子置于第一个转子产生的尾波的保护区域内，减小总的功率输出，来防止破坏。较轻的总叶片重量、以及使得能够使用直接传动的发电机而除去了变速箱的较高RPM，是该新的风能技术的明显的优点。

风轮机设计中的工程挑战：

【0006】随着风能现在成为能源工业的快速发展的部分，通过进一步加大转子直径来满足更加强大的涡轮需求的传统方法带来三个主要的工程限制：

【0007】首先，较大的叶片对于所使用的燃料的量而言产生较小的功率。叶片的重量随着直径的立方而变化，功率随着直径的平方而变化；随着直径的增加，叶片重量比功率输出增加得快，所以叶片越大越不经济。

【0008】第二，随着转子直径的增加，RPM下降：较大的转子运转较慢，需要更多的齿轮传动装置来驱动发电机。最大的转子运转少于10转/分，而发电机需要高达1800转/分时，通常需要多级变速箱。

【0009】第三，动力传动系统转矩，和叶片重量一样，是关于直径的三次函数，所以随着直径增加转矩的增大也与功率输出不成比例。对于较大直径的涡轮，较慢的运转也需要传递较大的功率，变速箱必须做成比产生的额外功率不成比例地更加强大。轮齿和轴承的磨损也是昂贵的停工期和维修的主要原因。

【0010】直接传动、大直径、低RPM、永久磁铁环发电机是一个有效的但是昂贵的方案。本领域中期望提供较高的初始RPM来减小所需的直径和直接传动发电机的费用，或者减少齿轮传动装置的数量。我们解决了上面的三个挑战：

【0011】我们的几个转子的自对准设计装配在一个公共驱动轴上，集合了更大的功率，而直径上没有不需要的增加。我们将大涡轮的较大的功率和小涡轮的高RPM结合起来，来直接传动合适尺寸的永磁发电机，而除去了变速箱。结果是更可靠、更经济的涡轮。

【0012】超速保护：超速保护的实现是通过将驱动轴与风向平行对准，将所有的转子放置在第一个之后，以便伴流效应(wake effect)会减小输出；或通过将驱动轴横穿风向对准，这样，转子面向风蚀边，也会减小输出。失速控制和倾斜控制也可以使用多个转子。

【0013】低风速性能：较轻的风在需要能源的城市附近盛行。我们增加的扫略面积在低风时增大输出，允许在城市或其他低风位置附加有效放置。这个构造为长期探索的“低风速涡轮”(LWST)或“扩展风情涡轮”阐释了答案。

被动对准：许多公布方案的主流顺风特性代替了传统涡轮的常用尾座或偏航操纵机构。

【0014】自转塔架：我们的设计在许多实施方式中甚至减少为一个单一移动部件——一个柔性的、悬臂的、伸出的、旋转的“塔架/驱动轴”，其结合了塔架和驱动轴的功能，通过它的弯曲响应和/或弹性装配实现了被动顺风对准和超速保护。

【0015】柔性装配装置：在一些实施方式中，弯曲驱动轴的对准功能通过底座的定向的柔性装配装置被增大。一个这样的定向的柔性装配装置被放置在水中，浮力和重力分布使得整个组件随风最优地倾斜。

【0016】对离岸的答案(the answer for offshore)：我们的漂浮、倾斜、离岸方案具有一个单一移动部件，而不需要坚固的地基，不需要变速箱，不需要偏航机构，不需要沉重的铁塔架，不需要带有船的起重机和船员来安装或维护，因此解决了离岸风的大多数高成本挑战。

【0017】“竖轴”叶片的合并：横轴，也被称为“竖轴”叶片也被合并，或者分别附在驱动轴上，附在水平轴(螺旋桨)叶片上(使用水平轴叶片作为支架)，或者包括结构矩阵或网孔来增大或替换中心驱动轴，形成一个自转栅格塔架/驱动轴，其代替了普通的固定塔架的功能。

【0018】安装在建筑上的涡轮：充足的塔架/叶片间距，使得长期探索的“都市涡轮”可以使用我们设计的多种方案，可以被放置在传统高耸建筑的顶部。

【0019】安装在一起的多个多转子涡轮：支撑在同一个对准框架上的多个驱动轴已经被公开作为一种提供更大的总驱动轴长度来支撑更多的转子、提供更高的功率的方法。

【0020】来自中央框架的附加驱动轴支撑：在已经公开了多个示例中，可以使用由拉线、桁架、吊杆、支撑框架等支撑的外置轴承，来加长驱动轴的辅助支撑。这些方法提供了更长的轴承，同时保持定向对准，但在可以以有效间距支撑的附加转子的数量上仍然受到限制。

【0021】支架或绳索：公开了从一个转子延伸到下一个转子、从叶片延伸到叶片、从转子延伸到转子、或从支架延伸到支架来增大驱动轴硬度和转矩传递的绳索，。

【0022】尾座将每一个转子向前倾斜来提供升力：公开了气动控制表面使得每一个转子成为“飞行机”。这使得驱动轴不需要承担提升转子的任务，而将驱动轴置于张紧状态，允许较长较细的驱动轴，该驱动轴能够支撑更多的转子来产生更大的功率。保持了被动对准。

【0023】有浮力的叶片：也公开了充满氦或氢的叶片来提升整个结构，增大或代替普通塔架的功能。通过为本身或驱动轴提供提升装置并且将驱动轴置于张紧状态，这类有浮力的叶片减小或消除了对驱动轴硬度的需求。这允许较长的驱动轴突出更高，使更多的转子暴露在更多的风中，产生更大的功率，同时保持了被动校准。

【0024】更长的张紧悬挂驱动轴，顺风延伸到升力体(1ifting body)：也公开了附加风筝、助滑器、螺旋桨、气球、软式小飞艇、飞船、齐柏林硬式飞艇或其他升力体来提升我们的驱动轴的末端。这个很长的驱动轴被悬挂在逆风底座和位于升力体附近的顺风支点之间，通过风力实时地自动并且被动对准。驱动轴这样悬挂在两个点之间，保持了普通塔架的提升功能，并且减小或消除了对驱动轴硬度的需求。

【0025】这些并入如风筝或软式小飞艇等空气动力和有浮力的升力体的方案将更强大，因为它们能够支撑这样更长的驱动轴，该驱动轴悬挂在底座(从此处伸出)和升力体(方便地顺风被吹动)之间，维持驱动轴的自动、被动对准。因为如下事实而减弱了对驱动轴硬度的需求：当被风的推力顺风推动时，升力体和转子本身的拉力使得特别长的驱动轴处于张紧状态。可以这样被支撑的附加驱动轴长度允许更多的转子，暴露更多的扫略面积，产生更大的功率，同时维持高每分钟转数(rpm)和被动校准行为。

【0026】驱动轴长度受到支撑件的悬臂的、伸出方法的限制：

我们的伸出的、悬臂设计的驱动轴长度受到如下需要的限制：需要相对于重力由单个定向旋转点(偏航轴承)来支撑驱动轴以允许随着风向的改变而维持正确对准。悬臂驱动轴结构需要高硬度和轻质量以及限制长度。允许较长的驱动轴同时维持对准能力的附加支撑装置也被公开，但仍然在效果方面存在限制。在任何情况下，仅由中央支点支撑的驱动轴在它的实际长度上是有限制的。例如升力体的附加支撑件使得更长的驱动轴成为可能，同时在改变风向时维持正确对准和垂直偏斜角alphaα，通过提供第二个较高的顺风支点并且通过将驱动轴置于张紧。

我们的设计显示出高效率和定向公差：

【0027】我们在2004年为美国加州能源委员会的公共利益能源研究(PIER)项目的研究所做的努力，将硬度数(hard numbers)赋予整体上的共轴多转子概念，创造了7英尺直径的涡轮输出功率的世界记录，揭示了增大给定直径的水平轴涡轮的输出功率的最有效的方法。我们示出了在单独的悬臂的碳纤维驱动轴上以1.6倍直径的间距共轴地分隔开时，所有的转子可以基本传递满功率。我们观察到在最优偏斜角α(alpha)时功率输出最大，并且在驱动轴与风向对准的大范围内可以保持在有效水平。在25度向前倾斜时的正常操作在27英里/小时(12米/秒)可以产生4000瓦特，而将驱动轴定向为与风平行(水平地)仍产生3000瓦特，仅仅减小了25％。假设在高达35度的较高的偏斜角、在任意方向(根据我们的经验的合理假设)时相当的输出也可以被维持，则与风有关，为驱动轴对准的良好性能产生至少全部70度的圆锥体。在许多区域，尤其是风场所在的区域，风能通常的方向改变远小于这些。

【0028】我们以前对可变对准、陆地支撑涡轮的研究的五个重要发现导致了本发明：

1.功率与转子的数目成正比，悬臂驱动轴能够以充足隔开的间距支撑所述转子，转子数目受到驱动轴长度的限制。

2.反过来，驱动轴长度是由提供悬臂结构所需要的足够硬度、平直度和轻量化的费用所决定。

3.实现了支撑驱动轴的悬臂方法主要是为了允许涡轮围绕中央偏航轴承的自由定向旋转来维持与风的连续、正确的对准。

4.然而，当提供最大功率输出时，驱动轴的正确对准对于至少有效的功率输出不是重要的。在与风向的偏斜角的重要范围内，性能是令人满意的。

5.在我们的测试地点的主流风能在一个窄的方向范围内盛行，这个相对的单向风能对大多数强风位置是常见的。

我们的共轴多转子设计推力的其他挑战：

【0029】驱动轴功率受到所附转子的数目和有效间距以及与瞬时风能有关的驱动轴的角度和高度的限制。驱动轴长度限制了可以安装在驱动轴上的以有效间距隔开的转子数目。较长的驱动轴允许较多的转子，被正确地隔开，所以较长的驱动轴允许更大功率的涡轮。期望为我们的陆地支撑的涡轮提供这样的较长的长度。

【0030】为什么对准不需要对准的东西？

【0031】共轴多转子结构不需要精确对准，在许多风场所在位置对于给定的风能的单向特性，连续改变涡轮的对准的能力也不是特别重要。由于限制功率输出并阻止共轴多转子涡轮成本的进一步降低的主要因素是提供对准能力，我们导致本发明的结论是在许多情况下未对准的方案比对准方案具有优势。结果将导致在较低费用下支撑更多的转子、输出更大的功率的能力。

其他的专利和背景技术：

【0032】著名的船舶建筑师William Heronemus在20世纪中期提出了“帆船”的概念。这是在框架上的传统涡轮的并排阵列，该框架从一个特别大的浮标向上伸出。Heronemus，已经去世，最近仍然被授予美国专利第6749399号。

【0033】荷兰的Lagerwey，一个大的风轮机公司，在朝向风定向的单独框架上实验了多个涡轮的横向阵列。一个示例是美国专利6294844。

【0034】Harburg美国专利5040948，1991年8月20日公开了包括一系列由5个分离的平行线组和一个远距离的、相似的旋转轮轴支架的涡轮，其中所述平行线组在旋转的轮轴支架的末端之间延伸，该轮轴支架由轴承支撑被安装在塔架上的轴上，帆布安装在悬挂在线组之间的中间支架上。线组被连接到中间支架的尖端，维持它们的分隔距离，以便最好的传递转矩。帆使得它们的支撑支架旋转，低速旋转的高转矩传递到平行线组上，然后通过因为分离而提供的杠杆作用传递旋转帆的转矩到下一个轮轴的支架上。轮轴传递该高转矩到安装在支撑塔架的轴承上的单个驱动轴上。该驱动轴使后面的带有支架的轮轴旋转，使其驱动下一个5个分离的、平行线的集合，这些线延伸到下一个另外的支架，由该支架旋转下一个驱动轴，如此继续。在终端位置，通过所附加的非共轴比率带传动，这个高转矩、低RPM的旋转在速度上被步增。像许多幻想的风轮机“发明”，被提出来但是永远不能实际使用，这个观念揭示了对实际风轮机经验的缺乏：

【0035】该设计的问题包括：

【0036】·低效率、基于阻力的运转：Harburg的设计被限制在低速度旋转，因为极度的低效率、低速、高实度的转子，其特征是单面帆布具有不确定的螺旋桨形状而不是叶片，这是有2000年历史的技术，还因为连接到转子尖端的线的气动阻力：在高速时，圆形横截面的线是同样横截面面积的流线型形状(如叶片)的气动阻力的好几倍。已知的，现代的高速风轮机叶片甚至对灰尘和小虫都敏感。已知的，在现代叶片尖端的任意位置，甚至是更小的附属物都可以破坏叶片的性能，因为尖端是叶片的移动最快的部件。因此，现代的高速叶片甚至不可以替换Harburg的设计中的帆。现代的转子叶片具有高的纵横比，因此现代转子具有低实度，并且可以由高速旋转的精致的双面螺旋桨和高的叶尖速度比(TSR)来获取高性能，而不是通过大的表面区域。现代叶片的高的叶尖速度使得较多的动能传递到叶片，并且较少的转动能传递到尾波中的气体，即更多的动力用来驱动转子，而更少的被损失在尾波漩涡状态或漩涡中。这个的重要性再强调也不过分：图38的曲线图示出了不同转子类型的功率系数。高实度的转子如农场抽水风车具有非常低的功率系数(效率)，因为它们将高百分数的获取的潜在能量传递给漩涡；风本身用来在与转子旋转方向相反的方向内旋转，这消耗了可用的能源中的相当大的一部分。事实上，这样的高实度、低TSR转子通常被归类为“基于阻力的”涡轮，而不是“基于升力的”，并且主要在这类重视稳定、无人看管的操作(如提水)而不是重视效率的应用中有用。Harburg的发明中需要的转子类型回溯到至少2000年前的Greek Islands，并且是效率很低的所以甚至不是在该表中的有用内容。因此Harburg被限制为低速、低效率、基于阻力的运转而不是现代的、高速、基于升力的运转，因为在高的叶尖速度时，它的转矩传递线将呈现为叶片本身的气动阻力的许多倍，使得它们效率低。

【0037】·Harburg的平行“线”上用来传递转矩的离心力也限制了RPM：线被迫离心地向外弯曲，这样它们就不平行了。向外弯曲的线的较大的半径增大了它们通过空气的绝对速度，进一步增大了空气阻抗(阻力)，从而进一步降低了效率，并且进一步阻止了现代的高速叶片的使用。“线”的向外张开也将增大线的张力——限制RPM的另一个因素。

【0038】·低RPM不适合产生经济的电功率：除了低效率，因为低转速(PRM)，不认为基于阻力的涡轮是发电的好的候选。标准发电机需要高速旋转，并且低的初始RPM需要更多的齿轮传动装置来驱动发电机，增大了费用并且降低了可靠性。如果不使用变速箱的话，直接传动发电机必须以与RPM成反比的尺寸制造，再次增加低速旋转的基于阻力的涡轮的费用。

【0039】·低RPM增大转矩：对于任意给定水平的旋转功率输出，转矩与RPM成反比。这意味着Harburg的低速旋转增大了转矩，增加了“线”上的张力，导致整个动力传动系统内有更多的应力。支撑支架的相对小直径的驱动轴的强度会受到这样高转矩的扭转力的挑战。

【0040】·已知的，帆布比刚性叶片要慢很多而且效率更低，刚性叶片的特征是具有分离的上下表面的螺旋桨，其被永久地、最优地定形以适于它们的功能。

【0041】·帆布容易受到积冰和积雪的影响。

【0042】·帆布对于长期使用来说不耐用，遭受太阳光的紫外线老化和不可避免的由于经常的摆动或飘动造成的磨损。在所有的天气里，帆布均不适合在风中长期使用。

【0043】·如Harburg所公开的，在尖端最宽的叶片相似地只适用于高实度转子的低速旋转。这再次把Harburg的机器归为低RPM和低效率领域。(这类的转子是如此的效率低甚至不出现在图38的曲线表中)。运转的低效率理论代表了在Greek lslands中使用的2000年前的技术，并且和将叶片的根部做得最宽、在尖端做得最窄的已知的用来提供最高效率和最好性能的现代工业标准实践完全相反。

【0044】·没有引用优选的对准：Harburg没有提供有利的方向布置；他陈述他的机器“是对风向不敏感的”，不管怎样，一直在同一个方向内旋转。没有提到与盛行单向风能有关的最佳对准位置以最大化能量获取。

【0045】○没有公知常识或公认证据认为如果装配是和风向直接对齐的话，一个转子倾向于阻碍风到达下一个转子，减小输出。

【0046】○相似地，Harburg断言仅仅是因为湍流，他的装置即使是在直接横跨风向时将继续产生能量，然而经验告诉我们这样的定向将使输出减少到0或接近0。

【0047】此外，没有公认或规定最佳的方向而是隐含假定所有的方向将提供相同的性能。

【0048】McCauley美国专利5328334教导了多个转子安装在一系列首尾相接的刚性杆上。每一个转子包括2个偏置桅杆，帆伸展在两者之间，组成一个三角叶片，该叶片又是在尖端最宽，再次形成了低转速、低效率(这类转子效率如此低以至于不出现在图38的图表中)。

【0049】·此外，认为由柔性板材制成的帆比现代的相对硬的带有成形螺旋桨的风轮机叶片要有些优越性的这种观念显示了对现代风能技术的基本知识的缺乏。在1000年前，柔性帆布(Greek Islands等)被带有确定螺旋桨形状的叶片(欧洲，包括荷兰)取代。叶片形状的这个改变形成了从基于阻力的机器到基于升力的机器的一大部分转变。

【0050】·本领域熟知的为了最好的性能，尖部应该是叶片最窄的部分，所以认为叶尖应该是叶片中最宽的部分的观念再次成为没有基于实际经验的、仅仅是幻想的发明的进一步证据。McCauley的尖端宽的帆将具有低效率，另外将为发电提供一个差的选择，因为它们的低旋转速度(低RPM)。

【0051】·在所有的权利要求中，McCauley要求在单独杆之间的连接器允许杆之间的相对的角移动——意味着每一个桅杆在啮合到该线中的下一个杆之前可以独立地旋转一定的量。没有给出这类较松连接的原因。

【0052】·非最佳对准：在所有的权利要求中，McCauley要求风向量与杆基本平行，并且引用了移动仪器的一端的装置，以确保能够在所有时间内维持与风精确平行的对准。他的假设——对准杆与风平行将导致最高的输出——显示出对风寂区和尾波效应知识的缺乏。他的暗示——这个错误的、拘泥字义者的期望是基于带有原型的实际经验——是这类原型仅仅是虚构的证据。现实世界原型的实际经验很快教会一个真正的实验者(不包括该发明者)驱动轴对准在与风向成最佳的偏斜角α(alpha)结合足够的转子间距，将大多数风带进每一个转子，产生最多的功率，这由这个发明者DouglasSelsam第一次提出并且随后被这个发明者验证。由风可以看出，偏置对准增加了前部暴露的扫略面积(轮廓)，通过将顺风转子放在上游转子的尾波之外，这样所有的转子都能够接触到清风。直接与风对齐，如McCauley在所有的权利要求中要求的那样，减小了输出，因为转子由前面的转子阻挡了风的全部的力。从我们的2004年的加利福尼亚州能源委员会赞助的原型的数据清楚地证明了这一点。事实上，通过直接将我们的驱动轴与风对准而减小的功率作为过载保护的方法来防止在强风中的破坏。

【0053】·McCauley引用的从宣称的具有4英尺直径的6个转子(75平方英尺的总扫略面积)的实际模型在时速10英里(10mph)的风中产生250-300瓦特的功率输出，在物理上是不可能的。高质量的涡轮如来自小涡轮市场的领头人Southwest Wind的powerWhisper H-80(现在又名H-200)，扫过80平方英尺，在10mph时产生小于50瓦特。尾波效应(由于错误地直接在风中对准)和低效率、高实度的、包括帆布伸展在桅杆之间的叶片的组合使得McCauley宣称的原型甚至接近长期完美的H-80的输出成为不可能，更不要说超过它500％。事实上，贝斯系数将仅允许理论上完美的涡轮在时速10英里的风中从75平方英尺中产生大约200瓦特(参见图38)。超过贝斯系数的功率要求是想像的未完全开发的涡轮设计的常见的、搬弄是非的症状，这是基于对背景技术缺乏理解，揭示了从建立的原型中获取的测量数据是骗人的。极佳利用率的涡轮经常尽力达到贝斯系数允许的一半。因此McCauley的功率要求是错误的，他的实际原型的数据的真实性也是值得怀疑的。

【0054】·要求在所有的旋转松弛被获取后相邻的转子相互偏置90度，再次显示了缺乏对风能的基本经验。像在本领域的许多“发明”，仅仅考虑静止状态如在图上画出的，而不是动态系统——没有意识到在风从第一个转子传到第二个转子期间，第二个旋转转子的连续角位移。这样的连续角旋转位移将使得如McCauly建议的角偏置叶片放置方法无效或不相关。McCauly的帆应该有角度地标记，这个假设也包含一个隐含假设：McCauly的“完美”对准风的想法在风向没有小幅度湍流或改变时可以一直维持。McCauly不知道的是，这类的“完美对准”将比优选的偏置对准提供较少的功率输出，如本发明者在本发明者的研究和公开中示出的那样。

【0055】Krolick等人的美国专利4708592公开了具有带有扭曲绳梯形框架的扭曲带形状的螺旋面结构。一个相近的调查显示这个非工作的设计将仅仅是解开而不是缠绕发电机，因为缆绳只能够通过张力传递力，而不是通过图示方案所需的压缩力。有谚语说“不能推绳子(youcan not push a rope)”。Krolick似乎在某一点上意识到了这个，最后引用了“反螺旋支撑的”实施例。像在前面背景技术中提到的，如果实际建造，这个实施例最多只能是缓慢旋转的基于阻力的机器。像其他人一样，Krolick认为与风平行对齐能产生最高的输出，却没考虑因为尾波交迭而减小的功率。Krolick错误地提到现代的高速涡轮必须使用减速齿轮传动装置来降低RPM，并因此引用他的低RPM作为优点。因为齿轮传动装置通常用来提高而不是降低RPM，所以这是在错误假设基础上的错误结论，与事实相反，揭示了其不了解风能和现有风轮机的基本知识。

【0056】Beldimano美国专利1876595示出了水平轴式转子的静止系列，这些转子被布置成矩形格栅，由缆绳结构悬挂。每一个转子被集中的框架包围使风成漏斗状从圆盘穿过。Beldimano清楚地认识到，改进的表面区域/质量比和较小转子的较高RPM有利地使用较少的材料和允许直接传动发电机。另外，Beldimano意识到悬链作为他的许多小的、轻质量、高RPM转子的支撑装置的优越性。然而这个概念具有缺点：每一个转子需要独立的轴承、发电机和固定支撑，还需要与每一个转子周围的管道所需材料的数量不成比例的重的、复杂的支撑结构。

【0057】Bailey美国专利3978345和4151424，示出了平行的、细长的、横轴式薄板，其从位于两个或多个通常固定的支点之间的旋转支架悬挂。通常在Darrieus原理下工作，像通常在竖轴涡轮中使用的那样，Bailey的细长薄板跨越流体流动，与流动方向垂直。在出现在“Alternative Energy Source：An International Compendium”第6期(Geothermal and Hydropower)(Hemisphere Publishing Corporation版权)的他的文章“Energy from Sea and Air From Large-Span TensionedFoils”中，David Bailey提出他的细长的、悬挂的被置于张紧状态的横轴涡轮，向地面本身传输压缩载荷。

发明内容

【0058】如果在一个给定位置的风能很少改变方向，则对准我们的现代的、高TSR(叶尖速度比)的水平轴式转子的共轴、多转子系列的能力，失去了它的重要性。永久地放置在整体能量捕获的最好方位，允许多于一个支点的支撑，从而允许所需硬度较小的较长驱动轴，支撑更多附加转子，并且从而比已有技术悬臂的方案在更小的费用下产生更多的功率。

【0059】在大多数的风场位置，目标为在风能的通常的、相对困难的方向改变中有效获取能量的永久的定向对准，能足够提供一段时间内的几乎全部的摄能。

【0060】给定这些事实，在这类单向风中，我们有利地用对准我们的驱动轴的能力换取自由地减小硬度，并因而减小成本，同时延长驱动轴长度，这通过使驱动轴支撑在至少两个固定点上来进行。然后，使驱动轴处于张紧状态，允许在支撑物之间有更大的跨度，同时提高共振频率和临界速度，从而代替硬度来增加稳定性。不管驱动轴是否处于张紧状态，也可以提供中间支撑物来允许更长的驱动轴。这样的较长驱动轴可以支撑的附加转子的数目克服了对准不正确的任何损失。结果是仍然以高RPM运转来直接传动发电机的更加强大的涡轮。选用现代的、高速、高纵横比、高TSR的叶片，具有高升阻率，产生质量小、实度小的在高RPM下运转的转子。高TSR导致较少能量损失在尾涡涡度中的高气动效率，并且高RPM允许产生的高功率可以在相对低的转矩下传输，减小了驱动轴所需的扭转硬度。如果发电机位于驱动轴的逆风端，在驱动轴上的张力可能增加到扭矩上，而且幸运地与传统的多股的、绞合的钢丝缆绳的扭转方向一致，因此取决于个体配置这足够充当驱动轴使用。大多数叶片向右旋转，大多数缆绳也是向右扭转。这样一个钢丝缆绳作为驱动轴材料有着成本低和实用性高的优点。中空心可以被用来增加缆绳的直径，增加硬度，增加扭矩传递能力。纤维缠绕复合材料管，就像我们经常使用的那样，与这样的具有由复合基体提供的附加刚度的空心缆绳有很多相同特性。各种其他材料的低成本管和制造方法也可以被使用，为最优性能提供更大的硬度和扭矩传递能力。固体玻璃纤维增强(Pultruded)复合管，集合了玻璃、碳或其他纤维，以及被焊接、挤出或拉拔的、金属或塑料管就是例子。

【0061】潮汐和洋流是适合本发明使用的定向一致流的其他例子。因此本发明应该被理解为适用于任意流体流动。

【0062】由多于一个支点支撑的驱动轴可能被定向在与平均风向水平或垂直成偏角α(alpha)的位置或在水平和垂直之间为斜偏角α(alpha)。与我们以前的美国专利6616402、6692230、7008172、7063501和提交日期为2002年6月14日、公开日期为2003年2月20日的国际(PCT)专利申请序列号为WO 2002/103200 PCT/US02/19181中的共轴、多转子涡轮相比，这个与气流有关的轻微离轴的定向通过允许清风到达每一个转子来最大化功率输出。

【0063】将发电机放置在一个相对低的位置，驱动轴向上延伸到位于某个下风距离的较高的支撑物上(图16)，提供一个与风向的垂直偏角α(alpha)，同时除去或减小了一个支撑塔架的所需高度，但缺点是降低了转子的平均高度，并且因为表面诱导风的切力使得沿转子系列引入了风速差。这样的竖直偏角α(alpha)也在我们为加利福尼亚州能源委员会所建立的悬臂方案中被使用。

【0064】可选择的定向是在相似高度的两个支点之间的驱动轴的悬链，其中有这两个支点之间的在水平平面内与平均风向对齐的假想线，有偏角α(alpha)的部件，其通过重力诱导的在驱动轴上的凹陷设置到大多数转子上(图9)。在这种情况下，偏角α(alpha)沿着驱动轴的长度而改变。

【0065】在后两种情况中，进一步的与风向的偏置对准是由风向的自然变化和大范围湍流提供的。这三个校准策略——水平偏移、竖直偏移和凹陷悬链，也可以组合起来达到中间构形。其思路是使大多数风、在最适宜发电的最好角度、尽可能长时间地来尽可能撞击一系列转子中的大部分。缺少根据风向的改变持续重新对准涡轮的能力是通过在较低成本下提供更大的扫略面积的能力来克服的，这是由于结构简单和对材料的优化利用。

【0066】风轮机的结构使一些部件张紧，其他部件受压，来跨越最大的距离从而扫过最大的面积。例如，水平轴转子的逆风的表面张紧，顺风表面主要受压，来跨越直径。多个较小的转子每单位质量比具有相同的总扫略面积的单个大转子能更有效地完成这个。使带有这类较小转子的张紧状态下的驱动轴将位于其下面的支撑部件——在这种情况下是地面——处于受压状态。使用处于自然状态下的地面作为受压部件来悬挂张紧的驱动轴，这是一种有经济效益的对材料的使用来跨越一个特定距离，因为地面有能力承受巨大的压力载荷，具有与风平行的表面，而且是已有的，而不需要制造。对这个驱动轴的共轴的、多转子技术的应用成为一种有经济效益的方法，该方法利用驱动轴或缆绳的拉力和地面本身的压力来扫略过一个特定大气区域、从气流中提取能量并将其转换为高RPM的机械旋转并且将产生的旋转功率传递到例如发电机这样的负载上。横轴风轮机发明者David Bailey也注意到了将地面处于受压的优点，如前面本发明的“背景技术”部分提到的。

【0067】在悬链线的驱动轴或其他在塔架之间悬挂的驱动轴上提供张力的另一个方法是将塔架从中央向外倾斜，这样塔架的重量起作用使驱动轴张紧。即使仅仅使用一个单个的倾斜塔架也可以是有效的，如果它从驱动轴倾斜，它将通过它的重量使驱动轴张紧。

【0068】多个驱动轴使用相同的支撑结构的可能性极大地增加了我们新构思的潜在优点。

【0069】悬臂端延伸部分，从由多于一个支点支撑的静止驱动轴的一端或两端伸出，这进一步增加了长度，从而支撑更多的转子，增加了功率。

【0070】安装在屋顶上可以提升涡轮。通过策略性的放置，例如沿着脊梁或从脊梁向前或向上伸出，屋顶的斜度又可以作为逆风集中器将风集中到转子上来增大功率，并且作为顺风扩散器为离开转子的风创造一个小的真空来进一步增大功率。

【0071】这个组合了三个最有效的已知方法来增大具有特定直径的风轮机的功率——增加多个转子、集中器和扩散器。

【0072】从传统的单个转子的涡轮上除去的部件包括大叶片、变速箱、偏航轴承、尾部机构或偏航机构。相对于我们从前的悬臂结构的优点包括降低了对驱动轴硬度的要求，从而降低了驱动轴和轴承直径和成本，降低了对驱动轴内在伸直度的要求，增加了驱动轴长度来支撑更多转子，除去了偏航轴承，并且降低了支撑结构的成本从而在较低的成本下产生了更大的聚集功率能力。

较小叶片每单位质量聚集更多功率的能力极大地降低了叶片的费用，使得可以支撑的转子的数量与每一个转子的比效率相比，对于我们的设计来说是更重要的成本驱动。这个对最大化转子效率的降低的需求可能支持同步发电机使用导板为进一步的栅极系紧应用，通过减小对变换器的需求降低了成本，并且允许使用失速控制来进行超速保护。

使用丘陵、山脉、峡谷、建筑等用来支撑、提升和集中风力：

【0073】使用在地形上自然存在的海拔差别提供了减小或消除用塔架来支撑驱动轴的需求的可能性。例如，单个驱动轴横跨过加利福尼亚的Palm Springs附近的San Gorgonio隘口，其倾斜角α(alpha)，可以产生与整个风场相等的功率。山脉之间的山谷、山脊之间的峡谷以及台地、丘、山脉和丘陵之间的平地提供了在升高了的潜在支撑点之间的汇聚气流中的强风。这些自然地形也为风导向服务，通过限定该风必须流向通过一个特定的区域的方向来产生单向的风源。SanGorgonio Pass也是一个很好的例子——这个区域的风大多数经常是从两部或西部-西北部(图39)而来。除了对准风，这类区域使得风更强大：为悬浮涡轮的端部提供支撑的同样高度的地形用来阻止风，强迫它通过涡轮所在的地形之间的区域。综合效果是所有将吹入整个区域的风改为被强迫吹入本区域中没有被地形阻碍的部分，这极大地加速了通过这样一个隘口的风速。确实，现在的风场优先地布置在升高的地形之间的这类隘口内。

建筑和桥：

【0074】人造结构如建筑、桥等也可以有利地作为驱动轴的支撑物被使用，并且使它们的表面朝向盛行风向的正确定向可以优先地集中通过转子阵列的其他风能，作为进入的集中器或外出的扩散器，均成为被证实的功率增强方法。最终的构造结合了三种最有效的方法来增大具有特定直径的风轮机的功率输出——集中器、扩散器和增加转子到一个加长的带有偏置对准的驱动轴上——共轴多转子阵列。然后通过安装多个平行的涡轮，这个结果被进一步加大。结果是使用便宜的元件获得相当大的能量。

驱动轴上的分离力：

【0075】驱动轴可以被构造为带有一个处于张紧状态的内部、静止中心来用于整体支撑；和一个位于内芯的轴承之上的外部旋转壳体。较轻的、旋转的外壳只需要传递转矩，而强大的、重的、固定的内芯中心支撑所有悬挂元件的重量。这就不需要重型止推轴承来支撑在巨大张力下的带有转子的旋转轴。

【0076】可逆螺旋桨：当风向相反时，具有足够对称性以反向工作的螺旋桨可以被用来为上述静止构造类型中的任何一种提供功率。这类螺旋桨可以展示关于两个轴或一个轴的绝对对称，可以是相对直(对称)或可以是有点S形。当风改变方向时这类转子也改变方向。可选择地，可以维持单方向旋转，而不管风向，通过使用铰接的叶片，以固定的、不改变的旋转风向对任一方向的气流作出反应，像前面在一些可逆螺旋桨、叶轮、水轮机和鼓风机的技术中已知的那样。

【0077】可逆叶片可在如下两种类型地点中具有优势：

1.风通常从两个相对的方向中的一个方向吹来的地方，例如峡谷。这通常被称为双向风能。

2.风从许多不同的方向在不同的时间吹来——全方向的风能——的地方，在一个静止的、未对准的方案中可能的额外长度仍提供足够的额外转子来在一段时间内每单位成本捕获比对准方案更多的总能量。

【0078】能够图示出每年来自不同方向的风能的量的图表类型是圆条形图，其被称之为“风玫瑰”。在大多数的风场位置，以及很多其他位置，这类“风玫瑰”表将清楚地显示该区域盛行风的强的方向优势。例如风场位置的“风玫瑰”表包括在图39中。

【0079】横轴叶片的并入：对于先公开的授予本发明人的美国专利6616402的共轴多转子涡轮，在Darrieus原理下操作，结合了在那个专利里被称为竖轴式叶片的横轴叶片，当适用于静止结构时其也可以被并入我们的设计中。在前公开的我们的对准方案，横轴叶片可以是离散的或连续的，直的或螺旋的，朝一个或两个方向扭转，并且可以在结构上包括驱动轴的部分或全部。像在美国专利6616402中，水平轴(普通螺旋桨)式转子可以作为支架去支撑横轴叶片。

【0080】像在美国专利6616402中，一个圆柱体包括结构性栅格或网孔，其并入横轴(竖轴式或Darrieus式)叶片作为结构部件，可以代替驱动轴本身，使得中央驱动轴不是必需的。如果网孔或栅格对离心力和重力具有足够的抵抗力来保持一个基本圆形、圆柱形，则水平轴式转子的支架功能成为不是必需的。在这种情况下，可以在沿着涡轮的大部分长度上除去中央驱动轴。

结果是由横轴叶片的网格组成的回转管。离心力有助于其保持外形，这对于风轮机来说是一个期望的特性。

【0081】固体玻璃纤维增强是产生这样一个连续叶片的一种好的技术。

附图说明

在46页上的46幅图

【0082】图1是处于悬链悬挂状态下的共轴多转子风轮机的斜视鸟瞰图，其以与单向风能成水平偏斜角α跨越一个峡谷。

【0083】图2是同一个共轴多转子风轮机的逆风鸟瞰图，其以单向风能成水平偏斜角α跨越一个峡谷。

【0084】图3是同一个共轴多转子风轮机的平面图，其以与单向风能成水平偏斜角α跨越一个峡谷。

【0085】图4是跨越峡谷的涡轮的底座，其包括发电机、可调张紧装置。

【0086】图5是从峡谷底部看去的跨越峡谷的共轴多转子涡轮的逆风视图。

【0087】图6是从峡谷底部看去的跨越峡谷的4个涡轮的竖直阵列的逆风视图。

【0088】图7是从峡谷底部看去的跨越峡谷的5个涡轮的竖直阵列的逆风视图，其中转子是交错的，驱动轴提供有中间支撑物。

【0089】图8是跨越高耸建筑之间的空隙的涡轮竖直阵列的斜视鸟瞰图。

【0090】图9是斜视鸟瞰图：共轴多转子风轮机与风向成偏斜角α，在两个拉线式塔架之间处于悬链悬挂状态。

【0091】图10是共轴多转子涡轮，由多个拉线式塔架支撑在与风向成水平偏斜角α的位置，发电机位于中点处。

【0092】图11是共轴多转子涡轮，其被支撑在多个独立塔架上，与风向成水平偏斜角α。

【0093】图12是共用拉线式支撑物的共轴多转子涡轮的水平阵列。

【0094】图13是独立塔架上的共轴多转子涡轮的水平阵列。

【0095】图14是由拉线式塔架(风栅栏)支撑的涡轮的竖直系列，其在水平平面内偏斜角为α。

【0096】图15是在两个棕榈树之间处于悬链悬挂状态的共轴多转子涡轮，其在水平平面内偏斜角为α。

【0097】图16是在两个不同高度的拉线式塔架之间处于悬链悬挂状态的共轴多转子涡轮，其在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0098】图17是在两个不同高度的拉线式塔架之间处于悬链悬挂状态的共轴多转子涡轮，较高的塔架具有两个不同高度的拉线，在垂直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0099】图18是由四个依次增高的拉线式塔架支撑的共轴多转子涡轮，其在垂直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0100】图19是在地面和一个高耸建筑物之间的处于悬链悬挂状态的四个平行的共轴多转子涡轮的横向阵列，其在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0101】图20是通过普通框架支撑在斜坡方向的多个平行的、共轴多转子涡轮的横向阵列，在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0102】图21是安装在普通框架上的多个涡轮发电机的特写视图。

【0103】图22是由人字屋顶支撑的多个平行的、共轴多转子涡轮的横向阵列，经过屋脊凸出，与屋脊垂直，在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0104】图23是由人字屋顶支撑的多个平行的、共轴多转子涡轮，其与屋脊平行，建筑成与风向成水平偏斜角α。

【0105】图24是鸟瞰图：位于带有折式屋檐的商业用平屋顶上的不同高度的平行涡轮，建筑成与风向成水平偏斜角α。

【0106】图25是从地面看过去的视图：安装在折式屋顶上的同一个高度的平行涡轮。

【0107】图26是鸟瞰图：安装在折式屋顶上的同一个高度的平行涡轮，建筑成与风向成水平偏斜角α。

【0108】图27是从地面看过去的视图：安装在平屋顶上的涡轮，其伸出到折式屋檐之外。

【0109】图28是鸟瞰图：安装在带有折式屋檐的商业用平屋顶上的相同高度的平行涡轮，其与风向成水平偏斜角α，凸出到建筑的周围之外。

【0110】图29是由纵向的、螺旋缠绕线构造成的旋转驱动轴。

【0111】图30是由钢丝缆绳或钢索构造成的旋转驱动轴。

【0112】图31是旋转中空外部驱动轴设置在轴承上，该轴承位于不旋转的由缆绳或钢索构造成的张紧的内芯上，两者都穿过发电机。

【0113】图32是中空外部驱动轴的两部分，其示出了连接装置和轴承。

【0114】图33是关于两个轴对称的双向螺旋桨的截面图。

【0115】图34是双向S形螺旋桨的截面图。

【0116】图35是由相互连接的纵向螺旋叶片部件围成的旋转圆柱形横轴涡轮的鸟瞰图，其与风向垂直地悬挂横跨过峡谷。

【0117】图36是悬挂在向外倾斜的支撑物之间的共轴多转子涡轮。

【0118】图37是可旋转的框架，其悬挂通过向外倾斜的支柱处于张紧状态的涡轮。

【0119】图38是用常用的图来比较多种涡轮类型的效率和叶尖速度比。

【0120】图39是重印的风玫瑰图，示出了在风场的单向风能。

【0121】图40是在两个荒凉的台地之间处于悬链悬挂状态的共轴多转子涡轮，其与风向成水平偏斜角α。

【0122】图41是在沙漠地面和沙漠台地之间的、处于悬链悬挂状态的四个平行共轴多转子涡轮的横向阵列，其在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0123】图42是在沙漠地面和沟壑的较高位置之间的、处于悬链悬挂状态的四个平行共轴多转子涡轮的横向阵列，其在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0124】图43是在峡谷的底面和跨越峡谷的桥之间的、处于悬链悬挂状态的四个平行共轴多转子涡轮的横向阵列，其在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0125】图44是在水平表面和中央塔架之间的、处于悬链悬挂状态的六个共轴多转子涡轮的径向系列。

【0126】图45是支撑在两个不同高度的拉线塔架之间的共轴多转子涡轮，驱动轴突出穿过较高的塔架，在竖直平面内偏斜角为α，在水平平面内偏斜角为β。

【0127】图46是从图31的由相互连接的、连续的、纵向和螺旋的叶片部件缠绕的旋转圆柱形横轴涡轮内部看过去的纵向透视图，示出了旋转方向。

【0128】参考数字列表：

1.地面

2.底座

4.轴承支撑装置

6.负载(例如发电机)

10.驱动轴

11.轴承

13.转子

16.支架装置

33.悬挂轴承装置

35.偏航轴承

41.连续纵向的横轴(Darrieus类型)叶片部件

42.在旋转方向上螺旋缠绕的连续横轴叶片部件

43.在与旋转方向相反的方向上螺旋缠绕的连续横轴叶片部件

49.驱动轴的逆风部分

50.驱动轴的顺风部分

52.圆柱形的管，其包括由互相连接的支柱构成的一个几何网格，做成螺旋桨的形状，被定向成起横轴叶片的作用

54.支柱，其包括由互相连接的支柱构成的一个圆柱形的、管状的几何网格，做成螺旋桨的形状，被定向成起横轴叶片的作用

55.倾斜拉线

57.水平拉线

58.用于互相连接的支柱的连接装置

66.连续动力管装置(例如电缆)

80.建筑

90.塔架

93.共同的涡轮支撑构件

122.尾座

200.自然地形的升高的墙，所述自然地形例如峡谷，山脉或台地

202.自然地形的下降的墙，所述自然地形例如峡谷，山脉或台地

204.桥

210.可调张紧装置

212.可调连接长度装置

220.驱动轴的中间支撑物

222.不旋转的内芯或心轴

256.安装转子的套筒

260.纵向绳

262.螺旋绳

282.轴承套筒或用来将轴承与内芯合适地啮合的其他装置

288.整体连接装置(用于将驱动轴部件连接在一起)

334.逆风集中器

336.顺风扩散器

444.带有臂的常用Y形框架

446.常用Y形框架的逆风臂

448.常用Y形框架的顺风臂

555.普通支撑框架

556.用来升高和降低和/或倾斜和/或对准支撑框架的装置

T：总计累积的转子力

α(alpha)：与风向的总偏斜角α(alpha)

β(beta)：水平盛行风向上通常的瞬间改变时水平元件对总的瞬间偏斜角α(alpha)的另外贡献，在当涡轮结构名义上将角α(alpha)主要放置在竖直平面上时使用该值。

具体实施方式

【0129】1.第一个实施例——跨越峡谷的悬链共轴多转子涡轮；图1-5、29、30、39、40-43：

【0130】峡谷提供了单向风源(图39)和位于它的升高的墙200和202上的安装支点。单个驱动轴10与风向成偏斜角α(alpha)跨越在峡谷上。一系列水平的轴式转子13以一定间隔、共轴地安装在驱动轴上，在此间隔以转子间距D表示。转子组合起来绕驱动轴旋转，所有的在一起作为一个独立单元。在授予本发明人的在先专利中的相似的实施例中，转子之间的间距D，加上与风向程偏斜角α(alpha)定向，允许清风能够到达每一个转子，使得所有的转子都能够有效地利用风能，为系统提供功率。转子最好应该具备现代的、高速、高效率、重量较轻的叶片，其带有能够在最优的叶尖速度比下工作来获取最大能量的高效率螺旋桨。产生的高RPM允许总功率被驱动轴在一个较低转矩下传输，降低了驱动轴所需的扭转硬度。高RPM也需要较少的齿轮传动装置或不需要齿轮传动装置来驱动发电机，这对于低维护来说是优选的。

【0131】驱动轴被悬挂在两个固定在相对的峡谷壁200和202上的台子上。在逆风的一端，像在前述实施例中，是底座2，轴承支撑装置4和由驱动轴旋转来驱动的负载6。在这种情况下，负载6是电动发电机，其中发电机壳起轴承支撑装置4的作用，固定轴承11。轴承支撑装置4和轴承11可以交替地位于负载6的外面。在驱动轴10的顺风的一端是悬挂轴承装置33。轴承必须是能够经受驱动轴张力的推力载荷、以及通过驱动轴传递到轴承上的转子上的风的额外推力载荷的这种类型的轴承。转子的旁推力也将增加驱动轴的张力。可调张紧装置210可以被配置成帮助调控驱动轴张力。这个实施例与美国专利6616402中的第60个实施例相似，其在该专利的图80和图75中示出，其中一个带有转子的类似驱动轴从地面水平上的发电机向上延伸到由有浮力的升力体支撑的第二台子，该有浮力的升力体例如软式小飞艇，从地面台子顺风方向漂浮，在这里驱动轴10悬挂在与风向成偏斜角α(alpha)，在一个布置有负载6、轴承支撑装置4和至少一个轴承11的通常的逆风底座2和用来支撑悬挂轴承装置33的通常的顺风台子之间。在在先实施例中，这个偏移对准角α(alpha)和转子之间的间距D的组合允许清风能够到达每一个转子，使得每一个转子能够相当贡献出基本充足的功率补充量。在该在先实施例中，风在升力体和转子上的推力提供了驱动轴张力的来源。在这个实施例中，我们包括可调张紧装置210，在这种情况下其迫使轴承支撑装置4在一个通常远离悬挂轴承装置33的方向上，  (趋向于增加这两个台子之间的距离)，从而附加地保持驱动轴张紧。这里张紧装置210是可调的，这样驱动轴张力可以根据需要增大或减小。图29示出了带有附加转子的旋转驱动轴的近视图。像在驱动轴领域所公知的，与质量有关的较大直径和高硬度都会提高临界速度，增加稳定性。每一个旋转转子都作为稳定点，像陀螺或陀螺仪，在它的连接点位置。在转子之间的驱动轴区域必须提供足够的稳定性。与我们悬臂的共轴多转子涡轮相比，将驱动轴处于张紧状态是提高临界速度、降低所需的驱动轴硬度的一种方法。

【0132】风在每一个转子上作用一个推力和一个扭矩，其被累积地传递到驱动轴上，从转子到转子，到达负载。在驱动轴上的这个累积的推力和扭力的合力如箭头T所示，它合计成转子力，该转子力在一个通常螺旋形的方式下沿着驱动轴的长度前进。这个力最好是由与力的方向一致的拉力构件如绳、光纤或细丝来承受，来最好地传输张紧的力，例如螺旋绳262(图29)。绳、光纤或细丝与例如纵向绳260的驱动轴轴线平行，来最好地维持纵向硬度并且承受由张紧装置210提供的悬链悬挂的拉紧力。驱动轴可以是任意合适的结构：实心或空心、金属管、电线或电缆、或者他们的组合，例如外面缠绕着绳的实心管或一个空心电缆。到本申请提交日期为止，空心的、细丝缠绕的碳纤维/环氧树脂管对于强度、硬度、轻量化和扭转强度是优选的，但是固体玻璃纤维增强且细丝缠绕的以及工作台轧制的(table-rolled)碳和玻璃纤维管，铝、钢和塑料管，甚至通常可用的螺纹钢筋缆绳已经被发明人有效地使用，如图30所示。这些绳或钢丝索可以是如本领域中描述的常规铰或直纹铰。绳、缆绳、细丝缠绕的复合材料和其他这类的使用定向绳的结构的驱动轴可以优选地将绳沿转子旋转的方向缠绕，如图29中的螺旋绳262，这样扭矩、推力和拉紧力载荷的合力将趋向于使这样的缆绳或铰线结构更紧，而不是弄松。同样的原理大体上适用于细丝缠绕的和其他定向绳的驱动轴，尽管包括其他定向，例如圆周的或“环形”缠绕以及反向螺旋缠绕，可以在提供整体硬度、强度和结构完整性方面具有重要地位。固体玻璃纤维增强驱动轴可以在所有的纤维处于纵向的情况下有效运转，或可以被全方位的纱或其他布缠绕或被定向绳缠绕。驱动轴的栅格结构也是可能的，如授予本发明人的美国专利6616402。材料科学的发展将扩大可能的驱动轴结构的列表。相对于传统涡轮的优点包括每单位直径更高得多的功率，比相同的扫略面积的单个转子更轻的总叶片重量和更高的RPM，通过单个较大的发电机替换了许多较小的发电机，并且除去了塔架、偏航机构和变速箱。

【0133】驱动轴的自然下垂或在通常对准时从完全水平方向偏移会导致倾斜的驱动轴，这也可以帮助提供与风向成偏斜角α(alpha)。

【0134】还应该认识到，相对其长度来说足够硬和/或设置有中间支撑的这样的驱动轴可以在不特定地处于张紧时跨越这样的峡谷或其他地形之间的空隙。

【0135】虽然用峡谷做示例，这个设计可以跨越任意地形或其他人造的和/或自然结构之间的空隙，包括但是不限于：跨越山谷被悬挂在山上的连接点；跨越台地之间的空隙(图40)，从一个像沙漠地面的平地区域向上延伸到山脉或台地(图41、42)；从峡谷的底部倾斜向上到跨越峡谷的桥204(图43)；跨越吊桥的塔架之间的空隙；跨越在塔架和山脉之间的空隙等。潜在地点的数量是巨大的。

【0136】2.第二个实施例——跨越峡谷、由三个或更多支点支撑的静止共轴多转子涡轮，图7：

第二个实施例与第一个实施例相似，为驱动轴增加了一个或更多的中间支撑物220，如图7中的支撑轴承11的塔架90，用来帮助提升和稳定驱动轴，并且减小或甚至取代所需的驱动轴硬度和/或拉紧力。这类中间支撑物可以另外包括一个或更多如图7中的水平拉线57这样的稳定结构。倾斜拉线55也可以像在图14中那样使用。这类中间支撑物也可以对抗由作用在转子上的风施加的总旁推力来稳定驱动轴。拉线57在稳定驱动轴的并排位置提供很大帮助，并且可以阻止不必要的摆动。可选择地，这类中间支撑物可以从上面悬挂(未示出)。例如，中间支撑物可以从一个或更多的独立悬链缆绳以吊桥的方式悬垂，该技术也通常被用来在河峡谷之间悬挂管道。

【0137】3.第三个实施例——多个跨越峡谷的悬链式共轴多转子涡轮，图6：

与第一个实施例中相似的多个涡轮，可以被放置在跨过同样的峡谷上。图6所示为放置成竖直阵列的许多涡轮，实际上形成由转子组成的墙，风必须通过该墙在峡谷中继续通过。结果是总功率输出的进一步增大。

【0138】4.第四个实施例——图7：与第三个实施例相似，多个涡轮成竖直阵列跨越在峡谷上，但是在相邻驱动轴之间是交错的转子间隔，使得驱动轴被设置为相互更接近，同时避免相邻涡轮的叶片相撞，这样就允许在阵列里包括更多的驱动轴。结果是转子总数增加，“转子墙”的总坚固性增加，并且总输出功率增加。

【0139】5.第五个实施例——图7：与第四个实施例相似，为驱动轴增加了一个或更多中间支撑物220，如图中示出的支撑轴承11的塔架90。这类中间支撑物用来：

·帮助克服重力提升驱动轴；

·帮助稳定驱动轴，对抗侧风推力、摇动、摆动、振荡等；

·帮助维持驱动轴的相互分离来避免相邻涡轮之间的接触或叶片相撞；

·通过上面三个功能，减小所需的驱动轴拉紧力和/或硬度。

【0140】这些中间支撑220可选择地和/或附加地包括一个或多于一个稳定结构，如拉线57，也在图7中示出，可以连接到峡谷壁上，或者如果是斜的，例如可以连接到峡谷地面上。

【0141】6.第六个实施例——多个跨越建筑间空隙的悬链式共轴多转子涡轮，图8：

这个实施例与第五个实施例相似，是共轴多转子涡轮的静止竖直阵列，有从一个驱动轴10到下一个驱动轴的交错开的转子13，与包括塔架90和轴承11的中间支撑物220来帮助提升和稳定驱动轴，其在避免叶片碰撞的同时允许较小的驱动轴间距，提供了更高密度的涡轮并且产生更多的功率。代替峡谷，该阵列跨越两个建筑80之间的空隙，策略性地布置，以便其间的风能够聚集或集中，其中在每个建筑的边角之间的线与风向成偏斜角α(alpha)。共轴多转子涡轮的竖直阵列在这样的两个边角之间延伸。建筑是成角的，这样建筑的外侧面作为窄化的漏斗334，在风到达涡轮之前汇集风，并且也作为宽化的漏斗336，在风穿过涡轮阵列时分散风。这样建筑就起到逆风集中器334和顺风扩散器336的功能，这是两个增大风轮机输出的公知方法。这样的排列将三个最有效的公知方法结合在一起以增大风轮机功率：

·增加涡轮的逆风集中器334；

·增加涡轮的顺风扩散器336；

·增大驱动轴长度，以一定间隔增加转子，其中驱动轴与风向成角度α(alpha)放置。

【0142】在竖直阵列上堆积叠加多个涡轮进一步增大输出，充分利用在建筑的空隙中汇集的风能。建筑的结构也可以被用来帮助支撑涡轮。与第二个实施例中的水平拉线57具有相似功能的拉线55可以增加上去来帮助稳定如图7或图14中的中间支撑物220。

【0143】7.第七个实施例，悬挂在两个升高的支撑物上的悬链式共轴多转子涡轮，图9、40：

第七个实施例与第一个实施例相似，除了代替了跨越峡谷，涡轮跨越两个升高的支撑物如塔架(图9)、山脉或台地(图40)等之间的距离。负载6被布置在一个支撑物的上方，悬挂轴承33在另一个支撑物的上方。这样的涡轮在具有支配性的单向风能的区域使用是理想的。在图9中，塔架90最佳地布置成驱动轴10位于与风向成偏斜角α(alpha)。在图9中，关于驱动轴对准以产生最大功率，两个可能的盛行风向的选择被示出——在任一给定位置的风能的方向特性将表明一段时间内最大化能量获取的最好位置。转子间距D，加上偏斜角α(alpha)，通常用来允许清风到达每一个转子，这样所有的转子有效地利用风能，并且为总功率输出做贡献。在图9中，拉线55用来维持塔架在竖直位置，也用来维持驱动轴上的拉紧力，最终将其传递到地面本身的压力。可调张紧装置210可以任选地应用到合适的拉线或结构的其他位置来帮助维持所需的驱动轴拉紧力，也可以通过提供装置同时倾斜两个塔架来帮助竖立起结构或将其下降进行维修，前提是两个塔架在底座设置有铰链或是其他方式倾斜的。张紧时，驱动轴本身将两个塔架朝向对方拉，这样驱动轴也作为拉线使用，并且可以减小或消除对塔架具备向另一个塔架内侧拉的拉线的需求。使用地面和支撑表面作为涡轮的受压的结构元件，是本设计中经济优越性的关键因素。其他因素有较轻的总叶片重量、高RPM、直接传动发电机、不需要变速箱，这样整个涡轮包括单个的移动部件。将发电机布置在涡轮的逆风端有利于允许转子的推力沿着驱动轴张紧传递到位于轴的顺风端的轴承11。驱动轴又将所有转子累积的扭矩力传递到负载6上，即带有转动的电磁阻抗的发电机。这两个力，一起沿着驱动轴逐渐增大，前进到逆风端，由于每一个转子施加的累积力，这样随着扭矩增加，拉紧力也增大，帮助维持驱动轴平直。

【0144】一个可选择的对准策略是有意地允许驱动轴下垂到中间，如图9所示，但是要到达一个更大的程度，通过提供低的驱动轴拉紧力，然后依靠在驱动轴上的下垂来确定竖直平面内的偏斜角α(alpha)。这将允许将第一个塔架和发电机一起，更直接地放置在第二个塔架的逆风端。然而角度α(alpha)将沿着驱动轴的长度变化，在中心附近的转子的偏斜角α(alpha)等于0或接近0，所以中间部分将经历转子之间更多的相互尾波干涉，因此产生较少的功率。可能的是，将这两个对准策略相结合从而为大多数转子建立优化角alpha的最佳时机来获取一段时间内的最大能量。

【0145】8.第八个实施例，悬挂在多个塔架之间的悬链式共轴多转子涡轮，图10和11：

第八个实施例和第七个实施例相似，增加了一个或多个中间支撑物220，在这种情况下采取塔架90的形式，由拉线55、支撑轴承11来稳定，从而像在第二个实施例中那样帮助提升驱动轴。中间支撑物允许更长的驱动轴来支撑更多的转子，从而增大扫略面积，因此增大功率输出。可选择地，这类中间支撑物可以被用来代替驱动轴张紧力和/或硬度，其对于一个给定的安装，到任意程度都是合适的，作为在它的长度上支撑驱动轴的可交换的简单的方法。发电机可以位于驱动轴的逆风端附近，如在图9的第七个实施例中，在顺风端或在中间位置，如图10和图11所示。将发电机放置在涡轮的顺风端导致风的推力被添加到驱动轴的拉紧力上，从而当较高的转速将出现时帮助提高强风期间的临界速度。可调张紧装置210可选择地应用到一端拉线来保持驱动轴在一个合适的拉紧力下拉紧。如同在第七个实施例中，整个装配可以被降低或提升，通过延伸或缩回端拉线中的一个来同时倾斜所有的塔架，并且可调张紧装置210可以布置成也用于这个目的。第七个或第八个实施例中的塔架可以可选择地做成A-框架(未示出)的外形，消除了对于侧面拉线的需求，同时保持了一起倾斜所有塔架的能力。图10的拉线涡轮也可以通过放松一侧的所有拉线使其向侧面降低。可选择地，具有足够强度的独立塔架不需要拉线，如图11。

【0146】9.第九个实施例，静止共轴多转子涡轮的水平平面阵列，图12和13：

第七个或第八个实施例的多个涡轮可以被并排安装。单元57之间的水平拉线可以被用来帮助支撑除了阵列中的外围塔架外的所有机构，为了其他用处而保留阵列下面的空间不受到拉线的侵入。一个例子是涡轮下面的停车场，在这种情况下，塔架也可以作为停车场灯的支撑物。另一个例子是农场。涡轮之间的空隙应该足够允许清风到达每一行转子线。图12中共用水平拉线57的涡轮网与授予本发明人的美国专利6616402中的第3 1个实施例相似，在那个专利中的图42中示出。可选择地，具有足够强度的独立塔架不需要拉线，如图13。

【0147】10.第十个实施例，静止共轴多转子涡轮的垂直平面阵列，(风墙)，图14：

第七和第八个实施例中的多个涡轮可以被排列为竖直阵列，共用相同的塔架，形成与第三个实施例中相似的转子虚拟墙。相邻驱动轴的转子可以交错以便允许像在第四个实施例中的更近的间隔。这类的塔架可以根据其结构需要或不需要拉线。多个这类的竖直阵列可以并排布置(如图所示)，在这种情况下，应该提供足够的间隔来允许清风到达每一个涡轮系列。

【0148】11.第十一个实施例，悬挂在两棵树之间的悬链式共轴多转子涡轮，图15：

与第七个实施例相似，在这个实施例中，树作为塔架90来使用。将涡轮连接到任意这类方便的支柱上的装置可以被包括在涡轮的每一个端部台子上。跟在先实施例一样，也应该包括可调张紧装置210。为了增加多功能性，这类涡轮也应该具有可调连接长度装置212，例如索缆绞车。这就允许连接到不同的支撑装置上，而不需要在它们之间的一个特定的确切间距。这样的布置对于在偏远位置的小涡轮、用于在荒地里露营或扩展任务时的临时的、便携性的涡轮和在发展中国家使用是非常理想的。功率是通过连续动力管装置66例如示出的电缆获得的。对于小的方案，简单的、轻量化的但是强大的涡轮可以被卷起和带到几乎任何地方。任意可用的支撑装置可以被用来代替其中一棵或两棵树，例如山脉、石头、柱子、畜棚、卡车等。

【0149】12.第十二个实施例，在竖直平面内带有偏斜角α(alpha)的悬链式共轴多转子涡轮，图16、17和45：

与第七个实施例相似，但偏斜角α(alpha)主要是通过驱动轴两端之间的高度差来定义的，在这种情况下是在两个支撑塔架之间的高度差的结果。负载(在这种情况下是发电机)，位于较低的台子以便支撑、安装和维护的方便，以及最小化传输电能所需的电导线的长度。这里发电机放置在一个相对低的塔架上，驱动轴延伸到位于正顺风方向的较高塔架顶端的悬挂轴承33上，与该区域平均盛行风的风向有关。在任意时刻瞬时风与平均盛行风向的正常偏差(由角β(beta)表示)有助于如图所示的与风向的总偏斜角α(alpha)。当确定塔架的相对高度时，这个风向的改变应该被考虑，因为它可能标示着比在严格单向风能中的最优方位更加水平的方位。组合了第七个实施例和这个实施例的对准策略的结构也是可能的，这导致在斜面上的总偏斜角α(alpha)，其取决于地形、支撑装置和给定地点的风特性。在跨度之间的驱动轴长度可以通过自身的硬度或被置于张紧或通过两者被支撑，以对抗重力和由风施加的竖直推力或侧推力。可调张紧装置210可任选地被包括。注意这个实施例与授予本发明人的美国专利6616402的第60个实施例相似，如那个专利的图80和图75所示，但我们将软式小飞艇或升力体换成了塔架。具有足够硬度的驱动轴突出穿过具有悬臂形式的较高支撑物(图45)，其方式类似于第十六个实施例(图22)中的屋顶安装式涡轮，以及在先授予本发明人的美国专利6616402、6692230、7008172和7063501中的突出驱动轴。这个悬臂驱动轴方案允许支撑更多的转子，将更大的扫略面积置于空中，产生更多的功率，但不增加塔架高度。

【0150】13.第十三个实施例，在竖直平面内由多个塔架支撑的带有偏斜角α(alpha)的共轴多转子涡轮，图18：

该涡轮与第十二个实施例中相似，增加了一个或多于一个中间支撑物220，在这种情况下采取了塔架90和拉线55的形式来帮助提升驱动轴，像在第二个和第八个实施例中那样。中间支撑物允许更长的驱动轴来支撑更多的转子从而增大扫略面积，并且因此增大功率输出。可选择地，这类中间支撑物可以被驱动轴拉紧力和/或硬度代替，简单地作为支撑驱动轴的另一个方法。在前述实施例中，突出穿过上轴承的悬臂驱动轴延伸部分，也可以被包括。

【0151】14.第十四个实施例，在竖直平面内带有偏斜角α(alpha)的多个共轴多转子涡轮，其中较高的台子共用例如建筑的普通支撑结构；图19、41、42、43、44：

与第十二个实施例相似的多个涡轮可以共用支撑它们较高台子的常见装置。这个常见支撑装置可以是任意自然的或人造的结构。例子可以是峭壁(图42)、山脉、山岗(图4 1)、塔架(图44)、桥(图43)、建筑(图19)等。涡轮可以是平行的(图19、41、42、43)来捕获相同的方向范围内的风，也可以以不同的方向向外张开(图44)以便不同的涡轮在最合适的位置来捕获不同方向范围的风。

【0152】15.第十五个实施例，在竖直平面内带有偏斜角α(alpha)的多个共轴多转子涡轮，其由普通框架结构支撑；图20和21：

与第十二个或第十三个实施例相似的多个涡轮，可以被平行的、并排安装到一个普通支撑框架555上，在竖直平面内形成带有偏斜角α(alpha)的转子的倾斜虚拟表面。在所示的支撑框架中，共同的涡轮支撑部件93跨越塔架90之间的侧间隙，并且在该跨度的隔开区间上支撑涡轮。转子可以交错以允许更近的间距(如图所示)。在支撑物之间的驱动轴的跨度可以通过驱动轴的硬度，通过将驱动轴置于张紧，通过中间支撑物220的数量，或通过这些的组合来支撑。拉线55可以用来稳定结构，并且可以从结构向外突出(未示出)来通过传递该拉紧力到地面本身的压缩力帮助对驱动轴施加拉紧力。使用可由注模法制成的大约1米长的叶片，则所示的涡轮可以产生大约1兆瓦特。该结构可另外提供予装置556来升高和降低结构，和/或倾斜和/或对准整个结构。

【0153】16.第十六个实施例，在竖直平面内由斜面屋顶支撑的带有偏斜角α(alpha)的多个共轴多转子涡轮，图22：

与第十五个实施例相似，多个共轴多转子涡轮平行安装在向上的斜面上，使用一个倾斜屋顶作为方便的安装结构。屋顶最适宜的是总体朝向盛行风向。每一个涡轮在较低的一端具有负载6，在较高的一端具有轴承11。驱动轴可以任选地以悬臂方式延伸经过人字屋顶的屋脊(如图所示)从而在高于屋顶轮廓线的高度支撑更多的转子，其向上延伸以拦截更多的风，获取更多的功率。屋顶的斜面在屋顶的逆风侧作为集中器，在屋顶的顺风侧作为扩散器，增大输出功率。

【0154】17.第十七个实施例，沿着脊线安装的静止的共轴多转子涡轮，图23：

共轴多转子涡轮安装在人字屋顶的屋脊上。建筑被定向成屋脊与风向成偏斜角α(alpha)。屋顶用来提升涡轮，将其置于风能中。因为风具有与屋脊垂直的方向分量，所以屋顶的斜面在屋顶的逆风侧作为集中器，在屋顶的顺风侧作为扩散器，增大输出功率。驱动轴可以或也可以不设置为张紧，并且可以有可调张紧装置(未示出)。驱动轴也可以悬臂方式越出穿过屋顶的外围(未示出)。

虽然屋顶被作为例子，但这个构造可以有选择地设置在沿着任意脊线，像自然存在的地形的脊线，例如小山顶或山脊。

【0155】18.第十八个实施例，与脊线平行安装的多个静止的共轴多转子涡轮，图23：

与第十七个实施例相似，一个共轴多转子涡轮安装在人字屋顶的屋脊上，建筑被定向成屋脊与风向成偏斜角α(alpha)。其他涡轮与屋脊平行安装，在屋顶表面的上方具有合适的间距以允许清风到达每一个转子。如同在前面的实施例中，屋顶的斜面在屋顶的逆风侧作为集中器，在屋顶的顺风侧作为扩散器，增大输出功率。虽然屋顶被作为例子，但这个构造也可以有选择地设置在沿着自然存在的地形的脊线，例如小山顶或山脊。驱动轴可以或也可以不设置为张紧，可以设置可调张紧装置(未示出)。驱动轴也可以悬臂方式突出穿过屋顶的外围(未示出)。

【0156】19.第十九个实施例，在平屋顶上方不同高度安装的多个静止的共轴多转子涡轮，图24：

平屋顶被用来提升共轴多转子涡轮的并排阵列，放置在平屋顶的不同高度以便每一个涡轮可以避免相近涡轮的尾波，因此拦截更多的风来最大化能量获取。虽然许多这类的配置满足这个描述，包括第十个实施例中竖直排列涡轮，但是我们选择描述一个与前述实施例相似的结构，其中每一个涡轮安装在渐高的位置，到达阵列的中心。位于中央的涡轮形成一个虚拟的脊线。在该配置中，结构被用来提升屋顶上的涡轮。倾斜复折式屋顶(如图所示)可以任选地围绕在平屋顶的周围作为逆风集中器和顺风扩散器，来增大输出功率。驱动轴可以或也可以不设置为张紧，并且可以设置有可调张紧装置(未示出)。

【0157】20.第二十个实施例，在平屋顶上方以同样高度安装的多个静止的共轴多转子涡轮，图25和26：

与第十九个实施例相似，但涡轮是设置在同样高度上。增大这个高度可以增大能量获取，但是是以更高的支柱结构和增大的视觉影响为代价。降低这个高度将趋向于使涡轮从地面上看不到。围绕在周围、作为集中器和扩散器的倾斜复折式屋顶可以被包括在内(图25)或被除去(图26)。驱动轴可以或也可以不设置为张紧，并且可以设置有可调张紧装置(未示出)。

【0158】21.第二十一个实施例，安装在屋顶上方、以悬臂方式突出越过屋顶周围的静止的共轴多转子涡轮，图27和28：

前述任意一个安装在屋顶上的实施例中的涡轮可以以悬臂方式延伸越过屋脊的外围，将更多的转子置于风洞气流中，从而拦截更多的风，获取更多的能量。图27示出了利用倾斜复折式屋顶作为集中器和扩散器来进一步增大能量获取的排列方式。图28用除去复折式屋顶来图示这个概念。

【0159】22.第二十二个实施例，由定向绳构成的驱动轴，图29、30：由纤维或绳构成的驱动轴优先地定向以最好地提供纵向的硬度，来承受和传递转子推力和扭矩的力以及驱动轴拉力(如果结构将驱动轴置于张紧时)，与由均质材料构成的驱动轴相比其具有较轻的重量和较高的性能。在我们至今的经验里，细丝缠绕的复合轴具有最优的高强度、轻质量、平直性和硬度，以及当旋转时一致的弯曲响应。纵向定向的纤维260能最好地赋予纵向硬度，而螺旋缠绕的纤维262，与沿驱动轴任意位置的累积转子力T的合力对齐，能最好地从转子13传递扭矩到负载6。通过自身的硬度或通过置于张紧或两者的结合，这样的驱动轴可以被支撑在一个跨度上。

【0160】对于张紧的驱动轴，像普通多股的、扭弯的钢丝绳，也称为钢丝索，或由任意足够强度纤维性的材料构成的绳(图30)这样简单的结构可能就足够。绳索绞向可以是右旋或兰式捻(lang)。幸运地，当从逆风方向看过去时风轮机转子传统地是向右旋转(顺时针)，而钢丝绳、钢丝索和其他形式的绳大多数通常是向右手方向扭转，这意味着普通缆绳的绕向自然地与正确方向一致，可作为共轴多转子涡轮的驱动轴，传递转子的扭矩到张紧的发电机，前提是发电机位于驱动轴的逆风端。围绕在缆绳周围的套筒256可以用来安装每一个转子13。

【0161】23.第二十三个实施例，带有非旋转内芯的驱动轴，图31：对于悬链式结构尤其有用的是，张紧的非旋转内芯222可以作为支撑心轴，外部管状驱动轴在轴承上绕其自由旋转。绞合钢丝绳或钢丝索或复合缆绳或复合管，都是合适的中心材料和结构的例子。这样的结构允许涡轮在张紧时跨越长距离，而不需要推力轴承。另外，因为只有空心外壳的质量旋转，而可能更重的内芯不旋转，这样较小的旋转质量意味着临界速度提高了，使得涡轮更稳定这样就能更顺畅的运转。对于直接传动发电机(如图所示)，内芯可以直接穿过发电机的中心，被安装在轴承内。形成的结构包括在一般意义上的由轴承隔开的三层：张紧的非旋转内芯，其由轴承包围，轴承由旋转外壳包围，该非旋转内芯传递转子的扭矩到发电机，在发电机上的外壳再设置到由静止框架和发电机的定子包围的更大的轴承组内，这可以说是组成了第三层或外层。

【0162】24.第二十四个实施例，模块段的驱动轴，图32：

共轴多转子涡轮的驱动轴在本领域中可以由能够连接到一起的模块段制造而成。为了组装方便，驱动轴段可以设置有整体连接装置288(如图所示)。对于第二十三个实施例中的涡轮，非旋转内芯例如钢丝绳可以是连续的，并且在线轴上装运，而外壳可以按段组装在所述内芯上。外壳的每一段可以任选地设置有整体轴承、套筒或其他装置282以便轴承合适地与内芯啮合。在每一段的一端提供单独的轴承可能就足够。每一个驱动轴段也可以预先设置有整体的或附加的转子或毂。

【0163】25.第二十五个实施例，可逆螺旋桨，图33和34：

在本文件中上面公开的静止的共轴多转子涡轮损失了对准能力，而换取了支撑更大数目的转子和联合它们的功率来驱动单独发电机的能力。当这样一个非对准涡轮的理想地点具有支配性的单向风能时，静止的共轴多转子涡轮设计的成本节约是势不可挡的，并且合理有效的方向性对准的范围是如此广泛，所以一段时间平均后，这样的静止涡轮在提供功率时比其他涡轮类型具有经济优势，即使是在有双向风源或多向风源的区域也是如此。图33示出了对称螺旋桨，当应用到风轮机的转子上时，由一个方向的风吹动时将在一个方向旋转，并且当风的方向反转时也将在相反方向旋转。图34示出了能够实现相同结果的轻微S形的螺旋桨。许多电动发电机在每一个方向都运转的同样好。因此这类螺旋桨可以适用于上面公开的实施例中任意一个，以在一段时间内在具有双风向或全方位风向的风能区域有利地促进经济的能量获取。

可选择地，在风扇、吹风机和叶轮的在先技术中已知的铰接的叶片，可以被使用来维持不变的旋转方向，而不考虑风向。

【0164】26.第二十六个实施例，横轴叶片的几何网格被织成包括一个作为自身驱动轴使用的、圆柱形流体敏感的转子，图35和46：

【0165】圆柱管52由互连支柱54的几何网格组成，形状像螺旋桨，被定向作为横轴叶片使用，该圆柱管52跨越如在第一个实施例中的峡谷，但驱动轴与风向的偏斜角α(alpha)是90度。

【0166】授予本发明人的美国专利6616402的权利要求36-43中公布了横轴或Darrieus类型涡轮转子的新的几何结构形式，其中圆柱管52由互连支柱54的几何图案组成，每一个支柱54具有螺旋桨横截面，当绕圆柱的中心轴旋转时作为横轴叶片使用，这样该管是由横轴风驱动旋转，其中这个圆柱管既作为空气动力响应的转子，也作为驱动轴10使用，由于那个专利的图55-64和105中所示的以及在第40-48、80-81个实施例中描述的它的总细长圆柱形状和它的连续、螺旋缠绕的组成元件42、43的扭矩传递能力。这样的空气动力响应管状栅格52驱动轴10可以由带有螺旋桨横截面的连续、螺旋缠绕的细长元件42、43织成。这类螺旋缠绕的元件理论上是被定向成沿着它们的长度传递扭矩，实现上面第二十二个实施例(由定向绳构成的驱动轴，图29、30)中描述的螺旋缠绕纤维262的作用。

【0167】空气动力支柱的互连特性为转子的管状形状提供结构整体性，从而解决Darrieus或横轴设计的主要问题中的一个——怎样克服离心力维持叶片的纵向形状。结果是由横轴叶片的网格组成的回转管52。离心力帮助维持它的形状，这对于风轮机转子来说是一个期望的特性。固体玻璃纤维增强是产生这样连续叶片的一个好技术。与仅仅只有一些较粗的支柱相反，用许多较细的空气动力支柱来构造管需要较少的材料，并且提高总表面质量比，这是我们的共轴多转子涡轮设计中的一个重要原理。除了简单地螺旋缠绕连续纵向支柱外，网格的其他几何结构是可能的，并且纵向横轴叶片41可以被包括用来提供空气动力性能和承受张力载荷。遵循美国专利6616402的术语，圆柱管52的连续纵向叶片元件编号为41，在旋转方向螺旋缠绕的叶片被编号为42，相反于旋转方向螺旋缠绕的叶片被编号为43。互连装置58在它们的每个交叉点处连接细长的叶片元件41、42、43，形成包括支柱54的三角形的栅格。

【0168】不管精确结构，这样细长的、圆柱形的、管状的、横轴转子/驱动轴结构52用于通常水平的、非对准的、横跨风中的悬链涡轮是很理想的。如果应用到第一个实施例中，例如，涡轮将垂直跨越在峡谷上，并且偏斜角α(alpha)将是90度。

【0169】在前面背景技术部分讨论的，发明人David Bailey将细长的横轴转子设置为水平的、从每一端悬挂。

【0170】本圆柱形几何网格相对于David Bailey公开的这类涡轮所提供的改进是由于它们自身的硬度，消除了为对抗离心力而对叶片维持纵向形状的需求；消除了为支撑叶片对支架的需求；以及，消除了对单独的中央驱动轴的需求。

【0171】在细长圆柱转子52的每一端上的单独支架16足以悬挂整个涡轮，而不需要中间支架或中央驱动轴来承受张力载荷、传递扭矩和对抗离心力维持圆柱形状。

【0172】可选择地，水平轴转子可以被用作连接到竖直轴叶片上的支架，以一定间隔布置在管状圆柱内，这也在以前的专利中公开过。

【0173】第二十七个实施例，带驱动轴的共轴多转子风轮机，其中因为向外倾斜的支撑塔架的重量而使驱动轴张紧，图36：

将两个塔架之间的驱动轴置于张紧的一个方面是必须由塔架产生的额外的水平载荷，因为驱动轴上的拉紧力向内拉塔架，使塔架朝向对方倾斜。这是除了风的推力外涡轮塔架需要承受的力。因此竖直独立塔架必须比别的方式所需要的更加粗壮，并且拉线塔架要求传递拉线的拉紧力到地面的拉线的支撑点更粗壮来承受额外的拉紧力。一个解决方法是将塔架从中心向外倾斜。那么，塔架的重量倾向于使得塔架进一步向外倾斜，并且这个向外的力可以被用来向驱动轴施加拉紧力。结果是对于独立塔架而言，塔架上的额外的侧面载荷力矩被消除以便可以被设计为一个较轻的标准。对于拉线塔架而言，传递驱动轴拉紧力到地面的拉线支撑点所需要的额外的强度额定值被减小或消除了。该技术不限于只有两个塔架的安装结构，因为额外的塔架或其他中间支撑物可以添加到向外倾斜的两个端塔架之间。中间塔架可以或也可以不从中心向外倾斜。整个装配可以被从侧面倾斜提升到位置上，而不是向上的，这样涡轮、塔架和端拉线的基本几何形状与放在地面上时一致、没有变化，直到该装配被倾斜提升到位置上，提供了将系统树立起来的方便方法。

使塔架向外倾斜将驱动轴置于张紧的这个原则可以被应用在许多上面使用塔架的公开方案中。这也包括只具有一个塔架的方案，例如对图16中第十二个实施例的修改，其中较高的塔架被设置为从负载6或发电机向外倾斜，倾斜塔架的重力通过悬挂轴承装置33在驱动轴上施加拉紧力。示例在图36中示出。这样的结构不必须是静止的，但可以安装在摇摆支点上以提供方向性自由度。

【0174】第二十八个实施例，支撑张紧驱动轴的水平旋转框架，图37：张紧的共轴多转子涡轮跨越安装在塔架上、设置有水平旋转偏航轴承35的基本Y形框架444的端点之间的距离上，这样有张紧驱动轴的共轴多转子涡轮可以被对准来利用任意方向的风产生动力。逆风臂446支撑发电机6，顺风臂448支撑悬挂轴承33。框架的臂的重量向下拉，因此想要分离，这将使驱动轴张紧，而臂受压，与前面实施例的方式相似。这样形成一个三角，并且是对材料的优化利用。框架本身的硬度可以被用来在驱动轴上施加附加的拉紧力，并且可调张紧装置例如拉线可以被包括在驱动轴对面的框架上来将驱动轴拉紧力增加到一个期望值。为了对准，涡轮可以设置有一个尾座122或有尾座功能的表面，或可放置在摇摆支点的顺风方向，或两者相结合。可选择地，可以使用自动或手动的偏航控制机构。这个实施例与授予本发明人的美国专利6692230中的涡轮相似。也可以提供有一个超速装置，将驱动轴倾斜恢复到在那个专利中描述的水平位置，或提供有如在授予本发明人的美国专利7008172中描述的将整个涡轮旋转到风的侧面的机构。这类Y形框架或其他具有相似功能的这类框架的总体设计，也可以被作为静止的或非对准涡轮。Y型框架的一个臂可以在长度上最小或甚至完全被忽略，而利用剩下的臂的重量来提供驱动轴拉紧力。

Claims (1)

1.  一种利用流体流动产生动力的方法，其包括：

●将一系列基本水平轴类型的转子以隔开的间距安装在细长的驱动轴上；

●与风向成偏斜角α(alpha)对准所述驱动轴；

由此

●偏斜角α(alpha)充分小，这样所述转子与所述流体流动充分对齐来有效运转，从而从所述流体流动产生动力，和；

●所述隔开的间距足够为每一个转子提供充足的清风；由此，所述转子由所述流体流动引发转动，这使得所述驱动轴旋转，以便有效的功率可以从所述旋转驱动轴中提取。

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