CN101815861B - 具有至少一个叶片组的能量提取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从流动的流体中提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括一用于可转动地安装于一支撑结构的转动部件、至少一个通过一自转动部件的转动主轴线往外呈放射状设置的连接部连接于转动部件的可转动的叶片组、一用于控制至少一个可转动的叶片组相对于流体流动方向的角度位置的变桨距控制装置。转动部件具有一转动主轴线，至少一个叶片组包括一组间隔设置并固定在一起的叶片，至少一个叶片组中的每一个具有一转动组轴线。

Description

具有至少一个叶片组的能量提取装置
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2007年9月6日的美国临时专利60/970,328的优先权，其具体内容在此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明主要涉及利用流动的流体产生能量，尤其涉及一种从流动的流体提取能量的能量提取装置。
背景技术
目前，人类对可再生与无污染能源的需求量很高，各种传统的用于产生能量的能源由于其环境方面的不利因素，正在变得越来越不受人们的青睐。众所周知，电能可以自以风的形式移动的一团气体中的动能获得，就此而言，诸如风力涡轮机之类的风能发电机正逐步变得越来越具有吸引力。
风力涡轮机具有两种基本类型：1)水平轴线风力涡轮机(HAWT)与2)垂直轴线风力涡轮机(VAWT)。在HAWT之中，主转轴与发电机通常设置在塔顶上并指向风中或者说平行于风向；与此相反地，VAWT具有垂直指向的主轴，这种构造方式的一个优点在于发电机与齿轮箱可以设置在塔架的底部，因而不必支撑于塔架的顶端。
现有技术中已经公开了多种不同类型的垂直轴线涡轮机，例如，美国专利7,083,382公开了一种垂直轴线风力涡轮机，它包括一转轴，至少一个臂从该转轴呈放射状延伸，其中各臂上至少可转动地安装有一个叶片。叶片可以从具有第一阻力的第一位置运动至具有第二阻力的第二位置，第一阻力大于第二阻力从而形成转轴的转动。在另一个实施例中，各个臂上安装有多个连续排列的叶片，每个叶片均可独立地转动。
公开号为2007/0014658A1的美国专利公开了一种具有变桨距式平叶片与加速帘的垂直轴线风车，变桨距式平叶片可转动地连接于桁架式的辐射状臂上并通过链条或者皮带在马达的驱动下绕一垂直轴线转动，加速帘同样也连接于桁架式的辐射状臂上并可以通过另一单独的马达被升高或者降低，平叶片与加速帘的运动由风向标来控制。
美国专利5,855,470公开了一种具有桨片的风车，其桨片在顺风运动的过程中转至迎风方向，在逆风运动的过程中刃口超前地转动，每个桨片的指向通过相关联的齿轮传动与皮带传动的配合而改变，整个风车安装在迎风处的舌片上，舌片可转动地连接于一平台并起到方向控制器的作用。
垂直轴线风力涡轮机的一个已知问题在于其相对较低的效率以及相当复杂的构造过程，其中可能会包含大量的移动部件，而效率较低的一个原因在于叶片的有效获流面积与叶片扫过的面积相比经常太小；另一个问题在于垂直轴线风力涡轮机在强风和/或暴风中具有会变得不稳定的趋势。
发明内容
因此，本发明提供了一种适于从流动的流体中提取能量的能量提取装置，其中叶片的有效获流面积与叶片扫过的面积相比得到了增大。该能量提取装置可连接至发电机以产生电能，如果风况变得恶劣或者不良时还可根据要求停止。
根据广泛的一方面，本发明提供了一种用于从流动的流体中提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括：一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一转动主轴线；至少一个通过自转动部件的转动主轴线往外呈放射状设置的连接部连接于转动部件的可转动的叶片组，该至少一个叶片组包括一组间隔设置的叶片，至少一个叶片组中的每一个具有一转动组轴线；以及用于控制至少一个可转动的叶片组相对于流体流动方向的角度位置的变桨距控制装置。
根据另一方面，本发明提供了一种垂直轴线风力涡轮机，包括：一安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一垂直的转动主轴线以及复数个自该主轴线线往外呈放射状延伸的成角度间隔分布的支撑臂；复数个可转动的叶片组，其中每个叶片组通过远离于转动部件的转动主轴线设置的连接部连接至转动部件的对应的支撑臂上，每个叶片组包括一组间隔设置的叶片，每个叶片组中至少有一个具有转动组轴线，每个叶片可绕其自身叶片轴线转动；以及用于控制叶片组相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。
根据又一方面，本发明提供了一种风力涡轮机，包括：一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一转动主轴线以及复数个以自主轴线往外呈放射状延伸的成角度间隔分布的支撑臂；复数个叶片组，其中每个叶片组通过远离于转动部件的转动主轴线设置的连接部连接至转动部件的对应的支撑臂上，每个叶片组包括一组基本平行的间隔设置的叶片，每个叶片组中至少有一个具有转动组轴线，每个叶片可绕其自身叶片轴线转动；以及用于控制叶片组相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。
根据再一方面，本发明提供了一种垂直轴线风力涡轮机，包括：一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一垂直的转动主轴线；至少一个通过自转动部件的转动主轴线往外呈放射状设置的连接部连接于转动部件的可转动的叶片组，该至少一个叶片组包括一组间隔设置并固定在一起的叶片，每个叶片可绕其自身叶片转轴线转动；以及用于控制叶片相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。
在一个实施例中，至少一个叶片组中的每一个的分隔设置的叶片基本相互平行并固定在一起。每个转动组轴线可以基本平行于转动主轴线，每个叶片可绕其自身叶片轴线转动。叶片绕其自身轴线转动的速度为可控制的，如果叶片可绕其自身叶片轴线转动，每个叶片相对于流体流动方向的角度位置为可控制的，并可根据流体的流速、流体的流动方向以及包括叶片在内的至少一个叶片组的位置中的至少一个进行调整。
在一个实施例中，变桨距控制装置可以包括一连接于至少一个叶片组的流向仪，以用于根据流体的流动方向调整至少一个叶片组的角度位置。它可包括一连接于至少一个叶片组的组齿轮以及一沿主轴线设置的参考齿轮，参考齿轮可独立于转动部件转动，组齿轮结合至参考齿轮以产生相对转动。它还可包括一连接至参考齿轮以驱动参考齿轮转动的制动驱动器。在一个实例中，制动驱动器引起流向仪与参考齿轮之间的相对转动。变桨距控制装置还可进一步包括一连接至参考齿轮的流向仪，该流向仪指示了流体的流动方向。参考齿轮与组齿轮的齿轮齿数比可以为1∶2。
在一个实施例中，变桨距控制装置包括一指示风向的风向标、一运行时连接至风向标以用于接收风向信息的控制器，控制器运行时连接至一马达，该马达连接于至少一个叶片组，以调整至少一个叶片组的角度位置。它可以包括一运行时连接至控制器的风速计。
至少一个叶片组的转动速度可以是可控制的。
本发明的以上方面以及其它方面的详细内容将根据包含在下文中的详细说明以及附图来阐明。
附图说明
现对附图作出说明如下：
附图1为根据一个实施例的垂直轴线风力涡轮机的立体图；
附图2为附图1中的垂直轴线风力涡轮机顶部的局部立体图，显示了变桨距控制装置；
附图3A为附图1中的垂直轴线风力涡轮机的制动机构处于工作位置的立体图；
附图3B为附图3A中的制动机构处于制动位置的等比例立体图；
附图4为附图1中的垂直轴线风力涡轮机顶部平面图，反映了叶片组定向至驱动位置；
附图5为附图1中的垂直轴线风力涡轮机的叶片组的俯视示意图，以45度间隔反映了叶片组绕主轴线的增量转动过程；
附图6为附图1中的垂直轴线风力涡轮机的顶部平面图，显示叶片组定向至一制动位置；
附图7为附图1中的垂直轴线风力涡轮机下部的局部立体图，显示了根据另一实施例的变桨距控制装置；
附图8为附图1中的垂直轴线风力涡轮机的俯视图，显示叶片组定向至另一制动位置；
附图9包括附图9a与附图9b，为根据另一实施例的垂直轴线风力涡轮机的一叶片组的俯视示意图，以90度间隔反映了叶片组增量转动以及叶片的独立转动，附图9a显示叶片组在第一转动周期内的转动，附图9b显示叶片组在连续于第一转动周期的第二转动周期内的转动。
具体实施方式
参见附图1，根据一个实施例的垂直轴线风力涡轮机一般参见标号10。风力涡轮机10用于从以风的形式流动的气体中提取能量，当然也能适用于从其它例如水之类的流体中提取能量。风力涡轮机10包括一可转动地安装于一概括以标号14对照显示的支撑结构的转动部件，该转动部件概括以标号12显示；连接于转动部件12的三个可转动的叶片组，概括以标号16、18和20对照显示；以及用于控制叶片组16、叶片组18和叶片组20相对于流动气流的角度位置的变桨距控制装置。短语“垂直轴线”是针对流体的流动方向来说的，用来包含任意基本垂直于流体流动方向的轴线。
转动部件12具有一转动主轴线22并包括用于将叶片组16、叶片组18以及叶片组20连接至中空的主轴28的上部支撑臂24与下部支撑臂26，主轴28可以结合至发电机(图中未表示)，以用于发电。臂24和26从主轴28呈放射状地延伸，并且每一对对应的上部支撑臂24与下部支撑臂26相对于主轴线22形成相同的角度间隔，叶片组16、叶片组18和叶片组20在自转动主轴线22向外呈放射状设置的连接部与臂24和26相连接。叶片组16、叶片组18以及叶片组20中的每一个包括一组基本相平行的间隔设置的叶片30，这些叶片30通过框架32固定在一起，叶片组16、叶片组18以及叶片组20中的每一个可绕其自身的组轴线33转动。
支撑结构14包括一基板34以及一沿垂直方向延伸的套管36，主轴28在套管36内延伸并被可转动地支撑，套管36通过支柱38连接至基板34。相应地，套管36并不完全延伸至基板34，主轴28的一部分是露出来的。主轴28在套管36内部可以由图中未示出的普通轴承或者凸轮从动件被可转动地支撑。基板34用于将风力涡轮机10固定至合适的基座上，基座在图中虽未示出但对本领域内的普通技术人员来说是显而易见的。
附图2至附图3B中显示了变桨距控制装置。变桨距控制装置包括转动连接至中空主轴28的一控制轴40(如附图3A与3B所示)、通过风向标连接器43连接至控制轴40的风标42、设置在控制轴40上的三个参考齿轮44以及三个对应的组齿轮46，也就是说与叶片组16、叶片组18和叶片组20中的每一个相一一对应，各个组齿轮46连接至对应叶片组16或18或20的框架32上，各个组齿轮46还通过环链48连接至对应的参考齿轮44。术语“齿轮”包括传统的有齿齿轮、滑轮、链轮或类似物。与此相似的，术语“环链”包括可用于连接滑轮的皮带。参考齿轮44或者还可以使用转轴连接至其各自对应的组齿轮46。这里还可以使用其它各种力矩传递的方式，这些改变方式对于本领域的技术人员来说是显而易见的。每个参考齿轮44与其对应的组齿轮46的齿轮齿数比为1∶2，这意味着对应于参考齿轮44的每一周完整的旋转，与其相对应的组齿轮46将旋转半周。控制轴40通过轴套49被可转动地支撑于主轴28内，因而可独立于主轴28转动。一可供选择的盖子(未示出)可以覆盖于齿轮44和46以及链条48上，从而防止受坏天气影响。
附图3A与3B显示了用于停止转动部件12的转动的制动机构，该制动机构概括以标号50显示，制动机构50包括一杆52、形成于连接器43上的螺旋槽54以及设置在螺旋槽54内并连接至控制轴40的导向螺栓56。杆52在控制轴40内延伸并连接至连接器43的上端内部，杆52还在主轴28内向下延伸穿过基板34并在基板34以下与一用于沿轴向移动杆52的驱动装置(未示出)相连接。杆52可以通过手动杠杆、液压缸、电机或者任何合适的驱动装置来驱动，如下文将要详细描述的那样。
附图4反映了风力涡轮机10的一操作状态或者运转状态，在该特定状态下，气流或者风的方向被标记为W，而转动部件12的转动方向为逆时针方向并被标记为R。首先，在操作风力涡轮机10之前，组齿轮46必须连接至参考齿轮44，从而使得叶片组16、叶片组18和叶片组20之间定位至如附图4所示的运转状态，这种叶片组16、叶片组18和叶片组20之间的定位使得风W冲击叶片30以使转动部件12沿R的方向转动。
在操作中，叶片组16、叶片组18和叶片组20中的每一个随着转动部件12绕主轴线22的转动相对于对应的参考齿轮44绕其各自的组轴线33旋转，相应地，叶片组16、叶片组18和叶片组20彼此之间维持其相对角度位置不变。如前面提及的，基于参考齿轮44与组齿轮46的齿轮齿数比，叶片组16、叶片组18和叶片组20在转动部件12每旋转一整周时各自旋转半周，这就使得叶片组16、叶片组18以及叶片组20在如附图4所示的位置之间持续转动，与此同时转动部件12也相对于参考齿轮44旋转。随着风W冲击叶片组16和18的叶片30，所产生的切向力被传递至对应的臂24和26，因而使得转动部件12沿R的方向旋转。与此相反，随着叶片组20如附图4所示的那样逆着风W运动，其方向基本平行于风W的方向以使反向的阻力最小。附图5中表示了一个叶片组16以45度间隔增量旋转的过程，图中显示了叶片组16、叶片组18和叶片组20在各自绕主轴线22转动的过程中相对于风W的定向。
参见附图5，叶片组16的四个直角位置随着转动部件12沿R方向的转动依次被标记为I、II、III和IV。在位置I与位置III处，叶片30与风W的方向呈约45度的攻角，作用于转动部件12的切向力主要由风W冲击叶片30而产生的升力(垂直于流体方向)形成；在位置II处，叶片组16的定向使叶片30垂直于风W的方向以使风的阻力最大化；最后，在位置IV处，叶片组16的定向使叶片30平行于风W的方向以使风的阻力最小化。
叶片组16、叶片组18以及叶片组20内的复数个相对平坦的叶片30之间的平行设置，与使用单个安装于各套臂24和26上的叶片的方式或者使用复数个串联安装于各套臂24和26上的叶片的方式相比较，提供了相对于叶片30扫过的面积来说更大的捕捉风W的有效面积，叶片组16、叶片组18以及叶片组20内的复数个叶片30之间的平行设置方式相较于串联设置方式还减少了运动部件的数目。
优选地，风力涡轮机10以相对较低的速度转动并且还包括一内设的限速器。由于风力涡轮机10的推力极大程度上依靠施加于叶片30上风的阻力，故叶片30的切线速度不能超出风W的速度，否则将刹车。
风标42自动并且连续地使自身朝向与风W相一致的方向，由于风标42连接于控制轴40，控制轴40与参考齿轮44的定向同样随着风W的方向而变化。因此控制轴40代表了风W的方向，并作为叶片组16、叶片组18和叶片组20连续定向所基于的一参照部件。因为控制轴40的方向根据风W的方向而变化，各叶片组16或18或20的定向也发生变化或者因此改变指向。该变桨距控制装置保证了叶片组16、叶片组18和叶片组20中的每一个维持合适的相对定向，以引起转动部件12与风W的方向无关的转动。
制动机构50用于在需要时阻止转动部件12的转动。例如，当需要对风力涡轮机10进行维护或者在风况不符合要求或者太恶劣有可能会造成风力涡轮机10不稳定和/或损坏的情况下，最好将旋转的转动部件12停下来。本质上，制动机构50提供了一种使风力涡轮机10的变桨距控制装置功能提升(overriding)并使得风标42与控制轴40相对彼此转动的方式。再如附图3A与3B所示，杆52通过相对控制轴40沿竖直方向移动风标42起到制动驱动器的作用。由于杆52与风标42相对于控制轴40是沿垂直方向移动的，因此安装于控制轴40的导向螺栓56沿着形成于连接器43上的螺旋槽54的轨迹运动，从而控制轴40相对于风标42转动，风标42由于作用于其上的风W的作用力而基本保持静止状态。
附图3A显示风标42与控制轴40处于工作位置，附图3B显示风标42与控制轴40位于停止位置，此时风标42与控制轴40相对彼此转过90度角。当风标42被杆52经过停止位置进一步向上推，控制轴40与风标42之间的相对转动超过了90度，转动部件12之后便开始朝相反方向转动。之后杆52可以朝工作位置复位偏移。
风标42与控制轴40之间90度的转动将引起各叶片组16或18或20绕其各自的组轴线33转动45度，基于叶片组16、18和20的受迫转动，转动部件12最终停止转动并在产生的风标作用下自动转换为附图6所示的相对于风W的位置。在这种状态下，叶片组16的叶片30垂直于风W的方向并且没有切向力被传递到转动部件12。与此同时，叶片组18和叶片组20的定位使各自的叶片30可以给转动部件12传递相对均等并且方向相反的切向力，该反向的切向力相互抵消从而没有剩余的切向力传递至转动部件12。
如上所述，各叶片组16或18或20在转动部件12的每个完整转动周期内转动半周，因此风力涡轮机10可以停止在一可选的停止状态(未示出)，其中，叶片组16转过90度，也就是说，叶片组16平行于风W而叶片组18和20沿顺时针转过90度。因此，各叶片组的叶片30传递相对均等且方向相反的切向力至转动部件12，这些切向力相互抵消因而没有切向力被传递至转动部件12。
附图7根据本发明的另一个实施例显示了的变桨距控制装置。该变桨距控制装置包括一风标100，一风速计102，一控制器104以及多个分别独立地连接至叶片组16、叶片组18和叶片组20的马达106，马达106优选在下部臂26的位置附近与叶片组16、叶片组18和叶片组20连接。该变桨距控制装置优选为一闭环控制装置，其中控制器104从风标100接收风向信息，从风速计102接收风速信息，并据此相应地控制马达106。风标100在运行中可以通过编码器108连接到控制器，风速计102在运行中可以通过流速计110连接至控制器。风标100与风速计102可以固定在风力涡轮机10的固定部件上，或者也可以设置在远离风力涡轮机10的地方。马达106可以是步进马达、伺服马达等。可以使用任意适合的控制器例如个人电脑、可编程逻辑控制器(PLC)等。传送至马达106的控制信号可以通过无线方式传输以避免过长的线路。电线(未示出)可以使用集电环的方式或类似装置连接至马达以防止电线缠绕到主轴28上。
为了维持转动部件12的转动，马达106持续旋转叶片组16和18以及20以维持叶片组16、叶片组18和叶片组20之间的相对角度定位并产生附图4所示的状态。控制器104可以使用风向信息、风速信息，并可以监控转动部件12的角度位置以持续适当地将叶片组16和18以及20定位。一旦接收到停止风力涡轮机10的指令，控制器104立即指示马达106将叶片组16、18和20定位至如上所述的附图6中所示的状态。作为另外一种选择，叶片组16、18和20还可以被定位至如附图8所示的状态。在这种状态下，每个叶片组16或18或20被定位至所有叶片30都平行于风W方向的状态，以使曳力与升力最小化。因此，附图8中叶片的状态同样不会引起任何剩余的切向力被传送至转动部件12。
附图9显示了垂直轴线风力涡轮机10的另一个可选实施例。在本实施例中，叶片组16、18和20中的每一个与转动部件12的转动等量地成比例转动。同样地，各个叶片30也可以通过传统方式(未表示)可转动地安装至对应的框架32中并可以绕其各自的叶片轴线转动。叶片30与叶片组16、18和20以及转动部件12通过在图中未示出的同步机构而实现协调转动。同步机构可以具有多种不同的构造，如齿轮、齿轮/链条、电机等，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。叶片组16、18和20中的每一个上的叶片30对应于转动部件12的每个整周转动成比例地转动半周。附图9反映了一个典型的叶片组16的90度间隔增量转动以及各叶片的各自转动情况。表示于每个叶片30的边缘上的点″●″用于阐明并追踪各个叶片30在转动部件12绕着主轴线22转动一个整周时的转动情况。因此，附图9a表示了叶片30处于第一转动周期时的位置，附图9b表示了叶片30处于连续于第一转动周期的第二转动周期时的位置。可以看出，叶片30处于连续于第二转动周期的第三转动周期时的位置与附图9a所示的状态相似。因此，叶片30持续地在附图9a与附图9b中所示的位置之间转动。
显然地，在其它实施例中风力涡轮机10可以包括更多或更少的叶片组，而各叶片组的叶片数目也可以变化。一般来说，具有更多叶片组的风力涡轮机具有更高的效率，但这同时也增加了风力涡轮机的生产成本以及质量与惯性。在一个实施例中，风力涡轮机包括3到6组叶片组。
叶片速度与风速的比例也是可以变化的，而其最佳比例取决于风速。为了调整该比例，风力涡轮机可包括一自动离合系统。在一个实施例中，叶片速度与风速的比例可以在0.5到0.9之间变化，在另一个实施例中，该比例约等于0.75。
如上所述，在一个实施例中，各叶片30可分别转动地安装于其各自的框架32，框架32可包括也可不包括臂24和26。框架32也可以绕其各自的组轴线33转动或者可以自由旋转，也就是说，在风力涡轮机10处于工作位置时不可以绕其组轴线33转动。叶片绕其叶片轴线的转动可以是线性的或者是非线性的，也就是说，在线性运动中其转动速度可以是一致的并且与框架的位置无关，在非线性运动中转速是随着框架位置而变化的以使产生的力矩最大化。因此在非线性运动中，叶片的运动或者速度可以在每个转动步骤中利用步进电机与控制器基于如框架位置、叶片速度与风速比、风向及其它的一些信息来优化。
叶片可以由刚性或者柔性材料制成，通常相对较轻并且具有一个或者多个并列的部分。如果叶片呈刚性，基本上为空弧面以使叶片可反向转动。柔性材料通常可以提供更优越的性能，但当暴露于紫外线下时其预期寿命较短。柔性叶片可以由例如碳纤维、维克特纶、尼龙、聚酯等材料制成，并且不限于以上举例。铰接叶片，也就是叶片的构造为多个由基本呈刚性的材料制成的并列部分彼此之间相铰接，提供了一种有趣的替代方案。在本实施例中，各部分的相对位置可以被控制以使所产生的力矩最大化。
叶片30还可以具有适用于更为有效的从风W或者流动的流体中产生升力的横断面。叶片可以具有矩形、椭圆形或者任何其它适宜的形状。矩形叶片相对于椭圆形叶片来说具有较低的叶片升力以及较高的流体阻力。
为使施加于叶片的阻力最小化，叶片可以在逆风运动的时候对齐成一条线。
显然地，上述风力涡轮机10可用于从水流而不是空气中提取能量。同样显而易见的是，风力涡轮机10可以使用本领域的技术人员所熟知的材料或者适当材料的组合经由传统制造流程来生产制造。垂直轴线风力涡轮机10的适当尺寸可以根据输出能量的要求与操作条件来确定。例如，适当的外形尺寸包括约24英尺(7.3m)的整体高度、约2英尺(0.6m)的叶片宽度、约4英尺(1.2m)的叶片高度、约8英尺(2.4m)的各组轴线33之间的弦距。另外，在叶片宽度的1/3到1/2之间的叶片间距都是可行的。
如上所述，叶片组16、18以及20的数目也是可以变化的。即使只有一个叶片组也是可用的，只要风力涡轮机10适于允许单个叶片组转动通过附图5中所示的位置IV。例如，这可以通过利用一径向对称的叶片单独带着该单个叶片组转动经过位置IV来实现，或者通过使用例如飞轮之类的能量储存机构来实现。另外，每个叶片组16或18或20的叶片30的数目也可以根据性能和设计要求而改变。其他的这类构造对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
叶片支撑框架可以包括一上部板和一下部板(未示出)，其分别安装在上部臂24的上方和下部臂26的下方以将风集中朝向风力涡轮机10。在一可选的实施例中，叶片可以直接安装在上部板和下部板上而不通过上部臂24和下部臂26。
以上说明只作为示例性说明，本领域的技术人员可以看出，在不背离本公开的发明的精神实质的前提下可以对所描述的实施例作出多种变化。根据本文公开的启示而作出落入本发明范围的其它一些变更对于本领域的技术人员来说也是显而易见的，鉴于此，此类变更均应包含在权利要求内。

Claims (60)

1.一种用于从流动的流体中提取能量的能量提取装置，该能量提取装置包括： 
一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一转动主轴线； 
至少一个通过自转动部件的转动主轴线向外呈放射状设置的连接部连接于转动部件的可转动的叶片组，该至少一个叶片组包括一组沿水平方向间隔设置且基本相互平行的叶片，至少一个叶片组中的每一个具有一转动组轴线，转动组轴线基本平行于转动主轴线，至少一个叶片组中的每一个叶片组中至少有一个叶片与其相应的叶片组的转动组轴线间隔开；以及 
一变桨距控制装置，用于控制至少一个可转动的叶片组相对于流体流动方向的角度位置。 
2.根据权利要求1所述的能量提取装置，其中，每个转动组轴线基本平行于转动主轴线。 
3.根据权利要求1至2中任一所述的能量提取装置，其中，每个叶片可绕其自身叶片转动轴线转动，每个叶片的叶片转动轴线基本平行于转动主轴线和相应的转动组轴线，每个叶片组中至少有一个叶片的叶片转动轴线与相应的叶片组的转动组轴线间隔开。 
4.根据权利要求3所述的能量提取装置，其中，叶片绕其自身轴线转动的速度为可控制的。 
5.根据权利要求3所述的能量提取装置，其中，每个叶片相对于流体流动方向的角度位置为可控制的，并可根据流体的流速、流体的流动方向以及包括叶片的至少一个叶片组的位置中的至少一个进行调整。 
6.根据权利要求1所述的能量提取装置，其中，变桨距控制装置还包括一连接于至少一个叶片组的流向仪，用于根据流体的流动方向调整至少一个叶片组的角度位置。 
7.根据权利要求1所述的能量提取装置，其中，变桨距控制装置包括一连接于至少一个叶片组的组齿轮以及一沿主轴线设置的参考齿轮，参考齿轮是可独立于转动部件转动的，组齿轮连接至参考齿轮以产生相对转动。 
8.根据权利要求7所述的能量提取装置，还包括一连接至参考齿轮以驱动参考齿轮转动的制动驱动器。 
9.根据权利要求7所述的能量提取装置，其中，变桨距控制装置还包括一连接至参考齿轮的流向仪，该流向仪指示了流体的流动方向。 
10.根据权利要求9所述的能量提取装置，其中，制动驱动器引起流向仪与参考齿轮之间的相对转动。 
11.根据权利要求10所述的能量提取装置，其中，参考齿轮与组齿轮的齿轮齿数比为1∶2。 
12.根据权利要求1所述的能量提取装置，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的风向标、运行时连接至风向标用于接收风向信息的一控制器，该控制器运行时连接至一与至少一个叶片组相连接的马达，以调整至少一个叶片组的角度位置。 
13.根据权利要求12所述的能量提取装置，其中，变桨距控制装置还包括一运行时连接至控制器的风速计。 
14.根据权利要求1所述的能量提取装置，其中，至少一个叶片组的转动速度为可控制的。 
15.一种垂直轴线风力涡轮机，包括： 
一安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一垂直的转动主轴线以及复数个以一定角度间隔分布的支撑臂，支撑臂由主轴线往外呈放射状延伸； 
复数个可转动的叶片组，其中每个叶片组通过远离于转动部件的转动主轴线设置的连接部连接至转动部件的对应的支撑臂上，每个叶片组包括一组间隔设置的叶片，各叶片组中分别具有一转动组轴线，每个叶片可绕其自身叶片转动轴线转动，每个叶片组中至少有一个叶片转动轴线与对应的转动组轴线间隔开；以及 
用于控制叶片组相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。 
16.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个叶片组的间隔设置的叶片基本相互平行、沿水平方向相间隔且固定在一起。 
17.根据权利要求15或16所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个叶片组是可绕其自身组轴线转动的，该组轴线基本平行于转动部件的主轴线。 
18.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个叶片的叶片转动轴线基本平行于转动主轴线。 
19.根据权利要求18所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，叶片绕其自身轴线转动的速度为可控制的。 
20.根据权利要求18所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个叶片相对于风向的角度位置为可控制的，并可根据风速、风向以及包括叶片的叶片组的位 置中的至少一个进行调整。 
21.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，叶片为柔性的。 
22.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的参考部件。 
23.根据权利要求22所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，叶片组连接至参考部件，以引起叶片组相对参考部件的转动。 
24.根据权利要求23所述的垂直轴线风力涡轮机，还包括一连接至参考部件以改变参考部件的定向的驱动装置。 
25.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的风向标、一运行时连接至风向标用于接收风向信息的控制器，该控制器运行时连接至一与复数个叶片组中的每一个相连接的马达，以调整叶片组的角度位置。 
26.根据权利要求25所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括运行时连接至控制器的一风速计。 
27.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括多个组齿轮以及一沿主轴线设置的参考齿轮，每个组齿轮分别连接至一个叶片组，参考齿轮为可独立于转动部件转动的，并且组齿轮连接至参考齿轮以产生相对转动。 
28.根据权利要求27所述的垂直轴线风力涡轮机，还包括一连接至参考齿轮以驱动参考齿轮转动的制动驱动器。 
29.根据权利要求27所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括一连接至参考齿轮的风向标，该风向标指示了风向。 
30.根据权利要求28所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，制动驱动器引起风向标与参考齿轮之间的相对转动。 
31.根据权利要求27所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，参考齿轮与组齿轮的齿轮齿数比为1∶2。 
32.根据权利要求15所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，叶片组的转动速度为可控制的。 
33.一种风力涡轮机，包括： 
一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一转动主轴线以及复数个以一定角度间隔分布的支撑臂，支撑臂自主轴线往外呈放射状延伸； 
复数个叶片组，其中每个叶片组通过远离于转动部件的转动主轴线设置的连接部连接至转动部件的对应的支撑臂上，每个叶片组包括一组基本平行并沿水平方向间隔设置的叶片，各叶片组中的每一个具有一转动组轴线，每个叶片是可绕其自身叶片转动轴线转动的，每个叶片的叶片转动轴线基本平行于转动主轴线，每个叶片组中至少有一个叶片与对应的转动组轴线相间隔开；以及 用于控制叶片组相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。 
34.根据权利要求33所述的风力涡轮机，其中，每个叶片组为可绕其自身组轴线转动的，该组轴线基本平行于转动主轴线。 
35.根据权利要求33至34中任一所述的风力涡轮机，其中，每个叶片是可绕其自身叶片转动轴线转动的，叶片转动轴线基本平行于转动主轴线和相应的转动组轴线，每个叶片组中至少一个叶片的叶片转动轴线与相应的转动组轴线相间隔开。 
36.根据权利要求35所述的风力涡轮机，其中，叶片绕其自身轴线转动的速度为可控制的。 
37.根据权利要求35所述的风力涡轮机，其中，每个叶片相对于风向的角度位置为可控制的，并根据风速、风向以及包括叶片的叶片组的位置中的至少一个进行调整。 
38.根据权利要求33所述的风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的参考部件，每个叶片组可转动地连接于参考部件以使叶片组相对于参考部件转动。 
39.根据权利要求33所述的风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的风向标、一运行时连接至风向标以用于接收风向信息的控制器，该控制器运行时连接至一与复数个叶片组相连接的马达。 
40.根据权利要求39所述的风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括运行时连接至控制器的一风速计。 
41.根据权利要求33所述的风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一连接至叶片组的组齿轮以及一沿主轴线设置的参考齿轮，参考齿轮为可独立于转动部件转动的，组齿轮连接至参考齿轮以产生相对转动。 
42.根据权利要求41所述的风力涡轮机，还包括一连接至参考齿轮以驱动参考齿轮转动的制动驱动器。 
43.根据权利要求41所述的风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括一 连接至参考齿轮的风向标，该风向标指示了风向。 
44.根据权利要求42所述的风力涡轮机，其中，制动驱动器引起风向标与参考齿轮之间的相对转动。 
45.根据权利要求41所述的风力涡轮机，其中，参考齿轮与组齿轮的齿轮齿数比为1∶2。 
46.根据权利要求34所述的风力涡轮机，其中，至少一个叶片组的转动速度为可控制的。 
47.一种垂直轴线风力涡轮机，包括： 
一可转动地安装于一支撑结构的转动部件，该转动部件具有一垂直的转动主轴线； 
至少一个通过一自转动部件的转动主轴线往外呈放射状设置的连接部连接于转动部件的可转动的叶片组，至少一个叶片组中的每一个具有一转动组轴线，转动组轴线基本平行于转动主轴线，至少一个叶片组包括一组沿水平方向分隔设置、基本相互平行并固定在一起的叶片，每个叶片是可绕其自身的叶片转动轴线转动的，至少一个叶片组中的每一个叶片组中至少有一个叶片的叶片转动轴线与对应的叶片组的转动组轴线相间隔开；以及 
用于控制叶片相对于风向的角度位置的变桨距控制装置。 
48.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置控制至少一个可转动的叶片组相对于风向的角度位置。 
49.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个转动组轴线基本平行于转动主轴线。 
50.根据权利要求47至49中任一所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一连接于至少一个叶片组的组齿轮以及一沿主轴线设置的参考齿轮，参考齿轮是可独立于转动部件转动的，组齿轮连接至参考齿轮以产生相对转动。 
51.根据权利要求50所述的垂直轴线风力涡轮机，还包括一连接至参考齿轮以驱动参考齿轮转动的制动驱动器。 
52.根据权利要求50所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括一连接至参考齿轮的风向标，该风向标指示了风向。 
53.根据权利要求51所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，制动驱动器引起风向标与参考齿轮之间的相对转动。 
54.根据权利要求50所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，参考齿轮与组齿轮的齿轮齿数比为1∶2。 
55.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置包括一指示风向的风向标、运行时连接至风向标以用于接收风向信息的一控制器，控制器运行时连接至一与至少一个叶片组相连接的马达，以调整至少一个叶片组的角度位置。 
56.根据权利要求55所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括运行时连接至控制器的一风速计。 
57.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，叶片绕其自身轴线转动的速度为可控制的。 
58.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，变桨距控制装置还包括一连接于至少一个叶片组以用于根据风向调整至少一个叶片组的角度位置的风向标。 
59.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，每个叶片相对于风向的角度位置为可控制的，并可根据风速、风向以及包括叶片的叶片组的位置中的至少一个进行调整。 
60.根据权利要求47所述的垂直轴线风力涡轮机，其中，至少一个叶片组的转动速度为可控制的。 
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