CN102459895A - 具有涡轮锚的浮动风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

风力涡轮机(20)包括可绕中心轴线(29)转动的风力涡轮机叶轮(22)，风力涡轮机叶轮(22)具有捕捉风并且转动涡轮机叶轮(22)的帆翼(30)。锚(58)具有在其旋转轴线上附接到涡轮机叶轮的其锚线(56)，以防止响应于强风状态倾斜风力涡轮机。

Description

具有涡轮锚的浮动风力涡轮机

相关申请的交叉引用

本申请是2009年7月8日提交的美国专利申请序列第12/499,206号的部分继续申请，其要求2009年4月20日提交的美国专利申请序列第12/426,494号、2009年4月30日提交的美国继续申请第12/432,837号、2009年7月10日提交的美国专利申请序列第12/481,817号的部分继续申请和2010年4月19日提交的PCT/US2010/31560的优先权，其中的每一个都全部并入此中。

发明领域

本发明涉及一种用于响应于大气风的运动而发电的风力涡轮机组件。

发明背景

风车已经使用了很多年，用于从地面抽水以及用于发电的目的。风车的基本优点在于其使用大气风的动力以转动具有径向延伸叶片的轮子。该转动运动可以转换成多种有用的目的。例如，安装在塔上的推进器形式的风力涡轮机已经放置在稳定风盛行的地区并且风力涡轮机用于发电。

传统风力涡轮机的叶片很大并且用昂贵的刚性材料制成，且构造成具有从中心轮毂径向延伸的叶片，在叶片的外端没有额外支撑。传统的风力涡轮机叶片以高转速转动并且必须抵抗由叶片的快速绕转产生的离心力和由风施加到叶片上的悬臂弯曲力。由于叶片的外部以很高的速度运动并且与强风接合，所以叶片越大其必须越坚固并且其变得越昂贵。因此，实际中叶片的长度和宽度是受限制的。

另一种类型的风力涡轮机是具有帆翼的风力涡轮机，其由代替上述传统风力涡轮机的刚性叶片的织物构造。例如，美国专利4,330,714、4,350,895以及4,729,716公开了使用捕捉风的布“帆”的风力涡轮机。风力涡轮机的叶片由更轻的材料制成。

如美国专利1,233,232和6,064,123中所示，另一种类型的风力涡轮机具有刚性推进器，刚性推进器显示为刚性安装到支撑推进器外端的圆形周边轮缘。

以上引用的专利中的一些风力涡轮机构造有绕涡轮机叶轮周向延伸的外轮缘。橡胶轮胎放置在接合外轮缘的位置，以便转动橡胶轮胎，其中驱动的橡胶轮胎转动发电机的转子。因此，风力涡轮机的转动用于发电。

现有技术的风力涡轮机安装在直立塔上，并且通过将塔安装在地上或者在一些其它的稳定平台上使塔支撑在其基部上。当风力涡轮机利用与涡轮机叶轮的成角度叶片接合的到来的疾风运行时，明显的纵向力从涡轮机叶轮的叶片传递到塔的上部，将使塔倾斜。此水平的倾斜力通常明显大于接合涡轮机叶轮叶片的成角度表面并且引起涡轮机叶轮转动的圆周风力。该纵向力需要用于风力涡轮机的塔非常坚固以避免翻倒。

虽然在稳定风盛行的空旷陆地区域已经发现使用风力涡轮机，最适合于在风力涡轮机推进器叶片上捕捉风的陆地区域通常是远离大量需要电力的区域。因此，需要电力通过导线长距离地传送到需要的区域。

在大水体上、尤其是海洋上产生的风不会遇到山、建筑物以及将降低风速的陆块上的植被。比起陆地上，水上风的紊流通常较小。这可能是由于比起水体上，陆地上的不同海拔之间温度变化得较大，显然由于阳光进入水中比进入陆地中吸收得更多，并且由于可比较的状态，陆地表面比水的表面变得更暖和且辐射更多的热量。

另外，世界上一些大城市位于大水体附近，例如风速不降低且水表面附近紊流更少并更可预测的大洋和海洋附近。

放在水体上的风力涡轮机的另一个优点是水表面较小湍流的风允许涡轮机叶轮支撑地更低、更接近水的表面。这将减小具有用于陆地安装风力涡轮机通常所需高塔的花费。

因此，可预期将风力涡轮机定位在相当接近需要电力的地块间隔的水体上。另外，可预期生产具有这样一种装置的风力涡轮机，该装置用于减小由涡轮机叶轮施加到塔或者风力涡轮机的其它竖直支撑件上的纵向力。

发明内容

简要地描述，本公开内容涉及用于发电的风力涡轮机组件，该风力涡轮机组件包括支撑件、关于纵向延伸的中心轴线可转动地安装在支撑件上的涡轮机叶轮和与涡轮机叶轮处于驱动关系的发电机，涡轮机叶轮包括与中心轴线同轴并绕中心轴线可转动的圆形轮缘。

在一个实施方式中，风驱动的涡轮机叶轮可以安装在可浮动支撑件上，可浮动支撑件能够在大水体的表面上浮动。可浮动支撑件可以包括用于将风力涡轮机转入到来的大气风中的侧推进器。

该结构的另一个新特征可以是安装在可浮动支撑件上的风力涡轮机，具有在某一位置系到风力涡轮机的锚，该位置足够高以抵抗由大气风施加到涡轮机的倾斜力。

其中公开的风力涡轮机组件中的一种可包括可浮动支撑件、并排安装在可浮动支撑件上的一对风力涡轮机和一个风力涡轮机的帆翼，每个都具有与另一个风力涡轮机的帆翼的节距相对的节距，以平衡风力涡轮机的回转效应。

风力涡轮机组件的另一特征可以包括系到可浮动支撑件的头部(bow)的锚以及用于移动可浮动支撑件的尾部以将风力涡轮机转入大气风中的侧推进器。

风力涡轮机组件的另一特征可以包括安装在可浮动支撑件上的一个或多个风力涡轮机，其中锚直接系到风力涡轮机，以阻止风力涡轮机响应于引入风力涡轮机中的强风而倾斜。

风力涡轮机还可以包括由玻璃纤维或其它相对柔性的材料形成的帆翼，具有由涡轮机叶轮承载的形状控制装置，用于绕帆翼的纵向轴线转动帆翼的至少一个端部，以在帆翼中形成节距或扭转。

风力涡轮机组件可包括具有将可浮动支撑件支撑在直立姿势的外伸架(out rigger)的可浮动支撑件。涡轮锚可以在可浮动支撑件的高度的上方附接到风力涡轮机，并且布置为抵抗施加到风力涡轮机的纵向风力。

其中公开的结构和工艺的其它特征和优点可从下面的说明书和附图中理解。

附图说明

图1是浮动风力涡轮机的前正视图，示出了处于其直立位置的涡轮机叶轮。

图2是图1的风力涡轮机的侧面正视图。

图3是图1和图2的风力涡轮机的顶视图。

图4是图1的风力涡轮机的顶视图，但是示出了倾斜在其不运行位置的涡轮机叶轮。

图5是图4的风力涡轮机的侧视图，示出了倾斜在其不运行位置的涡轮机叶轮。

图6是一种修改的风力涡轮机叶轮的前正视图，类似于图1-5的涡轮机叶轮，但是包括与外圆形周边轮缘同心的中间圆形轮缘，具有支撑在轮轴结构和中间支撑轮缘之间的内帆翼和支撑在中间支撑轮缘和外圆形周边轮缘之间的外帆翼。

图7是双风力涡轮机的前正视图，具有安装在共用可浮动支撑件上的一对风力涡轮机叶轮。

图8是图6的双风力涡轮机的侧面正视图。

图9是图6的双风力涡轮机的顶视图。

图10是类似于图7的双风力涡轮机的前正视图，但是包括修改的锚固结构。

图11是图10的风力涡轮机的顶视图。

图12是图1-8的风力涡轮机的一个风帆的隔离图。

图13是安装到图1-8的可浮动支撑件的侧推进器的透视图。

图14是图1-8中所示类型的涡轮机叶轮的侧视图，但是示出了风力涡轮机转子和定子下部的更多细节。

图15是图11的发电机的侧面正视图，示出了发电机的更多细节。

图16是图12和图13发电机的转子和定子的一部分的特写横截面图，示出了在其圆形轨道底部起发电机转子作用的涡轮机叶轮的外周边轮缘，还示出了定子的中心部分。

图17是从图4翻转的转子的横截面图。

图18是发电机另一详图的特写，示出了通过接合风力涡轮机周边轮缘的成对叶轮驱动发电机的外周边轮缘。

图19是双风力涡轮机的前正视图，具有安装在共用的可浮动支撑件上的风力涡轮机叶轮以及稳定可浮动支撑件的外伸架。

图20是图19的双风力涡轮机的侧面正视图。

图21是图19和20的双风力涡轮机的顶视图。

详述

现在更详细地参照附图，其中相同的附图标记在全部多个图中表示相同的部件，图1示出了设计用于捕捉风并为发电的目的转动的风力涡轮机20。风力涡轮机包括涡轮机叶轮22，涡轮机叶轮22具有由一系列角撑24形成的外周边23和绕涡轮机叶轮连续延伸的外周圆形轮缘26。外周圆形轮缘可以由拱形部段形成，并且如下文中更详细的说明，周边轮缘可以用作发电机的转子，或者可用以驱动发电机的转子。

轮轴结构28处于涡轮机叶轮22的中心，并且多个帆翼组件30安装到轮轴结构28并且朝向形成涡轮机叶轮的周边的角撑24径向延伸。涡轮机叶轮绕中心轴29转动。

风力涡轮机组件可以用在例如海洋或湖泊31的水体上，其中大气风37比起陆地上大气风通常速度较高、湍流更少并且更加可预测。当用在水上时，涡轮机组件可以包括可浮动支撑件33，例如浮船、驳船或其它适当的可浮动支撑件。图1-5的可浮动支撑件是具有平行浮筒35和36的浮船。图1-5的风力涡轮机组件包括可折叠塔组件32，可折叠塔组件32包括一对塔臂32A和32B，塔臂32A和32B分别在其下端部连接到浮筒36和35并且在竖直平面内向上朝彼此会聚到向上的顶点，该向上的顶点在涡轮机叶轮22的轴向结构28处支撑轴承箱38。如图5中所示，塔臂32A和32B可绕其下端折叠到更水平的姿势，因此涡轮机叶轮22在浮筒35和36上方更朝向仰卧位置移动。

稳定臂40和41彼此平行且从浮船向上倾斜并可枢转地安装到轴承箱38。稳定臂40和41的下端可释放地连接到浮船的交叉框架，例如交叉框架44。当涡轮机叶轮22要朝其仰卧位置倾斜时，稳定臂40和41的下端从交叉框架部件44脱离，允许涡轮机叶轮22朝其仰卧位置倾斜。

液压缸46在其下端安装到倚靠框架48且在其上端安装到轴承箱38。当液压缸46膨胀时，其将可折叠塔组件32保持在其直立姿势，允许稳定臂40和41在其下端连接到交叉框架部件44，从而将涡轮机叶轮22保持在其直立位置。但是，当稳定臂40和41在其下端从交叉框架部件44脱离时，液压缸46可以回缩，导致涡轮机叶轮22朝其如图5所示的仰卧位置倾斜。

当将风力涡轮机组件运输到其运行位置以及从其运行位置运走时，并且为了维修或修复，可以使用可折叠支撑件。根据需要，风力涡轮机还可以支撑在由可浮动支撑件承载的不可折叠、更持久的直立塔上浮动。

风力涡轮机组件20的可浮动支撑件33认为具有以50表示的头部和以52表示的尾部。涡轮机叶轮22面对头部50。侧推进器54可以典型地在浮筒的尾部52安装到浮筒35和36。头部50可以通过第一锚线55或其它适当的装置连接到锚，例如连接到起锚作用的锚定浮标56。锚56可以包括墩、锚、码头、或者通常不能从水体中的或者水体附近的指定位置移动的装置。锚线55可以是链条、缆线、捻搓的麻绳或其它传统的装置或者其和用于将可浮动支撑件连接到锚的其他连接器的组合。

当大气风37迎着风力涡轮机组件20运动时，风力涡轮机组件系在其上的锚(浮标、墩等)稳定可浮动支撑件的头部50，通常导致风力涡轮机组件相对其锚顺风移动。为了确保涡轮机叶轮22面对到来的大气风，图1-5和11中所示的侧推进器54可以响应于风向探测器(未示出)启动，倾向于转动可浮动支撑件，并且因此涡轮机叶轮更直接地进入大气的风中。

如图1-5所示，图11的侧推进器54典型地安装在可浮动支撑件33的尾部52，因此锚56、60等稳定可浮动支撑件的头部，同时侧推进器倾向于摆动尾部与头部和大气风对齐。这确保了涡轮机叶轮22更直接地面对到来的大气风，通过帆翼组件30利用了风运动的优势，引起涡轮机叶轮22的有效转动。有时已知为“头部推进器”的侧推进器是技术中通用的，并且可以从佛罗里达33142迈阿密的Mabru推进器处找到。

如图2和5中所示，例如浮标56、墩或用于风力涡轮机组件的其他静止停靠点58的锚包括到风力涡轮机组件20的发电机150的电连接(未示出)和到接收器的电导体62，该接收器可以在相邻的陆地上用于传递由风力涡轮机组件产生的电能

风力涡轮机组件和其可浮动支撑件在长度、宽度和高度上可以很大。由于大气风的不受控速度并由于风力涡轮机组件大的高度以及其他大的尺寸，可预期构造抵抗倾覆或者倾斜或者来自面对大气风的其它偏移的风力涡轮机组件，且可预期最小化施加到塔32和其稳定臂40、41的纵向和其它水平方向的力。如图2中所示，另外或者选择性地，第二锚线57可以在其一端连接到涡轮机叶轮的轮轴结构28并且在其另一端连接到锚59。第二锚线57可以由与用于第一锚线的上述材料相同或类似的材料制成。第二锚59可以是阻止运动的任何装置，包括静止结构，例如墩、浮标、常规的锚和适于将风力涡轮机组件保持在其预定位置的其他装置，包括但不限于用于第一锚的上述装置。典型地，如果锚线要连接到淹没的锚，锚线应当足够长以具有至少大约7∶1的长高比。

第二锚线57到涡轮机叶轮22的轮轴结构28的连接在施加到涡轮机叶轮的风力的中心。锚线到涡轮机叶轮的居中连接为风力涡轮机提供了直接与到来的风37的方向相反的平衡纵向支撑，并且减小了由涡轮机叶轮不同地施加到塔结构的力，该塔结构从涡轮机叶轮延伸到可浮动支撑件。由于涡轮机叶轮通常在可浮动支撑件的中间部分上方居中，由锚线施加到风力涡轮机组件顺风运动的约束力倾向于将风力涡轮机组件保持在其直立姿势并面对到来的大气风。锚线57到轮轴结构的连接在塔组件32的上端部分，上端部分面对并抑制由施加到风力涡轮机叶轮22上的到来的风施加的纵向力。因此，由锚线施加的力抑制塔32的倾斜并且允许塔结构比起没有锚59和锚线57所需的较不坚固、较不昂贵且较轻。

图6示出了涡轮机叶轮的修改形式。涡轮机叶轮64包括外轮缘66和中间轮缘68，两个轮缘都为圆形并且与涡轮机叶轮的旋转轴线同轴。多个内帆翼7在轮轴结构和中间轮缘68之间延伸，并且多个外帆翼72在中间圆形轮缘68和外圆形轮缘66之间延伸。由于外帆翼的圆周速度大于内帆翼的圆周速度，所以外帆翼72的节距典型地与内帆翼70的节距不同。另外，中间圆形轮缘68的使用稳定了内帆翼和外帆翼，使得内帆翼70和外帆翼72的总长度可以大于单组帆翼上可用的长度。

如图2、3和5中所示，涡轮机叶轮的轮轴结构28的厚度比圆形周边轮缘26的厚度大。多个辐条76从轮轴结构28的端部向外延伸并且会聚到相对于圆形周边轮缘26的支撑关系。这为圆形周边轮缘26提供了侧向和径向的稳定性。

图7-9示出了图1-5风力涡轮机组件的“成对”组件的风力涡轮机组件80，其包括与图1-5的涡轮机叶轮基本相同的涡轮机叶轮82和83。修改可浮动支撑件33以便提供具有平行的外浮筒86和88的中心浮筒84，如结合图1-5所述，所有的浮筒支撑涡轮机叶轮。

一个涡轮机叶轮82的帆翼90可以定向有节距，使得大气风将以顺时针方向转动风力涡轮机，但是其他涡轮机叶轮83的帆翼90定向在与涡轮机叶轮82相反的节距上。这使得当涡轮机叶轮面对到来的大气风时沿着相反的方向转动。这将抵消成对风力涡轮机组件80的涡轮机叶轮转动的回转效应。

图10和图11示出了类似于图7-9的成对风力涡轮机组件，但是具有在其远端连接到锚86并且在其近端连接到用作水平塔的水平横拉条87的锚线85。水平横拉条87在其端部连接到每个涡轮机叶轮的轮轴结构28的外壳。刚性连接器88在其一端连接到水平拉条87并在涡轮机叶轮82、83之间向前扩展且连接到更柔性的锚线85。这避免了更柔性的锚线85和涡轮机叶轮82、83之间的接触。这将由锚86和锚线85施加的纵向支撑放置在涡轮机叶轮的轴向中心、在涡轮机叶轮的期望中间高度、在塔的底座上方，其中由锚施加的力在每个涡轮的轮轴结构上居中。

图12示出了一个帆翼组件30。帆翼组件包括由柔性材料，例如帆布或薄玻璃纤维或者当形成为伸长形状时能够弯曲的其他材料制成的帆翼92。帆翼92包括纵向轴线94，相对的侧边缘95和96、以及内端97和外端98。支撑缆线100、101延伸穿过邻近相对的侧边缘95和96的帆翼92，并延伸穿过帆翼的内端和外端。

形状控制装置定位在帆翼92的端部。形状控制装置包括在帆翼92的内端97处的侧向延伸的端部支撑件103，以及在帆翼的外端98处类似的侧向延伸的端部支撑件104。侧向延伸的端部支撑件103和104在其端部连接到支撑缆线。如箭头113和114所示，侧向延伸的端部支撑件103和104可绕其中间长度转动，中间长度与风帆的纵向轴线94对齐。侧向延伸的端部支撑件的转动引起缆线100和101的端部绕帆翼92的纵向轴线94转动。当缆线的端部沿着相同的方向转动时，帆翼发展出用于捕捉大气风的节距。当缆线沿着相反的方向转动时，帆翼发展出沿着帆翼长度的扭转。

帆翼92的材料可以沿其长度以不同的间隔制造得更强或者更弱，典型地通过在一定区域减小帆翼材料的密度。这允许帆翼在变弱的区域比在更强的区域扭转得更多。例如，标记为106的区域是变弱的区域，因此当外端98相对于内端97转动时，帆翼被扭转。帆翼将在变弱的区域106比起在其较强的区域扭转得更多，允许沿着帆翼的长度形成可变化的节距。

如图12中所示，侧向延伸的端部支撑件104在帆翼的外端处连接到转环108，转环108接着在涡轮机叶轮的周边轮缘处连接到角撑24(图1-5)，并且马达驱动的齿轮110可以接合转环并且控制侧向延伸的端部支撑件104的旋转运动。类似的侧向延伸的端部支撑件103在内轮轴结构28处连接到转环107，并且马达驱动的齿轮110可以用作转动侧向延伸的翼支撑件103。

利用这种装置，转环107和108以及侧向延伸的端部支撑件103和104，以及支撑缆线100和101用作用于调整每个帆翼的节距和扭转的形状控制装置。形状控制装置可用以向帆翼提供纵向的扭转。

如图1、2和5中所示，至少一个发电机150定位在涡轮机叶轮圆形周边轮缘的下弧部。圆形周边轮缘的旋转运动用于开发电功率。

在附图的图14-17中示出了发电机150的一种类型。涡轮机叶轮22的外周圆形轮缘126用作发电机的转子。如图15和16中所示，定子组件172安装在涡轮机叶轮122的周边并且定位为容纳用作发电机转子的外周圆形轮缘126。转子126以绕着涡轮机叶轮周边的弧段形成，并且转子的每个弧段包括其自己的线圈160。

如图17中所示，每个转子部段包括具有平坦相对的侧壁155和156、内端壁158和外端壁159的封闭外壳154。电线圈160定位在封闭外壳中，封闭外壳具有在线圈160和外端壁159之间形成的空间162。冷却翼片164从外端壁159延伸，用于强度以及用于从转子126吸取热量的目的。另外，例如油166的冷却液占据线圈160周围的一些空间。冷却液166可能不完全充满其转子部段的内部，而在转子部段内部留下空间。随着涡轮机叶轮转动，转子126的部段将通过图16和图17反转，其中图16示出了在其转动的下弧部处的转子部段，图17示出了当越过其转动的上弧部时的转子部段。冷却液166受到重力以及离心力的影响以在转子126的内部移动，接触线圈并接触相对的侧壁155和156的内部相对面以及内端壁158和外端壁159的内部相对面。这将线圈的热量传递到转子的壁，以便转子从定子离开并随后朝定子移回，冷却翼片164和转子壁的外表面将散发其热量。

如图16中所示，定子152包括当转子在涡轮机叶轮122上转动时定位在转子126轨道的相对侧上的定子半部170和171。定子半部170和171可以基本相同并且每个包括基本为杯形的定子外壳172，定子外壳172具有面对转子126相对的侧壁155和156的开口174。每个围绕杯形定子的边缘176都具有面对转子的平面轮缘，轮缘成形为形成从定子外壳离开进入每个定子外壳和转子之间的空气薄膜，使得在定子外壳和转子之间形成空气轴承。空气轴承减小转子和定子之间的摩擦。

定子半部的线圈160通过定子外壳172保持为与转子126并置。

空间182形成在定子线圈180之后的杯形定子外壳中，其中空间形成用于通过定子线圈的空气运动的气道。空气导管184与每个定子外壳172的空间182连通以将空气198供应到定子线圈160后面的气道182、184，使得空气从空气源198移动并且穿过气道182穿过定子线圈180，冷却定子线圈。在空气穿过定子线圈并且在定子线圈周围运动之后，空气经过转子126的平坦表面和杯形定子外壳172的边缘176之间。当空气通过杯形定子外壳172的边缘176时，空气在定子外壳172和转子126的相对表面之间形成空气轴承。从定子外壳的边缘移动的空气形成抵靠转子126平坦相对表面的空气轴承，空气轴承确保定子外壳将不摩擦地接合转子的表面。

涡轮机叶轮可以是很大的直径，在直径上可以超过100英尺。当这样大尺寸的涡轮机叶轮转动时，很可能转子部段126不精确遵循相同的轨道，使得当转子移动通过定子和/或更浅或更深地移动到定子组件172中时，转子部段可能经历侧向的摆动运动。由于此运动的可能，可预期使定子响应于转子的侧向运动而运动，并且可预期使转子建立大于定子高度的高度，以使定子可一直在转子线圈的电场内。

如图15中所示，为了适应转子126的可能侧向运动，定子组件152包括支撑平台186，具有支撑框架，支撑框架具有安装在支撑平台上的定子支撑轨188。定子外壳172利用辊，例如可以沿着定子支撑轨188运行的辊190安装在支撑轨188上。可膨胀风箱192定位在定子外壳192的封闭侧上。风箱192为在每一端连接到定子外壳192并且在远端由定子的支撑框架187支撑的气袋形状。当风箱192膨胀时，其推动定子外壳192向着与转子126接合，具有在定子外壳边缘处的空气轴承，有助于避免定子外壳接触转子。在可膨胀风箱192中在定子外壳的两侧上保持相等的压力，使得当转子侧向移动时，风箱将沿着与转子运动相同的侧向方向推动定子。因此，气袋用作接合所述定子外壳的第一偏压装置，用于将所述定子朝向所述转子推动。

为了确保当发电机失效时定子将减小其朝向转子的力，线圈拉伸弹簧194从侧向支撑结构187延伸到定子外壳172，将推动定子外壳远离转子。因此，弹簧用作接合所述定子外壳的第二偏压装置，用于推动所述定子远离所述转子。

图15示出了用于定子组件152的空气供给系统。常规设计的空气供给装置(未示出)与空气导管系统200连通。加压空气198通过在定子相对端的管道202流到可膨胀风箱192，通过气压调节器204、以及气压释放阀206到达风箱192的系列。到风箱的气压通过气压调节器204调节以通过在转子两侧上施加到风箱的相等压力朝转子126作用定子外壳192。

气压安全阀206用于当气压下降到预定值之下时将空气从风箱192排出。这允许当气压耗尽时弹簧194远离转子移动定子外壳。

同样地，气压控制阀208控制如上所述的穿过导管184到定子外壳192的空气运动。这保持定子线圈的冷却并且相对于转子126的相对表面在杯形定子外壳的边缘处建立空气轴承。

虽然预期定子的上述可调整的定位特征将足够使定子外壳精确地遵循转子的侧向运动，来自空气源198的空气也可以用于在支撑平台186和其支撑表面212之间形成空气轴承。支撑平台186的周边形成有向下延伸的轮缘214，轮缘214在支撑平台186的底面和支撑件的向上相对的表面212之间形成封闭空间216。空气穿过向下延伸的导管218运动到空间216，产生足够的向上力以提升支撑平台，从而利用逸出的空气的运动在周边轮缘214之下形成空间。逸出的空气220在支撑平台186之下形成空气轴承，允许支撑平台沿着侧向移动，遵循转子的侧向移动。

图18示出了另一种类型的发电机。涡轮机叶轮的周边轮缘226包括相对的、侧向向外面对的表面228、229，表面228、229与涡轮机叶轮22A一起移动。一对转动部件，例如橡胶轮胎230和231分别支撑为与周边轮缘226的向外面对的表面228和229接合。轮胎支撑在轮轴232和233上，并且轮轴分别通过齿轮箱236和237连接到发电机234和235。螺丝扣240在其相对端分别通过轴承242和243连接到轮轴232和233。张紧螺丝扣以便轮胎230和231与涡轮机叶轮的周边轮缘226的相对表面牢固并有弹力地接合。

发电机234和235分别安装在叶轮242和243上，并且叶轮接合轨道245。

预期涡轮机叶轮20A的直径将巨大，在一些情形下直径上大于100英尺。由于涡轮机叶轮的大尺寸，并且由于由大气风的强度和方向引起的涡轮机叶轮的轻微侧向运动，周边轮缘226可能侧向以及在其圆形轨道上运动。用于转动部件230和231的支撑系统的布置形成为补偿侧向运动。例如，如果周边轮缘226在其图18的下弧部移动到图18的左侧，转动部件230和231及其附接的部件，包括齿轮箱236和237、螺丝扣240以及发电机234和235，通过沿着轨道245移动的辊242和243自由移动到左侧。同样地，以相同的方式提供向右侧的运动。

图19-21示出了双风力涡轮机260，具有安装在共同的可浮动支撑件266上的一对风力涡轮机叶轮262、264，以及稳定可浮动支撑件的外伸架268。每个外伸架268包括侧向延伸的支撑臂270A-270F，支撑臂270A-270F支撑淹没的海锚272A-272F及其悬挂线274。

当可浮动支撑件266滚动时，在向下倾斜的可浮动支撑件的侧面上连接到海锚的线将松弛，而在向上倾斜的可浮动支撑件的另一侧上连接到海锚的线将抑制向上运动。这将减小可浮动支撑件和支撑在可浮动支撑件上的风力涡轮机组件的滚动。

虽然海锚272及其索具结合图19-21的双风力涡轮机公开，应当理解，海锚可以结合例如图1-5和7-11中示出的单风力涡轮机组件，并结合本发明的其它形式使用。

海锚272的使用允许使用更窄的可浮动支撑件。

虽然其中使用了表述“发电机”，但是应该理解，此术语可视为可由其中公开的风力涡轮机驱动的其他旋转装置，比如交流发电机、泵等。

虽然多幅附图示出了安装在可浮动支撑件上的涡轮机组件，应当理解，这里公开的结构可以用在安装于不浮动支撑件上的风力涡轮机组件上。例如，通过将锚线连接到地面的锚，第二锚线57可以用于陆地安装的风力涡轮机上。

本领域技术人员将会理解，虽然上述描述详细说明了本发明的优选实施方式，但是像如下列权利要求中所述的，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以做出修改、增加和改变。

Claims (23)

1.一种用于发电的风力涡轮机组件，包括：

涡轮机叶轮支撑件，

涡轮机叶轮，其安装在所述涡轮机叶轮支撑件上，

发电机，其安装为与所述涡轮机叶轮对齐，用于响应于所述涡轮机叶轮的转动而发电，和

锚线，其用于保持所述涡轮机叶轮以抵抗到来的大气风。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述涡轮机叶轮包括轮轴结构并且所述涡轮机叶轮绕所述轮轴结构可转动，并且

所述锚线连接到所述轮轴结构。

3.如权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述涡轮机叶轮支撑件包括可浮动支撑件，

所述涡轮机叶轮包括轮轴结构并且所述涡轮机叶轮绕所述轮轴结构可转动，并且

其中所述锚线将所述涡轮机叶轮保持在所述轮轴结构的高度以抵抗到来的大气风。

4.如权利要求3所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述锚线连接到所述轮轴结构。

5.如权利要求3所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

一对所述风力涡轮机并排安装，横拉条基本上在所述风力涡轮机的所述轮轴结构的高度安装到所述一对风力涡轮机的所述风力涡轮机，并且所述锚线在所述风力涡轮机之间的位置连接到所述横拉条。

6.如权利要求4所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述涡轮机叶轮包括与所述中心轴线同轴并且绕所述中心轴线可转动的圆形轮缘，

帆翼安装到所述圆形轮缘并且朝所述中心轴线径向延伸，

所述帆翼包括节距，所述节距导致所述帆翼响应于关于所述帆翼运动的大气风而绕所述中心轴线转动，并且

所述发电机安装为与所述圆形周边轮缘接合，以响应于所述圆形周边轮缘的转动而发电。

7.如权利要求3所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

海锚，其安装到所述可浮动支撑件，用于稳定所述风力涡轮机。

8.如权利要求2所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

圆形周边轮缘，其与所述中心轴线同轴并且绕所述中心轴线可转动，

所述发电机包括接合所述圆形周边轮缘的相对表面的一对叶轮。

9.如权利要求2所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

圆形周边轮缘，其包括传导线圈以用作所述发电机的转子，并且

所述发电机包括定子，所述定子安装在所述转子的运动轨道中，与所述转子对齐。

10.如权利要求9所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述定子包括用于响应于所述转子的侧向运动而移动所述定子的可移动支撑装置。

11.如权利要求10所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述可移动支撑装置包括在所述定子和所述转子之间的空气轴承。

12.如权利要求10所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述可移动支撑装置包括风箱，所述风箱构造成在所述转子的侧向运动期间保持所述定子与所述转子对齐。

13.如权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

一对所述风力涡轮机并排安装，所述风力涡轮机包括帆翼，所述帆翼定向为响应于大气风而沿着相反的方向转动所述风力涡轮机。

14.如权利要求13所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述风力涡轮机包括横拉条，所述横拉条基本上在所述风力涡轮机的所述轮轴结构的高度安装到所述一对风力涡轮机的所述风力涡轮机，并且所述锚线在所述风力涡轮机之间的位置连接到所述横拉条。

15.一种用于发电的风力涡轮机组件，包括：

可浮动支撑件，其构造为用于在水体中浮动，

风力涡轮机叶轮，其安装在所述可浮动支撑件上并且绕轮轴结构可转动，

发电机，其安装为与所述风力涡轮机叶轮接合，用于响应于所述涡轮机叶轮的转动而发电，以及

用于向所述轮轴结构施加力的装置，其用于沿着面对到来的大气风的方向来向所述轮轴结构施加力，

锚线，其在所述轮轴结构的高度连接到所述涡轮机叶轮，以连接到定位在所述风力涡轮机前面的锚。

16.如权利要求15所述的风力涡轮机组件，其特征在于，用于向所述轮轴结构施加力的所述装置包括连接到所述轮轴结构的锚线。

17.如权利要求15所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

所述涡轮机组件包括至少两个风力涡轮机，

横拉条安装到所述风力涡轮机并且大体在所述风力涡轮机的所述轮轴结构的高度将所述风力涡轮机连接在一起，并且

用于向所述轮轴结构向所述横拉条施加力的装置包括海锚。

18.如权利要求15所述的风力涡轮机组件，其特征在于，

海锚，其由所述可浮动支撑件上的外伸架支撑。

19.一种用于发电的风力涡轮机组件，包括：

支撑件，

风力涡轮机，其安装在所述支撑件上，用于面对到来的大气风，

发电机，其安装为与所述风力涡轮机接合，用于响应于所述风力涡轮机的转动而发电，

所述风力涡轮机包括轮轴结构和从所述轮轴结构径向延伸的帆翼，和

用于向所述轮轴结构施加力的装置，其用于沿着面对到来的大气风的方向来向所述轮轴结构施加力。

20.如权利要求22所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件是构造成用于在水体中浮动的可浮动支撑件，并且用于向所述轮轴结构施加力的所述装置包括锚和连接在所述锚和所述轮轴结构之间的锚线。

21.如权利要求22所述的风力涡轮机组件，所述风力涡轮机的特征在于圆形轮缘，并且所述风力涡轮机的所述发电机包括由所述圆形轮缘驱动的转子。

22.如权利要求24所述的风力涡轮机组件，其中，所述转子连接到接合所述圆形轮缘的橡胶轮胎。

23.如权利要求23所述的风力涡轮机，且还包括侧推进器，所述侧推进器安装到所述可浮动支撑件并且布置为在水中转动所述可浮动支撑件。

Images