CN102644564A

CN102644564A - 流体能量转换器

Info

Publication number: CN102644564A
Application number: CN2012100335773A
Authority: CN
Inventors: 林玉斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-08-22
Also published as: US20120213641A1; TW201235558A

Abstract

本发明公开了一种流体能量转换器，其包括：一个可旋转的ㄇ型轮框，轮框凸出边缘面设有一个开放性凹形轨道、一个可旋转的圆柱状框架及多个均匀间隔设于该框架上的直立矩形叶片；该等叶片以可枢转的方式设置于框架上，叶片双肩各有滚子交替滑行于凹形轨道。ㄇ型轮框凹陷处，收纳部分圆柱状框架。圆柱状框架内的叶片对框架轴心公转时，叶片滚子受轮框上轨道导引，会行自转运动；利用轨道轨迹特殊弧线的数学特性，不使用机械性控制；叶片会转至较佳受风角度，达成减少阻力及产生较大受力设计的目的。

Description

流体能量转换器

技术领域

本发明涉及一种流体能量转换器，能利用流体流动，产生旋转动能，并利用旋转动能推动流体运动，朝某主要特定方向流动。

背景技术

早期VAWT（Vertical-Axis Wind Turbine垂直轴风力发电机）的发明专利，可追溯到1846，C. Hand取得的美国发明专利，名称为“ WATER WHEEL”（水车轮）〈 U.S. Pat. No. 4,517 issued to on May 16, 1846〉。该发明的叶片一端连接主轴心，一端可以改变位置以改变叶片角度，以求降低阻力。

改变上述WATER WHEEL的设计，将主轴心连接多对臂呈幅射状，每对臂末端夹带一片叶片，叶片设计成可枢转的方式；当受力叶片对轴心旋转180度时，叶片自身自转90度以减少阻力。在叶片对主轴心旋转过程中，让叶片能自转，使各叶片与风向间，动态地维持适当的不同夹角，以减少阻力，进一步产生较大的受力。

此类叶片对主轴心旋转时，叶片本身亦进行自转的方式，可追溯到1906. C, R. Gutting的美国发明专利，名称为“ WIND WHEEL”（风轮）〈 U.S. Pat. No. 809,431 issued to on Jan. 9, 1906〉。通过一个复杂的机构，当叶片对主轴心公转时，叶片会自转，动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角，以减少阻力及产生较大的受力。

1907, C. F. Whisler的美国发明专利，名称为“ WIND WHEEL”〈 U.S. Pat. No. 862,299 issued to on Aug. 6, 1907〉。也是此类发明，此发明的叶片对主轴心公转时，简单地利用齿轮和链条，带动叶片自转，达到相同的目的。

叶片对主轴心公转时，如何让叶片亦进行自转，以减少阻力及产生较大受力，是本发明所关心的问题。有甚多发明家，提出不同的发明方案，来试图解决这个问题。近期出现的相关发明如下：

2010， Eldon L. Stroburg的美国发明专利，名称为“ WINDMILL WITH PIVOTING BLADES”（风车旋转叶片）〈 U.S. Pat. No. 7,766,602 BI issued to on Aug. 3, 2010〉。此发明的叶片对主轴心旋转时，利用齿轮组，带动叶片自转，动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角，达到相同目的。

2008，顾乔祺的台湾专利申请公开，名称为“垂直式风力发电机叶片组及风力发电机可变绕线结合的方法”〈中国台湾发明公开编号：2008339453, 公开日2008 年 8 月 16 日〉。此发明申请为公开状态，当叶片对主轴心旋转时，利用可调式连杆，带动叶片自转，来达到相同的目的。

2010， Lester Hostetler的美国专利申请公开，名称为“ WIND AND WATER TURBINE”（风和水涡轮）〈 Pub. No.: US 2010/0060008 Al， Pub. Date: Mar. 11, 2010〉。此发明申请为公开状态，叶片对主轴心旋转时，利用在叶片公转圆形轨内部的一个椭圆形轨道；并在轨道外部设立一个机械开关，机械开关强制叶片的滚子交替进入轨道；叶片公转圆形轨内部的椭圆形轨道，带动叶片自转，动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角，来达到相同的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减少阻力及产生较大受力的流体能量转换器。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种流体能量转换器，包括：一个可旋转的ㄇ型轮框，轮框凸出边缘面设有一开放性凹形轨道槽、一个可旋转的框架；框架上有多个叶片，所述叶片以可枢转的方式设置于框架，叶片上方左右端有滚子可滑行于轮框的轨道槽；流体能量造成叶片运动，叶片运动推动框架旋转，产生动能；反之，框架旋转动能，造成叶片运动，叶片运动造成流体运动；轮框轨道槽引导叶片，使叶片运动有最高的效率。

上述的框架及轮框的旋转运动中，有共同的旋转轴心，为了方便说明，称之为公转轴心，叶片中心线是叶片自转中心，称之为叶片自转轴心。本发明所有旋转接口，都使用轴承来减低摩擦力，而不去逐一强调。

可旋转框架的上方与下方对称地设有多对支撑臂；各对支撑臂末端夹有一个可枢转的叶片，叶片肩部及足部有滚子，叶片自转运动时叶片滚子滑行于轮框凸出部分上的轨道槽；框架轴心有外延部分，作为框架旋转能量和外界能量来源交换的接口。

ㄇ型轮框置放在可旋转的框架上方，两者可各自对公转轴心旋转。此轮框边缘凸出处，超过上支撑臂厚度；即轮框中空处，可容纳框架的上支撑臂部分。轮框边缘凸出处设有凹形轨道槽；轨道槽深度足以容纳叶片肩上的滚子；滚子行走于凹形轨道槽时，会带动叶片自转。因此叶片对公转轴心旋转时，其双肩上之滚子滑行于此轨道，接受轨道导引，造成叶片自转，改变叶片方向。

轮框的凹形轨道槽，轨道槽有一个开口，供叶片滚子进出。轨道槽的轨迹曲线，依特殊弧线来设计。此弧线形状类似于极坐标系统中的心脏线有一个尖点，在曲线尖点及其附近部分，不设轨道，成为叶片旋转运动时，作为其滚子的出入口。本发明轨道弧线，具有某些特殊数学特性：不论何时，叶片肩上二滚子，至少有一个滚子保持在凹形轨道槽上；叶片肩上外侧的滚子永远在轨道槽上。叶片旋转运动时，二滚子会交替进入凹形轨道槽；当二滚子交替进入轨道槽之际，二滚子会同时在凹形轨道槽上。

叶片随着框架对公转轴心旋转时，叶片的滚子在轨道导引下，使叶片本身亦作自转；叶片对公转轴心公转一圈时，仅同时自转半圈；公转180度时自转90度，公转90度时自转45度。

轨道槽弧线是对称的圆滑弧线，有一个对称轴；当流体以垂直此对称轴的方向流入时，流体推动叶片，造成框架旋转。在轨道导引下，叶片和流体间之夹角的变化，让框架有最佳受力作用。

在ㄇ型轮框表面作一个方向标记，垂直于轨道槽的对称轴；为了方便说明，称之为流向标记。当轮框上的流向标记和流体流入方向一致时，流体对框架上每一叶片的作用力，都是最有利于框架的旋转运动。

要进行接收流体能量时，将风舵安装在这流向标记的方向，风带动风舵，使轮框上的流向标记和流体流入方向一致。此时流体的力量，最有助于框架的旋转运动。反之，进行利用旋转动能推动流体流动时，让轮框的流向标记固定指向，流体欲流动的方向，会有最有效率的流动。

在流体流动能量转换方式，本发明所设计的特征，是不使用机械性的齿轮、连杆或开关，带动叶片自转，动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角。而是利用动态几何原理形成的轨道，轨道在叶片公转圆形的外部；和适当的运作机制，当叶片对机构轴心旋转时，轨道引导叶片自转。动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角，让本发明流体能量转换器达成减少阻力，及产生较大受力的目的。

这样的设计既不使用链条、齿轮或连杆去强制叶片旋转，也不使用机械性开关去强制叶片滚子交替进入凹形轨道。而是利用叶片公转圆形轨外部轨道的几何特性，使叶片滚子以自然的方式，交替地进入凹形轨道，让叶片旋转到最佳的方位，发挥最有效的流体能量转换。本发明中，叶片的最大宽度，可接近框架的直径。叶片数量不受限制，但和叶片宽度相关。叶片材料视流体特性而异，可为帆或板。

流体有可压缩和不可压缩流体。流体能量转换的方式，可为接收流体能量产生旋转动能，或用旋转动能推动流体流动。在不同的状况会有不同的附属机构设计。

配合流体特性、转换方向的差异性，有局部不同的设计可附加于基础机构。内容分述于下：

一、对于小型可压缩流体的能量接收，可依轮框上的流向标记方向装设风舵，以牵引轮框轨道，动态地让各叶片与风向间维持适当的不同夹角，就能达成减少阻力，及产生较大的受力的目的。

二、对于不可压缩流体或强力流体的能量接收，为了加强装置的强度，以承受强力流体，可让装置结构上下对称。即将可旋转的框架轴心上下二侧，套上可同步旋转，设有轨道槽的轮框。叶片双肩和双足对称装设滚子。叶片上下二侧滚子运转于上下二侧之轨道内。同样地让流体依流向标记方向流入，来达成减少阻力，及产生较大的受力的目的。

三、对于利用动能推动流体流动时，将上述对不可压缩流体或强力流体的能量接收的机构，反过来运作；不装设风舵，仅固定设有轨道轮框，使轮框上的流向标记指向流体欲推动方向，在轨道引导下，叶片的运动最有利于推动流体的流动。

四、对于大型可压缩流体的能量接收时，流体能量转换器的轴心成为一个垂直固定的中空塔状轴心，中空轴心有管线让其上端安装警示装置及维修信道；框架的轴心成为一个套筒，套筒以轴承为界面套入塔状轴心，框架套筒轴心外延部分，有能量转换单元。此大型可压缩流体的能量接收器的叶片为矩形可变面积叶片；矩形叶片内部为可收放的帆状结构，叶片外框为可收放帆的支撑结构。

发明人实地找到满足上述要求的轨道弧线，包括数学方程式和证明，数学证明将以论文名称Mathematics on a Windmill with Non-mechanical Control Pivoting Blades　发表于Journal of Tungnan University。除外，发明人还用计算器的数值和图形动态仿真，验证基础机构的弧线轨迹运作正确无误，另外也以实体雏型完成验证。下面将简单的说明此新弧线的数学特性，与纸上图形仿真。

这种新弧线是一曲线家族Tw，个别弧线Tw(r,s)均含二参数r、s。Tw(r,s) 的参数方程式如下：

x=(r+s/2)cos(t/3)cos(t)-(r-s/2)sin(t/3)sin(t) ;

y=(r+s/2)cos(t/3)sin(t)+(r-s/2)sin(t/3)cos(t)

其中–(3/2)cos^-1(-s/4r) < t < (3/2)cos^-1(-s/4r)；

r是本发明中可旋转的框架半径，精确的说，是框架的轴心至叶片自转轴心的距离； s是叶片的宽，精确的说，是叶片左右两滚子的轴心距离。Tw(r,s)具有下述特性：有一半径长r且圆心为原点的圆O。对于长度s<2r的任一线段S，当线段S的中点M在圆O的圆周上，且线段S一个端点在弧线Tw(r,s) 上时，则平行y轴的入射线对线段S产生一条反射线，此反射线的平行向量恰好和圆相切于M点。参见图1、图2。弧线Tw(r,s)形状类似于极坐标系统的心脏线，是一对称有一个尖点的曲线，曲线的尖点在圆周上，尖点以外的点皆在圆外部。在本发明中，上述圆O的圆心是机构的轴心也是公转轴心，圆O是叶片在旋转运动的公转轨，也是叶片公转运动时，叶片自转轴心公转的轨迹。上述Tw弧线是引导叶片自转的凹形轨道，上述中点M是叶片的自转轴心，线段S是叶片的宽，线段S二个端点，是叶片左右滚子的轴心。

本发明之说明，主要目的在说明运作机制；并非解释繁杂的数学方程式，故只简单列出轨道弧线数学方程式；继续请见随后的图示说明。

图1是弧线Tw、可旋转的框架圆周及叶片线段关系图。显示弧线Tw(1,1.46)代表轨道弧线1。其中，以o为圆心半径长为1的圆O代表可旋转的半径长为 1的框架圆周2，每一线段代表宽度s = 1.46的叶片线段3；线段S中点M在圆上，一个端点在弧线Tw上。图1显示一片叶片，对公转轴心等速旋转一周时，不同的位置。

图2是弧线Tw的特性图。显示弧线Tw(1,1.46)的一些特性，平行y轴的入射线4，遇到线段S所产生的反射线5，对圆皆形成正向推力。线段S代表叶片，圆代表叶片自转轴心对公转轴心公转的轨迹，叶片所受推力，往框架正向旋转方向推动。理论上来说，在叶片旋转过程中，绝不产生阻力，并且以最大推力，推动框架旋转。由图2可以看到：线段S1和入射线垂直；即叶片完全受力。线段S4和入射线平行；即叶片和流体平行，流体对叶片阻力极小。线段S2、S6和入射线各有45度夹角；叶片仍然有良好的受力。

再来看叶片在运转过程，叶片肩上的二个滚子与凹形轨道的关系和变化。线段S代表叶片；线段S二端点，代表叶片肩上二滚子；弧线Tw代表凹形轨道。由图2可以看到：线段S4、S5二端点在弧线Tw 上；即叶片肩上的二滚子，皆在轨道上。线段S3另一个端点也开始要进入弧线Tw上；即叶片肩上另一个滚子，也要进入轨道。线段S6一个端在弧线Tw上，一个端点已离开弧线Tw；即叶片肩上仍然留一个滚子在轨道。运转中的线段S1，历经S2、S3、S4、S5、S6等的变化，再回到S1的位置，线段S1恰好翻转180度。由图2可以看到：不论何时，叶片肩上二个滚子，至少会有一个滚子在凹形轨道上。叶片旋转运动时，二个滚子会交替进入凹形轨道。当二个滚子交替进入轨道之际，二个滚子会同时在凹形轨道上；经过数学的证明及实际的试验；轨道为弧线Tw，二个滚子同时在轨道时能正常运转。

图3是具有三叶片的框架旋转一周的连续动作图。含a,b二个滚子的叶片，对轴心公转一周，a,b滚子交替进入轨道的运动过程。图内框架半径长r = 1，叶片宽度s = 1.8，框架以等速旋转一周，由计算机摹拟作出的9张连续动作状态图。此时，在轨道引导下，叶片对轴心公转一圈时，叶片回到原位，但a,b滚子左右对调，叶片自转半圈180度。

附图说明

图1是弧线Tw、可旋转的框架圆周及叶片线段关系图。

图2是弧线Tw的特性图。

图3是具有三叶片的框架旋转一周连续动作图。

图4是用于可压缩流体的能量接收转换为发电动能的一个实施例说明图。

图5是将旋转动能转换为流体的流动能量的一个实施例说明图。

图5A是本发明作为船只推进器的示意图。

图6是本发明流体能量转换器的机构图。

图7是挂有叶片的可旋转框架图。

图8是可旋转的框架图。

图9是具有四滚子的矩形叶片图。

图10是类似ㄇ型轮框图。

图11是轮框的背部图。

图12是镂空轮框的示意图。

图13是一种双轮框套件示意图。

图14是一个对称可旋转框架图。

图15是安装风舵的轮框图。

图16是一个中空轴心图。

图16A是图16的放大透视图。

图17是可旋转框架套于一个中空轴心图。

图18是可调面积的叶片图。

图19为可调面积的叶片局部结构图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。下面的论述，在说明本发明的基础机构和几个变体的实施例。但是这些论述不应被认为，该发明仅局限于这些具体实施方案。

图4是本发明使用于可压缩流体的能量接收转换为发电动能的一个实施例说明，本发明也可被用来作为一个发电风车或水车。

图5是和发电相反的情况中，本发明将旋转动能转换为流体的流动能量的一个实施例说明，本发明也可能被利用作为推进船舶工具。

图6是本发明流体能量转换器39的机构图。该流体能量转换器39包括：可对某固定轴旋转的类似ㄇ型轮框6，类似ㄇ型轮框6的凸出边缘面设有一开放性的凹形轨道7、一个挂有矩形叶片9的可旋转框架8，矩形叶片9上方左右端有滚子10可滑行于轮框的凹形轨道7。类似ㄇ型轮框6在可旋转框架8的上方，可各自对公转轴心旋转。图7是挂有矩形叶片9的可旋转框架8之图，可旋转框架8，有多对等长的叶片支撑臂11连接于框架轴心12，均匀间隔地置于可旋转框架8的上下方。上下叶片支撑臂11外端之间夹有垂直式的矩形叶片9的叶片自转轴13。上下叶片支撑臂11的距离，恰好容许含滚子10的矩形叶片9进行自转运动；矩形叶片9自转时，其滚子10不会碰撞到叶片支撑臂11。图6的类似ㄇ型轮框6边缘凸出处，超过可旋转框架8的上叶片支撑臂11厚度；即此类似ㄇ型轮框6中空处，可容纳可旋转框架8的上叶片支撑臂11部分。类似ㄇ型轮框6边缘凸出处的下方设有凹形轨道7；凹形轨道7的凹槽深度足以容纳矩形叶片9上的滚子10；矩形叶片9上的滚子10行走于凹形轨道7时，会带动矩形叶片9自转。

图8是可旋转的框架图，是图7可旋转的框架部分；可旋转框架8上下叶片支撑臂11外端之间夹有叶片自转轴13。可旋转框架8的半径r是指框架轴心12的中心点到叶片自转轴13的中心点的水平距离。

图9是具有四滚子10的矩形叶片9之图，是图7的矩形叶片9部分；矩形叶片9上下左右端各有一个滚子10，在滚子10滑行于类似ㄇ型轮框6的凹形轨道7内时，可以减少阻力和噪音，矩形叶片9材料视情况而异，可为板、或帆。矩形叶片9中线处是叶片自转轴13，叶片自转轴13高度是叶片支撑臂11(如图8所示)厚度加水平轮厚度加矩形叶片9高度及适度的间隙。弧线Tw(r,s) 的参数s是叶片左右滚子轴心点的距离。

图10是类似ㄇ型轮框6之图，是图6的类似ㄇ型轮框6，类似ㄇ型轮框6之凸出边缘面设有一开放性的凹形轨道7，以方便矩形叶片9上的滚子10在凹形轨道7凹槽内滑行，并导引矩形叶片9自转。凹形轨道7弧线是发明内容中叙述的弧线Tw(r,s)。图10中的点线圆表示可旋转框架8的位置，也是叶片自转轴13(如图8所示)对固定轴公转的轨迹。类似ㄇ型轮框6，中空处的厚度，足以收容可旋转框架8(如图6所示)的上圆框部分。轮框轴孔14在点线圆的圆心处，也是可旋转框架8(如图6所示)的轴心。

图11是类似ㄇ型轮框6的背部图，是图10类似ㄇ型轮框6的背部。类似ㄇ型轮框6上轨道弧线有一个对称轴，在轨道弧线对称轴的垂直方向，在类似ㄇ型轮框6的背面作一个流向标记15，指示流体最佳流动方向；称之为流向标记15。在流向标记处15安装风舵或尾舵。

图12是镂空的类似ㄇ型轮框6示意图，是将图10的类似ㄇ型轮框6镂空。本发明使用类似ㄇ型轮框6，可适度的镂空或不镂空，并把类似ㄇ型轮框6盘面各处边缘平滑化，可降低重量及流体流动的阻力。但为了简化图式说明，仍然借用具有尖点未镂空未平滑化的形态作为具有轨道的类似ㄇ型轮框6示意图示。

图13是一种双轮框套件38的示意图，是图5的双轮框套件部分；利用壳状连杆16连结固定二个对称的类似ㄇ型轮框6，凹形轨道7对称向内，壳状连杆16位于类似ㄇ型轮框6上凹形轨道7的弧线尖点处，形成的双轮框套件38；二个类似ㄇ型轮框6的距离，可容纳上述可旋转框架8(如图6所示)上的矩形叶片9的滚子10在凹形轨道7滑行。

图14是一个对称可旋转框架图，是图5的对称可旋转框架8部分；安置于图13的一个双轮框套件38内，旋转框架轴心12二端穿过双轮框套件38(如图13所示)二侧的轮框轴孔14；可旋转框架8受力平衡，强化流体能量转换器39(如图6所示)的稳定性。

图5是本发明将旋转动能转换为流体的流动能量的一个实施例说明；图5的壳状连杆16形成覆盆状（如图5A所示），位于流体能量转换器39(如图6所示)上方，其流向标记15的方向自动保持水平，壳状连杆16上方有旋转装置17，控制流向标记15指向欲推动的方向，此时本发明便成为船只18自由方向的推进器19。

本发明能被使用于可压缩或不可压缩流体，将旋转动能转换为推动流体的流动的能量。相反的操作下，本发明也能将流体的流动能量转换为旋转动能。

图15是安装有风舵的轮框图，是图4大型风力发电能量转换装置40的类似ㄇ型轮框6；类似ㄇ型轮框6安装单个或多个风舵20，是将流体的流动能量转换为旋转动能所使用的类似ㄇ型轮框6。风舵20受流体流入的牵动，使类似ㄇ型轮框6旋转，让类似ㄇ型轮框6上的流向标记和流体的流动平行，使该流体能量转换器39 (如图6所示)有最佳的转换效率。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图16是一个中空轴心21的图，是图4大型风力发电能量转换装置40的中心轴；为一个中空轴心21直立于一个座体22上；轴心中空处安装管线23；中空轴心21上端设有警示装置24、轨道煞车制动器25及框架煞车制动器26。

图17是可旋转框架8套于一个中空轴心21(如图17及图4所示)，是图4大型风力发电能量转换装置40的中空轴心28与可旋转框架8；可旋转框架8的轴心形成一个套筒27，以可旋转方式套于中空轴心28，套筒27上有能量传送单元29及煞车鼓30，用于大型风力发电能量转换装置40的维护。

图4是本发明使用于大型风力发电的一个实施例说明。将安装有风舵20的类似ㄇ型轮框6，及挂有矩形叶片9的可旋转框架8，以可旋转方式套于中空轴心28，使矩形叶片9上方左右端有滚子10可滑行于类似ㄇ型轮框6的凹形轨道7(如图6所示)，便成图4的大型风力发电能量转换装置40。本发明可调面积的矩形叶片9，矩形叶片9外框为可收放帆的支撑结构。矩形叶片9内部为可收放帆的帆，其上设有多个均匀间隔的活动水平帆梁36，如图18。

图18是可调面积的矩形叶片9图，是图4大型风力发电能量转换装置40的矩形叶片9；叶片外框31上下部是C型梁32，开口朝内；左右两侧是H型梁33，C型梁32及 H型梁33皆有朝内的开口。叶片外框31顶部的C型梁32之下方左右端设有滑轮组34，通过滑轮组34及缆绳，来悬挂及收放风帆35，如图19；下部C型梁32内部固定风帆底部。叶片内部的帆，帆梁36两端有帆梁滚子37，各安置于叶片外框31左右H型梁的内侧C型开口，帆梁滚子37滑行于H型梁内侧C型凹槽而不脱落。外框左右框H型梁33的内侧，收容帆梁36两端的帆梁滚子37；外侧，收纳滑轮组34的缆绳。H型梁33的外侧可加盖，以保护缆绳并减少风力影响。缆绳系于最上面的帆梁36，拉动最上面的帆梁36，会通过帆布带动下面的帆梁36。当最上面的帆梁36被拉至矩形叶片9上部的C型梁32内时，是矩形叶片9受风面积最大的状况；被拉至最接近下方帆梁36内时，是矩形叶片9受风面积最小的状况。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种流体能量转换器，其特征在于,包括：一个可旋转的ㄇ型轮框，ㄇ型轮框凸出边缘面设有一凹形轨道、一个可旋转框架；可旋转框架上有多个叶片，所述叶片以可枢转的方式设置于可旋转框架，叶片上方左右端有滚子可滑行于ㄇ型轮框的凹形轨道；流体能量造成叶片运动，叶片运动推动可旋转框架旋转，产生动能；反之，可旋转框架旋转动能，造成叶片运动，叶片运动造成流体运动；ㄇ型轮框的凹形轨道引导叶片，使叶片运动有最高的效率。

2.根据权利要求1所述的流体能量转换器，其特征在于：可旋转框架的上方与下方对称地设有多对支撑臂；各对支撑臂末端夹有一个可枢转的叶片，叶片肩部及足部有滚子，叶片自转运动时叶片滚子滑行于ㄇ型轮框凸出部分上的凹形轨道；可旋转框架轴心有外延部分，作为可旋转框架旋转能量和外界能量来源交换的接口。

3.根据权利要求2所述的流体能量转换器，其特征在于：ㄇ型轮框的凹形轨道在可旋转框架旋转时，凹形轨道有一个开口，该开口是叶片自转时滚子的出入口；可旋转框架被转动时，可旋转框架的叶片跟随自转，运动中叶片上的二滚子至少保持一个滚子在凹形轨道上，且二滚子会交替进入凹形轨道；足部滚子和肩部滚子作相同运动；二滚子交替进入凹形轨道之际会同时在凹形轨道上，可旋转框架旋转运动时，在凹形轨道导引下，叶片本身亦作自转，叶片对旋转框架轴心公转一圈时，自转半圈，公转180度时自转90度，公转90度时自转45度。

4.根据权利要求1所述的流体能量转换器，其特征在于：凹形轨道的轨迹是具有对称性的圆滑弧线，有一个对称轴，垂直此对称轴方向，在ㄇ型轮框表面刻划一个利于定位或安装风舵或尾舵的流向标记；当流体以此流向标记的方向流入，对框架上的叶片，会有最佳受力作用；反之，固定ㄇ型轮框，则可旋转框架旋转运动时，叶片推动流体流动，主要流动方向皆有同流向标记的正分量。

5.根据权利要求4所述的流体能量转换器，其特征在于：在ㄇ型轮框沿所述流向标记安装风舵，流体流动带动风舵旋转，使ㄇ型轮框上的流向标记与流体方向一致，。

6.根据权利要求1所述的流体能量转换器，其特征在于：在可旋转框架的上方和下方同时安装具有凹形轨道的ㄇ型轮框；上下ㄇ型轮框完全对称同步旋转，组成二ㄇ型轮框的双轮框套件；叶片肩部及足部有滚子，ㄇ型轮框的凹形轨道在可旋转框架旋转时，凹形轨道有一个开口，该开口是叶片自转时滚子的出入口；可旋转框架被转动时，其可旋转框架的叶片跟随自转，运动中叶片肩上的二滚子至少保持一个滚子在凹形轨道上，且二滚子会交替进入凹形轨道；足部滚子和肩部滚子作相同运动；二滚子交替进入轨道之际会同时在凹形轨道上，可旋转框架旋转运动时，在凹形轨道导引下，叶片本身亦作自转，叶片对轴心公转一圈时，自转半圈，公转180度时自转90度，公转90度时自转45度，两滚子对称滑行于上下ㄇ型轮框的凹形轨道；此双轮框套件由二平行对称的ㄇ型轮框及连接二ㄇ型轮框的凹形轨道的开口附近外缘的杆或壳组成，以确保二ㄇ型轮框同步对称，承受较强劲流体的运动。

7.根据权利要求6所述的流体能量转换器，其特征在于：在ㄇ型轮框表面刻划一个利于定位或安装风舵或尾舵的流向标记，在所述的双轮框套件连接二ㄇ型轮框的壳的中心点外部，安装轴承支架控制双轮框套件旋转，使ㄇ型轮框上的流向标记的方向指向流体欲推动的方向。

8.根据权利要求7所述的流体能量转换器，其特征在于：在双轮框套件连接二ㄇ型轮框的壳形成一个覆盆状覆盖，覆盖位于同步双轮框套件的外部，凹形轨道开口附近；控制双轮框套件旋转时，流向标记的方向保持水平，此覆盖在双轮框套件上方；控制双轮框套件旋转，使其流向标记方向保持水平并指向欲推动的方向，覆盖内部充满空气，成为不可压缩流体上航行有效率的推进器。

9.根据权利要求5所述的流体能量转换器，其特征在于：进行大型可压缩流体能量接收任务时，流体能量转换器的轴心，分离为一个垂直固定的中空轴心，中空轴心有管线，其上端安装警示装置及维修信道、中空轴心上方有止推轴承承担轨道轮框的重量及轨道煞车制动器控制轨道；中空轴心下方有止推轴承承担框架重量、框架煞车制动器控制框架及能源转换控制室；可旋转框架的轴心为一个套筒，套筒以轴承为界面套入固定轴心，框架轴心外延部分亦为一个套筒，有能量转换单元、煞车鼓及止推轴承；具轨道的轮框以轴承为界面套入固定轴心，有定位器、煞车鼓及止推轴承。

10.根据权利要求9所述的流体能量转换器，其特征在于：叶片为矩形可变面积的叶片；矩形叶片内部为可收放的帆状结构，叶片外框为可收放帆的支撑结构；风帆下方固定于叶片外框底部支架，风帆由多个水平帆梁横向支撑，风帆最高处水平帆梁的升降决定风帆的收放；叶片外框设有C形槽结构，C形槽开口朝内；风帆的水平帆梁两端皆有支架滚子，水平帆梁两端的支架滚子置于叶片外框C形槽内，水平帆梁升降滑行于叶片两侧支架间而不脱落；矩形叶片下部和可旋转框架接触面。