CN103270295A - 风力涡轮交流发电机模块 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮交流发电机模块，包括：包围件、涡轮和转子组件，具有外周磁体和多相定子，用于从空气运动中产生能量。通过环绕外周的导轴承，在包围件内悬挂地支承双向对称叶涡轮和转子组件，从而能在各种风力条件下运行。在多边形壳体内组装一个或多个风力涡轮交流发电机模块，壳体底部具有进风口，壳体被安装到屋顶通风结构，用于从风力和/或上升的热气流中产生能源。采用了低温加热电路以在寒冷条件下提供保护。在人力便携式多边形壳体内组装一个或多个风力涡轮交流发电机模块，具有充电电池、充电电路、逆变电路、电源连接器和配件，例如灯、收音机、电视机、以及紧急定位器。

Description

风力涡轮交流发电机模块

技术领域

本发明涉及发电，具体而言，涉及风力发电装置。

背景技术

现有的风力发电系统依赖于传统的具有用于支承的中央轴的涡轮组件。这种组件在强风条件下，会经受到很大的应力，从而面临故障。因此，要想在变化的风力条件下安全地建造或使用这种涡轮是不切实际的，尤其是在城市和郊区和繁忙的地区。对于风力发电存在着改进涡轮组件的需要。

发明内容

应当明白，下文的发明内容和具体实施方式是示例性的和解释性的，旨在对权利要求的本发明提供进一步的解释。下文的发明内容和具体实施方式都不是为了将本发明的范围限定或限制在该发明内容或具体实施方式中的具体特征，相反，本发明的范围将在所附的权利要求中限定。

在具体实施例中，所公开的实施例可以包括下面描述的一个或多个特征。

一种新设备，包括：支承结构或壳体；涡轮组件，其包括：从无支承的枢轴（hub）辐射至外缘的一个或多个叶；轴承，其环绕涡轮组件或转子组件而安装，由壳体支承，为转子磁体和定子线圈之间提供了连续的隔离；转子组件，包括一个或多个由涡轮组件支承的磁体；定子具有一个或者多个线圈，设置成使得转子磁体和定子线圈之间的相对运动在线圈上感应出电压。在一些实施例中，所述外缘是环绕叶尖端的外环。在一些实施例中，所述转子是涡轮组件中的独立结构，然而在一些实施例中，所述转子是由叶或涡轮组件的外缘与连接的磁体组合而构成。轴承通过在外周支承转子而为转子磁体和定子线圈之间提供连续的隔离，防止其在变化的风力条件下而轴向运动。外周的轴承支承系统增加了中央轴支承系统的强度和稳定性，减少了故障，并提高了安全性。

特别的是，任何规模大小的设备模块，其本身可投入无限制的新的使用。利用这种应用自容纳模块的能力，将能够在各种风或气流条件下被允许安装在任何有空气运动的地方。

多个设备模块均会产生一小部分能量，类似在微型发电，这些将一个地点汇聚成总能量。在一些实施例中，应用多个小型模块在低风速地区产生极高的能量输出。该微型发电的概念尤其适合那些郊区及可能一些市区中依靠传统风能发电无法满足要求的住宅和商业区。

在优选实施例中，本新设备或模块包括一个在外周分布有多个永久磁体的旋转涡轮组件，以及空心线圈，其很靠近磁体以产生能量。一个或多个转子衬环从外周且优先为垂直地连接在涡轮外缘，以支承这些等距分布的永久磁体。

对于本领域技术人员来说，显然有可能会根据发电的要求而安装多个永久磁体和线圈。在一些实施例中，随着涡轮机重量和／或尺寸大小的增加，有必要在环绕衬环的多个位置安放更多导轴承，或者直接支承住涡轮机的外缘，以分散涡轮组件的载荷。

在一个实施例中，一个或多个转子背衬由铁磁材料构成，用于使安装的永久磁体增强了磁场，从而可以在各种风力条件下增加能量产生。对一个或多个转子衬环使用这种铁磁材料，还可以提供额外的转动惯量，让涡轮机和转子组件在风速降低后持续转动，从而增加阵风之间的能量生成。铁磁转子背衬在包围的导轴承内为涡轮和转子组件提供稳定的支承。

本模块对定子采用了空心线圈，以消除铁磁芯带来的镶齿效应，减少起动转矩，从而能在低风速条件下进行能源生产，并降低装置重量。

本模块的一个显著优点是环绕涡轮组件放置多个导轴承，这可以从外周支承涡轮，以在各种风速下保持稳定和恒定的间距。在一些实施例中，导轴承与旋转的转子衬环进行槽配合，提供了径向和轴向的支承。在一些实施例中，该导轴承可通过凸缘在外周与涡轮外缘直接配合。

为提高轴承寿命和减少摩擦，在一些实施例中，轴承是由陶瓷或类似的低摩擦系数材料制成。使用陶瓷或类似的材料可减少低风起速下引起的起动扭矩，并减少高速下热量的产生。非铁磁性材料的使用可防止旋转的铁材质转子组件之间的磁效应，以及避免转子环的最终腐蚀。

现有技术教导，风力涡轮机必须收拢或折叠，或者叶或桨必须水平化（feather），以减少风的轴向压力。现有技术的收拢或水平化意味着风力涡轮机在高风速情况下很少或不产生能量。如果该收拢或者水平化机制发生故障，会导致风力涡轮机的严重破坏，造成生命和财产的潜在危险。

本新型轴承的支承能取消在高风速条件下对收拢和羽毛化（而这是现有技术的要求）的要求，允许在所述条件下继续能量生产。

在一些实施例中，由于涡轮组件完全悬空并由导向轴承进行外周支承，并没有涡轮轴的支承（而这是现有技术的要求，这干扰了涡轮气流）。这有助于更好地在低风速或间接的风流动的条件下产生能量，在高风速条件下减少阻碍性湍流。

本模块的另一个优点是本涡轮组件中对称的双向的叶。这种设计保证了从任一方向都可进行能源生产，而不需要旋转涡轮机以朝向风（而这是在现有技术中需要的）。对称双向叶也很适合被间接风向角（indirect wind angle）驱动，有助于以固定或非旋转安装进行能源生产。利用所述的叶还有额外的好处是允许在旋转实施例中最多只需要180度水平旋转，而不是现有技术所要求的通常360度的旋转。

在一个实施例中，本模块由多相定子空心线圈绕组产生交流电，包括整流电路以将交流电变成直流电。

为了便于监控操作，在一些实施例中本模块配备有一个可操作检测电路以对旋转或发电产生视觉或电反馈。

在一些实施例中，本模块壳体允许倾斜的锥形空气收集器在一侧或两侧，以帮助引导增加的气流进入涡轮。

在一些实施例中，位于本涡轮模块的热线圈在低温条件下启动，以加温壳体表面，用于减少冰雪的积累。这使得能源生产可连续至全年。

由于过电压的条件限制，在一些实施例中，本模块或多边形壳体包含一个电压调节电路，用于释放多余的能量到一个电阻负载。该电阻负载根据设计要求而在内部或外部。一些设计使用电压调节电路调节定子线圈，以限制过电压状态和/或减慢涡轮组件的转动，从而防止高风速条件导致产生多余的能量。

现有技术和公开数据教导了，风能的生产在城市和郊区和较低的平均风速的地区是不切实际的。但现有技术和公开数据也教导了，要获取风能，风力发电机的安装需要考虑离地面的高度以及与大楼、建筑物或障碍物的距离。而塔架结构的安装也增加了初始成本。所有上述情况限制了风能在大多数人口密集地区被资源利用的可行性。

为了满足以往的不适合条件对风力发电的需要，可以在一个多边形的壳体的两端放置两台风力涡轮交流发电机模块，这样可以从底部切断或通风以允许向上流动的气流。多边形的壳体安置在并连接屋顶通风结构，这样允许上升的气流从加热的阁楼空间进入壳体，并穿过涡轮模块。多个多边形壳体可以成排地放置在房顶的脊部，用于借助向上流过屋顶的风或者下方升起的热空气而聚集地产生能量。实施例中独特在于，可在高风速条件下将空气从下方的阁楼空间抽取上来，热空气有助于在低风速情况下产生能量。多边形的壳体可以被安装在现有的屋顶通风结构部分，允许简单的改造安装。

同样，在一些实施例中，多个多边形壳体安装在任何在安装面具有或没有通风结构的屋顶、烟囱、矮墙、柱或其它建筑结构。壳体和连接结构在一些实施例中是分离的，而在另一些例子中是一体化的，这取决于现场的要求。

使用的材料取决于预期的安装要求。在一些实施例中，虽然设计没有限制，但壳体和涡轮组件是由坚硬的塑料构成，材料的特质适合预期的环境，如外部使用。

在一些实施例中，屋顶通风结构是标准的屋顶建筑材料，允许建筑商和安装人员进行安装或改造。

一个实施例提供了一种手动便携式多边形壳体，具有多个风力涡轮交流发电机模块，封闭的蓄电池，充电电路和逆变电路。本实施例提供了在任何地方都可以风力发电的可能性，比如在野营或划船，在休闲车上，或为了紧急使用。另外，如照明，广播，电视，紧急定位或者其他情况，在一些实施例中，也可以适用该便携式壳体。

在一些实施例中，风力涡轮交流发电机模块和多边形壳体集成到楼房、汽车、船舶、及建筑物或不动产内，用于利用空气运动产生能量。

在一些实施例中，具有轴承的导向轮配合安装在环绕涡轮机外周的轮廓造型的（contoured）环或轨道上。

本说明书将阐述说明上述内容，以及本发明的其他目的和特征，本说明书还包括附图和具体实施方式。

附图说明

附图结合于此，构成本说明书的一部分，结合具体实施方式示例性说明了实施例，促使本领域技术人员能制造和使用这些实施例，这对于本领域技术人员来说，是显而易见的。结合以下附图将更清楚地说明本发明：

图1是第一实施例的风力涡轮交流发电机模块组件的主视图；

图2是图1中的风力涡轮交流发电机模块的侧视剖视图，显示了涡轮组件，涡轮转子，定子线圈和轴承；

图3是定子线圈组件的主视图。

图4是涡轮组件、涡轮转子组件和轴承的主视图；

图5是第二实施例的风力涡轮交流发电机的透视图，显示了多个多边形壳体，其包括用于安装在屋顶上的屋顶通风组件；

图6是第三实施例的风力涡轮交流发电机模块的侧视图，显示了多边形壳体，可选的锥形空气收集器，可选的枢轴，包括用于安装在矮墙上的结构化的安装框架；

图7是图5中的多边形壳体和屋顶通风组件的剖视图；

图8是第四实施例的风力涡轮交流发电机模块的透视图，显示了便携式多边形壳体；

图9是一个实施例的轴承支承的前视透视图。

图10是图9的轴承支承实施例沿线10-10的剖视图；

图11是根据一个实施例的风力涡轮交流发电机模块的前视剖视图；

标号列表

20：风力涡轮交流发电机模块

21：包围件（enclosure）

22：锥形空气收集器

30：涡轮组件

31：对称双向叶

32：外缘

33：枢轴

40：涡轮转子组件

42：铁磁转子衬环

43：永久磁体

44：气隙

51：轴承

53：导轴承

54：配合轮廓的环形轨道

55：轴承支架

60：定子组件

61：定子空心线圈

62：定子支承

63：整流电路

64：调压器

65：可操作检测元件

66：发热元件/负载电阻

67：外部卸荷连接器

68：温度检测元件

70：多边形壳体

71：屋顶安装结构

72：中心枢轴

73：支架

74：矮墙

80：屋顶通风口

81：加热通风孔

82；屋顶钉紧凸缘

83：屋顶椽子

85：屋顶瓦片

86：屋脊

87：阁楼空间

88：空气交换空间

91：把手

92：蓄电池

93：充电电路

94：逆变电路

96：A.C.电源连接器

97：D.C.电源接线端子

99：USB电源连接器

W：风

H：上升的热空气

具体实施方式

下面将通过各种实施例公开一种风力涡轮交流发电机模块。本说明书将结合本发明的特征公开一个或多个实施例。所描述的实施例，本说明书中表述为“一个实施例”、“某个实施例”、“典型实施例”等，表明所描述的实施例包括具体特征、结构、或特点。这些术语不一定是指同一实施例。当具体特征、结构、或特点结合某个实施例描述时，不管是否明确地描述出来，本领域技术人员可能会将这些具体特征、结构、或特点结合到其他实施例中。

在一些附图中，即使是在不同的附图中，对于具有同样功能的同样部件标注同样的标号。所描述的实施例，及其详细的结构和元件，仅用于帮助理解本发明。因此，本发明显然可以以多种方式实施，而不一定需要本文所描述的特定特征。此外，对通用的功能或结构不进行详细描述，是因为对不必要的细节进行详细描述会模糊本发明。

本具体实施方式不用于限定本发明，而是为了说明本发明的一般原则，权利要求书最好地限定了本发明的范围。

图1是第一实施例的风力涡轮交流发电机模块20的主视图。该风力涡轮交流发电机模块用于将风或气流的运动能量转化为电能。

一个自支承结构或包围件21支承和包裹住模块20的所有部件。支承结构或包围件21可为封闭式涡轮组件30提供支承，使后者通过涡轮叶31在空气运动中旋转起来。

涡轮组件30在包围件21内旋转，其包括：枢轴33，用作对称的双向叶31的中心，从该中心向外辐射连接到外缘32。枢轴33可以是任何一种锥形或尖的形状，用于引导气流进入涡轮组件30。双向叶31，允许包围件21的前后方的气流均能进入，用于当流动空气横向经过叶31的时候，叶31能旋转起来。

应该注意的是，如图所示，没有连接到涡轮组件枢轴33的轴或外部支承或连接结构。因此，不存在支承结构阻碍空气穿过涡轮叶31。包围件21和涡轮组件30的外观在模块20的两侧通常都显得相同。

包围件21的设计在物理尺寸、形状、材质或者连接原理上没有限制，允许用于任何希望将空气运动产生能量的地方。这可包括作为独立的能源生产或与其他风力涡轮发电机模块组合来应用，单独或纳入多边形壳体以积累地生产能量，如微型发电。

在一些实施例中，模块组件20的结构是由坚硬的塑料类材料构成，只有少数的内部零件要求非塑料的材质，这一点会在下文说明。

在一些实施例中包围件21很小，只有几英寸的大小，以适应小装置或结构的空气流动，如电路板或车辆的通风。在其它实施例中，包围件21较大，可达到许多英尺，为了最大化地采集自然风进行能量生产。

包围件21的深度限定为超出涡轮组件30的最小程度，以不破坏气流，但其大小足够容纳涡轮组件30和任何电路，如整流电路63、温度检测电路68和发热元件66可操作检测电路65和电压调节系统64。在一些实施例中根据需要在包围件21空体腔内放置可选的电路和必要的组件。

如图所示，包围件21的形状有正方体或矩形体，以便于被安置、集成和连接。模块间易于直接地以侧面接侧面，底部接顶端的方式进行无缝连接，最大限度增加在区域中能安装模块的数量，最大限度地减少入口处风能的损失等。为了保持结构的稳定和联合地产生电能，可以采用任何合适的连接方式。在一些实施例中，在包围件20的一侧或者双侧安装或内置图6的可选的锥形空气收集器，用于帮助将气流引导和压入涡轮组件30中。在一些实施例中，模块20支承中心枢轴，其允许模块20在需要时转动。绕轴旋转有利于将包围件21和包围的涡轮组件30导向至更容易捕获气流。

包围件21内部具有未填充的空腔（未图示），在一些实施例中，用于容纳各种可选的电路和连接硬件。由于定子是绕制的以产生多相交流电能，在一些实施例中，包围件21的可用空腔内支承多相整流电路63，可将交流电转换为直流电以备外部使用，或者与其他能源汇聚。在一些实施例中，整流电路安置在包围件21的表面或者外表面。整流电路在一些实施例中是省略的，这取决于能量需求。

为了应付低温条件，在一些实施例中，包围件21容纳温度检测电路68和各种电阻，瓷或者碳类型的加热线圈66贯穿包围件21的空腔，或附着在包围件21的材料上。这种电路可保持模块外表足够的温度，防止在低温下被冻结。

一些情况下，需要对涡轮组件30的运行或表现进行反馈。可以在旋转的涡轮组件30的旁边安置内部检测电路65，例如霍尔效应传感器，以获取转速并发送至例如内置发光二极管，用于将旋转或连接指示到外部处理设备。

在一些情况下，比如能量的产生超过了预期的需求，那么调压电路64会被安置在包围件21的空腔内，连同各种电阻或卸荷66，外部卸荷连接器67或设计来调节图3中的定子线圈61的电路，这样可以减少能量的产生，或减慢涡轮组件30的转动。在一些实施例中，卸荷以电阻线圈的形式，使得能量转换为热能。

图2是图1中风轮交流发电机组件20的剖视图图，显示了涡轮组件30，涡轮转子组件40，定子线圈61和轴承51。如图所示，涡轮组件30由枢轴33，双向对称叶31，和外缘或周边32组成，支承并与涡轮机转子组件40一起转动，后者包括铁磁衬环42，其在包围件21里面，支承多个永久磁体43。涡轮组件30和涡轮转子组件40在包围件21内连同轴承槽或导轨（guide）52一起，被多个轴承51可旋转地支承。相邻并靠近转子组件40的是定子组件60，其包括多个固定的被气隙44分隔的定子空心线圈61。

当流动的空气横向经过叶31时，涡轮组件30旋转，其使得连接的转子组件40旋转，从而在定子线圈61上产生感应电流，实现空气运动产生能量。

一个或多个（图示只有一个）转子衬环42在外周垂直连接到涡轮机的外缘32，以支承等距的永久磁体43。

注意到枢轴33只与叶31相连。这无支承的枢轴33与现有技术相反，而现有技术是通过使用传统的轴式枢轴支承叶31。

涡轮机转子组件40，采用新的轴承设计，包括具有特殊的槽或导轨52形状的非铁轴承。轴承导52设计为独特的鞍状，直接接触旋转的涡轮转子衬环42。轴承材料是非铁的，使旋转磁体43不会磁化轴承51。在一些实施例中，轴承51是由与转子衬环42材料接触后不会发生腐蚀的材料所制成。轴承槽或导轨52的形状要求最好是鞍状来支承转子组件40，并对旋转产生最少的抵抗。如图所示，导轴承在平行于涡轮组件的轴上旋转，以对涡轮组件提供平行于涡轮组件的径向支承和轴向的垂直支承。利用旋转支承与旋转轴形成角度而不是平行，导致在旋转支承轮和轴承上产生对角线的力矢量，提高了滚动摩擦，损耗和降低了启动速度。

图9是用于图1的风力涡轮交流发电机组件20的一个实施例的轴承支架的主视透视图，图10是图9的轴承支承沿线10-10的剖视图，轴承51通过轴承支架55和螺栓53连接到涡轮转子组件20。轮轴承如图2所示，在其外缘具有轴承导轨52，以与涡轮组件适当的组配。涡轮组件30中的铁磁转子衬环42终止在轮廓造型的轨道54上，其设计用于轴承51和导轴承52的相互作用。在实施例中，该轮廓造型的环形轨道54是塑料的，其形状与轴承导轨52相匹配。这里，图示的轴承导轨52是U形，与匹配的轮廓造型的环形轨道54一样，轴承导轨52的材料与轴承的内轮不同。在这个实施例中。轴承导轨52是聚乙烯塑料直接粘合在铝芯的内轮部（aluminum coreinner wheel portion）上制成，在双陶瓷轴承上旋转（每边各一个）。在另外的一些应用和实施例中，也可取代为其他的材质，比如在一个大的实施例中，为了加强硬度而用钢的轮廓造型的环形轨道54。

本实施例的轴承导轨52和轮廓造型的轨道环54允许接触材料不同于涡轮组件和轴承材料。例如，接触材料（轴承导轨和轮廓造型的轨道环）可能是非铁材料更适合噪声抑制。相比于钢转子在高速旋转时与陶瓷轴承摩擦产生噪音，这得到了安静的运行。人们非常期盼低噪音水平，特别是住宅中的应用。在本实施例中的轴承，相对于涡轮组件来说，比较大，可降低轴承的旋转速度，致使获得一个更大的接触面积和更多的支承和稳定，降低轴承的噪声和磨损。由于在该实施例中轴承放在角部，因此当把轴承放置在一个举行壳体内时，不会增加系统的总体积。

图11是根据图9-10所示的具有轴支承的实施例的风力涡轮交流发电机模块组件的前视剖视图。图中示出整流电路63、调压器64，可操作检测元件65，发热元件／电阻性负载66，外部卸荷连接器67，和温度检测元件68。

图3是定子线圈组件60的主视图。多个空心线圈61放置在定子支架62上，靠近但不接触到图4所示的涡轮转子组件40上的转子永久磁体43。图2中定子支架62位于包围件21内，和附图4中的涡轮转子组件40相对。

空心线圈61为多相绕制以产生交流电，其形状、间距和大小依赖于如图4所示的由发电要求而确定的永久磁体43的形状、间距和大小。在某些实施例中线圈会根据磁体的间距和多相结构被隔开或重叠。

应该指出的是，定子空心线圈61在一些实施例中没有使用铁磁材料，而且被设计成没有讨厌的齿槽转矩，这使得允许在低风速条件下产生最小的涡轮旋转启动转矩。然而，在一些替代实施例中利用铁磁材料或电磁线圈，特别是专为高起动转矩要求安装设计，可达到更高的能源生产。

图4是涡轮组件30、涡轮机转子组件40和轴承51的主视图。对称型涡轮叶31从中心枢轴33向外辐射，使空气进入涡轮组件30内发生旋转。中心枢轴33可以是任何尺寸，但是由于中心枢轴33本身没有结构性的旋转支承，在一些实施例中其大小和形状设计为最小化气流限制。

应该指出的是，枢轴33只作为双向叶31的原点，而不是结构性的旋转支承。涡轮叶31与枢轴33相连，向外辐射至并连接到一个扁平圆周的外缘32。外缘32作为连接点连接住叶31，并为转子组件40的各个元件提供一个连接和支承的平台。外缘32为涡轮组件30，特别是叶外边缘31，提供了相当的强度和稳定,在一些实施例中取消了对中心枢轴33支承的需要。

在一些实施例中一个或多个转子衬环42垂直分布在外缘32上，这些衬环可以托住众多的转子永久磁体43。如图3所示，这样的设计可以使得转子衬环42和相关联的定子空心线圈61进行多种排列。相对于转子衬环42，支承转子永久磁体43还可以通过旋转去增加能量的产生。对于转子组件40和定子组件60的构型，没有特别的限制，设计上允许基于物理尺寸、磁通密度、线圈绕组和能源需求进行调整。可选实施例中，磁体43被直接安装到外缘32，或将多种转子衬环42用要求的各种材料制成。

在图2的包围件21内，环绕分布在铁磁转子衬环42外周的轴承51，为涡轮组件30提供径向旋转支承。为了确保对涡轮组件30的轴向支承，轴承51在一些实施例中，如图2所示，具有轴承导轨52，其负担旋转支承，或在一些实施例中，通过凸缘设置到旋转支承表面的沟或槽（未显示）内。因涡轮转子40的外周有轴承51的支承，涡轮机30可准确地在任何风速条件下转动。导轴承51由图2中的包围件21支承。

导轴承51的位置和数量取决于涡轮组件40，在一些小型实施例中，随着涡轮机直径扩大，至少使用有三个导轴承51，还有一些实施例中，导轴承51被等距地摆放在四周，这种设计使得涡轮转子组件40也可直接有来自不同点的支承，比如外缘32，但需要使用不同的轴承类型和材质。在某些实施例中，轴承51的摩擦系数低，比较经久耐用，比如陶瓷类的轴承。采用陶瓷或类似的材料可降低涡轮组件30旋转的起动转矩。使用低摩擦系数的轴承，如陶瓷或聚四氟乙烯，在高速运转条件下，可产生更少的热量，从而延长了轴承寿命。

图5是第二实施例的风轮机交流发电机模块20的透视图，示出了包括屋顶通风装置80的多边形壳体70如何安装在屋顶85。多边形壳体70显示了在前方有一个涡轮组件30和相对方均有一个涡轮组件30（未显示）。多边形壳体70安装在屋顶通风装置80上。

多个壳体70沿着屋脊86接连分布，当风过屋顶时，捕获到风，使其进入封闭的涡轮组件30内。在一些实施例中，如图7所示，屋顶通风装置80也可以从阁楼空间捕获到热空气。某些实施例中，很多个壳体70一起使用，这样每一个都能产生一部分能量而被积累，如微型发电。

在一些实施例中壳体70按照优选方位摆放，非旋转安装地去获取风能。在一些实施例中，壳体70可旋转180度，类似图6所示的枢轴72。在另一些实施例中，根据要求，多边形壳体70连同屋顶通风结构80被安置在无任何气体交换但下方有加热空间的屋顶上，可以安装在屋顶85的任何位置或角度。

在一些实施例中的涡轮组件30的直径为一到两英尺，但是在另一些例子中，是根据能源生产的需要来确定尺寸的。壳体70和通风组件8选择适合外部屋顶的摆放和安装0的材质，也要合乎当地建筑规范的要求。

按照目前公认的建议在或靠近住宅和商业区屋顶放置的传统的风力涡轮机，由于障碍物，漩涡和低风速的原因，性能很差。然而，壳体70在屋脊86的摆放，可使得涡轮组件30在风被压迫建筑物或向上流过屋顶瓦85的时候，捕获到加速风。

可选实施例中，允许任何安装和连接方法，建筑物的结构各异，要求不同的连接方式和风格。在一些实施例中，多边形壳体70可根据要求安装到到特定位置的烟囱、支承杆、装饰装置、树木、栅栏或其他的结构。连接结构，例如通风组件80，用于支承一个或多个多边形壳体70，为多边形壳体70提供锚定手段。

图6是第三实施例的风力涡轮交流发电机模块20的侧视图，示出了多边形壳体70，可选的锥形空气收集器22，可选的旋转枢轴72和用来安装到矮墙74上的结构化安装框架73。多边形壳体70的侧板已经被移除，可以更好地看清楚内部组成。壳体70如上述一样有两个对立摆放的模块20，它连接在包围件框架73上，为建筑物矮墙74提供支承。

在某些实施例中，多个壳体70被实际安置在建筑物屋顶的四周，当风流过屋顶并流入每个涡轮组件时，获取风能。

在一些实施例中多边形壳体70旋转或绕中心轴72转动。由于风力涡轮发电机模块20可以从壳体的两个方向接受风能，进行双向产能，那么可选的枢轴旋转只能在180度以内。

也示出了可选在壳体的每一侧的锥形空气收集器22，其有助于提高通过涡轮组件30的空气流量和速度。

可选实施例中允许壳体相叠、交错或按任何方式摆放，及使用任何便于安装的方法连接。也是实施例中一个一个例子，如何将壳体70用不同方法安装来产能。

图7示出的是多边形壳体70和图5的屋顶通风组件80的剖视图。壳体70有两个涡轮组件20相对摆放，壳体连接在屋顶通风结构80上。屋脊86从屋顶椽子83之间被剖切（示出了在第一根和第二根椽子83之间被剖切），以示出阁楼空间87和多边形壳体70之间的空气交换空间88。屋顶通风装置80封闭着被切掉的屋脊86的位置，使得热空气H进入空气交换空间88。

在一些实施例中，屋顶通风结构80通过已有的市售屋脊通风结构允许热空气H进入空气交换空间88。这种功能允许对现有的屋顶进行改造，减少安装费用。

屋顶包围件结构71在屋脊的每一侧通过凸缘82在空气交换空间88之上与屋顶85相连。风W取决于风向进入多边形壳体70的任意一边，从对侧出来。某些实施例中，允许壳体70按中心枢轴旋转180度，或者安置在预设的风盛行的方位。如图4所示涡轮组件30中的双向叶31，在盛行风流动反向时，叶31可随着直接流入的空气旋转，或者自行反转。

空气从壳体内的流入抽取热空气H向上从阁楼空间87的流出，这有助于降低温度和降低下方阁楼组件87的湿度。在一些实施例中，在低风速或无风情况下，热空气H从阁楼空间87上升穿过在多边形壳体70和屋顶通风结构80之间的通风孔81，穿过一个或者多个涡轮组件30，并生产能量。

对一个多边形壳体内的涡轮组件20的数量以及在哪一边使用，并没有要求。涡轮组件的数量和位置主要取决于使用地点的要求。

图8是第四实施例的风力涡轮发电模块20的透视图，示出了便携式多边形壳体70。这里，壳体70的一角被移除，以便能展示其内部元件。如图所示，便携式壳体70具有两个对向分布的组件20。便携式壳体70顶端有把手91，可以方便人力转移。这种设计允许任何数量的组件20以任何方式组合，包括可能的折叠、铰接和堆叠。

壳体70的内部有一个或多个蓄电池，用来收集和储存能量。充电电路93可以给蓄电池92充电。可选的，在电池92和电路93上连接各种外部电源接口，比如直流电电源连接器97和USB电源连接器98。也可以根据设计的电压和电源的特点使用其他类型的连接器。

在一些实施例中，还有直接连接到蓄电池92上的逆变电路94，用于将储存的直流电转化为交流电。可选的，逆变器94的输出连接到外部交流电插座96，其具有和逆变电路94一致的输出特性。

额外的方便装置（未显示）被纳入了便携式壳体设计里。在一些实施例中，便携式壳体是结合到住宅设计里的专门用于供电的设备，没有外部电源接口。

风力涡轮发电模块有很多的可选实施例：使用一个或者多个模块，结合蓄电池，和/或充电电路，转换电路，还有不同的电源组合，着提供了很多的能源解决方案。用于风能模块的例子包括：应急照明、自行车／摩托车照明、船用的充电和电源解决方案、车辆辅助发电、空中滑翔机电源、娱乐车辆辅助电源、军事人员的移动电源、手机充电、应急照明，荒凉地的现场电力系统和其他。

本发明并不限于结合图纸的特例，和上述的细节描述。本领域技术人员会认识到，并可以设计出其他方式，例如，模块的不同材质，形状和大小，结合不同的结构和目的进行另外不同方式的设计。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.用于因空气运动产生能量的装置，其包括：

支承结构；

涡轮组件，包括：从无支承的枢辐射至外缘的一个或者多个叶；

轴承，其具有平行于所述涡轮组件的轴的多个轴，其环绕并配合所述涡轮组件或转子组件，由所述支承结构所支承，用于在磁体转子和定子线圈之间提供连续的隔离；

转子，包括由所述涡轮组件支承的一个或者多个磁体；

定子，包括：一个或者多个线圈，设置成使得所述转子磁体和定子线圈之间的相对运动在所述定子线圈上感应出电压。

2.权利要求1的装置，其中，所述叶是双向的。

3.权利要求1的装置，其中，所述转子包括一个或多个衬环，所述衬环连接到所述涡轮组件的外缘，所述转子磁体安装在所述衬环内。

4.权利要求1的装置，其中，所述定子线圈内无铁磁芯。

5.权利要求3的装置，其中，一个或者多个所述转子衬环具有磁性材料。

6.权利要求1的装置，还包括将产生的交流电转变成直流电的整流电路。

7.权利要求1的装置，还包括温度检测电路和用于产热的发热元件。

8.权利要求1的装置，还包括用于揭示旋转运动的可操作检测电路。

9.权利要求1的装置，还包括调压电路，其将多余的能量转化为阻抗负载或者卸载，或者调节所述定子线圈，以限制超电压的情况，或者减慢涡轮组件的旋转。

10.权利要求1的装置，还包括支承结构的中心枢轴，用于环绕地对旋转轴进行可旋转支承。

11.权利要求1的装置，还包括一个或者多个锥形空气收集器，用于将空气导入所述涡轮组件。

12.一种壳体，其包括两个开口，以及在一个或者多个所述开口中具有权利要求1所述的装置。

13.权利要求12的壳体，还包括用于安装的结构化的连接组件。

14.权利要求13的壳体，还包括一个或多个额外的开口，用于与外部结构的空气交换。

15.权利要求12的壳体，还包括中心枢轴，用于可旋转地环绕支承旋转轴。

16.权利要求1的装置，其中，所述支承结构包括壳体，所述壳体包括第一开口，一个或者多个第二开口，其中，所述涡轮组件、转子和定子安装在两个或两个以上的所述第一开口处；其中，一个或多个所述第二开口固定在结构化的连接组件上；其中，所述涡轮组件的旋转产生电能。

17.权利要求6的装置，其中，一个或多个第二开口，用于与连接结构的空气交换。

18.权利要求17的装置，其中，所述装置位于建筑物的屋顶，使得空气从所述建筑物内，进入一个或多个第二开口，并通过所述涡轮组件从一个或多个第一开口出来。

19.权利要求1的装置，其中，所述支承结构包括具有开口的壳体，其中，所述涡轮、转子、定子安装在一个或多个所述开口处，还包括一个或多个能量储存装置，能量存储装置充电电路，和电源接口，其中，所述涡轮组件的转动产生电能。

20.权利要求1的装置，还包括逆变电路，用于在所述电源接口处将直流电转换为交流电。

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