CN104411970A - 用于风力涡轮机以及其他设备的磁悬浮的磁铁配置 - Google Patents

Abstract

一种具有用于减小涡轮机支座与涡轮机转子之间的摩擦的一个或多个磁铁的风力涡轮机。涡轮机支座与涡轮机转子之间的摩擦的减小允许风力涡轮机的能量生成和规模的提高。本磁铁配置利用了一圈设置于底部的圆柱形磁铁，其与对应数目的大体呈矩形的磁铁相对放置。还利用了轴承磁铁以使得轴向稳定。

Description

用于风力涡轮机以及其他设备的磁悬浮的磁铁配置

相关专利申请

本申请是于2012年4月20日提交的61/636,583号美国临时专利申请的正式申请，该专利申请的内容整体地在此引用以供参考。

背景技术

获取风力和把风力转换成能量一直是人类长期努力的任务。从古代的风车房到今天的巨大的风力发电场，这种再生型能量的有效的获取和利用对于现代经济是至关重要的。随着对于更清洁能量的增长的需要，更清洁的替换的能源生产的研究进展的重要性是显而易见的。

风力涡轮机利用风力的动能，把它转换成机械能或电力。传统的风力涡轮机具有水平旋转轴，它允许风力涡轮机的叶片围绕该轴旋转。当风力驱动叶片时，叶片围绕风力涡轮机的水平旋转轴运动。然后，叶片相对于水平轴的相对旋转可被转换成能量。

近来，垂直轴风力涡轮机已被使用来利用风力的动能。垂直轴风力涡轮机以与水平轴风力涡轮机同样的方式运行，然而，该轴位于垂直面，叶片围绕垂直轴旋转。正如在物理学中(具体地在Betz定律中)阐述的，在水平轴风力涡轮机与垂直轴风力涡轮机运行期间，由于能量将损失在风车房的机械零件的摩擦力上，能量在转换过程期间将会损失。而且，在现有的系统中运转部件之间的摩擦带来维修问题，这需要经常的和高花费的修理，主要是由于进行此类工作时需要系统停机。

最近，磁悬浮和其他先进技术被使用来减小摩擦，由此提高运行的效能。然而，用于磁悬浮的磁铁的使用(这在列车产业中是熟知的)充满问题。磁悬浮使用的主要的问题是脉动的磁场的控制，即稳定性。这个问题在试图通过利用围绕中心轴杆的单个磁铁将部件磁悬浮以减小摩擦的垂直轴风力涡轮机系统中尤其明显。然而，这些现有技术系统不能使得磁通量稳定，也无法消除摩擦，从而使得整个设备处境危险。

因此，需要一种能提高稳定性、消除摩擦、和使得系统服务与停机时间最小化的改进的磁铁配置。

发明内容

本发明提供了通过新的磁铁配置来减小风力涡轮机的零部件之间的摩擦而提高风力涡轮机或类似设备的效率的技术、系统和方法。风力涡轮机包括涡轮机转子、涡轮机支座、连接到涡轮机转子的一个或多个叶片，其中所述一个或多个叶片被配置成使得涡轮机转子相对于涡轮机支座运动。通过把一个或多个磁铁组放置在涡轮机支座与涡轮机转子之间并且在二者之间形成间距，而提高效率。涡轮机转子的旋转运动实际上是无摩擦的，在涡轮机叶片旋转期间花费最小的能量。由涡轮机转子产生的能量输出被传送到配置成从涡轮机转子的旋转运动产生电力的一个或多个发电机。

在本发明中，双极磁铁组在新颖的配置中被耦合到涡轮机转子和涡轮机支座。该双极磁铁组被用来在涡轮机转子和涡轮机支座之间形成间距，由此减小涡轮机转子和涡轮机支座之间的摩擦。

更具体地，双极磁铁具有两种类型，由布置在环绕涡轮机支座的环中的圆柱形磁铁组成的下部组磁铁；和由大体上呈矩形的磁铁组成的上部组的磁铁，其中每个矩形磁铁被布置在对应的圆柱形的下部磁铁的上方。

这样，利用本发明的改进磁铁配置的整个设备可以控制不稳定的磁通量，由此增强运行的稳定性。另外，轴向布置的对齐的磁铁也可以被用来进一步稳定设备的运行。

附图说明

虽然本说明书是以权利要求作为结束而且权利要求被用于具体地指出和清楚地说明本发明的主题，但可以相信，通过结合附图所作出的以下说明将更好地了解本发明，其中相同的标号表示在结构上和其它方面相同的元件，其中：

图1A是现有技术风力涡轮机配置的示意性截面图；

图1B是诸如图1A所示的那样的、现有技术风力涡轮机的示意性俯视图；

图2是现有技术风力涡轮机的示意性截面图；

图3是另一个现有技术风力涡轮机的示意性截面图；

图4是现有技术风力涡轮机的示意性俯视图；

图5A是在按照本发明的实施例中磁铁的环形配置的轮廓图；

图5B是在按照本发明的实施例中磁铁的环形配置的俯视图；

图5C是在按照本发明的实施例中磁铁的环形配置的立面侧视图；

图6A是按照本发明的磁悬浮轴承配置的实施例的立体图；以及

图6B是在图6A所示的磁悬浮轴承内的磁铁和电子部件的示意图。

具体实施方式

以下的详细说明用于使得本领域技术人员能够作出和使用本发明。为了说明起见，先阐述特定的术语，以便能透彻地了解本发明。然而，本领域技术人员将会看到，这些特定的细节对于实践本发明并不是必须的。特定的应用的描述仅仅作为代表性例子被提供。本领域技术人员将很容易想到对于优选实施例的各种修正方案，这里规定的总的原则可被应用到其他实施例和应用，而不背离本发明的范围。本发明不打算限于所公开的实施例，而是被给予与这里公开的原理和特征一致的最广泛的可能的范围。

现在参照图1，图1显示可被利用来实施本发明的原理的风力涡轮机100的示意性截面图。例如，这样的风力涡轮机是在作为本发明的背景技术而被引述的美国专利申请No.12/215,232和12/215,233中详细描述的，这两个专利申请的主题在此引用以供参考。

如图1所示，风力涡轮机100是垂直轴风力涡轮机。因此，风力涡轮机100的芯轴102基本上位于与地表垂直的平面上。风力涡轮机100可以具有涡轮机转子104和在涡轮机转子104内并与该转子同心的涡轮机支座106。涡轮机转子104响应于作用在一个或更多个示意性示出的叶片108上的风力，围绕涡轮机支座106的芯轴102旋转。来自风力的动能被叶片108获取，由此旋转涡轮机转子104。在涡轮机转子104围绕轴102旋转时，涡轮机核心支座106可以保持为静止。为了减小在旋转的涡轮机转子104与涡轮机支座106之间的摩擦的影响，使用了磁铁组110来减小涡轮机转子104作用在涡轮机支座106上的重力。发电机112可以放置在靠近风力涡轮机100，以便把旋转的涡轮机转子104的机械能转换成电力。

如图1A所示的涡轮机转子104具有基本上以轴102为中心的中心轴113。涡轮机转子104可包括从中心轴113向外延伸的顶部114和底部116。如图所示，中心轴113支撑顶部114和底部116。顶部114和/或底部116，如图所示，从中心轴113径向向外延伸。在图1B中，显示了风力涡轮机100的俯视图。俯视图显示了从轴102向外延伸第一半径R1的顶部114。底部116可以从轴102向外延伸与顶部114相同的距离；然而，应当意识到，顶部114和底部116从轴102向外延伸的距离可以随设计条件而变化。顶部114，如图1A和1B所示，延伸超过涡轮机支座106的支架轴118的顶部；然而，应当意识到，可以使用对于顶部114的其它适当的配置。

应当理解，涡轮机转子104可以具有对于图1所示的涡轮机转子的替换设计。例如，如图2所示，涡轮机转子104可不覆盖支架轴118的顶部。而且，涡轮机转子104可以只包括顶部114和底部116，并通过叶片108被保持在一起。再者，顶部114和/或底部116可以不做成圆形图案，而是可以作为支座延伸超过每个叶片108，为了在材料上省钱和减小涡轮机转子104的重量。还应当理解，涡轮机转子104可以具有能够支撑叶片108和使得叶片围绕轴102进行旋转的任何适当的设计。

涡轮机转子104的底部116可包括一个或多个磁铁110。被放置在涡轮机转子104的底部116的所述一个或多个磁铁110提供对抗位于涡轮机支座106上的一个或多个磁铁110的相反的作用力。所述一个或多个磁铁110产生的相反的作用力减小涡轮机转子106在涡轮机支座104上的重量负载，正如下面结合图5A,5B和5C更详细地讨论的。

涡轮机支座106可以是能够支撑涡轮机转子104的重量、和当涡轮机转子104围绕轴102旋转时能够使得涡轮机转子104稳定的任何适当的形状。涡轮机支座106，如图1A所示，包括基座120和支架轴118。基座120可以安置于涡轮机转子104的底部116的下方。基座120典型地起到在表面124(诸如地面或基岩)与涡轮机转子104之间的支撑件的作用。基座120可包括靠近涡轮机转子104的平台122以及靠近表面124的底部部件123。基座120可以是任何适当的形状，只要基座能够支撑涡轮机转子104的重量。

表面124，如图1A所示，是地面。然而，应当理解，表面124可以是支撑基座120的任何适当的表面，包括但不限于，拖车、船、如图3所示的轨道车、建筑物的顶部、停车场的顶部、体育馆的顶部、海上平台、岛屿(人造的或其它)等等。

平台122典型地提供对于涡轮机转子104的垂直支撑。平台122可包括一个或多个磁铁110A，它们提供对抗位于涡轮机转子104的底部116上的一个或多个磁铁110B的相反的作用力，正如将在下面更详细地描述的。基座120和/或平台122可以从轴102延伸与涡轮机转子104相同的径向距离。替换地，基座120可以从轴102延伸比起涡轮机转子104更短的径向距离，或在另一个替换实施例中，基座120可以从轴102延伸比起涡轮机转子104更长的径向距离。应当理解，平台122可以是能够为涡轮机转子104提供垂直支撑表面的任何适当的形状。

涡轮机支座106的支架轴118可以提供涡轮机转子104的稳定性。支架轴118，如图1A和1B所示，被径向地放置在涡轮机转子104的中心轴113里面。图1A显示支架轴118为基本上实心轴，它稍微小于涡轮机转子104的中心轴113的内部。替换地，支架轴118可以规定允许用于内部进出通道202的一个开孔。支架轴118允许涡轮机转子104响应于风力进行旋转而同时阻止涡轮机转子104沿基本上垂直于芯轴102的方向运动。支架轴118可以包括一个或多个磁铁110C，它提供对抗位于涡轮机转子104的中心轴113上的一个或多个磁铁110D的相反的作用力。位于支架轴118上的磁铁110C可以用来轴向稳定涡轮机转子，正如下面结合本发明的图6A和6B更详细地讨论的。

如图1A和图3示意性地示出，风力涡轮机100可包括连接器126。连接器126可以把涡轮机转子104固定到涡轮机支座106，而同时允许涡轮机转子104旋转。图1A显示连接器126为销式连接，它被固定到支架轴118，并插入到涡轮机转子104的顶部114上的开孔。该销的头部可以坐落在涡轮机转子104的顶部114。开孔可以足够大而在涡轮机转子104围绕涡轮机支座106旋转时不触及销。销的头部可以仅仅提供对于涡轮机转子104的向上行进的限制。因此，典型地，涡轮机转子104可以不啮合连接器126；然而，在涡轮机转子104提升离开涡轮机支座106的情形下，销头部将阻止它变成与风力涡轮机100拆开。应当理解，可以使用任何适当的、用于把涡轮机转子104固定到涡轮机支座106的装置。

正如所描述的，一个或多个磁铁110C，110D通过在涡轮机支座104与涡轮机转子106之间形成间距而减小在涡轮机支座104与涡轮机转子106之间的轴向的和其他的摩擦。磁铁代替在现有技术的风力涡轮机中的滚子轴承的作用。被放置在涡轮机转子104的底部116和涡轮机支座的平台122上的磁铁组110A，110B可包括一个或多个悬浮磁铁和一个或多个稳定磁铁。悬浮磁铁提供在涡轮机转子104的底部116与平台122之间的相反的作用力。由磁悬浮磁铁产生的相反的作用力可以在涡轮机转子104上形成一个基本上与作用在涡轮机转子104上的地球引力相反的力。悬浮磁铁可以提供足够大的相反的力来提升涡轮机转子104离开平台122，由此消除在平台122与涡轮机转子104之间的摩擦。具体地，由于相反的力的作用，在平台122与涡轮机转子104的底部116之间可以形成一个间距。替换地，由悬浮磁铁产生的相反的力可以仅仅抵消地球引力的一部分，这样，在平台122与涡轮机转子104之间的摩擦力被减小。为了克服现有的磁悬浮系统的稳定性和其他的问题，本发明具有对于各个磁铁110A和110B的改进的和新颖的配置，正如下面进一步描述的和在本发明的图5A,5B,和5C上显示的。

稳定磁铁110D，110C，如图1A所示，被设计成提供在中心轴113与支架轴118之间的相反的力。稳定磁铁可以直接放置在中心轴113的内部和支架轴118的外部。稳定磁铁可以保持中心轴113的内径和支架轴118的外径之间的间距。因此，在涡轮机转子104旋转期间，在涡轮机转子104的中心轴113与支架轴118之间能够没有摩擦。应当意识到，可以使用减小中心轴113与支架轴118之间的摩擦的其它装置，包括但不限于，轴承。这些轴承磁铁的技术上的进一步的改进方案将在本发明中在下面阐述，并结合图6A和6B显示。

通过使用悬浮磁铁和稳定磁铁，可以消除在涡轮机转子104与涡轮机支座106之间的摩擦。所述一组或多组磁铁110可以是适用于产生相反的力的任何磁铁，包括，但不限于，永久磁铁、电磁铁、永久稀有地球磁铁、铁磁材料、永久磁铁材料、磁铁线等等。永久稀有地球磁铁可包括钐钴(SmCo)和/或钕(NdFEB)。而且，所述一个或多个磁铁110可以以任何适当的方式被安排，只要它们减小在涡轮机转子104与涡轮机支座106之间的摩擦，虽然这里在下面结合本发明显示的改进的配置使得摩擦损耗最小化。

图1A，2和3显示磁铁组110为一系列互相间隔开的永久磁铁，然而，应当理解，可以使用电磁铁来磁化涡轮机转子104和涡轮机支座106的一部分。而且，在替换实施例中，涡轮机转子104和涡轮机支座106的一部分可被磁化，以便提供相反的力。因此，在替换实施例中，整个平台122和/或基座120可被磁化，以便对也可被磁化的涡轮机转子104的底部116提供相反的力。

叶片108可以是能够把风力的动能转换成机械能的任何适当的叶片。在一个实施例中，叶片108由薄的金属材料制成，然而，应当理解，叶片可以是任何适用的材料，包括但不限于，聚合碳、织物、合成材料。

叶片108可以被静态地固定到涡轮机转子104。另外，叶片108也可被移动地附接到涡轮机转子104。例如，在叶片108与涡轮机转子104之间的连接可以允许叶片108的角度相对于涡轮机转子104进行调节。所述角度可以根据在所在位置处风力的条件，人工地或自动化地调节。

在涡轮机转子104环绕轴102旋转时，涡轮机转子104为所述一个或多个发电机112提供机械能。在一个实施例中，发电机齿轮128在涡轮机转子104旋转时由涡轮机转子104的一部分带动运动。如图1A所示，齿轮128的外边缘130可以接近涡轮机转子104的边缘。在另一个实施例中，齿轮128通过传统的齿轮和/或通过能够把旋转传送到齿轮128的传送装置而啮合涡轮机转子104。

在另外的或替换的实施例中，齿轮128可以是磁性齿轮。磁性齿轮是响应于涡轮机转子104与磁性齿轮之间的磁力而运动的齿轮。齿轮128和/或涡轮机转子104的靠近的部分中的至少一部分可被磁化。因此，当涡轮机转子104旋转靠近齿轮128时，响应于涡轮机转子104的旋转，磁力使得齿轮128运动。磁性齿轮允许涡轮机转子104来旋转齿轮128而在两个部件之间没有任何摩擦。

现在参照图3，图上显示按照现有技术的磁性齿轮。转子齿轮部件300可以从涡轮机转子104的外表面凸起。转子齿轮部件300可以延伸超出涡轮机转子103的外径，并与涡轮机转子104一同旋转。正如所显示的，转子齿轮部件300是围绕涡轮机转子104的外径延伸的平板；然而，应当理解，可以使用对于转子齿轮部件300的任何适当的配置。齿轮128可包括一个或多个大齿轮(gear wheel)302，所述大齿轮从齿轮延伸到靠近转子齿轮部件300的位置。如图3所示，两个大齿轮302位于转子齿轮部件300的一个部分的上方和下方。当涡轮机转子104旋转时，转子齿轮部件300旋转。转子齿轮部件300的一个部分可以在一个或多个大齿轮302的两个部分之间进入。转子齿轮部件300和一个或多个大齿轮302的任何部件可被磁化。被使用来产生用于磁性齿轮的磁力的磁铁的类型可以是这里描述的任何磁铁。在磁性齿轮的部件之间的磁力使得齿轮128运动，由此在发动机112中生成电和/或电力。

发电机112可以位于靠近涡轮机转子104的各种位置。图1B显示位于涡轮机转子104周围的三个发电机112。应当看到，在涡轮机转子104周围可以使用任何适当的数目的发电机112。而且，发电机112可以位于涡轮机转子附近的其它位置，包括，但不限于，在涡轮机转子的轴102附近，与轴102对齐在涡轮机转子104的上方和/或下方的地方等等。

发电机112可以是用于把机械能转换成电力的任何适当的发电机，包括但不限于，发电机、电机、直线发电机等等。在一个实施例中，一个或多个发电机112是直线同步电机(LSM)。LSM电机可以使涡轮机支座120前进，并且它可以兼作为刹车系统。

由发电机生成的电力可以直接馈送到电网。而且，应当理解，电力可以替换地或附加地在现场被使用，或被存储。所存储的电力可以在对于电力有更高的要求的以后的日子里被使用。电力存储单元的例子包括，但不限于，电池和生成存储的压缩空气、飞轮系统、磁悬浮飞轮系统、水力蓄能器、电容器、超级电容器、以及它们的组合等等。

磁铁组110减小和潜在地消除涡轮机转子104与涡轮机支座106之间的摩擦。这种摩擦减小允许风力涡轮机100的规模比起传统的风力涡轮机大得多。在传统的风力涡轮机中，风力涡轮机越大，在运动部件之间产生的摩擦越大。摩擦量最终限制传统的风力涡轮机的有效的尺寸。在一个例子中，风力涡轮机可以具有1000英尺的外径。本发明之前的熟知的风力涡轮机典型地具有最大约300英尺的直径。在另一方面，固定的风力涡轮机200，如图2所示，具有约600英尺的外径，它能够产生大于1GW的电力。较小的轻便的风力涡轮机304，如图3所示，可以适配于运输到远方的位置。轻便型风力涡轮机可以具有大于15英尺的直径和大于15英尺的高度。在优选实施例中，轻便型风力涡轮机具有在约30英尺到120英尺范围内的直径和在约25英尺到100英尺范围内的高度，能够产生50MWh的电力。应当理解，风力涡轮机的尺寸和规模可以随客户需要而变化。而且，应当理解，一个以上的风力涡轮机可以放置在同一个轻便传输系统上和/或在一个固定的位置。

虽然风力涡轮机100的总的尺寸可以比传统的风力涡轮机大得多，但一个风力涡轮机100产生的功率量也比传统的风力涡轮机大得多。因此，对于风力涡轮机100所需要的总的地面使用量比起对于传统的风力发电场所需要的地面使用量可以减小。

图2所示的现有技术配置示出固定的风力涡轮机200，它可以具有延伸超过涡轮机转子104的涡轮机支座106。磁铁组110除以在上描述的位置之外，还可以在涡轮机支座106的上面部分201。

按照一个实施例，固定的风力涡轮机200可包括内部进出通道202。应当理解，任何的风力涡轮机100、200和304都可包括内部进出通道202。内部进出通道202允许人进入涡轮机支座104的内部。内部进出通道202可以延伸到涡轮机转子104的上方和/或下面，以使得人能够进入到固定的风力涡轮机200的各种位置。内部进出通道202可以允许人对于风力涡轮机100、200和304的磁铁110和其它部件进行维修。而且，内部进出通道202可以具有用于输送人到内部进出通道202上面和下面的装置。用于输送人的装置可以是任何适用的工具，包括，但不限于，升降电梯、缆绳升降梯、水力升降梯、磁力升降梯、扶梯、螺旋式楼梯、自动扶梯、梯子、绳子、消防员爬杆、螺旋式升降梯等等。螺旋式升降梯是以围绕内部进出通道202的内部的螺旋式输送一个或多个人到内部进出通道202上面和下面的升降梯。例如，螺旋式升降梯可以与螺旋式楼梯相同的路径行进。升降梯和/或螺旋式升降梯可以使用磁悬浮来把升降梯上下提升。

涡轮机支座106的上面部分201可包括观察台204。观察台204可以围绕风力涡轮机100、200和/或304的周围延伸，由此允许人从观察台204观看周围的区域。观察台204也可以用作为操作员控制风力涡轮机的各种不同的特性的位置，这里在下面更详细地讨论。

涡轮机支座106的上面部分201还可包括直升机停机坪206。直升机停机坪202允许人通过飞行到达风力涡轮机100、200和/或304，并且让直升飞机(未示出)直接降落在风力涡轮机上。这在远程位置或进出受限的位置时是特别有用的，包括，但不限于，海洋、湖泊、工业地区、冻土地带、沙漠等等。

涡轮机支座106的上面部分201还可包括一个或多个起重机208。起重机208允许操作员提升重型设备。起重机208可以是能够围绕风力涡轮机的直径旋转的串联式起重机。起重机可以帮助构建风力涡轮机100。

现在参考附图的图4，图上显示带有一个或多个风压缩机400的现有技术风力涡轮机100的俯视图。风压缩机400每个是被配置成把风引导到风力涡轮机100的阻挡物。正如图4上总的显示的，风压缩机400被放置在风力涡轮机100的任一侧，以便把风的流向重新引导到风力涡轮机100。风压缩机400把风沿漏斗状通道送到风力涡轮机100。把风聚集到风力涡轮机100产生文丘里(Venturi)效应，由此增加风到风力涡轮机100的速度和力量。这种对于风力涡轮机的文丘里效应提高转子的转速或旋转速度，这转换成由发电机112产生的增加的电能(图1A)。在涡轮机叶片108上风能和风力的这种增加因此就从风力涡轮机100转移到发电机112，引起增加的电力输出。这种阻挡物400提高风力涡轮机100、500的效率和最终输出高达大于每小时1000-2000兆瓦(MW)或每小时1GW。熟知的风力涡轮机产生的功率在2-4MGW/小时之间。应当理解，为了产生GW量级的输出，例如，在海面上14m/s的风速，需要3,700英尺x 3,700英尺的受风区面积(对于1GW)和需要5,200英尺x 5,200英尺的受风区面积(对于2GW)。

风压缩机400可以是能够把自然流向的风重新引导到风力涡轮机100的任何适当的阻挡物。适当的风压缩机包括但不限于，风帆、轨道车、拖车车身、建筑物等等。在结构上，阻挡物400具有这样的形式和尺寸，以使得获取和重新引导风的主体流向风力涡轮机。在一个实施例中，诸如风帆那样的阻挡物，在两个维度上具有大的面积，但基本上是平的物体，必须加以固定，避免被风力移位。诸如轨道车、拖车车身那样的其它阻挡物应当具有足够的重量，以避免被风力移位。在风帆或机翼设计中的其它阻挡物形状也是可能的，这在本申请人的其它申请中阐述。

每种风压缩机400可以可移动地装载到运输车403或运输装置，以便当风的方向改变时把压缩机400移动到获取风流的一个位置，并把风流引导到风力涡轮机。运输车可以是能够移动风压缩机400的任何运输车403，包括但不限于，用来移动轨道车的机车、汽车、卡车、拖车、船、澳华拖车、重型自力推动的模块化的运输车403等等。每个运输车403可包括能够推动运输车403的引擎或发动机。每个风压缩机400的位置可以被调节成适合在特定的位置处的盛行风模式。而且，风压缩机400的位置可以自动和/或人工改变成适合于风向的漂移。为此，运输车403可以包括用于移动运输车403的驱动部件。运输车403可以与控制器通信。用于根据风向来操控每个运输车403的位置。分开的控制器可以放置在每个运输车403内。

一个或多个通道402，如图4所示，可以在运输车403承载风压缩机400到风力涡轮机100周围的新的位置时引导运输车403。所述一个或多个通道402可以是用于引导运输车的任何适当的通道，包括但不限于，铁路、单轨道、道路、水路、等等。如图4所示，所述一个或多个通道402可以是围绕整个风力涡轮机100延伸的一系列逐渐增大的圆圈。应当理解，可以使用用于通道402的任何适当的配置。如上所述，风力涡轮机100的尺寸由于在涡轮机转子104与涡轮机支座106之间的最小化的摩擦而大大地增加。因此，通道402可包含风力涡轮机100周围的大的区域。风压缩机400总的来说可以延伸到离风力涡轮机100的任何距离，仅仅受区域中地面使用的限制。因此，大范围的风都可以被直接引导到风力涡轮机100，由此增加作用到叶片108上的风量。

一方面，控制器可以是能够从本地或远端位置控制每个运输车403的单个控制器404。控制器404可以与运输车403进行有线或无线通信。控制器404触发执行器，由此控制运输车403的引擎、发动机或驱动部件。控制器可包括中央处理单元(CPU)、支持电路、以及存储器。CPU可包括通用处理计算机、微处理器、或被使用来进行信号处理的那种类型的数字信号处理器。支持电路可包括熟知的电路，诸如缓存器、时钟电路、电源、输入/输出电路等等。存储器可包括只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动存储器、可拆卸存储装置和以各种组合的数字存储器的其他形式。存储器存储控制软件和信号处理软件。控制软件通常被使用来提供对于风力涡轮机的系统的控制，包括运输车403的位置、叶片方向、被存储的功率量对发送到电网的功率量等等。处理器可以能够根据来自传感器的数据计算每个风压缩机的最佳位置。

图3所示的一个或多个传感器310可被放置在风力涡轮机100、200、和/或304上，和/或在风力涡轮机周围的区域中。传感器310可以检测当前的风向和/或强度，把信息发送到控制器。传感器310还可以检测涡轮机转子104的旋转的速度。控制器可以接收关于与风力涡轮机相关联的任何的部件和/或传感器的信息。控制器然后可以发送指令到风力涡轮机的各种部件、风压缩机和/或发电机，以使得风力涡轮机的效率最佳化。控制器可以放置在高塔的底座内、在混凝土地基处、远端位置、或者高塔顶部的控制室内。

如所描述的，图1-4阐述可以在本发明中被采用的涡轮机系统的部件。现在转到本发明的描述，应当理解，无论在哪里可应用的地方，这里在上面描述的正文可被利用来解释这里阐述的和这里在下面权利要求的革新方案的某些方面。

现在参照针对本发明的附图的图5A，图上显示风力涡轮机设备的一部分，即，它的环形配置，通常在图上用标号530表示，它可被部署在图1-4上阐述的各种上下文中，正如这里在上面的正文中描述的。图5A上概略地显示的是多个圆柱磁铁，通常用标号510A表示，它被部署在圆环或圆圈上，也如图5B所示，并被放置在盘或支座上。环形配置530的部件的分解图在图5C上显示，其中图5B是截面图。

圆柱磁铁510A以固定的半径被部署，并通过强粘合剂或其他牢固的附加法被附接到基座支撑板506以固定到涡轮机支座，诸如这里在上面描述的涡轮机106。磁铁优选地由钕(例如NDFeB Grade N52)制成，在本发明的一个实施例中，磁铁具有约1.5英寸直径、0.75英寸厚度或高度的尺度。圆柱磁铁510A被轴向地极化，即，磁铁的极点是在平端上。磁铁优选地也是相当强的，例如，具有大于115磅的拉力，5,233高斯表面场，以及1760F/800C的最大工作温度。本申请人发现，磁铁510A的环形配置产生强的磁场，这时正极点面向上，与转子部分中的对应的磁铁相反，正如这里下面描述的。本申请人，通过使用磁场观看薄膜和含铁流体，揭露以上的配置为能够操控起伏的磁力的最好的配置。当然，对本申请人的发现的少许调节是可能的和被认为是在本发明的范围内，具体而言，是作为权利要求主张的。

再次参照本发明的图5A-5C，放置在环形配置300中的磁铁环510A上面的，是放置在基座转子板516的底面处的一系列大体上呈矩形的磁铁510B，所述基座转子板516被固定到转子(诸如这里在上面描述的转子104)的底部。如图所示，磁铁510B每个基本上对准或正好对准各个圆柱形磁铁510A。为了提供对抗地球引力的提升，下面的磁铁510A通常在强度上比起上面的磁铁大30-40％。申请人发现圆柱形和矩形磁铁对的这种特定的配置显示出增强的能力，提供在任何现有技术中都未发现的强的周边的支持。正如所指出的，许多现有技术依赖于沿设备的中心轴或杆布置的单个磁铁，而不是沿周界部署的单个磁铁。这样，现有技术配置固有地失去平衡，和越来越容易受稳定性问题影响，引起更多的冲突。本发明的配置克服了这些缺点，它是对于在图1-4上和在美国专利申请No.12/215,232和12/215,233中所显示的技术的改进方案。

现在参照附图的图6A和6B，图上显示可以在本发明中被利用来提供附加的轴支撑的磁轴承配置。如图6A所示，围绕支架轴118或它的一部分--磁轴承610D布置的转子轴承610C，具有与轴承610D相反的磁性，以保持它们之间的缝隙或间距，由此减小摩擦。如图所示，转子轴承610C具有沿内表面径向地对准的多个对应的磁铁，例如8个，通常用标号610E表示。当然，应当理解，不同于这里显示的这些径向地对准的磁铁的其它配置和数目也是可能的。如上所显示的，转子轴承610C(实际上，在其中对准的各个磁铁610E)和610D的正极被布置为彼此相对，由此产生排斥力，以保持部件为分开的。正如以上结合图1指出的，多个这样的轴承对610C和610D可以沿支架轴118的长度放置。替换地，一对可以放置在底部，例如，沿基座转子板516，另一对放置在转子的顶部或靠近支架轴118的顶端。

参照图6B，以上的磁铁配置可以配备有电子装置，以便更好地保持缝隙距离。稳定器系统，通常用标号640表示，包括控制器642、功率放大器644、用来测量缝隙的距离(在轴/轴承610与转子轴承610C之间的距离)的缝隙传感器646、和缝隙传感器检测器648。如果总的设备没有对准，例如，支架轴118移动到垂直对准范围外面，以及沿一侧出现更大的缝隙，在另一侧出现较小的缝隙，则控制器642指令功率放大器644产生沿较小的缝隙一侧的更大的力(或沿较小的缝隙一侧的更小的力)，来补偿和校正设备的总的垂直对准。

应当看到，这里，具体地在图5和6上，阐述的部件的配置是结合风力涡轮机描述的，其原理也可以应用于其它方面。事实上，在本案中披露的磁铁的特定的对准方案在许多利用涡轮机，或更一般地，在利用诸如，但不限于，上述的发电机、电机、直线发电机等等那样的发电机的其它方面都具有可应用性。在本专利申请中阐述的改进的平衡和稳定性因此可以在想要得到无摩擦运行的任何发电机或类似的设备中明显地做到。事实上，创新的周界平衡以及轴向平衡具有改进许多设备的运行的能力，而不管是否在替代能源的领域。

已描述了用于实践本发明的优选的方法和设备。本领域技术人员将会看到和明白，对于上述的实施例可以作出许多改变和修正，而不背离本发明的精神和范围。上述的内容仅仅是说明性的，并可以利用一体化过程和设备的其它实施例，而不背离在以下的权利要求中规定的本发明的真实范围。

Claims (25)

1.一种风力涡轮机，包括：

涡轮机转子；

涡轮机支座；

连接到所述涡轮机转子上的一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被配置成使得所述涡轮机转子相对于所述涡轮机支座运动；

放置在所述涡轮机支座与所述涡轮机转子之间的磁铁组，其中下部组的磁铁大体呈圆柱形，并被布置成围绕所述涡轮机支座的环形，并且上部组的磁铁大体呈矩形，每个矩形磁铁基本上对准在相应的圆柱形磁铁之上；

在涡轮机转子的至少一部分与涡轮机支座的至少一部分之间限定的间距，其中所述间距由所述磁铁组产生；以及

一个或多个发电机，被配置成从涡轮机转子的运动产生电力。

2.根据权利要求1的风力涡轮机，其中所述涡轮机支座还包括支架轴和基座。

3.根据权利要求2的风力涡轮机，其中所述基座还包括平台，所述平台基本上位于涡轮机转子的底部的下方。

4.根据权利要求1的风力涡轮机，其中所述圆柱形磁铁的直径约为1.5英寸并且高度约为0.75英寸。

5.根据权利要求2的风力涡轮机，还包括一个或多个稳定磁铁组，其中所述一个或多个稳定磁铁组被配置为在所述支架轴与所述涡轮机转子之间形成间距。

6.根据权利要求1的风力涡轮机，其中所述一个或多个发电机还包括：

发电机齿轮；以及

涡轮机齿轮，其中所述涡轮机齿轮被配置成使得所述发电机齿轮运动。

7.根据权利要求6的风力涡轮机，还包括在所述发电机齿轮与所述涡轮机齿轮之间的磁性齿轮连接，其中所述磁性齿轮连接被配置成使得所述发电机齿轮运动且在所述涡轮机齿轮与所述发电机齿轮之间没有摩擦。

8.根据权利要求1的风力涡轮机，其中所述一个或多个发电机还包括至少一个直线同步发电机。

9.根据权利要求1的风力涡轮机，其中所述涡轮机转子还包括：

中心轴；

底部；以及

顶部，其中所述底部和所述顶部基本上从所述中心轴径向地向外延伸。

10.根据权利要求9的风力涡轮机，其中所述一个或多个叶片还包括聚合碳材料，并且所述一个或多个叶片基本上延伸在所述涡轮机转子的顶部与底部之间。

11.一种风力涡轮机，包括：

涡轮机转子；

涡轮机支座；

连接到所述涡轮机转子上的一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被配置成响应于作用在所述一个或多个叶片上的风力，使得所述涡轮机转子相对于所述涡轮机支座运动；

放置在所述涡轮机支座与所述涡轮机转子之间的磁铁组，其中下部组的磁铁大体呈圆柱形，并被布置成围绕所述涡轮机支座的环形，并且上部组的磁铁大体呈矩形，每个矩形磁铁对准在相应的圆柱形磁铁之上；以及

一个或多个发电机，被配置成响应所述涡轮机转子与涡轮机支座框架之间的相对运动来产生电力。

12.根据权利要求11的风力涡轮机，其中所述涡轮机支座还包括：

位于涡轮机转子下方的基座；

支架轴，沿涡轮机转子的中心轴放置；以及

顶部，被配置成覆盖涡轮机转子和一个或多个叶片的大体部分。

13.根据权利要求12的风力涡轮机，其中所述顶部还包括用于一个或多个人进出的观察台。

14.根据权利要求12的风力涡轮机，其中所述支架轴还包括内部进出通道，所述内部进出通道被配置成允许一个或多个人行进到所述观察台或从所述观察台出来。

15.根据权利要求14的风力涡轮机，其中所述内部进出通道还包括升降机。

16.根据权利要求11的风力涡轮机，还包括传输装置，所述传输装置被放置在所述涡轮机支座的下方，并用于移动所述风力涡轮机到远程站点以及从远程站点移动风力涡轮机。

17.根据权利要求16的风力涡轮机，其中所述传输装置是拖车。

18.根据权利要求11的风力涡轮机，其中所述一个或多个磁铁组是永久磁铁。

19.一种用于发电的方法，包括：

使用一个或多个磁铁组来提升垂直涡轮机转子离开涡轮机支座，由此减小垂直涡轮机转子与涡轮机支座之间的摩擦；

使风力作用在与所述垂直涡轮机转子连接的一个或多个叶片上；

当所述一个或多个叶片受到风力作用时，使得所述垂直涡轮机转子相对于所述涡轮机支座旋转；以及

通过使用发电机，将运动的垂直涡轮机转子的机械能转换成电力。

20.根据权利要求19的方法，还包括：使用所述一个或多个磁铁组在所述垂直涡轮机转子与涡轮机支座之间形成间距。

21.根据权利要求19的方法，还包括：

旋转连接到所述垂直涡轮机转子的涡轮机齿轮，所述涡轮机齿轮邻近于所述发电机机械地相连的发电机齿轮；以及

旋转所述发电机齿轮。

22.根据权利要求21的方法，其中移动所述发电机齿轮还包括：把所述涡轮机齿轮与所述发电机齿轮之间的磁力作用到所述发电机齿轮上。

23.一种用于发电的方法，包括：

把双极磁铁组耦合到涡轮机转子和涡轮机支座；

当使用双极磁铁组来在所述涡轮机转子与所述涡轮机支座之间形成间距时，减小在所述涡轮机转子与所述涡轮机支座之间的摩擦；以及

通过使用发电机，将运动的涡轮机转子的机械能转换成电力。

24.根据权利要求23的方法，还包括：利用所述涡轮机齿轮与所述发电机齿轮之间的磁力旋转所述发电机齿轮。

25.一种垂直风力涡轮机，包括：

涡轮机转子，所述涡轮机转子包括：

中心轴；

顶部；以及

底部，其中所述顶部与所述底部从所述中心轴径向地向外延伸；

涡轮机支座，所述涡轮机支座包括：

支架轴，位于所述中心轴内；以及

基座，所述基座还包括平台，所述平台基本上位于涡轮机转子的底部的下方；

稳定磁铁，位于支架轴的外部与中心轴的内部之间，所述稳定磁铁用于保持所述支架轴与所述中心轴之间的间距；

悬浮磁铁组，位于所述平台与所述涡轮机转子的底部之间，其中下部组的磁铁大体呈圆柱形，并被布置成围绕所述涡轮机支座的环形，并且上部组的磁铁大体呈矩形，每个矩形磁铁对准在相应的圆柱形磁铁之上，所述悬浮磁铁组产生磁场以提升所述涡轮机转子离开所述平台，以便减小在所述涡轮机转子与所述涡轮机支座之间的摩擦；

连接到所述涡轮机转子的一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被配置成使得所述涡轮机转子相对于所述涡轮机支座运动；以及

发电机，被配置成把运动的涡轮机转子的机械能转换成电力。