CN110494650A - 一种风力涡轮机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供风力涡轮机系统，包括：多个模块，每个模块包括框架和由框架支撑的至少一个风力涡轮机；第一导电构件的集合；以及第二导电构件的集合；其中第一导电构件中的一个附接至至少一个涡轮机的发电机的一端并且第一导电构件中的另一个附接至发电机的另一端，使得第一导电构件的集合形成采集电路，采集电路经构造以采集由涡轮机产生的电力；其中第二导电构件的集合连接至相邻模块的第二导电构件的集合，以形成第二导电构件的级联串，第二导电构件形成传输电路；其中第一导电构件的集合连接至第二导电构件的集合，以便将采集的电力从采集电路供给至传输电路，用于沿第二导电构件的级联串传输；其中第一导电构件中的至少一个和第二导电构件中的至少一个形成框架的结构轨道，框架支撑至少一个涡轮机。

Description

一种风力涡轮机系统
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机系统。
背景技术
将多个风力涡轮机连接至功率采集线路是已知的，该功率采集线路然后可以经由变电站供给至最终用户或电网。例如，GB2476126描述了包括多个互连的面板模块(称为“风板”)的模块化系统。每个模块包括框架，该框架支撑多个风力涡轮机/发电机单元。框架由导电结构构件(例如上构件和下构件)形成。导电结构构件不仅机械地支撑涡轮机/发电机单元，还形成电路，该电路承载由涡轮机/发电机单元产生的功率。模块可以电气连接以形成级联风板的网络，该网络将功率传输至用于消耗或向前传输的端点。
然而，需要一种提供更灵活的电网络的系统。
发明内容
根据本发明的一方面，提供风力涡轮机系统，包括：多个模块，每个模块包括框架和由框架支撑的至少一个风力涡轮机；第一导电构件的集合；以及第二导电构件的集合；其中第一导电构件中的一个附接至至少一个涡轮机的发电机的一端并且第一导电构件中的另一个附接至发电机的另一端，使得第一导电构件的集合形成采集电路，所述采集电路经构造以采集由涡轮机产生的电力；其中第二导电构件的集合连接至相邻模块的第二导电构件的集合，以形成第二导电构件的级联串，所述第二导电构件形成传输电路；其中第一导电构件的集合连接至第二导电构件的集合，以便将采集的电力从采集电路供给至传输电路，用于沿第二导电构件的级联串传输；其中第一导电构件中的至少一个和第二导电构件中的至少一个形成框架的结构轨道，所述框架支撑至少一个涡轮机。
第一导电构件的集合可以连接至一个或多个相邻模块的第一导电构件的集合，以形成第一导电构件的级联串。
第一导电构件的级联串可以由模块的子集形成，所述模块形成第二导电构件的级联串。
形成第二导电构件的级联串的模块可以形成第一导电构件的多个单独的级联串，并因此形成多个采集电路。
第一导电构件的单独的级联串可以由成对的模块形成。
相邻模块的第一导电构件可以串联连接。
第一导电构件的集合可以包括返回路径构件。
所述采集电路或每个采集电路以及传输电路可以承载不同类型的电流和/或不同的电压。
第一导电构件的集合可以通过一个或多个功率转换器连接至第二导电构件的集合。
所述功率转换器或每个功率转换器可以是逆变器、变压器或直流-直流转换器(DC-DC转换器)。
所述功率转换器或每个功率转换器可以从由多个模块形成的采集电路接收采集的电力。
所述功率转换器或每个功率转换器可以是能够选择性地激活的。
所述功率转换器或每个功率转换器可以基于由一个或多个涡轮机提供的电压或电流(即由涡轮机或多个涡轮机产生的负载)或者基于风速激活。
系统可以包括多个所述功率转换器，功率转换器可以具有不同的负载能力。
第一导电构件和/或第二导电构件的集合可以包括三个或更多个构件，所述三个或更多个构件经构造以承载多相源的独立相。
第一导电构件的集合和第二导电构件的集合之间的连接和/或相邻模块的第一导电构件和/或第二导电构件的集合之间的连接可以包括多个配置，系统还可以包括控制器，所述控制器经构造以在所述连接的所述多个配置之间转换。
附图说明
为了更好地理解本发明，并为了更清楚地示出本发明可以如何实施，现将通过示例的方式参考附图，其中：
图1为根据本发明实施例的系统的风力涡轮机模块的透视图，其中轨道设置成一个在另一个之上；
图2为根据本发明实施例的系统的另一风力涡轮机模块的透视图，其中轨道并排设置；
图3为根据本发明实施例的系统的另一风力涡轮机模块的前视图，其中电缆用于将发电机连接至下轨道；
图4为根据本发明实施例的系统的另一风力涡轮机模块的前视图，其采用DC-DC转换器；
图5为根据本发明实施例的系统的另一风力涡轮机模块的前视图，其采用三相逆变器；
图6为使用图1的模块形成的风力涡轮机系统的前视图；
图7为使用图5的模块形成的风力涡轮机系统的前视图；
图8为使用图1的模块形成的另一风力涡轮机系统的前视图，其中所有模块的下轨道是连接的；
图9为根据本发明实施例的另一风力涡轮机系统的前视图，其中下轨道串联连接，具有单独的返回路径；以及
图10为根据本发明实施例的另一风力涡轮机系统的前视图，其中下轨道串联连接，不具有单独的返回路径。
具体实施方式
图1示出风力涡轮机模块2(也称为“风板”)，风力涡轮机模块2可以形成根据本发明实施例的风力涡轮机系统的部分(下文进一步描述)。
模块2包括由下导电结构轨道对4a、4b和上导电结构轨道对5a、5b形成的框架，下导电结构轨道对4a、4b和上导电结构轨道对5a、5b通过直立轨道对6a、6b连接。
下轨道对4通常是水平的(或平行于地面)并且彼此平行，其中一个轨道定位在另一个之上。下对4因此形成下轨道4a和上轨道4b。上轨道5也以这样的方式设置，并形成下轨道5a和上轨道5b。因此，下对4和上对5也彼此平行。直立轨道6a、6b在通常垂直的方向上延伸，并在下对4和上对5之间形成轨枕(tie)。相应地，下对4和上对5的轨道全部位于大体上垂直定向的单个平面内。
下对4的下轨道4a和上轨道4b通过多个绝缘隔离片元件7彼此分离。上对5的下轨道5a和上轨道5b也通过绝缘隔离片元件7分离。如图所示，绝缘隔离片元件7可以设置在下对4和上对5的下轨道和上轨道的任一端，直立轨道6a、6b可以通过这些绝缘隔离片元件7连接下对4和上对5。进一步地，绝缘隔离片元件7可以沿轨道(示出三个)的长度设置在间隔处。因此，下对4和上对5中的每对的下轨道和上轨道彼此电气隔离。
设置在下轨道对4和上轨道对5之间的框架内的是多个垂直轴风力涡轮机8(示出四个，尽管该数量可以变化)。每个涡轮机8包括可旋转的叶片部分10和发电机12。叶片部分10的轮廓可以与图示的那样不同。叶片轮廓可以例如选自各种各样的已知的两叶片设计或三叶片设计，但优选为“自启动”设计的，使得涡轮机8仅能通过风流达到其旋转的最佳运行速度，而没有驱动马达将其旋转加速的初始需要。美国专利号5,494,407中描述了叶片部分10的合适轮廓的示例。该轮廓相对有效、坚固并且由例如铝或铝合金形成的轻质板材简单制成。
涡轮机8在模块2中的位置和间距可以是可调整的。这可以允许模块根据特定的安装位置进行定制。特别地，轨道4、5可以设有多个孔，这些孔允许涡轮机8设置在一系列离散位置。或者，涡轮机8可以安装在滑块或夹具上，该滑块或夹具可以沿轨道4、5固定在任意期望的位置。
发电机12位于下对4的上轨道4b和叶片部分10之间，叶片部分10的上端可旋转地耦合至上对5的下轨道5a。发电机12包括连接至叶片部分10用于与其一起旋转的转子(未示出)和相对于转子固定的定子(未示出)。发电机12可以是轴向或径向磁通发生器。特别地，发电机12可以是包括整流器的永磁交流发电机单元，以便产生直流(DC)输出。转子可包括一批磁体，定子可包括一批产生线圈，转子和定子之间的相对旋转在线圈中产生电流。
发电机12的定子的输出端子连接至下轨道对4。具体地，定子的负极端子连接至下轨道4a，正极端子连接至下对4的上轨道4b。可以通过连接器14进行电气连接，连接器14包括中心销或棒以及容纳中心销但与其电绝缘的外套筒。中心销连接至定子的负输出，外套筒连接至定子的正输出。
中心销具有比外套筒更大的轴向长度，使得中心销的一部分延伸出外套筒。中心销与在下对4的下轨道4a中形成的开口接合，外部套筒与在下对4的上轨道4b中形成的开口接合，以形成单独的电气连接。如前所述，下轨道4a和上轨道4b彼此电绝缘，因此分别形成单独的负轨道和正轨道。
如图所示，在下轨道对4和上轨道对5之间设有单相逆变器16。具体地，逆变器16的负输入端子和正输入端子连接至下对4的下轨道4a和上轨道4b。逆变器16因此接收发电机12的DC输出。逆变器16的输出端子连接至上对5的下轨道5a和上轨道5b。逆变器将发电机12的DC输出转换为直流(AC)输出。因此，下轨道对4和上轨道对5形成两个不同的电路或网络，该电路或网络以不同的模式工作，下对4承载DC，而上对5承载AC。
导电结构轨道执行组合功能：物理地支撑一批单独的风力涡轮机，以及输送由发电机产生的电能。
如图2所示，可以设置导电轨道的下对4，使得轨道4a、4b并排设置而不是不是一个在另一个之上。同样，上对5的轨道5a、5b可以并排布置。
图3示出另一种布置，其中发电机12的输出端子通过短连接电缆18而不是连接器14连接至下对4的下轨道4a和上轨道4b。
在图4的示例中，使用DC/DC转换器416代替逆变器16。DC/DC转换器以与逆变器相同的方式设置，正输出端子和负输出端子连接至下对4的下轨道4a和上轨道4b，正输出端子和负输出端子连接至上对5的下轨道5a和上轨道5b。DC/DC转换器416将发电机12的DC输出转换成更高电压的DC输出。
在图5的示例中，使用三相逆变器516。相应地，框架包括三个上轨道505a、505b、505c，这三个上轨道505a、505b、505c连接至逆变器516的每个输出。应当理解，可以使用任何数量的导电结构轨道来匹配多相输出的相数。
如GB2476126中所描述的，如前所述的多个模块可以彼此连接以形成防风栅。防风栅中单独的模块可以设置为使得模块与盛行风垂直。模块也可以设置为考虑地貌的地形。
图6至图10示出使用前述模块形成的防风栅(也称为风力涡轮机系统)。在单独的模块之间形成的电气连接在各个防风栅中有所不同，并经设计以提供某些益处，如下面详细描述的。
图6的防风栅由多个模块2组成，如先前相对于图1所述。每个模块2的上轨道对5与相邻模块或模块2的上轨道对5并联电气连接。因此，上轨道对5被连接以形成轨道的级联串。轨道5可以通过任何合适的方式连接，例如使用所图示的短的柔性跨接电缆或短的结构性连接轨道。
相反，下轨道对4并没有全部彼此连接。反而，短行程由模块2形成，其下轨道对并联电气连接，但与相邻的模块2的任一侧隔离。具体地，如图6所示，相邻的成对的模块2的下轨道对4相互电气连接。每对模块2的下轨道对4与位于任一侧的相邻对电气隔离。
因此，上轨道对5以长行程连接，下轨道对4以由防风栅中多个模块2的子集形成的短行程连接。如图所示，每对模块2中的一个设有单相逆变器16。如前所述，在下轨道对4和上轨道对5之间设有单相逆变器16。因此，逆变器16接收两个模块2的发电机12的DC输出，并将DC输出转换为AC输出。
逆变器16将较高的电压但较低的电流AC供给至上轨道5。逆变器16是“并网”型的，使得它们可以产生彼此同相的AC电力。
如图7所示，三相逆变器516(按照图5中所示的模块)可用于将沿短串的级联下轨道4连接的发电机12的DC输出转换为三相AC输出，该三相AC输出被供给至长串的级联上轨道5中。
应当理解，上轨道5的串可以由一个或多个模块2的下轨道4的输出提供，并且不限于前述的成对的布置。下轨道4连接的模块2的数量可取决于所产生的系统电流、轨道材料、长度、横截面积等详细信息。
或者，如果所讨论的系统在上轨道5上的更高电压DC输出优于AC，则可以使用DC-DC转换器代替逆变器(如参考图4所述)。
不需要将防风栅中的所有模块2的上轨道5彼此连接，并且可以形成上轨道5的几个较短行程。然而，这些行程可能比由发电机12供给的下轨道4的行程更长。
下轨道对4可以反而承载单相AC功率(如果使用非整流AC发电机输出，并且采用某种形式的同步，以确保发电机输出彼此同相)，或者使用两个以上轨道承载多相AC功率。
不管下轨道对或上轨道对中的电流是AC还是DC，通过限制系统的低电压、高电流分段的长度(以及由此给它们供电的发电机的数量)，如上所述的配置防止在下轨道对4中积聚过高的电流。因此，这种布置避免了系统的这些较低电压部分的过多的欧姆损耗或过热。在欧姆损失或过热变得不可接受之前，系统的较高电压部分在用于相同的功率传输的较低电流电平下运作，所以承载更高电压的上轨道对5的电气互连行程可能更长，并且承载更多的功率(即它们可以承载来自多个低电压分段的功率输出，前提是其首先提升到足够高的电压)。例如，如果下轨道对4在50V的电压下运作并且具有100A的载流容量，而且上轨道对5在500V下运作，在达到100A容量之前，连接的上轨道5的行程是下轨道4的行程的十倍长。
图8示出由多个模块2形成的另一防风栅。图8的防风栅与图6的相似，除了下轨道对4还与相邻模块或模块2的下轨道对4并联电气连接，以形成轨道的级联串，而不是两个模块的块。然而，根据图6的系统，每个其他模块2都设有逆变器16，逆变器16沿下轨道4的串以规则的间隔汲取电流。因此，沿下轨道4的串的任何部分都不会产生过多的电流积累。
该配置具有的优点在于，如果逆变器16发生故障，则在大多数运作条件下，相邻的逆变器16仍应能够接受并转换来自由故障的逆变器16正常提供服务的模块2的运行的功率输出。其具有的另一个优点在于，在低风速条件下，某些逆变器16可以有意地完全关闭，允许仍然可以运行的那些逆变器能够处理来自更多涡轮机8的功率输出。逆变器常在更高比例的额定容量下运行时效率更高，因此可以在这种条件下提高系统的效率。还可以允许不同类型或编程不同的逆变器在低负载条件下处理来自在高负载条件下处理功率输出的那些逆变器的功率输出。同样，当所有下轨道对4都连接在一起时，可以在不同的运行条件下打开或关闭其他系统(电池存储、DC-DC转换器、电阻式转储负载等)。功率转换器或其他系统可以基于由在模块内的单个涡轮机或横跨几个模块的多个涡轮机供应的超过阈值的电压或电流或者基于某些其他参数(例如风速)进行选择性激活(即打开或关闭)。下轨道对4除了可以承载DC功率之外，还能够承载控制信号，从而使逆变器和其他设备能够被直接控制。此类信号也可以由上轨道对5承载。
图9图示了系统，其中下轨道对4并非如前所述并联连接，而是串联连接。在图9所示的示例中，四个相邻模块2的下轨道对4串联连接。为此，提供额外的返回轨道4c(或其他导体)，并且模块2产生与其相邻者同步的DC输出或AC输出。下对4的负下轨道4a连接至相邻模块的下对4的正上轨道4b。重复此过程，直到串联最终模块2，其中下对4的负下轨道4a连接至返回轨道4c。逆变器16的负输入连接至返回轨道4c。
该串联连接配置具有的优点在于，提高了供应至每个逆变器16的电压，因此可以在每个模块2内使用低压发电机12，同时允许来自一串串联的发电机12的总电压输出在所讨论的逆变器16可接受的输入电压范围内。
上轨道对5可以直接由来自串联的下轨道4的串的输出供应，而无需任何逆变器或其他功率转换器。作为结果，由下轨道对4和上轨道对5承载的电流是同一类型(即DC或AC)。为了允许上轨道对承载AC电源，可以对模块2进行机械或电气控制，以便提供同步的AC输出。如图10所示，在不需要功率转换器的情况下，可以通过将串联的最终模块2的下对4的负下轨道4a直接连接至上对5的下轨道5a来省略返回轨道或电缆。
在上述系统中，由上轨道4和下轨道5形成的独立电路可用于基于从一个电路向另一个电路供电的方式(例如根据所使用的功率转换器的类型或模块的连接方式)提供各种特性。
特别地，本发明可以提供：
(i)提高来自单个模块或短串的电气互连模块的电压输出的能力，以便提供更高的电压以及因此更低的电流，从而最大程度地减小了长串的电气互连模块内的功率传输损耗；
(ii)一串电气互连模块内的单独轨道上承载AC和DC的能力；和/或
(iii)通过例如个别控制的逆变器来优化模块的短行程的输出同时方便地从模块的长线性行程或分支/互连网络中采集功率的方法。
该布置允许将一个电路(其直接连接至发电机)用于短距离的功率传输，而另一电路用于沿面板的较长或完整的行程或网络的长距离的功率传输。因此，这些电路可以充当采集电路和配电线路或传输电路。导电轨道也形成了结构框架的一部分，该结构框架能够机械地支撑涡轮机以形成面板。这通过上述重新设计和充分利用支撑风力涡轮机自身的结构框架的方法来实现，同时避免额外成本和长行程布线的复杂性，并避免电缆安装或挖沟操作。
尽管未示出，但上述系统可以设主动控制器，例如开关或继电器，该主动控制器允许下轨道和上轨道之间以及相邻模块的下轨道和/或上轨道之间的连接在运行期间重新配置。特别地，这样的控制器可以提供在串联和并联连接之间切换下轨道和/或上轨道的能力，或者(通过下轨道或上轨道)打开或关闭单独的模块之间的电气连接的能力。
因此，这样的控制器可以用于提供各种益处，例如控制一串模块的采集或传输电压范围。例如，在低风速条件下，一组模块可能是串联连接，而在较高风速条件下它们可能并联连接。因此，该控制器可以用于提供与逆变器的输入电压范围更好的匹配。
类似地，根据例如风的条件，不同长度的串可以串联连接以控制总电压，或并联连接以控制总电流。此外，如果部分网络发生故障或损坏，如果需要将一组模块与网络进行电气隔离以进行维护，或者如果由于某种原因(例如在非常强的风中)需要限制网络的总功率输出，将模块组与其余模块串或模块网络隔离的能力可能很有用。可以远程控制控制器，以允许集中管理并基于感测到的条件(例如电流、电压、涡轮机速度、风速等)自动控制网络。
已经主要描述了关于逆变器的上述系统。然而，应当理解，在适当的情况下，在这些系统中可以使用其他类型的功率转换器(在AC和DC之间切换或改变电压)。
尽管已经将框架描述为由多个轨道形成，但是应当理解，术语“轨道”可以包含任何形式的导电结构构件，例如金属轨道、管、梁、杆、大梁或其他已知的结构形式。此外，如上所述的轨道中的一个或多个可以被诸如电缆的另一导电构件代替。例如，三相系统可以包括：三个轨道，两个轨道和一根电缆，或者一个轨道和两根电缆。
轨道可以用铝或含铝量高的合金制成。与其他已知材料相比，铝及其许多合金都具有令人满意的特性，具有高强度-重量比以及非常高的导电率-重量比和非常高的导电率-成本比，这使得它们对于结构(例如本发明的那些)是理想的，这些结构需要坚固、重量轻、成本低以及高导电性。铝及其合金也很容易获得为挤压型材，具有适用于本发明中描述的应用的许多截面形式，例如箱形截面、梁和管。此外，它们通常具有良好的耐腐蚀性，因此在室外应用(例如本发明所设想的室外应用)中不需要喷漆或维护。
电路的布置可以颠倒，使得上轨道从模块的发电机采集功率，而下轨道传输功率用于消耗。这可以通过将发电机定位在叶片部分上方而不是下方来实现。
还设想了轨道的其他配置。例如，两个电路(即较高和较低电压运行的轨道)可以共享共同的轨道或电缆，并且在本发明的范围内的许多其他配置是可能的。
尽管已将发电机描述为直接由涡轮机的叶片部分驱动，但在通过齿轮或其他方式间接驱动发电机的情况下，也可以使用其他布置。多个叶片也可以驱动单个发电机，或者单个叶片可以为多个发电机提供驱动。

Claims (16)

1.一种风力涡轮机系统，包括：
多个模块，每个模块包括框架和由框架支撑的至少一个风力涡轮机；
第一导电构件的集合；以及
第二导电构件的集合；
其中第一导电构件中的一个附接至至少一个涡轮机的发电机的一端并且第一导电构件中的另一个附接至发电机的另一端，使得第一导电构件的集合形成采集电路，所述采集电路经构造以采集由涡轮机产生的电力；
其中第二导电构件的集合连接至相邻模块的第二导电构件的集合，以形成第二导电构件的级联串，所述第二导电构件形成传输电路；
其中第一导电构件的集合连接至第二导电构件的集合，以便将采集的电力从采集电路供给至传输电路，用于沿第二导电构件的级联串传输；
其中第一导电构件中的至少一个和第二导电构件中的至少一个形成框架的结构轨道，所述框架支撑至少一个涡轮机。
2.如权利要求1所述的系统，其中第一导电构件的集合连接至一个或多个相邻模块的第一导电构件的集合，以形成第一导电构件的级联串。
3.如权利要求2所述的系统，其中第一导电构件的级联串由模块的子集形成，所述模块形成第二导电构件的级联串。
4.如权利要求2或3所述的系统，其中形成第二导电构件的级联串的模块形成第一导电构件的多个单独的级联串，并因此形成多个采集电路。
5.如权利要求4所述的系统，其中第一导电构件的单独的级联串由成对的模块形成。
6.如权利要求4或5所述的系统，其中相邻模块的第一导电构件串联连接。
7.如权利要求6所述的系统，其中第一导电构件的集合包括返回路径构件。
8.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述采集电路或每个采集电路以及传输电路承载不同类型的电流和/或不同的电压。
9.如权利要求8所述的系统，其中第一导电构件的集合通过一个或多个功率转换器连接至第二导电构件的集合。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述功率转换器或每个功率转换器为逆变器、变压器或直流-直流转换器。
11.如权利要求9或10所述的系统，其中所述功率转换器或每个功率转换器从由多个模块形成的采集电路接收采集的电力。
12.如权利要求9至11任一项所述的系统，其中所述功率转换器或每个功率转换器是能够选择性地激活的。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述功率转换器或每个功率转换器基于由一个或多个涡轮机提供的电压或电流或者基于风速激活。
14.如权利要求12或13所述的系统，其中所述系统包括多个所述功率转换器；其中功率转换器具有不同的负载能力。
15.如任一项前述权利要求所述的系统，其中第一导电构件和/或第二导电构件的集合包括三个或更多个构件，所述三个或更多个构件经构造以承载多相源的独立相。
16.如任一项前述权利要求所述的系统，其中第一导电构件的集合与第二导电构件的集合之间的连接和/或相邻模块的第一导电构件的集合和/或第二导电构件的集合之间的连接包括多个配置，并且其中所述系统还包括控制器，所述控制器经构造以在所述连接的所述多个配置之间转换。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2602337A (en) 2020-12-23 2022-06-29 Larkfleet Smart Homes Ltd Electrical system for a residential site

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1188526A (zh) * 1995-05-30 1998-07-22 东北大学 发电和推进装置的螺旋透平
US20100295320A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Bevirt Joeben Airborne Power Generation System With Modular Electrical Elements
CN102030104A (zh) * 2009-10-02 2011-04-27 维亚切斯拉夫·斯捷潘诺维奇·克利莫夫 空气动力转子平台及空气动力产生的方法
CN102933844A (zh) * 2010-02-17 2013-02-13 贾尔斯·亨利·罗德韦 风力涡轮机系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE526687C (de) * 1928-06-28 1931-06-09 Alexander Beldimano Einrichtung zur elektrischen Energiegewinnung durch die Windkraft unter Vermittelung vieler kleiner Windraeder
DE667674C (de) * 1937-02-06 1938-11-17 Alexander Beldimano Windstauwerk mit vielen kleinen, netzartig uebereinander und nebeneinander angeordneten Windraedern
US4165468A (en) * 1976-01-19 1979-08-21 Fry Charles M Wind driven, high altitude power apparatus
US4220870A (en) * 1978-06-22 1980-09-02 Kelly Donald A Wind conversion lattice array, with multiple mini-turbo-generator modules
US5040948A (en) * 1990-03-26 1991-08-20 Harburg Rudy W Coaxial multi-turbine generator
US5328334A (en) * 1993-05-03 1994-07-12 Mccauley Richard W Wind line power system
JP3756437B2 (ja) * 2000-09-22 2006-03-15 大本 正子 風力発電用風車のブレード及びそれを用いたユニット並びに装置
US8668433B2 (en) * 2005-12-22 2014-03-11 Kevin L. Friesth Multi-turbine airflow amplifying generator
JP4935314B2 (ja) * 2006-11-16 2012-05-23 シンフォニアテクノロジー株式会社 発電装置
US7576443B2 (en) * 2006-12-15 2009-08-18 General Electric Company Method and apparatus for generating electric power
US8541897B2 (en) * 2009-09-01 2013-09-24 University Of Southern California Generation of electric energy using cable-supported windmills
GB0921774D0 (en) * 2009-12-12 2010-01-27 Rodway Giles H Wind turbine system
US9222462B2 (en) * 2011-07-02 2015-12-29 SP Power Farm Group Ltd. Wind turbine
ES2576001B1 (es) * 2015-01-02 2017-01-18 Ramón DOMINGUEZ PÉREZ Parque eólico aéreo de turbinas agrupadas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1188526A (zh) * 1995-05-30 1998-07-22 东北大学 发电和推进装置的螺旋透平
US20100295320A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Bevirt Joeben Airborne Power Generation System With Modular Electrical Elements
CN102030104A (zh) * 2009-10-02 2011-04-27 维亚切斯拉夫·斯捷潘诺维奇·克利莫夫 空气动力转子平台及空气动力产生的方法
CN102933844A (zh) * 2010-02-17 2013-02-13 贾尔斯·亨利·罗德韦 风力涡轮机系统

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