CN113785121B - 采用被引导的车组的垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用被引导的车组的垂直轴风力发电机，带有翼型风叶的车组在风力作用下绕着拉长的封闭环形轨道移动；在轨道的上风侧，这些车相互联结成一个车队，并通过安装在这些车上的直齿条，共同旋转位于轨道侧面的齿轮；这些齿轮最终驱动安装在系统底部的发电机；该系统有多个轨道叠加在一起，并安装在一个可旋转的框架结构上，该框架可以被转动以最优化获取风能；在需要时，翼型风叶的角度在轨道上根据车的不同位置进行调整；没有翼型风叶的空白车被用于隔开翼型风叶车；车速只是风速的一小部分。

Description

采用被引导的车组的垂直轴风力发电机

技术领域

本发明与利用风力产生能源相关。更具体地说，它涉及利用风力，翼形风叶和在一个可转动的闭环轨道上的车组发电的一台设备，一套系统和一种方法。

背景技术

利用风发电是一种对生态负责的策略。风能被认为是对环境影响最小的能源。事实上，这种策略通常不需要化石燃料或水。与其他发电策略相比，风能转换器（发电机）的优点是百分百可再生的能源和不产生温室气体排放。

化石燃料发电站是产生二氧化碳的主要污染源，对全球变暖有重大贡献。近年来，许多国家决定将其发电策略转向使用风力发电机等可再生能源技术，以减轻二氧化碳对全球变暖的影响。

现有的风力发电机有如下缺点：难以更大型化；部件的尺寸大，特别是翼形风叶的尺寸；支撑塔高; 制造、运输、安装和维护成本高；和高翼形风叶叶尖速度导致安全问题和噪声。

Hartmann 等人申请的D.E.专利号4234649A1与使用安装在平行铁轨上的风帆的风力发电机有关。风吹在风帆上推动包含该风帆在内的钢框架移动，从而产生能量

授予Davison的美国专利4589344涉及安装在单轨轨道上链在一起的众多含有风叶的车移动时发电的一种风力发电机。

授予Lee 等人的美国专利6,672,522与一个系统有关。安装在轨道上的含有风叶的物体， 一侧有直齿。在风推动风叶移动时，产生电力。

授予 Madarasz的美国专利1,791,731涉及一个系统，该系统使用圆形轨道，并通过连续移动的汽缸发电。

授予 Stenner的美国专利3,504,988涉及一个设备，该设备通过安装在闭环回路上利用对风敏感的柔性链条产生能量。

授予 Gogins的美国专利 4,302,684 与一个装置有关。该装置通过一种可变动的翼形风叶结构将风转化为机械能和电能。

授予 Gerhardt的美国专利 5,758,911与风力发电厂有关。该发电厂使用多个带有风帆的车，当风带动车移动时，产生电力。

授予 Farrant的美国专利20180283350涉及一种多叶片的风力发电机。该机通过安装在闭环轨道上的多个翼形风叶发电。

授予 赵东南的专利WO/2012/119478涉及一个多叶片的水平风力发电机。其可动叶片安装在机架系统上。

授予Yakimchuk的专利WO/2018/217127与将风力转化为电能的装置有关。该设备利用风阻推动物体沿导引带移动从而发电。

提供此背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。这并非意在认可也不应被解释为本发明参考了此前的发明的信息。

发明内容

本发明是针对将风力转化为电能的一台设备、一套系统和一种方法。该系统包括在闭环的轨道上移动的带翼形风叶的车组。当风吹过车内的翼形风叶时产生的升力推动车组移动从而产生电力。运动中的多个轨道的多个车组驱动一个位于系统中心的传动轴，最终驱动发电机发电。多层轨道提供了多个封闭环路，每层轨道都有一系列车，根据它们在轨道上的位置相互联结或断开。整个轨道是可转动的，以便位于车中的翼形风叶可以在轨道的上风侧形成并保持所需的攻角。每个翼形风叶的角度在轨道下风侧可调。如有需要，两个翼形风叶车中间可加入没有风叶的空白车。

根据特定的实施情况，本发明提供以下的一项或多项好处：更高的效率但控制系统更简单；更易放大；较小的部件尺寸，特别是翼形风叶的尺寸：塔的高度较低：更低的制造、运输、安装和维护成本：发电机接近地面：和低得多的翼形风叶移动速度使得运行更安全和更低的噪声。

此处披露的是一个获取风能的系统，包括：一条闭环的轨道且安装在可旋转框架上：该轨道上有多辆翼形风叶车，每辆翼形风叶车都带有一个翼形风叶，当风吹过翼形风叶时，翼形风叶车沿着轨道移动：位于轨道侧面的齿轮被翼形风叶车接触和驱动，当翼形风叶车通过该齿轮时，该齿轮将驱动发电机。

此处披露的也是一个获取风能的方法，包括：安装一条闭环的轨道在可旋转框架上：布置多辆翼形风叶车在轨道上，每辆翼形风叶车都带有一个翼形风叶，当风吹过翼形风叶时，翼形风叶车沿着轨道移动：转动位于轨道侧面的一个齿轮，当翼形风叶车通过该齿轮时，齿轮设置成与翼形风叶车接触和被其驱动，然后该齿轮驱动发电机。

此处再披露一个获取风能的翼形风叶车，包括：翼形风叶，它推动翼形风叶车沿着轨道移动，当风吹过翼形风叶时；这里的轨道是闭环的且安装在可旋转框架上，这里还有多辆的其它翼形风叶车在轨道上；一个接触面，它接触和驱动位于轨道侧面的齿轮，当翼形风叶车通过该齿轮时，这里的齿轮驱动发电机。

附图说明

以下示意图说明了发明的一个或多个实施，不应以任何方式解释为限制本发明的范围

图1是轨道上翼形风叶车的三维示意图

图2是表现处于起始状态时的翼形风叶车系统的俯视图。

图3是表现处于运行状态时的翼形风叶车系统的俯视图，

图4是表现翼形风叶车系统的正视图。

图5更详细地显示了发电机驱动机制的俯视图。

图6是一个隐去了车的系统俯视图，显示轨道，推杆轨道和驱动机制。

图7显示轨道中的顺风弯。

图8显示轨道中的逆风弯。

图9显示车的限位导向结构的过渡处的侧视图。

图10示意车的一侧的限位轮与限位导向结构的正视图，显示了在轨道弯道处限位轮与限位导向结构剖面的关系。

图11示意车的一侧的限位轮与限位导向结构的正视图，显示了在轨道直段限位轮与限位导向结构剖面的关系。

图12是轨道转弯处空白车的俯视图。

图13是示意激活推杆的侧视图。

图14是空白车的俯视图。

图15是空白车下部的正视图。

图16是空白车下部的侧视图。

图17是翼形风叶车的俯视图。

图18是翼形风叶车的中间断开的正视图。

图19是轨道上顺风弯的俯视图，显示运行状态下翼形风叶的攻角和翼形风叶的引导通道。

图20是轨道上顺风弯的俯视图，显示另一个运行状态下翼形风叶的攻角和翼形风叶的引导通道。

图21是轨道上逆风弯的俯视图，显示运行状态下翼形风叶的攻角和翼形风叶的引导通道。

图22是显示车如何驱动传动轴的俯视图。

图23是一种运行该系统的方法。

图24是一种联结和断开车的方法。

图25是另外一种运行该系统的方法。

具体实施方式

描述

A. 词汇表

翼形风叶 - 拉长的固体、空心或帆状结构，其表面形状有益于在风吹过其表面时，在垂直于风向的翼形风叶上产生升力。

齿轮 - 具有轮齿的旋转器具，以便与另一个有轮齿的器具（如直齿条或其它齿轮）相咬合。其它器具和齿轮之间的耦合产生一个扭矩，可用于传输能量。其它设备和齿轮之间的相互作用可以引起扭矩、速度、方向的改变或将直线运动转换为旋转运动。

直齿条——与齿轮咬合的轮齿线性排列的部件。直齿条在与旋转的齿轮咬合时做直性运动。

B. 原理

参考图 1，在轨道 11 上显示翼形风叶车 10。翼形风叶车10 的框架 12 可容纳安装在可旋转的基座圆盘 16 和顶部圆盘 18 之间的翼形风叶 14，该圆盘旋转的角度足以满足设置的对翼形风叶攻角的要求。风以风向20吹过车的框架12，在吹过翼形风叶14的表面时产生一个沿方向22的升力。这个力使车10 沿着轨道在方向22上移动。翼形风叶 14有高的升力系数（C_L），这成为可能是因为翼形风叶车10 的移动速度只有风速的一小部分。车框12 安装在基座 24 上，基座 24有车轮以支持在轨道11上的翼形风叶车10 。附着在车框12 上的直齿条26、28、30、32，其轮齿与在车10外的传动轴相连的齿轮上的相应轮齿35、36、37、38咬合。当车10沿着轨道11 移动时，车会在35和36齿轮对之间以及 37 和 38 齿轮对之间通过，引起齿轮按弯曲箭头的方向旋转并驱动传动轴，该传动轴最终驱动发电机。因此，齿轮35、36、37、38间接驱动发电机。

轨道11上有多个翼形风叶车10，它们相互推拉对方，因此不直接驱动齿轮的风叶也可以将其力传递给直接驱动齿轮的翼形风叶车。轨道11是一个闭合环路，其上有足够多的车，以便在风吹过时，有一个持续不断的驱动力转动传动轴。

C. 示范系统

图2显示了示范系统40获取风能的俯视图。轨道 11 是安装在基座 42 上的拉长的环路。轨道 11的支撑结构通过其支撑轮可沿圆形支持轨道 44 移动，该轨道44构成基座42 的一部分，使轨道11在该基座上转动。基座 42 可以是一个框架，例如，包括支柱 45，它支撑地面上空的圆形支持轨道44 。轨道11安装在可旋转框架上，该框架在垂直方向延伸，抗压构件 46、47、48、49 起稳定作用，每个抗压构件通过支撑轮在支持轨道 44 上运行。支撑轮位于位置62 - 69。整个轨道 11 安装在可旋转框架94上，以便根据风向20和车10的速度调节位置，以最大限度地提高在轨道11上风侧54获取风力的效率。

多个翼形风叶车10和多个空白车50交替布置在轨道 11上。空白车 50 与翼形风叶车10的大小相同，但它们没有翼形风叶。它的主要目的是让翼形车10在循环直段的末端更容易转弯。

箭头 55显示了在轨道 11上风侧的翼形风叶车10上升力的方向。该力使车 10，50在顺时针方向沿轨道 11 移动。由于车10、50 总是或大部分时候相互联结，或总是或大部分时候相互接触，在上风侧的翼形风叶车10 有可能推动所有的车完成沿整个轨道 11的移动。然而，在轨道 11的下风侧56上，取决于翼形风叶车10上翼形风叶14的位置，风也可为下风侧的翼形风叶车10提供动力，帮助它们在顺时针方向沿轨道移动。

上风侧54的轨道 11与支持轨道 44 的园对齐，即上风侧54轨道的中心线穿过环形支持轨道 44 的中心。当车10、50沿着轨道 11 移动时，它们驱动位于轨道两侧的齿轮35，36，而齿轮 35，36接着带动传动轴旋转，这些传动轴对称地位于支持轨道 44 的中心两侧。

在风开始吹起和车开始移动之前，轨道 11 的位置应与风向 20垂直。

图3是显示当车10，50 顺时针在轨道上沿箭头 55 的方向移动时，轨道 11相对风向的一个例子。在这个位置上，轨道11顺时针在基座42上转动了一个角度A，离开了垂直于风向20的位置。当车10，50获得速度，相当于它们遇到了逆风，这形成了一个不同于实际风向20的相对风向。为了保持翼形风叶14的相对于相对风向的最佳角度，轨道11被转到这样一个位置，在该位置相对风向与轨道基本垂直。

如图4显示，系统40在框架94上有安装在叠加在一起的工作层90，91，92，93的多个轨道11，81，82，83。在此示例中，所有的车10、50在每个轨道上都朝着相同的方向移动。车10中的翼形风叶14在上风侧54形成并保持一个理想的攻角以便系统40最优化地获取上风侧54的风力。

垂直传动轴 95， 96 由一个或多个齿轮驱动，如齿轮35 和 36。传动轴 95， 96延伸到基座 42 中的齿轮箱 100，驱动机制 102中的齿轮组将传动轴的旋转运动传输到发电机房 106 内发电机 105 的驱动轴 104上。

图5显示了驱动机制102带动发电机105的驱动轴104。传动轴 95 逆时针旋转，依次通过齿轮 120、121、122和 123驱动轴104顺时针旋转。传动轴 96 顺时针旋转，并依次通过齿轮 124、125 和 123驱动轴104顺时针旋转104。

D. 轨道

图 6隐去车 10、50，显示轨道 11上齿轮箱 100 和驱动机制 102。轨道 11有一个半圆形顺风弯 130，连接上风侧 54的直段和下风侧 56的直段。轨道 11有半圆形逆风弯132，连接下风侧 56直段和上风侧54直段。

轨道 11 的末端区域134，包括顺风弯 130，轨道上的内推杆轨道 136，外推杆轨道 138 和中推杆轨道 140。在这里，"内""外"是相对车10、50的中线或轨道11路径的中心线而言。 推杆导轨 136， 138， 140 激活车 10， 50的推杆， 以控制车上的各种机制。这些机制操控将翼形风叶14锁定在其设定的位置，或从其设定的位置解锁，联结或断开相邻的车。轨道 11 不需要布满车10， 50 。轨道 11 的末端区域 142，包括逆风弯 132，轨道的内推杆轨道 144，外推杆轨道 146 和中推杆轨道 148。这些导轨 144， 146， 148 同样激活车10， 50上的推杆，以控制车上的相同机制。限位向导结构，这里看不到，保持车10，50在轨道11上。

图7显示轨道11的末端区域134，箭头150显示车10，50的运动方向。内推杆轨道136 和外推杆轨道 138 均从轨道 11 的上风侧 54 开始，沿着顺风弯 130终止在轨道11的下风侧 56。相邻的车 10， 50在上风侧 54锁定在一起，在它们进入顺风弯 130之前，这些推杆轨道 136， 138 导致它们彼此解锁。在沿顺风弯 130移动的过程中，推杆轨道 136，138 保持车 10， 50处于解锁状态。当推杆 136， 138 终止后，它们会导致相邻的车 10、50再次锁定在一起。

中间推杆轨道 140 从顺风弯 130 的 末端或接近末端160 开始， 在下风侧56的轨道 11适当位置终止。当翼形风叶车10 通过中间推杆轨道 140的起点时，中间推杆轨道140 导致翼形风叶 14 从其设定的位置解锁。只要翼形风叶车 10 在中间推杆 140 上，翼形风叶14 即保持解锁状态。通过解锁翼形风叶14，它们可以被设置在一个更有效的攻角沿下风侧56移动。

轨道 11 有内侧的限位向导结构162 和外侧的限位向导结构164，引导车 10， 50沿轨道行进。 限位向导结构162，164 各自在轨道 11 的环路中延伸， 并且以矮墙的形式，供车上 10， 50的侧向引导轮运行。内限位向导结构162 在上风侧 54 和下风侧 56 上有直段 166，在顺风弯130 和逆风弯 132 上弯曲部分 167。外限位向导结构164 在上风侧54 和下风侧 56 上有直段 168， 和在顺风弯130 和逆风弯 132 上弯曲部分 169。

支撑轮170，172，支撑支持轨道 44 上的轨道 11，并允许其作为一个整体旋转。支撑轮 170， 172 位于 图2 的63， 64处。

图8显示轨道11的末端区域142，车沿箭头175的方向运动。内推杆轨道 144 和外推杆轨道 146 均从轨道 11 的下风 侧56 开始，经逆风弯132，并在轨道的上风侧 54 上终止。这些推杆轨道 144， 146 导致在下风侧 56锁定在一起的相邻的车 10， 50解锁， 然后进入逆风弯132 。推杆轨道 144， 146 保持车 10， 50在通过逆风弯 132的过程中处于解锁状态。当推杆 144， 146 终止时，它们会导致相邻的车 10， 50 再次锁定在一起。

中间推杆轨道 148 在逆风弯 132开始处180 之前和附近开始，并沿轨道11至上风侧 54 的适当位置终止。中间推杆轨道 148 导致翼形风叶 14 从其设定的位置解锁，并在车 10 通过中间推杆区间时保持解锁状态。通过解锁风叶14，它们可以被设置在一个更有效的攻角沿上向侧54移动。

内限位向导结构162显示了上风侧 54和下风侧 56上的直段 166，以及逆风弯132 上的弯曲部分 167。外限位向导结构164有上风侧 54和下风侧 56上的直段 168，在逆风弯 132 上有弯曲的部分 169。

支撑轮 182, 184，支撑支持轨道 44 上的轨道 11，并允许其作为一个整体旋转。支撑轮 182, 184位于 图2 的67, 68处。

E. 车的限位向导

图9显示了外限位向导结构164的一部分，显示了直段168和弯曲部分169之间的过渡200。外限位向导结构164 和内限位向导结构162的每个直段和每个弯曲部分之间都存在类似的过渡。所有直段 166，168的高度相同，所有弯曲部分 167，169的高度相同，但直段166，168的高度高于弯曲部分 167，169的高度。

图10（部分）显示了支持在轨道11上的车10，50的支撑轮210的正视图。在车10，50的该侧有一个位于中部，位置更低一些的限位引导轮212和两个更靠外侧，位置更高一些的限位引导轮214，216。限位引导轮212 沿外限位向导结构164的弯曲部分169的外表面218运行。

图11显示车的支撑轮210的正视图，示意了位于中部，位置更低一些的限位引导轮212和两个更靠外侧，位置更高一些的限位引导轮214，216。所有限位引导轮 212， 214，216 沿着外限位向导结构164的直段 168的外表面220运行。

图12显示，空白车50的另一侧有类似布置的限位引导轮222，224，226。这同样适用于翼形风叶车10。当车 10， 50在轨道 11的转弯区域 130， 132移动时， 中部偏下的限位引导轮 212， 222 分别沿着外限位向导结构164的弯曲部分 169和内限位向导结构162的弯曲部分167的外表面运行。而靠外，偏上的限位引导轮 214， 216， 224， 226 不与限位向导结构162 , 164的任何部分接触。当车10，50在轨道 11上沿着上风侧54和下风侧56的直段移动时，限位引导轮 212、214、216 沿外限位向导结构164 的直段 168 的外表面运行，限位引导轮 222、224、226 沿内限位向导结构162 的直段 166 的外表面运行。车50的左侧可以看到两个支撑车的支撑轮 210，车右侧的两个支撑车的支撑轮 230 也可见。支撑轮210， 230 安装在万向脚轮上，以便使车 10， 50更容易地围绕轨道 11移动。如有需要，在每层中间还可以添加更多类似的限位向导表面218，220。

F.推杆轨道

图13显示了推杆轨道的一部分，如推杆轨道138。推杆 240 从车 10， 50 降下，终端是一个类似小轮子的轴承242。当车10、50 朝箭头方向接近推杆轨道138 时，轴承242接触推杆轨道138的接引坡道244，并将推杆 240 向上推入10、50 到位置 240A，操控车内的机制。在这里，该机制使一个车10，50与相邻的车解锁。当车 10，50 在其上移动时，推杆轨道 138 的上表面 246 将推杆 240 保持在高位。推杆轨道 138 终止于类似的坡道244。所有其他推杆轨道 136， 140， 144， 146， 148 都是类似的结构。

G. 车

图14显示了空白车50的俯视图，空白车沿轨道11以箭头的方向250移动。在空白车50 的左侧，显示限位引导轮212、214、216。在空白车 50 的右侧，显示限位引导轮222、224、226。车50左右两边的直齿条26，28分别传递力到传动轴95，96。车的支撑轮 210， 230 分别在空白车 50 的左右两侧。

当推杆上下移动时，从推杆 262 侧向伸出的锁定臂264，可以自由地在插槽 266的垂直方向移动。当处于较低位置时，锁定臂264 与相邻的翼形风叶车10上的门闩（图 17）中的插槽270接合，将两个车联结在一起。推杆在高位置时，锁定臂 264 与270的插槽分离，车10、50 脱开联结。空白车50的前和后各有两个推杆262， 锁定臂264和插槽266。

图15是图14中空白车50的下部的正视图，由支撑轮210，230支撑在轨道11上。在较低位置显示的是推杆 262 和锁定臂 264。推杆 262 向上延伸至空白车的顶部，那里有另一个锁定臂，从推杆侧向伸出，起将相邻车的顶部锁在一起的作用。此外，在顶部和底部间还可有类似的联结机制，为相邻的车提供更牢固的联结。限位引导轮212， 214， 216与外限位向导结构164的外表面接触。限位引导轮222， 224， 226 与内限位向导结构162 的外表面接触。空白车 50 向上延伸，顶部有类似的限位引导轮，与轨道 11 上方的类似限位向导结构接触。

图16是图14和15中的空白车50的侧视图，显示支撑轮210支持在轨道11上的空白车。图中可见左侧的限位引导轮 212、214、216 和推杆 262。

图17是翼形风叶车10的俯视图，它沿着轨道11以箭头273的方向移动。在翼形风叶车10 的左侧，可见限位引导轮 212、214、216。在翼形风叶车 10 的右侧，可见限位引导轮222、224、226。翼形风叶车10左右的直齿条26，28分别传递驱动力给传动轴95，96。支撑轮210， 230分别在翼形风叶车10的左右两侧。

安装在框架结构12（图18）中的翼形风叶14 固定在可旋转底盘 16 的上部表面和可旋转顶盘18 的下部表面。可旋转底盘16 的底部有轴承、车轮或中枢轴，支持可旋转底盘和车底座24上的翼形风叶14，并允许翼形风叶在解锁状态下旋转。可旋转底盘 16 的外缘有两列槽口 274， 275。当推杆处于低位时，推杆 276， 277 上的锁定臂 278， 279，分别与槽口274， 275之一咬合， 将可旋转底盘 16 和翼形风叶 14 固定在相对于翼形风叶车 10的一个特定角度。当推杆 276、 277 提升到高位时，锁定臂 278、279 与槽口 274、275 脱离，使翼形风叶14 和可旋转底盘 16 可以自由旋转或有意旋转到另一个所需的角度。推杆276， 277 延伸到车 10 的顶部，另一个的锁定臂，可用于锁定可旋转顶盘18 上的类似槽口，可旋转顶盘18通过翼形风叶连接可旋转底盘16并同步移动。此外，推杆 276， 277的额外锁定臂可以锁定车10的底部和顶部之间其它类似的旋转翼形风叶的圆盘。

从可旋转顶盘18 顶部向上延伸的是两个控制栓 290，292。这些控制栓 290， 292与翼形风叶车 10 上方的导向通道接合，引导翼形风叶14 随着翼形风叶车沿轨道 11 的特定部分移动而转动。控制栓 290 可以在不同的车10上有不同长度 。例如，某些控制栓290A 比其他控制栓 290B 更长，因此导向通道可以影响带控制栓290A 的车，但不能影响带控制栓290B 的车。

图18是图17中由支撑轮210，230支撑在轨道11上的翼形风叶车10的中间断开的正视图。限位引导轮 212、 214 、216 与外限位向导结构164的外表面接触。限位引导轮 222、224、 226 与内限位向导结构162的外表面接触。显示的推杆 276， 277处于低位。显示的控制栓 292处于导向通道 300 中，该导向通道由导向壁 302、304 悬挂在头顶的轨道框架308 上形成，该导向通道是结构 94（图 4）的一部分。在这里，导向通道300比控制栓292 宽得多，相对应的导向通道的入口区域应足够宽，以便可以接受一定角度范围的翼形风叶14上的控制栓 292。翼形风叶14在可旋转底盘 16 和可旋转顶盘 18 之间可见。随着翼形风叶车10沿着轨道前进，通道300变得更窄，其路径发生位移。位移导致导向通道的导向壁302，304 在控制栓292上起作用，迫使它靠向一侧或另一侧，这导致翼形风叶 14 相应地旋转。在通道300 的尾端，翼形风叶14 转动到所需的角度。为了降低控制栓 292 摩擦导向通道导向壁 302、304 的阻力，控制栓可连接在轴承上或包括一个可旋转的圆柱形外轴承。在框架94的不同工作层上，通道300的出口可以设置为不同的角度，以满足离开地面高度不同，风速不同产生的不同需要。

从轨道框架 308 的顶部还有悬挂的外限位导向结构310 和内限位导向结构311。限位导向结构310， 311 与限位导向结构164、162 相对称。上限位引导轮 312， 314， 316在翼形风叶车 10 的左边沿左上方的限位导向结构 310 的外表面旋转。上限位引导轮322， 324， 326 在翼形风叶车10 的右边沿右上方的限位导向结构 311 的外表面旋转。控制栓 290（290A 或 290B）进入轨道上的其它导向通道。

H. 轨道和翼形风叶的相对位置

图19显示轨道11的末端区域134的顺风弯130，轨道顺时针方向转了一个偏离垂直风向20的角度A。车10以大约40%的风速行驶。附图标记 400 显示相对风速V_A。V_A是风速 V_W，加上翼形风叶车10在轨道11的上风侧54上的速度移动V_H的反向速度-V_H矢量合成。轨道11旋转一个角度A，从垂直方向 402 旋转到方向 404，使相对风速V_A垂直于上风侧的轨道54的方向。

通过整体转动轨道11，翼形风叶14的角度就不需要根据风速或风向进行调整。为锁定翼形风叶14在要求的位置，当翼形风叶车 10 沿着轨道 11在上风侧 54的直段移动时，推杆 276、277上的锁定臂 278、279卡在可旋转盘 16 （图 17） 的凹槽。作为一个例子，翼形风叶14相对于相对风速 V_A的攻角 β被设置为 10-15°。随着风速的加快，轨道11沿顺时针进一步转向，从而保持翼形风叶车 10 的方向垂直于相对风速。如果车在轨道沿逆时针移动，则轨道的旋转方向将相反。

在顺风弯130，翼形风叶14保持固定，这有助于他们被风推过顺风弯。当翼形风叶车10进入轨道11下风向56的直段时，推杆轨道140（图7）升起推杆276，277以解锁翼形风叶14。此时，控制栓 290A 已进入从顶部轨道框架 308悬吊的导向通道 410。当翼形风叶车10沿着下风向 56 移动时，导向通道410向内偏移，导致控制栓 290A 逆时针将翼形风叶14逆时针旋转到最佳角度位置。在这个位置，翼形风叶14提供了一些辅助力，以帮助翼形风叶车10顺时针沿轨道11前进。然而，主要工作区域是轨道11的上风侧54，其中车10，50在直段相互联结，并一起推动齿轮35、36、37、38的轮齿使它们旋转。

通道410在一些实施中是可调节的，因此翼形风叶14的旋转量可以根据风速进行优化。

附图标记 412 显示翼形风叶车体验的相对风速V_A。V_A是风速V_W，加上翼形风叶车10 在轨道 11 的下风侧 56 上的速度移动V_H的反向速度-V_H矢量合成。在控制栓290A离开导向通道410之前，车10的翼形风叶14被锁定在预设位置。车10A的翼形风叶14的控制栓290B较短，因此将随风自由旋转，使其与相对风速V_A基本平行。所有控制栓 292 进入导向通道 300（图 21），使翼形风叶14回到上风侧 54所需的位置。

图20显示轨道11的末端区域134的顺风弯130，相较风向20的角度，其轨道设置的角度比在图19中的小，因为此处翼形风叶车10沿着轨道移动的速度大约是风速的20%。附图标记 430 显示翼形风叶车体验的相对风速 V_A。V_A是风速 V_W，加上翼形风叶车 10 在轨道11 的上风侧 54 上的速度移动V_H的反向速度 -V_H的矢量合成。轨道11旋转到相对风速V_A的方向与上风侧54的轨道方向垂直的位置。

当翼形风叶车10进入下风侧56时，推杆轨道140（图9）升起推杆276，277以解锁翼形风叶14。此时，控制栓 290A进入从顶部轨道框架 308悬吊的导向通道 410。当翼形风叶车10沿着下风侧56 移动时，导向通道410使控制栓 290A 逆时针将翼形风叶14旋转到由导向通道设置的位置。在这个位置，翼形风叶14提供一些辅助力，以帮助翼形风叶车10顺时针沿轨道11前行。

相比之下，翼形风叶车10A 有控制栓 290B（短于 290A，因此不会进入导向通道410），因此，当它进入下风侧56 时，翼形风叶的角度将随风而自动改变。其有效的攻角接近0°，因此它产生很小的驱动力。只需要部分翼形风叶车10在下风侧56产生足够的力量，使所有的车10，10A，50沿下风侧移动即可。附图标记432显示了翼形风叶车体验的相对风速 V_A。V_A是风速 V_W，加上翼形风叶车 10 在轨道 11 的下风侧 56 上的速度移动V_H的反向速度 -V_H的矢量合成。

根据特定实施，可选择带有控制栓 290A 的翼形风叶车 10 和带控制栓 290B 的翼形风叶车10A 数量的比例。最低要求是，至少有足够的整体力量满足使所有的车10，10A，50能够沿着下风侧56的轨道11上移动的要求。控制栓292进入导向通道300（图 21），将所有翼形风叶14 设置回到上风侧 54 所需的位置。

图21显示轨道11的末端区域142的逆风弯132，轨道在顺时针方向偏离了垂直于风向20的位置。附图标记 450 显示了翼形风叶车体验的相对风速 V_A。V_A是风速 V_W，加上翼形风叶车10 在轨道11的下风侧 56 上的速度移动V_H的反向速度 -V_H的矢量合成。翼形风叶车10在导向通道410（图 20）中由控制栓 290A 设置了其翼形风叶14 的位置。当车10A在轨道的顺风弯130移动时，翼形风叶车10A上的翼形风叶相对应的角度由风向设置。因为车10A的控制栓290B不与通道 410 接合，因此翼形风叶14在解锁状态下可以自由转动。当翼形风叶车10、10A 接近逆风弯132时，所有翼形风叶车10、10A上都有的控制栓292将被由导向壁302、304 定义的导向通道 300 的宽口 452 捕获。因此，导向通道 300 能够接受翼形风叶车10、10A 的控制栓292，无论翼形风叶14此前的相对位置如何。

在翼形风叶车10、10A上的控制栓292 进入导向通道300后，推杆轨道 148 （图8）将推升推杆 276，277 从而解锁翼形风叶14。当翼形风叶车 10、10A 沿逆风弯 132 移动时，导向通道300使控制栓292带动翼形风叶14旋转回上风侧 54的轨道 11要求的最佳角度位置。导向通道300的尾端456 或出口决定了翼形风叶 14 的相对位置。导向通道 300将所有翼形风叶14 设置为相同的角度。翼形风叶 14 的角度在整个上风侧 54保持固定。

当风力太大，整个系统必须关闭时，将激活上风侧 54上的另一个通道和推杆部分，以便控制栓290A 和 290B 将转动翼形风叶形成这样一个攻角，在该攻角下翼形风叶产生最小升力（即推动力）。

附图标记 454 显示了翼形风叶车体验的相对风速 V_A。V_A是风速 V_W，加上翼形风叶车10在轨道11的上风侧 54 上的速度移动V_H的反向速度 -V_H的矢量合成。

图22显示了翼形风叶车10被限位向导结构162，164引导和在传动轴95，96上的齿轮35，36之间通过。通过轮齿470，472和474，476的咬合，车10的两侧的直齿条26， 28分别驱动齿轮 35， 36。 翼形风叶车10 通过联结器机制 480与相邻的空白车50联结。例如，联结器机制包括空白车50上的推杆262和锁定臂 264，以及相邻翼形风叶车10上的门闩 272 中的插槽 270（图14，17）。车10， 50 被联结成这样一个相对间距模式，即保持一个车上的轮齿之间的间距472与相邻车上的轮齿之间的间距相同。

I. 方法

图23显示了使用被引导的翼形风叶车10来获取风能的运行系统40的方法。步骤500，风向20和翼形风叶车10（和/或空白车50）的速度被检测。步骤502，将车10、50 的速度和/或风的速度与临界值进行比较，以确定该速度是否适合系统 40 的安全运行。步骤504，当确定车的速度和/或风的速度是安全的速度后，轨道会旋转至这样一个位置，在该位置相对风速的方向与上风侧轨道垂直。这种旋转使系统正常运行，这可能是最佳操作。然后，该方法恢复到步骤 500。如果在步骤 502 时，车10、50的速度和/或风速确定超过临界值，即对系统 40 的安全运行来说速度过高，则系统进入步骤508。步骤508，鉴于车的速度和/或风的速度不是安全速度，轨道会转动以致这样风就不会驱动车跑那么快。例如，轨道逆时针旋转，因此角度 A 为负数。在某些情况下，轨道转动至这样一个位置，在此位置在轨道车没有或很少移动。然后，该方法恢复到步骤500。

图24显示了联结和断开车10，50的方法。步骤530，两辆相邻的车在弯曲部分转弯，此时它们尚未相互联结。步骤534，车进入轨道的直段。步骤538，车相互联结。步骤542，车接近直段的末段。步骤546，车彼此断开。步骤550，车离开直段。在此之后，车在轨道的弯曲部分转弯，重复步骤530。

为了控制轨道的角度，传感器沿轨道布置，以获取诸如车10、50的速度等信息。还要安装用于检测风向和风速的传感器。其它传感器安装在车上，以检测车是锁定还是解锁，并检测翼形风叶的相对位置。

J. 变体

在一个实施中，当几个轨道相互叠加时，每个轨道上的车10，50交替移动。例如，轨道11，82上的车10，50顺时针移动，81，83轨道上的车逆时针移动。通过交替在轨道上车的运行方向，作用在结构94上的总体力比车10、50 在轨道11、81、82、83 上以同一方向移动时更加平衡。 通过不同轨道上的一个和两个齿轮交替耦合传动轴去补偿不同的车向。或者，传动轴分开，相邻的分开的传动轴由齿轮连接，齿轮的传动比率可以不同，如此传动轴可以在相邻层中朝相反的方向旋转。轨道 11 的位置安排，则总是垂直于风向，并且不会根据车速进行调整。图25显示了运行此实施方案的方法。步骤670检测风向20。步骤672，旋转轨道，使上风侧轨道垂直于风向20。然后，该方法恢复到步骤670不断循环。

连接凸出部和锁定臂可能在不同的位置和不同的车上且连接机制也可能不同。此连接器可以由坚固材料（如不锈钢或强聚合物）制成，能承受两个相邻车之间的负载。

支柱45的高度可以非常低（只高于发电机房的高度即可）。然后，可以添加支撑90、91、92、93 层的框架状底座。

在某些实施中，车相互连接并形成循环。在这种情况下，要用其它的连接机制以便允许车在轨道的弯曲部分转动。

在某些实施中，连接器具有减震装置，如弹簧和/或阻尼器，以降低连接器内的压力。

不同工作层的传动轴95、96的齿轮可能因风力而异，因为上层翼形风叶产生比下层更大的升力。或者，随着轨道高度的增加，翼形风叶的高度可能会变小，以便在传动轴的不同水平上具有更平衡的扭矩。或者，在更上层的轨道上增加空白车的数量。另外，工作层90、91、92、93上的翼形风叶14攻角可以被设置在不同角度，以充分利用层越高风速越高的优越条件。

在某些实施中，翼形风叶车被制造得长一些，因此无需使用空白车。

铁丝网可以覆盖整个或部分结构，以保护动物。建筑物上可以安装灯，以提醒鸟类注意其存在。各种照明效果可应用于美化结构。

机械控制可以替换为传感器和/或定时器触发的电磁控制。例如，翼形风叶车 14的可旋转底座 16 可能沿其外缘有轮齿，与翼形风叶车的底座24上的齿轮相配合。于是，翼形风叶14 的角度可以在需要时通过转动齿轮进行控制，其前提是在操作时翼形风叶处于开锁状态。齿轮连接到处理器或控制单元，可旋转底盘16 的旋转以电子方式控制。

在某些实施中，翼形风叶14的方向在运行时或实时调整，以响应来风的力和方向，以最大限度地提高能源生产。

当需要最佳化采集风能时，控制栓也可以自动收回或延伸。为了在风力过大时安全关闭系统，控制栓290A和 290B 与导向通道300、410 结构类似的安全通道接合，从而将翼形风叶的角度设置到一个相对来风的安全位置。在某些实施中，当风力太大时，通过转动轨道，使翼形风叶转到安全位置。

在某些实施中，轨道具有不同的形状。例如，上风侧或下风侧，或两个都不是直的，并且翼形风叶的角度沿上风侧是可调整的。

另外的选项，可在车10，50顶部上安装车轮，以保持车与安装在轨道框架308 上的顶部的导向轨道有固定距离。

控制翼形风叶的相对位置的通道可以有不同形状。

根据风速，可以连接额外的输出发电机，以便当风速高于额定设计速度，但仍可安全运行时，系统可以产出比额定设计输出更多的功率。例如，当风速较低时，可以连接小功率发电机，当风速较高时，可能会连接额外的或更大功率的发电机。

一般来说，除非另有说明，否则单个元素可能为复数，反之亦然，不会丧失普遍性。

为更深入地了解发明，在整个描述过程中，已经提出了具体的细节。但是，本发明可以在没有这些细节的情况下实施。在其它情况下，众所周知的元素未被详细显示或描述，并且重复的步骤和特征被省略，以避免不必要地模糊本发明。因此，详细说明应被看成是例证性的而非限制性的。

虽然本发明主要与风力发电有关，但它也可用于海洋或河流。

很清楚，对于一个有该领域知识技能的人，他/她可能进一步变动本文中披露的具体细节而导致的其它实施仍然属于本发明披露的范围。此处描述的实施和所有参数、尺寸、比例和配置仅是示例，其实际值取决于具体实施案例。因此，本发明的范围应根据下列权力要求所界定的实质内容进行解释。

Claims (11)

1.一个获取风能的系统，其特征在于包括：

一条闭环轨道，所述闭环轨道安装在可旋转框架上；

轨道上多辆翼型风叶车，每辆翼型风叶车都带有一个翼型风叶，当风吹过翼型风叶时，翼型风叶车沿着轨道移动：和

位于轨道一侧的齿轮，被翼型风叶车接触和驱动，当翼型风叶车通过该齿轮时，该齿轮驱动发电机；

其中的翼型风叶车有：

一个带底座的框架；

一个可旋转的安装在底座上的圆盘，该圆盘承载翼型风叶；

可旋转圆盘上有多个槽口；

安装在车框上的锁定机构，与上面的槽口接合，在至少两个不同的位置将翼型风叶锁定；和

安装在底座下的支撑轮；

还包括：

一个或多个空白车，每台空白车不含风叶和布置在两台翼型风叶车之间；和

多个限位导向结构保持翼型风叶车和空白车在轨道上；

还包括一个在锁定和开锁状态间可变的联结器：其中，

锁定状态，在该状态下上述翼型风叶车和空白车联结在一起；和

开锁状态，在该状态下上述翼型风叶车和空白车不联结在一起；

轨道有：

拉长的形状，由直段和转弯部分交替连接，转弯部分位于轨道的两端：在每个末端区域有激活操作联结器的推杆的推杆轨道；推杆轨道使翼型风叶车和空白车在直段处处于锁定状态，在转弯部分处于开锁状态。

2.根据权利要求1所述的获取风能的系统，其特征在于还包括：

发电机；

和垂直传动轴，通过该轴齿轮驱动发电机。

3.根据权利要求2所述的获取风能的系统，其特征在于，其中

齿轮被安装在可旋转框架上；和

可旋转框架绕垂直轴转动。

4.根据权利要求1所述的获取风能的系统，其特征在于，其中的翼型风叶车有：操作锁定机构的推杆；

联结翼型风叶车和相邻空白车的联结器的一部分，空白车没有翼型风叶；另一个操作联结器的推杆；和

转动翼型风叶的控制栓；

另一个的推杆轨道，在每个末端区域激活另一个推杆；和

引导控制栓的导向通道；

其中的另一个推杆轨道使翼型风叶车和空白车在进入转弯部分之前断开联结器。

5.根据权利要求1所述的获取风能的，其特征在于，还包括一条或多条轨道安装在可旋转框架上，并以叠加的方式排列。

6.一种获取风能的方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述的系统实现包括：

安装一条闭环的轨道在可旋转框架上；

放置多辆翼型风叶车在轨道上，每辆翼型风叶车都带有一个翼型风叶，当风吹过翼型风叶时，翼型风叶车沿着轨道移动：和

转动位于轨道一侧的齿轮，当翼型风叶车通过该齿轮时，该齿轮被翼型风叶车接触和驱动；和

该齿轮驱动发电机。

7.根据权利要求6所述的一种获取风能的方法，其特征在于，包括：

转动绕垂直轴的可旋转框架，以便轨道的上风侧的直段朝向并垂直于风向方向，这里上述齿轮位于上风侧直段的一侧：

检测翼型风叶车速度的增加；和

旋转框架，使相对于翼型风叶车的相对风速在上风侧直段垂直于处于移动状态的翼型风叶车。

8.根据权利要求6所述的一种获取风能的方法，其特征在于，包括联结上风侧直段的翼型风叶车成一列车队以便该车队的所有翼型风叶车同时贡献力去旋转上述齿轮。

9.一种从风中获取能源的翼型风叶车，其特征在于，包括：

一种翼型风叶，当风吹过该翼型风叶时，该翼型风叶使翼型风叶车沿着轨道移动；其中轨道是闭环的，并安装在可旋转框架上，轨道上有多个翼型风叶车：和

一个接触面，当翼型风叶车经过位于轨道一侧的齿轮时，该接触面接触和驱动该齿轮，该齿轮驱动一台发电机；

其中的翼型风叶车有：

一个带底座的框架；

一个可旋转的安装在底座上的圆盘，该圆盘承载翼型风叶；

可旋转圆盘上有多个槽口；

安装在车框上的锁定机构，与上面的槽口接合，在至少两个不同的位置将翼型风叶锁定；和

安装在底座下的支撑轮；

一个锁定机构，该锁定机构在至少两个不同的相对位置锁定翼型风叶；

操作该锁定机构的推杆，该推杆被轨道上的推杆导轨激活；

联结器，该联结器将翼型风叶车与相邻的没有翼型风叶的车锁定在一起，这里联结器由轨道上的另一个推杆激活。

10.根据权利要求9所述的一种从风中获取能源的翼型风叶车，其特征在于，所述的接触面是直齿条的表面。

11.根据权利要求10所述的一种从风中获取能源的翼型风叶车，其特征在于，还包括：

多个直齿条，每个直齿条安排去旋转不同的齿轮，而该齿轮则驱动发电机，这里齿轮位于轨道的两侧；

一个旋转翼型风叶的控制栓，控制栓被轨道上方的导向通道控制。