TWI833230B - 風力渦輪機之改良 - Google Patents

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Abstract

本文中所描述之本發明涉及一種用於垂直軸線風力渦輪機之外殼、垂直軸線風力渦輪機及包括外殼及垂直軸線風力渦輪機之設備。例如，以下揭示內容提供自垂直軸線風力渦輪機總成之更有效之發電。可由該外殼透過新穎有角度之百葉窗及整體容納之電定子來達成提高效率。亦可透過磁性主軸軸承及薩瓦尼斯(Savonius)葉片幾何形狀來達成提高效率。該渦輪機可經定大小且經組態用於附接至現有結構。

Description

風力渦輪機之改良
本文中所描述之本發明涉及一種用於垂直軸線風力渦輪機之外殼、垂直軸線風力渦輪機及包括外殼及垂直軸線風力渦輪機之設備。例如，以下揭示內容自垂直軸線風力渦輪機總成提供更有效之發電。
垂直軸線風力渦輪機(VAWT)係用於將大氣風中之能量轉換成電能之已知裝置。與更常見水平軸線風力渦輪機(HAWT)相比，VAWT可更緊湊且因此更不礙眼，使其成為城市及農村地區兩者中可再生能源發電之一種更有吸引力選擇。VAWT對野生動物(諸如鳥類及蝙蝠)之危害亦較小，且可有效操作，同時產生比HAWT更少之雜訊污染。
通常，與具相同大小之HAWT相比，特定大小之VAWT在將風能轉化成電能方面效率較低。此部分係因為許多HAWT能夠旋轉以面對風向，使得，在任何時候，其等所有葉片經歷促進其等轉動之風向。然而，歸因於垂直軸線，VAWT之葉片不可全部經歷促進其等轉動之風向。事實上，前進葉片將被推動逆著旋轉方向。因此，儘管VAWT出於多種原因具有優勢，但HAWT仍係更流行之風力渦輪機形式。
一些已知VAWT(例如如在US 2006/275105 A及US 2002/109358 A中所描述)試圖使用定子葉片或百葉窗，以更有利地將風引 導朝向渦輪機轉子葉片。諸如此等之VAWT使用彎曲轉子葉片，並將進入空氣跨此等葉片引導以便在葉片上產生升力。由於氣流因葉片下側之幾何形狀而彎曲，因此在葉片下方產生高壓區域，導致葉片旋轉。
已知VAWT百葉窗可平行於或接近平行於外來氣流及VAWT之半徑。換言之，百葉窗可與半徑成接近180°之角度，例如在110°與180°之間，如本文所提及之一些公開案所描述。換言之，已知外殼可使用對進入風具有較低迎角之百葉窗。通常，此係歸因於期望在VAWT之轉子葉片上產生升力，其依賴於葉片下側之層流。因此，進入氣流必須以相對較小角度傾斜，使得其以顯著徑向速度進入轉子且可流過葉片。
進一步低效率引入整個渦輪機，無論其等之軸如何，例如藉由移動組件之間的摩擦及發電機之磁性組件之間的齒槽效應。許多設計僅係簡單地接受此等損失並嘗試將其影響最小化及/或在設計之其他地方對其進行補償。已進行一些嘗試，例如在US 009/261597 A中，以產生無摩擦轉子；此處，藉由將轉子懸掛在水池上。
此外，任何種類之渦輪機通常需要重要結構以便將葉片定位於其等可經歷高風速之位置中。大多數情況下，渦輪機整合於支撐結構頂部。支撐結構提供高度且通常位於偏遠位置(諸如海上風電場)以便在安裝之後最大化渦輪機之效率。接著，儘管渦輪機可更高效，但與安裝渦輪機相關聯之前期資源、資金、勞動力及時間成本對於希望安裝更多可再生能源之私營及公共實體兩者而言係一個主要障礙。此成本之主要部分係將渦輪機及發電機提升至風能足以轉動渦輪機葉片之位置。此亦限制渦輪機可定位之位置，因為需要一個顯著、否則未被佔用之地面足跡。
鑒於上文，需要具有提高效率之VAWT，其保留及改良與 此設計相關聯之環境污染及野生動物保護優勢。
根據本發明，提供一種用於與垂直軸線風力渦輪機一起使用之外殼，該外殼界定垂直軸線且經組態以包圍垂直軸線風力渦輪機，該外殼包括：頂部部分；基底部分；及複數個百葉窗，其繞該垂直軸線圓周配置且安置於該頂部部分與該基底部分之間，其中：各百葉窗包括內邊緣及外邊緣；各百葉窗之該等內邊緣形成第一圓；各百葉窗以角度α配置，其中α介於約85°與約100°之間；且其中，α係各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的直線與該百葉窗之該內邊緣處之該第一圓之半徑之間的該角度。
對於直百葉窗，各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的該直線將沿其長度跟隨該百葉窗之形狀。對於彎曲百葉窗，各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的該直線將不沿百葉窗之整個長度跟隨該百葉窗之形狀，如將在下文更詳細討論。
百葉窗以約85°與約100°之間，例如85°與100°之間成角度，係有利的，因為當進入空氣自該等百葉窗之該等外邊緣引導至該等內邊緣時，其等增加文丘裡(Venturi)效應。角度α可為(例如)85°、86°、87°、88°、89°、90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°或100°或其間之任何分數角。角度α可替代地(例如)在90°與100°之間，或在90°與95°之間。
在該外殼之外圓周處，兩個百葉窗之間的該橫截面積大於該外殼之該內圓周處之該橫截面積。因此，當空氣在此等橫截面之間通過時，根據伯努利(Bernoulli)效應，空氣之壓力降低且其速度增加。當 VAWT定位於該外殼內時，相對於任何給定風速，空氣流速增加及該等百葉窗對空氣之重新定向促進更快轉子旋轉，藉此增加該轉子之動能，其繼而將增加由附接至該轉子之發電機回收之能量。
相反地，本發明使直接施加至該等葉片下側之進入氣流之可用力最大化。藉由增加該氣流之速度及藉由轉動進入空氣以更緊密地與該等轉子葉片之該運動方向對準來改良施加至該等葉片之力。已發現，兩者可通過在約85°至約100°之間的百葉窗角α來達成。進入空氣必須通過之最小橫截面積部分由該等百葉窗之角度判定，因此該外殼藉由減少該等百葉窗之該等內邊緣處之橫截面積來提高伯努利效應之利用。在任何時候，該轉子葉片之行進方向與由其旋轉繪製之圓相切。然而，該進入空氣垂直於此運動方向。因此，對該進入空氣施加比先前達成之更顯著方向變化係有利的。
使用以約85°與約100°之間成角度之百葉窗係進一步有利的，因為其等比以更大角度之百葉窗提供更大環境屏蔽。自視覺上看，該等百葉窗更佳遮罩該外殼內之移動轉子，藉此減少定位於該外殼內之VAWT之視覺污染。雜訊污染亦係如此。野生動物撞擊該VAWT之轉子葉片之可能性亦可藉由更佳篩選該移動轉子來降低；有利於野生動物及VAWT之維護兩者。最後，歸因於增加遮罩，逆著該轉子之後退葉片之旋轉方向流動之進入空氣量減少。
若該等百葉窗以顯著低於90°成角度，則該等百葉窗開始侵佔可用於該等轉子葉片旋轉之空間。此需要較小轉子葉片以較小半徑轉動，從而降低效率。在約85°處，歸因於伯努利效應之空氣動力學增益開始由減小葉片大小抵消，因此將該等百葉窗之角度設置在約85°以上係有 利的。
將容易理解，在本發明之上下文中，如本文中所使用之「垂直」平行於該VAWT繞其旋轉之軸線。對於跨放置該VAWT及外殼之平坦表面之水平氣流，例如，若該VAWT及外殼將放置在地面上則跨地面，則垂直方向垂直於該氣流方向。
在一些實施例中，α約為90°，例如90°。已發現，90°對於產生上述之增加效率及環境改良係特別有利。特定言之，藉由將進入氣流轉動90°，該氣流之方向可等於或接近平行於該外殼內VAWT之轉子葉片運動之切線方向，藉此增加該等轉子葉片之速度及該VAWT之效率。
在一些實施例中，各百葉窗係彎曲的，使得各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的該直線為該百葉窗之弦，且α為該百葉窗之該弦與該百葉窗之該內邊緣處之該第一圓之該半徑之間的該角度。換言之，該百葉窗之形狀具有一或多個拐點。
康得(Coand
Figure 111120110-A0305-02-0008-1
)效應描述流體(諸如空氣)吸引至並跟隨相鄰平坦或凸表面之趨勢。如此，該流體可加速且可透過由流之彎曲及夾帶流體產生之低壓區域將又一流體吸入流中。因此，至具有帶曲率百葉窗之外殼之進入氣流可遵循該百葉窗之幾何形狀，並加速。由於已提出之原因，流之加速係有利的。此外，將更大量之流體夾帶至該外殼中提供進一步能量以由該發電機經由該轉子回收。最後，促進流體遵循彎曲百葉窗可促進流動保持層流，藉此在由該等百葉窗改變其方向時保持更多速度。
在一些實施例中，各百葉窗之該曲率方向反轉一次，使得各百葉窗為S形。換言之，該百葉窗之形狀具有兩個拐點。已發現，S形百葉窗對於產生康得效應及達成相關聯優勢特別有效。
在一些實施例中，該複數個百葉窗包括至少6個、至少8個、至少10個或12個百葉窗。可選地，該複數個百葉窗之各者與該複數個百葉窗之各其他百葉窗相同。更多數目個百葉窗將有助於減小進入流體在該外殼周邊及該外殼中心處通過之橫截面積之間的比率。換言之，更多數目個百葉窗將更佳利用伯努利效應並導致更大流體加速。此外，更多數目個百葉窗將進一步減少雜訊及視覺污染，並減少野生動物撞擊。已發現，12個相同百葉窗特別適合達成此等優點，同時不使施工及維護設計過複雜。12個百葉窗之使用可特別適用於特定大小之外殼及轉子，例如，經組態以連接至現有城市、路邊或車輛結構之外殼。預期根據本發明之外殼可在工業規模上使用，例如，作為大型渦輪機安裝之部分。在此情況下，12個以上百葉窗可為有利的，例如，12個與48個百葉窗之間，或24個與36個百葉窗之間。然而，將瞭解，任何數目個百葉窗可與任何規模之外殼一起使用。
在一些實施例中，該基底部分經組態以連接至現有結構。可選地，該現有結構包括以下之至少一者：路邊護柱、建築物之屋頂及煙囪。
本發明之該外殼係有利的，因為該基底部分可經配置以連接至現有結構，藉此移除成本影響及地理限制。例如，對於城市環境，該基底部分可經組態以附接至建築物之屋頂，特別係煙囪，替換現可為多餘之煙囪。接著，該建築物為該外殼內之該渦輪機提供高度且可為家庭目的產生能量，或(例如)補充電網電力。替代地，例如，該基底部分可經組態以連接至路邊護柱、路邊標誌或具有足夠結構完整性之任何路邊結構以保持該外殼。儘管在此情況下該額外高度可不顯著，但由過往車輛產生之湍 流可非常有效地轉動該轉子並產生電力，其(例如)可用於為路燈或智慧高速公路設備供電，或補充電網電力。
在一些實施例中，該基底部分包括至少一個狹槽。此可為有利的，例如，若該基底部分經配置以附接至煙囪。接著該狹槽可經配置以允許空氣自該煙囪通過，藉此模仿該經替換煙囪罐之功能。
在一些實施例中，該外殼之外徑在約0.5米與約2米之間，或約1米。例如，該外殼之該外徑在0.5米與2米之間。例如，該外殼之該外徑為1米。已發現此大小之外殼特別適用於將該外殼連接至現有結構，例如連接至家庭煙囪或連接至標準路邊護柱。將瞭解，該外殼之該等尺寸可取決於將放置該外殼之位點及/或結構處之可用空間而縮放，同時仍達成本發明之目的及優點。
根據本發明，亦提供一種用於與垂直軸線風力渦輪機一起使用之外殼，該外殼界定垂直軸線且經組態以包圍具有第一電轉子及第二電轉子之垂直軸線風力渦輪機，該外殼包括：頂部部分，其包括經組態以當該第一電轉子相對於該第一電定子旋轉時發電之第一電定子；基底部分，其包括經組態以當該第二電轉子相對於該第一電定子旋轉時發電之第二電定子；複數個百葉窗，其繞該垂直軸線圓周配置且安置於該頂部部分與該基底部分之間。
依此方式，藉由容納兩個電定子，該外殼能夠容納獨立VAWT，該VAWT無需經由其主軸連接至外部發電機，如不包括發電機之任何部分之已知VAWT外殼所需。此等已知外殼將需要經由(例如)與摩擦損失及不期望維護要求相關聯之嵌齒輪及齒輪連接至外部發電機。因此，該外殼特別適合安裝在現有結構上或改裝至現有結構，而無需外部發電能 力。
在一些實施例中，該頂部部分及/或該基底部分具有凸上表面及凸下表面。該頂部部分上之凸下表面及該基底部分上之凸上表面產生自該外殼之該外圓周至該外殼之該內圓周之文丘裡。換言之，可收集更大體積之空氣並將其彙集至該外殼內之轉子葉片。例如，對於雨水徑流，該頂部部分上之凸上表面可為有利的。用於該頂部部分及該基底部分之一或兩者之凸上表面及下表面之組合可為有利的，因為其等允許該頂部部分及該基底部分有效地容納該等電定子。
在一些實施例中，該第一電定子容納於該頂部部分內且該第二電定子容納於該基底部分內。依此方式，藉由無需外部發電機，可減少VAWT在該外殼內之該空間印記。
根據本發明，亦提供一種垂直軸線風力渦輪機，其包括：主軸，其界定垂直軸線；第一渦輪機定子；及複數個葉片，其附接至該主軸，其中該第一渦輪機定子及該主軸之第一端彼此磁性相對，使得該第一渦輪機定子支撐該主軸且使得該主軸及葉片可相對於該第一渦輪機定子繞該垂直軸線旋轉。
在渦輪機定子內安裝旋轉主軸(其與該等轉子葉片一起可指稱渦輪機轉子)通常與高摩擦損失相關聯。本發明之該VAWT有利地使用該主軸與該渦輪機定子之間的磁斥力來產生對該主軸之低摩擦或無摩擦支撐。與習知設計相比，歸因於摩擦損失減少，效率提高，且影響該主軸旋轉之最小風速降低，允許在低風速下發電。
在一些實施例中，該第一渦輪機定子具有形成於其中之中央凹部，該中央凹部經組態以接收該主軸之該第一端。凹入渦輪機定子可 為有利的，因為不僅在其尖端，而且在其靠近該尖端之側面上，該主軸可感受到斥力。因此增加該主軸之穩定性，特別係在旋轉時。
在一些實施例中，該垂直軸線風力渦輪機進一步包括：第二渦輪機定子，其中該第二渦輪機定子及該主軸之第二端彼此磁性相對以進一步支撐該主軸。可選地，該第二渦輪機定子具有形成於其中之中心凹部，該中心凹部經組態以接收該主軸之該第二端。依此方式，增加該主軸之穩定性，且達成該主軸在其兩端處支撐的有益摩擦減少，藉此進一步提高該VAWT之效率。
在一些實施例中，該垂直軸線風力渦輪機進一步包括：第一電定子及第二電定子；及第一電轉子及第二電轉子，該第一電轉子附接至該主軸之該第一端以相對於該第一電定子旋轉，且該第二電轉子附接至該主軸之該第二端以相對於該第二電定子旋轉，使得在該第一電定子及該第二電定子中感應電流。依此方式，該VAWT能夠在該安裝點發電以供使用。
在一些實施例中，該第一電定子包括安置於該主軸之該第一端處或朝向該主軸之該第一端之第一磁性元件，其中該第一磁性元件與該主軸之該第一端磁性相對。可選地，該第二電定子包括安置於該主軸之該第二端處或朝向該主軸之該第二端之第二磁性元件，其中該第二磁性元件與該主軸之該第二端磁性相對。依此方式，可藉由沿其長度之額外斥力為該主軸提供進一步穩定性，無論係靜止或旋轉。
在一些實施例中，該複數個葉片在沿該垂直軸線觀察時為V形，可選地其中該等葉片為薩瓦尼斯葉片。VAWT，特別係未封裝之彼等，可經歷氣流至其等前進轉子葉片上；在水平氣流之任何時候，一半該 等轉子葉片將前進至盛行風向。有利地對該等葉片進行成形以便最大化進入空氣對該等後退葉片之影響，同時最小化該進入空氣對該等前進葉片之影響。已發現具有V形風斗之葉片，包含經設計成薩瓦尼斯風斗之葉片，特別適合收集該等後退葉片上之進入空氣以便旋轉該主軸。V形葉片亦特別適合在前進至該氣流中時以空氣動力學方式穿過該進入空氣，藉此減少由改動前進葉片經歷之阻力。減少阻力之能量損失提高該VAWT之效率。
在一些實施例中，該垂直軸線風力渦輪機進一步包括複數個徑向臂，其中該複數個葉片之各者由各自徑向臂附接至該主軸。依此方式，該等葉片經最佳定位以接收該進入氣流。此外，該徑向臂增加該主軸與由該進入空氣向該葉片施加力之點之間的距離。此增加各葉片之力矩臂，藉此對於給定進入空氣速度增加該主軸之旋轉速度。
在一些實施例中，該複數個葉片之各者包括上段及下段，該等段相對於該垂直軸線朝向該葉片之垂直中心傾斜，使得當沿該垂直軸線風力渦輪機之半徑觀察時，各葉片形成V形。具有此形狀之葉片係有利的，因為其等呈現之該徑向輪廓不同於該等百葉窗之該等內邊緣之間的矩形間隙。當該等葉片通過該等百葉窗時，不反復捕獲且接著釋放空氣，從而產生不期望雜訊污染，此等葉片允許在其等旋轉時更逐漸地進入空氣。換言之，其等切過該等矩形百葉窗間隙。此外，將該等葉片朝向徑向臂可定位於其處之垂直中心傾斜，將該進入空氣集中朝向該葉片之中心，藉此限制歸因於該等葉片邊緣處之空氣溢出之能量損失並增加該葉片中心處之壓力。
該第一電定子及該第二電定子可各包括圓周配置之線圈，其中該第一電定子之該等線圈偏離該第二電定子之該等線圈。該等線圈可 包括該線圈內之磁體。在該等線圈包括磁體之實施例中，該外殼可包括定位於該第一電定子及該第二電定子下方之定子通風口以便在阻擋濕氣進入時循環冷卻空氣。
該第一電轉子及該第二電轉子可各包括複數個圓周配置之永久磁體，且該第一電轉子之該等永久磁體可偏離該第二電轉子之該等永久磁體。如本文中關於該第一電轉子及該第二電轉子之該等永久磁體所使用，偏離描述該第一電轉子之該等磁體未配置於與該第二電轉子之該等磁體相同之圓周位置處及/或該第一電定子之該等磁體之極性與該第二電定子之該等磁體之極性相反。換言之，偏離描述該第一電轉子及該第二電轉子沒有圓周位置共用具有相同位置及極性之磁體。
相同定義適用於該等線圈之偏離。若該等線圈在其中不包括磁體，則偏離僅描述位置。若該等線圈確實在其中包括磁體，則偏離可指位置及/或極性。
「齒槽效應」係發電機中之不利效應，其中該轉子不平穩地旋轉，而係在特定旋轉位置之間跳躍或跳動。其可由該電定子與該電轉子在特定旋轉位置處的磁相互作用引起；在此等位置處，負扭矩施加至該電轉子，抑制其正常旋轉。藉由提供兩個電定子，其中線圈配置彼此偏離，該第一電定子及該第二電定子各在該轉子之不同旋轉位置處經歷齒槽效應。因此，該轉子不同時感受到來自兩個電定子之齒槽效應，從而降低平滑旋轉經顯著破壞之可能性，特別係在低轉速時。齒槽效應藉由該第一電轉子偏離該第二電轉子之該等永久磁體而進一步減少，且實際上幾乎可完全消除。此齒槽效應之減少提高VAWT在低風及多變風條件下高速旋轉之能力，藉此使其特別適用於此等條件常見之城市環境。
根據本發明，亦提供一種設備，其包括根據本發明之外殼及VAWT兩者。依此方式，該VAWT之效率可由其所定位之該外殼提高，並減少其環境影響。該VAWT在本文中描述為具有主軸及複數個葉片。將瞭解，該外殼適合於容納升力及阻力驅動轉子兩者，作為VAWT操作，包含(但不限於)：達流斯(Darrieus)、吉諾米爾(giromill)、直翼、槳葉、橫流及薩瓦尼斯轉子。
該垂直軸線風力渦輪機中之葉片之數目與該外殼中之百葉窗之數目不同，例如葉片之數目可大於百葉窗之該數目，例如葉片之數目可比百葉窗之數目大一或二。例如，該外殼中可能有六個百葉窗且該垂直軸線風力渦輪機中可能有七個或八個葉片。
亦將瞭解，對於葉片之數目與百葉窗之數目不同之本發明之實施例，葉片之數目可小於百葉窗之數目。
藉由使用不同數目個葉片及百葉窗，齒槽效應降低，因為該等葉片與該等百葉窗不再與其他葉片及百葉窗完美地「同步」。對於匹配數目個葉片及百葉窗，儘管鑒於先前技術，具有此一匹配數目之根據本發明之實施例仍係有利的，但各葉片將與每個其他葉片經歷相同開口之時間同時進入、行進通過及離開該等百葉窗之該等內邊緣之間的開口。因此，可增加在類似時間經歷類似力變化之葉片跳動而非平穩旋轉之趨勢。藉由使由該等葉片經歷之力不同步，可減少齒槽效應及雜訊污染。
101:設備
102:百葉窗
110:主軸
112:徑向臂
114:葉片
116:頂部部分
118:凸上表面
120:凸下表面
122:基底部分
124:凸上表面
126:凸下表面
128:內邊緣
130:外邊緣
132:上邊緣
134:下邊緣
136:第一電定子
138:線圈
140:第一磁性元件
142:第一渦輪機定子
144:第二電定子
146:線圈
148:第二磁性元件
150:第二渦輪機定子
152:連接部分
154:狹槽或通風口
156:第一電轉子
158:永久磁體
160:第二電轉子
162:永久磁體
202:百葉窗
204:半徑
264:第一圓
266:線
268:線
270:箭頭
302:百葉窗
304:半徑
306:直線
408:渦輪機配置
410:主軸
412:徑向臂
414:葉片
458:永久磁體
472:部分
473:風斗
474:薩瓦尼斯葉片
476:上/下葉片板
480:渦輪機配置
512:徑向臂
514:葉片
582:上區段
584:下區段
586:進入空氣
VA:垂直軸線
下文將參考以下附圖藉由實例描述本發明之實施例，其中：圖1繪示根據本發明之實施例之設備，該裝置包括兩者根 據本發明之實施例之VAWT及外殼。
圖2繪示根據本發明之實施例之外殼中之複數個百葉窗之截面俯視圖。
圖3繪示根據本發明之實施例之外殼中之複數個百葉窗之替代截面俯視圖。
圖4A繪示根據本發明之實施例之利用V形葉片之VAWT之渦輪配置之俯視截面圖。
圖4B繪示根據本發明之實施例之利用V形薩瓦尼斯葉片之VAWT之渦輪配置之截面俯視圖。
圖5繪示根據本發明之實施例之用於與VAWT一起使用之轉子葉片之側視圖或徑向視圖。
下文參考數個不同實施例及上述附圖來描述本發明。此等實施例僅係繪示性的且不旨在限制隨附申請專利範圍之範疇。
設備
參考圖1，繪示根據本發明之實施例之設備101。裝置包括外殼或殼體，兩者在本文中可互換使用。設備進一步包括垂直軸線風力渦輪機(VAWT)。設備101之特徵可具有與所描繪不同之相對大小。例如，外殼之高度可大於其直徑。
外殼包括繞由外殼及VAWT共用之垂直軸線VA圓周配置之複數個百葉窗102。百葉窗102各配置成距垂直軸線VA一定徑向距離，且繞垂直軸線VA等距間隔開。各百葉窗102之間的圓弧距離取決於外殼中百葉窗102之數目及外殼之直徑。百葉窗102通常係金屬或聚合物結構，然 任何合適剛性及防風雨材料係合適的。
外殼116之頂部部分具有凸上表面118及凸下表面120。凸表面116及118之曲率半徑可取決於上表面118之所需徑流特性、下表面120之所需空氣動力學特性及容納VAWT之轉子及定子所需之空間而變化。在下表面120中可有開口或孔口以允許主軸110通過。
外殼之基底部分122具有凸上表面124及凸下表面126。凸表面124及126之曲率半徑可取決於上表面124之所需空氣動力學特性、下表面126之所需附接及/或通風特性及容納VAWT之轉子及定子所需之空間而變化。在上表面124中可有開口或孔口以允許主軸110通過。
複數個百葉窗102安置於頂部部分116與基底部分122之間。百葉窗102可固定地附接至頂部部分及基底部分116/122之一或兩者，例如藉由焊接或黏著劑，或藉由熟習此項技術者明白之任何其他固定連接構件。百葉窗102可可釋放地附接至頂部部分及基底部分116/122之一或兩者，例如藉由可釋放機械緊固，或藉由熟習此項技術者明白之任何其他可釋放附接構件。可釋放附接可允許安全地移除頂部部分及基底部分116/122以便建構設備、執行維護或執行清潔。
複數個百葉窗102之各者具有內邊緣128、外邊緣130、上邊緣132及下邊緣134。內邊緣128係百葉窗之更靠近垂直軸線VA之邊緣。外邊緣130可形成外殼之外徑；如所展示，外邊緣130與頂部部分及基底部分116/122之外邊緣重合。百葉窗102之內邊緣128配置成形成以垂直軸線VA為中心之第一圓，即百葉窗102之內邊緣128全部定位於第一圓上，即百葉窗102繞垂直軸線VA圓周配置。百葉窗102之外邊緣130配置成形成第二圓，即百葉窗102之外邊緣130全部定位於第二圓上。一或多 個水平配置之圓盤(未展示)(其具有與第一圓與第二圓之間的徑向差類似(例如相同)之寬度)可定位於頂部部分116與基底部分122之間。一或多個圓盤可在其中具有狹縫以容納百葉窗102。此等圓盤可為外殼提供額外穩定性及剛性。
各百葉窗102之上邊緣132之幾何形狀與頂部部分116之下表面120之幾何形狀相匹配，且各百葉窗102之下邊緣134之幾何形狀與基底部分122之上表面124之幾何形狀相匹配。儘管此處上表面120及下表面124展示為凸面，因此百葉窗102之上邊緣132及下邊緣134必然係凹面的，但將瞭解，為了建構外殼之目的，任何匹配幾何合適。百葉窗102支撐頂部部分116，且因此具有足夠抗壓強度以承受頂部部分116之重量，且為外殼提供足夠剛度。
頂部部分116在其中容納第一電定子136。如所展示，第一電定子136包括四個不同部分，然而，將瞭解，包含一個之任何數目個不同部分係合適的。第一電定子136包括配置於距垂直軸線VA固定徑向距離處之對稱線圈138。儘管展示兩對線圈138，但將瞭解，可實施任何數目各線圈138以便在第一電定子136中發電，如熟習此項技術者將瞭解。第一電定子136包括在內徑向位置處之第一磁性元件140，即在第一電定子136之相鄰於垂直軸線VA且因此相鄰於主軸110之一端處。第一磁性元件140可包括一個以上磁體，使得磁排斥作用在一個以上方向上，即保持主軸110穩定。替代地，第一磁性元件140可為環形磁鐵。
頂部部分116進一步容納第一渦輪機定子142，其可固定地或可釋放地附接至第一電定子136，或可為不同。第一渦輪機定子142包括凹入式永久磁體，該凹部安置於第一渦輪機定子142中心內，即，該凹 部以垂直軸線VA為中心。凹部接收主軸110之第一端。凹部(包含凹部之基底及其側部)包括於第一渦輪機定子142之北磁極內，因此第一渦輪機定子142之背離主軸110之部分係第一渦輪機定子142之南磁極。接收於第一渦輪機定子142之凹部內之主軸110之第一端係主軸110之北磁極，使得主軸110及第一渦輪機定子142之凹部經歷遠離彼此之磁排斥。第一電定子136之前述第一磁性元件140經配置成使得北磁極相鄰於主軸110，使得第一磁性元件140及主軸110經歷磁排斥。
第一電定子136及第一渦輪機定子142可依熟習此項技術者將明白之任何方式容納於頂部部分116之內腔內並連接至頂部部分116之內腔。連接可為固定或可移除以促進清潔及維護。
基底部分122在其中容納第二電定子144及第二渦輪機定子150。第二電定子144包括對稱線圈146及第二磁性元件148。第二電定子144、線圈146、第二磁性元件148及第二渦輪機定子150相對於彼此及相對於基底部分122之配置係與關於第一電定子136、線圈138、第一磁性元件140及第一渦輪機定子142關於頂部部分116之描述相同，但兩個例外。
第二渦輪機定子150之凹入端之磁極為南，因此第二渦輪機定子150之背離主軸110之端之極性為北。第二磁性元件148因此具有南極。
線圈146之配置與線圈138之配置不對稱，使得第一電轉子156及第二電轉子160在相同旋轉位置處不經歷齒槽效應。
第一電定子136及第二電定子144可連接至適合將線圈138/146中產生之電傳送至終端使用點之電線(未展示)。終端使用點可為整合儲存系統，例如電池組，或可為在發電時需要電力之器具。第一電定 子136及第二電定子144可彼此連接以提供單一電源，或可各包括單獨佈線配置，使得其等適合單獨使用。
基底部分122經組態以連接至現有結構，例如如所展示，基底部分122經組態以連接至煙囪。因此，基底部分122包括連接部分152以促進與煙囪(未展示)之連接。連接部分152可經組態以藉由適當地經定大小且經成形以代替煙囪罐而連接至煙囪堆疊。連接部分152可包括用於連接至煙囪堆疊之頂部之平坦表面之水平凸緣(未展示)，且此等水平凸緣可包括用於連接螺栓以將基底部分122牢固至煙囪堆疊之孔。此外，狹槽或通風口154可形成於基底部分122內，可選地在連接部分152內以允許煙囪通風。為了連接至路邊護柱(未展示)，基底部分122可組態為具有逐漸減小之直徑，例如，以便促進連接。例如，為了連接至屋頂，基底部分122可組態有傾斜幾何形狀以便適應家庭屋頂之類似幾何形狀。
在圖1之例示性實施例中，基底部分122經組態以連接至煙囪。基底部分122及外殼之剩餘者因此可適當地經定大小以便替換煙囪罐。例如，百葉窗102之內邊緣128定位於其上之第一圓之直徑可為大致0.6米。百葉窗102之外邊緣130定位於其上之外圓之直徑可為大致1米。替代地，外圓之直徑可為大致1.2米。包含基底部分122、百葉窗102及頂部部分116之外殼之高度可為大致1米。依此方式，外殼適當地經定大小以放置於煙囪頂部，且不比其可替換之煙囪灌在視覺上更顯眼。
基底部分可替代地經組態以連接至本身可能移動之現有結構，以便使VAWT受益於由移動結構產生之相對空氣速度。例如，基底部分可經組態以將外殼連接至陸地車輛或海上船隻(例如船或遊艇)以便受益於由車輛或船隻之運動引起之經增加有效風速。商用及休閒車輛及/或船 隻兩者具有顯著能量需求，根據本發明之VAWT及外殼可對此做出貢獻，藉此提高車輛或船隻之效率並減少其氣候影響。
設備101亦包括VAWT。VAWT包括主軸110、徑向臂112、葉片114、具有永久磁體158之第一電轉子156及具有永久磁體162之第二電轉子160。將瞭解，VAWT亦可被認為包括電定子136/144及渦輪機定子142/150。預期現有VAWT可用根據本發明之外殼進行改裝，且取決於VAWT之建構，所提供之外殼可或可不包括電定子及渦輪機定子。
再次參考圖1，主軸110具有第一端及第二端。第一端具有北磁極且定位於第一渦輪機定子142之凹部內。第二端具有南磁極且定位於第二渦輪機定子150之凹部內。因此，主軸110在其兩端處由第一渦輪機定子142及第二渦輪機定子150及由第一磁性元件140及第二磁性元件148支撐，且能夠在不接觸定子之情況下相對於定子旋轉。此配置可指稱無摩擦磁性軸承。在一些實施例中，習知機械軸承(未展示)與無摩擦磁軸承結合使用以便為主軸110提供額外支撐。第一渦輪機定子142及第二渦輪機定子150可具有相等磁強度。替代地，第二渦輪機定子150可具有更大磁強度，以便考慮主軸110及附接組件之重量。
徑向臂112自中心主軸110延伸至葉片114。各葉片114可僅由一個徑向臂112或由複數個(例如如所展示，三個)徑向臂112連接至主軸110。
葉片114經定大小且經成形以定位於頂部部分116之下表面120及基底部分122之上表面124內且相對於其旋轉。因此，葉片114可與此等上表面124及下表面120之幾何形狀相匹配，例如具有凹上邊緣及下邊緣。在葉片與頂部部分116及基底部分122之間保持氣隙以便減少接觸 之可能性。
第一電轉子156在其第一端附近附接至主軸110。第一電轉子156包括至少一個永久磁體158，在圖1中展示兩個，且在圖4中展示三個，各磁體158與主軸110以等於或類似於線圈138距垂直軸VA之距離之距離間隔開。具有交替極性之複數個永久磁體158可繞轉子之整個圓周間隔開，如下文將更詳細描述。
將瞭解，如參考圖1所描述，設備之組件之磁極性可顛倒且達成相同效果。
發電機操作
在使用中，氣流接近百葉窗102之外邊緣130。百葉窗102與頂部部分116之下表面120及基底部分122之上表面124組合迫使氣流自相對較大橫截面至相對較小橫截面，使得氣流根據伯努利方程加速。另外，百葉窗102使氣流遠離其初始方向，徑向至外殼，使得可更有效地由葉片114使用。進入氣流填充葉片114，使其等在無摩擦磁軸承由第一電渦輪定子142及第二電渦輪定子150提供之情況下旋轉主軸110。
第一電轉子156及第二電轉子160附接至旋轉主軸110，因此其等與主軸110一起旋轉。隨著永久磁體158/162旋轉，其等產生旋轉磁場。線圈138/146因此經受變化磁通量，因此在線圈138/146中感應電流。線圈138/146連接至導體(未展示)，該導體將所產生之電傳遞遠離VAWT及外殼。
在各轉子磁體環之上方及下方兩者使用定子環更有效地利用由轉子磁體產生之旋轉磁場，該旋轉磁場在磁體上方及下方產生。因此，可藉由使用額外線圈來增加定子中所感應之功率。使用兩種轉子及定 子配置，一個在頂部部分116中且一個在基底部分122中，各在轉子磁體環之上方及下方兩者具有定子線圈環進一步提高由VAWT每轉子之旋轉產生之功率。
百葉窗
參考圖2，展示根據本發明之實施例之百葉窗202之配置之截面俯視圖。截面為平面A-A，其位置如圖1中展示。
在此例示性實施例中，繪示8個百葉窗202，然而，將瞭解，此僅藉由實例，且其他數目個百葉窗202係合適的。特定言之，可使用6個、8個、10個或12個百葉窗202。替代地，可使用12個以上百葉窗202。
百葉窗202繞垂直軸線VA圓周配置。百葉窗202等距間隔開，各百葉窗之內邊緣定位於與相鄰百葉窗之內邊緣之各者成45°之第一圓264上。將瞭解，此角度將取決於百葉窗202之數目而變化。在此例示性實施例中，百葉窗202係平板。
繪示第一圓264之例示性半徑204。各百葉窗202與第一圓264之半徑成角度α配置，第一圓264與相關百葉窗202之內邊緣相交。亦據說α係各百葉窗202與透過垂直軸線VA極相關百葉窗202之內邊緣之平面之間的角度。亦據說，各百葉窗202之內邊緣與外邊緣之間的直線與百葉窗202之內邊緣處之第一圓之半徑204成角度α。
角度α對於外殼之各百葉窗202係相同的，使得外殼之空氣動力學特性不依賴於風向。角度α可在85°與100°之間且例如可為90°。
如所展示，百葉窗202可在建構上相同。然而，在建構上彼此不同但共用共同角度α之百葉窗202將落入本發明之範疇內。亦可有 包括於外殼內之不共用角度α之額外百葉窗(未展示)，例如較小、中間百葉窗，或替代形狀之百葉窗。此等外殼仍被認為包括以角度α配置之複數個百葉窗。
進入空氣必須流過之橫截面由線266展示，且流出百葉窗202之空氣必須流過之最小橫截面由線268展示。當然，該面積將亦取決於外殼之頂部部分之下表面及基底部分之上表面之幾何形狀。然而，不管周圍組件之幾何形狀如何，可見百葉窗202提供顯著變窄之橫截面，其將影響進入空氣之加速。此外，如由箭頭270繪示，流出百葉窗202之氣流之方向經轉向以與第一圓264之切線更佳地對準，且因此與該第一圓264內之轉子葉片之旋轉對準。
在所描述之實例、實施例及態樣之任何者中，百葉窗經繪示為操縱氣流以促進VAWT之轉子之逆時針旋轉。然而，將瞭解，此僅藉由實例，且百葉窗之幾何形狀可經鏡像映射以代替促進VAWT之轉子之順時針旋轉。
參考圖3，存在類似於圖2中所展示之百葉窗之百葉窗302之配置。在圖3中，百葉窗302可為彎曲的以引起康得效應。例如，如圖3中展示，各百葉窗302可在一個以上的方向上彎曲以形成「S」形。如所展示，各百葉窗302之曲率方向可相同。
在具有彎曲百葉窗302之實施例(諸如圖3中所展示之實施例)中，情況仍係在各百葉窗302之內邊緣與外邊緣之間的直線306與百葉窗302之內邊緣處之第一圓之半徑304之間形成角度α。百葉窗之內邊緣與外邊緣之間的直線306可稱為百葉窗之弦。因此，亦可說α係各百葉窗302之弦306與穿過垂直軸線VA及相關百葉窗302之內邊緣之平面之間的角 度。
葉片
參考圖4A，繪示包含主軸410、徑向臂412及葉片414之渦輪機配置408。儘管經繪示為具有8個徑向臂412及8個葉片414，但將瞭解此僅係例示性的。
葉片414在沿垂直軸線觀察時呈「V」形，由以一定角度連接之兩個部分472形成。如所展示，部分472可為平坦的，或可為彎曲的。兩個部分472可由單一彎曲片形成，或可由彼此連接之兩個部分形成。部分472之一者連接至一或多個徑向臂412，徑向臂412繼而連接至主軸410。
參考圖4B，繪示包含主軸410、風斗473、薩瓦尼斯葉片474及上葉片板476之替代渦輪機配置480。如熟習此項技術者將理解，薩瓦尼斯葉片係最常由自垂直軸線徑向延伸之兩個風斗形成。風斗延伸至外徑向直徑且在渦輪機配置之中心處彼此重疊。
圖4B之風斗473形成為半圓形。風斗473橫越大於渦輪機配置480之徑向直徑之長度。對於各風斗，上葉片板476及下葉片板(未展示於上葉片板476下方)分別附接至半圓形風斗473之上邊緣及下邊緣，以形成具有由風斗473及上/下葉片板476界定之內部區域之薩瓦尼斯葉片474。
如所展示，兩個薩瓦尼斯葉片474配置成彼此重疊且彼此面對。中主軸410可形成為兩個分開部分，一者在垂直軸線處連接至上葉片板476，另一者在垂直軸線處連接至下葉片板。依此方式，主軸410不穿過薩瓦尼斯葉片474之內部區域。替代地，主軸410可形成為穿過薩瓦尼斯葉片474之內部區域之單一支柱。在此情況下，適當半圓形孔可在上 及下葉片板476中形成以便允許主軸410通過。
在操作中，薩瓦尼斯葉片474依與關於葉片114所描述之方式類似之方式操作。另外，填充葉片且藉此經轉動之任何空氣可透過內部區域之重疊部分流入相鄰薩瓦尼斯葉片474中。此在前進葉片以及後退葉片上提供力，針對給定空氣速度促進更快旋轉。將瞭解，儘管展示兩個薩瓦尼斯葉片474，但可使用任何數目個薩瓦尼斯葉片474。此外，儘管展示半圓形薩瓦尼斯葉片，但將瞭解，風斗473可為其他形狀，例如V形。
轉子葉片414/473可平行於垂直軸線，即其等係沿垂直軸線以直線擠壓之形狀。例如，在圖4A之情況下，葉片414之形狀為「V」形，以平行於垂直軸線之直線擠壓。替代地，葉片可相對於垂直軸線彎曲。換言之，當葉片旋轉時，各葉片之上邊緣可領先或滯後於其各自下邊緣。
其中當葉片旋轉時葉片之下邊緣領先上邊緣之此一實施例係螺旋薩瓦尼斯轉子配置，其採用(例如)兩個或三個螺旋鏟形葉片。在螺旋薩瓦尼斯轉子配置中，各葉片之上邊緣及下邊緣定位於主軸周圍之不同圓周位置處。各葉片之上邊緣通常經組態以在下邊緣之前經受來風，且葉片經組態以引導進入空氣沿葉片向下朝向下邊緣，且可選地繞主軸並進入一或多個其他葉片中。
圖4B中亦展示三個永久磁體458，具有經由第一或第二電轉子(未展示)而附接至(未展示)主軸410之交替北極(N)及南極(S)，如關於圖1所描述。儘管展示三個磁體458，但將瞭解，可使用任何數目個交替極性磁體。此外，將瞭解，磁體包圍轉子之圓周，而非僅係如所展示之部分。
參考圖5，繪示根據本發明之實施例之與VAWT一起使用之轉子葉片之側視圖或徑向視圖。換言之，葉片514被視為如沿徑向臂512定位。
葉片514具有上區段582、下區段584及上區段及下區段相交之中心。葉片中心定位於葉片514之垂直對稱線上，因此可指稱垂直中心。上區段582及下區段584朝向垂直中心傾斜，使得葉片形成V形。與上區段582及下區段584之尖端相比，垂直中心距進入空氣586之方向更遠，使得進入空氣朝向葉片514之垂直中心匯集。
葉片514在沿VAWT之半徑觀察時展示為V形，但在沿垂直軸線觀察時為平坦的。將瞭解，葉片在此兩個方面可為V形；當沿VAWT之半徑觀察且當沿垂直軸線觀察時。亦將瞭解，上區段582及下區段584可以任何適當角度成角度且可(例如)為對稱的。
將瞭解，上文僅藉由實例描述本發明，且可在由隨附申請專利範圍界定之本發明之範疇內進行修改。
實例
在第一實例中，測試根據本發明建構之外殼以判定能量回收之改良。
獲得兩個相同VAWT且一個在另一個頂部上安裝於家用屋頂上，使得其等接收實質上相同輸入風速及風向。選擇此設置係為了測試家庭設置中能量回收之改良，但將瞭解，在其他設置及其他進入風剖面中可達成類似優勢。VAWT各使用五個轉子葉片，沿徑向方向彎曲，使得葉片尖端更靠近VAWT旋轉中心(主軸)，而非葉片中心至VAWT旋轉中心。
根據本發明之外殼安裝於兩個VAWT之一者周圍，而另一 者根本沒有安裝。外殼使用12個百葉窗，角度α為90°，其中α係各百葉窗之內邊緣與外邊緣之間的直線與百葉窗之內邊緣處之VAWT之半徑之間的角度。
比較測試經設計成盡可能地減少外殼之衝擊，以便結果將指示使用根據本發明之外殼可達成之每分鐘轉數之最小改良。相關測試參數包含：
-將未封裝之VAWT安裝於已封裝之VAWT之頂部上，使得未封裝之VAWT接收非常高之輸入風速。
-選擇彎曲渦輪機轉子葉片，因為此等葉片自變窄百葉窗產生之文丘裡效應受益最少(與其他常見葉片形狀相比)。相鄰百葉窗之內邊緣(文丘裡管道之末端)與轉子葉片尖端之間的間隙使文丘裡之影響最小化。
-歸因於使用市售之VAWT，外殼之尺寸(除百葉窗之角度)無法針對氣流進行最佳化。
各VAWT之渦輪機轉子葉片之每分鐘轉數在48小時週期內量測。48小時週期期間之測試條件係混合的，主要係間歇性及低風速。
與未封裝之VAWT相比，封裝之VAWT平均達成每分鐘增加大致20%之轉子轉數。
在一個例示性60秒週期中，相比未封裝之VAWT量測為每分鐘7.9轉數，封裝之VAWT量測為每分鐘9.9轉數；增長超過25%。
特定其他發現包含隨風速增加，由封裝之VAWT達成之速度提高增加相對較高量。換言之，在較高風速下，由容納VAWT所產生之百分比改良更大。
因此，很明顯，當與未封裝之VAWT相比時，根據本發明之外殼達成最小20%之VAWT之經改良每分鐘轉數。歸因於使用如上詳述之測試參數故意限制外殼，熟習此項技術者將瞭解藉由使用根據本發明之外殼所帶來之改良在大多數使用情況下將大於20%，包含在更高風速環境及對外殼及VAWT之其他組件之最佳化。
101:設備
102:百葉窗
110:主軸
112:徑向臂
114:葉片
116:頂部部分
118:凸上表面
120:凸下表面
122:基底部分
124:凸上表面
126:凸下表面
128:內邊緣
130:外邊緣
132:上邊緣
134:下邊緣
136:第一電定子
138:線圈
140:第一磁性元件
142:第一渦輪機定子
144:第二電定子
146:線圈
148:第二磁性元件
150:第二渦輪機定子
152:連接部分
154:狹槽或通風口
156:第一電轉子
158:永久磁體
160:第二電轉子
162:永久磁體
VA:垂直軸線

Claims (24)

  1. 一種用於與垂直軸線風力渦輪機一起使用之外殼，該外殼界定垂直軸線且經組態以包圍垂直軸線風力渦輪機，該外殼包括：頂部部分；基底部分；及複數個百葉窗，其繞該垂直軸線圓周配置且安置於該頂部部分與該基底部分之間，其中：各百葉窗包括內邊緣及外邊緣；各百葉窗之該等內邊緣形成第一圓；各百葉窗以角度α配置，其中α介於85°與100°之間；且其中α係各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的直線與該百葉窗之該內邊緣處之該第一圓之半徑之間的角度。
  2. 如請求項1之外殼，其中α約為90°。
  3. 如請求項1或2之外殼，其中各百葉窗係彎曲的，使得各百葉窗之該內邊緣與該外邊緣之間的該直線為該百葉窗之弦，且α為該百葉窗之該弦與該百葉窗之該內邊緣處之該第一圓之該半徑之間的角度。
  4. 如請求項3之外殼，其中各百葉窗之曲率方向反轉一次，使得各百葉窗為S形。
  5. 如請求項1或2之外殼，其中該複數個百葉窗之數量包含選自以下構成之群組：至少6個、至少8個、至少10個及至少12個百葉窗。
  6. 如請求項1或2之外殼，其中該複數個百葉窗之至少一者與該複數個百葉窗之另一者相同、或類似或實質上相同。
  7. 如請求項1或2之外殼，其中該基底部分經組態以連接至現有結構。
  8. 如請求項7之外殼，其中該現有結構包括以下之至少一者：路邊護柱、建築物之屋頂及煙囪。
  9. 如請求項7或8之外殼，其中該基底部分包括至少一個狹槽。
  10. 如請求項1或2之外殼，其中該外殼之外徑在0.5米與2米之間。
  11. 如請求項10之外殼，其中該外殼之外徑為1米。
  12. 如請求項1或2之外殼，其經組態以包圍具有第一電轉子及第二電轉子之一垂直軸線風力渦輪機，其中：該頂部部分包括第一電定子，該第一電定子經組態以當該第一電轉子相對於該第一電定子旋轉時發電；該基底部分包括第二電定子，該第二電定子經組態以當該第二電轉子相對於該第一電定子旋轉時發電。
  13. 如請求項12之外殼，其中該頂部部分及/或該基底部分具有凸上表面及凸下表面。
  14. 如請求項12或13之外殼，其中該第一電定子容納於該頂部部分內且其中該第二電定子容納於該基底部分內。
  15. 一種包含如請求項1至14中任一項之外殼及一垂直軸線風力渦輪機的設備，該垂直軸線風力渦輪機包括：主軸，其界定垂直軸線；第一渦輪機定子；及複數個葉片，其附接至該主軸，其中該第一渦輪機定子及該主軸之第一端彼此磁性相對，使得該第一渦輪機定子支撐該主軸且使得該主軸及該等葉片可相對於該第一渦輪機定子繞該垂直軸線旋轉；其中該第一渦輪機定子具有形成於其中之中央凹部，該中央凹部經組態以接收該主軸之該第一端；第二渦輪機定子，其中該第二渦輪機定子及該主軸之第二端彼此磁性相對以支撐該主軸，且其中該第二渦輪機定子具有形成於其中之中心凹部，該中心凹部經組態以接收該主軸之該第二端。
  16. 如請求項15之設備，其進一步包括：第一電定子及第二電定子；第一電轉子及第二電轉子，該第一電轉子附接至該主軸之該第一端 以相對於該第一電定子旋轉，且該第二電轉子附接至該主軸之該第二端以相對於該第二電定子旋轉，使得在該第一電定子及該第二電定子中感應電流。
  17. 如請求項16之設備，其中該第一電定子包括安置於該主軸之該第一端處或朝向該主軸之該第一端之第一磁性元件，其中該第一磁性元件與該主軸之該第一端磁性相對。
  18. 如請求項16之設備，其中該第二電定子包括安置於該主軸之該第二端處或朝向該主軸之該第二端之第二磁性元件，其中該第二磁性元件與該主軸之該第二端磁性相對。
  19. 如請求項15至18中任一項之設備，其中該複數個葉片在沿該垂直軸線觀察時為V形，其中該等葉片為薩瓦尼斯(Savonius)葉片。
  20. 如請求項15至18中任一項之設備，其進一步包括複數個徑向臂，其中該複數個葉片之各者經由各自徑向臂附接至該主軸。
  21. 如請求項15至18中任一項之設備，其中該複數個葉片之各者包括上段及下段，該等段相對於該垂直軸線朝向該葉片之垂直中心傾斜，使得當沿該垂直軸線風力渦輪機之半徑觀察時，各葉片形成V形。
  22. 如請求項16之設備，其中該第一電轉子及該第二電轉子各包括複數 個圓周配置之永久磁體，且其中該第一電轉子之該等永久磁體偏離該第二電轉子之該等永久磁體。
  23. 如請求項12或13之外殼或如請求項16至18中任一項之設備，其中該第一電定子及該第二電定子各包括圓周配置之線圈，且其中該第一電定子之該等線圈偏離該第二電定子之該等線圈。
  24. 如請求項15之設備，其中該垂直軸線風力渦輪機中之葉片之數目與該外殼中之百葉窗之數目不同，例如其中葉片之該數目大於百葉窗之該數目，例如其中葉片之該數目比百葉窗之該數目大一或二。
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