[發明專利]水平軸式風力渦輪機

無效

• 申請號: 95198001.7
• 申請日: 1995-10-13
• 公開（公告）號: CN1205053A
• 公開（公告）日: 1999-01-13
• 發明（設計）人: 尼爾斯·埃里克·吉斯拉松
• 申請（專利權）人: 尼爾斯·埃里克·吉斯拉松
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 文琦

發明背景

1．發明領域

一般來說，本發明涉及用于產生電能的渦輪機，更具體地說，涉及水平軸式風力渦輪機。

2．先前技術的說明

在整個歷史長河中，人類文明都在渴望得到更好和更有效的產生能源的方法。一些地方，不是經常有礦物燃料，而且長距離運輸，價格昂貴。核能會產生不需要的放射性廢料，并具有發生基督教啟示性的事故(apocalyptic?accidents)的潛在危險。使用太陽能的前景，由于利用太陽能量所必需的設備價格昂貴而變得暗淡了。水力發電需要流動的水，并經常要破壞正常的水道。看起來，風力是唯一可以容易獲得和安全的能源。

雖然，幾個世紀以前已經在開發，但今天，風力發電裝置仍是人們喜愛的一個能源產生裝置。以前用于磨谷物的風車已經用來產生電力。風車已經發展成風力渦輪機，其中風能不再轉動壓在谷物上面的石頭輪子，而是使磁鐵通過導線線圈旁邊來發電。在風力渦輪機中，風力推動一個輪子的葉片，該輪子就起發電機轉子的作用。

一段時間以來，已經開發了一些風力渦輪機，它們可以有效地工作，以補償許多阻礙協調地回收風能的天然障礙。例如，風向的偏移可以使一臺固定的風力渦輪機停止工作，因此，風力渦輪機的結構應有不同的回轉方法，使風能以最佳的方式沖擊葉片。此外，已經開發了一些風力渦輪機，使得風速的變化對風力渦輪機的結構牢固性和發電潛力比較沒有影響。

水平軸式風力渦輪發電機已經證明在風力發電方面是非常有效的。一般，它由安裝在高塔頂上的一個發動機舵組成。該發動機舵內裝置一個傳動裝置，用以將轉子的轉速增加至發電機的速度，另外還需要一些使電力平穩的裝置，以便補償風力的周期性波動和風陣。該發動機舵還包括一個高強度的軸，用以安裝一個大的轉子輪轂和葉片。該發動機舵在水平平面內轉動，以調整至風流的方向，使轉子面對迎面而來的風。

然而，水平軸式風力渦輪機并不是沒有問題。該傳動裝置需要定期的維護和修理，而該傳動裝置就是水平軸式風力渦輪機設計的主要花費。另外，該主軸不但必須承受轉子輪轂和葉片的負載，而且必須承受振動和風陣的負載。此外，在增強支承沉重的發動機舵的塔結構方面，也會有很大的花費。

水平軸式風力渦輪機的另一個問題是轉子直徑太大和轉子葉片數太少。水平軸式風力渦輪發電機通常轉子直徑至少有20米，而設計成只帶有兩個或三個葉片。一般的規則是，如果風力渦輪機有許多葉片，則轉子的堅固性增加，回轉速度較慢，并產生較小的噪聲。然而，水平軸式風力渦輪機采用少量的葉片，因為通常葉片的設計和制造較昂貴。而且，水平軸式風力渦輪機的轉子直徑增大，在風速大時，使葉片的控制和保持結構牢固性較困難。

對于水平軸式風力渦輪機，需要簡單的結構、低的生產成本、低的維修費用和可靠的結構牢固性。

1873年12月30日頒發給Emilius?Sanderson的美國專利145，970號表示了支承一個風輪的水平軸兩側的概念。

1883年2月27日頒發給Homer?B．Sprague的美國專利273，182號和1992年11月10日頒發給Alfred?J．Eggers?Jr．的美國專利5，161，952號表示了使用具有輻條的輪緣，以支承葉片。這些專利表示了一個空氣動力學葉片形狀，以及使用在輻條上作有螺紋的葉片。

1883年7月31日頒發給Carl?F．W．Schramm的美國專利282，122號表示了一臺風車，它可根據風速的變化，自動進行調節。

1903年1月6日頒發給Luis?Soria?Y．Hernandez的美國專利717，939號表示了一臺在有輪子的基座上轉動的風力渦輪機。

1912年1月23日頒發給Judson?A．Bennett的美國專利1，015，416號表示了一個支承在其上安裝著一臺風車葉片的水平軸兩端的框架結構。當該框架的外部拐角沿著一條圓形軌道轉動時，該結構的中心柱保持固定不動。

1917年7月10日頒發給Albert?H．Heyroth的美國專利1，233，232號，1934年1月23日頒發給Hermann?Honnef的美國專利1，944，239號和1939年7月13日頒發給Clement?Lean的英國專利文件507，555號表示了利用一個葉片結構的輪緣，與一個固定的定子部份結合以產生電力。

1982年4月6日頒發給Schachle等人的美國專利4，323，331號表示了一種框架結構，其中一個渦輪機支承可轉動地安裝在一個基座在地面上的支座件上。