专利名称：具有导向装置的立轴式风车的制作方法
以下全部说明书具体描述了发明以及实施方式。
背景自古以来，人类文明始终寻求用于悠闲和舒适生活的能源，因此发明了像风车那样的其他能源。最初，风车只在面粉厂生产和泵出水中使用。此后，发现了像石油燃料的众多常规能源，而所有这些都已经大量使用。结果，目前所有这些燃料即将耗竭。因此，人们再次不得不期待着有非常规能源出现，并不得不提高它们的技术。
如今，发电主要来自于自然和传统资源，如水、煤炭和石油产品，而由于现代人类消耗量增加以及资源成本上涨，对于社会和工业已经形成短缺。因此，对于环保和经济的非常规能源必须最大化利用并进一步提高。
最近几个世纪，在通过像地球上太阳能和风能的非常规能源的能量产生方面，出现了显著的改进和革新。然而，人类仍然始终不能以最优的方式来开发和利用风能。
目前，通过卧轴式和立轴式风车，利用风力发电，这有它们自身的缺点和缺陷。在卧轴式风车中，建造成本很大，操作受阻和困难，且不能在低风速下工作。而目前立轴式风车在增加的高度上以及在高风速下振动，不能在低风速下工作，并具有不稳定的高风险。此外目前立轴式风车的产生电力的性能比最佳状态低得多。
在立轴式风车的早先和现有设计中，风用于以均匀压力同时地撞击在向内朝向侧和向外朝向侧叶片，由此抵制了旋转并因此降低了效率。受风表面的面积只限制在转子的直径和高度。此外，在当前设计中，风速以自然获得方式来利用。
本发明(风导向装置)在其倾斜板和垂直板辅助下，通过朝向立轴式风车的风接收叶片使风力转向而把风能转换成机械能，因此最大程度地利用了接收的风。
图1示出了具有风导向装置的立轴式风车完整系统的计算机模型(俯视图)。其示出了不同部分的布置，例如基座结构1；径向系梁2；周向系梁3；具有弹簧张力挡板的窗口4；倾斜板5，其沿着转子周向成锥形并成角度布置；垂直板6，其沿着转子周向成放射状并成角度布置；具有盖子8的转子叶片7组件，其包括中心轴9，垂直旋转管10，以及顶底部支撑件11。
除了这些外，其他部分如齿轮箱12、连接系统13和发电机14。
图2为具有风导向装置的立轴式风车的三维透视图，该风车的布置与图1中提到的风车布置类似。
图3为具有风导向装置的立轴式风车的俯视图。不同标记的部件有基座结构1；径向系梁2；周向系梁3；倾斜板5，其沿着转子周向成锥形并成角度布置；垂直板6，其沿着转子周向成放射状并成角度布置。这些垂直和倾斜板具有带弹簧张力挡板的窗口4、转子组件7-11(具有叶片组件的中心轴，并且转子叶片可以运动。
图4为风导向装置基座结构1的三维透视图。
图5为具有带弹簧张力挡板的窗口4的倾斜板5的前视图，倾斜板沿着转子4周向成锥形并成角度布置。
图6为具有带弹簧张力挡板的窗口4的垂直板6的前视图，垂直板沿着转子周向成放射并成角度布置。
图7为转子组件的三维透视图。具有盖8的转子叶片7a、7b在中心轴9和立管10上安装有顶底部支撑件11。
图8为转子叶片7a、7b的前后视图，其中转子叶片为空心圆筒，一侧向内朝向/凹面7a，而另一侧向外朝向/凸面7b。转子叶片在凹侧的每个顶部和底部上具有盖8。盖8为圆筒盖板/罩。
图9为齿轮箱12、连接系统13和发电机组14的布局图。
图10为风循环的原理图，该原理用于本发明。在这里风通过垂直和倾斜板引导、转向并压缩，以更大速度集中撞击在转子叶片凹侧。
具体实施例方式
在充分研究和分析对实现发明最佳方式的描述后，本发明的这些和其他特征将变得更明显。当结合以下附图对本发明作出更清楚的描述。
图1为具有风导向装置的立轴式风车完整结构和系统的计算机模型(俯视图)。它示出了不同部分的布置，例如基座结构1；径向系梁2；周向系梁3；具有弹簧张力挡板的窗口4；倾斜板5，其沿着转子周向成锥形并成角度布置；垂直板6，其沿着转子周向放射并成角度布置；具有盖8的转子叶片7组件，其包括中心轴9、垂直旋转管10以及顶底部支撑件11。
除了这些部件外，其他部分有齿轮箱12、连接系统13和发电机14。每个部分的详细功能在如下个别图中说明。
图2为具有风导向装置的立轴式风车的三维透视图。本发明安装有倾斜板5，其沿着转子周向成锥形并成角度布置，装有/未装具有弹簧张力挡板的嵌入窗口4(图5)；倾斜板，从基座结构底部到基座结构顶部(图4)固定在两个相邻垂直板(图6)之间；垂直板6，沿着转子周向成角度并成放射状布置，装有/未装具有弹簧张力挡板的嵌入窗口(图6)，该垂直板从基座结构1底部到转子顶部7固定，其与转子具有径向间隙(图7)。倾斜和垂直板的顶部边缘经由径向系梁2和周向系梁3连接。
风导向装置的基座结构1(图4)包括位于其底部水平面的基台，和位于顶部和底部水平面的径向和周向系梁。基座结构(图4)的形状可以是任何规则和不规则成形的多边形。本说明书中附图为八角形多边形，其中基座结构顶部和底部多边形以一特定角度布置。
倾斜板5(图5)为规则或者/和不规则锥形并朝内部倾斜，从基座结构底部水平面到基座结构顶部水平面径向延伸。每块倾斜板固定在整个周向上两个相邻垂直板(图6)之间。每块倾斜板的一个底角沿着垂直板朝内侧倾斜沿伸，以便形成相对于底边和侧边的倾角。
每块垂直板6从基座结构底部固定到转子顶部。这些垂直板通过内侧和外铡边上的周向和径向系梁与基座结构和中心轴9连接。它们径向角度等于内外多边形之间的角度差。
在每两块垂直板之间，有一个倾斜板，这将形成倾斜并朝迎风面叶片成角度的形状和尺寸。每块垂直板还朝风接收叶片7a(图8)形成一角度。垂直板在转子周向上成角度并成放射状布置，并从基座结构底部安装到转子顶部。转子在其整个周向上围绕着倾斜和垂直板。这些垂直和倾斜板安装有具有弹簧张力挡板的嵌入窗口4。
图3为具有风导向装置的立轴式风车的俯视图。不同标记的部件有基座结构1；倾斜板5，其沿着转子周向成锥形并成角度布置，如图5；垂直板6，其沿着转子周向放射并成角度布置；倾斜和垂直板具有弹簧张力挡板的窗口4；径向系梁2；和周向系梁3(内侧和外侧)。转子叶片可以运动。其他的细节与在图2中的描述相同。
图4为风导向装置基座结构1的三维透视图。每块倾斜板固定在两个相邻垂直板之间。倾斜板的顶部边缘由径向系梁2和周向系梁3连接。其包括位于其底部水平面的基台和位于其顶部水平面的径向和周向系梁。
基座结构的形状可以任何规则和不规则成形的多边形。本说明书中附图为八角多边形，其中基座结构顶部和底部多边形以一特定角度布置。
在图5中，倾斜板为具有窗口4的规则或者/和不规则锥形，并朝内侧倾斜，从基座结构底部水平面到基座结构顶部水平面径向延伸。它们固定在整个周向上的两个相邻垂直板之间。
每块倾斜板的一个底角沿着垂直板边缘朝内部偏移，以便形成相对于底边和侧边的一个倾角。
倾斜板沿着转子周向成锥形并成角度布置，其朝转子叶片7a(图8)的风接收侧(凹侧)倾斜。它以环形阵列围绕转子布置。它从基座结构的基部到顶部边缘延伸。倾斜板的顶部边缘朝向内侧周向系梁倾斜，并朝向转子叶片7a的风接收侧(凹侧)成角度并成放射状布置。
在图6中，具有窗口4的垂直板6从基座结构底部以环形阵列延伸到转子的顶部布置。它们在内外边缘由周向系梁和径向系梁与基座结构连接。它们径向角度等于内外多边形之间的角度差。
垂直板沿着转子周向成角度并成放射状布置。它朝转子叶片7a的风接收侧(凹侧)径向形成一角度，而这随着每一设计的说明书可以有不同的变化。
图7为转子组件的三维透视图。叶片7a、7b为围绕立管10固定的空心圆筒部分。它们通过顶底部支撑件11固定在中心轴9上，并且能在垂向上旋转。每个叶片的前侧为朝向内表面7a的凹入形状，而后侧具有朝向外表面7b的凸出形状，同时在顶底部具有盖8。
图8为转子叶片的前视图和后视图。叶片为空心圆筒部分，一侧为向内朝向/凹面7a，而另一侧向外朝向/凸面7b。转子叶片在凹侧的每个顶底部上具有盖8。盖为圆筒盖板/罩部分。
图9示出了齿轮箱12、连接装置13和发电机组14的布置，这些装置联接一起，用于把机械能转换为电能，或者通过重量举升方法以潜在形式把它储存起来。
图10示出了风循环的原理，该原理用于本发明。在这里，风通过垂直板和倾斜板引导、转向并压缩，以更大速度集中吹在叶片凹侧。
操作方法本发明的主题、设计和原理利用了倾斜板5和垂直板6的布置，倾斜板沿着转子周向成锥形并成角度布置，垂直板沿着转子周向成放射状并成角度布置。每块倾斜板固定在两个相邻垂直板之间。垂直和倾斜板以这样一个角度取向布置，即风朝转子叶片(风接收叶片7a，图8)凹面转向、压缩和引导。倾斜和垂直板的顶部边缘由周向和径向系梁连接。
倾斜板5从基座结构的底部到顶部接收风，并朝转子叶片7a迎风侧(凹面)转向。此外，当风朝倾斜和垂直板同时吹时在两个垂直板内被压缩。
当风从任何方向吹时，它在到达转子组件(图7)前同时撞击倾斜板和垂直板。倾斜板将从底部朝转子叶片(风接收叶片7a)凹面径向吹来的风向上转向并引导，同时垂直板将朝转子叶片(风接收叶片7a)的凹面周向和径向地压缩并引导风，并产生一个沿轨迹的切向速度，从而明显地提高了旋转速度。此外，转子叶片的顶底部盖8将限制风在撞击转子叶片后向上和向下运动，这增加了风的压力，因此显著地提高了转数。在本发明中，垂直板6沿着转子周向成放射状并成角度布置，以及倾斜板5沿着转子周向成锥形并成角度布置，这使得风将成切线转向并且集中聚集在转子叶片(风接收叶片7a)的迎风侧凹面上；因此根据板和转子叶片布置提供更大强度的顺时针方向或者逆时针方向的更快旋转。此系统不允许叶片在相反的方向旋转，而不是在任何假设条件下设计的。
在每两个垂直板6之间，有一个倾斜板5，这将形成这样的形状和尺寸，即将只朝风接收侧(凹侧)叶片7a的吹来的风转向、压缩和引导。同时，径向成角度的垂直板6阻止凸面(向外朝向)侧转子叶片7b不受相反方向的风撞击，而这些风向迎风叶片(风接收叶片7a)转向。
本发明在低风力中最有用；它接收更多风，并通过穿过垂直和倾斜板来使风转向、压缩并引导风来提高风速。此外，它利用了从任何方向吹来的风，并把风能转换成机械能，而该机械能进一步转换为电能，或者通过重量提升法以潜在形式存储。
如果风速比最大容许速度高，则固定在倾斜和垂直板5、6的具有弹簧张力挡板4的嵌入窗口将打开，允许过量的风从一侧通过，并根据设计参数保持转子的R.P.M.(每分钟转数)。此外，风吹向风导向装置，并在风导向装置的另一侧(背风侧)形成低压力，这进一步协助转子平稳地旋转(图10)。
此外，在叶片凹入侧被压缩的风和在凸出侧未压缩的风将形成压差，并引起更大的旋转(图10)。
通常的立式风车在整个转子组件上接收风，而本发明的结构和系统根据倾斜和垂直板(围绕转子以圆周阵列布置)的长度、宽度及高度来扩展转子组件的操作区域，并设计成朝转子组件接收过剩的风并使其转向。
因此，这种带有倾斜和垂直板的系统将使叶片的旋转和风车的效率便加优化。甚至正常的微风也能被利用来产生能量。
齿轮箱12、连接装置13和发电机组14安装在基座结构内，用以把机械能转换为电能，或者通过重量提升法以潜在形式储存起来。
本发明将被证明有益于人类文明、工业和经济，以及特别有利于全球能源的合理利用，由于具有经济性，长效性以及维护简单而具有广泛的应用领域。本发明是我们连续研究、分析、实验、奉献、远见和付出的结果。
(按照条约第19条的修改)1.一种立轴式风车，使用风导向装置使风转向，其包括位于其底部水平面的基台(1)；径向系梁(2)；周向系梁(3)；基座结构(图4)；倾斜板(5)，其为锥形并成角度布置；垂直板(6)，径向地成角度布置；具有盖(8)的转子组件，其包括转子叶片(7a、7b)、中心轴(9)、立式旋转管(10)、顶部和底部支撑件(11)；齿轮箱(12)；连接系统(13)和发电机(14)，其中，所述倾斜板(5)固定在两个相邻的垂直板(6)之间，从基座结构底部到顶部成一定角度和倾斜度；垂直板(6)与转子成一定角度和间隙从基底底部径向固定到转子顶部。转子叶片(7a、7b)是在凹侧的每个顶部和底部上具有盖(8)的空心圆筒部分，同时其固定在立式旋转管(10)上，而该立式旋转管(10)固定在中心轴(9)上的顶部和底部支撑件。转子组件围绕立式轴旋转。不同部件的布置用以接收更多的风，保护向外朝向(凸侧)的转子叶片(7b)，在倾斜板(5)和垂直板(6)的协助下使风转向、压缩和引导，集中朝向转子叶片(7a)的风接收侧/凹侧。
2.如权利要求1所述的立轴式风车，其中每块倾斜板的顶部边缘朝内周向系梁倾斜，并朝转子叶片(7a)的风接收侧成角度和成放射状布置。
3.如权利要求1或2所述的立轴式风车，其中倾斜板的特征在于，所述倾斜板是规则或/和不规则的锥形，并从基座底部水平面到顶部水平面延伸而径向地朝内倾斜。
4.如权利要求1或2所述的立轴式风车，其中每块倾斜板的一个底角沿着垂直板边缘朝内偏移，以便形成相对于底边和侧边的倾角。
5.如权利要求1所述的立轴式风车，其中每块垂直板在转子的周向上成角度和成放射状布置；每块垂直板朝转子叶片(7a)的风接收侧倾斜，而其倾斜角度根据设计要求变化。
6.如权利要求1或5所述的立轴式风车，其中垂直板的特征在于，所述垂直板是规则或/和不规则四边形形状，并从基底底部水平面到转子顶部延伸而径向地朝转子叶片(7a)的风接收侧成角度倾斜。
7.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中在每两个垂直板之间布置一倾斜板，该倾斜板的形状和尺寸设计成朝转子叶片(7a)的风接收侧倾斜并形成一定角度布置。
8.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中转子在它的整个的周向上围绕有倾斜和垂直板，所述板安装或者未安装具有弹簧张力挡板的嵌入窗口(4)。
9.如权利要求1或7所述的立轴式风车，其中转子叶片是空心圆筒部分，一侧向内朝向，另一侧向外朝向，在该凹侧的每个顶部和底部上装有盖(8)。
10.如权利要求1所述的立轴式风车，其中基座结构的形状可以是任何规则或者不规则形状的多边形，基座结构的顶部和底部多边形以一定角度设置。
11.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中倾斜板(5)和垂直板(6)的布置用以接收更多的风，保护转子叶片向外朝向的凸面(7b)，使风转向、压缩并引导，集中朝向转子叶片的风接收侧。
12.如权利要求1所述的立轴式风车，其中根据转子设计和垂直板的布置角度，转子的运动方向可以为顺时针或者逆时针方向。
13.如前述权利要求任意一项所述的具有风导向装置的立轴式风车，本发明的风导向装置还可以以完全相同原则与水车一起配合使用，通过引导河/海洋的水以提高水车效率，转子可用于卧式和立轴式型水车来产生电能。
权利要求
1.一种立轴式风车，使用风导向装置使风转向，其包括位于其底部水平面的基台(1)；径向系梁(2)；周向系梁(3)；基座结构(图4)；倾斜板(5)，其为锥形并成角度布置；垂直板(6)，径向地成角度布置；具有盖(8)的转子组件，其包括转子叶片(7a、7b)；中心轴(9)；立式旋转管(10)；顶部和底部支撑件(11)；齿轮箱(12)；连接系统(13)和发电机(14)，其中，所述倾斜板(5)固定在两个相邻的垂直板(6)之间，从基座结构底部到顶部成一定角度和倾斜度；垂直板(6)与转子成一定角度和间隙从基底底部径向固定到转子顶部。转子叶片(7a、7b)是在凹侧的每个顶部和底部上具有盖(8)的空心圆筒部分，同时其固定在立式旋转管(10)上，而该立式旋转管(10)固定在中心轴(9)上的顶部和底部支撑件。转子组件围绕立式轴旋转。不同部件的布置用以接收更多的风，保护向外朝向(凸侧)的转子叶片(7b)，在倾斜板(5)和垂直板(6)的协助下使风转向、压缩和引导，集中朝向转子叶片(7a)的风接收侧(凹侧)。
2.如权利要求1所述的立轴式风车，其中每块倾斜板的顶部边缘朝内周向系梁倾斜，并朝转子叶片(7a)的风接收侧(凹侧)成角度和成放射状布置。
3.如权利要求1或2所述的立轴式风车，其中倾斜板的特征在于，所述倾斜板是规则或/和不规则的锥形，并从基座底部水平面到顶部水平面延伸而径向地朝内倾斜。
4.如权利要求1或2所述的立轴式风车，其中每块倾斜板的一个底角沿着垂直板边缘朝内偏移，以便形成相对于底边和侧边的倾角。
5.如权利要求1所述的立轴式风车，其中每块垂直板在转子的周向上成角度和成放射状布置；每块垂直板朝转子叶片(7a)的风接收侧(凹侧)倾斜，而其倾斜角度根据设计要求变化。
6.如权利要求1或5所述的立轴式风车，其中垂直板的特征在于，所述垂直板是规则或/和不规则四边形形状，并从基底底部水平面到转子顶部延伸而径向地朝转子叶片(7a)的风接收侧(凹侧)成角度倾斜。
7.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中在每两个垂直板之间布置一倾斜板，该倾斜板的形状和尺寸设计成朝转子叶片(7a)的风接收侧(凹侧)倾斜并形成一定角度布置。
8.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中转子在它的整个的周向上围绕有倾斜和垂直板，所述板安装或者未安装具有弹簧张力挡板的嵌入窗口(4)。
9.如权利要求1或8所述的立轴式风车，其中转子叶片是空心圆筒部分，一侧向内朝向，形成凹面(7a)，而另一侧向外朝向，形成凸面(7b)，在该凹侧的每个顶部和底部上装有盖(8)。
10.如权利要求1所述的立轴式风车，其中基座结构的形状可以是任何规则或者不规则形状的多边形，基座结构的顶部和底部多边形以一定角度设置。
11.如前述权利要求任意一项所述的立轴式风车，其中倾斜板(5)和垂直板(6)的布置用以接收更多的风，保护转子叶片向外朝向的凸面(7b)，使风转向、压缩并引导，集中朝向转子叶片(7a)的风接收侧。
12.如权利要求1所述的立轴式风车，其中根据转子设计和垂直板的布置角度，转子的运动方向可以为顺时针或者逆时针方向。
13.如权利要求1所述的具有风导向装置的立轴式风车，本发明的风导向装置还可以以完全相同原则与水车一起配合使用，通过引导河/海洋的水以提高水车效率，转子可用于卧式和立轴式型水车来产生电能。
全文摘要
本发明涉及一种具有导向装置的立轴式风车，其中垂直板以环状阵列从基座底部固定到转子顶部。在两个垂直板之间，倾斜板从基座结构底部固定到基座结构顶部。这些板朝转子叶片的凹侧倾斜。垂直和倾斜板成角度径向固定，这样无论何时风从任何方向吹来，都被压缩然后转向风接收叶片。此外，垂直板保护转子叶片的凸侧不受风吹，而此时的风转向到风接收叶片。
文档编号F03D3/04GK101080569SQ200680001398
公开日2007年11月28日 申请日期2006年2月27日 优先权日2005年3月22日
发明者威那德·卡玛·凯曼莱尔·卡瑞亚 申请人:威那德·卡玛·凯曼莱尔·卡瑞亚