一种飞行风能转换器的制作方法

专利名称：一种飞行风能转换器的制作方法
一种飞行风能转换器 目前人们正考虑如何利用诸如风能一类的再生资源发电。本发明涉及风力涡轮机
的安装和支持以及利用移动方式来定位的风力涡轮机，以便最大限度地提高输出功率和减少环境问题。 利用气球或充满诸如氦气一类轻于空气气体的结构来安装和支持风力涡轮机面
临的一个问题是，风力在推动涡轮叶片的同时，也给安装在其上的结构造成压力。 尽管将气球或充满诸如氦气一类轻于空气气体的结构栓系在地面上，风力仍会将
其吹离位置，给固定气球的缆绳造成巨大压力。 需要解决的问题是，如何克服安装在气球或充满诸如氦气一类轻于空气气体的结构上的风力涡轮机在利用风力推动叶片的同时对其结构造成的压力，以便使气球或结构能停留于应在的位置上。如不能解决这一问题的话，风将会把气球吹离设定的位置，使风力涡轮机失去或减弱效率。如果气球顺风飞行，风力涡轮机的叶片也无法转动得很快。别的问题还包括如何将发生的电力输往地面。输送电力的电缆可能会断开。如果气球栓系在缆绳上，当缆绳受到很大压力时，也可能会突然断开。 同时，气球或充满诸如氦气一类轻于空气气体的结构相对于风的角度在风力的压力下会改变，使其很难维持在气球能支持的最佳位置。如果风力涡轮本身与风产生一个角度，发电效率就会降低。 本发明如权利诉求一中所述是一种风能转换器。这一装置将停留在不同高度的空中以利用大大快于地面与海面的高空风速。同时也能避免地面风力涡轮机造成的诸如噪音和影响景观等环境问题。 这是通过减小风力对气球或结构造成的压力，避免将气球吹离设定位置来实现
的。本发明的主要特征是，通过本发明的机理和方式，及所设计的若干实施例来让气球和结
构本身将风力对其造成的压力吸收，从而使其不会被风吹离设定的位置。 这一目标可用不同的方式或本发明所述的实施例来实现，但是其工作原理仍将如
本发明公布的一样，即是吸收风力对气球或充满轻于空气气体的结构造成的压力来维持其
设定的位置而不被风刮偏。 在本发明列举的第一个实施例中，风力对气球造成的压力是通过用于发电的风力
涡轮机的叶片来吸收的，该叶片大到足以覆盖气球前部迎风面的整个区域。如图l所示，当
涡轮叶片1与风接触时转动，带动发电机3发电。与此同时，叶片将气球的一面18屏蔽起
来保护其不受风的影响。这样就可以防止风力给气球4造成压力，使其偏离定位，或防止风
力给栓系气球将其固定于地面的缆绳造成压力。风力涡轮机的叶片可用足够大的尺寸来覆
盖整个气球或部分气球，以减少风力对其的压力，将其吹刮偏离理想的位置。 另一种不是依据本发明而作出的设计方案是，通过非发电的涡轮叶片来吸收风造
成的压力。如图6所示，吸收风力的叶片1通过轴2与结构4相联接，用足够大的尺寸制作
的，独立转动的叶片来屏蔽保护整个或部分结构，或屏蔽保护该结构的一边或多边。 本发明列举的第三个实施例是使风力造成的压力通过气球或充满轻于空气气体
的结构的自身旋转来吸收，如

图13，图14a和14b所示。图14a说明用鳍形翼片22来获取风能。当鳍状翼片与风接触时，整个结构会朝箭头21标明的方向转动。图14b显示气球或
充满轻于空气气体结构的内部。随着气球的转动，发电极3被其带动发电。轴2a未与鳍状
翼片连接，但结构4转动时会带动其转动，轴2a的转动再带动发电机来发电。 第三实施例是本发明的一个衍变实例。如图13所示，当风吹气球时，气球自身转
动来吸收风力造成的压力。发电机吊载于气球或充满轻于空气气体的结构的下部，通过气
球4自身的转动，带动与发电机连接的穿心轴19的转动，从而驱动发电机来发电。 本发明的实施例或其衍变实施例可由图26，图27和图28来说明气球4可向不同
的方向转动，气球可从底部47a转动到顶部47b，与气球相连的整个结构29会朝标记为49
的方向移动，气球也可向别的方向转动。图26所示的发明将在后作详细的说明。 本发明装有风涡轮机的气球和结构可以飞行移动或用缆绳栓系在地面固定点上。 本发明公布的吸收风力的实施例可以用于推动飞船或充满氦气或其他轻于空气
气体的气球。本实施例不是为了发电而是利用风能来推动飞船飞行。它使逆风对飞船的行
驰不仅不构成问题和障碍，并且为其提供了能量，让飞船不依赖于常规的能源朝不同方向
飞行。在本发明的该实施例中，可让气球一边的涡轮机叶片停止转动来减少其对风的阻力，
并将风能从涡轮叶片通过齿轮，传动皮带和滑轮传输。被传输的能量可用来提供飞船螺旋
推机器前进或横向飞行的动力。这样，推动气球前进或朝其他方向飞行的动力是来自风力
而不是其他的能源。 目前人们正在寻求利用如风力的再生资源发电的方式。本发明并非实际的风力涡
轮发电机，而是一种让风力涡轮机定位并保持其位置的途径，从而解决环境问题。这些环境
问题包括机械噪音，影响景观，占地空间大等等。与此同时，本发明可通过将风力涡轮发电
机放置于或移动到风速最高的区域来最大限度地增加发电量，或将风力涡轮发电机移动到
需要供电的地点。空气流速最快的地方是高空而不是地面。本发明能使风力涡轮机移动到
不同的空中位置来获取比其他地方更大的风速。 本发明提供的若干实例将用所附的18页图形来说明。 在所有说明书附图中，同样的特征将用同样的数字标明。特征的形状与大小会有 所不同。本发明实例的衍变方案也将在说明中提及。例如，4指气球或充满轻于空气的气体 的结构，但在说明的其他部分仅仅提及气球。 本发明涉及风力涡轮机的安装。风力涡轮机是指一套设备，包括一部发电机，该发 电机用数字3来在所有的附图中标明。该发电机被转动而发电。如图所示，当涡轮叶片 与风接触时叶片转动，带动发电机内的轴19转动。风力会带动一个或多个风轮转动，从而 带动轴2转动，轴2的转动导致发电机发电。涡轮叶片1牢牢地固定在轴2上。
发电机用3说明。 气球或充满轻于空气气体结构用4说明。 用于将气球固定于地面的缆绳用5说明。 用于将电力输送到地面或全国电力网的电缆用5a说明。 收放缆绳的绞车用6说明。 用于稳定气球的翼片7说明。 用于稳定气球的机翼用8表示。 图7中的设计不涉及本发明，连接气球4与发电机3的部件结构用9说明。
图4所示不涉及本发明的一种设计方案，其中所述的挠性接头连接气球和风力涡 轮机。 风力涡轮机叶片1的转动方向用图12中的箭头11来说明。 说明书附图中所示的虚线圆圈不是结构的一部分，而是用来说明涡轮叶片1或23 转动的圆形轨迹。 本发明使用两种不同类型的涡轮叶片1和23。涡轮叶片1是风力驱动的；螺旋推 机器23是推动气球向前飞行的。 螺旋推机器23是由一组或多组螺旋推机器组成用来推动气球向前飞行，其动力 来自涡轮叶片l获取的风能。 本发明使用齿轮，滑轮和传动带。可使用的传动带类型包括V字形传动带。
齿轮用蜗杆传动齿轮或锥形齿轮。当风能被传送到气球或结构的不同部分时，这 些传动齿轮可以改变风能的方向和速度。 用风能作动力的齿轮叫做驱动齿轮，在说明书附图中用12a来表示。 连接驱动齿轮12a的齿轮使用由驱动齿轮12a传递的能源来推动图12中所示的
发电机3工作，或者用来推动螺旋推机器23以使图16和图17所示的气球或飞船向前飞行。
该齿轮被称为从动齿轮，在说明书附图中用12b来表示。 结构中的传动皮带长度不一，它们用13来说明。 可以自由移动的滑轮牢牢地固定于驱动齿轮12a上，传动皮带13从其上经过。该 滑轮用14来说明。当涡轮叶片1把获得的风能通过传动皮带传递时，滑轮14转动如图22 所示，滑轮一端40牢牢地固定于驱动齿轮12a上，滑轮14转动时带动驱动齿轮12a转动。
轴2圈套于用14b来表示的滑轮之中，轴2可以在结构17中任意移动。该结构17 支承传动轴但不将其固定死。滑轮14b的两端都未固定死。 所有用14， 14b， 14c和14d表示的滑轮通过套在其上的传动皮带转动。滑轮接受 或传递由涡轮叶片1获得的风能。传动皮带可以在滑轮上任意移动。 滑轮14c如图25和26所示。滑轮14c用来套住移动的传动皮带，由皮带将风能
传送到不同角度的结构各个部分。滑轮14c由结构17支承但不固定死。 图12中的滑轮14d与滑轮14基本相同，不同之处在于滑轮14并非牢牢地固定于
发电机轴19之上。图14所示的固定端牢牢地固定在驱动齿轮12a上。设置固定端的原因
是将传动带的能量输送到发电机中心轴19或者输送到驱动齿轮12a上。 涡轮叶片1的轴用2表示。 图12中轴2 —端牢牢地固定于从动齿轮12a上的点16处。结构中用来支承滑轮 14， 14b， 14c的部分用17来说明。
气球的侧面用18来说明。 发电机内的轴的转动直接导致发电机发电。这一穿心轴部件用19说明。
风向用箭头20来表示。 在本发明公布的实施例的衍变方案中，如图13，图14a和图14b所示，气球转动的 方向用箭头21表示。 图13，图14a和图14b中的可被风力转动的曲线形的翼片用22说明。 图16和图17中所示的螺旋推机器用来推动气球和飞船向前飞行，其能源是由驱动齿轮提供的。该螺旋推机器用23来说明。 图16中为气球提供附加能源使其向前飞行的风帆用24来说明。
图16所示栓系和控制风帆24的索具用25来说明。
用于升降机舱28的缆绳用27来说明。 用于运载机组人员，乘客，货物和设备以及控制气球的机舱用28来说明。 图16中的气球骨架用于支承航空器不同部件，包括风帆24，涡轮叶片1以及联接
在结构上包括支承滑轮14， 14b和14c的结构部分17， 该骨架用29来说明。 地面用30说明。 图9中所示气球横移的一侧用31来标记，其移动的方向用箭头32说明。当在31 一侧的涡轮叶片1转动减缓，从而吸收较少的风能，使风力给该侧增压时，气球会朝32标示 的方向移动。 在图17中所示的气球骨架29中，安装支承从动装置12b，能使从动装置12b在其 中自由转动的部件用33来说明。 在图17中，涡轮叶片未全部绘出，该部分用35标示。同样，图18中并未显示所有
的传动皮带，延续的部分用36来标示。为简化起见，本发明说明书附图显示本发明的一部
分。37标明本发明附图延续的部分。察看全部说明书附图有助于理解本发明。 —组或多组涡轮叶片1来说明 —端连接涡轮叶片的风力涡轮机轴用2来表示。 风力涡轮机的工作原理是，风力驱动涡轮叶片带动发电机轴转动发电。本发明中 的涡轮叶片l和风力涡轮机轴2牢牢地固定在一起。发电的发电机用3来标示。发电机的 穿心轴用19来表示。 风力涡轮机安装于气球上以利用高空中的高速风力和减少诸如噪音和其他风力 涡轮机影响环境的问题。在每一说明书附图中，同样的数字用来表示本发明的同样部件。例 如，所有附图中的数字4是指气球或充满轻于空气气体的结构。4的形状和大小在附图将有
所不同。 图l所示为一种风力涡轮机的剖视图。该机部件1，2，安装在气球4之上。其中发 动机3在气球内部。 图2所示为一种风力涡轮机的主视图，该机的叶片安装于气球4上。 图2所示为安装于气球上的一种风力涡轮机的剖视图，其中气球4前后两边安有
风轮1。 该图也说明怎样将气球用缆绳在地面点6拴住。发出的电力将由电缆5a输往全 国电力网。 图4所示为不是依据本发明提供的一种实施方案的主视图，其中风力涡轮机及其 叶片1和发电机3吊载于气球14的下部。 图5所示为图4说明的实施方案中的风力涡轮和起稳定功能的机翼和翼片。
图6为图4中说明的实施方案的侧面图，其中风力涡轮机吊载于气球下部。
图7所示为图4中说明的实施方案中的挠性接头IO，该接头连接气球与吊载的风 力涡轮机。
6
图8为本发明的主视图，也是风力涡轮机叶片1的主视图。
图8b所示为图8中涡轮叶片l后的气球4。 图9所示为气球4各侧的涡轮叶片以及风力涡轮机2的传动轴。 图10和图11为上下两面各安装一组涡轮叶片1的气球4的侧面图。 图12为一种衍变设计中由齿轮，滑轮和传动皮带组成的传动系统，该项设计将若
干组涡轮叶片1安装在气球4的不同位置，本发明的这一衍变的实施例可将由风驱动的涡
轮叶片而获得的能源传输到各个不同的方位来推动一台发电机3，以减轻结构的重量。 图13所示为本发明的一个衍变的实施例。在这个实例中不需安装涡轮叶片，而是
利用安装在气球4上的鳍形翼片22与风接触时风力推动气球4自身转动。气球的转动带
动发电机3的传动轴19而发电。在该实例中发电机3吊载于气球4之下。 图14a为图13所示的本发明衍变的实施例，其中当风与曲形翼片22接触时，风力
使气球4按箭头21标示的方向转动。 图14b为安装在气球4内部转动的发电机3及其穿心轴19。 图15为本发明另一衍变的实施例，该实例在图16中也有说明。在该实例中，涡轮 叶片吸收风能，图12所示的传动齿轮，滑轮，传动皮带将涡轮叶片从结构四周获取的风能 传输到螺旋推机器23之上来驱动气球往前飞行。 图16为气球的侧视图，其中风能由安置在气球各面的涡轮叶片1吸收并传送到螺 旋推机器23以驱动气球向前飞行。风帆23安装在结构骨架29之上，气球之下，位于整个 结构的前部，由索具25来控制。机舱28用于装载操作人员来控制气球，乘客和货物可由缆 绳27降到地面，以便气球不用降落而运行。 图17对图16 —些的部分作更为详细地说明。如图16所示，风20与涡轮叶片1 发生接触时，涡轮叶片1获取风能并让能源通过驱动齿轮12a传送到从动齿轮12b，由此推 动与其连接的螺旋推机器23。沿气球一侧安置的其他涡轮叶片获取的风能可通过滑轮14c 传输。滑轮14c还可以改变从涡轮叶片1获取的能源传动方向来推动驱动齿轮12a。
图18对传动皮带和滑轮14c作更为详细的说明。其中还例举了传动皮带的一个例 子，该传动皮带与一组涡轮叶片连接同时套在滑轮14b上，滑轮14b由结构17的部件支承 并允许滑轮在其中任意转动。图中只显示了传动皮带的一部分，其延续部分由36来表示。
图19所示为传动皮带13和牢牢地固定在驱动齿轮12a上的滑轮14。驱动齿轮 12a衔合在从动齿轮装置之上。当从动齿轮装置转动时推动螺旋推机器23转动。螺旋推机 器23牢牢地固定于从动装置12b上。 图20为图19中结构的上半部部分。图中所示涡轮叶片l。当风与叶片接触时，叶 片转动，涡轮叶片1和传动轴由所述的结构部分17来支承但该轴在其中可以自由转动。该 轴未在图20中显示。滑轮14b与涡轮叶片1牢牢地固定在一起，随着涡轮叶片1转动而转 动。它的转动带动传动皮带13的转动。 该滑轮14b驱动传动皮带13转动，来带动另一滑轮14的转动。滑轮14牢牢地固 定在驱动齿轮12a。当驱动齿轮12a由皮带13转动时，从动齿轮装置12b开始转动，将风能 以变换90度角传输。螺旋推机器23牢牢地固定于从动齿轮装置12b上，当从动齿轮装置 转动时带动螺旋桨转动。 图21为滑轮14b的详细说明。该滑轮与轴2牢牢地连接支承，但在所述结构17部件的范围内可以自由移动。在结构17没有与轴2连接的区间，轴 2可以自由移动。这个区间用17a来说明。传动皮带13可以自由地在滑轮14b上移动。当 滑轮14b转动时带动传动皮带13转动。由皮带13获得的能量将传输到结构的另一部分。 这样传输的能量可以用来驱动图12中的发电机3发电或带动图16和17中所述的螺旋推 机器23来推动气球向前飞行。皮带在本图中未显示的部分用37来说明。
图22说明滑轮14通过部件40牢牢地与驱动装置12a连接，皮带13因涡轮叶片 1提供的能量而转动，从而带动滑轮14转动。滑轮14的转动使驱动齿轮12a转动，驱动齿 轮有齿，但本图中未显示，这些齿与从动齿轮12b上的齿相互咬合。当驱动齿轮转动时带动 从动齿轮12b转动，使能量的方向变换了 90度角。 图23为飞船骨架29的侧面图。该骨架的详细说明可见图16。构架29联接结构 17的各部件，这些部件用于支承滑轮14，滑轮14b和滑轮14c，并将其与气球4联接。
图24为本发明衍变的实施例之一，它适用于飞船中将风能更直接地从驱动齿轮 12a传递到从动齿轮12b的情况。
图24和图25说明滑轮14c。 图26a，图27和图28为本发明衍变的另一实施例。其中气球自身可以转动，而且 可以向横向转动来吸收风能。 本发明是一种安装在气球或其他充满轻于空气气体的结构来利用高空快速风力 推动的风力涡轮机。 如图1，图2，图3，图8，图8b，图9，图IO，图ll及图16所示，本发明由安置于气球 一侧或多侧的一组或多组风力涡轮机组成。 图l所示为本发明最简单的形式。在该实施例中，发电机3位于气球中心。高空 中的强风吹动以1为标记的涡轮叶片。该叶片旋转转动，同时带动牢牢固定其上的轴2的 转动。风力涡轮叶片l可大到足以屏蔽保护整个或部分的气球和结构不受风力影响。在发 电机内的中心轴用19来标示。该轴是轴2的延续。轴19转动而发电。在该实施例中，从 发电机中心轴19延伸出来到气球内端的那部分轴用2a来标示。轴2a有助于风轮的平衡。 气球本身用4来标示。气球的放送可通过将其用缆绳栓系于地面实现。
图2为安载风力涡轮机的正面图。气球被标示为5的缆绳栓系在地面。将电力输 送到地面的电缆用5a表示。说明书附图中的地面用30标示。 图3说明本发明一个衍变的实施例。在这一实例中，风轮安置在气球的前后两面。 图3还显示通过缆绳5收放来改变气球高度的绞车6。 图4，图4b，图5和图6是并非依据本发明的一项实施方案，其中风力涡轮机吊载 在气球或充满轻于空气气体的结构的下部。 在这一实例中，风力涡轮机吊载于气球的下部而不是安置在其内部。这与将风轮 叶片安装在气球上大体一样。发电机3由机翼8和翼片7来稳定，图5对此有详细的说明。 风力推动涡轮叶片l，叶片与一传动轴相连发电。这一方案的优点之一是，涡轮机可降放到 地面维修，而气球仍悬浮在空中。同样方法在随后图16所说明的本发明在飞船中应用涉 及。该应用将飞船船舱28用缆绳27降落于地面。 图4和图5公布的这一方案的侧面图在图4b中说明，更详细的说明可见图6。图 6显示气球4前后两侧安装的两组风轮1。这些涡轮叶片可以吸收风能而不会给安装其上的结构造成压力。在本方案中，风轮l可以自由转动，风刮多快，风轮就转动多快。因为风 轮叶片吸收风的能量，从而使得气球不会被风的压力将其推离位置。 图7显示图4中说明的风力涡轮机方案的一个特征。这一特征由9来标示，用来说 明将气球与风力涡轮机连接的结构部分。该图中用IO为标示的特征是一个挠性接头。该 接头支撑着风力涡轮机，并且可以消除风的流动和振动对风力涡轮机产生的抖振现象。若 为刚性连接，金属疲劳现象就会发生。 图13说明的是本发明实施例的另一个衍变方案，其中气球或充满轻于空气气体 的结构上安有曲线形翼片，当风吹动翼片时，使气球自身转动，来带动发电机3和不旋转的 轴19。 在图1，图2，图3，图8，图8b，图9，图IO，图11以及图16所述的本发明实施例中， 一组或多组涡轮叶片的长度应达到气球一面的顶部。风轮吸收风能，防止风力将气球刮得 偏离理想的位置。在气球另一面的风轮叶片在被风刮时也可以吸收风能，消除风对该面造 成的压力。 如果需要的话，气球可向风轮叶片所在的一面任何方向移动。例如，图9中所示的 位于气球一侧31的风轮叶片可用一种制动装置让叶片旋转的速度慢下来，从而减少该面 风轮叶片吸收风能的数量。其结果是该面的风力未被风轮充分吸收，风将给该面施加压力， 导致气球被推往箭头32所示的方向。 5/18页的说明书附图包括图9，图8和图86。图8所述的是涡轮叶片1及其在图 9中旋转的路线。这一衍变的实施方案用3个气球4相互连接，给风力涡轮机提供运转平 台。本发明可用尺寸大小形状不一的气球组成来装载风轮。用49标示的虚线是气球外侧 风轮叶片l旋转的外缘线的正视图。该外缘线正好与外侧气球4的外缘相合。未安装风轮 叶片的气球组的正视图也在图中可见。图9所示本发明的外缘18，该图为这一结构的俯视 图。 图IO和图ll说明本发明的一种实施例，其中风轮叶片安装于气球的上部和下部。 该两组叶片不是用于发电，而是通过转动来吸收风能，从而使气球不会被风力刮得上下移 动。例如，如果风从气球顶部吹来，位于气球上部的风轮叶片l将会旋转吸收风能。
风力涡轮机的设计以越轻越佳。实际发电的发电机本身可用来放置在适当位置上 使该结构保持平衡。气球的设计也以越轻越好。其他设计可以考虑使用一组而不是多组的 风力涡轮机来尽量地捕获风能，并将风能集中于一组涡轮机上。 另一种减轻涡轮机相对于气球重量的方法是使用多组涡轮叶片系统捕获风能，并 将获得的风能通过若干传动皮带传递到一部发电机，而不是图12所示的多部发电机。
本发明使用蜗杆齿轮和锥形齿轮的传动齿轮技术来向结构各处传递风能，风能传 输的方向会出现90度的改变。本发明使用蜗杆传动齿轮将从风轮叶片l处获得的风能传 送到如图16和图17所示的螺旋推进器23上，以此改变气球或结构飞行方向及其速度。
连接在能量来源的风轮叶片1上的齿轮，以及直接或间接连接靠风能推动的涡轮 叶片1的齿轮称之为驱动齿轮。使用这一风能来推动图12所述的发电机3或图16所述螺 旋推进器驱动气球向前飞行的齿轮和轮子称为从动齿轮。 在所有说明本发明的附图中，驱动齿轮用12a表示，从动齿轮用12b表示。说明书 公布的驱动发电机3发电或推动螺旋推进器23来驱动气球或飞船的发明为同一发明。该发明的工作机理相同，均用来自风力的能源推动风轮叶片1 。 捕获的风能可用标示为14， 14b和14c的滑轮传递到气球的各处。在说明本发明 推动发电机的附图12中，滑轮12d直接与发电机本身的轴连接。 在所有的说明书附图中，滑轮14牢牢地固定于驱动齿轮12a上。标示为14b的滑 轮由轴2推动旋转，轴2由结构17支持，但不固定死，使轴2能在结构17中任意移动。该 轴2能在标示为17a的区间和点上自由移动，如图21所示。17a标示的区间可以用来增加 诸如安装轴承一类的特征，使得轴2能在17内运动更为自如。 附图中标示的所有滑轮为14， 14b， 14c和14d。滑轮转动时，传动皮带从其上经过。 传动皮带13可在滑轮上任意移动。如图21，图22和图25所示，滑轮在不同的实例中是不
一样的。 标示为14c的滑轮套置于转动的传动皮带以便将风能用不同的角度传输到结构 的各个部位。滑轮14c用于支承传动轴，但不在结构17中固定死。 图12显示两组风轮叶片1。在本发明实施例的衍变方案中，可以安装多组风轮。 当风与涡轮叶片1接触时，叶片向箭头11标示的方向转动。风轮叶片1牢牢地固定在标示 为2的轴上。当风推动风轮叶片转动时，带动轴2的转动。 轴2与滑轮14在点15处牢牢固定轴2在点16处与标示为12a的驱动齿轮牢牢 地固定在一起。该驱动齿轮12上有齿，与从动齿轮12b上的齿衔接，将风能向不同方向传 输。当连接风轮l的轴2推动驱动齿轮12a转动时，从动齿轮12b的齿通过与驱动齿轮12a 的齿的咬合，而使从动齿轮转动起来。滑轮14由从动齿轮12b来支承，传动皮带13安套在 滑轮14上。滑轮14的设计详细说明见图22，该图显示滑轮牢牢地连接在驱动齿轮12a上， 以用于推动飞船向前飞行。这一实例整体设计如图16所示。从根本上来说，滑轮14的一 端必须牢牢地固定在转动的齿轮上。 在图12中，滑轮14被牢牢地固定在从动齿轮12b上。该图所示的滑轮14的工作 机理与图22中说明的基本相同。不同之处在于， 在图12中，滑轮14牢牢地固定在驱动齿轮12a上，而在图22中，该滑轮牢牢地固 定于从动齿轮12b上。 如图12所示，当从动齿轮转动时，传动皮带13也转动。该传动皮带的长短在结构 中各有不同。在整个结构中，能量是通过转动的皮带来传输的。 传动皮带的另一端套装在滑轮14c上，图25和图26对滑轮14c有详细的说明。
如图25所示，滑轮牢牢地固定在标示为29的整个结构的骨架上。滑轮在表示为 2c的轴杆上可以自由地转动。 一条传动皮带朝标示为42的点上运动。该皮带的转动带动 滑轮lc转动。当滑轮14c转动时，套装在该滑轮的另一条传动皮带也被带动起来。如图25 所示，该条传动皮带与第一条皮带成直角向标示为41的点上的相反方向转动。这样实现风 能向不同方向的传输。能源传输方向的改变可以通过不同的角度来达到。在图25中，传动 皮带转动方向如标示为40的箭头所示。图26为滑轮14c的剖视图。 一根标示为2c的轴 杆圈套在该滑轮本身中，在这两个转动部件中间是标示为17a的区间，该区间使得两部可 以在其中任意移动。 再回到图12，我们可以看到风能是如何在整个结构中完成其传输的过程。第二条 传动皮带带动标示为14d的滑轮转动。滑轮14d与图22所示的滑轮14基本上是相同的，不同之处在于，图14中的滑轮是牢牢地固定在驱动齿轮12a上的，而图12中的滑轮的一段 牢牢地固定在发电机3的穿心轴19上。图12先前也曾用来说明滑轮14，不过该滑轮在图 12中是固死在从动齿轮12b上，而不是如图22所示的滑轮14固定在驱动齿轮12a上的。
最后，如图12所示，传动皮带13带动滑轮14c转动，该滑轮的一段牢牢地固定于 发电机3内部的穿心轴19上，该轴转动时发电机发电。图12并未显示穿心轴19，但该轴在 诸如图1和图14b的其他附图中有说明。 通过这样的方式，安装在气球一侧或多侧的风轮叶片从风中获取的能源就能得到 传输。该能源可以朝不同方向传递，甚至可以朝直角方向传递到发电机穿心轴19上带动其 转动，让一台发电机3发电。这样，整个结构的重量就会减轻。
气球的外缘18如图12所示。 这样一来，本发明在结构中安装一台而不是多台发电机。在通常情况下，地面安装 的常规风力涡轮机的设计把发电机置于风轮叶片的后部，当风轮叶片带动轴杆转动时，该 轴杆直接带动发电机发电。本发明使用传动齿轮，传动皮带和滑轮，以此来解决因在结构各 边安装若干组风轮叶片通常要求安装同样数量的定位发电机从而增加结构重量的问题。
发电机可以安置在结构的任何部分。风力推动涡轮叶片转动。转动的风轮叶片1 带动图12所示的传动皮带13，该转动的传动皮带13将能量传输给另一条皮带12。第二条 传动皮带以相对于连接风轮叶片的第一条传送皮带转动的直角角度转动，带动发电机转动 发电。 在本发明的另一实施例中，如图13和图14a所示，可采用风力推动气球自身转动 的设计。在本发明的这一衍变的实施例中，转动的气球直接带动发电机3发电。发电机可 按图13或图14b吊载于气球下部或安装于气球内部。 本发明的这一实施例用气球自身直接推动发电机发电而不是通过安装在气球上 风轮叶片驱动发电机。如图13所示，在本发明的这一衍变的实施方案中，气球安装有翼片 22，该翼片从气球底部延伸到气球顶部。风力使整个气球作圆周运动，从而带动发电机3内 的穿心轴19发电。 气球的高度是可以调节的。由诸如气温等因素引起的相对气压变化造成的问题， 可使用气球发出的部分电力来加热气球内的元素弥补。加热使氦气和其他惰性气体在气球 内膨胀，从而增加气球的高度。如让气球下降只需关闭在这些元素中的电热元件的电力，在 气球内部的气体会冷却收縮，气球的高度因此而减少。电热元件可用来加热气球中的气体， 使其变轻来根据不同气压的大气状况调节气球高度。 气球装载发电机发出的电力可通过电缆输送到全国电网，而不必将气球降到合适 的位置进行。电缆可从气球上垂下，将电力传输到最近的全国电力联网上。图2和图3对 这一实例作了说明。本发明这一衍变的实施方案中将气球栓系而定位的缆绳用5标示。用 6标示的绞车是用来收放缆绳5的。将发出的电力输往全国电网的电缆用5a来标示。或 者，随着微波技术的发展，发出的电力也可用微波发射到全国电网。 前述使用一台而不是多台发电机发电来减少结构部件的实施例，通过多组风轮叶 片系统捕获气球各边的风能，并将获得的风能通过一系列的传动皮带传递到一部发电机上 发电。这一实施例可进一步扩展到如图16所示的利用风能推动飞船飞行。本发明的这一用 途可将从气球一侧捕获的风能用来推动飞船的飞行。安置在气球一侧的风轮叶片l与风力接触时转动，该叶片转动的同时吸收风的能量，从而防止风力将气球推向任意一侧，然后将 风能通过一系列的传动皮带齿轮和滑轮传递到正面螺旋桨推进器上来驱动飞船向前飞行。 本发明的此项应用，还可以设置标示为24的风帆为飞船提供附加的前推力，这跟传统的帆 船的工作原理是一样的。前述图12所示的利用滑轮和传动皮带将风能传输到结构各部推 动发电机发电的方式，也适用于本发明将风能定向传递到正面螺旋推进器驱动飞船飞行的 用途上。 图15和图16所示为飞船。在图16中，刮向飞船侧面的风被风轮叶片l所吸收。 当风与风轮叶片1接触时，风轮开始转动。该风能然后被传动皮带13定向传送到螺旋推进 器23以提供向前飞行的推进力。 图21对此作了更详细的说明。风轮叶片1牢牢地固定在轴2上。轴2的另一端 用结构17来支承但该轴可在其中任意移动。当该轴转动时它带动传动皮带13转动。
在图21中，风轮叶片l牢牢地固定于轴2上，当风推动风轮叶片l转动时，带动轴 2转动。在风轮叶片的另一端，轴2由飞船主要结构的部分支承，但该轴在其中可任意移动。 允许两移动部件能在其中任意运动的区间用17a来标示。轴2的转动带动滑轮14b转动。 滑轮14b将轴2圈套于其中，这跟图26所示的滑轮14c将一根轴杆圈套其中的方式是相同 的。 滑轮14b的转动带动套装其上的传动皮带13的转动。这样，安置于飞船一侧的风 轮叶片l捕获的风能就可传送到结构的另一部分。在本例中，这一能源最终被用于推动螺 旋推进器使气球向前飞行，而不是如前所述，使用该风能驱动发电机发电。
图25说明传动皮带13从风轮叶片1所在的位置点41移动，当其通过滑轮14c时， 带动该滑轮转动。滑轮14c的转动带动第二根传动皮带朝点42方向运动。该点为螺旋推 进器23所在的位置区域。如图17所示，被传递的能源先输送到驱动齿轮12a，然后再将传 递能源的方向改变90度，如图16所示，传递到从动齿轮12b上来推动螺旋推进器23的转 动。 这一过程在图19和图20中有更详细的说明。图19所示为传递从风轮叶片(本 图未标出)获取的风能传动皮带13，该皮带带动牢牢地固定在驱动齿轮12a上的滑轮14转 动。该过程在图12中有更为详细的说明。当传动皮带带动滑轮14转动时，该滑轮会带动 驱动齿轮12a转动。驱动齿轮12a的齿与从动齿轮12b的齿相互咬合，从而使从动齿轮12b 转动。该从动齿轮的转动又带动牢牢地固定在其上的螺旋推进器的转动，使得气球能向前 飞行。 图20所示为风轮叶片1相对于驱动齿轮12a，从动齿轮12b以及推动气球前进的 螺旋推进器23的位置。 图17和图18说明本发明应用于利用风能推动气球向前飞行的实施。该两图中公 布了这一过程，包括一项特征33。该特征是将从动齿轮12b与飞船部分连接，并由其支承从 动齿轮装置，使这一装置可在其中任意转动。图18中标示为36的区域是本图绘出的传动 皮带部分。37为该特征在本图上延伸的部分。在大多数附图中，描绘的特征将会延伸附图 以外，但是，将附图整体看待，则有助于理解本发明。 在图17中，驱动齿轮12a向前转动。该齿轮的齿与从动齿轮12b相连接，使从动 齿轮12b横向移动。当从动齿轮12b横向转动时，该装置可在结构33的部件中任意转动。如图23所示，结构33是一根轴杆，连接于整个结构29的骨架上。从动齿轮装置12b横向 转动时，带动牢牢地固定其上的螺旋推进器23转动，推进器的转动使得气球向前飞行。传 动皮带13的运动方向如箭头40标示。 图25中的滑轮14c的转动方向为圆形箭头39标示。 圈套在轴杆2c之上的滑轮14c可任意在其中转动。该轴杆2c牢牢地固定于结构 29的骨架上。图26为可在17a区间中任意转动的滑轮14c的剖视图。滑轮14c与轴杆2c 相互来固定在一起。在17c区域安装轴承将有助于这种任意转动。 图24为本发明应用风能推动飞船的一项实施例。在这衍变的实施方案中，图16 和图17所示的滑轮14c将不用来传送风能，而是用图24所示的衍变设计将由风轮叶片1 驱动的传动皮带13套装连接滑轮14，以便将风能直接传递到驱动齿轮12a上，每组风轮叶 片1都与一套驱动齿轮12a连接。驱动齿轮12a转动，将风能变换90度的方向直接传递给 从动齿轮装置12b。若干从动齿轮将由一根轴杆2a连接在一起，使得从动齿轮装置一起转 动，带动螺旋推进器23转动，来使气球向前飞行。
飞船飞行方向可以以下方式实现 采用制动装置让飞船一侧的风轮叶片转动速度减缓，使得风力能给该面造成压 力。这一方式在先前图9中有说明。 为简化说明和演示利用传动齿轮，滑轮和传动皮带的方法来重新导向风能推动飞 船，可用前面图12中所述利用风能传递推动一台发电机，以减轻气球重量的同样方法来说 明。这一方法也可用于推动图16所示的螺旋推进器23。相同数字12a用来显示从动齿轮 装置，该齿轮也许是通过连接滑轮14c获得能源；从动齿轮装置12b利用该能源来转动图 12所示的发电机3，或者推动图16所示的螺旋推进器使气球向前飞行。(原文此处不清)
在图12所述的实例中，本发明是用来驱动风力发电机3发电；在图16所述的实例 中，本发明用于推动螺旋推进器23使飞船向前飞行。本发明在图16中的应用，即把风能向 飞船不同部分传递，以及图12中的应用，即用风能发电，为风能的传输提供了同样的灵活 性。 如图21所示，风轮叶片1与风发生接触时转动获取能源，该叶片与轴2及滑轮14b 牢牢地固定在一起。图21对此有详细说明。当风轮叶片l与风发生接触转动时，牢牢固定 在其上的轴2也发生转动；轴2的转动使得滑轮14b旋转。轴2从滑轮14b的中心穿过。 转动的滑动14b带动套装其上的传动皮带12转动，从而将风能传输到结构的另一部分。轴 2并不固定死于结构17之中，轴2在其中可以任意移动。该图中标示为17a的区间部分是 设计用来支承但不将轴2固定死的结构，以使其能在结构17中任意转动。
在结构中利用滑轮传递风能的实例以及使用滑轮来改变能量传递方向的实例中， 完成这些工作的滑轮在图16和图17中用14c来标示。滑轮14c由结构17支承但不在其 中固定死。 图24所示标示为17的结构的区域以及标示为29的结构或气球的骨架；该图中来 显示滑轮14， 14b和14c。 在利用风能推进螺旋推进器23的实例中，从风轮叶片1获取的风能通过传动皮带
带动滑轮转动；该滑轮牢牢地固定在从动齿轮12b装置上，如图22所示。 本发明类似利用风能驱动飞船的另一个实施例是允许气球通过自身朝不同方向的转动来吸收风力施加于其各侧的能量，而不是像图17所述用风轮叶片l来吸收风能。这 一实例在图26a中说明。 本发明这一实例涉及一个自身转动的气球。该实例与图13，图14a和图14b所提 出的创造性设计思想相同；这些图中所述的实例是利用自身转动的气球来直接带动发电机 发电，而不是通过安置在气球上风轮叶片来驱动传动轴，再由轴2推动发电机发电。在这一 衍变的发明实例中，自身转动的气球用来减少风对气球产生的阻力，否则风力将给结构造 成压力，迫使气球移位。 本发明的实施例同样可以用于图26a，图27和图28所述的飞船。 图28所示的气球可以横向转动或从顶部向底部转动或从底部向顶部转动，以此
来吸收风能而不致歪曲其飞行路线。气球上安装两个互成直角的螺旋推进器1 ，用于改变速
度，使气球朝不同方向飞行。 螺旋推进器由相互连接的驱动齿轮12a和从动齿轮12b及蜗杆传动齿轮推动而工 作。这些传动装置能够反向转动改变飞行方向。如图28所示，为帮助气球作横向飞行整个 结构的骨架29a可以转动；骨架29a的顶部为圆形。 图26a所示箭头26说明支承气球标示为29a的结构的顶部在风从结构的左侧刮 来时可以从左向右转动。 当风从标示为48的箭头所指的另一方向刮来时，气球会从底部转到顶部，基本上 是按箭头47所示方向从点47a滚动到点47b。 如风从柠檬形状的气球两端吹来时，骨架29a的顶部设有轮子44可以沿圆形轨道 运动。在图27中的轮道，如29a所示，该轨道是一个完整的圆形。
标示为43的骨架29a的部分是放置轮子44的轨道。 气球用4说明，与风接触引起转动的螺旋推进器用l说明，驱动齿轮用12a说明， 从动齿轮用12b说明。风力对气球的不利影响用气球的横向移动和上下滚动来消除。
例如，螺旋推进器1与驱动齿轮12a连接，利用风能带动从动齿轮12b，使结构朝 该方向向前飞行。若要朝另一方向飞行的话，从动齿动12b可利用风能带动驱动齿轮12b。 传动齿轮装置可反向转动来改变方向。 如图28所示，为了让骨架29a的顶部可以任意转动而不影响螺旋推进器工作，以 便推动气球朝想要去的方向飞行，骨架中用29b标示的连接驱动齿轮12a及从动齿轮12b 的底部支架可转动；如图28所示，这一转动是利用一个能任意活动的接头将底部支架29b 与骨架29a连接来实现的。 该接头可用制动方式来控制，使其固定死或放开任其自由转动；蜗杆传动齿轮 12a和12b可以同步工作来协助整个结构所需的飞行运动。
权利要求
一种风能转换器，其包括由轻于空气结构支持，或与该结构连为一体的，其转动部分是由风力推动的，同时该转动部分能大量地吸收风力，从而维持其定位的风力涡轮机。
2. 根据权利要求l所述的一种栓系的风能转换器。
3. 根据权利要求1所述的一种非栓系的风能转换器。
4. 根据权利要求1和3所述的一种移动型风能转换器。
5. 根据权利要求1至4中任一权利要求所述的风能转换器，其中作用于轻于空气结构 的风力被用于发电；该发电过程是当风力为结构部件捕获时，使该结构转动，从而驱动附加 的发电机发电。
6. 根据权利要求1至4中任一权利要求所述的风能转换器，其中一组或多组风轮叶片 安加在结构上，该叶片屏蔽或覆盖该结构整个的一面，该叶片与风接触时旋转吸收风力。
7. 根据权利要求1至4中任一权利要求所述的风能转换器，其中风能是由一组或多组 风轮叶片吸收的，该叶片极大地屏蔽了结构的一面或多面，并且一组或多组风轮叶片与风 接触吸收了风能，从而消除了风力对结构该顶风面施加的压力。
8. 根据权利要求6或权利要求7所述的风能转换器，其中轻于空气的结构的位置可以 通过制动风轮叶片改变，被制动的风轮叶片让本应被吸收的风力给安装风能叶片的结构一 面施加压力，其结果使得轻于空气的结构，在受控下被风推离其旋转受到制动的风轮叶片 一面。
9. 根据权利要求1所述的风能转换器，其中风能使在结构一面或多面的风轮叶片转 动，该风能通过传动齿轮，滑轮和/或传动皮带传输，推动螺旋推进器，使轻于空气的结构 飞行。
10. 根据权利要求1所述的风能转换器，其中风能使在结构一面或多面的风轮叶片转 动，该风能通过传动齿轮，滑轮和/或传动皮带被传输到一根轴上驱动一台或多台发电机 发电，使风轮数量大于发电机数量。
11. 根据上述所有权利要求中任一权利要求所述的风能转换器，其中轻于空气结构在 空中的高度可用加热该结构内的气体调节。
12. 根据上述所有权利要求中任一权利要求所述的风能转换器，其中该装置结构部分 可被下降到地面或下降到接近地面的理想点上。
13. 根据权利要求1所述的风能转换器，其中风能推动轻于空气的结构旋转，该风能通 过传动齿轮，滑轮和/或传动皮带被传递到螺旋推进器来推动组合结构飞行。
14. 根据权利要求1所述的风能转换器，其中风能推动轻于空气的结构旋转，该结构所 装的风轮叶片可被制动来控制组合结构的位置。
全文摘要
本发明是一种由轻于空气结构支持的，或与其连为一体的，其旋转部分是由风力推动的，同时该旋转部分能极大地吸收风力从而维持装置定位的风力涡轮机。
文档编号F03D11/00GK101743399SQ200780009482
公开日2010年6月16日 申请日期2007年1月24日 优先权日2006年1月26日
发明者彼得·罗伯特·古道 申请人:彼得·罗伯特·古道