专利名称：三种风电机构暨飞行器、高空站、风电船、高空取水机的制作方法
技术领域：
高空翼环风电机构涉及一种发电机在高空发电的风力发电机构。风洞式翼环风电机构，涉及一种管道内置风轮或水轮的发电机构。塔式翼环风电机构，涉及一种地面或低空风轮发电机构。翼环飞行器涉及一种可原地起降、空中悬停的旋翼飞行器。翼环高空站涉及一种可永久在高空悬停或巡航的飞行器。翼环风电船涉及一种以风力或风电驱动的船舶。翼环高空取水机涉及一种以高空风电为能源的高空空气取水机。
背景技术：
目前，直接将发电机提升到高空的风力发电机构主要有两种一种是以气球或风筝结合风轮发电机组成，还有一种是自旋翼风轮发电机，自旋翼在风中旋转带动发电机发电的同时产生升力使机体升空并悬浮于高空。前者的气球、风筝升力有限，造价昂贵而且容易破损；后者让风轮提供升力，省去了许多成本而且增加了使用寿命。因此后者更有价值、 更有前途。目前，现有各种风轮(旋翼)发电机主要采用有轴心的风轮，风轮与轴联动，轴带动转子。目前，原地升降、高空悬停飞行器主要是以有轴的普通旋翼或随风旋转时会自然产生升力的有轴自旋翼安装于普通机体的上部或环形机体的中部。目前，永久性高空工作基站主要是以卫星承载各种通讯仪器、侦测仪器和拍摄仪器结成。目前，风力驱动的车船主要是传统的帆船和近年出现的风帆驱动娱乐车和以伞形风筝牵引的船舶。目前的空气取水机，须要耗费电能或石化能源，并且只能取地面至低空空气中的水分子。
实用新型内容一、创新目的目前的风轮(旋翼)发电机和旋翼飞行器的共同之处，是采用有轴的风轮(旋翼也是一种风轮)，有轴风轮的三个致命弱点是(一)每个翼片从轴心往外的大部分翼段集风能力不大，而且越靠近轴心的翼段采集风能效力越小，直至为零，真正高效集风翼段只是越远离轴心的翼段，越远离轴心集风效力越高，因此高效翼段至轴心之间的翼段是应该省略的，但是却无法省略，因为高效翼段还得靠这低效翼段和无效翼段来维系其与轴心之间的联动，这就增加了整机重量，妨碍了发电机形体进一步扩大，同时增加了有害风阻，使风轮(旋翼)动力降低且机械振动频率和幅度提高。[0017]( 二 )高效翼段只能得到单侧的而且是处于远端的轴心支撑，所以风轮直径越大， 其翼片的高效翼段就只能做得越尖细，因此集风效率低，无法推动更大型的发电机，虽然通过增加翼片数量的手段，在一定程度上可以增加有效翼段的面积，但增加翼片就必然同时增加低效、无效翼段，而这些翼段的增加必然相应地增加风轮的重量和风轮所承受的有害风负荷，其结果是使得风轮不但达不到“增效”之目的，还会成为累赘，反而使风轮“减效”；(三)只能由中轴带动内层铁芯和绕组(内转子)旋转，或只能由外轴带动外层铁芯和绕组(外转子)旋转，而不能让内、外铁芯绕组互为转子同时相对反向旋转。现有高转速发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子，特别是在3000转/分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时，转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动，直至发生断轴事故。所以大型高速发电机转子的尺寸受到严格的限制。正是由于这个原因，在增大发电机体形方面存在着技术极限，要开发更大容量的机型困难很大。如何突破这个技术极限？目前的技术措施似乎只能求助于增加电磁负荷、加强散热降温，但这些措施目前似乎也不易进一步提高，所以只能另辟蹊径。如果让原来固定不动的铁芯绕组(即定子绕组)也旋转起来且旋转方向相反，那么原先的转子就可以得到高一倍的相对转速，就可以用较低的绝对转速达到较高转速的发电容量。目前的永久性高空站主要是在卫星上安置各种通讯、侦测、拍摄仪器等等，其弱点是成本超高、承载量过小、功能太少，而且距离地面过远，传输信号不可避免地有延迟和失真，也不能直接向普通手机和个人上网用户发射信号。目前的风力驱动船，一种是以传统风帆牵引，还有一种是以伞形风筝牵引，前者只能利用数十米低空的风力，后者也只能利用300米以下的风力，而且两者都只能在顺风或斜风状态下使用，而且不能发电供给船用。本系列发明就是要针对以上几个现有技术的弱点，解决如下几个技术难题(一 )只保留旋翼发电机或旋翼飞行器翼片的高效翼段而省去无效翼段、低效翼段和轴心，从而减少累赘、减轻重量、节省材料。( 二)在不扩大旋翼直径的前提下，大大拓宽翼片高效翼段的尺寸，同时降低翼片的摇摆和振动幅度。(三)让相邻的两个环形铁芯绕组互为转子同时反向旋转，使它们的相对速度提高一倍，从而在不扩大发电机体形、不提高转子速度、不增加电磁负荷的前提下使发电容量成倍提高，甚至突破目前发电机的体形极限和容量极限。(四)提供一种由翼环式旋翼带飞并推动的新型高空风力发电机构。(五)提供一种由翼环式风轮推动的新型风洞式风轮发电机构和塔式风轮发电机构。(六)、提供一种体形巨大、载重量巨大、起吊力巨大而且动作敏捷、速度较快、可永久巡航或悬浮并且安全可靠的原地起降飞机。(七)提供一种成本极低、能量自给且形体和载重量巨大、可永久巡航或悬浮的、
高空工作站。[0030](八)提供一种可利用数千米高空风力乃至2万米以上平流层风力为主要能源的船舶。(九)提供一种不用耗费石化能源、长年累月悬挂于空中，可以从水蒸气丰富的高空环流空气中取得丰富、干净水源的超大型空气取水机，实现无能耗、无地域限制的大规模空气取水。二、技术方案(一 )高空翼环风电机构的技术方案和现有的发电机置于高空的旋翼风电机构一样，由转子铁芯绕组和定子铁芯绕组相对运动发电，铁芯绕组由风轮推动旋转(高空翼环风电机构的风轮就是翼环)，机架通过牵引缆与下方提供牵引力的设施相连，发电机构的电路与电缆的上端相连，缆的下端与下方用电设施相连，其特征是在环状支架上等距离设置翼片而形成翼环；翼片采用切割空气会产生升力的翼片，每个翼片皆如同普通风轮的翼片的末段，翼面与翼环的圆周面之间形成夹角，即迎风角；翼片可以向环外或环内伸出，也可以同时向两侧伸出；同一翼环上所有翼片的迎风角度相同，而相邻的翼环的迎风角度相反。翼环上的翼片可以是向环内伸展或向环外伸展的单翼，也可以是从环上同一点向环内、环外两侧伸出的双翼。现一翼环上的单翼可以完全设置于环的内侧成为内翼，或完全设置于环的外侧成为外翼，也可以按内翼、外翼相间的方式设置翼片，无论内、外翼，各翼片间隔距离相等；同一翼环的双翼的内翼和外翼可以对称也可以不对称，但同一侧的所有翼的规格、构造和迎角迎角必须相同。上述的翼环可直观地见于图2、图3，上述的翼环组可直观地见于图1、图4、图5，各图的详细说明可参见本文的附图说明。翼环虽然形似一个由单翼飞行器或双翼飞行器机身首尾相接形成的环，但实际上它是一个风轮，而且是一个迎风旋转时能产生升力的自旋翼风轮；它虽然是一个自旋翼风轮，但与普通的自旋翼风轮又有不同，它的翼片可以不与轴心联动，甚至可以把轴心完全省略，即使保留轴心，也不是为了让轴带动翼片或翼带动轴，而是为了是在翼环旋转速度过快、离心力过大的情况下，通过在环体与轴心之间架设辐条利用向心拉力达到加固环体的目的，这种情况下，如有必要，可将辐条设计为翼形，使其既有辐条的作用又有翼片的作用 (如图10的辐条4-2就可以设计为普通翼形或自旋翼形，如果该图中内环的翼2-2与轴心相连，那么2-2既可以设计为翼形，也可以设计为仅仅提供向心拉力的杆状辐条)。由两个或三个翼环组成一个翼环组，同组各翼环或处于同一平面并有同一圆心， 或各翼环互为平行面且圆心处于同一轴心线上；整机中可以只有一组翼环，也可以有两组或两组以上翼环，每组翼环可以构成一个完整的发电机构(比如图10所示的机型就有内、 外两个翼环组，图12所示则有上下两个翼环组，这两个机型中的每个翼环组都是一个完整的、可以独立的发电机构，即使拆卸掉其中一组翼环，剩下的一组翼环仍然可构成完整的发电机构，整机中包括两组或两组以上翼环组的，并非仅有图10、图12所示的两种情况，此外还可以有其他形式的由多翼环组组成的高空翼环风电机构整机)；两个或两个以上的高空翼环风电机构整机之间可以通过牵引缆和电缆首尾相连，即处于上端或下风头的整机，其下端通过牵引缆和下方或上风头的另一整机的上端连接，各整机的电路通过电缆相连最终通过同一电缆与地面用电设施连接(可参见图13)，这种多机串连形式的好处在于多机可以使用同一牵引缆和同一电缆，从而减少各整机的负载量并节约大量牵引缆和电缆并减轻各单机的自重。实际操作中应注意的是一、和现有的高空旋翼风电机构一样，高空翼环风电机构必须有牵引缆与地面设施连接，“拉”着它，保证它不会随风飘去，从而与风形成相对运动，使旋翼或翼环象风车一样迎风旋转，由于采用的翼片和固定翼飞机的翼有相同的水滴形横截面，这种翼片高速旋转切割空气必然产生向上的升力，因此高空旋翼机构或高空翼环机构能够在空中悬停；二、在图4、图5、图6、图7、图8、图11、图12、图13、图21、图22、图M等11个说
明书附图中，虽然各个高空翼环风发电机构与地面设施之间皆只存在一条牵引缆5，但并不代表高空翼环风电机构与地面设施之间只能有一条牵引缆相连，当高空翼环风电机构的直径大到一根牵引缆无法提供足够的牵引力或无法使环体保持平衡时，就有必要增加牵引缆的数量，而在设置有多条牵引缆时，各牵引缆的分布最好不要合拢或过于靠近，因为适当的散开分布有利于控制机构的飞行姿态。发电机的模式如下第一种，以同一翼环中各个翼环的支架为支架分别设置相当于普通发电机的定子铁芯、绕组和转子铁芯、绕组，由两个或三个这样的翼环组成一个不依靠轴带动转子的巨大的发电机，该发电机实际上并不存在定子铁芯绕组，因为每个铁芯绕组环都随翼片旋转于风中，相邻的翼环旋转方向相反，因此都可以作为转子。此种发电机，翼环的环形支架有多大，发电机就有多大，因此其体形之大，尤其是其直径之大，可以十倍乃至百倍于现有最大型发电机。(可参见图4、图5)第二种，在翼环的支架上等距离安装有动力轴的发电机，让发电机动力轴上的轮与相邻的任一翼环上的环形轨道相偶合，环形轨道绕环而设并与翼环连为一体，轨道随翼环旋转的同时必然带动与之相偶合的发电机动力轮旋转。此种模式，虽然就单个发电机而言与现有普通发电机一样，但翼环形体巨大，可以布置成百上千个发电机，而这些发电机必然随翼环同步旋转(绝对同步)，因此可以并联或串联成为实际上的一体化大发电机，其整机发电量同样可以十倍乃至百倍于现有最大型发电机。这种模式的优势在于可以利用现成的发电机减少制造过程的工作量和成本，但每台单一的发电机都有端盖、轴和轴承及机座等部件，尤其端盖、轴和轴承是无法省略的部位，成百上千台单机的轴承和端盖增加了整机的重量，实际上减少了本可以达到的发电绕组数量。(可参见图6、图7、图8)由于同组中相邻的翼环的迎风角度相反，因此它们的旋转方向必然相反，两环反向旋转的结果是两个翼环的相对速度都提高了一倍，也就是说翼环组上的铁芯绕组的相对旋转速度提高一倍，这里所说的铁芯绕组包括直接以翼环为支架的铁芯绕组和轴式发电机上的铁芯绕组。因此与现有普通发电机相比，如果转子的直径、长度和转速相同，而且电磁负荷相同，那么本发明的发电机容量会大幅度增加，甚至可能增加一倍。在上述第二种结构当中，与轴式发电机动力轮偶合的环形轨道可设置于翼环的外圈边沿、内圈边沿或侧边边沿等三处位置中的任意一处；发电机动力轮和轨道可以效仿火车轮与其轨道，但最好的方式是采用互相啮合的齿轮和齿式轨道。此种结构中，相邻的两个翼环中最少要有一个翼环安装轴式发电机，而另一个翼环设置与之相偶合的轨道，也可以两个翼环都安装轴式发电机并设置与另一个翼环上的轴式发电机相偶合的轨道。除了用于带动轴式发电机的环形轨道之外，还有一种槽型轨道，它与滑轮车相偶合，这种轨道的横截面为槽型，与滑轮车正好配对偶合，从而将两个反向旋转的翼环连接起来，图9即是此种槽型轨道与滑轮车偶合方式示意图。整机与牵引缆上端也可以利用这种槽型轨道连接起来，方式穿过翼环轴线的连杆4的两端分别与滑轮车3-3连接，各条连杆 4在同一点翼环轴线相交，连杆4的这个相交点与牵引缆的上端相连，牵引缆的下端连接下方用电设施。(具体方式请参看实施例一)。须要注意的是，以上两种轨道皆是不间断的闭合环，而滑轮车和轴式发电机的动力轮都是间断的、等距离分布于轨道上的；轨道上的滑轮车不能少于三个，而且翼环直径越大，轨道上的滑轮车就应该越多，目的是使两翼环不即不离、保持固定间距，作顺畅的反向旋转。处于同一圆心的两个相邻的翼环组，或处于同一轴心线上的半径不同的两个相邻的翼环组可以通过辐条连接，这些辐条也可以同时作为翼片(参见图10)，作为翼片的辐条切割空气必须能产生升力，即其横截面必须与固定翼飞机机翼的截面相同；两个相邻的翼环的旋转方向相反，并且同组中顺时针旋转的翼环和逆时针旋转的翼环在任何同一时间段采集的风能总量相等。由两组或两组以上翼环组成的整机，如果其中部份翼环组由于连接器(滑轮车及其连杆)阻碍或吊挂机舱占用了空间等原因不便于安排翼片，那么可以将整机视如一个大的翼环组，只要整机所有顺时针旋转的翼环和所有逆时针旋转的翼环在任何同一时间段采集的风能总量相等即可，两个方向相反的扭矩就能达到平衡，从而使整机在风中保持稳定运转。那么，旋转中的发电机怎么与外接电路相连呢？其实很简单，无论发电机设置有多少个电极，先把能并联的并联到同一个接头，然后将每个接头与对应的电刷轨道连接，电刷轨道附着于翼环槽型轨道3-1的外沿(电刷轨道与翼环轨道之间要设置绝缘隔离层)，电刷轨道与各自的电刷触碰连通，外接电路与电刷相连，而电刷则固定在滑轮车车架的外接连杆上，这样旋转的电刷轨道与电刷就形成了不间断的电路连接。还有，如何使巨型高空翼环风电机构飞上高空呢？最方便快捷的方式就是把发电机当电动机用，即通过电缆向发电机构输入电能，使翼环旋转产生升力飞升起来。如在无电或少电地区，则使用气囊装置，也就是在环形机体的上部或周边、中部甚至下部设置气囊， 气囊内充轻质气体，让气囊带着高空翼环风电机构起飞，待机体上升到风力足够的高度，翼环必然会达到足够的转速，产生足够的升力，此时即可回收气囊或让气囊飞走，当然让气囊继续保留亦无不可。还有两个办法可以在无电或少电的地区上空放飞高空翼环发电机构， 方法一是先在电力充足的地区放飞，再用船舶或重型车辆牵引至无电、少电地区，当然个方法这更适用于体形不太大的高空翼环风电机构；方法是可以先从其他地方拖来数个较小的高空翼环风电机构，由它们同时供电，即可放飞大型、巨型高空翼环风电机构。某些用途特殊的高空翼环风电机构，如果装载的设备过多、体重过大，翼片的升力不足以维持其悬浮，那么可以在机身上方或中部、周边甚至下部设置永久性气囊，或者在机身上方设置永久性大型风筝也是好办法。如能将本发明的环形铁芯绕组作防水、防漏电处理并加挂浮筒以控制翼环机构下潜的深度，也可以置于洋流之中，将牵引缆锚接于海底。如此洋流将会象风一样推动翼环旋转。考虑高空对流层雷电较多，可以将牵引缆表面作导电设置，如在牵引缆表面覆盖导电纤维，或在牵引缆表面附着或螺旋状盘绕一根或多根导线，这些导电纤维或导线必须接地；翼形的外围作导电处理也可避免雷电可能的破坏。最后需要说明一点所谓“轴式发电机”，指现有以轴带动转子或定子的普通发电机。( 二 )风洞式翼环风电机构的技术方案选用各翼环互为平行面且圆心处于同一轴心线上的高空翼环风电机构，将其置于风洞之中，舍弃原有的牵引缆，并除去牵引缆与翼环风电机构之间的连杆4，只保留向翼环内伸出的翼片和翼环外侧的轨道及其滑轮车，滑轮车的车架与风洞内壁相连；风洞可以是水平走向，也可以是垂直走向。(如图14、图15所示。)风洞式翼环风电机构的通电部件作防水绝缘处理后也可以适用于水流发电成为水轮式发电机构。风洞的设置选常年有风的山口、峡谷(或水流湍急的河流、海底峡谷)，以土石填塞，仅留一洞让风或水流通，这种风洞(水洞)的风(或水)的流力将十分可观；大型输水管道内亦可设置风洞式发电机。也可以在风向稳定的旷野垒石、砌砖建造挡风墙，留出墙洞安置风洞式翼环风电机构，墙洞的两端应的开口应宽于发电机翼环的直径，使风洞的两端形成两个反向的喇叭口 ；如果因地形条件无法将墙砌得不太高，也不太宽，那么可以把墙往风洞的轴心线方向拉长(即尽量加厚墙体)，这样，风洞成为一个长筒，而风洞壁的侧剖面形如飞机的机翼(如图 15所示)。由于流过风洞内壁的风走的是弧线，流过风洞外壁的风走的是直线，两股风必然同时在风洞的后方汇合，因此风洞内的风会得到加速。(三)塔式翼环风电机构的技术方案选用各翼环处于同一平面并有同一圆心的高空翼环风电机构，除去机构与地面之间的牵引缆，并除去牵引缆与翼环风电机构之间的连杆4，将翼环机构的轴向取水平方向， 然后，或者将内翼延长至轴心处，与轴承外壁连接，轴承内壁与轴连接，而轴的两端与塔或支撑杆的顶端连接；或者将翼环组正面和背面的滑轮车连杆3-3与支撑杆连接，其中在正面、背面的两侧和中间最少各设置一根支撑杆(如图16、图17所示)。(四)翼环飞行器的技术方案以本系列发明的高空翼环风电机构为基础，在其原有的用作翼环体之间的连接器的滑轮车车架上，或在其原有的用作翼环体与牵引缆之间的连接器的滑轮车车架(即是图 5、图6、图7、图8、图12所示的连杆4所连接的车架，包括连杆4本身)上固定连接或吊挂机舱，机舱可以为环形、碟形、圆柱形等(当然也可以不设舱壁而仅保留舱架)，机舱可置于翼环组的环圈内、环圈外或环圈上、环圈下；并且，或者将原有的直接以翼环为支架设置的铁芯和绕组撤除，而在翼环的翼片顶端安装喷气引擎，或者将原有的轴式马达撤除而在原位上安装内燃发动机，或者保留原有的轴式马达或环形铁芯、绕组而通过电缆从地面向它们供电，或在其机体上设置蓄电池向它们供电。无论是安装喷气引擎、内燃发动机或是以原有电机驱动，都必须达到推动此两个翼环作反方向旋转的目的。调节翼环的转速就可以使翼环上升、下降或悬浮；在舱体或连接器等不随翼环旋转的部位上安装或不安装提供水平方向推动力的喷气引擎。这种引擎最好是四个，前后左右各一个，摆成十字形，各负责一个方向的动力，就
9可以敏捷地前进、后退、刹车、急刹车、转弯、急转弯甚至按直角轨迹转弯。如果给这几个喷气引擎装上转向机构(使喷气口可以改变方向)，还可以利用它们增加上升、下降、前进、后退、转弯的速度。喷气口朝上或偏向上，可加速下降；喷气口朝下或偏向下，可加速上升；两个或三个喷气口朝向或偏向同一方向，则可加速水平移动，增加前进、后退的速度和刹车、 急刹车、转弯、急转弯的敏捷度，甚至有可能作直角转弯。如果对转向、刹车等动作的敏捷性和速度没有高要求，也可以采用螺旋桨引擎。机体原有的与下方连接的牵引缆和电缆可以去除或保留，也可以只保留牵引缆而将电缆换为油管，甚至将牵引缆和油管合二为一或将牵引缆、油管、电缆三位一体。图18、图19是本飞行器一个实施例的俯视图和剖面图。如这个实例中所示，由于两翼环旋转方向相反、转速相同、翼片相同，它们的扭力相互抵消，所以机舱在飞行或悬停时不会随任一翼环旋转。本飞行器的翼片翼片可以保留原高空翼环风电机构翼片的自旋翼特征，即切割空气会产生升力的特征，也可以不保留这个特征而采用普通螺旋桨的翼片的特征。不过，如果采用具有自旋翼特征的翼片，会得到两个好处一是翼环飞行器在水平或接近水平飞行时， 只要控制好用于提供水平移动力的引擎，使翼环飞行器产生适当的后倾角，翼环即可迎风自转产生升力，如此就可以关闭用于驱使翼环旋转的引擎而减少能耗，二是翼环飞行器在失去动力自然下降过程中翼环会迎风自转产生升力使飞机平稳降落，如果不采用自旋翼特征，飞行器就只能按自由落体的速度坠落失事。(五)翼环高空站的技术方案高空翼环风电机构或翼环飞行器外挂或内置有以下各种设备、设施中的全部、部份或其中之一电子设备、通讯设备、遥感设备、航拍设备、科学实验设备、防卫武器、航天器发射和回收平台、起重设备、升降舱、娱乐设施、人员工作室。(如图20、图21所示)(六)翼环风电船的技术方案以本系列发明的高空翼环风电机构的牵引缆的下端连接船舶上的牵引点，其电缆与船舶的蓄电池或电动机作电路连接。这里所谓“牵引点”，指可以让牵引缆牢固连接并拖拽船舶前进的物体。(如图22所示)本技术方案也适用于大型运输车辆，尤其适合于运动路线相对稳定的大型运输车辆，不适用于小型车辆。因为只有足够大型的车辆才能提供足够的牵引力“拉住”高空翼环风电机构。(七)高空翼环取水机技术方案高空翼环取水机由高空翼环风电机构和空气取水器组成，高空翼环风电机构的电路与空气取水器的电路连接；空气取水器的接水盘的出水口与水管上端连接，水管下端与下方蓄水池或用水设施连接；高空翼环风电机构翼环轨道滑轮车的车架通过连杆与空气取水机构的支架或外壳连接，或高空翼环风电机构的牵引缆从空气取水机构的中心部位穿过，空气取水机构悬挂于牵引缆上，可悬挂一个或一个以上；水管或者与牵引缆合二为一， 或者不与牵引缆合二为一。高空翼环风电机构与空气取水机构的组合方式有两种第一种，高空翼环风电机构的翼环轨道滑轮车的车架连杆与空气取水机构的支架或外壳连接，空气取水机构的接水箱的出入口与水管上端连接，水管下端与下方蓄水池或用水设施连接。(如图23所示)。[0076]第二种，高空翼环风电机构的牵引缆从空气取水机构的中心部位穿过，空气取水机构悬挂于牵引缆上，可悬挂一个、两个或两个以上(如图24所示)。使用这种类型的高空取水机，高空翼环风电机构可以升上万米以上的平流层，而取水机却可以悬挂于下方对流层，这样既能利用平流层强大而且稳定的风力进行发电，又能利用对流层丰富的水蒸气进行取水，并且可以串挂更多的取水机，扩大取水作业面。取水机构由空调制冷器、冷凝集水器、接水箱、空调散热器、风扇等组成，其原理和工作过程和现有空调器是一样的，都是吸入暖湿空气，喷出干冷空气，空气中的水分被冷凝分离出来；不同的是，空气取水机没有将“空调水”废弃，而是将它收集起来，这就是“空气取水”的原理。由于身处高空，风力强大，所以空调器或普通取水机必须配备的风扇对高空翼环取水机就可以免了，同时在取水器的两端设喇叭口，经过两端喇叭口的风走的是弧线，必然比筒外围走直线的风流速快，因此增加了冷凝集水器的受风，从而增加集水量。另外，可以把散热器放在上风头而把冷凝集水器放在下风头，这样可以利用散热器释放的热量给进风加温，使风在接触冷凝集水器时受到更大的温差，从而增加集水量。三、有益效果高空翼环风电机构的有益效果普通风轮越靠近轴心的翼段集风能力越小，直至为零，而越远离轴心的翼段集风能力越大，前者是低效翼段和无效翼段，后者是高效翼段。实际上，普通风轮低效翼段的主要功能不是集风，而是支撑远端高效翼段，保证其与轴联动，称之为“联动杠杆”可能更为合适。这条“杠杆”由于仅得到单侧支撑而且支撑点远在轴心，如果有效翼段太宽、受风量过大，就必然会发生严重振动、摇晃甚至折断，其实际效果还比不上较尖细的翼，所以普通风轮的翼片的末段也就是高效翼段，不能拓宽，只能尖细。翼环的翼全是效率最高的翼段，它完全放弃了集风功能为零的和较差的翼段，并改而依靠近端的、两侧相邻的翼片提供支撑， 相比原先远端的、单侧的轴心支撑，力臂不但缩短，还从一支增加到两支，而且两支力臂分置于两侧支撑，其结果是仅从单个翼片而言，如果力臂缩短了 10倍，那么支撑力就相应增长10倍，力臂从一支增加到两支，因此支撑力的增长倍数就从10倍变为20倍；单侧支撑变为两侧支撑，支撑力和稳定度又进一步得到提高；从翼环整体而言，高效翼片可以增加到数十片乃至数百片，每个翼片的面积又都可以大为拓宽，也就是说翼环的高效翼段的面积可以数倍、数十倍乃至数百倍于相同半径的普通风轮。因此可以得出结论翼环风轮的抗风力和转化风能的效率应该是相同半径的普通风轮的数倍、数十倍以上，翼环式旋翼的升力 (承载力)应该是相同半径的普通旋翼的数倍、数十倍以上。由于放弃了普通风轮的和轴心与高效翼段间“联动杠杆”，因此在数倍、数十倍地扩展高效翼段面积的同时，还可降低整机重量并节省原材料。现有的旋翼风轮，其高效翼片只能有三小段，而且十分尖细，翼环的高效翼段却可以增加到数十片仍至数百片，轮径越大，相差越大。现有普通风轮或旋翼的扭矩完全由一根轴传递，因此对轴和轴承的工艺和强度要求极高，但即使这根轴再强度再大，它也不可能支撑直径达数百米、数千米的风轮，而翼环将本来仅由一根轴承担的重担分摊到数组、数十组仍至数百组滑轮车上，因此可以轻而易举地建造直径达到数百米乃至数千米。当然，建造巨型翼环机构，不应采用单翼环或单层平面的多翼环结构，而应采用多个翼环、多层面、互相支撑、互相加固的结构。也由于翼环技术使旋翼的高效段大大扩展，同时使旋翼高效段获得的支撑力大大增加，并且可以通过电缆输入电源驱动翼环旋转，因此本发明可以比现有的燃油直升机飞得更高，可轻而易举地升上平流层。现有燃油直升机很少有能够达到万米高度的，究其原因有三一、旋翼高效翼段的面积和支撑力先天不足，在空气稀薄的高空，仅凭正常转速无法提供足够的升力；二、由于运载能力有限，携带的燃油不足；三、飞得越高，空气越稀薄，氧气越少，发动机单位油耗越大、动力性能越差。而本发明解决了旋翼高效翼段的面积和支撑力的先天不足，而且是通过电缆输电，不存在能源不足的问题；虽然从高空垂下的电缆重量很大，但高空翼环风电机构的电机可以功率更大，而且本发明有足够大面积的高效翼段和能够在高速旋转时保持平衡的翼环，因此不存在动力不足的问题，可以轻而易举地跃升跃升至平流层并在1-2万米高空永久悬停发电。平流层，高度大约海拔1-5. 5万米，那里没有雷电，没有风雨，没有冰雪， 只有风向、风速常年稳定的大风(风向半年变一次，最大风速可达50米/秒，接近15级强台风，可以轻易将成年人抛向天空)。正是由于高空翼环风电机构能够在高空平流层和高空信风层悬停，而这两个风层与地面风的飘忽不定完全不同，有着风向、风速都十分稳定的特点，基本上可以长年稳定发电，中间只是在每年一次风向变化的短暂时间里受影响，因此可以从根本上改变风力发电只能作为“间歇能源”的标签，并且因此一举突破目前已经严重制约中国风电业健康发展的瓶颈——电网的封锁！目前世界风电业尚小，中国风电也谈不上规模，但是即使如此，我国许多风电企业还是因不能接入电网而被迫停产或半停产，电网已经扼住了中国风电的咽喉！电网扩建需要翻山越岭、跨江过海，投资巨大，谈何容易？建电网难，然而在中国，并网输电才是真的难上加难！那么，中国风电怎样才能早日冲破电网困局？平流层风力强大而恒定，又无雨、雪、雷、电，是最佳风电场。在那里一个小型高空发电环可以满足一个镇或一个大厂用电，一个大型高空翼环风电机构则可以满足一座大、 中等城市的用电，结合本系列发明中的翼环高空取水机，那就不但可以向下供电，还可以向下供水。无论是繁华都市的上空，还是高山荒漠远海的上空，都可以由高空翼环风电机构垂直供电或仅通过短途电网供电，根本无须依赖长距离电网，从而使中国风电业突破电网困局！另外，即使不考虑本发明的相邻翼环互为转子反向旋转的技术优点，高空翼环风电机构与普通高空风轮发电机相比，发电能力要强大得多、制造要容易得多，成本也低得
^^ ο本发明具有相邻翼环互为转子反向旋转的特点，使各翼环的相对速度提高一倍， 从而在不扩大发电机体形、不提高转子速度、不增加电磁负荷的前提下使发电容量提高一倍，因此可突破目前发电机的体形极限和容量极限，开发出以目前技术不敢想象的巨型风力发电机。风洞式发电机和塔式风力发电机的有益效果由于承袭了高空翼环风电机构的翼片优势和相邻翼环互为转子优势，从而成为鹤立鸡群的地面和低空和地面风力发电机。[0093]飞行器的有益效果对于大型的翼环来说，实际上就相当于一架架老式飞机首尾相接围成一圈。翼环旋转的时候，就相当于这些首尾相接的飞机在固定的轨道上跑，所以它不会发生直升机螺旋桨那样的严重摇晃、振动；每个翼环都有与它配对的反向旋转的翼环，而且向两个方向旋转的所有翼环在任何同一时间段里采集风能的总量是相等的，机体随时都处于平衡的扭力作用之下，不会发生整体的偏转，更不会发生整体旋转或倾覆，因此它的飞行姿态随时都能保持稳定。如果安装了前后左右四个水平方向的喷气引擎，本飞行器就能够作稳定而快速的水平运动，并能敏捷完成前进、后退、转弯等动作，甚至完成刹车、急刹车、急转弯、直角拐弯等目前所有飞机都无法完成的高难度动作。利用翼环飞行器技术可以设计制造形体巨大、载重量巨大、起吊力巨大而且动作敏捷、速度较快、极为安全的新型原地起降飞机。利用本技术还可以设计制造内翼式原地起降飞机，即是在环形的内圈设置翼，外圈不设置翼的环形飞机，它的外圈可以等距离设置四个喷气引擎，用于进退和转弯，由于机身周边无翼，不怕刮擦、碰撞，内翼环形飞机特别适合用于抢险、救援和装甲作战。翼环飞行器技术制造的飞机，与现有喷气式相比，速度是较慢的，但其巡航低耗油、悬浮不耗油的经济性能、超大的载重量、超阔的货仓和上层平台、超强的安全性能，是目前任何一种飞机都无法企及的。只需保留牵引缆和发电机构，翼环飞行器还可以用作矿山、港口、货场、建筑工地等场所的吊车，这种吊车不但可以自给电能，而且无论工作活动面之大，起吊能力之巨都将超过其他各种起重机。只要有牵引缆的连接，翼环飞行器就可以关闭发动机，平时可以发电提供地面设施用电或蓄电，同时依靠自旋翼迎风自旋转的升力悬浮空中，工作时依靠自给电源提供起吊所需动力，而需要移动位置或长距离运送货物时又可以随时脱离牵引缆、启动发动机。由于翼环飞行器的半径可以达到数百米仍至千米，因此完全可以研发成为一种全新的“航天母舰”。这种廉价而实用的“航天母舰”，具有平时完全不耗油而悬停高空向下供电、供水，战时断开缆绳、开动引擎、主动巡航出击的优点，其上甚至可以象海上航空母舰那样携带战机巡航执行任务。可以迅速将我国军事实力提升到一个新高度。高空站的有益效果可以永久自给动力悬浮于数百米至数万米的天空上，也可以开动发动机主动巡航或由大型船舶、车辆拖拽巡航，成为可以永不降落的真正的“空中堡垒”。这种“空中堡垒” 也可以向海上的大型船、舰甚至航空母舰输送足够的电力，让这些大型船舶节省燃油超过 50%以上，顺风或横风航程甚至可以节油100%，同时还能极大地提高航母编队的攻防能力和作战半径。翼环高空站可以既有自给的强大电力，又有庞大的体形，因此可以将各种物资和大型设备起吊到基站上，低成本地构建包括航天器发射台在内的科研基地和包括导弹和激光武器在内的武器系统，随时监视来自太空、天空和地面的敌情并随时实施拦截和主动出击。虽然图21 (翼环高空站侧剖面图)侧面和下部没有画出武器发射孔，但作为高空战舰用途的翼环高空站完全可以设置这样的发射孔和相应的武器装备，对于下方广大区域居高临下的精准打击威力可想而知！即使仅从通讯功能来说，本发明也有卫星或地面蜂窝系统不能比拟的优势。与通信卫星相比，本发明的成本简直不值一提，并且具有信号往返延迟短(比如使电视画面中两地主持人的对话延迟现象完全消除)、自由空间衰耗少，有利于实现通信终端的小型化、 宽带化和对称双工的无线接入；与地面蜂窝系统相比，本高空站的作用距离短、覆盖地区大、信道衰减小，因而发射功率可以显著减少。不但大大降低了建设地面信息基础设施的费用，而且也降低了对基站周围的辐射污染。可以说，只要我国辽阔的土地和辽阔的海疆上空布置数百只大型翼环高空站，我国的国防实力和民用通讯能力都将提高一个层次，只要南海诸岛上空布置数十只中小型翼环高空站，侵占我岛礁、盗采我石油的几个东南亚小国就会得到有效扼制，美、俄等大国现有的空中优势和海上优势也将被完成化解！本高空站还是一架可以永不降落的自旋翼飞机。与普通自旋翼飞机相比，除了不用加油和充电之外，它还可以在必要的时候从无动力的自悬浮状态进入有动力的直升机状态，比如在需要承载超过无动力承载量的特大型航天器及其发射塔台时，可以反过来从地面向高空平台送电，驱使旋翼更快旋转产生足够的升力，等航天器发射后再切断供电，恢复无动力、自悬浮状态。翼环高空站与前面的高空翼环风电机构一样，没有动力却能永久悬浮于高空，为什么呢？因为高空的强风会驱使翼环(旋翼)高速旋转，高速旋转的翼片切割空气产生巨大的升力，只要风不停、牵引缆不断，这架“飞机”就永远不会掉下来。即使发生意外情况，这个“空中堡垒”也不会象落地的秤砣般坠落，它自会象自旋翼飞机一样缓慢安全降落，因为整个下降过程旋翼都在不可避免地“招风”，所以不可避免地继续旋转、切割空气，切割空气必然产生升力。风电船的有益效果以传统风帆和伞形风筝牵引的车、船，只能利用数百米以下的低空风力，并且不能向车、船提供电力，而本风电船的风电机构可以在需要的时候随时升上数千米高空，利用强大的高空风力，甚至可以随时升到2万米高度的平流层，利用恒定而且更为强大的平流层风力，并且在以车、船行驶或停泊装卸的同时，给车、船的蓄电池输入强大电能，因此在上坡或逆风情况下也有足够强大的电力驱动电机实施自主行驶，所以本发明可以比现有的各种船舶节省更多的化石能源，甚至有可能完全不需要化石能源。如果用翼环高空站代替高空翼环风电机构，用大型军舰代替普通船舶，那样就成为配属有高空侦测站和高空防卫与攻击基地和高空发电站的超级战舰。所发的电可以取代部份或大部份燃油，也可以直接供给翼环高空站上的激光武器或电磁武器使用。如果再结合翼环高空取水机技术，那么军舰和翼环高空站的淡水补给也解决了。这样的一艘巡洋舰将成为普通航母克星，这样的一艘航母将成为胜过任何航母的超级航母。翼环高空取水器的有益效果目前，为了增大淡水的供应，除了采用常规的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一条有利的途径就是就近进行海水或苦咸水的淡化。对海水或苦咸水进行淡化的方法很多，但常规的方法，如蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，都要消耗大量的燃料或电力。据报道，截至1990年，全世界已安装的海水淡化装置的产水能力为 13，000，000米/天。到2000年，这个数字已经翻了一倍，即2600万立方米。淡化水的迅速增加，就会产生一系列的问题，其中最突出的就是能源的消耗问题。据估计，以目前的技术， 每天生产2600万立方米的淡化水，每年需要消耗原油2. 6亿吨。即使人们支付得起这笔燃
14料的费用，地球的温室效应、空气污染等也在警示人们必须适可而止。因此，目前人们普遍认为，发展太阳能海水淡化技术是最佳选择。但是，太阳能海水淡化成本也十分可观，并且许多缺水的地方并不近海，即使近海，晚上也无法利用太阳能。因此，近年来人类已经开发出能够成功取水的空气取水机，但是现有的空气取水器由于能耗太大，导致取水成本过高，无法实施大规模生产，以小机型推广也缺乏经济价值，此外在最需要空气取水的干旱地区(如沙漠)，其低空的空气同样极其干燥，以现有技术进行空气取水几乎不可行。而翼环高空取水机则完全达到了无能耗、低成本、大规模而且没有昼夜之分、不受地域限制等几个高难度要求。由于可在高空自给电能，因此不存在能耗太大、水成本过高的问题，同时还可以向地面供电；由于取水机悬于高空，尤其是以高空翼环风电机构为载体的高空取水机，更是可以负载大型、巨型空气取水机飞升至数千米乃至万米高空，即使是在最干旱的沙漠，其上空一样有云，说明其上空水蒸气是非常丰富的，实际上水蒸气是随风环流于全球的，只是沙漠地表和低空过于干燥，空气流过之时湿气早已一扫而光，甚至雨水尚未落地就已经被干旱的空气吸干。但这仅仅是对地面和低空而言，对高空的气流是没有影响的。因此使用本发明进行空中取水是不会受地域限制的，即使是在沙漠腹地，也可以和其他地方一样无能耗、低成本、大规模、不间断地制取优质水。无论是一座小城镇、一个工厂或一个大型农场，不管地处何方，只要有一个以大型高空翼环风电机构为载体的高空取水机，就可以完全解决工业、农业、畜牧业、人民生活、公共事业等方面的全部水、电需求。而建造一个大型高空翼环风电机构及以它为载体的高空取水机，与建造传统电厂、传统水利系统或输送水管道系统相比，其所需的成本和时间不过是九牛一毛！
一、标记说明1 翼环1-1:外层翼环1-1-1 外翼环组中的外翼环1-1-2 外翼环组中的内翼环1-2:内层翼环1-2-1 内翼环组中的外翼环1-2-2 内翼环组中的内翼环1-3:上层翼环1-4:下层翼环2:翼片2-1 向外伸的单侧翼片2-1. 3 上下结构的翼环组的上层翼环向外伸的单侧翼片2-1. 4 上下结构的翼环组的下层翼环向外伸的单侧翼片2-2:向内伸的单侧翼片2-2. 3 上下结构的翼环组的上层翼环向内伸的单侧翼片
1[0129]2-2. 4:上下结构的翼环组的下层翼环向内伸的单侧翼片2-3 向两侧伸出的双翼片3 槽型轨道+滑轮车及其组件3-1 槽型轨道3-2:滑轮车的车架3-3 滑轮车与滑轮车之间的连杆3-3-3 滑轮车与外界的连杆3-4 滑轮3-4-3 图9中其轴向与其他滑轮轴向垂直的滑轮3-5:滑轮车3-6 滑轮车与机舱的连杆3-7 风筒壁与取水机的连杆4 通过中翼环中轴线的连杆4-2 翼片式辐条或连杆4-3 中空的连杆(连杆与水管合一)5:牵引缆(或牵引缆、电缆ニ合一)5-1 图13中连接最上层高空翼环风电机构与第二层高空翼环风电机构的缆绳5-2 图13中连接第二层高空翼环风电机构与第三层高空翼环风电机构的缆绳5-4 连接高空翼环风电机构19-1与取水器沈-1的缆绳5-5 连接翼环高空取水机沈-1与翼环取水器沈-2的缆绳6:轴式发电机7:发电机动カ轮8:轴式发电机轮的轨道10:风洞内壁10-1 取水器的外壳(风筒)11 塔架支撑杆12 地面13:喷气引擎13-1 上层翼片的喷气引擎13-2:下层翼片的喷气引擎13-3 用于转向的喷气引擎14:机舱15:顶层平台16:航天发射架17:防卫武器18:其他设施19 高空翼环风电机构或翼环飞行器19-1 图13中最上层的高空翼环风电机构19-2 图13中第二层的高空翼环风电机构[0168]19-3 图13中第三层的高空翼环风电机构20 船21 压缩机22:冷凝器23:散热器24:接水盘25 水管式牵引缆(有牵引缆功能的水管)25-1 水管26:取水器26-1 图M中的上层取水器26-2 图M中的下层取水器二、图面说明图1 由处于同一平面并有同一圆心但半径不同的两翼环组成的内外翼环组俯视图(左图)、由圆心处于同一轴心线的上下两翼环组成的上下翼环组俯视图(右图)；图2 图1中内外翼环组的各翼环单独俯视图；图3 图1中上下翼环组的各翼环单独俯视图；图4 以翼环支架为铁芯绕组支架的内外两个翼环构成的高空翼环风电机构剖面图；图5 以翼环支架为铁芯绕组支架的上下两个翼环构成的高空翼环风电机构剖面图；图6 以翼环支架为普通发电机机座的内外两个翼环构成的高空翼环风电机构剖面图；图7 以翼环支架为普通发电机机座的上下两个翼环构成的高空翼环风电机构剖面图；图8 以翼环支架为普通发电机机座的上下两个翼环构成的高空翼环风电机构剖面图；图9 槽型轨道与滑轮车结构示意图；图10 是由处于同一平面并有同一圆心但半径不同的两个翼环组构成的高空翼环风电机构俯视图，也是由处于不同层面但圆心处于同一轴心线上且半径不同的两个翼环组构成的高空翼环风电机构俯视图；图11 是由处于同一层面但半径不同的两个翼环组构成的高空翼环风电机构俯视图(上图)，及其对应位置的侧剖面图(下图)；图12 是由处于不同层面但圆心处于同一轴心线上且半径不同的两个翼环组构成的高空翼环风电机构的侧剖面图图13是多个高空翼环风电机构串连体侧视图[0193]图14是风洞式翼环风电机构正面视图；[0194]图15是风洞式翼环风电机构侧剖面视图；[0195]图16是塔式发电机正面视图；[0196]图17是塔式发电机侧面视图；[0197]图18 是翼环飞行器俯视图；图19 是翼环飞行器侧剖面图；图20 是翼环高空站俯视图；图21 是翼环高空站侧剖面图；图22 翼环风电船侧视图；图23 翼环高空取水机侧剖图；图24:串挂式翼环高空取水机侧视图。最佳实施例
以下结合附图介绍几个实施例。高空翼环风电机构实施例一(如图4所示)分别以翼环1-1、翼环1-2的支架为支架设置铁芯、绕组，这两个翼环处于同一平面、有相同圆心但半径不同；翼环1-1、翼环1-2的上下两端分别连接环形轨道3-1，轨道 3-1绕翼环一周，实际上与翼环同体；轨道3-1的横截面为槽型，槽型轨道内偶合滑轮车 3-5 (右下方小图是槽型轨道与滑轮车组合方式示意图)；滑轮车由车架3-2、连杆3-3、滑轮3-4组成(详见于图9)；各轨道上等距离设置若干个(不少于三个)滑轮车3-5，相邻的滑轮车3-5通过连杆3-3两两连接，其效果是两个不同翼环上的滑轮车的车架连接固定在一起，而两个分别偶合于不同轨道的滑轮车仍然可以运转自如，因此两个翼环虽然各自朝不同方向飞速旋转，却永远保持着不变的相对位置，更不会相互分离或碰撞。一条轨道上的各台滑轮车与另一翼环的轨道上相应位置的滑轮车通过连杆3-3 互相连接；连杆4的两端分别与一个连杆3-3相连接，各条连杆4在翼环的轴心线上相交， 并且在交点相互固定连接，除在交点固定连接外，还可以在各相交的连杆4之间焊接支撑杆以形成三角形力矩结构，如果还不足以保证各滑轮车的相对位置不随翼环旋转而改变， 那就应该把相邻翼环之间连接两条轨道上的滑轮车的全部连杆3-3用连杆顺序连接起来 (形成一个闭合的环或多边形)。在此实施例中，同一翼环的各个翼片，它们的面积必须相同，但不同翼环的翼片面积可以不同。由于内环翼片采集风能的效率比相同面积的外环翼片小，因此必须让内环翼片的面积大于外环翼片面积，至于两者的比例大小，必须遵循一个原则，就是使两个逆向旋转的翼环采集风能的效率相等，使两环在迎风逆向旋转过程中扭力相互抵消，避免整机随扭力较大的那个翼环旋转，从而保证机构持续正常工作并杜绝拧缆事故发生。至于翼片的迎角，如果外翼环翼片的迎角是n，那么内翼环翼片的迎角为-n，所以两翼环旋转方向必然相反，两翼环上的铁芯绕组随翼片逆向旋转切割磁力线而发电。发电机构的电路通过电刷连接电缆上端，电缆下端与地面用电设施连接。无论发电机设置有多少个电极，先把能并联的并联到同一个接头，然后将每个接头与对应的电刷轨道连接，电刷轨道附着于翼环槽型轨道3-1的外沿(电刷轨道与翼环轨道之间要设置绝缘隔离层)，电刷轨道与各自的电刷触碰连通，外接电路与电刷相连，而电刷则固定在滑轮车车架的外接连杆上，这样旋转的电刷轨道与电刷就形成了不间断的电路连接。在各条连杆4皆穿过翼环轴线，它们两端分别与各自的滑轮车3-3连接；各条连杆 4在同一点与翼环轴线相交，连杆4就在这个相交点上连接牵引缆的上端，牵引缆的下端连接下方用电设施。[0213]可以把电缆植入牵引缆内部，使牵引缆和电缆合二为一。高空翼环风电机构实施例二(如图5所示)用同相直径的三个翼环1，按同一轴心线上下排列，上下两端的翼环1各有一条轨道3-1环绕，中间的翼环1有两条轨道3-1环绕；各轨道上等距离设置若干个(不少于三个)滑轮车3-5;上翼环的滑轮车与中翼环上沿的滑轮车配对，中翼环下沿的滑轮车与下翼环的滑轮车配对，每两个滑轮车(一个在上、一个在下)为一对，每对滑轮车皆通过连杆 3-3连接。分别以三个翼环1的支架为支架设置铁芯、绕组，中间的翼环与上下的翼环旋转方向相反，因此能够切割磁力线而发电，最上层和最下层的两个环的翼片迎角相同、面积相同，从而使这两个翼环作同步旋转，这样它们的绕组产生的电流或磁力线就是一样的，不会互相干扰。如果最上层和最下层两个翼环的翼片迎角是n，那么中间翼环的翼片迎角为-η。 同一翼环同一侧(即统一伸向环的外侧或内侧)的翼片，它们的面积必须相同，但不同翼环的翼片或同一翼环不同侧的翼片的面积可以不同，要对它们的面积作适当调整，使所有顺时针旋转的翼片和所有逆时针旋转的翼片采集的风能相等。各条轨道3-1皆绕它的翼环一周，实际上它是与翼环溶为一体的；轨道3-1的横截面为槽型，槽型内偶合滑轮车(由包容于槽型轨道3-1之内的车架3-2、连杆3-3、滑轮3-4 组成，详见图9)。由于两台相邻的滑轮车3-2通过连杆3-3连接，因此两个翼环虽然各自朝不同方向旋转，却不会相互分离或碰撞。至于连杆3-3与连杆4和牵引缆、电缆、电刷的设置以及它们之间的连接结构，请参照实施例一。高空翼环风电机构实施例三(如图6所示) 内翼环1-2和外翼环1-1处于同一平面、有相同圆心但半径不同，在这两个翼环上分别按等距离安装若干个轴式发电机6，翼环支架作为轴式发电机6的支架，各翼环上的发电机的动力轮7皆与另一翼环上的环形轨道8相偶合，轮和轨的偶合方式当然可以效仿火车轮与火车轨道，但最好的方式是采用互相啮合的齿轮和齿式轨道。至于连杆3-3与连杆4和牵引缆、电缆、电刷的设置以及它们之间的连接结构参照实施例一。高空翼环风电机构实施例四(如图7所示)上翼环1-3和下翼环1-4处于同一平面、有相同圆心但半径不同，在这两个翼环上分别按等距离安装若干个轴式发电机6，翼环支架作为轴式发电机6的支架，各翼环上的发电机的动力轮7皆与另一翼环上的环形轨道8相偶合。至于连杆3-3与连杆4和牵引缆、电缆、电刷的设置以及它们之间的连接结构参照
实施例一。其他各部位的结构比如实施例二。高空翼环风电机构实施例五(如图8所示)除发电机的轴向从垂直变为水平之外，其除结构与实施例四完全相同。高空翼环风电机构实施例六(如图10、图11所示)内、外两个翼环组处于同一平面、有同一圆心但半径不同，内翼环组中的外翼环1-2-1与外翼环组中的内翼环1-1-2通过翼片式辐条4-2固定连接、同步转动，这些辐条是翼片状的辐条，因此既起到辐条的作用，又有翼片的功能。同组中两翼环的连接方式与实施例一相同，而内翼环组的连杆3-3与连杆4和牵引缆、电缆、电刷的设置以及它们之间的连接结构，亦请参照实施例一。至于内外两翼环的电路连接外翼环组中的各电极按实施例一中的方法与各自相应的电刷连接，而各电刷分别与各自的电线连接，这些电线通过翼片式辐条或连杆4-2延伸至内翼环组并与该翼环组相应电刷的电路并联，内翼环的电刷应该安装在连接两个不同翼环上滑轮车的连杆3-3上。内翼环与外接电路的连接方法请参照实施例一高空翼环风电机构实施例七(如图10、12所示)上下两个半径不同但圆心处于同一轴线上的翼环组，上翼环组中的下翼环1-4与下翼环组中的上翼环1-3的连接方式将上翼环组中的下翼环与下翼环组中的上翼环用翼片式连杆4-2固定连接，上翼环组中的翼片2-1. 4与下翼环组中的翼片2-1. 4的迎角必须一样，它们迎风旋转的方向必须相同(因为它们只能作同步运动)。下翼环组的连杆3-3与连杆4和牵引缆、电缆、电刷的设置以及它们之间的连接结构，亦请参照实施例一。至于上下两翼环的电路连接上翼环组中的各电极按实施例一中的方法与各自相应的电刷连接，而各电刷分别与各自的电线连接，这些电线通过翼片式辐条或连杆4-2延伸至下翼环组并与该翼环相应电刷的电路并联，就本实施例而言，下翼环的电刷应该安装在翼环内侧的上下两个滑轮车的连杆3-3上。下翼环与外接电路的连接方法请参照实施例
ο高空翼环风电机构实施例八(如图13所示)高空翼环风电机构19-1的下端连接缆绳5-1的上端，缆绳5_1的下端连接高空翼环风电机构19-2的上端，高空翼环风电机构19-2的下端连接缆绳5-2的上端，缆绳5_2的下端连接高空翼环风电机构19-3的上端，高空翼环风电机构19-3的下端连接牵引缆5的上端，牵引缆5-3的下端连接地面设施；高空翼环风电机构19-1、19-2、19-3的电路作并联或串连，汇合为一根电缆与地面用电设施连接，该电缆可以与牵引缆5-3合二为一。采用本实施例时最好将高空翼环风电机构19-1、19-2、19_3放飞于同一气流层中，使得各机发出的电压相同，方便各机并网发电以同一电缆5-3向下输送。风洞式翼环风电机构实施例(如图14、图15所示)本实施例的风洞式翼环风电机构的翼环组，由圆心处于同一轴心线上的、平行的两个翼环1-3和翼环1-4组成，翼片2-2. 3的迎角与翼片2-2. 3的迎角相反。翼环1-3、翼环1-4与风洞壁的连接方式槽型轨道3-1绕翼环一周并与之结合为一体，滑轮车的三个滑轮分别与槽型轨道3-1的三个面偶合，滑轮车的车架3-2与风洞壁10 固定相连。至于两个旋转的翼环上的电路与外接电路的连接方法，可参照实施例一。塔式翼环风电机构实施例(如图16、17所示)其翼环风电机构由处于同一平面、有同一圆心但半径不同的两个翼环1-1和翼环 1-2组成，外翼环翼片2-1的迎角与内翼环翼片2-2的迎角相反。这个翼环风电机构由6根塔架支撑杆支撑11-1、11-2、11-3,11_4、11-5,11-6提供支撑力，其中前排的支撑杆从左到右依次标号为11-1、11-2、11_3，后排的支撑杆从左到右依次标号为11-4、11-5、11-6，中间的支撑杆11-2和11-4只须与翼环下端的连杆3连接，其高度只须达到翼环下端，而两侧的支撑杆11-1、11-3、11_4、11-6与翼环两侧的连杆3连接， 其高度只须达到翼环的中部，这就是为什么从图17上看到的支撑杆是“半截”，因为这就是两侧的支撑杆11-3、11_6，这两支杆的顶端分别和翼环风电机构中部(腰部)前后两端的连杆3-3相连并提供支撑力，而且这两个连杆3-3是处于图面向外一侧的。至于两个旋转的翼环上的电路与外接电路的连接方法，可参照实施例一。翼环飞行器实施例(如图18、图19所示)翼环1-3、翼环1-4上皆有槽型轨道3-1，槽型轨道3_1偶合滑轮车3_5，滑轮车的车架通过连杆3-6与机舱14相连，机舱上方呈十字形安装四个用于转向的喷气引擎13-3， 喷气口朝外。各翼片的末端安装用于推动翼环的喷气引擎13-1，翼片2-1. 3的迎角及其喷气引擎的喷气方向与翼片2-1. 4迎角及其喷气引擎喷气方向相反。高空站实施例一(如图20、图21所示)在上一实施例(翼环飞行器实施例)基础上除去所有的喷气引擎，并将机舱改为多层，其中上层是敞蓬平台，平台上设置有航天发射架16、防卫武器17、其他设施18。在翼环1-3、翼环1-4上设置铁芯绕组，具体方法参见高空翼环风电机构实施例二、四、五。在机舱底部连接连杆4，连杆4最少有两根并且呈十字形相交于翼环的中轴线上， 在该交点连接牵引缆5的上端，牵引缆5的下端连接地面设施。翼环风电船实施例(如图22所示)高空翼环风电机构19的下端连接牵引缆5的上端，牵引缆5的下端连接船的栓桩；高空翼环风电机构19的电路与电缆相连，电缆与船的蓄电池相连，蓄电池与电机电路相连。翼环高空取水机实施例(如图23所示)高空翼环风电机构与取水器组合在一起，前者的电路与后者的电路接通，并且取水器的取水工作机构套在高空翼环风电机构的翼环内，取水器的外壳是一个风筒10-1，风筒两端皆为喇叭口形状。风筒10-1的外壁通过连杆3-6与上下两翼环的所有滑轮车3-5连接，滑轮车与槽型轨道3-1偶合，各槽型轨道3-1分别绕各自的翼环一周，翼环 1-3连接翼片2-1. 3，翼环1-4连接翼片2-1. 4。取水器的取水工作机构由空调制冷器21、冷凝集水器22、接水盘24、空调散热器 23、水管25-1组成，除增加接水盘、减少风扇、把散热器放在上风头、把冷凝集水器放在下风头之外，和现有空调器基本相同。取水器的工作机构通过连杆3-7连接固定于风筒10-1 的内壁，其底部与连杆4相连。连杆4最少有两根并且呈十字形相交于翼环的中轴线上，在该交点连接中空的水管式牵引缆25上端的牵引缆接头，而水管式牵引缆的水管继续延伸向上与接水盘的出水口连接；水管式牵引缆25的下端，水管与牵引缆分开，牵引缆连接地面设施，水管与水池或输水管道相连。 高空取水机实施例二(如图M所示)
21[0262]高空翼环风电机构19-1的下端连接缆绳5-4的下端，缆绳5_4的下端连接取水器 26-1的上端，取水器26-1的下端连接缆绳5-5的上端，缆绳5_5的下端连接取水器26_2的上端，取水器26-2的下端连接中空的水管式牵引缆25上端分出来的牵引缆的接头，水管式牵引缆25的下端连接地面设施，具体方法参看上一实施例。在取水器26-1、26_2的上端喇叭口边沿等距离取四点，用两根长度相同的缆绳的两端分别连接在同一直径上的两点，此两缆的交点作为上方垂下的牵引缆的连接点(如图 24中的局部放大图所示)。高空翼环风电机构19-1与两个取水器作电路连接；两个取水器的接水盘分别与各自的出水管连接，各自的出水管皆与中空的水管式牵引缆25中的水管的上端相接。
权利要求1.高空翼环风电机构，由转子铁芯绕组和定子铁芯绕组相对运动发电，铁芯绕组由风轮推动，机架通过牵引缆与下方提供牵引力的设施相连，发电机构的电路与电缆的上端相连，电缆的下端与下方用电设施相连，其特征是在环状支架上等距离设置翼片而形成翼环；其翼片采用切割空气会产生升力的翼片，每个翼片皆如同普通风轮的翼片的末段，翼面与翼环的圆周面之间形成夹角，即迎风角；翼片可以向环外或环内伸出，也可以同时向两侧伸出；同一翼环上所有翼片的迎风角度相同，而相邻的翼环的迎风角度相反；由两至三个翼环组成一个翼环组，同组各翼环或处于同一平面并有同一圆心，或各翼环互为平行面且圆心处于同一轴心线上；整机中可以只有一组翼环，也可以有两组或两组以上翼环，每组翼环可以构成一个完整的发电机构；两个或两个以上的高空发电环整机之间可以通过牵引缆首尾相连，即处于上端或下风头的整机，其下端通过牵引缆和下方或上风头的另一整机的上端连接，而各整机的电路通过电缆相连最终通过同一电缆与地面用电设施连接。
2.根据权利要求1所述的高空翼环风电机构，其特征是以同一翼环组中各翼环的支架为支架分别设置定子铁芯、绕组或转子铁芯、绕组使整个翼环组成为一个不依靠轴带动转子的发电机；或者在翼环的支架上等距离安装有动力轴的发电机，让发电机动力轴上的轮与相邻的任一翼环上的环形轨道相偶合，环形轨道绕环而设并与翼环连为一体。
3.风洞式翼环风电机构，其特征是权利要求1所述的高空翼环风电机构置于风洞之中，所有铁芯绕组和电路皆作防水密封，舍弃原有的牵引缆和向翼环外伸出的翼片，而保留向翼环内伸出的翼片和翼环外侧的轨道及其滑轮车，滑轮车的车架与风洞内壁相连；风洞或者水平走向，或者垂直走向。
4.塔式翼环风电机构，其特征是选用各翼环互为平行面且圆心处于同一轴心线上的高空翼环风电机构的高空翼环风电机构，除去机构与地面之间的牵引缆，并除去连接牵引缆与翼环风电机构的连杆(4)，将翼环机构的轴向取水平方向，然后，或者将内翼延长至轴心处，与轴承外壁连接，轴承内壁与轴连接，轴的两端与支撑塔的顶端连接，或者将翼环组正面和背面的滑轮车连杆(3-3)与支撑杆连接，其中在正面、背面的两侧和中间最少各设置一根支撑杆。
5.翼环飞行器，飞行器有翼，翼在空气中运动产生升力，其特征是以权利要求1所述的高空翼环风电机构为基础，在其原有的翼环体之间的连接器或翼环体与牵引缆之间的连接器的滑轮车车架上固定连接或吊挂机舱；并且，或者将原有的直接以翼环为支架设置的铁芯和绕组撤除，而在翼环的翼片顶端安装喷气引擎，或者将原有的轴式马达撤除而在原位上安装内燃发动机，或者保留原有的轴式马达或环形铁芯、绕组而通过电缆从地面向它们供电，或在其机体上设置蓄电池向它们供电；在舱体或连接器等不会随翼环旋转的部位上安装或不安装提供水平方向推动力的喷气动力引擎。
6.根据权利要求5所述的翼环飞行器，其特征是机体原有的与下方连接的牵引缆和电缆可以去除或保留，也可以只保留牵引缆而将电缆换为油管，甚至将牵引缆和油管合二为一；翼片可以保留自旋翼切割空气会产生升力的特征，也可以不保留这个特征而采用普通螺旋桨的翼片的特征。
7.翼环高空站，根据权利要求1所述的高空翼环风电机构或权利要求5所述的翼环飞行器，其特征是外挂或内置有以下各种设备、设施中的全部、部份或其中之一电子设备、 通讯设备、遥感设备、航拍设备、科学实验设备、防卫武器、航天器发射和回收平台、起重设备、升降舱、娱乐设施、人员工作室。
8.翼环风电船，船舶栓接牵引缆下端，牵引缆上端连接靠风力推动的飞行器，其特征是权利要求1所述的高空翼环风电机构，其牵引缆的下端连接船舶上的牵引点，其电缆与船舶的蓄电池或电动机作电路连接。
9.翼环高空取水机，空气取水器由空调制冷器、冷凝器、接水盘、空调散热器、风扇等组成，其特征是权利要求1所述的高空翼环风电机构的电路与空气取水器的电路连接；空气取水器的接水盘的出水口与水管上端连接，水管下端与下方蓄水池或用水设施连接；高空翼环风电机构翼环轨道滑轮车的车架通过连杆与空气取水机构的支架或外壳连接，或高空翼环风电机构的牵引缆从空气取水机构的中心部位穿过，空气取水机构悬挂于牵引缆上， 可悬挂一个或一个以上；水管或者与牵引缆合二为一，或者不与牵引缆合二为一。
专利摘要三种风电机构暨飞行器、高空站、风电船、高空取水机皆采用翼环作为风轮。翼环舍弃普通风轮的轴心和低效段翼，以高效翼段作为整个翼片，而支撑高效翼段的力臂长度缩短数倍，一支增为两支，单侧支撑变两侧支撑，因此与普通风轮比，最大半径可扩展十倍以上，如半径相同，则有效翼段面积可扩展数倍以上。因此三种翼环风电机构与现有风轮发电机构相比，体形可扩大十倍以上，且因翼环组相邻翼环互为转子反向旋转，使转子相对速度加倍，即使体形、转速、电磁负荷相同，发电量亦可提高一倍；高空翼环风电机构、翼环飞行器、翼环高空站的翼展可超千米、承载力可达数万吨；翼环风电船的风电机构可驱动超大型船舶；翼环高空取水机可大规模高空空气取水。
文档编号F03D5/04GK202176456SQ201120077850
公开日2012年3月28日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者罗琮贵 申请人:罗琮贵