风力涡轮机的制作方法

专利名称：风力涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及风力涡轮机和用于风力涡轮机的控制系统，具体地，涉及可在相对低的风速下运行而仍然发电的风力涡轮机
背景技术：
传统的风力涡轮机通常当风速等于或大于Smph时才开始运行。这一部分是由于涡轮机叶片的重量，一部分是由于涡轮机叶片轴和发电机之间的齿轮的摩擦。因此，现有的风力涡轮机通常不在风速小于8mph的情况下利用能量。考虑到在美国和其他地方的整体风速谱中小于8mph的风速占了很大的部分，现有的风力涡轮机忽略了很大一部分潜在的能源。传统的风力涡轮机同样相对比较昂贵，不易于安装、维护和运行，并且不容易集成到住宅或小型商业领域的电力系统中。如果风速过大，传统的风力涡轮机可能比较易于损坏。

发明内容
本发明提供了一种风力涡轮机，其可利用来自低风速的能量来产生电力。此外，该风力涡轮机可利用相对简单和便宜的元件组装，并被构建成使得其是便携的并能被安装到现有结构的顶部。此外，风力涡轮机可被配置为使得当其运行时(即使是在高风速下)噪音显著降低。可选地，该风力涡轮机可利用从风力涡轮机叶片外周之外的风以进一步提高风力涡轮机的效率。在本发明的一种形式中，风力涡轮机包括具有旋转轴线的旋转轴、支撑用于围绕轴做旋转运动的多个涡轮机叶片、从所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁以及线圈。叶片通过磁铁向内径向延伸的支架安装到轴上，其中，磁铁的角速度至少为叶片的角速度。此外，线圈位于从磁铁向外的位置，并且可选地，其位置使得线圈围绕磁铁。在本发明的另一种形式中，风力涡轮机包括支架和安装用于相对于支架做旋转运动的多个涡轮机叶片。每个叶片具有在其远端内的近端，每个叶片的远端具有比内部近端更大的宽度。此外，每个叶片具有沿其长度改变的不对称的横截面形状。在本发明的又一种形式中，风力涡轮机包括支架和安装用于相对于支架做旋转运动的多个涡轮机叶片。每个叶片具有在其远端内的近端，每个叶片的远端具有比内部近端更大的宽度。此外，每个叶片的攻角沿其长度改变，在其远端具有最大的攻角，而在其近端具有最小的攻角。根据本明的再一种形式，风力涡轮机包括支架和相对于支架旋转安装的多个涡轮机叶片。每个叶片由柔性膜形成。可选地，支架相对侧的叶片连结在一起，从而作用到相对着的叶片的径向力被平衡。此外，叶片可通过弹性部件或弹簧连结在一起，从而叶片可在高风况下移离支架。此外，叶片可被配置为呈现更紧凑的配置，例如折叠或压缩，以降低叶片的表面积，并由此降低风力涡轮机的实度。
在本发明的另一种形式中，风力涡轮机包括涡轮机轮，其具有多个风力涡轮机叶片，该涡轮机轮安装用于在一平面内旋转，并且至少一个磁铁沿着相对涡轮机轮的旋转平面成一角度的方向从涡轮机轮向外延伸。根据本发明的又一形式，风力涡轮机包括具有外部轮缘和多个定子的风力涡轮机轮。定子大体上与轮的外部轮缘的至少一部分对齐，至少一部分定子位于外部轮缘的外部周边径向向内的位置。在任意一种上述涡轮机中，涡轮机叶片可由柔性膜形成。例如，每个叶片可包括具有柔性膜的框架，该柔性膜应用到框架上。合适的框架包括金属框架，例如铝框架、不锈钢框架或类似框架。可选地，框架与膜集成成形。膜可由柔性片材料形成，例如织物(包括尼龙或KEVLAR )，或由聚合物形成，例如塑料。举例来说，膜随后通过焊接、缝线、紧固件或类似物被安装到框架上。可选地，叶片可以由可塑性材料模塑成形，可塑性材料例如塑料，包括玻璃填充尼龙，聚乙烯，碳纤维增强尼龙或KEVLAR 。举例来说，当模塑时，叶片可与整体框架一起成形。例如，叶片可与外围轮缘和在外部轮缘之间延伸的薄网一起模塑成形，从而轮缘加强了薄网。此外，网可由肋条加强，肋条延伸穿过叶片并且可选地位于轮缘的两个相对侧之间。在这种方式中，可能不需要单独的框架。此外，叶片可用于于降低涡轮机的实度。例如，涡轮机叶片可被配置为当风速增加到预定风速之上时呈现更紧凑的配置。例如，叶片可被配置为在叶片中形成一个开口，该开口随着风速在预定风速之上的增加而增大。在一种形式中，利用分叉膜使涡轮机叶片分叉， 响应于风速超出预定风速，膜的一部分固定而其他部分与固定部分分离。在其他方面，风力涡轮机可包括辐条轮，其具有中心轮毂和从轮毂向外延伸的多个辐条，这些辐条又在其外部远端支撑环状环或轮缘。涡轮机叶片随后安装到辐条上。在这种应用中，磁铁可被安装到轮的环状轮缘上。根据另一些方面，磁铁可安装到轮缘上，并从轮缘沿着辐条轮框架的半径延伸，从而磁铁位于与轮相同的同一平面内。在另一形式中，可安装磁铁以使得其沿着与轮的旋转平面成一角度的方向延伸。例如，磁铁可以以相对于轮大体上垂直的方向安装到轮缘上，从而磁铁可绕着轮的旋转轴在水平方向上延伸。在其他方面，一个或多个定子线圈被配置成具有带有通道的U形横截面。此外，磁铁延伸进入通道，从而线圈至少在两侧跨越或环绕磁铁。此外，线圈可被配置为使得线圈的 U形横截面的一条腿产生电流，该电流与线圈的的U形横截面的第二条腿中产生的电流累力口。在这种方式中，当磁铁通过线圈时，相比于线圈仅位于磁铁的一侧时，磁铁将在线圈中产生双倍电流。在又一方面，一个或多个定子线圈被配置为至少部分地围绕磁铁的圆周路径延伸。可选地，一个或多个线圈可绕着磁铁的整个圆周路径延伸。因此，本发明提供了可在低风速下运行的风力涡轮机，例如在低于8mph、6mph、 4mph风速下运行，甚至在低于2mph的风速下运行，例如，在大约0. 3mph的风速下运行。根据其他方面，本发明提供了一种风力涡轮机和控制系统，该控制系统自动地控制风力涡轮机的朝向以及由此产生的电能，控制的方式使得避免损坏风力涡轮机并增加风力涡轮机系统的效率。风力涡轮机系统易于安装在住宅在类似建筑上，并可结合一个或多个传统部件(例如汽车电池)以降低整个系统的成本。根据另一方面，提供了一种利用风力发电的系统。该系统包括风力涡轮机和用于风力涡轮机的控制子系统。风力涡轮机包括适于绕着轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片。风力涡轮机具有电阻抗并且控制子系统具有由控制器控制的可变阻抗。控制器用于通过在低于和高于所述风力涡轮机的所述电阻抗的水平之间改变所述控制子系统的可变阻抗，以脉冲的方式从所述风力涡轮机提取电能。根据另一方面，提供了一种利用风力发电的系统。该系统包括风力涡轮机和控制子系统。风力涡轮机包括适于绕着轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片。当风速小于风速阈值时，控制子系统以大体上连续的方式从风力涡轮机中提取电能，并且当风速大于所述风速阈值时，控制子系统以脉冲的方式从所述风力涡轮机中提取电能。根据另一方面，提供了一种用于风力涡轮机的控制系统，该风力涡轮机具有适于绕着轴旋转的多个叶片。该控制系统包括第一传感器、第二传感器、电机和控制器。第一传感器确定风向；第二传感器确定网速；电机改变风力涡轮机的旋转轴的朝向。控制器第一和第二传感器通信，当风速小于阈值时，控制器激活所述电机，从而轴与风向对齐。当风速大于所述阈值时，控制器激活电机，从而使得所述轴不与风向对齐。根据另一种方面，提供了一种利用风力发电的系统。该系统包括风力涡轮机、电压传感器、开关转换器(例如但不限于降压转换器)、逆变器、转换开关、电池和控制器。风力涡轮机包括适于绕轴旋转并产生电压输出的多个叶片。电压传感器测量风力涡轮机的输出电压。开关转换器与风力涡轮机电压输出进行电气通信，并降低风力涡轮机电压输出的电压水平。逆变器将直流电转换成交流电。转换开关选择性地将所述逆变器或电力公司供电源的输出连接到住宅或商业建筑配电板上，风力涡轮机为所述住宅或商业建筑提供电能。 控制器与电压传感器、降压转换器、电池和转换开关进行通信。控制器监测电池的充电水平并在电池的充电水平降低到充电阈值之下且输出电压降低到电压阈值之下时，将转换开关切换成将电力公司供电源与配电板连接。根据其他方面，第二传感器可以是与风力涡轮机叶片物理上隔开的风速计，或者可以是用于测量多个叶片的速度的一个或多个传感器。控制器材还可激活电机，使得轴和风向之间的不对齐的量随着风速在阈值之上的增加而增加。电压调节器可为逆变器和一个或多个电池提供调节的电压。风力涡轮机的叶片的形状可占据由叶片的旋转限定的圆形区域的相对较大的部分，例如占据50%或更多，尽管可使用其他水平的实度。风力涡轮机本身可包括安装在多个叶片的外端附近的多个磁铁。控制器可用于在检测到失去电力公司供电之后自动地将电池连接到配电板。控制器还可配置为监测电池的充电水平并防止电池经历深循环放电，除了当控制器检测到失去电力公司供电时。可通过将大体上恒定的电流施加到电池上为电池再充电，直到达到充电的阈值水平，在达到充电的阈值水平之后，为电池提供大体上恒定的电流。电池可以是传统的汽车电池，或者是以任何合适的方式电连接在一起的多个传统的汽车电池。控制子系统可以以在使风力涡轮机减速到低速阈值和允许风力涡轮机再次获得高至上限速度阈值的速度之间交替的脉冲的方式改变其电阻抗，该动作以类似的方式重复。根据其他方面，如果风力涡轮机产生的电压水平超出电压阈值的话，控制器可将风力涡轮机产生的电力直接发送给逆变器。逆变器可将直流电转换成电压大体为120V的交流电，从而电压可被直接提供给北美的家庭或小型商业建筑。在其他实施方式中，逆变器可被配置为将直流电转换成电压等于提供给特定国家或地理区域的住宅的传统家用电压 (例如，欧洲住宅230V)的交流电。控制器可包括显示板，其显示下述信息的一种或多种 风速、风向、电池充电、迄今产生的总能量和风力涡轮机产生的电压。通过结合附图参阅下述说明，本发明的这些和其他目的、优点、意图和特征将变得更加清晰。


图1是本发明的风力涡轮机的正视图；图2是图1的涡轮机的侧端视图；图3是本发明的风力涡轮机的另一实施方式的正视图；图4是图3的涡轮机的侧端视图；图5是图4的定子线圈的放大的部分片段视图，示出了由定子线圈形成的通道中的磁铁；图6是本发明的具有辐条轮的风力涡轮机的另一实施方式的正视图；图7是轮和磁铁安装布局的放大视图；图8是风力涡轮机叶片安装细节的放大视图；图9是辐条轮的正视图，其中，为清楚起见，移除了涡轮机叶片；图10是磁铁安装到辐条轮的轮缘上的布局的放大视图；图11是类似于图6的附图，其中，为清楚起见，移除了线圈套和叶片；图12是定子线圈安装布局的放大视图；图12A是定子线圈及其互联电路的示意性示图；图13是定子线圈安装布局和磁铁安装布局的另一放大视图；图14是涡轮机叶片的放大视图；图14A是涡轮机叶片框架的放大视图；图15是涡轮机叶片的另一实施方式的正视图；图15A是图15的涡轮机叶片的侧视图；图15B是示出了安装到涡轮机轮上的图15的涡轮机叶片的放大视图；图16是结合有安装到涡轮机叶片框架上的一部分膜的涡轮机叶片的另一实施方式的放大视图；图17示出的图16的涡轮机叶片，其中，第二部分膜支撑件安装在框架上以可移动地将第二部分膜安装到框架上；图17A是图17的膜支撑件的俯视图；图18示出了图16的涡轮机叶片，其中，第二部分膜安装在框架上；图19示出了图18的涡轮机叶片，其具有使第二部分膜偏置到为涡轮机叶片提供最大可靠性的位置的偏置部件；图20是本发明的风力涡轮机的另一实施方式的侧端正视图；图21是涡轮机轮和磁铁安装布局的放大视图；图22是磁铁安装布局的放大视图23是图21的涡轮机叶片轮的部分放大视图，示出了磁铁和定子安装布局；图M是轮和定子安装布局的另一实施方式的放大视图；图25是定子线圈和磁铁安装细节的放大视图；图沈是本发明的风力涡轮机的另一实施方式的正视图；图27是图沈的风力涡轮机的侧面正视图；图观是本发明的风力涡轮机另一实施方式的正视图，其结合有安装到风力涡轮机的迎风侧的集风装置；图28k是安装到涡轮机轮的定子线圈组件和磁铁的放大片段视图；图^B是定子线圈组件和安装细节的另一放大片段视图；图^C是风力涡轮机框架和集风装置的安装细节的放大片段视图；图28D是示出了通过结合支撑件耦合在一起的涡轮机叶片以及风力涡轮机框架安装细节的放大片段视图；图四是示出了用于涡轮机轮的横向支撑件或导件的放大片段视图；图^A是示出了横向支撑件或导件的另一实施方式的放大前视图；图^B是图^A的横向支撑件或导件的后视图，还示出了安装到涡轮机轮的磁铁的细节；图30是图观的风力涡轮机的罩的正视图；图30A和30B是图30的罩的两个部分的立体图；图30C是图30的罩的横截面视图；图31是使用可选的稳定器将集风装置安装到风力涡轮机的迎风侧的另一实施方式的正视图；图32是本发明的安装到住宅顶部的风力涡轮机的示意性示图；图33是示出了 4级风力分布的图表；图34是包括有风力涡轮机和控制系统的发电系统的前视图；图35是图34的风力涡轮机的侧面视图；图36是住宅和风力涡轮机的正视图，示出了可使用发电系统的一种示例性环境；图37是示出了风力涡轮机的控制系统的不同元件之间的互联的示图；图38是图37的控制系统的更详细的示图；图39是充电控制器的若干内部元件的详细示图；图40是发电系统的一种实施方式的示图，其中示出了比图34的示图更多的元件；图41是图40的系统的发电机和发电机控制结构的示图；图42是图40的系统的控制系统的示图；图43是示出了本文所描述的任一发电系统可能遇到的不同状态的图表；图44A是示出了一段时期内的任意风速的图表；图44B是示出了当经历图44A中的风速时，可由本文所描述的风力涡轮机系统的一种实施方式所产生的功率的图表；图44C是示出了示出了当经历图44A中的风速时，可由本文所描述的风力涡轮机系统的另一种实施方式所产生的脉冲功率的图表。
具体实施例方式参考图1，标号10总体上指本发明的风力涡轮机的一种实施方式。如下文将要全面描述的那样，风力涡轮机10以及本文描述的其他风力涡轮机可被配置为在低风速下运行。例如，风力涡轮机可被配置为在风速低于8mph、低于6mph、低于4mph、低于2mph的情况下运行，举例来说，甚至可以在风速低于大约0.3mph的情况下运行。如将要理解的那样，这部分是通过由低重量的风力涡轮机叶片(因此具有低惯性)形成风力涡轮机来实现的，还通过提供无传动装置的涡轮机来实现。尽管最开始描述了无传动装置的涡轮机，但应当理解的是，也可使用有传动装置的涡轮机。此外，通过将磁铁安装在对于既定风速相对于传统风力涡轮机具有增加的角速度的位置，相对于传统的风力涡轮机来说，这样可在相同的风速下提升发电能力，此外，也可通过利用磁铁两侧的磁通量来提升发电能力。参考图1和图2，风力涡轮机10包括框架12和基座14。根据应用情况，框架12 和基座14可由适当的金属元件形成，包括铝或不锈钢元件。在一些应用中，复合材料也是合适的。框架12包括外围或环状部件18和支架部件20，支架部件20由外围部件18支撑并提供风力涡轮机叶片组件22的安装表面。涡轮机叶片组件22包括轮毂M (例如中心盘或板)以及安装到轮毂M上且从轮毂M径向向外地延伸的多个涡轮机叶片沈，轮毂M通过轴2 安装在框架12上，即安装在支架部件20上。轴22a的轴颈位于支架部件20中或可旋转地支撑在支架部件20中(例如通过轴承22b)，并且可旋转地将轮毂M和叶片沈安装在外围部件18的内部。因此，如上所述，叶片组件和叶片组件的支撑结构之间的连接没有传动装置，尽管也可以包括传动装置。支撑磁铁30的多个臂28也安装在轴2 上。合适的磁铁包括镀镍的钕铁硼磁铁。 磁铁的尺寸可以不同，但合适的尺寸包括2英寸长、2英寸宽、1/2英寸厚的磁铁，或者更厚的磁铁，例如大约0. 7”、0. 8”或1. 0”厚的磁铁。如下文将全面描述的那样，磁铁30位于相对来说靠近定子线圈组件32的位置，定子线圈组件32支撑在外围或环状部件18上从而当涡轮机叶片组件22随着轴2 旋转时，臂28和磁铁30将类似地旋转，由此在定子线圈组件的线圈中感应出电流。在示出的实施方式中，涡轮机叶片组件22包括六个叶片沈，其绕着轴2 均勻间隔分布。涡轮机叶片组件的直径可根据应用的不同而不同，但对于家用(包括屋顶安装)甚至商业应用来说，在发电的情况下，6英尺的直径已经被证实能够平衡美学和安装物流，但也可以使用更大或更小的尺寸。对于其他应用，例如包括海上应用(其中涡轮机用于给船只电池再充电)，举例来说，尺寸可以较小。此外，叶片和磁铁的数量可以改变。如将从下述说明中领会的那样，除了能够使得风力涡轮机尺寸上更紧凑之外，相比于传统风力涡轮机， 也可以显著降低风力涡轮机的重量。例如，根据尺寸的不同，重量可以小于150磅、小于125 磅、或小于100磅。此外，可利用空气动力学来设计叶片的外形，从而优化从风力到旋转涡轮机叶片系统的能量转化。例如，这种优选的空气动力学叶片外形可采用尖细的叶片端部以降低高风速下的风切变和叶片变形。虽然合适的叶片可包括可商购的叶片，其通常用于传统涡轮机，但可选地，叶片也可以是风攻角(wind attack angle)在5°到10°之间的矩形条，这可以在低风速下提供更有效的运行并且其制造成本比传统叶片更低。此外如下文将全面描述的那样，叶片可沿其迎风边缘具有不同的风攻角。应该理解的是，对于给定的涡轮机尺寸和风速运行体系，叶片设计选择和攻角可以不同。此外，轴可被配置为提供最小的风阻，并可根据风况和重量考虑被制成为具有空气动力学的横截面外形，包括圆形横截面。如图2所示，磁铁30的位置使得其延伸进入外围框架部件18和定子线圈组件。在这种方式下，当轴2 绕其旋转轴旋转时，磁铁将相对于定子线圈组件移动并由此在定子线圈组件的线圈中产生感应电流。对于定子线圈组件的线圈的更多详细情况，请参考名称均为 “TURBINE ENERGY GENERATING SYSTEM”、由 Imad Mahawili 博士分别于 2008 年 6 月 13日和2010年2月2日提交的美国专利申请序列号12/138，818和12/698，640，通过引用将其全文公开内容并入本文中。臂观可由横杆35形成，例如金属杆(包括铝杆)，如所示的那样，臂观由轴涡轮机叶片组件22的轴2 支撑。在这种方式中，杆35独立于涡轮机叶片沈但通过与轴22a 的旋转，其与各自的叶片一致的旋转。虽然仅示出了两个臂或一个杆，但应该理解的是，不止一个的杆和一组磁铁可用于使涡轮机中的磁铁的数量增加一倍、两倍或三倍。然而，应该注意的是，随着磁铁数量的增加，旋转系统的重量也增加了。因此，随着磁铁数量的增加，涡轮机可开始发电的风速可能上升。通过将磁铁置于杆的末端，涡轮机叶片可以在高风速下偏斜而不影响定子壳内的磁铁的精度和位置，这可简化操作并提升发电性能。然而，如下文将要全面描述的那样，磁铁可通过安装在涡轮机叶片上的轮缘或环支撑在各自涡轮机叶片的远端或尖端，这将降低叶片的偏斜，这种情况将在下文详细描述。参考图3和图4，标号110大体上表示本发明的风力涡轮机的另一实施方式。类似于涡轮机10，涡轮机110包括框架112和基座114。框架112和基座114也可由合适的金属元件形成，包括铝或不锈钢元件，或者在一些应用中，复合材料也是合适的。在所示的实施方式中，基座114包括固定基座部分11 和可旋转基座部分114b，框架112安装在该可旋转基座部分114b上。在这种方式中，举例来说，框架可以改变位置以相对于风重新定位涡轮机叶片。下文将详细的描述用于控制涡轮机叶片组件和框架的位置以及管理发电的合适控制系统。框架112包括环状部件118以及两个环状框架部件120a和120b，其将环状部件 118支撑在基座114上，更具体地，支撑在旋转基座部分114b上。框架部件120a和120b也支撑涡轮机叶片组件122，并且，类似于部件20，框架部件120a和120b包括用于支撑涡轮机叶片组件122的轴12 的轴承122b。同样类似于前述实施方式的环状部件118支撑定子线圈组件132，定子线圈组件132由涡轮机叶片组件122径向向外支撑，更具体地，涡轮机叶片126的径向向外支撑。在示出的实施方式中，框架部件120a和120b包括线框部件，举例来说，线框部件由大规格金属线或小直径的杆(例如铝线或杆)形成，其形成支撑多个径向臂136的两个同心的环状部件13 和134b。径向臂136又支撑衬套122b，该衬套旋转地支撑涡轮机叶片组件122的轴12加。如图4所最佳展示的那样，外部环状部件13 随后被安装到基座 114的可移动基座部分114b上，例如，安装在一对柱IHc上。举例来说，环状部件13 可被焊接或以其他方式固定到柱114c上。环状部件118安装在框架部件120a和120b之间，并位于外部环状框架部件13 的内部。类似于前述实施方式，磁铁130安装在臂1 上，臂1 安装在轴12 上，从而磁铁130延伸到定子线圈组件132内。此外，通过这种配置，磁铁130的角速度大于将涡轮机叶片安装在轴12 上的轮毂的角速度，并等于或大于涡轮机叶片的角速度。如参考第一实施方式注意到的那样，臂随着轴12 旋转，因此当涡轮机叶片旋转时，臂也旋转。参考图5，环状部件118通过紧固件安装在框架部件120a和120b并且形成用于定子线圈组件132的定子线圈组件外壳140。外壳140包括大体上呈环状通道的部件，如图所示，该部件可绕着涡轮机轮的整个圆周延伸，从而完全包围涡轮机叶片的路径或仅包围一部分路径。例如，将下文将全面描述的那样，定子线圈组件可仅在涡轮机轮的一部分路径上延伸并可位于叶片的最上面的位置(12点钟位置)或位于最下面的位置(6点钟位置)，或者位于这两个位置之间。如图所示，定子线圈组件外壳140具有大体上呈通道形状的横截面并形成具有开口侧140b的通道140a，其中，磁铁130延伸进入开口侧140b中。外壳140由非磁性材料形成，例如塑料。设计相对的定子外壳侧壁之间的内部间隔的尺寸，以最小化定子外壳的各自侧壁和各自磁铁之间的空隙140c (例如气隙)，从而降低由旋转磁铁感应的磁通量衰减。定子线圈组件132包括由导线形成的多个线圈，导线例如铜线或铝线。举例来说， 线圈可由规格在大约1016范围内(可支撑在外壳140内)的双回路铜线制成。根据涡轮机的大小和功率输出设计需求，可以改变铜线的规格。如参考的申请中所描述的那样，线圈由按照提高发电效率的方式卷绕的导线形成。这至少一部分是通过将线圈配置为跨越并扩展到磁铁的两个主要表面上来实现的。在这种方式中，利用了磁铁两侧(主要表面)的磁通量。如上述参考的申请中所描述的那样， 为了使电流增加，线圈包括跨越磁铁的两个腿部150a和150b，两个腿部150a和150b通过转角或交叉部分150c来互连，其中，交叉部分允许两个腿部150a和150b中感应的电流累力口。此外，如图5中最佳展示的那样，为了优化累加电流，磁铁被置于延伸到由线圈回路形成的通道内的足够远的地方，从而磁铁在线圈回路之间是对齐的，并且与回路的转角或弯曲的区域(均来自于上部和下部线圈转角区域)间隔开。同样为了有助于在定子外壳通道内定位磁铁，针142可安装在磁铁的端部或安装在臂的端部，其延伸到形成在壳体140中的导引通道144中。在这种方式中，当一个或多个磁铁通过各自的一个或多个定子线圈组件时，移动磁铁引起的磁通量使电流流过各自的线圈。此外，通过将线圈定位在定子外壳的任意一侧， 并且将线圈以累加电流的方式连接，对于在传统涡轮机的轴的给定旋转，本发明的涡轮机可以增加电力输出。此外，由于本发明的涡轮机不需要使用传动箱以将涡轮机叶片轴的旋转运动转化成感应电流的旋转运动，相比于集成了传动装置或传动箱的涡轮机来说，本发明的各种涡轮机可在较低风速下产生电力。然而应该理解的是，传动装置或传动箱可连接到轴上，例如为了驱动发电机以提供额外的发电源。参考图6，标号210大体上指本发明的风力涡轮机的另一实施方式。类似于涡轮机10和110，涡轮机210包括框架212和涡轮机叶片组件222，该涡轮机叶片组件222由基座214上的框架212支撑。框架212和基座214可由合适的金属元件形成，包括铝或不锈钢元件，或者在一些应用中使用复合材料。在所示实施方式中，基座214包括可移动基座部分21 和安装在可移动基座部分21 上的框架安装部分214b，框架212安装在该框架安装部分214b上。框架212包括环状罩218、柱219、支撑框架元件220和涡轮机叶片组件222。支撑框架元件220将罩218和涡轮机叶片组件222安装到柱219上，柱219又将罩218、框架部件220和涡轮机叶片组件222安装到基座214上。根据应用的不同，罩218可由金属板制成，例如铝或不锈钢板，或者由聚合物制成，例如塑料，也可以由复合材料制成。在所示的实施方式中，涡轮机叶片组件222包括轮250 (图9)，多个涡轮机叶片 226安装在轮250上。如图9最佳展示的那样，轮250包括中心轮毂250a和多个径向延伸的轮辐252，轮辐252在它们的近端从轮毂250a延伸，并且支撑在它们的远端的环或轮缘 254。如将要理解的那样，轮毂、轮辐和轮缘也可由金属材料形成，例如铝或不锈钢。如图7 最佳展示的那样，轮辐在其与轮毂的连接处是偏置的，但在沿着轮缘上的常规环状路径的间隔连接处安装(如图8和图10)，从而一套或一组轮辐位于锥形面上，而其他轮辐位于另一锥形面上，类似于自行车轮。换句话说，第一组轮辐从轮毂的第一套间隔连接处延伸到沿着轮缘上的环状路径布置的第二套间隔连接处。第二组轮辐从轮毂的第三套间隔连接处延伸到沿着与轮缘上的第二套连接处相同的环状路径布置的第四套间隔连接处，第一套间隔连接处与第三套间隔连接处沿着轮毂的旋转轴间隔开，其中，第一组轮辐与轮毂的第二组轮辐相偏移，但在轮缘处汇合。如下文将要全面描述的那样，轮辐252提供了涡轮机叶片2 的安装表面，在所示实施方式中，涡轮机叶片2 延伸到涡轮机迎风侧的大部分中， 例如，涡轮机迎风侧的50% -70%，这意味着涡轮机的实度(solidity)大约为50% -70%。 如将要描述的那样，涡轮机的实度也可以改变。再次参考图7，轮250由轴250b支撑，并且轮250的轴颈位于支撑框架部件220 中，轴250b延伸通过部件220并通过螺母250c和可选的垫圈250d固定在部件220上。然后，部件220通过支架260和柱262安装到柱219上，柱262接收紧固件264 (例如螺栓)， 紧固件264延伸通过各自的靠近柱219的各自部件220并进入柱219中。因此，如上所述， 轮和轮的支撑结构之间的连接是无传动装置的。然而，也可以包括传动装置。如图10和图11最佳展示的那样，在所示实施方式中，磁铁230安装在轮250上， 更具体地，通过支架266安装到轮缘2M上，支架266通过一个或多个紧固件268固定到轮缘邪4上。支架266包括支撑框架272的安装部分270，框架272从安装部分270向外径向延伸并支撑其中的磁铁230。磁铁230的安装使得其向外延伸并位于(其主要表面位于) 轮的同一平面内，并且位于叶片的迎风侧(面对来风的一侧)限定的平面和叶片的背风侧 (面对风吹的方向的一侧)限定的平面之间。在所示实施方式中，轮250包括十个磁铁230， 它们等间距地绕着轮间隔开来；然而，应该理解的是，可以使用更多或更少的磁铁。参考图11和图13，在所示实施方式中，定子线圈组件232安装在框架部件220上并绕着轮250的外周布置。此外，在所示实施方式中，定子线圈组件232仅绕着轮的圆周的一部分延伸，并且位于最顶端的叶片位置(12点钟)。例如，定子线圈组件232可沿着大约 30-45度的弓状跨度延伸；然而，应该理解的是，也可以配置为沿着更大范围延伸，包括风力涡轮机的全部360°的圆周。定子线圈组件232包括支撑组件236，支撑组件236安装在框架支撑部件220上并位于靠近环254的位置。此外，如图12所最佳展示的那样，支撑组件236由一对支架236a和236b组成，支架236a和236b彼此间隔开并分别安装在框架部件220上。每个支架可包括大体呈L形的支架，并且包括一对支撑件，例如是圆柱杆276a的形式，该圆柱杆276a向内延伸并且间隔地支撑定子线圈278a和278b，从而限定各自定子线圈之间的空隙观0。定子线圈组件232位于罩218内以在磁铁移动通过其圆周路径时保护定子线圈组件和各自的磁铁。参考图12A，每对定子线圈278a和278b通过电路279互连，电路279可包括整流器 279a以从每一独立线圈局部地生成直流电(DC)。如果不使用整流器，则产生交流电(AC)。 如果需要，可在随后对交流电进行整流。随后，电力输出可被转换为标准12V直流电以为小 12V直流汽车电池充电，或者转换为120V交流标准输出电压以直接使用。参考图14和14A，每个叶片2 可由框架观2(例如线框)和柔性膜284形成，柔性膜284可由织物形成，例如尼龙、聚酯或KEVLAR，或者是形成叶片网的聚合物材料的薄板，例如塑料。此外，薄膜284可以是单面的，也可是双面的，其一面安装到框架的一侧，另一面安装到框架的另一侧。框架观2 (图14A)具有大体上呈等腰梯形的形状，具有两个纵边^h、282b，其与轮的径向轴对齐并通过横向框架部件^2c、282d和观加互连。例如， 框架282可由金属杆形成，例如铝或不锈钢，或者由其他坚固且重量轻的材料形成。举例来说，薄膜284通过粘合、焊接、拼接、紧固或类似方式固定到框架282上。随后，叶片2 通过紧固件沿其长度安装到各自的轮辐252上，紧固件例如搭扣、 绳或类似物，包括由弹簧材料或弹性材料形成的夹子以允许叶片平行于风偏斜(例如在高风速下)。此外，如图8最佳展示的那样，每个叶片的近端(最靠近轮毂250a的端)可通过夹子固定到一个辐条上，而叶片的其他更宽的远端可通过两个或多个夹子连接到两个辐条上以支撑叶片的远端，但未必将叶片的远边锚定在轮的轮缘上，由此在叶片的远边和轮的轮缘之间留下一个或多个空隙，这允许叶片弯曲。可选地，叶片2 是可移除的，以便于维修和置换。当安装到辐条252上时，叶片2 相对于轮的中心平面成角度。例如，叶片2 可在一定范围内成角度，例如，从2度到10度，包括成大约5度角。在该角度下，已经发现涡轮机在低风速(每小时一英里或更低，包括每小时0.3英里)下产生电力。根据使用的具体材料，也可发现涡轮机在直到40英里每小时，甚至60英里每小时操作，但可能希望限制涡轮机的速度。在较高的速度下，如下文详细描述的那样，可提供基于微处理器的控制系统以当风速超出期望的最大风速时改变涡轮机的方向，从而降低叶片的压力。例如，控制系统可在风中转动涡轮机以降低叶片上和轮安装元件上的应力。此外，如下所述，叶片可被设计使得在高风速下减小其表面面积以降低涡轮机的实度并因此降低涡轮机轮的速度。参考图15、15A和15B，标号12 表示涡轮机叶片的替代实施方式。在所示的实施方式中，叶片12 是模塑叶片，并且类似于前述实施方式，叶片12 在其一侧安装到辐条252，在其远端安装到另一辐条上。如图15B最佳展示的，每个叶片12 通过坚固件(例如搭扣、绳或类似物)沿一边且沿全长安装到各自的辐条252上，从而叶片沿一边并且沿其长度(以间隔的方式或连续的方式)通过轮的辐条被全部地支撑，并由此限定涡轮机的风运行的全部范围内的偏斜。然而，可使用夹子安装叶片，夹子由弹性或弹簧材料制成以允许(例如在高速时)叶片大体上平行于风偏斜。这可以为涡轮机轮的旋转提供自动安全限制。例如，叶片12 可由可塑性材料模塑而成，可塑性材料例如聚合物(包括塑料) 或织物(例如尼龙或KEVLAR)。合适的聚合物包括玻璃填充尼龙、聚乙烯或碳纤维增强尼龙或类似物。为了使叶片12 变得坚硬，叶片12 可形成或具有外围轮缘12 和外部轮缘之间延伸的网1230。轮缘12 可由与网相同的材料形成，并且厚度比网厚，由此实际上形成加强框架，或者轮缘12 可由嵌入材料形成，例如与叶片一起模塑成形的金属框架(例如铝框架)以极大地增加坚硬度，并降低叶片重量，再由此形成网的框架。例如，轮缘12 可通过模塑由一种随后嵌入到模具的材料形成，举例来说，形成网的材料随后通过注塑应用到该模具中。轮缘也可包括类似于前述实施方式的线框，网模塑在线框之上。可选地，可利用两次模塑使用两种不同的材料模塑叶片。此外，网1230可由肋条1232加强，肋条1232延伸穿过叶片的表面(迎风侧或背风侧)，并且可选地位于轮缘 1228的两个相对侧之间。肋条1232可比网1230具有更厚的厚度，并且可具有与轮缘12 相比相同、更小或更大的厚度。此外，肋条可预先成形，然后嵌入到模具中，或者可以与网一起形成(例如在塑料期间)，包括使用两次模塑。对于恒定的风速和轮旋转速度，叶片根部(靠近轮的轮毂)径向速度最小。而叶片顶端(靠近轮的轮缘)的径向速度最大。因此，如图15A和图15B中最佳展示的那样，叶片的攻角可沿其长度不同以使高效的空气动力学能量转换适应轮的机械旋转。例如，在所示实施方式中，叶片12 的攻角可沿其长度从其叶片根部(近端)1226a到其叶片顶端(远端)1226b减小。因此，叶片是不对称的。例如，叶片根部1226a可具有非常陡峭的攻角， 例如在40-50度的范围内，或者在42-48度的范围内，或近似于45度。而顶端的攻角可在 0-10度的范围内，或在2-5度的范围内，或者近似于3度。这通过叶片的不对称形状实现， 即在其迎风侧为凹，在其背风侧为凸。假定叶片由薄网形成(除了其外围轮缘和加强中间肋条)，叶片的不对称性可通过在其成形阶段从其根部端(最靠近轮毂的端)向其远端(顶端)扭曲叶片形成。因此，如将要理解的那样，每个叶片的迎风面不与其入风方向垂直。这种设计方法增加了升力系数，并最小化了在不同风速下沿叶片长度的阻力。参考图16-18，标号226’表示叶片的替代实施方式，其中，叶片配置为降低风力涡轮机的实度。如上所述，实度指由叶片覆盖的叶片尖端的周长限定的表面面积的量。例如， 100%的实度表示叶片覆盖整个表面。对于30%的实度，叶片覆盖面积的30%。如下文将全面描述的那样，每个叶片226’响应于增加的风速可适于自我调节实度。再次参考图16-19，叶片226’包括类似于叶片226的框架282和薄膜观4’，类似地，薄膜观4’由柔性材料形成，例如织物或柔性材料的薄板或类似物。在所示实施方式，薄膜观4’包括主要的固定部分薄膜并从框架观2的向内横向部件向着中间横向部件 282d延伸，因此，其仅覆盖框架观2的一部分。为了改变实度，涡轮机叶片2 ，配置为利用作用到涡轮机叶片上的离心力，从而随着风速的增加，涡轮机叶片组件的实度降低。再次参考图17-19，涡轮机叶片226，包括第二薄膜，。薄膜观如，安装在框架 282周围，并且在中间横向框架部件和最外的横向框架部件观加之间延伸。此外，薄膜观如’的安装使得其面向内侧的一端286a’以板四0’的形式固定到可移动部件观8’上。 板四0，包括一对细长引导孔四2，，这允许板四0，安装到框架282的侧部框架部件观加和
上，并沿着框架滑动。以这种方式，薄膜观如’的面向内侧的一端^6a，可相对于框架282移动，并且朝着其外端观6『压缩以允许在薄膜^4a’和观4’之间形成空隙，由此降低各自涡轮机叶片的实度。为了控制薄膜，的弯曲或折叠，提供了一对弹簧四4，。弹簧四4，在一端连接到最外的横向框架部件282e并沿着各自的侧面框架部件观加和延伸，并且在其远端连接到横向部件观8’。此外，当安装时，弹簧四4’被压缩以使得各自的弹簧偏置并推动横向部件观8’向着框架观2的横向部件^2d，并由此将薄膜^4a’维持在其延伸状态，其中低端^6a’靠近薄膜观4’的外端观6’。随着风速增加以及各自薄膜上的离心力增加，横向部件观8’将压缩弹簧四4’并由此允许薄膜观如’压缩(例如通过折叠)。例如，部件 284a’可以成褶，从而薄膜以可控的方式压缩。应该理解的是，次级薄膜观4’尺寸相对于薄膜观4’尺寸的比率可以是不同的，以改变叶片实度的变化。此外，各自弹簧的刚度可以不同以调整涡轮机叶片的反应性。因此， 如上所述，涡轮机的叶片可适于基于风速降低其实度。因此，随着叶片旋转，叶片可基于每分钟转数(rpm)自动打开。另一选择是提供多孔性随着气压而增加(因此降低其实度)的材料形成的薄膜。参考图20，标号310表示本发明的风力涡轮机的另一实施方式。类似于前述实施方式，风力涡轮机310包括框架312、由框架312支撑在柱319上的涡轮机叶片组件322，杆 319将框架支撑在基座314上。类似于第二实施方式，基座314包括固定基座部分31 但支撑柱319用于绕固定基座部分31 旋转运动。如图20最佳展示的那样，柱319通过轴承314b安装在基座314上，并可由位于基座314内的电机3Hc驱动，电机3Hc由控制系统控制，该控制系统可以是下文描述的任意控制系统或另一种类型的控制系统。此外，在所示实施方式中，固定基座部分31 可包括基座板3He和多个支撑腿314d，支撑腿314d枢轴安装在基座板3He上以允许在需要时调整基座31 的高度和覆盖区。腿314d通过支撑部件314f互连及加强。类似于前述实施方式，涡轮机叶片组件和轮的支撑结构之间的连接是无传动装置的。涡轮机叶片组件322可以是类似于涡轮机叶片222的构造，因此，参考前述实施方式中的轮250和安装到轮250上的叶片226。然而，在所示实施方式中，磁铁330以垂直于轮250的旋转平面的方式安装到轮250上，从而其主要表面以大体水平的方向延伸。磁铁 330延伸进入定子线圈组件332中，定子线圈组件332具有类似于定子组件232的结构，除了其朝向，其相对于前述实施方式中示出的定子线圈组件232的朝向旋转90度。在这种方式下，当轮350经历摆动时，磁铁将大体上平行于定子组件中的线圈移动并将大体上维持其相对于线圈的空隙。参考图20，类似地，定子线圈组件332安装到12点钟位置，此外，定子线圈组件 332可沿着轮250的圆周的弓状部分在大约30-45度的范围内延伸(或者可沿着轮的全部圆周延伸)并安装使得以大体上水平的布置导向各自定子线圈378a和378b之间的空隙， 从而如图20和21所示的那样在其各自的水平朝向接收磁铁330。磁铁330也通过支架366 和栓366a安装到轮250的轮缘2M上，支架366和栓366a如上所述地支撑磁铁330，在相对于轮250的旋转平面(图2 呈垂直的布置。类似于前述实施方式，轮250的轴250b通过支架沈0’和额外的支撑臂319a旋转地安装到柱319上，支撑臂319a通过支架319b安装到柱319上，如图21所示。在这种方式中，旋转轴250b的两端都被支撑。在所示实施方式中，支架260’包括通过紧固件安装到柱319上的凸缘通道形部件，该紧固件延伸通过该凸缘。参考图沈和27，标号410总体上表示本发明的风力涡轮机组件的另一实施方式。类似于前述实施方式，风力涡轮机410包括将风力涡轮机叶片组件422支撑在基座414上的框架412。风力涡轮机叶片组件422包括类似于轮250的轮450，涡轮机叶片4 安装在该轮450上。对于轮450和涡轮机叶片似6的更多细节，请参阅前述实施方式。框架412 包括环状部件418，其支撑绕着轮450的圆周布置的多个定子线圈432，如前述实施方式所述，这些定子线圈432具有通道状布局以接收安装到轮450的轮缘妨4上的磁铁。在这种方式中，随着轮450绕着其轴450a旋转，类似于涡轮机210，安装到轮缘妨4上的磁铁430 将在定子线圈中产生感应电流。框架412由柱419和半圆形框架部件41 支撑在基座414上，其中，半圆形框架部件41 将框架412安装到柱419上。举例来说，框架部件41 通过紧固件414b固定到框架412的中间横向框架部件420a和420b上。横向框架部件420a和420b在其相对端通过横向框架部件421a和421b结合在一起，这提供了半圆形框架部件41 的安装表面。随后，轮450的轴450b被支撑在横向框架部件420a和420b中，例如在衬套中。再次如上所述，形成框架和基座的元件可以是金属、聚合物或复合元件。可选地，涡轮机410包括涡轮机叶片526的辅助组，其安装在叶片臂5 上，叶片臂5 旋转地连接到轮450的轴450b上。在这种方式中，当轮450绕其旋转轴450a旋转时，叶片5 将同时与轮450 —起旋转。因此，叶片5 提供了增加轮450的旋转速度的额外表面面积。可选地，柱419可以旋转地安装到基座415上并利用风绕着基座414旋转。例如， 风向标480可安装到框架412上，从而风将调整涡轮机410的位置。参考图28，标号610大体上指本发明的风力涡轮机的另一实施方式。涡轮机610 包括风力涡轮机轮250，具有安装在轮250上的多个叶片626 ；定子线圈组件322 ；基座614 和罩650。基座614类似于涡轮机210的基座214，如前述实施方式中所述的，其允许风力涡轮机轮250沿着其叶片响应于风速和风向改变方向。在所示实施方式中，叶片626由塑料模塑成形，如参考叶片12 描述的那样，并且类似地，叶片6 通过紧固件(例如夹子)安装到轮的辐条上。同样地，类似于叶片12 ， 如图28D最佳展示的那样，叶片6 可利用夹子安装到辐条上，响应于风速超出预定阈值， 夹子允许叶片偏斜。每个叶片的纵向边缘可通过多个夹子固定到一根辐条时，而其他纵向边缘可以是无限制的，但叶片的远端(在无限制的纵向边缘的端部)可通过夹子安装到附近的辐条上，这提供了叶片的不对称性。因此，叶片远端边缘中的每一个(参见图观1))通过至少两个夹子(一个位于受限制的纵向边缘的端部，另一个位于无限制的纵向边缘)连接到轮上，但不与轮缘连接。在这种方式中，在每个叶片的远端边缘和轮的轮缘之间具有空隙，使得叶片在其远端(以及沿着其无限制的纵向边缘)有一些自由度，从而叶片可以在高风速下折曲或弯曲。对于轮和叶片的更多细节，请参考前述实施方式。然而，类似于涡轮机310，涡轮机610安装其磁铁以使得磁铁从轮250以与轮250 的旋转平面(参见图^AJ9、29A*^B)成角度的方向向外延伸到定子元件622中(图 28A和^B)。定子元件622与定子元件322的结构类似，并且被定向使得其通道位于水平平面内以接收大体上水平布置的磁铁。类似于前述实施方式，轮250通过支架660(类似于支架沈0，)安装到轴250b上的柱619(图^D)上。多个横向框架部件或杆620a、620b、620c安装到柱619上，它们一起将定子元件622安装到柱619上。可选地，横向支撑部件660a可由对角支撑部件620d和 620e支撑。柱619和部件620a、620b、620c、620d和620e可全部由金属元件形成，包括铝或不锈钢部件，包括铝或不锈钢管状部件。如图28B最佳展示的那样，定子元件622包括多个安装到不导电板622b上的定子子组件62 ，不导电板622b利用紧固件(参见图观钔将定子组件622安装到横向支撑部件 620a、620b 和 620c 上。类似地，罩650的背风侧(面对风吹的方向的一侧)可通过紧固件或支架(未示出)安装到横向支撑部件660a、660b和600c上。罩650的迎风侧安装到框架620上，框架 620将轴250b的对端支撑在中心框架部件620f上。在所示的实施方式中，径向延伸的框架部件620g从中心框架部件620f以块的形式向外延伸，框架620g又连接到罩650上。在这种方式中，柱619支撑轮250、定子组件322和罩650。再次参考图^D，柱619安装到基座614的向上延伸的柱61 上，从而为轮250提供旋转安装。柱619通过支撑619a和衬套(未示出)可旋转地安装到柱61 上，并且由驱动器6Hc可选地绕着柱61 驱动，驱动器6Hc由控制器驱动以改变风力涡轮机轮的朝向，如下文的控制系统所详细描述的那样。参考图^D，举例来说，每个叶片的内端可通过杆(例如金属杆)或线部件600连接到其相对叶片的内端。部件600包括环端600a，其用于延伸通过形成在每个各自叶片中的开口并由此与每个各自叶片交接。应该理解的是，也可以使用其他合适的安装方法。因此，部件600将相对的叶片连结在一起以平衡叶片产生的离心力并降低轴上的应力。应该理解的是，在上述的任何风力涡轮机中，轮毂相对侧的叶片可通过连结支撑件(例如杆或线部件600，参见图6)连结在一起，连结支撑件的一端连接到一个叶片，另一端连接到另一个相对的叶片。此外，由于叶片2沈、1226、226’、似6均被配置为使得其外端比其内端更宽，因此旋转轴上的应力可进一步被降低。当这与通过部件600平衡离心力结合起来时，各个涡轮机的轴上的由于在风力涡轮机叶片上产生的离心力而导致的应力如果没有有效的消除的话，也可以极大地降低。可选地，连结支撑件可由能够延伸或伸展的材料形成，以允许叶片压缩，如上参考具有分支网的叶片所描述的那样，而仍然平衡离心力。举例来说，连结支撑件可由弹性体材料制成或结合有弹簧，例如集成在或形成在杆或线中的弹簧。除了平衡叶片上的离心力之外，风力涡轮机610还可平衡磁铁上的离心力。例如， 在磁铁相对于轮的旋转平面正交朝向的实施方式中，额外的杆602(图22和24)的远端(例如螺纹远端)可延伸通过轮，例如通过螺母固定在相对磁铁(参见图24)的磁铁安装支架上。可选地，杆的端部可被焊接到各自的支架上，或与各自的支架一起形成。如从图四最佳理解的那样，每个风力涡轮机可结合有引导件，该引导件为轮或框架提供侧向支撑以降低震动或摆动，并由此降低元件的损耗。在所示实施方式中，每个轮可包括两个或更多个轴承630，其以辊632 (例如聚合物辊)的形式出现，这些辊632安装到轮或框架上以对定子外壳产生影响。在所示实施方式中(其中，磁铁垂直于轮的旋转平面安装)，辊632通过支架634安装到轮的轮缘上，并且其安装使得其向内延伸以对定子外壳的外部环状面产生影响。在这种方式中，随着轮绕着其轴上的旋转轴旋转，轮在其外部圆周上至少具有一些侧向支撑，当风速增加时，这可能是极其有利的。参考图29々和^B，示出了引导件630’的另一实施方式。引导件630’由板632 形成，板632例如金属或塑料板。举例来说，板632也通过紧固件或焊接安装在轮的轮缘上，并且可以位于每个磁铁安装支架的附近并使得其在连结杆602之上延伸，该连结杆602 将磁铁安装支架的相对组连接在一起。在这种方式中，板632具有弧形或拱形横截面以提供凸轮引导表面，从而帮助抵消轮中的任何摆动并帮助将涡轮机轮引导和维持在其旋转表面。额外的板也可位于磁铁位置之间。此外，如本文所描述的每种风力涡轮机，定子组件可以封装在罩中。参考图30，罩 650(可以安装到上述的风力涡轮机的任意框架上)适于将空气的流动汇集到涡轮机叶片上并由此降低运行不同风力涡轮机所需要的风速，同时也增加风力涡轮机的效率。如图30、30A和30B中最佳展示的那样，罩650可由若干弧形部件652、6M、656和 658形成，这些弧形部件连接在一起以形成环状罩。罩650可由金属或聚合物元件形成，例如铝、不锈钢或塑料，并且可选地也可由复合材料形成。尽管描述了由若干部件形成，但罩也可由单一部件形成。举例来说，部件652、6M、656和658通过紧固件在其各自重叠的端部固定在一起。参考图30A和30B，每个部件的一端可包括安装凸缘65h、6Ma，其被邻近部件的另一端重叠并通过紧固件、焊接或类似物固定到其上。参考图30C，每个部件652、6M、656和658包括薄壁部件，该薄壁部件的横截面形成用于迎风(在图30C中大体上由箭头表示)的环状分叉表面650a。此外，每个部件652、 6M、656和658包括外部环状弧形表面650b，其将向外重定向的气流引导穿过且环绕罩。分叉表面650a的内部是成角的环状表面650c，其将向内定向的气流弓I导进叶片中，由此空气气流汇集到涡轮机叶片中。再次参考图观，可选地，举例来说，本发明的任意风力涡轮机可在罩上结合有增加风力涡轮机的迎风侧的扩展装置或集风装置，其适于增加进入风力涡轮机的风力输入。尽管参考了涡轮机610，但应该理解的是，扩展装置可形成在或安装在任一前述实施方式中。如图观和28C最佳展示的那样，扩展装置670大体上呈截头圆锥形，并且通过多个紧固件670a安装在罩650的外部圆周上，以提供从涡轮机叶片的尖端向外径向延伸的锥形表面。扩展装置670可由柔性板材料形成，例如塑料、织物(例如，如图31中所示)或类似物，这样扩展装置重量轻且相对容易安装和移除，从而便于运输。当由柔性板形成时，板可通过支撑臂670b维持其大体上截头圆锥形的形状，支撑臂670b通过紧固件670a绕着罩 650的圆周间隔安装到罩650上。如图28C最佳展示的那样，臂670b可选地延伸进入形成在或提供在板中的袋670c 中，并且/或者臂670b可通过紧固件(例如搭扣或类似物)固定在板上，从而可选地，臂 670b可移除地安装到板上。在这种方式中，一旦移除和拆卸，扩展装置可以是完全可折叠的。扩展装置670是成角度的，从而扩展装置670增加风力涡轮机的收集表面并且将风引导进入涡轮机轮中，否则风将经过风力涡轮机。此外，其还帮助降低叶片上的压力，尽管叶片提供了高实度。例如，扩展装置670从罩向外成一角度，从涡轮机轮的旋转轴测量， 角度为20° -75°，更典型的，角度为30° -60°，可选地大约为60°。当涡轮机具有30% 的实度或更高，叶片上的动态压力趋向于增加。因此，风速趋向于减小。利用上述的罩和扩展装置的设计，随着靠近风力涡轮机轮，风速增加，即使在高实度的情况下，这也降低了压力。此外，在低风速时，流量在两个方向(进入风力涡轮机轮和绕着罩的外部)都被加速。 当风被加速进入风力涡轮机轮时，风力涡轮机轮中的压力降低，这允许更多的空气被吸入轮中。如上所述，扩展装置可由织物形成，例如尼龙涂层聚酯，如图31所示。扩展装置 670’由织物形成并包括额外的扩展部分675和677，扩展部分675和677可由分离的安装在扩展装置670’的嵌板67 和677a形成，或者仅仅是形成扩展装置的板的延伸部分。嵌板67 和677a可由与扩展装置670’相同的柔性板材料形成并分别具有外围框架67 和677b，以使柔性板材料维持在其大体上矩形或梯形的形状，并为将各自的嵌板安装到臂 670b，的端部提供安装表面。嵌板67 和67 在扩展装置670，的外部周边670c，的向后朝着背向方向(风吹的方向)成角度，以提供左边和右边的风力稳定性。例如，嵌板67 和677a可向后延伸成一角度，从涡轮机轮的旋转轴测量，该角度为20° -75°，典型地为 30° -60°，更典型地为大约60°，从而每个板一起形成了顶点，并在扩展装置的离散角度段上扩展，这也帮助分离风。举例来说，嵌板可以是平的，或者是弓形的，在其连接点上具有与扩展类似的曲率半径。参考图32，本发明的任一风力涡轮机10、110、210、310、410或610可安装到诸如房屋、车库或办公建筑的结构上。例如，风力涡轮机可安装到房屋的屋顶之上，并可以为房屋的电力系统提供能量，如在所引的共同未决申请中全面描述的那样。参考图33，提供了 4级风力Rayleigh分布的图表，其示出了大多数典型涡轮机的切入风速，该切入风速通常在每小时8英里左右。此外，该图表示出了板极功率(plate power)(即最常规的涡轮机的风力涡轮机的最大容量)通常在大约每小时观英里的风速下产生。此外，最常规的风力涡轮机的切断风速大约为每小时34-35英里，以降低涡轮机松动 (lift-offing)和气载(airborn)的概率。相比之下，本发明提供了一种风力涡轮机，其可以在较低风速下运行，并且其切入风速小于每小时8英里，小于每小时6英里，小于4mph，并且可选地小于lmph，甚至低至每小时0.3英里。为了适应较高的风速，如上所述，本发明的涡轮机可使其各自的涡轮机叶片配置为自调整或自配置，以在较高风速下降低涡轮机的实度，并由此消除当在高风速下涡轮机松动的概率。在涡轮机叶片的实度固定时，控制系统可减缓和/或调整风力涡轮机的朝向。例如，在40mph的风速下，控制系统可选地关闭高功率电阻的涡轮机以防止涡轮机运行太快，控制系统还旋转风力涡轮机，从而使风力涡轮机与风平行。如在共同未决申请中描述的那样，可提供基于微处理器的控制系统以控制涡轮机的方向，从而降低风力涡轮机上的应力或优化涡轮机的方向，从而风的接收角可维持在相对于涡轮机表面120度的状态。此外，利用这种结构，涡轮机可以被定向以接收来自其前置方向以及其后置方向的风，从而其是双向的。虽然示出和描述了本发明的一些形式，对于本领域内技术人员来说，其他形式是显而易见的。例如，可选地，为了增加功率输出，除了在磁铁的两侧提供线圈并使得其感应电流可加之外，还可增大磁铁的尺寸。例如，磁铁的厚度可从1/2英寸增加到0. 7英寸、0. 8 英寸或1英寸。此外，为了提高效率，磁铁之间的空隙也可降低。例如，总空隙(例如，在水平磁铁的情况下，磁铁之上和磁铁之下的空隙)可以在50/1000英寸-400/1000英寸的范围内。当磁铁水平布置并由此在轮摆动的方向上延伸时，任何摆动运动将不会显著地影响磁铁和定子组件之间的空隙。此外，如上所述，这种摆动运动可通过增设上述的辊或罩板来降低。还应该理解的是，一种涡轮机的一个或多个特点可结合于本文描述的其他涡轮机，并且可结合于其他传统的涡轮机。根据本发明的一种实施方式的发电系统720在图34中示出。如所示，发电系统720 包括风力涡轮机722和控制系统724。如将要在下文详细讨论的那样，风力涡轮机722适于响应于风产生电压，风导致涡轮机722上的多个风机叶片旋转。换言之，风力涡轮机722 从风产生电力。可根据前述的任意一种风力涡轮机实施方式来设计风力涡轮机722 (例如， 其可与风力涡轮机10、110、210、310、410或510相同)，或者风力涡轮机722可以是传统的风力涡轮机，或以其他方式设计风力涡轮机722。如将要在下文详细讨论的那样，控制系统 724适于控制风力涡轮机722的朝向，从而使风力涡轮机722以优化产生的电能的合适角度面向风的方向，而同时在风速过度的情况下保护风力涡轮机722。控制系统724还适于以实用的方式处理产生的电力，例如当产生了足够的电力时为一个或多个电池充电，或者当负载需求等于或大于涡轮机722当前产生的电能时，将电能直接转换为住宅或商业负载。在图34-36中所示的实施方式中，风力涡轮机722的构建使得风机叶片726具有相对较高的实度。即，叶片726的尺寸和/或数量使得由叶片旋转限定的圆形区域中未被叶片占据的区域的面积相对较小。换句话说，叶片726之间的间隔的量相对较小。在一些实施方式中，叶片之间的间隔量可小于由叶片726旋转限定的圆的总面积的50%。在另一实施方式中，间隔可以更小。在其他实施方式中，叶片726的总面积可包括由叶片726旋转限定的圆的总面积的70%或更多。风力涡轮机722的叶片726的相对高的实度的目的在于允许风力涡轮机722在相对小的风速下开始旋转(即具有小的切入风速)，例如在每小时1或2英里的风速下开始旋转，然而在某些配置的涡轮机722中，涡轮机可在更小的风速下开始旋转。然而，本领域技术人员将理解到，涡轮机722可与本文描述的涡轮机722大不相同。例如，发电系统720的实施方式可与不具有高实度的风力涡轮机722 —起被利用。此外，发电系统720可包括与图34-36中描述的风力涡轮机722的物理结构大不相同的风力涡轮机722。图35描述了风力涡轮机722的一种构建方式的侧视图。当然，其他构建也是可能的。如图35所示，风力涡轮机722包括支撑风力涡轮机722的支座或支架728 (图34)。 支座728可采用多种不同的配置，例如图35中示出的支座728’的配置，其他变种配置也是可能的。垂直轴730支撑在支架728或728’上。轴承托架732通过合适的装置固定到轴 730上。轴承托架732完全地或部分地支撑水平朝向的轴734，风机叶片726绕该轴734旋转。风机叶片726 (图35中未示出)固定到旋转安装到轴734上的框架736上。在一种实施方式中，框架736和轴734可包括传统的自行车车轮，风机叶片726适当地安装到其上。 传统的自行车车轮的使用通过借助于现有的量产元件帮助降低了制造成本。在其他实施方式中，框架736和轴734可以是定制制造的，或使用与传统的自行车车轮不同的其他材料和 /或元件制造。在图35所示的实施方式中，多个磁铁738大体上绕着框架736的外周安装。磁铁 738的位置使得磁铁的磁通量与多个定子线圈740相交，多个定子线圈740类似地绕着框架736的外周安装。如法拉第感应定律可知，磁铁738相对于固定定子线圈740的的磁通量移动将在定子线圈740内部产生感应电压。定子线圈740物理布局及电连接在一起的方式使得每个线圈内产生的电压可累加到一起，由此使电流流过馈入控制系统724的电线或电缆742。在其他实施方式中，磁铁738和定子线圈740可位于变速箱的内部，该变速箱位于大体上靠近轴734的位置，叶片726绕该轴734旋转。这种的变速箱可以以一种已知的方式相对于叶片726的旋转速度扩大磁铁的旋转速度，由此增加与定子线圈740相交的磁通量改变速率，这又增加了由风力涡轮机722产生的电压。磁铁738和定子的其他物理布局也是可能的，例如前述的布局以及其他布局。控制系统724可与本文描述的风力涡轮机一起使用，或者在一些实施方式中，控制系统724可与任意类型的风力涡轮机一起使用。风力涡轮机722还包括位于垂直轴730 (图35)的底部端附近的电机744。电机 744可封装在适于保护电机744不受天气影响的外壳746中。电机744配置为与垂直轴730 相互作用，从而电机744的运行将导致轴730绕其垂直轴旋转。垂直轴730的旋转导致风力涡轮机722的朝向发生变化。即，可通过激活电机来改变风力涡轮机722面对的方向。因此，电机744可用于转动风力涡轮机722，使其面对风的方向，或使其以相对于风的方向的特定角度定位，这将在下文详细描述。控制系统724控制电机744的运行。控制系统724可将电机控制命令通过有线连接(未示出)或无线连接的方式发送给电机744。当使用无线连接时，电机744可包括天线 748 (图35)，其接收来自控制系统724的命令并相应地实施这些命令。这种对电机744的命令的无线传输以及电机744向控制系统724的状态信息的传输可利用任何合适的传输协议或标准进行，例如但不限于蓝牙(IEEE 802. 15. 1标准)、WiFi (IEEE 802. 11标准)或其他无线技术。除了接收来自控制系统724的命令之外，电机744还可将状态信息发送给控制系统724，状态信息例如风力涡轮机722的角度朝向(例如是否朝向北、南、东、西， 等)以及其他信息。在至少一种实施方式中，涡轮机722包括合适的整流器，其将在涡轮机722中生成的AC电压在发送到控制系统724之前转换为DC电压。在其他实施方式中，AC电压可被控制系统724整流，或者在不整流的情况下被直接使用。风速计750可位于风力涡轮机722 (图35)的附近以测量风速和/或风向。当使用时，风速计750配置为生成风速和/或风向的电子读数并将这些读数以任何合适的方式转发给控制系统724。这些读数向控制系统724的传送可通过分离的发送器(附加到或电连接到风速计750上)无线完成。可选的，风速计750可将其读数反馈给电机744使用的发送器。在其他实施方式中，有线连接可用于将风速计750的读数发送给控制系统724。这些有线连接可使用风速计750和控制系统724之间的单独的线，或者，这些读数可经由电力线742通过任何合适的编码技术发送，这些技术允许控制系统724将风速计的读数从风力涡轮机722产生并由电线742发送给控制系统724的电能之中分离出来。在其他一些实施方式中，可通过直接附加到风力涡轮机722上的适当的传感器测量风速，而不用使用单独的风速计。或者，在其他一些实施方式中，可通过测量通过电线742 传输的电流的量以及已知风力涡轮机722的风速曲线来确定风速，风速曲线在一定范围的速度内确定了由涡轮机722产生的电能。这种曲线可存储在控制系统724的内存中。发电系统720可用于提供住宅(例如图36中的住宅752)的全部电力需求，或者， 其可用于对供电部门供给到住宅752的电力进行补充。如下文将要详细描述的那样，发电系统720可被简单地配置为通过将系统720集成到住宅内预先存在的断路器盒或配电板中为住宅内的一个或多个电路提供电能。可选地，发电系统720可用于为商业或其他消耗电的建筑提供电力。多个发电系统720也可组合在一起以增加电能的供给。在一些实施方式中，风力涡轮机发电系统720的物理覆盖区使得其能够安装到住宅752(图36)上，或者可方便地置于住宅庭院内，而不需要占据大量空间。图37示出了控制系统724的一种实施方式的概括性示意图。图38示出了图37 中的实施方式的更详细的示图。图39示出了可与控制系统724 —起使用的充电控制器754 的一种实施方式的更详细示图。本领域技术人员应该理解的是，控制系统724的细节可与本文描述的实施方式大不相同。在图37和38所示的实施方式中，控制系统724包括充电控制器754、逆变器756、 一个或多个电池758、用于将控制系统724连接到风力涡轮机722的合适的电线/电缆、以及一个或多个配电板760。一个或多个配电板760可以是在家庭或住宅中使用的传统配电板760，并且用于将供给的电力分配给不同的电路，这些电路为整个住宅或商业建筑供电。 这种配电板通常包括用于位于住宅或商业建筑中的电路中的每一个的保险或断路器，这些电路为位于住宅或商业建筑的不同区域中的电源插座790提供电力。控制系统724可以简单地连接到这样的配电板上以使得配电板的一个或多个电路从发电系统720接收电力。因此，举例来说，如果家庭或商业建筑包括用于热水浴缸、热水器或家庭或商业特定房间或区域的单独电路，发电系统720可被连接到配电板760，从而用于热水器、房间或区域的电力可由系统720供给，而不是由供电公司供给。当然，如下文将要详细描述的那样，在至少一种实施方式中，发电系统720的构建使得在缺少足够风力和/或电池758耗尽的情况下，系统720将自动地切换到从供电公司供给期望的电力。在这种方式中，即使是在无风以及电池758耗尽的情况下，也为连接的电路供给电力。发电系统720也被配置为在供电公司为家庭或商业建筑提供的电力发生中断之后，系统720将自动地切换到备用模式，在该模式下，将通过一个或多个电池758 (在无风或没有足够的风)或风力涡轮机722为家庭或商业建筑提供电力。在这种方式中，系统720 作为一种应急发电机，其当检测到供电公司供给的电力中断时自动接入，由此为家庭或商业建筑提供连续的电力服务，并且还不需要人员手动地开始或手动的开启使用汽油或其他燃料的应急发电机。在供电公司供给的电力中断之后，系统720将继续为家庭或商业建筑供给电力，直到供电公司供给的电力恢复。一旦供电公司供给的电力恢复，系统720将通过涡轮机722产生的电力或供电公司供给的电力(或两者的组合)对一个或多个电池758再次充电。如图37和38所示，涡轮机充电控制器754和逆变器756可置于外壳762中。该外壳762可安装到从涡轮机722接收电力的家庭或其他设施的墙或其他适当的结构上。外壳762可包括可打开和关闭以允许进入外壳762的内部的门764，其中，充电控制器754和逆变器756位于外壳762的内部。门764可包括锁766以防止未经授权而进入外壳762。如图38所示，电缆742可包括多条独立的电线，例如正极线或“热”线742a、地线 742b (ground wire)和接地线742c (earth wire)。热线742a将由风力涡轮机722产生的直流传送给控制系统724。热线742a馈入外壳762中并在馈入充电控制器754之前穿过保险768。地线和接地线742b和742c附接到外壳762内部或附近的适当连接器770上。如下文将详细描述的那样，充电控制器754监测热线742a的电压和电流并且基于这些电压和电流水平以及其他条件(例如电池758的充电状态和/或电连接到控制系统724的负载) 做出各种调整和控制决定。充电控制器754还与电机744和风速计750进行通信。这种通信可通过前述的任意方法进行。如图38所示，充电控制器754与天线722进行通信，天线722检测由电机 744 (通过天线748)和/或风速计750发送的无线信号，风速计750可通过相同的天线748 或一些其他天线发送无线信号。可选地，充电控制器754可通过其他通信通道从风速计750 接收风速和风向信息，并从电机744接收朝向信息。充电控制器754使用风速和风向信号以及热线742a中的电压和电流的测量值来控制电池758的充电、电机744的移动、转换开关774的状态、控制器754内一个或多个DC-DC转换器(例如降压转换器或其他合适的转换器，如下文所述)的运行以及逆变器756的运行。一般而言，充电控制器754将来自风力涡轮机722的进入DC电流的电压(通过热线742a接收)转换为可施加到逆变器756和/或电池758上的更适当的电压水平。逆变器756又将其从电池758和/或逆变器756接收DC电流转换为AC电流，该AC电流具有适于在由系统720供给电力的家庭或商业建筑中使用的电压水平和频率。因此，对于北美家庭或商业建筑而言，逆变器756输出120V、60Hz交流信号。对于欧洲家庭或商业建筑而言， 逆变器756可被配置为输出230V、频率大约为50Hz的AC。为了扩展逆变器756使其为其他负载(例如直接为供电公司供给电力以用于重新售卖其电力)供给电力，电压水平和频率可被调整为适于目标负载的数值。图39示出了充电控制器754的一种实施方式的详细示图。本领域技术人员将要理解的是，充电控制器754的构建和设计可与图39中示出的大不相同。在图39的实施方式中，充电控制器754包括输入传感器776、数字信号处理器(DSP) 778、存储器780、多个降压转换器782和输出传感器784。输入传感器776连接到热线742a上并感应热线742a中的电压和电流水平。输入传感器776的具体构建可采用任何合适的方式，并且可包括将数字信号输出给DSP778的模拟-数字转换器(未示出)，该数字信号表明了热线742a的电压和电流水平。在通过输入传感器776之后，热线742a馈入多个并联布置的降压转换器782， 这些降压转换器782将热线742a的DC电压降低到更合适的水平。降压转换器782的输出结合在一起并馈入输出传感器784中，输出传感器784感应降压转换器782的结合输出的电流和电压。感应的电流和电压水平反馈至DSP778。随后，降压转换器782的输出连接到电池758或连接到逆变器756，或者同时连接到电池758和逆变器756，这取决于风力涡轮机722当前产生的电量以及电池758和逆变器756的电力需求。虽然可以使用其他设计，但图39的实施方式中的降压转换器782在30KHz的切换频率下运行。切换的输出馈入环形线圈电感(未示出)，该电感使得切换的DC平整为受控的DC输出，该DC输出随后被馈入输出传感器784。降压转换器782的输出电压水平均被 DSP778沿PWM线#1、#和#3发送的脉冲宽度调制(PWM)信号控制。通过沿着这些线发送适当的脉冲宽度，DSP778能够将热线742a的电压水平改变到被适当调整的可馈入电池758 和/或逆变器756的电压水平。DSP778可采取任何合适的形式。在一种实施方式中，DSP778可以是德州仪器公司制造的数字信号处理器，其零件编号为TMS320F2802。当然，也可以使用其他类型的DSP。DSP778提供对所有电流和电压的监测，并且为降压转换器782提供DC切换控制。DSP778 也从风速计750和电机744接收输入，这些输入包括风速、风向和风力涡轮机722当前的朝向。在一些实施方式中，风力涡轮机722产生并为热线742a供给的电压可高达350V。 在其他实施方式中，可由控制系统724产生并处理更高的电压。DSP778使用从输入传感器 776感应的电压和电流计算来自风力涡轮机722在任意给定时间的功率和阻抗。使用已知的预先计算的最大功率的阻抗(根据风力涡轮机722的测试功率曲线计算)，DSP778实时匹配阻抗以向负载提供最大功率，该最大功率可在任意给定时间由涡轮机722提供。因此， DSP778配置为通过使源阻抗匹配负载阻抗在任意风速达到最大功率点。如上所述，热线742a馈入三个并联的降压转换器782。降压转换器可包括M0SFET、 MOSFET驱动器和电感。基于从计算的输入阻抗确定的可用功率以及与已知可用功率相比， DSP778将经由沿PWM线#1、#和#3发送的PWM信号调整MOSFET的开关时间。通过增加打开时间(即，PWM信号的占空比)，更多的功率将被传递给负载。相反地，通过降低打开时间，较少的功率功率将被传递给负载。此外，PWM信号确定控制系统的阻抗，并且因此，PWM 信号可被调整为使得涡轮机阻抗与控制系统的阻抗相匹配以实现最大功率传递。除了图39中示出的三个之外，可使用不同数量的降压转换器，例如但不限于4个降压转换器782，5个或其他数量。此外，在一些实施方式中，不止一个的降压转换器782可在同一时间打开。例如，如果使用4个降压转换器782，其可以在180度相移的方式下使用， 由此两个降压转换器782打开，而另两个降压转换器782关闭。这种方式将降压转换器内产生的热量分散到多个转换器上，由此允许使用低成本的降压转换器。降压转换器782可以并联布置并以合适的频率被单独使用，该频率例如但不限于 30KHz，其中，它们的单独使用彼此同步且相移为120度。该相移允许在任意一个时间内仅打开一个降压转换器。这使得当使用三个降压转换器782时风力涡轮机的切换频率三倍于单个降压转换器782的频率(例如90KHz)，并允许每个降压转换器782产生的热量在多个降压转换器782之间扩散，由此允许使用低成本的MOSFET。MOSFET的电压输出在降压转换器内馈入到电感和电容(未示出)，电感和电容平整DC切换纹波。结果是从降压转换器782 输出受控的DC输出，其电压与切换MOSFET的打开时间成比例。输出传感器784感应降压转换器782的结合输出的电压和电流，并将电压和电流信息发送到DSP778。DSP778使用这些信息计算提供给电池758进行充电和/或提供给逆变器756的输出电压和电流。如果电池758需要充电(由电池758和DSP778之间的合适连接电路和/或监测电路确定)，则在至少一种实施方式中，DSP778将使用多步充电算法为一个或多个电池758充电。在第一步，DSP778提供大量电荷充电，其以较快的速率使电池状态的大约70-80%变为充电状态。该大量电荷充电步骤使用恒流算法，为电池供给恒定电流。在恒流再充电步骤之后，DSP778可实施吸收步骤。吸收步骤通过以相对较慢的速率使电池充满来补充余下的20-30%电量。吸收充电步骤利用恒压算法，为电池维持恒定电压。在吸收步骤之后，DSP778可进行浮动步骤。浮动步骤降低电压并维持电压恒定，从而防止损坏电池并保持电池的完全充满状态。尽管可以使用其他类型的电池，但在一种实施方式中，电池758可以是传统的汽车电池。此外，如所述的那样，多个电池758可以组合在一起，从而当风况不足以允许风力涡轮机722满足配电板760的全部当前电力需求时，对配电板760提供更大的电能储备。也可使用其他类型的电池，提供较小的瞬时功率但较大的长期功率的电池。事实上，在一些实施方式中，希望避免使用汽车电池，这是因为这种电池设计用于短期供给大电流，其不是深循环的(de印cycled)。对于在发电系统720或820 (如下文详细描述的)中的应用，使用专门设计成经常深循环的电池是有利的，这些电池例如但不限于能够多次放电到电量的至少80%的电池。这些电池通过具有固体铅板，而不是海绵铅板。这些电池将允许更轻松地实现发电系统720和820的电力使用的时移，其中，发电(即风吹的时候)和使用电力之间的时间段可以更长。此外，这些电池将在缺少风的情况下允许为家庭或商业建筑供给更大的功率。深循环电池还可能具有其他优点。在一些实施方式中，DSP778编程为防止电池758经历深循环放电，除了当DSP778 感应到供电公司的电力供给出现中断时。当使用的特定类型的电池的寿命由于深循环而缩短时，实施这种特征。当DSP778感应到供电公司的电力供给出现中断时(这可由任何合适的到配电板760的连接(未示出)或其他已知的方式实现)，DSP778被编程为自动地将电池758连接到配电板760并允许电池758放电，放电的时间与电力公司中断电力供应的时间一样长。这种特征允许向电子产品不间断地供给电能，这些电子产品从与发电系统720 集成的配电板760的特定的一个或多个电路接收电能。此外，DSP778可被编程为在电力公司供给的电力发生故障后，选择性地将来自电池758的电能施加到配电板760的特定电路。例如，DSP778可被编程为将电池758连接到被视为在断电时维持运营的最关键的电路上。举例来说，这些电路包括向家庭或商业建筑的水泵、锅炉或类似物提供电力的电路。当DSP778感应到电力公司供给的电力恢复时， 其开始对一个或多个电池758再次充电。在一种实施方式中，如果在该特定时间内没有风存在，DSP778向转换开关774 (图38)发送命令，该命令使转换开关774转换到将合适的电力公司供给的电能耦接到电池758以对其进行再充电的方式。在另一种实施方式中，如果在该特定时间内没有风存在，DSP778等待对一个或多个电池758再次充电，直到足够的风力恢复。无论在哪种实施方式中，如足当前没有足够的风力并且电池758未被足够的充电以充分地对配电板760进行供给时，DSP778将电力公司供给的电力接回到配电板760的所有电路中，从而家庭或商业建筑中的电子产品的电力供应不被中断。将持续地供给电力公司提供的电能，直到足够的风力恢复以再次关闭电力公司供给的电能。DSP778可从一个或多个电池758接收其电能，或者DSP778可从电力公司提供的源接收电能，或者其可从风力涡轮机722接收电能，或者从这些源的组合接收电能。不管源是什么，DSP778被配置使得其即使在电力公司提供的电力中断时仍然接收足够的电能以实施其控制操作。事实上，在一些实施方式中，DSP778可由与电池758分离的一个或多个电池供给电能，这些电池专门为充电控制器754和/或位于外壳762内的其他电气元件提供电能。为了防止损坏风力涡轮机722，DSP778与电机744通信并基于风速计750感应到的风速和风向发送电机命令。DSP778通过将测量的风速与存储在控制器754的存储器780 中的阈值相比较来重复地确定对于风力涡轮机722风速是否过大。该阈值基于使用的特定风力涡轮机722，并可以对于不同型号的风力涡轮机722不同。存储在存储器780中的阈值风速表示在该风速之上，有可能损坏风力涡轮机722。DSP将风速计750测量的风速与阈值风速相比较，如果测量的风速大于阈值风速，则DSP778向电机744发送命令以旋转风力涡轮机722，从而风力涡轮机722不再直接面对风。通过在高风况下将风力涡轮机722转离与风直接对准的方向，损坏风力涡轮机722的可能性降低了。根据当前测量的风速超出存储在存储器780中的阈值风速的量，DSP778进一步通过电机744旋转风力涡轮机722。当前测量的风速超出阈值风速的量越大，DSP778命令风力涡轮机722相对于风向偏离的量也越大。即，风速超出阈值越高，风力涡轮机722转离与风直接对准的方向的程度越大。在风速增加的情况下，通过将风力涡轮机722越来越多地转离与风对准的方向，施加到叶片726上风压降低了，同时，损坏风力涡轮机722的可能性也降低了。当DSP778感应到当前风速降低时，其给电机744发送适当的命令，使风力涡轮机 722转回朝着当前风向的方向。如果当前风速降低到阈值风速(或之下)，DSP778给电机 744发送命令以旋转风力涡轮机722，从而使其直接与当前风向对准。因此，DSP778和电机 744 一起协同工作以确保风力涡轮机722始终直接面对风(每当风速低于阈值风速)，并相对于超出阈值风速的量偏离与风对齐的方向一定量。当风力涡轮机722产生足够的电能以为配电板760的一个或多个电连接到发电系统720的电路供给电能时，根据热线742a的电压，处理器778可将热线742a直接连接到逆变器756，而不是电池758。这种直接连接提升了系统720的效率。充电控制器754可连接到显示板786，其可以是液晶显示器(IXD)或其他类型的显示板(图38-39)。DSP778配置为允许各种不同类型的信息选择性地显示在显示板786上。 一个或多个按钮788或其他类型的用户接口设备也可连接到DSP778，从而使得用户可以控制哪些信息显示在显示板786上。在一种实施方式中，DSP778配置为允许下述信息显示在显示板786上当前产生的电能、当前风速、当前风向、当前开路电压、当前负载电压、当前电池电压、迄今产生的累积电能、时间、日期、年分、充电状态以及任何故障。发电系统720可被配置为使其产生在的过量电能汇集到虚拟电阻负载(未示出) 上，或者可将这种过量电能提供给热水器，或者将过量电能返还给电力公司。即，当所有的电池758都充满电并且风力涡轮机722供给的电能大于配电板760的相关负载当前需要的电能时，系统720可将产生的过量电能转移到这些或其他目的物中。DSP778还可配置为记录产生过量电能的时期的频率和/或产生的过量电能的量。这些信息可以显示在显示板 786上，并对系统720的用户提供与系统720产生的电力比消耗的电力更多的频率的指示。 如果这种情况经常发生，用户可能希望增加额外的电池758并且/或者将系统720连接到配电板760内的更多数量的电路上，或者将系统720连接到具有更大或更频繁负载的配电板760之内的不同电路中。图40-42示出了发电系统820的实施方式的更多细节。图40_42的实施方式包括与发电系统720通用的多个元件，并且这些通用的元件与其在系统720中的标记相同并且与其在系统720中运行的方式也相同，除非另有说明。因此，这些通用元件不需要更详细的描述。如图40所示，发电系统820包括风力涡轮机722和控制系统824。电缆742将风力涡轮机722连接到控制系统824。控制电缆796和电机旋转电缆798也穿过风力涡轮机722和控制系统824之间。电缆796和798可与电缆742捆绑在一起，或者它们可以分别地捆绑。电缆742、796、798的长度足够长，从而控制系统824可物理上位于远离风力涡轮机722的位置，该位置对于保存控制系统824来说更加方便。作为一个实例，电缆742、796、 798可足够长以允许控制系统824位于住宅、建筑、车库或其他保护部件的封装物的内部。发电系统820还包括用于存储风力涡轮机722产生的但未消耗的电力的一个或多个电池。与系统720 —样，当涡轮机722当前产生的电力超出系统820的电力需求时，系统 820的控制器824为电池758充电。类似地，系统820的控制器824使用电池758满足超出涡轮机722同期发电能力的电力需求。因此，控制器824利用一个或多个电池758以存储过量的电能，从而用于稍后在需要时供给。如图40所示，发电系统820包括AC转换开关774，其允许系统选择性地连接到由供电公司提供的AC电源并从该AC电源脱离。当当前没有足够的风转换成电力且电池758 的充电水平也不足以满足当前电力需求时，这种连接是期望的。当电池758和/或风力涡轮机722能够提供足够的电力以满足当前的置于系统820的电力需求时，这种脱离是期望的。如图41中更加详细地展示的那样，控制电缆796操作性地连接到控制电路800，控制电路800可位于涡轮机接口外壳802中。控制电路800接收来自风速传感器(例如风速计750)和风向传感器804的输入。控制电路800还从第一和第二限制开关806a和806b接收输入。限制开关806a和806b检测涡轮机722绕轴730何时转到其极限。在一种实施方式中，涡轮机722可被配置为使得其能够绕轴730限定的垂直轴旋转大约340度。可实施其他范围内的旋转，包括涡轮机722绕轴730自由旋转全部360度的配置。当控制电路800 从限制开关806a或806b接收信号时，其沿着逻辑控制电缆796向控制系统824发送一信号。随后，控制系统824可通过取消经由电机旋转电缆798向电机744提供电流来终止对旋转电机744的电力供应。可选地，或此外，控制电路800可通过适当的开关直接停止任何通过电缆798提供给旋转电机744的电力。无论如何实施，限制开关806用于防止电机744 试图将涡轮机722旋转超过其旋转运动的预定范围。对旋转电机744的任意这种中断电力供应是受限的以仅中断能够导致涡轮机722进一步在使限制开关激活的方向上移动。艮口， 旋转电机744被禁止移动超出其移动限制范围的外边界，但在边界范围内仍然可以自由旋转。涡轮机接口外壳802还可包括分流负载控制808，其用于当风速高到产生的电力大于控制系统824所能安全处理的电力时，使风力涡轮机722产生的过量电力汇集。在至少一种实施方式中，控制系统824可被配置为处理来自风力涡轮机722的170V DC。其他实施方式可改变这个数字，使其更高或更低。在至少一种实施方式中，如果涡轮机当前产生 170V或更高电压时，分流负载控制808将接合分流负载。这种接合可在没有任何来自控制系统824的输入或信号的情况下发生。换句话说，分流负载控制808可以自主地接合分流负载。分流负载控制808还可包括最大过电压保护电路810，其防止风力涡轮机722超过最大输出电压。作为一个实例，这种最大过电压可被设置为250V。当然，也可使用其他值。如果分流负载控制808的分流负载不能够限制电压，并且涡轮机722的电压输出试图增加到250V之上(其中，250V是示例性的最大值)，电路810将电压钳位并使保险812熔断。对于位于涡轮机接口外壳802下游的最大电压为250V的部件来说，这将防止可能导致火灾风险的过电压状况。在这种情况下，涡轮机将松开并将以非受控速度旋转。涡轮机接口外壳802通过电缆742、796、798连接到控制系统824，如前所述。电缆 742为控制系统824供给涡轮机722产生的DC电压。控制电缆796为控制系统824提供信号，这些信号指示风向、风速、以及在至少一种实施方式中的旋转电机744的当前位置。电缆798为旋转电机744供给电能，使其以被控制系统824控制的方式旋转，如前文描述的那样。也就是说，控制系统824控制旋转电机744使得在过量的风况时，涡轮机722转离风足够量以防止产生超出额定量的电压，并且在小于过量的风况时，将涡轮机722转向风。图42示出了控制系统824的实施方式的更多细节。控制系统824中与控制系统 724通用的元件具有相同的标号，并且控制系统824与前述相同的方式运行，除非另有说明。控制系统824包括I/O板814，其包括各种用于与涡轮机接口外壳802进行接口连接的电气元件、以及充电控制器754和逆变器756。电缆746、796、798馈入I/O板814。更具体地，电缆742在通往电流/电压传感器776之前，馈入DC接地故障断流器(GFI) 816。合适的保险丝可位于电缆742和GFI 816之间。电流/电压传感器776运行的方式与前述的相同，并且其感应风力涡轮机722当前产生的电流和电压信息。该信息被传递给包括数字信号处理器778的充电控制器754，数字信号处理器778以前述的方式使用这些信息处理由涡轮机722产生的电压。控制系统824还包括输出使旋转电机744以期望方式旋转的控制信号的旋转电机控制电路815。旋转电机控制电路815从隔离的逻辑控制817接收控制输入。隔离的逻辑控制电路817又从逻辑控制电缆796接收信号。如前所述，这些信号表明当前风速和风向以及哪个限制开关(如果有的话)已经被激活。逻辑控制电缆796还可将表示电机744 的当前旋转朝向的信息发送给隔离的逻辑控制电路817。隔离的逻辑控制电路817使用从控制电缆796接收的该信息确定应该对风力涡轮机722的朝向做出哪些改变(如果存在的话)。这种改变(如果存在的话)通信传输给旋转电机控制815，旋转电机控制815随后将合适的信号通过电缆798发送给旋转电机744，该信号使旋转电机744以期望的方式旋转。控制系统824还包括输出传感器784，其测量充电控制器754输出的电压和电流。 控制系统824还包括一对额外的电流/电压传感器818a和818b，其测量通过控制系统824 的两个其他位置的电流和电压。传感器818a测量控制系统824输出的电压和电流。S卩，传感器818a测量由发电系统820提供用于在住宅、建筑或其他设施内使用的电流和电压有多大。传感器818b测量提供给逆变器756的电压和电流。DSP处理器778使用来自传感器 818a和818b的信息来控制电池758的组的充电和放电，并控制A/C转换开关774。如所述， A/C转换开关774在使涡轮机722和使电力公司(交流电网)为住宅、建筑、设施或这些单元中的一个内的特定电路提供能量之间切换。系统824监测传感器818a的输出以确定是否切换到交流电网。在至少一种实施方式中，系统824被配置为无论何时位于发电系统820的总负载超出系统820的当前电力产生能力(考虑到涡轮机722的电力产生和电池758的电力产生)，切换成交流电网。因此， 例如，假定1000W的负载施加到系统820上。进一步假定系统820的配置使得其为逆变器 756提供24V的电，不管来自电池758或充电控制器754。更进一步地，假定当前的风以能够使风力涡轮机722产生15安培的电流的速度吹动。则另外的26. 6安培的电流需要从电池抽取以满足1000W的需求。然后，随着电池持续供给26. 6安培的电流，电池758将缓慢地放电。一旦电池被放电，系统824将通过开关774切换回交流电网，并关闭逆变器756。此夕卜，系统824将使用可从风力涡轮机722获得的15安培的电流为电池充电。当电池被再次充电时，交流电网将为负载提供全部1000W的电力。仅当电池758被完全地充电或充电到全部电量的一个阈值(其可以是可变阈值并且是可编程的)内之后，系统824将关闭交流电网并切换回从风力涡轮机722和电池接收能量。在这种方式中，只要风能存在，系统824 使用或存储风能，除非电池被完全充满并且不存在电力需求。图43示出了可由发电系统720或820消耗的不同状态的图表。当然，这些状态仅仅是一种可能的应用到系统720和820的配置，应该理解的是，系统720和820的一个或两者可被配置成与图43所示的不同方式。如图43所示，系统720或820的当前状态可在显示板786的IXD显示屏上可见。图43的最左侧栏表明系统720或820的状态。下一栏提供了说明。“充电器”栏表示充电控制器754是否打开、等待或处于其他状况。“逆变器”栏表示逆变器756的状态。“TS”栏表示转换开关774的状态。“分流(dump) ”栏表示电力是否通过分流负载控制808被引导至分流负载。因此，图43提供了系统720或820经由控制系统724或824被控制的方式。当然，也可以使用其他方式。如上所述，发电系统720和820的DSP778可被编程以使得发送给降压转换器782 的PWM信号被调整为使得源阻抗(涡轮机722)匹配负载(控制系统724)阻抗。这些实施方式趋向于根据风速产生功率。一个实例在图44A和44B中示出。图44A示出了任意风速相对于时间的关系，其中，风速由曲线792表示。当DSP778被编程为连续地调整其负载阻抗以使得其与涡轮机阻抗匹配时，功率输出将大体上随着风速变化，如图44B中的功率曲线794所示，其中，功率曲线的形状大体上与图44A的风速曲线792的形状匹配。然而，这种连续的阻抗匹配可在发电系统720和820的一些实施方式中被修正。例如，发电系统720和820中的任一个系统可被修改为产生功率脉冲，通常类似于图44C中示出脉冲795那样(当经历图44A所示的类似风速时)。在图44C表示的实施方式中，DSP778控制降压转换器782产生输入阻抗，该输入阻抗在高于和低于涡轮机722的阻抗之间交替。这创建了图44C中所示的功率峰值。这些功率峰值将瞬态地超出图44B所示系统产生的功率。换句话说，举例来说，在图44B中由参考字母B表示的功率小于在图44C 中由参考字母C表示的峰值功率，尽管事实上两个功率在同一时刻(由参考字母A表示) 在相同风况下产生。由于相对于图44B的系统，图44C的系统的峰值较高，图44C的系统可在充电时比图44B的系统更有效率，尤其是在低风速时。什么是低风速对于不同的涡轮机来说是不同的，但在至少一种实施方式中，这种低风速可指小于每小时七英里的任意风速。 在其他实施方式，更低或更高的风速可被称为“低风速”，如所述的，这取决于风力涡轮机设计使用的风速。DSP778可改变控制系统的输入阻抗以通过适当地改变发送给降压转换器782的脉冲宽度调制(PWM)信号来创建图44C的脉冲。这种改变可涉及改变PWM信号在脉冲过程中和脉冲之间的间隔时间期的占空比。本领域技术人员将要理解的是，图44C所示出的功率脉冲的形状仅仅是示意性的目的，实际形状通常并不是精确的矩形，而是具有向上和向下斜坡的形状，这些斜坡根据系统的整体构建以及脉冲发生而改变。图44C示出的脉冲功率提取技术的一个结果是从以脉冲的形式从涡轮机中提取了涡轮机的旋转叶片的一定量的动能，并将其转换为脉冲电能。这种从旋转叶片脉冲提取动能的方法使得叶片在能量提取期间减速，并且如果风断续吹，在脉冲之间的间隔期间速度回升。如上所述，DSP778可被编程以在低风速状况下利用图44C示出的脉冲功率提取技术。在这些实施方式中，DSP778可被编程为检查风速计750检测到的风速，将其与限定低风速状况的阈值相比较，如果当前风速超出阈值，则使用图44B中示出的连接功率提取技术。 另一方面，如果当前风速等于或低于阈值，DSP将切换到脉冲功率提取技术，例如如图44C 示出的技术。不同形式的滞后作用可用于帮助避免在等于或接近阈值的不同风速的过多切换。此外，在任意一种实施方式中，DSP778可被编程为检查风速是否超出最大风速阈值，该最大风速阈值被设置为比低风速阈值大。超过最大风速阈值的风速可导致DSP778将风力涡轮机722旋转偏离与风对准的方向或完全停止产生电能。在一些实施方式中，DSP778将基于涡轮机722产生的电压(而不是风速的直接测量值)在图44B和44C中的连续功率提取和脉冲功率提取技术之间切换。除电压和风速之外的其他量也可用于在这些功率提取技术之间切换。此外，DSP778决定在脉冲和连续功率切换技术之间切换可以可选的基于(至少部分的)连接的一个或多个连接的电池758的充电水平状态。例如，如果存在低风速且电池被完全充满，在一些实施方式中，当涡轮机722产生的电压低于阈值时，不从涡轮机722获得电力可能是期望的。作为一个实例，当风速使得涡轮机722仅能产生小于50V的电力时，不获取电力可能是期望的。不论精确的阈值如何，控制系统7M可被编程为允许涡轮机722在风速使得电压低于阈值时自由旋转。因此，这样的阈值将在本文中被称为自由旋转阈值。 此外，如果风速增加使得风力涡轮机722能够产生大于50V的电力，但风速仍然被视为低速 (如上文中相对于图44C描述的那样)，则DSP778可被编程为利用图44C的脉冲功率提取技术。在这种情况下，每个脉冲的长度可持续到提取的电压降低到自由旋转阈值。一旦达到自由旋转阈值，功率提取的脉冲将是不连续的，直到风力涡轮机有机会再次获得足够的速度以用于另一个脉冲的功率提取。为了更好的理解概念，在前段中描述的脉冲功率提取技术的一个示例性实例将提供在本文中。当然，本领域技术人员将要理解的是，该说明仅仅是示例性的，并且描述的精确值可被改变。例如，假定期望使风力涡轮机722在电压小于50V的情况下自由旋转。在风力稍微增加到该自由旋转阈值之上的情况下，DSP778可被编程为以脉冲的方式从风力涡轮机722中提取电能，由此每个脉冲持续的时间等于电压降低到自由旋转阈值或自由旋转阈值附近所需的时间。举例来说，DSP778可允许涡轮机自由旋转，直到60V ；然后，以持续直到电压下降到50V的脉冲提取功率；然后允许涡轮机722再次自由旋转，直接再次达到60V ； 随后以另一脉冲再次提取功率，直到电压降到50V，以此类推。上限(在这种情况下为60V) 可以改变，但可对应于限定低风速状况的阈值电压，如上关于图44C所讨论的。脉冲的持续时间可根据风速或其他影响电压下降到自由旋转阈值所需时间的因素的改变而改变。在替代实施方式中，脉冲期间可以是固定的，或者其可基于其他因素改变，其他因素例如风速、电池充电水平、电气负载或其他因素。当具有固定脉冲期间时，DSP778可在固定时间内改变PWM信号，由此改变输入阻抗，而不管由此产生的电压降。在其他实施方式中，DSP778可以脉冲的方式提取电能，而不允许风力涡轮机自由旋转。在这些情况下，DSP778可将控制系统724的输入阻抗在交替地高于和低于风力涡轮机722的阻抗之间变化。较低的阻抗可能不一直降低到0，或者导致风力涡轮机722自由旋转。取而代之的是，阻抗可能降低到一个水平，尽管在风力涡轮机722的阻抗之下失配，依然产生电力。这样的实施方式将图44C的图表从由0功率的间隔时间隔开的一组脉冲改成成由非0但降低的(相对于峰值)功率的间隔时间隔开的一组脉冲。本领域技术人员将要理解的是，上述实施方式中描述的具体电子元件和电气组件可被换成执行类似功能的其他电气组件和电子元件。例如，本文描述的降压转换器可由其他开关转换器或其他以非切换方式运行的转换器替代。类似地，降压转换器和其他类型的转换器的控制可从利用脉冲宽度调制信号转换为利用其他类型的控制信号。其他修改也是可能的。应该理解的是，附图中示出并且在上文描述的实施方式仅仅是出于示例的目的， 并不用于限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定，权利要求由包含等同原则的专利法的原则解释。
权利要求
1.一种风力涡轮机，包括安装到旋转部件以绕着旋转轴旋转的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片和所述旋转部件具有角速度；从所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁，其角速度至少为所述叶片的角速度， 并且大于所述旋转部件的角速度，所述磁铁的每一个具有两个相对的主要表面，所述主要表面沿大体上平行于旋转轴的方向延伸；及导电线圈，所述线圈与所述磁铁中至少一个磁铁的至少一个所述主要表面足够靠近， 从而所述至少一个磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
2.如权利要求1的风力涡轮机，其中，所述线圈跨越所述磁铁，其中，所述线圈与所述至少一个磁铁的每个所述主要表面足够靠近，并且所述线圈被配置为使得由所述磁铁的两个所述主要表面在所述线圈中感应的电流是累加的。
3.如权利要求1的风力涡轮机，还包括轮，该轮具有多个辐条和由所述辐条支撑的环状轮缘，所述磁铁安装在所述轮缘上。
4.如权利要求3的风力涡轮机，其中所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
5.一种风力涡轮机，包括安装到旋转部件以绕着旋转轴旋转的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片具有靠近所述旋转部件的近端和远端；绕着所述涡轮机叶片的所述远端延伸的环状轮缘，所述叶片的每个所述远端从所述轮缘脱离；由所述轮缘支撑的多个磁铁，其中所述磁铁的角速度至少为所述叶片的最大角速度；及导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述至少一个磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
6.如权利要求5的风力涡轮机，还包括具有多个辐条的轮，所述轮包括所述轮缘，并且所述轮缘由所述辐条支撑。
7.如权利要求6的风力涡轮机，其中所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
8.如权利要求5的风力涡轮机，其中，所述线圈跨越所述至少一个磁铁的两个相对侧， 并且所述线圈被配置为使得所述磁铁的两侧在所述线圈中感应的电流是累加的。
9.一种风力涡轮机，包括轮，包括用于将所述轮围绕旋转轴安装的轮毂、轮缘和将所述轮缘支撑在所述轮毂上的多个辐条，第一组所述辐条从所述轮毂的第一套间隔连接处延伸到沿着所述轮缘上的环状路径布置的第二套间隔连接处，第二组辐条从所述轮毂上的第三套间隔连接处延伸到沿着所述轮缘上的所述环状路径布置的第四套间隔连接处，所述第一套间隔连接处沿着所述旋转轴与所述第三套间隔连接处隔开，其中，所述第一组辐条在所述轮毂上与所述第二组辐条偏离；及安装到所述辐条上的多个风力涡轮机叶片。
10.如权利要求9的风力涡轮机，其中，所述轮支撑多个磁铁以在定子组件中产生感应电流。
11.如权利要求10的风力涡轮机，其中所述轮缘支撑所述磁铁。
12.如权利要求9的风力涡轮机，其中每个所述涡轮机叶片包括柔性膜。
13.如权利要求12的涡轮机，其中每个所述涡轮机叶片包括框架，所述柔性膜安装到所述框架上。
14.如权利要求13的涡轮机，其中所述柔性膜包括织物片或聚合物片。
15.如权利要求12的涡轮机，其中，至少一个所述涡轮机叶片被配置为调整其实度。
16.一种风力涡轮机，包括旋转部件，其被安装用于绕着旋转轴做旋转运动；由所述旋转部件支撑的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片具有叶片根部和叶片尖端，并在所述叶片尖端具有最大角速度，所述叶片根部靠近所述旋转部件，并且每个所述叶片具有不同的攻角，所述攻角从所述叶片根部到所述叶片尖端减小；从所述旋转部件向外间隔布置并由所述旋转部件支撑的多个磁铁，磁铁的位置使得所述磁铁的角速度至少为叶片的最大角速度；及导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
17.如权利要求16的涡轮机，其中，每个所述叶片具有不对称的横截面。
18.如权利要求16的涡轮机，还包括基座，所述旋转部件安装用于绕着所述基座绕另一旋转轴做旋转运动。
19.一种风力涡轮机，包括具有旋转轴的旋转部件；由所述部件支撑以围绕所述旋转轴做旋转运动的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片具有迎风面，该迎风面由聚合物片或织物片形成；从所述旋转部件和所述旋转轴向外间隔布置并支撑的多个磁铁；导电线圈，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而所述磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
20.如权利要求19的风力涡轮机，还包括轮，所述轮具有多个辐条和由所述辐条支撑的环状轮缘，所述涡轮机叶片安装到所述辐条上。
21.如权利要求20的风力涡轮机，其中，所述磁铁安装到所述轮缘上。
22.—种风力涡轮机，包括具有旋转轴的旋转部件，所述旋转部件具有多个径向延伸的臂；及由所述臂支撑的多个风力涡轮机叶片，每个所述叶片通过柔性连接器由所述臂支撑， 其中，响应于风速超出选定的最大风速的风，所述叶片以大体上平行于所述旋转轴的方向移动。
23.如权利要求22的风力涡轮机，还包括从所述旋转轴向外间隔布置并由所述旋转轴支撑的多个磁铁，从而所述磁铁的角速度至少为所述叶片的角速度。
24.如权利要求23的风力涡轮机，还包括导电线圈，所述线圈位于所述尖端或位于从所述叶片的所述尖端向外的位置，所述线圈与所述磁铁中的至少一个磁铁足够靠近，从而磁铁的旋转运动在所述线圈中产生感应电流。
25.—种风力涡轮机，包括多个风力涡轮机叶片，其安装用于围绕旋转轴做旋转运动，所述叶片具有外部周边；基座，所述涡轮机叶片安装用于相对于所述基座绕着另一旋转轴做旋转运动；及所述风力涡轮机适于将来自所述涡轮机叶片的外周边之外的风利用和引导进入所述涡轮机叶片。
26.如权利要求25的风力涡轮机，还包括绕着所述叶片尖端延伸的集气装置，所述集气装置具有沿着迎风方向从所述叶片尖端向外径向延伸的锥形表面，以将空气引导进入所述涡轮机叶片。
27.如权利要求沈的风力涡轮机，所述锥形表面以相对于所述旋转轴成大约60度的向外角延伸。
28.如权利要求沈的风力涡轮机，所述集气装置还包括扩展部分，该扩展部分沿着背风方向从所述锥形表面向外延伸，所述扩展部分与所述锥形表面形成顶点。
29.一种风力涡轮机叶片，包括框架；及在所述框架之间延伸的网，所述风由柔性膜形成。
30.如权利要求四的风力涡轮机叶片，其中所述网用于响应于预定的风速降低叶片的实度。
31.如权利要求30的风力涡轮机叶片，其中所述网包括在所述框架的一部分之间延伸的第一网以及在所述框架的另一部分延伸的第二网，所述第一网大体上与所述第二网连续，以形成所述叶片的大体上连续的迎风表面，所述第二网由柔性膜形成并以允许所述第二网在所述第一网和所述第二网之间形成开口的形式安装到所述框架。
32.一种利用风力发电的系统，包括风力涡轮机，其具有适于围绕轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片，所述风力涡轮机具有电阻抗；及用于所述风力涡轮机的控制子系统，所述控制子系统具有由控制器控制的可变阻抗， 其中，所述控制器用于通过在低于和高于所述风力涡轮机的所述电阻抗的水平之间改变所述控制子系统的可变阻抗，以脉冲的方式从所述风力涡轮机提取电能。
33.如权利要求32的系统，其中，所述控制器还用于将所述控制子系统的所述阻抗与所述风力涡轮机的所述电阻抗匹配，从而在风速小于阈值风速时以非脉冲的方式提取电能。
34.如权利要求32的系统，其中所述控制器存储上限阈值电压和下限阈值电压，其中所述控制器基于所述风力涡轮机的所述输出电压达到所述上限阈值电压和下限阈值电压来改变所述控制子系统的所述可变阻抗，所述风力涡轮机被设计在所述下限阈值电压对应的风速之下时自由旋转。
35.如权利要求32的系统，还包括用于确定风向的第一传感器；用于确定风速的第二传感器；用于改变所述轴的朝向的电机；及其中，所述控制器与所述第一和第二传感器通信，并且所述控制器用于激活所述电机， 从而使得当风速小于设定风速时，所述轴与风向对齐，并且所述控制器还用于激活所述电机，从而使得当风速大于所述设定风速时，所述轴不与风向对齐。
36.如权利要求32的系统，还包括用于测量所述电压输出的电压传感器；与所述风力涡轮机电压输出进行电气通信的降压转换器，所述降压转换器用于降低所述风力涡轮机电压输出的电压水平；用于将直流电转换成交流电的逆变器；转换开关，用于选择性地将所述逆变器或电力公司供电源的输出连接到配电板上；电池；及其中，所述控制器用于监测所述电池的充电水平，并在所述电池的充电水平降低到充电阈值之下且所述输出电压降低到电压阈值之下时，将所述转换开关切换成将电力公司供电源与所述配电板连接。
37.一种利用风力发电的系统，包括风力涡轮机，具有用于绕着轴旋转并由此产生输出电压的多个叶片；及用于所述风力涡轮机的控制子系统，所述控制子系统用于当风速小于风速阈值时以大体上连续的方式从所述风力涡轮机中提取电能，并且当风速大于所述风速阈值时以脉冲的方式从所述风力涡轮机中提取电能。
38.如权利要求37的系统，其中，所述控制子系统包括控制器，所述控制器用于通过以脉冲的方式改变所述控制子系统的输入阻抗而以脉冲的方式从所述风力涡轮机中提取电能。
39.如权利要求38的系统，其中，所述控制器通过改变控制至少一个降压转换器的脉冲宽度调制控制信号的占空比来改变所述控制子系统的输入阻抗。
40.如权利要求38的系统，其中，所述控制器用于通过将所述控制子系统的所述输入阻抗与所述风力涡轮机的阻抗相匹配来以大体上连续的方式从所述风力涡轮机中提取电能。
41.如权利要求38的系统，其中所述控制器存储上限阈值电压和下限阈值电压，其中所述控制器基于所述风力涡轮机的所述输出电压达到所述上限阈值电压和下限阈值电压来改变所述控制子系统的所述输入阻抗，所述风力涡轮机被设计在所述下限阈值电压对应的风速之下时自由旋转。
42.一种用于风力涡轮机的控制系统，所述风力涡轮机具有用于围绕轴旋转的多个叶片，所述系统包括用于确定风向的第一传感器；用于确定风速的第二传感器；用于改变所述轴的朝向的电机；及与所述第一传感器和第二传感器通信的控制器，所述控制器用于激活所述电机，从而使得当风速小于阈值时，所述轴与风向对齐，并且所述控制器还用于激活所述电机，从而使得当风速大于所述阈值时，所述轴不与风向对齐。
43.如权利要求42的系统，其中，所述控制器还用于激活所述电机，从而使得轴与风向不对齐的量随着风速在所述阈值之上的增加而增加。
44.如权利要求42的系统，其中，所述控制系统电连接到配电板，所述配电板用于为家庭或建筑中的至少一个电路供给电能。
全文摘要
本发明公开了一种风力涡轮机，其包括具有旋转轴线的旋转轴、由轴支撑进行旋转运动的多个涡轮机叶片以及从所述旋转轴向外间隔布置并由旋转轴支撑的多个磁铁。叶片通过磁铁向内径向延伸的支架安装到轴上，其中，磁铁的环形速度至少等于叶片的环形速度。涡轮机还包括导电线圈，其位于从磁铁和叶片向外的位置，其中，线圈围绕磁铁和叶片并与磁铁足够靠近，从而磁铁的旋转运动在线圈中产生感应电流。可以以连续的方式、脉冲的方式或混合的方式获得从风力涡轮机提取的电功率。
文档编号F03D11/00GK102459870SQ201080033200
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者伊麦德·马哈维利·Phd 申请人:E网络服务有限责任公司