能量轉換組件的製作方法

2023-06-03 05:00:26

專利名稱：能量轉換組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能量轉換組件，具體地用於風能的能量轉換組件。
背景技術：
當前，給予可替代和/或可更新能源越來越多的關注，以便在不依賴於使用礦物燃料(石油、煤等)的情況下確保滿足能源需求，礦物燃料註定要耗盡並且在任何情況下都是高度汙染的。
在這些可替代能源中，風能扮演了無可置疑的重要角色，如已知的，其從風動能轉換為其它形式(通常地是電能)的轉換中而獲得。風能發電機因此在位於具有充足風的區域逐漸地普遍並且風能發電機包括一個或多個桅杆，桅杆在它們的頂部支撐著相應的風輪機，風輪機被賦予了將風能轉換為機械能的任務，這反過來能夠驅動例如交流發電機的相應的發電機，以便產生期望的電能。為了確保在轉換中的最大效率並使得由碰撞渦輪機的空氣流供給的用於相等能量的機械能的值最大化，因此給予屬於渦輪機的轉子的風力葉片的形狀以特別的關注。更精確地，葉片良好的尺寸設計以及能夠適當地傳送流動的輪廓的選擇使得能夠具有與轉換過程相關的不可避免的損失並且確保了渦輪機的高性能。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠確保能量轉換中的高效率的組件。在該目標中，本發明的一個目的是提供一種聲音衝擊為零或者至少極其低的組件。本發明的另一個目的是提供一種確保在操作中具有高可靠性的組件。本發明的另一個目的是，提供一種能夠從通常的商業可獲得的元件和材料開始容易獲得的組件，其甚至可以是珍貴的和/或可再循環的。本發明的另一個目的是提供一種成本低且使用安全的組件。該目標與這些目的，以及將在下文變得更加顯而易見其它的目的，通過能量轉換組件來實現，該能量轉換組件包括具有優選S形橫向橫截面的至少一個中心葉片，所述葉片能夠通過流體流的作用而圍繞平行於其母線的中心軸線旋轉，隨之發生的是，機械能傳送到可與所述葉片相關的軸，其特徵在於，其包括結合地連接到所述葉片的至少一對大致楔形的本體並且在相對側面上面向葉片它，所述大致楔形本體中的每個的三個側向面中的各面均被用於相應的旋轉部分的流體流的作用所影響，並且基本在所述部分中的每個中均為電機動能提供積極的促進，電機動能通過流體流傳送到所述葉片，以便優化傳送的機械能的值。


本發明的其它特徵和優點從以下根據本發明的組件的三個優選的但不是排它的實施方式的詳細的描述中將變得更明顯，在附圖中以非限定實例的方式示出，在附圖中圖I和圖2是根據本發明的第一實施方式的組件的視圖，更準確地說圖I是根據本發明的位於第一角位置的組件的立體圖；圖2是根據本發明的位於第二角位置的組件的立體圖並且示出了流體流的流動方向；圖3和圖 4是根據本發明的第二實施方式的組件的視圖，並且更具體地；圖3是根據本發明的位於第一角位置的組件的立體圖；圖4是根據本發明的位於第二角位置的組件的立體圖；圖5和圖6是根據本發明的第三實施方式的組件的視圖，並且更具體地；圖5是根據本發明的位於第一角位置的組件的立體圖；圖6是根據本發明的位於第二角位置的組件的立體圖。
具體實施例方式參照附圖，總體由附圖標記I指示的根據本發明的組件適於能量轉換並且包括具有優選S形橫向橫截面的至少一個中心葉片2。葉片2可以通過流體流圍繞平行於其母線的中心軸線旋轉，隨後是機械能傳送到可與葉片2相關聯的軸。應該詳細直接地說明的是，根據本發明優選的應用，組件I是風能發電機的一部分並且因此能夠將風動能(該動能由此構成流體流)轉換為機械能，以使其可用於諸如發電機或交流發電機的電力產生裝置(由於軸的旋轉)。本說明書的其它部分應該參照該優選的應用，但是如果特定的要求允許其和/或使其是優選的，則不排除與根據本發明的組件I的不同的用途(這在任何情形中都在本文的權利要求的保護範圍之內)。在下文中，在圖2中指示的方向和定向將是針對風而考慮的。當然，該選擇完全是任意的並且僅通過實例的方式使用，任何其它的方向都不會危害根據本發明的組件I的操作。還適合的是，規定用於組件I的活動元件的輪廓的構造和曲率選擇為使得組件I順時針旋轉(在此方面，在描述的進程中也有幾個參考)。然而，不排除提供組件I的可能，其中，輪廓適於分配逆時針旋轉或者簡單地通過在附圖中示出的相同元件的不同組件來實現該結果。此外，提供了使用兩個或更多個組件I的可能性，例如，採取包括水平地配合以增加傳送功率的兩個渦輪機(每個渦輪機均具有相應的組件I)的解決方案。根據本發明，組件I包括至少一對大致楔形的本體3，本體3共同地連接到葉片2並且在相對側面上面向葉片。大致楔形本體3中的每個的三個側面3a，3b，3c中的每個都受到用於相應的有用的旋轉部分(其至少可以部分地相符合)的流體流的作用的影響，並且大致在這些部分中的每個中都產生對於電機動能的積極促進，電機動能通過流體流而傳送到葉片2，以便優化傳送的機械能的值。更具體地說，葉片2是具有豎直軸線的類型，因此中心軸線大致垂直於地面。便利地，組件I包括下板4，下板4確保用於中心葉片2和用於大致楔形本體3的支撐和連接。此外，組件I包括上板，上板以相對於下板4大致平行的構造布置並且穩定地抵靠中心葉片2和本體3而放置在上方區域中。設計為接收待傳送到電動機的電機動能的軸可以與下板4 (和/或可選地與上板)相關聯。此外，組件I的其它附加元件(諸如例如各種類型的控制和調節裝置)均能被錨定到下板4 (和/或上板)。此外，下板4與上板幫助避免流體流的均勻部分相對於葉片2和本體3向上或者向下脫離，由此使它們的效率最大化而不損失部分有用效果的可能性。根據大致實際利益的一個實施方式，其通過本發明的應用的非限定實例的方式在附圖中引用並提出，各個大致楔狀的本體3均包括大致凸出並且面向中心葉片2的相應的彎曲部2a的第一側向面3a。第一側向面3a中的每個均配合以形成相應的彎曲部2a(彎曲部是凹入的)以及下板4和上板的相應部分，用於流體流的第一通道5 。第一通道5在相對側相對於流體流的到來的方向(引入方向)逐漸地變細(縮小)。在第一側向面3a的有用部分處，組件I的角定向使得流體流進入第一通道5並且大致由文丘裡效應產生對於傳送到葉片2的電機動能的積極促進，將力施加到第一通道5的壁處(並且因此到第一側向面3a並且特別地到彎曲部2a)。參照優選的實施方式，各個大致楔形本體3還包括第二大致凹入的橫向側面3b。事實是，在對於第二側向面3b有用的一些部分處，使得所述第二面的傾斜度被朝向第一通道5傳送的流體流的動作所影響，效果如上所述。此外，作為組件I的局部旋轉的結果，第二側向面3b布置在附加的有用部分處，其中流體流直接地為傳送到葉片2的電機動能提供了積極的促進，因為其施加的力具有將旋轉運動施加到具有順時針定向的本體3的分量。進一步參照附圖中示出的優選的實施方式，每個大致楔形的本體3最終都包括大致凸出的第三側向面3c。在對於第三側向面3的有用部分處，該面被流體流所撞擊，以便為傳送到葉片2的電機動能再次提供積極的促進。有利地，組件I包括至少一對切向輪葉6，該對切向葉片優選地形成有翼部類型的橫截面並且像葉片2和葉片3 —樣被插入到下板4與上板之間(它們進一步連接到那)。切向輪葉6相對於本體3交替地布置並且面向中心葉片2的端部2b。在組件I的相應的有效旋轉部分處，輪葉6構成用於葉片2的相對於流體流的防護屏，以防拖拽的侵襲，否則拖拽可能會減小風動能的轉換效率。具體地說，在圖2的角度構造中，其中風的方向大致與葉片2的S形輪廓縱向地對齊，輪葉6起到防止上述流體流的作用。此外,基於輪葉6的外部面6a的曲率,流體流的推力的合矢量(合量,resultant)相對於葉片2的旋轉等同地定向並且因此還促進了傳送的機械能的最大化。有利地，指向葉片2的輪葉6的內部面6b具有的形狀適於在旋轉的附加有效部分處產生提升效果，其相對於葉片2的旋轉等同定向(即，以便施加順時針旋轉)，以使傳送的機械能最大化。還應該注意的是，輪葉6的內部面6b、葉片2的相應端2b以及下板4和上板的相應區域形成用於流體流的第二通道7。為了使得一定角度位置處排出的空氣團能夠穿過第二通道7，通過文丘裡效應的方式產生與葉片2的旋轉相反的拖拽，下板4和上板在限定第二通道7的上述區域包括用於流體流的合適的孔8 (根據具體的要求其可以具有各種構造)。根據本發明的組件的操作如下。在撞擊葉片2、本體3和輪葉6的風的作用下，根據本發明的組件I圍繞其自身中軸線旋轉，以將機械能(轉矩電機動能)傳送到軸，如上所述，軸可以例如與諸如控制裝置的任何其它部分一起錨定到下板4 (在與葉片2相對的側面上)。在相應的有用部分中，組件I的各個部件(葉片2、本體3，具體地，其側向面3a、3b,3c中的每個，以及輪葉6)均被流體流的作用所影響，並且這些有用部分中的一些部分符合通過風施加的力由此適於增加所傳送的機械能，因此提供期望的最大化的轉換效率。對於第三側向面3c來說，旋轉的有用部分主要的是這些，其中，相應的本體3放置在旋轉軸線的右側，由於第三側向面的曲率，流體流實際上能夠撞擊第三側向面3c，具有指定的結果，以將順時針運動施加到組件I。 在一些構造中，諸如例如圖2 (並且因此還有圖4和圖6)中的一個構造，當布置到旋轉軸線的右側的本體3的第三側向面3c作用時，布置到旋轉軸線的左側的本體3的第二側向面3b以及暴露於流體流(在圖中向下)的切向輪葉6也積極地促進被傳送的電機動倉泛。進一步順時針旋轉使得流體流影響其它的切向輪葉6，更具體地說，在該步驟中，輪葉6促使了在前述段落中示出的通過提升作用傳送的轉矩的增加。隨著順時針旋轉，布置到旋轉軸線的右側的本體3移動到其左側。初始地，這使得其暴露到流體流，第三側向面3c(這提供了積極的促進)。然後，組件I的進一步旋轉逐漸地使得第三側向面3c的隱藏，同時第二橫向表面3b暴露到流體流的作用下。初始地，第三側向面3c和第二側向面均被風的動作所影響，如上所述，這將流體流朝向第一通道5傳送。接著，組件I的旋轉使得第二側向面3b到風的暴露增加，同時，另一個方面，第三側向面3c越來越少地被流體流所影響。在該步驟期間，第二側向面3b的曲率使得產生了用於流體流的動作的結果，以便有效地促進傳送的電機動能。還應該指出的是，如果應用的特定要求或者審美選擇使其是優選的，那麼根據本發明的組件I也可以有效地由包括例如貴重和/或可循環材料的多種材料製成。此外，規定了，根據本發明的組件I可以被用於這樣的應用中，其中，在葉片與交流發電機(或發電機)之間設有減速單元，並且還用於沒有減速單元的應用中(具有根據結構簡單以及摩擦減小以及散熱作用的結果的優勢)。最後，很方便地注意到，根據本發明的組件I能夠具有上述的高的轉換效率，在其解決方案中，聲音衝擊非常低或者甚至為零(還通過以高達250rpm的轉速操作的測試來驗證)並且遠低於已知解決方案。在實踐中，已經發現，根據本發明的組件完全實現了期望的目的，因為其通過面向葉片的至少一對楔形體確保能量轉換的高效率，並且能夠積極地促進通過它們三個側向面中的每個傳送的電機動能。由此構思出來的本發明容許多種修改和變型，所有這些都在所附權利要求的範圍內，所有細節還可以被其它技術上等同的元件替換。例如，提供採取能夠相對於下板4(並且因此相對於中心葉片2)定向的本體3和/或輪葉6的可能性，以便根據其強度和/或特定的構造要求而優化風動能的轉換效率。此外，不排除自動操作上述定向的可能性。還應該注意的是，這裡提出的保護範圍包括這樣的組件1，其相對於圖I和圖2中示出的優選的實施方式針對各種元件而具有不同輪廓和/或形狀(但是與已經描述的大致相同的操作原理)。
具體地說，圖3和圖4示出了使用下板4的實施方式，下板4具有大致圓形的形狀和細長的本體3，以更均勻地沿著葉片2的彎曲2a。由於能夠傳送較大的電機動能的構造，由此獲得的組件I特別適用於風速低的情形中，並且能夠因此最佳地利用由流體流所運送的甚至最小的能量。 替代地，圖5和圖6示出了採取具有大致鉤狀喙的形狀的本體3的實施方式，通過這種方式，包含在第二側向面3b與第三側向面3c之間的邊緣呈現鉤子的形狀，這在一些有用的旋轉部分中，更好地朝向第一通道5傳送流體流。在示出的示例性實施方式，根據具體實例給出的各個特徵實際上可以與存在於其它示例性實施方式中的其它不同的特徵相互交換。此外，應該注意的是，在申請專利的過程中發現是已知的任何實物都被理解為未要求權利並且是放棄的主題。在實踐中，使用的材料以及尺寸可以根據要求以及該技術領域的狀態而任意設定。在任一項權利要求中提及的技術特徵都標有附圖標記，包含這些附圖標記僅是為了增加權利要求的可理解性的目的，並且相應地，該附圖標記對通過由該附圖標記的實例表示的各個元件的解釋，不具有任何限定作用。
權利要求
1.一種能量轉換組件(I)，包括具有優選S形橫向截面的至少一個中心葉片(2)，所述葉片(2)能夠通過流體流的作用而圍繞平行於其母線的中心軸線旋轉，隨之發生的是，機械能傳送到能夠與所述葉片(2)相關的軸，其特徵在於，所述能量轉換組件包括至少一對大致楔形的本體(3)，所述至少一對大致楔形的本體共同地連接到所述葉片(2)並且在相對側面面向所述葉片，所述大致楔形的本體(3)中的每個的三個側向面(3a，3b，3c)中的每個面均受到用於相應的旋轉有用部分的流體流的作用的影響，並且基本在所述部分中的每個中均為電機動能提供積極的促進，所述電機動能通過所述流體流而傳送到所述葉片(2)，以便優化所傳送的機械能的值。
2.根據權利要求I所述的組件，其特徵在於，所述葉片(2)是具有豎直軸線的類型，所述中心軸線基本垂直於地面。
3.根據權利要求I和2所述的組件，其特徵在於，所述組件包括下板(4)和上板，所述下板用於支撐且連接所述葉片(2)和所述大致楔形的本體(3)，所述上板基本與所述下板(4)平行並且定位在所述葉片(2)和所述本體(3)上方且穩定地被它們支撐。
4.根據上述權利要求中一項或多項所述的組件，其特徵在於，所述大致楔形的本體(3)中的每個均包括第一側向面(3a)，所述第一側向面大致凸起並且面向所述中心葉片(2)的相應的彎曲部(2a)，所述第一側向面(3a)中的每個、相應的彎曲部(2a)、所述下板(4)和所述上板的相應部分形成用於所述流體流的第一通道(5)，所述通道在與所述流體流的到來方向相反的一側上逐漸變細，在對於所述第一側向面(3a)有用的所述部分處，所述流體流進入所述第一通道(5)以便對傳送到所述葉片(2)的電機動能產生積極的促進。
5.根據上述權利要求中一項或多項所述的組件，其特徵在於，所述大致楔形的本體(3)中的每個均包括第二大致凹入的側向面(3b)，在用於所述第二側向面(3b)的所述有用部分中的一些部分處，所述流體流朝向所述第一通道(5)傳送，在所述有用部分中的其他部分處，所述流體流為傳送到所述葉片(2)的電機動能提供積極的促進。
6.根據上述權利要求中一項或多項所述的組件，其特徵在於，所述大致楔形的本體(3)中的每個均包括大致凸起的第三側向面(3c)，在對所述第三側向面(3c)而言有用的所述部分處，所述流體流為傳送到所述葉片(2)的所述電機動能提供了積極的促進。
7.根據上述權利要求中一項或多項所述的組件，其特徵在於，所述組件包括至少一對切向輪葉(6)，所述切向輪葉相對於所述本體(3)交替布置並且面向所述中心葉片⑵的端部(2b)，在相應的有效旋轉部分處，所述輪葉(6)構成用於所述葉片(2)的相對於所述流體流的保護屏，並且限定了所述流體流的推力的合矢量，使其相對於所述葉片(2)的旋轉等同地定向，以使所傳送的機械能最大化。
8.根據權利要求7所述的組件，其特徵在於，所述輪葉(6)的指向所述葉片⑵的內部面(6b)具有的形狀適於在附加的有效旋轉部分處產生提升作用，所述提升作用相對於所述葉片(2)的旋轉等同地定向，以使所傳送的機械能最大化。
9.根據上述權利要求中的一項或多項所述的組件，其特徵在於，所述輪葉￠)的所述內部面^b)中的每個、所述葉片(2)的相應端部(2b)、所述下板(4)和所述上板的相應區域形成了用於所述流體流的第二通道(7)，所述下板(4)和所述上板在限定所述第二通道(7)的所述區域處包括用於所述流體流的孔(8)。
全文摘要
一種能量轉換組件(1)，所述能量轉換組件包括具有優選S形橫向截面的至少一個中心葉片(2)，所述葉片(2)能夠由於流體流的作用而圍繞平行於它的母線的中心軸線旋轉，隨後的是，機械能傳送到可與葉片(2)相關的軸。組件包括至少一對大致楔形的本體(3)，本體共同地連接到葉片(2)並且在相對側面上面向葉片。每個大致楔形的本體(3)的三個側向面(3a，3b，3c)中的每個都被用於相應的有用的旋轉部分的流體流的作用所影響，並且基本在每個部分中都為電機動能提供積極的促進，電機動能通過流體流傳送到葉片(2)，以便優化所傳送的機械能的值。
文檔編號F03B17/06GK102630275SQ200980161951
公開日2012年8月8日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者羅伯託·博萊利 申請人:羅伯託·博萊利