[发明专利]用于转换风能的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于将风的动能转换成有用功的装置、系统和方法。

背景技术

改进当今用于产生的能量的方案至关重要。矿物燃料比如石油、煤和天然气是有限的，将来需要被替换。而且矿物燃料还产生与二氧化碳以及若干种毒气的排放有关的问题。一种引人关注的替换方式是，利用不具有我们面临的这些问题的可再生能源代替矿物燃料。然而，主要的问题在于，这些能源与传统能源相比成本效益通常相当低。

可再生能源的一个较成功的例子来自风能，如今我们已经利用风能建厂。风提供了几乎无限的能源。而且，风力机或风力设备在操作时对环境几乎没有负面影响。

在文献中已经提出用于风能设备的几种技术。

在US-4,915,584中公开了一种用于风能的方法和设备，该文献描述了基于水平摆动的叶片或翼片工作的风力机。该翼片是坚硬的，并能够围绕整圆的一部分的轴线旋转，接着回转。该方法需要将摆动转换成圆周运动。

在FR-510 435中描述的方法也是这种情况。在US-3,995,972中描述了使用叶片工作的类似方法。

在US-4,486,145中描述了另一种方法和设备，在该文献中，该设备在遇到风时围绕竖直轴线进行局部摆动。该设备的问题在于机械结构复杂，这可能产生问题。

在GB-202 74 94A和WO-2006/043600A1中描述了另一背景技术。

然而，期望利用上述技术产生能量的成本至少与利用基于风力机的标准螺旋浆的情况一样高。结果，当前，利用风能发电的生产成本根本不能成功地与诸如矿物燃料、核能和水力的传统能源相抗衡。

发明内容

本发明的目的在于提供对上述技术和现有技术的改进。

一个特定目的是提供将风能转变为另一种能量形式比如电能或物体运动的成本效益的方式。

通过本发明的下列描述而显现出的这些和其它目的以及优势能利用根据各个独立权利要求限定的装置、系统和方法来实现。在独立权利要求中限定了优选实施例。

在此，提供一种用于将风能转变为往复运动的装置，所述装置包括帆形件，所述帆形件连接至第一支承件和与所述第一支承件间隔地布置的第二支承件，以使得所述帆形件能够围绕在两个所述支承件之间延伸的几何轴线枢转地摆动。所述帆形件构造成当遇到风时沿着主风向延伸，该主风向限定了所述帆形件的中立位置，所述帆形件还构造成在所述中立位置的各侧的两个最外侧位置之间围绕所述轴线枢转地运动。所述第一支承件构造成，当所述帆形件在摆动过程中从中立位置朝着任一最外侧位置移动时，所述第一支承件沿着第一方向移动，以及当所述帆形件在摆动过程中从任一最外侧位置朝着中立位置移动时，所述第一支承件沿着与第一方向相反的方向移动。这样，当所述帆形件遇到风时，所述第一支承件产生往复运动。

本发明的装置为风力部件提供摆动运动，该摆动自然地产生且仅需要简单的机械装置，以用于在向前和向后运动之间变换，该摆动即是在最外侧位置之间经由中立位置的运动，由此提供了有力且可靠的方案。将风能转化为有用功的效率高且生产成本相对低。

换言之，可以说帆形件被竖直地设置并且其顶部和底部附连到支承结构。当帆形件遇到风时，开始垂直于风向向侧向摆动。这是与在风中飘扬的旗子类似的公知现象。帆形件的运动周期性地改变帆形件与风向之间的角度，由此沿着风向对帆形件产生力。在本文中，风具有与该装置布置的地面平行的常规方向。除了其它因素以外，该力还取决于帆形件与风向之间的角、帆形件的形状以及其表面特性。

本发明的装置与传统的转子叶片相比成本低。而且，该装置能有效地捕获风、重量轻并可以扩大为大型结构。而且，该构造中的机器部件的机械运动相对小，与大型传统转子叶片相比机器部件的速度相对低，其中转子的顶端的速度非常高，从而产生稳定性的问题。应当注意的是，“围绕几何轴线枢转地摆动”是指帆形件以十分规则的方式围绕轴线运动，这与更接近旗状布置的帆形件的不规则振动(摆动)形成鲜明对比。

本发明的装置还可以包括用于使所述第一支承件沿着所述第二方向偏置的弹性构件。

所述弹性构件可以构造成，当所述帆形件承受特定的风速时，在所述帆形件处于任一最外侧位置时，由所述弹性构件沿着第二方向施加于所述第一支承件上的力小于由所述帆形件沿着第一方向施加于所述第一支承件上的力，并且在所述帆形件处于中立位置时，由所述弹性构件沿着第二方向施加于所述第一支承件上的力大于由所述帆形件沿着所述第一方向施加于所述第一支承件上的力。

该帆形件可以由织物制成。该帆形件还可以由比如玻璃纤维或碳纤维的合成材料制成。