[发明专利]具有轮缘发电机和海尔贝克阵列的外罩式风力涡轮机

说明书

本申请要求于2009年7月1日提交的美国临时专利申请No.61/222142的优先权。本申请也是于2008年3月24日提交的美国专利申请No.12/054050的部分继续申请，该美国专利申请要求于2007年3月23日提交的美国临时专利申请No.60/919588的优先权。本申请还是于2009年12月2日提交的美国专利申请No.12/629714的部分继续申请，该美国专利申请要求于2008年12月2日提交的美国临时专利申请No.61/119078的优先权。这些申请的全部公开内容通过引用整体结合在此。

技术领域

本发明涉及用于外罩式风力涡轮机的轮缘发电机。特别地，基于转子/定子组件的环式发电机变型用作永磁发电机。环式发电机中所包含的磁体以海尔贝克(Halbach)阵列布置，以便增强外罩式风力涡轮机的发电。还公开了制造和使用这些系统的方法。

背景技术

用于发电的传统风力涡轮机通常具有类似于螺旋桨地设置的2至5个开放式叶片，叶片安装到水平轴，水平轴附接到驱动发电机的齿轮箱。这些涡轮机通常已知为水平轴线风力涡轮机，或HAWT。虽然HAWT已经获得广泛应用，但其效率不是最佳的。特别地，HAWT在获取经过其的风的势能方面的效率将不超过贝茨(Betz)极限的59.3％。这些涡轮机通常需要高度在60至90米范围内的支承塔。叶片一般以大约10至22rpm的转速转动。齿轮箱通常用于逐步提高速度以驱动发电机，当然一些设计也可以直接驱动环形发电机。一些涡轮机以恒定速度运行。但是，通过使用变速涡轮机和固态功率转换器来使涡轮机与发电机交接能够收集更多能量。

希望的是从风力涡轮机收集额外能量。

发明内容

本发明涉及包括环式发电机的外罩式风力涡轮机。环式发电机中的永磁体以海尔贝克阵列布置，以使风力涡轮机的发电能力最大化。

实施方式中公开的是风力涡轮机，其包括：涡轮机外壳和叶轮。涡轮机外壳包围或环绕叶轮。涡轮机外壳还包括具有至少一个相绕组的静环。叶轮包括转子。转子具有中心环、外环、在中心环和外环之间延伸的多个转子叶片、以及外环上的多个永磁体。涡轮机外壳的静环和转子的外环彼此对准。多个永磁体设置在外环上，以形成在转子外部产生磁场的海尔贝克筒(Halbach cylinder)。

涡轮机外壳还可包括形成在后缘上的一圈混合凸起。涡轮机外壳的后缘可以具有圆雉堞形状。

永磁体可以包括稀土元素。在特定实施方式中，永磁体是Nd₂Fe₁₄B磁体。多个永磁体可以更特别地沿着外环的后端定位。

在实施方式中，静环具有串联连接的3个相绕组。

风力涡轮机还可以包括喷射器外壳，喷射器外壳的入口端环绕涡轮机外壳的出口端。风力涡轮机还可以包括限定风力涡轮机的入口端的定子，定子包括多个定子叶片。

其它实施方式中公开的是一种风力涡轮机，其包括：涡轮机外壳、叶轮和喷射器外壳。涡轮机外壳包围或环绕叶轮。涡轮机外壳还包括具有至少一个相绕组的静环。叶轮包括转子。转子具有中心环、外环、在中心环和外环之间延伸的多个转子叶片、以及外环上的多个永磁体。涡轮机外壳的静环和转子的外环彼此对准。多个永磁体设置在外环上，以形成在转子外部产生磁场的海尔贝克筒。喷射器外壳的入口端环绕涡轮机外壳的出口端。

在特定实施方式中，涡轮机外壳还包括形成在后缘上的一圈混合凸起，喷射器外壳具有翼型(即，喷射器外壳不具有混合凸起)。

还公开的是一种风力涡轮机，其包括：包围叶轮的涡轮机外壳；其中涡轮机外壳包围静环，静环具有至少一个相绕组且具有形成在后缘上的一圈混合凸起；其中叶轮包括定子和转子，定子在转子的上游，转子具有中心环、外环、在中心环和外环之间延伸的多个转子叶片、以及外环上的多个永磁体；其中静环和外环彼此对准；并且其中多个永磁体设置在外环上，以形成在转子外部产生磁场的海尔贝克筒；以及具有翼型的喷射器外壳，喷射器外壳的入口端环绕涡轮机外壳的出口端。

下面将进一步描述本发明的这些和其它非限制性特征或特点。

附图说明

以下是附图的简要描述，其是以图示这里提及的本发明的目的而非限制本发明的目的给出的。

图1是本发明的MEWT的第一示例性实施方式或变型的分解图。

图2是图1的附接到支承塔的前视立体图。

图3是MEWT的第二示例性实施方式的前视立体图，其中示出有外罩式三叶片叶轮。

图4是图3的MEWT的后视图。