CN101263650A

CN101263650A - 风力涡轮机及其制造方法

Info

Publication number: CN101263650A
Application number: CNA2006800339086A
Authority: CN
Inventors: 大卫·卡莱
Original assignee: Southwest Windpower Inc
Current assignee: Southwest Windpower Inc
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-09-10
Also published as: WO2007011862A2; IL188755A0; WO2007011862A3; US20070013194A1; AU2006270023B2; RU2008105746A; JP2009502104A; AU2006270023A1; EP1911149A2; KR20080049013A; NZ565921A; US8018081B2; US20100166567A1; CA2615357A1

Abstract

本发明公开了一种可变电压和频率输出的风力涡轮机(20)。该风力涡轮机(20)的变化包括使用无槽交流发电机(32)来减少交流发电机噪音，使用高电能AC输出来便利延长距离的输出的传输，使用AC到DC转换器和DC到AC转换器(40)、以及用于***和装置的传感器来接收风力涡轮机输出，并使得所述输出与接收装置和***相匹配。其它特征包括可移除的舱盖(30)、后掠式叶片设计(24)和电能存储元件(72)，所述可移除的舱盖(30)用来驱散包含在涡轮机内或者连接至舱盖(30)的元件的热量，所述后掠式叶片设计(24)减少叶片产生的噪音，作为风力涡轮机(20)电能产生的结果，所述电能存储元件(72)用来存储和间歇性地使用存储的能量。

Description

风力涡轮机及其制造方法

本申请主张申请人共同待决的美国临时专利申请，该临时专利申请的申请号为60/699,940，名称为“通用风力涡轮机”，申请日为2005年7月15日，在此以引用的方式整体并入本文中。

发明背景

技术领域

本发明涉及风力涡轮机的电能产生领域，尤其涉及可以在电网上利用的风力涡轮机，该风力涡轮机能够提供很宽范围的频率和电压输出，可以被用作单独的电力来源，并包含减少制造和分配成本以及减少噪音的特性，增大了应用范围。

背景技术

小型风力涡轮机正处于广泛且持续增长的使用中。小型风力涡轮机被典型地用来为蓄电池组充电，或者将电能供给至电线。然而，目前的风力涡轮机典型地具有某些缺点。它们通常缺乏多功能性和耐久性、在低于所需的性能下工作、未能提供足够的成本效益、并产生无法忍受的噪音声响。如果能够解决这些缺点，结果涡轮机对住宅和其它使用更具有吸引力。

例如，现有技术中的涡轮机的一个缺点是它们在执行多功能或者用于宽广范围应用的局限能力。一种涡轮机设计可以被用于连接电网的工作。另一种设计可以为蓄电池组充电，以用于电网的备用。第三种设计可以作为单独的电力设备，不利用电网而被使用。然而，这些应用要求每个风力发电机的不同的连接方法。并且，依赖于具体应用(例如，为单独应用而提供电池组)，涡轮机设计经常需要根据特定场地环境而调整(例如在选定电压下提供电能)。因此，通常不能够在各种设定值下使用的现有风力涡轮机，需要制造商贮存和分配多种风力涡轮机设计，从而也使得制造和库存后勤变得复杂。

现有的涡轮机的另一个缺点是典型应用的交流发电机的成本和辅助优化性能。现有的交流发电机通常包含对铜绕组进行保持的钢槽，所述铜绕组与永磁体的应用相配合，将风能转换为电输出。在现有技术设计中，槽总是在运行中趋向振动。该振动产生无法容忍的噪音和齿槽转矩，该齿槽转矩在低风下阻止风力涡轮机发动或者干扰发动。此外，现有技术中的交流发电机通常具有低失速转矩和很高的制造成本。因此需要一种新型的交流发电机设计，来消除不必要的振动，提升失速转矩并降低制造成本。

电容器导致了通常用于现有发电机的单相换流器的另外的成本和可靠性问题。现有涡轮机中的主要的电容器要求用于存储能量，以对典型输出的50或60Hz电能级进行振荡。然而，电容器为涡轮机增加了昂贵的元件，该元件在发电机的生命周期内可能需要替换或维修。因此，需要一种***能使用如旋转叶片的动能来存储能量。这种动力***会增加风力涡轮机***的寿命，并降低其成本。

此外，现有的顺风涡轮机中的转子叶片总是在叶片旋转过程中产生不希望的噪声声响。例如，当每个叶片遇到风速降低时，该叶片进入涡轮机塔架的顺风的平面会发出重击的声音。当转子快速转动时，生成很多重击声响，产生了不希望的噪音。因此需要一种改进的叶片设计，来减少重击的声响，尤其用于住宅区的叶片设计。

发明内容

本发明解决了以上确定的、以及其它的需求和缺点，相对于现有技术而言，本发明提供了一种风力涡轮机，其降低了噪音、成本并提高了效率。本发明中的风力涡轮机的具体实施例还包括专门的壳体和叶片设计，来减少噪音声响。本发明进一步涉及专用的电能输出装置，例如交流发电机，其可用来为其它的、非风力的电力应用提供电能，例如交通工具(如自行车、汽车)。

本发明的涡轮机提供相对高的电压(例如，该电压与小型现有风力涡轮机的典型的12、24、46或48VDC(直流电压)相比，大约100V或200V或更高)的电能，因而允许风力涡轮机位于远离其正在服务的负载，而没有显著的电损耗。

备用电池或DC负载可以通过与装置中元件的连接而连接至风力涡轮机的电能输出，以产生合适的输出。该元件典型地为控制除其他的以外，控制感应负载的换流器，其中如果所述换流器无法吸取电能，并将这种电能导向回至电池的情况下会引起电压峰值；如果有必要的话，该元件例如为双向换流器，允许电能从所述换流器中流入和流出，并且在合适的情况下，流回至供给处(例如电池)。例如，电池可以连接至与涡轮机***相分离的风力涡轮机(例如，用于分离的能量存储)，电池可以作为备用而被连接至电网(例如在涡轮机输出有损耗的情况下，作为住宅使用的电池备用)，或者负载可以不利用电池而被连接。当连接至电池时，过量的电能可以被存储一直到例如当负载高于风力涡轮机输出的时刻。其它DC和AC负载也可以类似地被连接至风力涡轮机的输出，所述负载包括泵、压缩机、加热器、阴极保护装置、DC到DC转换器、电解器、和/或变压器。

在本发明的一个可能的应用当中，风力涡轮机仅仅与DC负载相连接。在现有技术的风力涡轮机当中，风力涡轮机的电能作为相对低电压DC电能而被传送至负载。在本发明的某些具体实施例当中，电能作为相对高电压的AC电能而从风力涡轮机被传输至负载。在本发明的变例当中，整流器或其它AC到DC转换器可以提供在物理上靠近DC负载的区域内，以改变频率来对变压器功率和成本进行优化。

由于在该变例中电能作为高电压的AC电能而被传输，变压器或其它电压转换装置可以被用来将电压转换成适合于DC负载的电压。通过这种方式，任何与从风力涡轮机到负载的电能传输相关的电损耗可以被最小化。然而，变压器的使用可以导致额外的损耗。在低电能情况下，芯损耗对于变压器占主要地位，而变压器的电流相关的损耗在高电能情况下占主要地位。依赖于电能高低，整个的变压器损耗可以通过利用DC到AC转换器(例如换流器)而被最小化，以产生风力涡轮机在可变频率下的输出。在低电能情况下，当来自变压器的铁芯损耗占主要地位时，输出装置的频率可以进行较低设置，以弥补这些损耗。在高电能情况下，输出装置的频率可以被增大，从而将变压器电流相关的损耗最小化。

本发明的一个具体实施例中的交流发电机大致呈辐射状，并包括绕组部和转子部。所述绕组部包括线圈绕组，所述线圈绕组由扁平导体材料形成，并围绕磁通量传导材料的芯来设置。转子部包括连接至边缘的永磁体，或者转子以另外的方式产生磁场(例如，磁场由转子的一部分或多个部分生成或制造)。在某些具体实施例当中，所述边缘包括磁通量传导材料，例如含铁材料。这种变例消除或者显著减少了现有技术中振动槽的噪音声响，并与现有交流发电机相比，能够产生更大的失速扭矩(例如大约是某些现有交流发电机能够达到的失速扭矩的2倍)。该新型的交流发电机设计还在启动时减少或消除齿槽(cogging)效应产生的转矩。

该具体实施例中的交流发电机(此处还可以可替换地称作“辐射状的、无槽交流发电机”)的另一个好处为制造成本低廉。导体线圈缠绕在生产机器上，并位于在最终装配上发射转子的磁场的周边。因此，该辐射状的无槽交流发电机的设计的生产可重复性很廉价。尽管该辐射状的无槽交流发电机是本发明的一个具体实施例，其它的交流发电机设计结合本发明的其余装置，仍然能够运行良好。

本发明的具体实施例利用了增压交流发电机***，该***在专利号为6,730,718、申请人为凯利等人、名称为“风力涡轮机控制器”的美国专利中得以描述，该专利通过引用的方式整体并入本文中。利用增压交流发电机、开关装置(例如场效应晶体管(FET)或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT))、加上至少一个二极管，即刻短路每个交流发电机绕组来允许在交流发电机的内电感中的能量存储。当开关装置重新打开时，存储在交流发电机电感内的能量被释放，暂时增大了输出电压。本发明通过提供开关来对整流器的AC或DC一侧进行短路，而融合了专利号6,730,718中描述的装置的变例，以达到增压模式功能。该增压模式特性被融入本发明的某些具体实施例当中。

本发明的具体实施例包括一个或多个传感器以及合适的信号处理性能来允许对***或设备的电压和频率进行检测，其中输出待被提供至所述***或设备，或者用来提供其它被感测的输入，例如叶片每分钟的转数(RPM)、风速、或电能输出。基于待将输出提供到的***或设备的被感测到的特性，而正例如控制器所确定的那样，该输出被适当调节，以允许整合***或设备的适当的电压和频率，以及允许在待将输出提供到的***或设备的适当的电压和频率下工作。该特性的通用性能简化了风力涡轮机的制造和分配，因为单一的***能够被生产和售卖，而与很宽范围的电网以及其它应用一起工作。单独的控制器还可以控制多个风力涡轮机或多个风力涡轮机的部分。

一个具体实施例涉及壳体内的控制器以及DC到AC转换器(例如换流器)的安装，其中所述壳体例如为铸造金属(例如铝)或其它合适材料的舱体。该种结构设置减少了成本，并利用交流发电机的绕组的电感，而不是必须利用独立的并且昂贵的感应器。压铸铝或另一种高热导材料被利用，以及DC到AC转换器和控制器恰好位于壳体一端的内部，这样使得壳体外部的空气或其它流体增强了热量从这些装置中的消散。将这些零件和其它零件设置在所述壳体内的另一个优势是电磁干扰(EMI)效应和物理以及其它易损性都被最小化或者减少。通过将控制电路设置在靠近涡轮机的位置，例如在壳体内部并且位于滑动环或其它能量传输元件之前，干扰传输的电势则会显著减少，其中所述其它能量传输元件包括连接线和其它物理或电力易损元件或EMI放射元件。

除了其它之外，本发明还减少或消除了对用于单相换流器的电容器的需求，该电容器通常用于现有发电机中来存储能量，以对典型产生的50或60Hz电能进行振荡。本发明能够利用旋转叶片的动能来存储能量，以执行通常由用于现有发电机的这种电容器来执行的功能。在一个具体实施例当中，当将输出供应至电网或其它负载时，被存储的能量进一步能够用来校正功率因数(例如提供无功伏安，此文中也被称作“VARs”)。在某些具体实施例当中，对于该应用，双向换流器被用于本发明。

在一个具体实施例当中，壳体包括将DC到AC转换器和控制器连接至可移除舱盖的装置。由于空气在热导壳体周围流动，由装置产生的热量从换流器内部驱散，因而冷却了***，而不必利用额外的风扇或者其它冷却设备。使用传导材料或其它类似特性材料而制成的罩壳的另一个益处是罩壳从而减少了对于受屏蔽的设备的电磁干扰。尽管该变例为本发明提供了一种可行的壳体设计，本发明通常将在没有这些壳体设计的特性下进行工作。本发明还典型地利用各种不同形状、尺寸或材料的壳体(包括具有尾翼的壳体)一起来进行工作。

本发明中的叶片被设计用来减少与现有的(顺风的)风力发电机工作相关的不希望的噪音。与现有设备不同的是，本发明的叶片具有曲端。因此，在工作中，叶片的根部首先进入塔架的顺风截面，叶片的其余部分逐渐穿过塔架，最后是叶片的端部穿过。叶片阶段性进入塔架的截面减少了噪音声响，因为叶片在任何给定时刻正在及时地进入或离开塔架截面的部分被最小化。一个具体实施例的叶片由玻璃增强聚酯制成，其可以是例如多部分压缩模制，并利用多部分注塑模而制成。利用这种材料制成叶片使得拥有可靠的质量和高容量生产。然而，叶片还可以利用其它耐用材料制造，并且可以不必利用多部分注塑模而制成。本发明还允许其它叶片种类与其它发明装置相结合而被利用。

例如，可以利用两部分注塑或压缩模制的叶片，其中叶片的两部分包括升力面和压力面。例如，通过以这种方式来分开叶片，而不是如某些现有技术那样沿着叶片的长度来分开，叶片可以被“去芯”，以致叶片更轻(例如将不必要的材料去除)，而使得壁厚度可以一致。可以增加叶肋来提供更高的强度和更大的联结区域。

本发明其它的优势和新颖性特征部分将会在以下的描述中阐述，部分对于本领域技术人员而言，在对以下描述的研究以及通过对本发明的实践中将会变得显而易见。

附图简要说明

本发明以上列举的和其它特征及优点将会结合附图而从详细描述中变得显而易见，其中：

图1为按照本发明具体实施例的示例的风力涡轮机；

图2为按照本发明具体实施例的示例的风力涡轮机的切面图；

图3为可用于本发明具体实施例的示例的换流器的代表图示；

图4为可用于本发明具体实施例的示例的换流器的方块图示；

图5显示了将本发明的示例性的风力涡轮机与负载相连接的第一配置；

图6显示了将本发明的示例性的风力涡轮机与负载相连接的第二配置；

图7显示了将本发明的示例性的风力涡轮机与负载相连接的第三配置；

图8显示了将本发明的示例性的风力涡轮机与负载相连接的第四配置；

图9显示了按照本发明具体实施例的图表，该图表表示从示例的换流器中的AC输出频率可以随着驱动变压器或其它装置的输出电能而变化；

图10A～10C显示了按照本发明的具体实施例，示例的无槽交流发电机设计的局部视图；

图11为可用于本发明具体实施例的示例的叶片设计的立体图；

图12以及图13A～13C显示了按照本发明的具体实施例，位于塔架截面内以及穿越塔架截面的叶片视图；

图14A和14B显示了按照本发明的具体实施例的涉及制造示例性的叶片的装置；

图15A～15F显示了按照本发明的具体实施例，与风力涡轮机结合使用的示例性的偏航组件的代表图示。

本发明具体描述

图1示出了按照本发明的具体实施例的示例性的风力涡轮机20，其具有三个叶片24、壳体22、以及连接至塔架28的连接件。图1中所示的风力涡轮机20的具体实施例被连接至单极塔架28。尽管在图1的变例中显示了三个叶片，不同数量的叶片24可以用于本发明。此外，塔架结构的不同形式，包括管状塔架、拉线式塔架、格构塔架，以及其它涡轮机设备和定向将与本发明的许多方面来进行作业。图1中所示的风力涡轮机20被设计用于给电池充电、或者用来提供住宅并网的电能。本发明可以用于几乎任何尺寸的风力涡轮机，并且可用于广泛的电能用途。

叶片24安装至毂38(见图2)，该毂38置于前锥体26内来与其一同转动。叶片24可选择地可以单独形成，然后再连接至毂38，或者它们可以与毂38作为单一的部件而一体设置。在一个具体实施例当中，叶片24紧固至二板毂38。前锥体26可以包括连接至毂38的分离元件，或者它可以与所述毂一体设置。毂38在本发明的某些变例中也可以完全省略。

叶片24相对于毂38的倾角可以是固定的，尽管本发明的多个实施例可以利用可变倾角叶片来运行。毂38安装在铸件或成形的壳体22上、或者设置在铸件或壳体22旁边。在某些具体实施例当中，毂38或连接在毂33上的轴，通过例如轴承、轴衬、或其它合适的微小摩擦配合机构来与壳体22相配合。一个具体实施例的壳体22通过例如夹紧式偏航组件轴承而被连接在塔架28，其中该轴承允许壳体22绕着竖向轴线A转动，这样风力涡轮机20能够根据改变的风向作适当地调整。在图2中所示的具体实施例当中，由于转子的顺风型配置，壳体22相对于风向而自动导向，因而穿过叶片24的成角度的表面的风流将涡轮机20相对于风流方向W来进行导向，并且壳体22的主体因而随着叶片24相对于风流方向W而导向。尽管一个具体实施例融入了夹紧式偏航轴承设计，利用其它装置来导向壳体22的风力涡轮机也可以被应用于本发明中，例如尾翼或主动偏航驱动装置。

结合图15A～15G的以下进一步描述中，按照本发明具体实施例的示例性的偏航组件包括具有振动/震动装置的偏航接线盒。除了其它的以外，该偏航组件还阻止或减少了由于涡轮机的工作而导致的塔架中的噪音的传输或产生。该偏航组件包括滑动连接装置，例如一个或多个滑移环片以及设于其间的分隔装置，其中所述滑动连接装置被焊接或者直接连接在印刷电路板(PCB)或其它电路装置上。在装配和安装时，电刷被竖向支撑和驱动，以与滑动连接装置产生向上的接触。由于电刷磨损，传导粒子由于磨损而脱离电刷。电刷的竖向设置容许粒子掉落在电刷下面的孤立表面上，从而减少或消除了潜在的电短路(电弧)。在一个具体实施例当中，偏航组件包括一个或多个刚性连接装置，例如，位于外部终端接线片和内部电刷导线组件之间的刚性工业连接管。在现有技术中，紧包在偏航接线盒中的电线由于电线绝缘层与偏航壳体的壁进行接触，而会磨损地磨蚀。但是在本发明的具体实施例当中，刚性连接装置的使用减少或消除了绝缘层的磨蚀破坏以及这种潜在的短路。

本发明具体实施例中的偏航组件包括振动/震动衰减装置。促成涡轮机产生振动的因素可以包括失衡旋转元件、不均匀的气隙和电不平衡、温度改变、和材料共振和缺陷。振动/震动衰减装置吸收并因此减少这种振动和该振动传输至其它风力涡轮机装置，例如塔架。

如图2所示，一个实施例当中的壳体22在位于壳体22的迎风端的尾部具有可移除的舱盖30。一个实施例的盖子30可从壳体22中移除，例如为了对罩设在壳体22内的电元件和机械元件进行维修。尽管图2中的实施例利用了该可移除的舱盖30的设计，风力涡轮机20的具体实施例可以在没有该可移除的舱盖30的情况下工作，或者在舱盖置于壳体22上的任何位置的情况下进行工作。舱盖30可以具有任何适宜的尺寸或形状。

如图2所示，风力涡轮机通过电输出装置32来产生电能，例如通过交流发电机或发电机。某些具体实施例中的电输出装置32包含转子34和无槽定子36。举例来说，定子36包括钢或其它适宜的芯材料以及铜(或者其它电导材料)绕组。图2所示的具体实施例中的定子36被保持在相对于转子34的固定位置，例如通过连接至壳体22而被保持相对固定。转子34随着叶片24的转动而转动。转子34例如通过结合在转子34内的或连接在转子34上的永磁体或其它磁性元件的旋转，而产生变化的磁场。这些具体实施例当中的永磁体的使用在小型风力涡轮机中尤其有用，例如那些用于电池充电和住宅发电的风力涡轮机。图2中所示的涡轮机20的定子36是无槽的，并且包括低损耗芯，例如具有一个或多个叠层(例如钢板或其它合适材料，此处还可以互换地称作“层叠”)的芯或包括其它涡电流减少材料的芯，例如包括含铁材料，并具有铜或其它适宜的导体绕组。当转子34的磁场相对于定子36的绕组旋转时，由于与转子相关的磁场穿越定子绕组圈而导致的通量改变，因此在绕组中有电流感应。尽管本发明的定子的该变例具有无槽设计，本发明可以利用其它定子设计和其它电输出装置而被使用。某些通用的定子设计包含多个绕组，通常构成三个感应器部分，以用于三相输出。本发明的某些方面可以与其它类型的电能输出装置一起同样地运行良好，例如绕线磁极或感应发电机，而替换那些使用永磁体作为转子磁场来源的发电机。

在图2中所示的本发明的变型当中，AC到DC转换器和/或DC到AC转换器和/或其它元件40置于壳体22的一端，并连接至可移除的舱盖30，以对在壳体22周围流动或者与之热交换接触的空气或其它流体(例如冷却水)进行最大化冷却效果。例如，当风穿过壳体22时，从风力涡轮机20的壳体元件40中产生的热被带走。在某些具体实施例当中，舱盖30由高热导材料制成，例如铝，并且舱盖元件40置于与舱盖30直接接触的位置，以便于热传递。尽管图2中的示例的具体实施例中的舱盖元件40被置于相对于风向W的壳体22的引线端，以有益于最大化冷却，舱盖元件40还可以置于壳体22内的其它位置，并仍然接收足够的冷却。

连接至毂38的是叶片24。在本发明当中，如以下进一步讨论所述，叶片24为锥形、扭曲的、弯曲设计，以最大化能量捕捉和对噪音最小化。尽管一个实施例使用了这种设计，本发明将可以利用其它叶片设计来工作。

图3显示了按照本发具体实施例，用于风力涡轮机的示例的输出转换装置的代表图示。在图3中，风力涡轮机的交流发电机42在变化频率和电压下产生AC输出。交流发电机42的AC输出经过AC到DC转换器43，例如整流器，该AC到DC转换器43包括一个或多个二极管46。应当注意到，所示的示例的AC到DC转换器43b是基于二极管的被动整流器，但其他整流器或其它电路，例如电桥可以被用于本发明来执行类似的功能。增压模式控制器44增强了风力涡轮机在低风环境下的性能，消除了对待被AC到DC转换器执行的增压功能的需求，并允许风力涡轮机选择性地减慢或停止。

图3所示的增压模式控制器类似于在美国专利号6,703,718中描述的增压模式控制器。从图3中的风力涡轮机的输出被传递穿过DC到AC转换器48，例如换流器，该DC到AC转换器48包含一个多个晶体管，例如N型绝缘栅场效应晶体管(IGFET)，来在选定的电压和频率下将输出转换成AC。换流器可以为任何合适的设计，其中的一个例子显示于图3中，包括四个高速开关装置50，例如场效应晶体管(FETs)、绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)、金氧半场效晶体管(MOSFETs)、可关断晶闸管(GTOs)、其它晶体管电路或其它装置，或者以上的某些结合。开关装置50被适宜地控制，以在合适的电压和频率下产生近似的正弦波输出。在图3所示的示例的具体实施例当中，DC到AC转换器48是用于电***的单相换流器。然而，多相DC到AC转换器48可以用于其它的电***，例如三相***或其它多相***。该DC到AC转换器48还可以包括感应器52或其它滤波器，或者与感应器52或其它滤波器相连接，以使得转换器48的输出平稳。如果开关装置50运行足够快(例如相对于输出的频率)，那么因此导致的输出的谐波量可以足够少，以显著减少滤波的需要。

DC到AC转换器48内的开关装置50被控制器54控制。控制器54协调开关装置50的工作，以产生AC输出，该AC输出处在对风力涡轮机相连接的AC线路58或其它输出电能接收装置或***的合适的电压和频率下。可选择地，适当时，电压和频率监控器56对与风力涡轮机相连接的AC线路58或其它输出电能接收装置或***的电压和频率进行度量。所述电压和频率监控器可选择地，还度量电力线路58或其它输出电能接收装置或***上的AC信号的相角。电压和频率监控器56可以通过例如印刷电路板而实施，其中所述印刷电路板具有合适的滤波器和包含在其上的数字信号处理器。电压和频率监控器56的其它实施也可以用于本发明。

如果涡轮机被设置用于电网连接模式(例如用于连接至商业电网)，例如，当按照本发明的风力涡轮机首先连接至AC电力线路58或其它输出电能接收装置或***时，控制器54起初度量电压、频率、和接收装置或***的相角。控制器54利用度量值来控制DC到AC转换器48内的开关装置50的工作，这样风力涡轮机的输出将会与线路58或其它输出电能接收装置或***上的AC电能相一致。当图3中的风力涡轮机起初工作时，或者当控制器54执行了待被传导电能的AC线路58或其它电能接收装置或***的电压、频率、和相角的可靠度量时，在某些管辖区域权限中可能需要最多至几分钟的延迟来证明或者满足法律要求。

接着，控制器54将风力涡轮机的输出与线路58或其它输出电能接收装置或***上的AC电能同步。通常而言，电压和频率的标准化值通常用于典型的电网AC线路58或其它标准输出电能接收装置或***。例如，美国商业电网的频率最有可能在50Hz或60Hz之间，住宅或商业电压最有可能为近似离散值，例如120VAC或240VAC。不同的国家可能具有其它标准化的电压(例如，日本使用100和200VAC作为住宅和商用级别的标准电压)，但是，电网应用的典型的连接电压通常被标准化至某些层级。

风力涡轮机控制器54在一个具体实施例当中被设计用于满足特定的证明需求，该风力涡轮机控制器54通过例如将熟知的标准电压和频率表与被监测的电压和频率相比较，而确定合适的输出，并且如果电压和频率值未落入标准值的其中之一的可接收的误差内，则风力涡轮机输出将不会被连接。通过度量电压和频率，并且通过适宜地控制DC到AC转换器48的运行来匹配线路58或者其它输出电能接收装置或***上的电能，可以产生风力涡轮机的单独模型，该单独模型与实际用于接收涡轮机输出的任何AC住宅家用电网或其它设备或***相一致。除了这些以外，这些装置极大简化了制造、配送、库存、和市场后勤。

图4显示了类似于图3的增压模式控制器的另一个实施例。然而，与图3中的增压模式控制器相对比，多个增压模式开关装置被替换成连接DC线路的单一的开关装置60，其中该DC线路连接AC到DC转换器43和DC至AC转换器70，并且一个或多个增压感应器61位于开关装置60和AC到DC转换器43的至少一个二极管之间，例如二极管46和/或二极管47。此外，电容器或其它电荷存储装置65以及一个或多个二极管66、67置于开关装置60和AC到DC转换器43之间。进一步地，其他电荷存储装置62的电容器被置于开关装置60和DC到AC转换器70之间。图4中的DC到AC转换器70包含与图3中的DC到AC转换器48中不相同的晶体管，例如双极连接晶体管(例如NPN晶体管)。此外，无线频率干扰(RFI)滤波器75被设置在DC到AC转换器70和输出电能接收装置(例如单相AC电线)之间。

图4所示的风力涡轮机中的开关装置60的工作类似于美国专利号6,703,718中描述的开关装置的工作，其目的在于通过DC到AC转换器70而达到增压功能。开关装置60可以通过工作来改进风力涡轮机在轻风下的性能，以增加DC链路上的电压，其为了消除在DC到AC转换器70中对增压功能的需求，并且为了对风力涡轮机转子进行减速或停止。通过对风力涡轮机转子的减速，开关装置60可以被用来通过例如空气动力减速，而限制电能输出或停止风力涡轮机，这将在申请人共同悬而未决的美国临时专利申请中、(申请号为60/760,407，名称为“减速控制器和风力涡轮机支持”，申请日为2006年1月20日)、以及相对应的美国专利申请中(名称为“减速控制器和风力涡轮机支持”，并与本申请同时递交)得以进一步的描述，这两个申请以引用的方式整体并入本文中。

图5显示了用于本发明的风力涡轮机的一个示例的连接配置。风力涡轮机20包括设置在壳体上的舱盖30，所述壳体包含输出装置40，所述输出装置40包括，例如：AC到DC转换器、和/或DC到AC转换器、和/或产生适当标准化的输出(例如，在适当的频率和电压下的DC输出或AC输出)的其它设备和装置。从所述输出装置40，一组电缆62或其它连接器将来自风力涡轮机塔架的电能传导至互连点和负载。电缆62被部分显示，设于地下风力涡轮机20和互连点之间，尽管电缆62还可以在地上被单独通线路。

图5中的本发明的示例性的具体实施例中的一个特征为：在连接电缆62中传输的输出是具有相对高压(例如作为例子的120或240VAC，尽管其它电压也可以)的AC电能。现有的用于住宅使用的风力涡轮机通常产生带有相对低电压的DC电能(典型地为12、24、36或48VDC)，并且换流器位于负载或互连点上或者位于负载或互连点附近。现有技术中的风力涡轮机的结果是涡轮机需要设在相对靠近负载或互连点的位置，以为了将低电压DC电缆中的线路损耗和成本最小化。本发明允许产生更高输出电压的风力涡轮机位于远离负载或互连点的位置，例如潜在地更加多风的位置，因为在传输更高电压输出的电缆62中的相对电损耗比传输低电压的电缆中的电损耗要低得多。

在互连点位置(例如在住宅处)，典型地提供有电能配电盘64，该电能配电盘64可以包括断路器或其它保护装置。在电能配电盘64的位置或其附近还可以具有需给电表66。电负载68可选择地，可以与电能电缆在电能配电盘64的位置连接。该电负载68在图5中当作住宅负载而被显示。然而，任何电负载可以通过连接电缆62而被可能连接。例如，负载68可以是具有电阻的、感应的、电容性的、或其以上的结合。并且，在电能配电盘的位置，电能电缆62可以与公用电线线路70互连。这种配置可以被用于例如“净计量”的情形下，其中公用电力用户依赖公共电力设施来提供电能，但是利用风力涡轮机来抵消用户使用的部分或全部能源。在某些情形下，用户还可以将多余的已产生的电能出售给当地公共部门。

图6显示了按照本发明的用于连接风力涡轮机的第二可能配置。该配置类似于图5所示的那样，除了在当公共电网发生故障时，电池或其它电能存储装置72被连接至***，以做备用电能。当公共电力价格很高，但是当风已经停止提供足够的电能产生能源的时候，存储在存储装置72中的能量还可以被用来馈给电网或供应当地负载68。预料到这些情况，存储装置72可以例如在当风很大或者当公共电力费用很低的时期被充电。为了将这些存储装置72与***相连接，以提供备用电能，典型地必须将存储装置72的DC输出转换成AC输出。例如，双向换流器74可以在公共电力可用期间被用于对存储装置72进行充电，并且可以在缺乏公共电力时被用来将存储装置72的输出转换成AC输出。

充电监控装置106可以与存储装置72连接，其目的在于度量存储装置72的充电状态。例如，充电监控装置106可以将信号或其它信息传输给风力涡轮机20的控制器，这样当存储装置72充满电时，风力涡轮机20的输出可以被减少，例如通过对转子进行减速和/或失速或者通过对电路开路而减少风力涡轮机20的输出。充电监控装置106可以通过例如铜线、纤维光纤、或通过无线通信连接而与风力涡轮机内的控制器进行通信。一个具体实施例提供了在充电监控装置106和风力涡轮机内的控制器之间的无线通信连接。该充电监控装置106还可以监控负载68的电平，这样当存储装置72充满电时，风力涡轮机20的输出被限制，以适合于负载68。可能有必要提供变压器或其它电压转换装置，这样存储装置72可以在与公用电线线路70和/或负载68不相同的电压下使用。

无线装置还可以被用于其它目的。例如，在一个具体实施例当中，使用者可以选择“安静”操作模式，其中RPM或电能被限制，或者产生较低的尖速比(TSR)，以致减少声音的发出。

图7显示了按照本发明的用于连接风力涡轮机的第三种可能配置。该种配置类似于图5和图6所示的配置，除了没有显示将电能供应至负载的公共线路。这是一种独立配置，其可以用在遥远地点中，例如，公共电能无法到达的地区。在这种配置中，电能从风力涡轮机20中通过电能电缆62传输。电能进入电能配电盘64，所述电能配电盘64可以包括当地法规想要的或要求的断路器、电能调节设备、计量仪、保险装置、或其它装置。电能可以从所述电能配电盘64被提供至负载68，例如可以被住宅使用。在图7中，负载68作为住宅负载而被显示，尽管很宽范围的负载可以被风力涡轮机进行电能提供，包括雷达站、微波发射机、科学监控站、或其它任何可以想到的负载。电池或其它电能存储装置72通过双向换流器或其它输出标准化装置74而与负载68相连接。除了风力涡轮机20提供在传统电能备用***中公共电线通常提供的功能，存储装置72和标准化装置74以类似于图6所描述的配置的方式运行。

当风力涡轮机20产生了多于负载68正在消耗的电能，过量的电能被转移至存储装置72。当风力很小，并且风力涡轮机产生的电能小于负载68所消耗的电能，那么所需要的额外电能就从存储装置72中提取出来。这样，标准化装置74允许电能流入或者流出存储装置，并且输出是可控的，这样可以服务于感应负载。

除了负载68，例如可以是AC负载，图7中所示的配置包括单独的DC负载76，该DC负载76包括加热器、DC灯泡、氢电解器、阴极保护***、泵、加热器或其它DC设备或负载。充电监控装置106可以与存储装置72相连接，其目的在于度量存储装置的充电状态。该充电监控装置106传输信号、或者与风力涡轮机20的控制器相通信，这样当存储装置72充满电时，风力涡轮机的输出可以被减少，例如通过对转子进行减速和/或失速或者通过对电路开路而减少风力涡轮机20的输出。充电监控装置106可以通过例如铜线、纤维光纤、或通过无线通信连接而与风力涡轮机内的控制器进行通信。

一个示例的具体实施例提供了在充电监控装置106和风力涡轮机20的控制器之间的无线通信连接。该充电监控装置106还可以监控DC负载76的电平，这样当存储装置72充满电时，风力涡轮机20的输出被限制，以适合于DC负载76。可能需要变压器或其它电压转换装置来允许风力涡轮机用于与风力涡轮机20和负载68不同电压的存储装置72和/或DC负载76。

图8显示了按照本发明的用于连接风力涡轮机的第四种可能配置。除了其它的以外，本发明的该实施例允许对频率进行控制，这样频率就对效率和成本来说是最优的。例如，图8中的配置涉及对高频率(例如大约400Hz)变压器的输入。此外，通过图8中所示的具体实施例，由于电能的来源可以被控制(例如，通过控制风力涡轮机20的工作)，因此在DC一侧(例如在DC负载76的位置)不需要额外的调节器；作为代替，从AC一侧(例如，在电能到达整流器104之前在风力涡轮机20内或者***内)的输出可以被控制，以控制DC输出。该具体实施例中的风力涡轮机20可以进一步地利用单相而得以运行，其允许在***内使用的变压器(例如变压器102)更加容易和便利地获取，从而减少成本(例如，比通常需要三相交流发电机的时候更容易和便利-合适的三相变压器通常在该实施例中的涡轮机的典型应用中更加难以获得和使用。进一步地，众所周知，现有涡轮机最多至在相对的高电压(例如大约240VAC)下提供可变的三相AC输出(例如根据涡轮机速度而变化)，这种现有的涡轮机的输出通常被输入至三相变压器，并且三相变压器的输出被输入至整流器。整流器的输出被输入至调节器，该调节器与负载相连接。)。

在图8所示的实施例当中，风力涡轮机20仅仅与DC负载76相连接。在现有的风力涡轮机中，从风力涡轮机20至负载的电能会作为相对低电压的DC电能而被传输。在本发明的该应用当中，从风力涡轮机20至负载的电能作为在电缆62上的相对高电压的AC电能而被传输。所述AC电压可以取决于设计选择而被选定，但优选地应当与实践一样高，以减少电缆62的尺寸并对线路损耗最小化。可以预计，120VAC或240VAC的电压可以在很多应用中进行良好作业。

在本发明的该变型当中，AC到DC转换器104(例如整流器)被提供在例如DC负载76、以及/或者能量存储装置72(例如电池)附近。并且，由于电能作为高电压AC电能而被传输，可以利用变压器或者其它电压转换装置来将电压转换至适合于存储装置72和/或DC负载76的级。典型地，DC负载76可以在12、24、36、或48伏特的电压下工作，尽管取决于设计选择，其它电压也是可行的。充电监控装置106可以与存储装置72连接，其目的在于度量存储装置72的充电状态。该充电监控装置106应当与风力涡轮机20的控制器相通信，这样当存储装置72充满电时，风力涡轮机20的输出可以被减少或停止。

充电监控装置106可以通过例如铜线、纤维光纤、或通过无线通信连接而与风力涡轮机20进行通信。一个具体实施例提供了充电监控装置106和风力涡轮机20之间的无线通信连接。

在图8中所示的具体实施例当中，与导体62相关联的、从风力涡轮机20到DC负载76的电损耗被最小化。然而，如果电压变换装置102是变压器的话，还会导致额外的损耗。在低电能情况下，芯损耗对于变压器占主导地位，而在高电能级下，电流相关的损耗对变压器占主导地位。依赖于电能级，如图9所示，总体变压器损耗可以通过利用DC到AC转换器，例如换流器而被最小化，以使得在可变频率下产生风力涡轮机的输出。图9显示了换流器频率与风力涡轮机的电能输出的函数图表，其中在低电能级下，当来自变压器的芯损耗占主导地位时，输出装置的频率可以被设置地较低，以弥补这些损耗。在高电能级下，输出装置的频率可以被增大，从而对变压器电流相关的损耗最小化。

依赖于风力涡轮机的大小、变压器的设计、风力涡轮机和变压器之间的长度和尺寸、以及其它因素，频率和电能的关系可能会与图9所示的不同。变压器的尺寸和成本可以通过最大换流器频率除以最小换流器频率的比值而被缩减。因此，例如如果最小频率是50Hz，最大频率例如是500Hz，那么变压器的尺寸可以仅为换流器在恒定频率下工作的情况下所需尺寸的10％。

图10A～10C显示了按照本发明的具体实施例，示例的无槽交流发电机设计32的局部视图。图10A和10B所示的交流发电机的切面视图包括导体线圈80，所述导体线圈80由围绕叠层式的或其它形式的涡电流减少材料设置的扁平导线材料(例如铜)形成，所述涡电流减少材料例如为铁粉，并提供有低损耗的芯78，所述芯包括磁通量传导材料，例如钢或者其它含铁材料。举例而言，扁平导线材料的使用将线圈80的间距最大紧密化，而对涡电流和使用其它圆截面导体材料所带来相关的负面影响最小化，例如典型的圆形断面的铜线。

叠层式或其它形式的低损耗芯78以及被设置的导体线圈80被模制的区域53(例如塑胶罩壳)所环绕。交流发电机32的绕组部包括叠层式或其它形式的低损耗芯78、线圈80、以及被模制区域53，该绕组部主要被固定在风力涡轮机的壳体内。在图10A～10C所示的具体实施例当中，交流发电机32的绕组部被分成三个部分：52a、52b、52c，尽管可以用任何合适的数量(包括一个)来表示绕组部的部分的数量。使用这些部分52a、52b、52c的优势包括：通过允许仅仅拆卸和替换交流发电机32的绕组部的部分而增强的维修便利。此外，环绕叠层式或其它形式的低损耗芯78的线圈80的设置被简化，因为线圈80可以脱离对应于绕组部的部分52a、52b、52c的芯部分而缠绕，接着可滑动地或者以其他方式通过绕组部的部分52a、52b、52c的端部而围绕绕组部的部分52a、52b、52c进行设置。进一步地，52a、52b、52c部分可以通过包括交流发电机32的整体绕组部的更小的角部分而得以更加容易地生产。例如，在一个具体实施例当中，叠层和/或其它芯材料从扁材中盖印，并且通过使用交流发电机32的绕组部的三分之一(或者更小的)部分，更大数量的叠层可能会更加有效地从扁材中得以制造。类似地，这样制造的芯部分和制造的绕组部可能会更加容易地进行航运和存储。

如图10A所示的示例性的交流发电机32，交流发电机32的旋转部包括转子部84和磁体部82。所述转子部84包含边缘部84a、毂部84b、以及一个或多个辐条或其它连接器84c，所述辐条或连接器84c用于将所述边缘部84a连结至毂部84b。磁体部82包含环绕并连接至边缘部84a设置的多个磁性元件(例如，单独的磁铁或者磁性材料的被磁化部分)。例如，磁性元件可以包括邻接至(例如通过粘结)边缘部84a的多个单独的磁铁，每个单独的磁铁相对于每对邻近的单独磁铁在它的磁极方向进行180°导向，这样就形成了邻近的北极和南极的交替对，并且通过这种磁铁而产生了场，每个场对每个邻近磁铁产生的场具有相反的180°导向。为了增大通过磁性元件传输的磁通量，例如相对于空气，芯78典型地包括磁通量传导材料，例如钢、铁或其它含铁材料，并且转子部84的边缘部84a也包括磁通量传导材料，例如钢、铁或其它含铁材料。

如图10A的最佳显示，用于图10A～10B的示例性的交流发电机32的转子部84的毂84b被连接至轴95。所述轴95可以包括一个或多个装置96，例如轴承或轴衬，以最低限度地与装置进行摩擦配合，例如在交流发电机壳体内的开口。这样，在作业中，磁体部82能够通过转子部84和驱动轴95(例如通过风力操作装置，例如风力发电机叶片而驱动)而相对于可固定保持的绕组部进行可旋转地移动。

图10A和10B所示的示例性的实施例中的线圈80被连接，来形成六组绕组81a、81b、81c、81d、81e、81f，该六组绕组互相毗邻，并围绕叠层式或其他形式的低损耗芯18的周围顺次进行重复。如图10B的最佳显示，绕组81a、81b、81c、81d、81e、81f中的每一组均沿着交流发电机32的绕组部而在一端与紧邻的对应绕组相连接。在一个具体实施例当中，每组绕组的连续对在相反的端部被连接，这样每个接连的线圈部对于之前被连接的线圈部而言具有相反的极性。除了其他优点之外，这种方法允许获得多个连接以及增加的冗余度，从而为冗余的失速控制提供必要的冗余度。通过确保绕组81a、81b、81c、81d、81e、81f中的每组都非常相似或者大致相同，组装可以变得很便利，并且性能可以得到改善。

图10C显示了交流发电机32的局部试图，其包括绕组部53、磁体部分82和毂的边缘84a。在组装时，交流发电机32的三个绕组部部分52a、52b、52c中的每一个均在其端部与邻近的两个部分相连接。六个电线端部(例如，如图10B所示，接线端组105、106)，其中每一个用于图10A和10B所示的六组绕组80a、80b、80c、80d、80e、80f中的一组，该六个电线端部从三个绕组部部分53a、53b、53c中的每一部分的端部延伸。从每对毗邻的绕组部部分53a、53b、53c中延伸的六个电线端部的每一个均被连接至从邻近绕组部部分中延伸的六个电线端部。该连接可以通过例如印刷电路板或其它连接元件97、98、99而进行。每个绕组部部分52a、52b、52c中的每个叠层式或其它形式的低损耗芯78类似地互相毗邻。

因此，如图10A～10C所示，通过在每个绕组部部分53a、53b、53c中的被连接的对应绕组，六个连续的绕组得以形成，其中六个连续绕组中的每一个的第一端与连接元件97的其中之一进行端接，该连接元件97包括导线，所述导线对应于六个连续绕组的第一端。六个连续绕组中的每个绕组第二端通过连接元件97而被连接在一起，并连结至第七导线，这样，7根导线100从连接元件97延伸出来，第七导线对应于六个连续绕组的中央点。对于绕组的各种不同的电路图表显示在申请人共同悬而未决的美国临时申请和与该临时申请相对应的美国专利申请当中，该临时申请的申请号为60/760,407，名称为“失速控制器以及风力涡轮机的备用设备”，申请日为2006年1月20日，该美国专利申请的名称为“失速控制器以及风力涡轮机的备用设备”，申请日与本申请的申请日相同。

图11和12显示了本发明的叶片24的多种特征。图11和12中所示的本发明的变型当中的叶片24可以例如由玻璃增强聚酯，在多部分注塑模或多部分压缩模工艺中得以形成。本发明允许每个叶片24由其他材料制造而成，只要叶片重量轻、经济且耐用即可。利用多部分注射模制成叶片24的一个优点在于：叶片24能够以简单和廉价的方式进行大规模生产。另一个优点是，通过将叶片24分割成在运转工作中面朝叶片24的低压侧的部分和在运转工作中面向叶片24的高压侧的部分(以下会参照图14A和14B进行更为详尽的描述)，叶片24可以被制造得重量更轻、并增加有内部加强部件，例如叶肋。

如图13A～13C所示，当风使每个叶片24转动时，叶片24进入塔架92的顺风区域C。由于塔架产生的涡区，塔架的顺风横截面空间C中的风速被降低。本发明的具体实施例当中的叶片24利用后掠式轮廓而被构造，这样叶片24的根部首先进入塔架的顺风横截面空间C(见图13A)，之后叶片24的其余部分逐渐跟随着根端部(见图13B)，在叶片24的其余部分进入塔架92的截面C之后，叶片24的顶部90也进入塔架92的截面C(见图13C)。当每个叶片24旋转时，在叶片24的顶部90进入区域C之前，叶片24的根部端离开塔架遮蔽。

由于现有的叶片在每个叶片没有这种连续的的进入和离开部的情况下在塔架的顺风平面内进入和离开塔架遮蔽的时候，风速的相对突然的变化产生了叶片迎角的脉冲变化，该变化导致了叶片穿越塔架遮蔽而产生的周期性的噪音。通过提供后掠式的叶片外形，除了其它优点以外，本发明解决或缓和了现有的风力涡轮机叶片发出的周期性噪音的问题。

图14A和14B显示了按照本发明的具体实施例，涉及示例性的叶片124制造的特性。图14A显示了穿过示例性的叶片124的宽度的截面视图。如图14A所示，叶片124被分成两个部分124a和124b，其在图14A中被显示在组合位置。(叶片可以类似地被制成多于两个部分。)第一叶片部分124a在工作时通常被导向在叶片124的高压侧，第二叶片部分124b在工作时通常被导向在叶片124的低压侧。进一步如图14A所示，叶片124的容室部125形成在组装后的第一叶片部分24a和第二叶片部分24b之间。

图14B显示了叶片124未装配的立体视图。如图14B所示，该实施例的叶片124被分割成(通常沿着叶片124的长度方向L)第一叶片部分124a和第二叶片部分124b。如图14A和14B所示的那样，例如将叶片124沿着L方向分割是优于现有的形成叶片的方法，其中所述现有方法是将叶片垂直于L方向进行分割，如图14A和14B所示，因为现有的方法易在叶片内的分割点产生薄弱状况或者导致性能问题。

除了其它的以外，通过以图14A和14B所示的方法组装叶片124，依赖所形成的中空的(容室)部125，所形成的叶片124重量比例如同种材料的固态一体成型的叶片更轻。所形成的叶片124的重量和刚度还可以通过对第一和第二叶片部分124a、124b中的每一个的壁厚的控制而被控制。进一步地，叶片124的生产通过利用沿着图14A和14B所示的线的多叶片部分和中空部的方法而便利很多，因为例如，与注射模制形成的固态叶片的生产方法相比而言，本方法更加容易获得材料的均匀性，并且装置的形成也更加容易(例如通过注射模制)。

在某些具体实施例当中，可以将叶肋加入到中空(凹陷)部125内，以增强所形成的叶片的刚度和强度，并增加叶片部分124a、124b潜在地互相接合的区域。示例的这种叶肋124c被显示在图14B的第二叶片部分124b的一端内。在一个具体实施例当中，另外的叶肋被加入到第二叶片124b的内部区域N(以及第一叶片部分124a的相对应的部分)当中，且每个这种肋条在叶肋内的沿长度方向的大体导向平行于叶片124的长度方向L。肋条的这种导向总体上在长度方向L上增强了叶片124的刚度，其中该方向为大致上叶片124在工作时承受最大应力的方向。

图15A～15F显示了按照本发明的具体实施方式的示例的偏航组件150。图15A包含示例性的偏航组件150的零件的分解图。这些零件包括可连接至PCB或其它电路装置或者可结合在PCB或其它电路装置内的滑动环装置151，该PCB或其它电路装置可以包括其它电子元件或电路元件，例如线路滤波器或电涌放电器；一个或多个电刷或其它可变地连接的机构，所述一个或多个电刷或其它可变地连接的机构具有间隔装置设置其间，以及具有保持装置152、154，其用来将滑动环装置151连接至输出线或多条输出线170；一个或多个偏移机构，例如弹簧，所述偏移机构用来将可变地连接的机构152进行偏移，以接触滑动环装置151；一个或多个可滑动配合装置155、156、159，例如卡环和轴承，用以允许涡轮机壳体22相对于偏航件162可滑动的转动，所述偏航件162通过一个或多个柔性操作连接装置157a、157b、158、160、167，例如螺栓和螺母、垫圈、以及柔性轴承，例如橡胶轴承；偏航屏蔽装置，以在物理上或其它方式上保护偏航组件150的各种装置，例如避免紫外线辐射；一个或多个具有可选择的绝缘袖套164的刚性连接装置163，例如铜连接管，所述一个或多个刚性连接装置163与连接装置配合装置165相配合，例如接线片，以将输出线或多条输出线170连接至刚性连接装置或多个刚性连接装置163；绝缘装置166和盖子168，其用以允许接近偏航组件150的装置；以及应变释放装置169，其用来释放应变，以允许输出线或多条输出线连接至偏航组件170。

图15B显示了图15A中的示例的偏航组件150的特定装置的局部切面图。如图15B所示，涡轮机壳体22通过偏航组件150而被连接至塔架28，所述偏航组件150包括例如：轴承或者其它柔性操作连接装置，例如减少振动/震动的装置67。

图15C显示图15A中的偏航组件150的各种元件、以及与这些元件相互作用的其它装置的局部视图。如图15C所示，控制器和/或其它电路装置180具有连接在其下侧的滑动环装置，其中所述控制器和/或其它电路装置例如是PCB，所述PCB包含AC线路滤波器、电涌放电器、和/或其它元件。配合所述滑动环装置的是包含在保持装置154内的一个或多个电刷或其它可变地连接的机构。所述保持装置154(例如电刷固定座)被连接至偏航件162。显示于图15C内的还有连接装置181、盖子168、和应变释放装置169，其中所述连接装置181(例如接线片)用于将输出电线或其它可变地连接的机构连接至输出线路170的单独线路170a。

图15D显示保持装置154的立体图。

图15E显示图15A中的偏航组件150的各种元件、以及与这些元件相互作用的其它装置的另一局部视图。显示在图15E中的偏航组件150的装置包括电路装置(例如PCB)180、各种示例的滑动环装置151、一个或多个可变地可连接结构152、一个或多个偏移机构153、保持装置154、刚性连接装置和被设置的绝缘衬套163、164、以及连接装置固定架192，其中所述滑动环装置151包括一个或多个压片滑动环151a和一个或多个位于滑动环151a之间的间隔装置151b，例如隔离器；所述一个或多个可变地可连接结构152例如为电刷，所述可变地可连接结构152具有连接器190，例如导线；所述偏移机构153例如为弹簧；所述连接装置固定架192用来保持和分隔附件装置，例如图14C所示的附件装置。

图15F包含图15A中的偏航组件150的各种元件、以及与这些元件相互作用的其它装置处于已装配后状态的视图。

本发明的示例性的具体实施例已经按照上述的优点而进行了描述。将会被理解，这些例子仅仅为本发明的示例，许多变型和修改对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims

1.一种风力涡轮机，包括：

电输出装置；

至少一个由风力驱动的叶片，所述至少一个由风力驱动的叶片可操作地连接至所述电输出装置，其中所述至少一个由风力驱动的叶片的运动导致所述被连接的电输出装置产生输出；以及

双向换流器，所述双向换流器与所述电输出装置连接，并连接至DC负载。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置是交流发电机。

3.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述DC负载从由电池、泵、压缩机、加热器、阴极保护装置、DC到DC转换器、和电解器所组成的集合中选取。

4.如权利要求1所述的风力涡轮机，进一步包括连接至所述双向换流器的控制器。

5.如权利要求4所述的风力涡轮机，进一步包括连接至所述DC负载的传感器，其中所述控制器根据所述传感器接收的输入来控制所述风力涡轮机的工作。

6.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电能输出装置在所述DC负载的电能需求的范围内可用。

7.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置具有0至420伏的输出范围。

8.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器无线连接至所述双向换流器。

9.如权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器无线连接至所述传感器。

10.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器控制所述电输出装置的输出。

11.如权利要求10所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器通过失速调节来控制所述电输出装置的输出。

12.如权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置包括多个绕组部，且所述失速调节通过对所述多个绕组部的至少一个进行短路而被控制。

13.如权利要求1所述的风力涡轮机，进一步包括换流器，该换流器连接至所述电输出装置和所述双向换流器。

14.如权利要求13所述的风力涡轮机，进一步包括：

连接至所述DC负载的传感器，其中所述控制器根据所述传感器接收的输入来控制所述涡轮机的工作。

15.如权利要求13所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器与所述换流器相连接。

16.如权利要求13所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器无线连接至所述换流器。

17.如权利要求13所述的风力涡轮机，进一步包括壳体，其中所述换流器包含在所述壳体内。

18.如权利要求1所述的风力涡轮机，进一步包括：容纳所述电输出装置的壳体。

19.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述双向换流器进一步与AC负载相连接。

20.如权利要求19所述的风力涡轮机，其特征在于，所述AC负载从由泵、压缩机、加热器和变压器所组成的集合中选取。

21.如权利要求4所述的风力涡轮机，进一步包括容纳所述电输出装置和所述控制器的壳体。

22.如权利要求5所述的风力涡轮机，进一步包括容纳所述电输出装置、所述控制器、和所述传感器的壳体。

23.如权利要求19所述的风力涡轮机，进一步包括：

感测所述DC负载的第一传感器；和

感测所述AC负载的第二传感器；

其中所述控制器根据所述第一和第二传感器接收的输入来控制所述风力涡轮机的工作。

24.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述双向换流器进一步连接至AC负载，其中所述DC负载和所述AC负载每个均是可变的，并且所述控制器根据所述可变DC负载和所述可变AC负载来控制所述电输出装置的输出。

25.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制器与第二风力涡轮机连接。

26.如权利要求25所述的风力涡轮机，其特征在于，所述DC负载是可变的，所述第二风力涡轮机具有可变的第二风力涡轮机负载，所述可变的第二风力涡轮机负载选自可变第二风力涡轮机AC负载和可变第二风力涡轮机DC负载中的至少一个，所述控制器根据所述可变DC负载和所述可变第二风力涡轮机负载来控制所述风力涡轮机和所述第二风力涡轮机的输出。

27.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机被失速调节。

28.如权利要求27所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机在预定条件下被失速调节。

29.如权利要求28所述的风力涡轮机，其特征在于，所述预定条件从预定叶片运动速度、电能输出范围、和启动条件所组成的集合中选取。

30.如权利要求4所述的风力涡轮机，进一步包括：

与所述控制器相连接的风力涡轮机传感器，其中所述控制器根据所述传感器接收的输出来控制所述风力涡轮机的工作。

31.如权利要求30所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置具有速度，所述风力涡轮机传感器感测由所述至少一个由风力驱动的叶片的速度、风速、以及所述电输出装置的所述输出所组成的集合中的至少一个。

32.一种将输出提供至可变频率负载的主动的可变频率的风力涡轮机，该风力涡轮机包括：

电输出装置，所述电输出装置根据装置速度而产生可变频率的AC输出；

至少一个由风力驱动的叶片，该至少一个由风力驱动的叶片与所述电输出装置可操作地连接，其中该至少一个由风力驱动的叶片的可变运动导致所述被连接的电输出装置产生AC输出；

与所述电输出装置相连接的AC到DC转换器；

与所述DC到AC转换器相连接的DC到AC转换器，所述AC到DC转换器与负载相连接；以及

与所述DC到AC转换器相连接的控制器，所述控制器能够控制所述DC到AC转换器，以根据连接至所述DC到AC转换器的所述负载的输出选择而改变从所述DC到AC转换器中的输出。

33.如权利要求32所述的风力涡轮机，其特征在于，所述负载是可变的，所述风力涡轮机进一步包括：

传感器，所述传感器感测所述负载；

其中所述DC到AC转换器的输出随着所述变化的负载而变化。

34.如权利要求33所述的风力涡轮机，其特征在于，所述负载包括变压器。

35.如权利要求34所述的风力涡轮机，其特征在于，所述AC到DC转换器是整流器。

36.如权利要求35所述的风力涡轮机，其特征在于，所述负载是电池。

37.如权利要求32所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置是交流发电机。

38.如权利要求32所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置是单相的。

39.如权利要求32所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电输出装置是多相的。

40.如权利要求39所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机被失速调节。

41.如权利要求40所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机在预定条件下被失速调节。

42.如权利要求41所述的风力涡轮机，其特征在于，所述预定调节从预定叶片运动速度、电能输出范围、和启动条件所组成的集合中选取。

43.一种电能输出装置，包括：

无槽绕组部，所述无槽绕组部包括包围芯的线圈组，所述芯包括磁通量传导材料；

转子部，所述转子部包括边缘、以及连接至所述边缘的多个磁性元件，其中所述边缘包括磁通量传导材料；

其中所述无槽绕组部和所述转子部可以相互之间可旋转地移动。

44.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述芯为低损耗。

45.如权利要求44所述的装置，其特征在于，所述芯为叠层式。

46.如权利要求44所述的装置，其特征在于，所述芯包括涡电流减少材料。

47.如权利要求46所述的装置，其特征在于，所述涡电流减少材料包括含铁材料

48.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述多个磁性元件包括多个永磁体。

49.如权利要求43所述的装置，进一步包括：与所述电输出装置相连接的AC到DC转换器。

50.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述AC到DC转换器是整流器。

51.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述AC到DC转换器与DC到AC转换器相连接。

52.如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述DC到AC转换器连接至输出电能接收装置，所述涡轮机进一步包括：

控制装置，所述控制装置与所述DC到AC转换器相连接，以适合于所述输出电能接收装置的电特性来控制所述电输出装置的输出。

53.如权利要求52所述的装置，进一步包括监控装置，所述监控装置监控所述输出电能接收装置的电特性。

54.如权利要求43所述的装置，进一步包括：与所述电输出装置相连接的无线频率滤波器。

55.如权利要求43所述的装置，进一步包括：***述电输出装置的壳体。

56.如权利要求55所述的装置，其特征在于，所述无槽绕组部相对于所述壳体而被固定。

57.如权利要求55所述的装置，其特征在于，所述壳体包括舱盖。

58.如权利要求57所述的装置，其特征在于，所述控制装置连接至所述舱盖。

59.如权利要求58所述的装置，其特征在于，所述舱盖被设置在能够被空气流冷却的位置。

60.如权利要求55所述的装置，进一步包括塔架，其中所述壳体连接至所述塔架。

61.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述装置是发电机。

62.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述装置是交流发电机。

63.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述无槽绕组部具有大致圆截面的形状，所述无槽绕组部被分割成多个径向环绕所述圆截面形状的部分，所述无槽绕组部的所述多个部分中的每一部分都包含多组被设置的绕组，并具有使得所述无槽绕组部的所述多个部分之间连接的连接器。

64.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述芯被分割成多个芯部分，并且所述被分割的绕组部的多个部分中的每一部分都包含所述多个芯部分中的一个。

65.如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述多个芯部分中的每一个都包含在模制部分内。

66.如权利要求65所述的装置，其特征在于，所述模制部分包括塑胶。

67.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述被分割的绕组部的多个部分通过至少一个连接元件而被连接。

68.如权利要求67所述的装置，其特征在于，所述至少一个连接元件是电路板。

69.如权利要求67所述的装置，其特征在于，所述至少一个连接元件的其中之一包含至少一根导线，以提供来自所述绕组部的电能输出。

70.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述装置具有多个相，所述多组被设置的绕组中的每一组对应所述多个相中的一个。

71.如权利要求70所述的装置，其特征在于，所述多组被设置的绕组中的每组包含至少两组被设置的绕组，该至少两组被设置的绕组对应于所述多个相中的同一个。

72.如权利要求71所述的装置，其特征在于，对应于所述多个相中的相同一个相的所述至少两组被设置的绕组的每个序列被串联。

73.如权利要求72所述的装置，其特征在于，所述被串联的至少两组绕组的每个序列对的第一组被设置的绕组具有与所述被串联的至少两组绕组的每个序列对的第二组被设置的绕组相反的极性。

74.如权利要求72所述的装置，其特征在于，所述被串联的至少两组绕组的每个序列对的第一组被设置的绕组具有与所述被串联的至少两组绕组的每个序列对的第二组被设置绕组相同的极性。

75.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述多组绕组中的每一组均大致相同。

76.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述绕组包括扁导线。

77.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述绕组包括多个绕组部和多个绕组部连接点，该多个绕组部连接点连接多对绕组部。

78.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述装置被结合在风力涡轮机中。

79.如权利要求43所述的装置，其特征在于，所述装置被结合在交通工具中。

80.如权利要求79所述的装置，其特征在于，所述风力涡轮机包括：

连接至毂的至少一个叶片，每一个叶片响应于与该叶片对着的空气流而可与所述毂一起旋转；

其中所述电输出装置可操作地连接至所述毂，并且所述电输出装置能够在所述毂旋转时产生电输出。

81.如权利要求80所述的装置，其特征在于，所述至少一个叶片中的每一个均具有后掠式设计。

82.如权利要求80所述的装置，其特征在于，所述毂与轴相连接。

83.一种风力涡轮机，包括：

电输出装置；

换流器，所述换流器与所述电输出装置连接；

其中所述风力涡轮机提供AC输出；

其中所述至少一个由风力驱动的叶片具有与所述至少一个风力驱动叶片的运动成比例的动能；

其中所述风力涡轮机将所述至少一个由风力驱动的叶片的所述动能转换成电能；以及

其中所述换流器将所述被转换的电能结合到AC输出中。

84.如权利要求83所述的风力涡轮机，其特征在于，所述换流器是双向换流器。

85.如权利要求84所述的风力涡轮机，其特征在于，所述被转换的电能被用来修正功率因数。

86.如权利要求83所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机通过缩减至少一个由风力驱动的叶片的运动而将该至少一个由风力驱动的叶片的所述动能转换成电能。

87.如权利要求83所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机被失速调节。

88.如权利要求87所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机在预定条件下被进行失速调节。

89.如权利要求88所述的风力涡轮机，其特征在于，所述预定条件从由预定叶片运动速度、电能输出范围、和启动条件所组成的集合中选取。

90.如权利要求83所述的风力涡轮机，其特征在于，所述换流器位于靠近所述电输出装置的位置。

91.如权利要求90所述的风力涡轮机，所述风力涡轮机进一步包括：

壳体，其中所述电输出装置和所述换流器位于所述壳体内。

92.一种用于减少风噪音的风力发电机叶片，该叶片在干扰本体的顺风方向上，通过毂点转动时即可用，所述干扰本体产生干扰的横截面区域，所述叶片包括：

根部，所述根部接近所述毂点；以及

后掠式主体部，所述后掠式主体部延伸至顶部；

其中，在所述叶片的转动期间，所述根部进入所述干扰本体的横截面区域，然而同时所述后掠式主体部和所述顶部保持在所述干扰本体的横截面区域外部，并且在所述顶部完全进入所述干扰本体的横截面区域之前，所述根部离开所述干扰本体的横截面区域。

93.如权利要求92所述的叶片，其特征在于，所述叶片包括柔性材料。

94.如权利要求92所述的叶片，其特征在于，所述叶片由玻璃增强聚酯形成。

95.如权利要求92所述的叶片，其特征在于，所述叶片由至少两个叶片部分形成。

96.如权利要求95所述的叶片，其特征在于，所述至少两个叶片部分在所述延伸的主体部的方向上连接。

97.如权利要求92所述的叶片，其特征在于，所述至少两个叶片部分的每一叶片部分都包括加强叶肋。

98.如权利要求92所述的叶片，其特征在于，所述叶片利用多部分注射模而形成。

99.一种风力发电机叶片，包括：

第一叶片部，所述第一叶片部具有第一叶片壁部分，所述第一叶片壁部分围绕成大致凹形的第一叶片区域；以及

第二叶片部，所述第二叶片部具有第二叶片壁部分，所述第二叶片壁部分围绕成大致凹形的第二叶片区域，所述第二叶片部与所述第一叶片部可装配地毗邻，这样在该第一叶片部和该第二叶片部之间形成了至少一个容室。

100.如权利要求99所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述第一叶片部和所述第二叶片部的每一个都是利用注射模制而形成。

101.如权利要求99所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述第一叶片部和所述第二叶片部的每一个都是利用压缩模制而形成。

102.如权利要求99所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述第一叶片部和所述第二叶片部的每一个都包括加强叶肋，所述加强叶肋位于所述大致凹形的第一叶片区域和所述大致凹形的第二叶片区域的其中之一内。

103.一种用于保持电装置和连接装置之间的电连接的偏航组件，其中所述电装置具有电装置壳体，所述连接装置可相对于所述电装置壳体运动，所述偏航组件包括：

偏航件；

与所述偏航件配合的可滑动配合装置，所述可滑动配合装置的可滑动配合允许所述电装置壳体相对于所述连接装置可滑动的移动；

滑动连接装置，该滑动连接装置连接至所述电装置；

可变地连接的机构，该可变地连接的机构与所述连接装置相连接，并可与所述滑动连接装置配合，以致所述电装置通过所述滑动连接装置可以与所述可变地连接的机构连接；以及

柔性操作装置，该柔性操作装置与所述偏航件配合，来抑制所述与偏航件的振动传输。

104.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述偏航件被连接至所述连接装置。

105.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述连接装置是塔架。

106.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述电装置是交流发电机。

107.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述电装置是风力涡轮机。

108.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述电装置可相对于所述连接装置旋转地移动。

109.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述可滑动配合装置包括轴承。

110.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述滑动连接装置包括滑动环。

111.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述滑动连接装置包括相邻所述滑动环的间隔装置。

112.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述电装置包括电路装置。

113.如权利要求112所述的偏航组件，其特征在于，所述电路装置包括印刷电路板。

114.如权利要求112所述的偏航组件，其特征在于，所述滑动连接装置被连接至所述电路装置。

115.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述可变地连接的机构包括电刷。

116.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述可变地连接的机构包括保持装置。

117.如权利要求103所述的偏航组件，进一步包括：

偏移机构，所述偏移机构对所述可变地连接的机构进行偏移，使其与所述滑动连接装置相接触。

118.如权利要求117所述的偏航组件，其特征在于，所述偏移机构包括弹簧。

119.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述可变地连接的机构被连接至输出线。

120.如权利要求119所述的偏航组件，其特征在于，所述可变地连接的机构通过至少一个刚性连接装置而被连接至所述输出线。

121.如权利要求103所述的偏航组件，进一步包括屏蔽装置，该屏蔽装置对所述偏航组件进行屏蔽。

122.如权利要求103所述的偏航组件，其特征在于，所述柔性操作装置包括至少一个轴衬。

123.如权利要求122所述的偏航组件，其特征在于，所述至少一个轴衬包括柔性材料。