TW200817238A - Fluid energy converter - Google Patents

Description

200817238 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 定丄太員域大體而言關於流體能量轉換器，且更特 :二明關於風車(一)及風力機㈤ 【先前技術】

"且此里轉換為通常使用葉片（blade )、螺旋槳 (impeller) 二，*此、或將機械能轉換為移動流體流之動能。舉例而 風車Μ及水車將來自風或水之動能轉換為旋轉機械 ^且風力杜：及水輪機（water turbine )更使用發電機 (generator)將旋轉機械能轉換為電能。在相反過程中， 風扇a螺旋槳、壓縮機（c〇mpress〇r)以及I (p腿p)可 、、二組恶用以將來自旋轉機械能之動能賦予流體。 自動此至機械能之能量轉換對於氣體而言可為無效 的’尤其使用風車以及風力機。—般認為，轉換來自風之 動能之設備的最高效率可能為大約59·3%。然而，此數字 忽略了由於（例如）阻力（dmg)以及蒼流（恤硫⑽） 而發生之損失。某些效料級之三葉片風力機可達成4〇% 至50/。之峰值效率（peak effidency)，而風車則顯著地較 低。因此，存在對於一種用於風力應用之更有效流體能量 轉換器之需要。 雖然某些與液體流體一起使用之流體能量轉換器可達 成同效率，但此等機器較昂貴。舉例而言，雖然Francis 6

200817238 水輪機可達成超過90%之效率，但波曰主 因素比效率最大化更重要的某些應用：；：貝二存在成本 體流動之仍維持理想效率之更低成 用於液 【發明内容】 承的級肢此1轉換器。 本文所說明及描述之系統以及方 中特徵中_寺徵皆不單獨地負責其理想特 制由以下說明所表達之範田壽之情况下土、 突出之特徵。在考慮此討論之後，；J W論其更 標題為“實施方式”之部分後，將理角更==在閱讀了 徵如何提供優於習知系統以及方法的# ^供 方法之特 在一態樣中，本發明關於一種轉;，f。 於流體能量轉換器之多個葉片。其具有用 以及後輪轂。葉片在前側區處（葉 匕3則輪轂（hub) 可具有小直徑，直徑在尖端處增大^前輪轂） 著至後輪轂之後側區處減小。葉^取大值夕，隨後在附 (pitch )以當流體流圍繞縱向轴旋J·具1^個傾斜度 之動能最大化。 ，某片守將捕獲流體流 在另-悲樣中，本發明關於—種流體能量轉換哭 具有縱向軸以及圍繞縱向軸之可旋轉轉子。可旋轉; 具有多個葉片以用於將旋轉機械能轉換為流體中:二° 在一實施例中，尖端是彎曲的以增大其功率產生=力 (power producing capability)。在另一實施例中 月匕曰 可撓性的（flexible)，且適於隨轉子之角速度變化而彎曲^ 在又-態樣中，本發明關於一種用於流體能量^換^ 7 200817238 之轉子。轉子可具有多個 流體中之動能。葉片可為狹長彎曲处構1機械能轉換為 軚，且在後側區之根部處附著^附者至雨輪 為凹曲線=尖蠕之輪廓可為凸曲、^别側區之輪廟可 在又-«中，本發㈣於 具有縱向軸以及包，繞縱向m·!換器，其 子。流體能量轉換器可更包含：夕，^片之可旋轉轉 對於流體流之所要方& 毛”，/、用以維持轉子相 «.，(drivetrain)^；--- ::異面曲線。在某些組態中 $將： 體中之動能。顺械月b，或將旋轉機械能轉換為流 f另-實施例中，葉片之尖 直徑;f彎曲’藉此增大了葉片在尖端處取大 子。流體能量轉換器之轉 軺子匕3縱向軸、與縱向轴同軸前 ” 母葉片包含後端、前端、前側區、尖沪 以^侧區。葉片可圍繞縱向軸有角度地排列，且每一^ 片在月^處附著至前輪穀且在後端處附著至後輪轂。μ 200817238 子。以=樣關!—種用於流體能量轉換器之轉 ^ 5 '' 與縱向軸同軸之前可旋轉 Π =同轴，轉輪穀。轉子可額外地以J 1W在心處崎轉齡且在後端處卩#著Μ :::有;㈣繞縱向轴徑向地定位，且葉片中的= :則區、尖端以及後側區。在某些實施例中令 ，成轉子之半徑之線成7G度至11(^二二 本發明 之 轉子。^ ^同態樣關於—種用於流體能量轉換器之 及盘縱：二广：軸、與縱向軸同軸之前可旋轉輪轂以 轉換:;=Γ旋轉輪穀。在一實例中’流體能量 在後端處畴至靜在“處_至前輪敦且 ^者至後#讀，茱片可圍繞縱向軸徑向地定位， 二：茶片可具有前側區、尖端以及後側區。對於某些應 σ，大端橫截面之弦（chord)相對於轉子半徑之切線 成一個角度。 本叙明之又一悲樣關於一種流體能量轉換器，其具有 、’從向軸以及圍繞縱向軸同轴之可旋轉轉子，其中可旋轉轉 子包t多個葉片，每-葉片包含前側區、尖端以及後側區。 在一實施例中，尖端弦垂直於流體之移動方向。 本發明之另一悲樣針對一種流體能量轉換器，其具有 縱向軸、與縱向軸同軸之可旋轉前輪轂以及與縱向轴同軸 之可旋轉後輪轂。流體能量轉換器可包含與縱向轴重合之 機械軸以及圍繞縱向軸同軸之多個葉片。用於此類應用之 200817238 適當葉片較佳具有在根部處附著至前輪轂之前侧區、在根 部處附著至後輪轂之後侧區以及界定轉子之最大直徑之尖 端。在某些情況中，前侧區之自其根部至尖端之輪廓形成 凹曲線。 Ο

本發明之又一態樣關於一種流體能量轉換器轉子，其 具有縱向軸、與縱向軸同軸之可旋轉前輪轂以及與縱向軸 同轴之可旋轉後輪轂。轉子可具有與縱向軸同軸之機械轴 以及圍繞縱向軸同軸之至少三個葉片。經組態以用於此類 轉子中之葉片較佳包含：前側區，所述前侧區在其根部處 附著至前輪穀；後侧區，所述後側區在其根部處附著至後 輪轂；以及尖端，葉片之尖端形成轉子之最大直徑。在一 種情況中，尖端之自其接合根部至尖端之輪廓形成凸曲線。 本發明之另一態樣針對一種轉子葉片，其具有前側 區、頂點以及後側區。纟—實施例中，前側區、頂點以及 後側區經組態以形成大體上拋物線之形狀。本發明之另一 不同態樣關於轉子葉片，其具有前側區、尖端襟翼 以及後側區。 在閱5貝以下實施方式且參看附圖之後，熟習此技蓺者 將不難瞭解此等以及其他改良。 ^ 【實施方式】 ^麥看附圖描述本發明之實施例，其中全文中之相 同數子代表相同元件。不應僅因為本文中所陳述之描述中 使=的術語連同本發明之某些敎實關之實施方式—起 利而以任何限制或約束方式來解譯所使用的術語。此 200817238 外，本發明之實施例可包含若干新穎 單個特徵皆不單獨地負責其理想屬對ς，徵中的 之發明而言是必要的。 中衣貝^本文所述 本申請案藉此以全文引用之方 案倂入本文中：2GG6年8月18 ^將叮《專利申請 年11月8日申請之60/864 943以只月之11/506,762、2006 請之60/799,259。 ’从及2〇〇6年5月10曰申 Ο

U 在第一態樣中，流體渦輪機可 架或塔臺。轉子包含縱向轴、盘;可旋轉轉子以及支 葉片、與縱向軸同心之可旋轉前二轴同心之多個可旋轉 艙、與縱向軸同心之可旋轉後;與縱向轴同心之短 械軸。在一實施例中，每一 :X及與縱向軸同心之機 側區。 μ 併有前側區、尖端以及後 對於母一葉片而言，前 後侧區之根部附著至後車 二根部附著至前輪轂，且 及後輪穀在軸承上之機實施例中，前輪轂以 艙可剛性地附著至機械 疑拎以將摩擦力最小化。短 螺旋狀輪葉。機械H，且短搶之外表面上可具有多個 (h〇11〇wtube)=^；為剛=桿（Hgidrod)或中空管 中，短艙中容納動力之塔臺。在一實施例 產生電力之發泰德 ’其可包含增速器以及用以 又电蚀；。在笨此每 附著至轉子，此尸羽示二貝^例中，尾翼定位於後方且 中。尾翼可具有H、由流體流引導以將轉子指向流體流 定位於傾斜以偟平面與水平平面組件，其用以將轉子 场I (yaw)位置中。 200817238 Ο Ο 、在某些實施例中，在某些流體通過轉子時產生高壓區 域以及低壓區域。流體隨著其接近轉子而接觸葉片之前侧 區之根部’且遠離縱向軸徑向地突出教被壓縮抵在尖端以 及茱片之财側區以及後側區之外部部分上，從而產生 於周圍流體壓力之高壓區域。低壓區域形成於縱向轴之附 近以及周圍’且因此將流體抽;:及入轉子。以此方式，低题 區域加速了流體流經且通過轉子。此外，盘進入車奎子之二 體相切之流體被相抵於尖端的外表面以及葉片之_區= 及後側區的外部部分而引導，因此在尖端之内表面以及外 表面上以及茱片之前側區以及後側區之外部部 高壓區域。 在某些條件下，轉子可為傾斜的（亦即，在垂直平面 中朝上或朝下定向）及/或偏轉的（亦即，在水平平面上自 另—側），以利用增大電力生產之有益效應。短 有螺旋狀輪葉，其引導流體在與轉子之旋轉相同之 f向帽轉’從而產生渦旋且增大電力生產。在另一態樣 中’茱片尖端被折疊以增大其表面積以及電力生產能力。 在另-態樣中，轉子之動力傳動系統併有連續可變傳 .(contmuously variable transmission，CVT)， ^ σ 4或水）之速度變化轉進人發電機之實質上 ，疋的速度。CVT可位於發電機之前，或若使 态，則位於增速哭盘發雷η 曰k

使其不受歸因體之:風乂 之扭力尖峰的額外益處。CVT 200817238 出端，且CVT之輪出端附著至發電機的輸入端。在某些實 細> 例中^曰速器可為專利合作條約（Patent Cooperation

Tieaty’PCT)之專利應用申請案w〇 2006/014617中所述之 類型。

. 在被倂入動力傳動系統中之某些實施例，CVT ‘與發電機是一體化的。此可藉由使用球型cVT而實現，所 述fVT可為美國專利第6,241，636號、第6,419,6〇8號以 〇 及帛6,689,012 f虎中所揭露之CVT實施例，其均以全文引 用之方式倂入本文中。發電機之定子（Stator)(其通常為 固定的）可附著至CVT之怪星齒輪系統（_)(或惰輪 (idler) ’或支撐構件）。發電機轉子可附著至cvt之輸出 裒（output ring)’且在與恆星齒輪系統相反之方向中旋轉。 此在疋子與轉子（其在相反方向中旋轉）之間產生較大速 度差且拓大了發電機功率密度（p〇werdens^)。或者，一 體式CVT/發電機可消除增速器之一或多個級（stage)。一 、 料c^/發電機、;肖除了將CVT連接至發電機之機械轴以 及％軸态（coupler)、兩個或兩個以上軸承以及圍繞cVT 以及舍電機之外殼中的—者。同樣，在永久磁體發電機中， 磁體可附著至形成CVT之輸出環之相同鋼。 • 在又一態樣中，若使用了功能上亦為行星齒輪組 * (planetary gearset)之球型CVT，則CVT亦可充當發電 仗而消除了發電機。在此實施例中，CVT中之球體（或 電力滾輪）可由磁性材料製造，諸如，硬性肥极鐵陶究 (eiiite ceiamic)或鈒石朋鐵（ne〇dymium b〇ron ir〇n)。告 200817238 CVT之輸入環（inpUtring)旋轉多個球體時’球體之磁極 經過附著至將球體固持於適當位置之結構的銅導線、|呂導 線或銀導線，且產生電力。此外，歸因於較小直徑之球體 被較大輸入環旋轉，達成較大的速度增加。此速度增加可 .消除增速為之一或多個級。 在某些實施例中，流體能量轉換器經組態以使得葉片 之前侧區之傾斜度大於後侧區之傾斜度。以此方式，前侧 Ο

區後方之旋渦以對於功率提取（power extraction)而言之 適當角度接近後側區。在某些實施例中，短艙可適於在有 益方向中重新引導流體，在此情況中葉片之後侧區之傾斜 度可更大。在某些實施例中，葉片之後侧區經設計以當流 體退出轉子之後側時引導流體徑向地遠離縱向轴。此增大 了縱向軸附近以及轉子之正後方之低壓力，從而增加了被 抽汲入轉子之流體。在其他實施例中，葉片之後側區經組 悲以矯直退出轉子並重新進入流體流之流體。以此方式將 由與已通過轉子或與轉子相鄰之流體混合之周圍流體產生 的紊流最小化。在某些實施例中，短艙向前朝向轉子之前 方移動二以將_在功率降低方向中旋轉之時間最小化。 在又-實施例巾，不使驗艙之螺旋狀輪葉（其引導或 新引導流體）。 七兵」兴紕句軸偏移，以設定相對於 度以及偏轉。因此，尾翼軸無需與縱 二貫施例中，改變流體速度增大或減小了 力’攸而導致傾斜度以及偏轉隨變化之流體逮 14 200817238 度而改變。 _ 在又一實施例中，轉子之葉片經設計以撓曲，以使得 葉片之倾斜度將隨流體速度之改變而變化。在一態樣中， 動力傳動系統附著至後輪轂，且轉子之前輪轂經組態以自 旋。在此等實施例中，當由流體施加至葉片之壓力 I1 逍々丨L to速度之改變而變化，葉片之傾斜度可經配置而改變。 現苓看圖1、圖2以及圖3,展示了流體能量轉換器 1〇匕之一實施例。流體能量轉換器100包含轉子1、動力傳 動系、、先⑽、尾真60以及塔臺70。在一實施例中，轉子1 I具有多個葉片丨〇、前輪轂34、後輪轂44、短艙5〇以及 機械轴28。在某些實施例中，葉片1〇可為大體彎曲結構， 其具有形成其表面之一或多個流體翼片。視尺寸以及所要 強度重量比（strength-to-weight ratio )，葉片1 〇可由諸如 薄1金屬、複合物（包含碳纖維、玻璃纖維以及聚酯樹脂）、 塑月梦之材料或任何其他適當材料來生產。 在某些實施例中，轉子1之長度直徑比 (length-todiameterratio)大約為〇·8:1，此比率可根據應 用而變化，且可在大約1:10至大約1〇:1之範圍内。在流 月豆月b里轉換态1〇〇產生能f之實施例中，葉片較佳經組 態以捕獲移動流體（諸如，空氣或水）之動能，且將所捕 獲之動能轉換為旋轉機械能。在流體能量轉換器1〇〇移動 流體之實施例中（諸如，在壓縮機或泵中），葉片1〇較佳 適於在所要方向中引導流體。在某些實施例中，葉片 可經組態以壓縮及/或加速流體之移動。如此處所使'用先 ，當 15 200817238 關於在流體或流體流與葉片ίο (或轉子i)之間的相互作 用時，術語“捕獲，，指由葉片10或轉子1提供之阻力，其 增大了進入轉子1之流體之體積及/或增加了自流體至弊 子〗之動能轉移。 τ Ο

現參看圖1至圖5C，描述了葉片10之一實施例。葉 片10為大體上細長的彎曲形狀，其分別在前端處以及後= 處附著至前輪轂34以及後輪轂44。葉片10可經彎曲以^ 流體能量轉換器1〇〇 (其將流體中之動能轉換為旋轉機^ 月匕）中之能量產生最大化，或當流體能量轉換器1〇〇將旋 轉機械能轉換為流體中之動能時將對流體之引導最佳化。 在某些實施例中，每一葉片10之前側區12具有前曲線 】7，其中兩曲線17之平均中心（未圖示）經定位成朝向葉 片10之前側，且徑向地遠離縱向軸8。在某些實施例中， 月il曲線17並非單個半徑，而是由多個半徑形成。在一實施 例中，4曲線17之凸側面向縱向軸8以及轉子〗之後側， 同守别曲、、泉17之凹側面向平均中心。在某些實施例中，前 ，區12之傾斜度自前根部附著件13變化Μ端18附近之 =渡部分16,，以解決葉片1()之角速度變化問題。在某 貝^例中月ij過渡部分16之傾斜度可為3〇度，而前根 二付者件13之傾斜度可為5〇度。在其他實施例中，前侧 :2之彳貞;^度以及扭轉將根據應用 、某些實施 二__可包含具有20度傾^ 分26, ”部附著件23之傾斜度可為4。度。實施例中， 則過渡口P刀16至前根部附著件13以及自/後過渡部分％ 16 200817238 至後根部附著件夕&絲4、/ 實施例中，扭輕t It 斜度變化是線性的。^ 貝施例r _是非線性的且 0在其他 根部附著件Μ㈣大。在具有^^^件13以及後 10之傾斜度通常將較小，可接近零中，葉片 穴數。舉例而言，在具有高角速度之風力機；情；下可 口h 16之傾斜度可為零度，且後過渡部*26別過渡 ，負1G度。在具有低魏度及/或 、斜度可 Ο 某片1〇之傾斜度可大屬度。在某些實施例中， 12以及仙區22具有相同傾斜度，而在其他應用^側區 側區22之傾斜度大於前侧區12之傾斜度。在某些命:後 中（諸如，風力機），後侧區22之傾斜度可比前^ %例 之傾斜度小10度。 月」侧區12 1 乃參看圖1至圖5C，每一葉片10包含前根部附 前侧區12、尖端18、後側區22以及後根部附著件23。 刚根部附著件13用以將每一葉片10附著至前輪數34，且 包含一或多個前突出部14。在某些實施例中，前突出部14 可具有一或多個前孔15，將標準扣件（未圖示）通過所述 刖孔15插入以將葉片10附著至前輪轂34。在某些實施例 中’使用兩個前突出部14，一者用以將葉片10附著至前 輪數34之前側，且另一者用以將葉片10附著至前輪敦34 之後側。在某些實施例中，前輪轂34以及後輪轂44類似， 仏ί在某些應用中短艙5〇位於轉子1之前側’因此需要用 於前輪轂34之不同組態。在某些實施例中，後根部附著件 23使用相同方法將後側區22附著至後輪轂44。兩個後突 17 200817238 出部24(各自具有一或多個後孔25)經組態以提供至後輪 轂44之附著。 前輪轂34以及後輪轂44為大體上圓柱體管，其各自 在中心具有孔，以允許前軸承38插入前輪轂34及允許後 軸承48插入後輪轂44。前輪轂34以及後輪轂44是剛性 負載組件，且視應用而可由諸如鋁以及鋼之金屬、塑膠（包 含可被模製之塑膠）、複合材料（諸如，碳纖維）或任何其 他適當材料製造。前輪轂34以及後輪轂44可具有多個前 槽30以及後槽40，其可以與前根部附著件13以及後根部 附著件23相同之角度切入前輪轂34、後輪轂44。前根部 附著件13、後根部附著件23可插入前槽30、後槽40中， 且以被擰入輪轂孔32、42之標準扣件加以緊固。在某些實 施例中，輪轂孔32、42未車有螺紋，而是提供用於螺釘（未 圖示）之間隙，所述螺釘自前突出部14、後突出部24中 的第一者延伸，通過輪轂孔32、42且最終通過第二前突出 部14、後突出部24。在某些實施例中，使用螺帽以及鎖緊 墊圈（未圖示）來擰緊且緊固螺釘。 仍參看圖1至圖5C，前過渡部分16表示自前側區12 至尖端18之過渡部分。傾斜度之扭轉繼續至尖端18之最 外部分，在某些實施例中，此處之傾斜度為零度。在某些 實施例中，尖端18之最外部分處（界定轉子1之外徑之部 分）的弦並非與界定轉子1之外徑的圓相切，而是與此切 線成一角度偏移。如此處所使用’術語切線傾斜度 (tangential pitch) ”指相對於由尖端18之最外部分界定 18 200817238 ^圓^切相弦角。切線傾斜度在與由傾斜度所產生之昇 =面成90度的平面上產生昇力。具有負角度之切線： =表不具有輪扉之弦，所述輪練圓之内部具有經向前 心彖女且在圓之外部具有後邊 具編度之切線傾斜度，其表 心之弦。此参角；# A A & _ ^ Τ 之方向中Η θ =在自中心彳空向向外以及與旋轉方向相切 Ο 幵。當流體能量轉換器100經組態以將沪 ==換為旋轉機械能時，昇力之切線分量在:; 方向：牽:轉子〗，從而向轉子i添加功率。4 仍茶看圖1至圖ςρ κ, 某些實施例中，前:12&Λ7^°在 可為不同的，以解18以及後側區22之翼片 至央端18之自、丰危自月'」根附著件13、後根部附著件23 (例如，尖端18)中由_11 ζ亦用⑽大重要區域 可在前根部附著件1靖部附她 處而非在刖過渡部分16、後過渡部 在某些實施例中，前根相刀26處^不料片。 平坦板式翼片17GH有_❿附近之_區12使用 形邊緣。在前過渡部分中所示之輪廓類似之圓 ===中所示者類似之典型流體翼片- 翼片可再:FI 口題。在後根部附著件23附近，流體 異片可冉-人改變為圖5C中所+ 流體翼片170、172、17/之二曲翼片17二口口 100之角速度、流體、尺寸=可視流體能量轉換器 Γ及應用而變化。為將製造成 19 200817238 本最小化，在某些實施例中，流體能量轉換器1⑻在葉片 〗〇之整個長度上使用平坦翼片170。在其他應用（諸如， 大風力機）中，流體能量轉換器100在葉片丨〇之整個長度 上使用流體翼片172。在其他涉及風力機之庫用中，流體 .能量轉換器1〇〇可在葉片1〇之長度上使用二t個二 .個或更多翼面以解決葉片10之不同區域處之角速度變化 問，。前侧區12以及後侧區22職行之不同功能可能需 〇 要翼片170、172、174之不同組態。對於許多風力機而言， • 儘管可使用許多不同葉片，（例如）SG6040、NACA 4412 或NACA4415是可接受之翼面。SD2〇3〇是用於小型風力 機之良好選擇。 、仍參看圖1至圖5C，在某些實施例中，葉片1〇之弦 長為軺子1之直徑之大約6%。最佳弦長將隨著雷諾數、 軺子1之直彳空、流體速度、流體類型、角速度之改變以及 綠能量轉換器⑽是否將動能轉換為旋轉能或（相反地） 疋否使用钱械旋轉能將動能賦予流體而變化。在某些實施 (，： 例中，後側區22上之弦長將比前側區12上之弦長短，而 在其他實施例中，後侧區22上之弦長將比前側區12上之 弦長長。在某些實施例中，前側區12以及後側區22之弦 ，長的長度減小，或自前輪轂34、後輪轂44至尖端18具有 _ 10度之錐度（taper)。在其他實施例中，弦長在輪轂34、 44處較長且朝向尖端18具有非線性錐度。一般而言，當 使用非線性錐度時，弦長分別隨自尖端18移向前侧區12 及後側區22之中間而逐漸增大，且隨自前側區12、後側 20 200817238 22之中間移向前輪轂34、後輪轂料而快速增大。

Ο σ在某些貫施例中，流體能量轉換器100經受極少尖端 相失或不經X尖端損失，因為尖端18具有切線傾斜度，其 不僅產生功率且防止流體在尖端18周圍逸出。轉子1之某 些實施例藉由利用相反錐度（reverse taper)來利用此現 ϋ所述相絲度中，弦長分別在尖端18處最長且朝向 =明,34、後輪轂44減小。視應用而定，前侧區12以及 22可不具有相同錐度，且後側區22可具有錐度而 刖貝品12具有相反錐度。在前侧㊣12以及後側d 22在相 同方向中具有錐度之實施例中，錐度之最佳角度可為不同 的。在另外其他實施例中，前侧㊣12以及後側㉟U之弦 長均不發生錐度。此可歸因於製造原因（諸如，葉片1〇 上之應力）而非线動力學或越動力學效率。成本可為 個因素，因為在某些應用中，在弦長不具有錐度之情況 下製造葉片10更簡單。 、茶看圖1、圖2以及圖3，現將描述短艙5〇。短艙5〇 可為大體上圓柱體流線形狀的，其具有容納動力傳動系統 80之中空内部，所述動力傳動系統8〇包含齒輪箱82、高 速機械軸86以及馬達/發電機88。在流體能量轉換器1〇〇 捕獲移動流體中之功率之實施例中（諸如，風力機或水輪 機），齒輪箱82可為增逮器，其增大每分鐘轉數（rev〇luti〇n per minute，ipm)且降低轉子i進入發電機88之扭力。若 流體能量轉換器1〇〇用以移動、壓縮或加速流體且操作為 壓縮機或泵，則齒輪箱82可為由馬達⑽驅動之減速為， 200817238 其減少_且增大轉子i之扭力。藉由使用 引ΐ輪可變變速器或任何其他適當方法，齒輪车=可Ϊ 成增速或減速能力。在某些實施财，馬達/ Γ2態以與轉子1相同或類似之聊操作，且不使用齒糾 在某些實施例巾，域5G為固定組件，其由扣件 =tene〇、焊接、干涉配合（interfe跳e fit)或任何豆 Ο υ 剛Γ地連接至機械轴28。短搶5〇可由任:適 t ϋ 錄料具練高強度重纽的材料。 石广減广玻璃纖維以及聚酯或環氧樹脂、諸 =:=?Γ用以建構短艏5〇。在_^^ # 有夕個螺碇狀輪葉52以引導流體在所要方 :中=螺旋狀輪葉52常常由與短搶5〇相同之材料製 二Jtf實施例中與蹄5〇 一體式地形成。舉例而 “=^^^^52可作為—個零件而鎮造、 ..., 、、原1 (rapid Prot〇typed)設計。在其他實 :附著至Tit葉5 2使用標準扣件、黏著劑或藉由焊接 以干末端上’短艙5G可使用標準扣件、藉由焊接或 (〇〇1ΐΡΐ6Γ) 85 ° 具有通孔以使得可使用扣件將前聯軸 二軸承）=墙5()°前轴承38(其在某些實施例中為滾 )疋位於前聯軸器85上以及前輪轂34内部，以允 22 200817238 。午葉片1 ο之低摩擦力旋轉。在一 著至機械輪28，所述機械車弟—末端處，短擒50可附 轉子1之結構且用以料功^為中空圓柱體，其支樓 部。機械轴28可使用扣件、焊接乂及其他電纜通過其内 知方法而剛性地附著至短艙5心後=配合或任何其，熟 例中為滚針車由承）可定位於機承48(其在某些貫施 部以允許後葉片4〇之低摩擦力上以及後輪轂44内 Ο

Ci 仍苓看圖1、圖2以及圖3 由流體接觸葉片1G而產生之他應用中， 中）被轉移至鼻錐（職cone) 36 在某些實施例 ::r:r標準扣件剛性地附著至 錐％ 在某些貝轭例中，低速機械軸84以另皇 6之埋碩孔被花鍵聯接 及冗 ，广間提供扭力轉移。在其他實:二% 具有方形孔，其可❹扣件餘何其料:錐36可 二焊接至、附著至低速機械軸84。低速機械軸T鍵固 肢上圓柱體之桿，其4合且旋轉齒輪箱Μ 可為 使用扣件或另一適當方法緊固。 别端，且 齒輪箱82較佳地增大速度且降低扭力， =輪出端可附著至高速機械轴86，高速機械車由=箱82 、化鍵聯接法、鍵固法、焊接法、銷連接法或另一=扣 23 200817238 84 , 某些實施例中，高速機械轴 丑力。在 凸緣具有用以允許將高速機_ 86一^j凸緣，且 孔。發電賴可為熟知 將=機88之 Ο 電能。在某些實施例中，發:;=轉_能轉換為 電機8 8產生之電被電力綠赤^8為水久磁體類型，且發 中空機械軸28、通過中自1電^通過 體66、通過鉸鏈孔徑69且_中故=槽^入尾翼 率&動被反向，且電旋轉馬達88,而所你田中功 為減速器。 而所使用之齒輪箱82 仍芩看圖1、圖2以及圖3， 每 Ο 風力機或風車），流體能量轉㈣⑽;;含=中(=’ 經態以在風向變化_保㈣子其經 中，尾翼⑽具某f施例 用1、2、3、4、5 或mu 可使 上為一圓柱體桿）將尾翼60連接至尾^車由642=體 使用具有較高強度重量比之材料來建=66°w土地’ 材料可為I鈦、碳纖維、玻璃纖維以及聚;^類 或塑膠。在某些實施例中’尾舱62、尾置二广对曰 尾翼體66作為—個零件而鑄造 开^絲64以及 或加工。 犯出成形、快速原型設計 24 200817238 用以ί:機；翼體 =具有至少兩個空腔，包含 扣件、焊接、邱芸 入之二腔。機械軸28可藉由使用 性地附著至尾置，合或任何其他適當方法而剛 具有垂直於尾翼體66亦具有蘭鎖孔仰^ 6行之平面上·_==二：，表面平 耐綸）或複合物製造。諸如’以破璃填充之 機械軸28之輪的軸μ ^3埋頭孔，其具有垂直於 之直徑的内徑。於塔臺7G在其最高部分處 力軸承）具有大_ (-在某些貫闕巾為滾針推 經，且定位於纽臺之最高部分之直徑相同的外 内。塔臺軸承78接供_人叙鏈67之間的鉸鏈67的埋頭孔 中，鉸鏈67在苴曰古^寸子1之低摩擦力偏轉。在—實施例 65穿過鉸鏈銷孔刀附近具有兩個盲孔以允許鉸鏈銷 鏈銷65之直細允許二有稍大於鉸 中，不使用尾翼6〇，且麻^自由鉍輅。在某些實施例 制轉子1之偏轉且喊Γ隋為使用熟知偏轉驅動設備來控 以下是子1相對於流體流之所要定向。 曰由飢肢此量轉換器100之功率提取之各種 200817238 模式的理論描述。能量轉換器100及/或轉子1之任何终— 實施例之實際效能由多種因素決定；因此，操作原理 下描述需被理解為廣義的、理論的，及/或不限制於本文戶斤 述之設備之發明實施例以及其使用方法，除非另有特別七兒 明。 σ 現參看圖1以及圖6，描述了通過轉子1之壓力差效 應。圖6展示轉子1在流動流體112中之示意圖，其中# 由箭頭表示流體112之流動方向。隨著在轉子1旋轉時、:宁 體112接觸葉片10之前侧區12，流體112被獲向^遠= 轉子1之中心而引導。此現象之效應在於：内部高壓區域 111形成於葉片尖端18之内表面上，且内部低壓區域HQ 形成於轉子1之中心。内部低壓區域110導致轉子丨前方 之流體112加速。當流體112為空氣時，可用功率以風速 之增大量之立方增大。 以實例說明之，當轉子1轉動時（例如，在1〇米/秒 之風中），内部低壓區域110導致流體Η2加速通過轉‘ 1。若内部低壓區域110導致轉子1抽汲來自圍繞轉^ j 之區域（其具有大於轉子1之直徑之20%的直徑）的流體 112，則轉子1之有效區域將增大44%。以此方式導致流 體112通過轉子1之速度增大44%，且流體in中可用之 功率量增加約3倍。可用功率之增加導致轉子1之角速度 增大，其更快速地推動流體112徑向地遠離轉子1之中心。 當流體112被更強有力地控向地遠離轉子1之中心而引導 時，内部低壓區域110之尺寸增大。當内部低壓區域110 26 200817238 擴大時，流經轉子1之流體112更快速地加速，從而增加 了可用功率。結果是對於用作風力機時之流體能量轉換器 100而言的更多有效能量捕獲。請注意，此現象亦可發生 於流體能量轉換器1〇〇之其他應用中，諸如，壓縮機、螺 方疋無、豕以及水輪機。 仍參看圖1以及圖6，當自大於由轉子1之直徑界定 之區域的有效區域抽汲流體112時，與接近葉片1〇之前侧 區12之流體112相鄰的流體112受到黏性相互作用的影響 且遵循類似路徑。結果，流體112被壓縮至央端18之外表 面上，從而產生圍繞轉子1之外部高壓區域113。尖端18 上之内部鬲壓區域111以及外部高壓區域113增大了與轉 子率產生表面相互作用之流體112的密度，從而導 ^級肢旎量轉換器1〇〇可提取之功率量更增加。結果是對 風力機時之流體能量轉換器ι〇0而言的更多有效能 =曼。此現象亦可發生於流體能量轉換器1〇〇之其他應 /諸如，壓縮機、螺旋槳、泵以及水輪機。 此鹿= > 看圖12，描述了轉子1之流體動力學特性。在某 二么中，在轉子1内引導或移動流體112以最大化來自 L二、U中之動能之能量提取。圖12展示葉片10之示意 之寸Si圖（自頂部觀察）。在所描繪之實施例中，葉片10 區12與後側區22均利用平坦翼片170。當流體112 寸:^側區12時，流體112彎入流體流127中；亦即，若 12相對於流體112之流動具有迎角（attack angle)， 、収112在其經過前侧區12之後改變方向。當前側區流 200817238 —— r 體127移動經過前侧區12時，流體127改變方向且在實質 上與前側區弦11平行之方向中移動。在經過葉片1〇之前 側區12之後，内部流體128亦在實質上與轉子1之旋轉方 向相反之方向中旋轉。隨後此内部流體128以不同於流體 • 112接觸前侧區12之角度的角度接觸葉片1〇中的一者的 . 後侧區22。此是由於前側區12已改變内部流體128之流 動方向所導致。此外，内部流體128亦正朝向尖端18徑向 地向外移動。當内部流體128繼續通過轉子丨之内部時， 其堂到與周圍流體112之黏性相互作用之影響，周圍流體 112之移動具有在與轉子1相同之方向中旋轉的分量。因 此，當内部流體128到達後側區22時，在某些實施例中， 流體128不在與前側區流體Π7相同之方向中流動。為產 生用於内部流體128之正確迎角，將後侧區22設定為一傾 斜度，其在某些實施例中不同於前侧區12之傾斜度。在某 些貫施例中，後側區22之傾斜度比前側區12之傾斜度小 10度，儘管後側區22之傾斜度將隨流體112之類型、流 J 體能置轉換器ι〇0之角速度、流體能量轉換器1〇〇之目的 以及流體112的速度而變化。 現將參看圖12以及圖14，當後側區流體129經過後 •側區22時，其方向歸因於其與後侧區22之相互作用而再 •次改變。後側區流體129在大體上平行於後侧區弦22之方 向中移動，後側區弦22在某些實施例中可被設定為接近〇 度之傾斜度。因此，後侧區流體129在實質上徑向地遠離 轉子1之中心之方向中移動。在圖14中，自轉子丨後方展 28 200817238 示後側區流體12〇 ΐ29 ^ 1 129。 ^ <一分I正fe向地遠離轉子1之中心移 動此行:、、、更加深了内部低壓區域110，增大了内部高壓 區域111，且增央 _ 參看圖13,二d壓區t113，如圖6中所示。 + w 如述了大柒18處之流體112之效應。圖 ]3局大ί而1 8之_ 一 施例中，㈣18^不=橫截面正視圖。在所示之實 〇 Ο 影彎曲箭頭展示：·=二所述之平坦翼片170。由陰 9。可見，纽^ #向174且由陰料展示轉子半徑 η到中，尖端弦29並非90度或與轉子半徑 疋，、有、6度之切線傾斜度。在苹此實施例中， 當流體112被前铡又隹呆二貝她 112婉過#子1日士 徑向地朝向尖端18引導且當流體 中，尖端：有且:^二2到達尖端18。在某些實施例 , 曰，於防止經過尖端18之流體112逸出轉子 #化尖端損失。尖端18可改變流體112之徑 二將其能量轉移至轉子“負切線傾斜度亦 + 二Ο6 (其方向由箭頭表示），其在旋轉方向 174中▲具有小向量，從而將功率添加至轉子卜 /看圖1圖6、圖7以及圖8，解釋了傾斜度轉子1 之效庀軺子1之垂直傾斜度或傾斜導致轉子1之内部與 外拍[力义化。右如圖7中轉子j下俯，則頂部高壓區 域120形成於轉子1之前方附近的上半頂部的外表面上。 在流體能量轉換器100與可壓縮流體112 一起使用之奋扩 例中，内部低壓區域110在流體退出轉B之後侧時上^ 因為退出㈣m之密度小於周圍外部流體。在該情況 29 200817238 下，頂部高壓區域120之流體〗12朝向轉子丨後方之 低壓區域110加速且增加了流體能量轉換器】⑻可捕獲^ 可用能量。類似地，底部低壓區域122形成於轉子】^广 部以及後_近。在某些實施财，轉子〗下傾^产= 管視應用^定，在正常操作_可使们度至3 ^ ; 傾斜度。 间的 Ο 圖8展示上仰大約20度之轉子1，其在轉子]之頂邻 以及後側上產生頂部低壓區域13Q。頂部低壓區域⑽二 :底：二壓區域132產生昇力，其在某些實施例 1。舉例而言，在某些實施例中，較佳使 1 地輕，且在轉子1隨著轉子1上仰而嫩π P壬旦兄叮月匕 生情況。雖然轉子i上仰大約20度：::：重：時可能產 正常操作期間之傾斜角度可在1 ^至二例中’ 些實施例中，尾翼機械軸64包 3之間受化。在某 對於流體m之流動之所要傾斜曲件63以轉相 中’使用傾斜驅動設備（其類似方Ί广在其他只施例 轉子1之傾斜角产。 、每軏驅動設備）來控制 麥看圖8、圖9以及圖10,解釋Ύ仏 在圖9中，轉子丨在第-方向中偏Ρ轉轉子1之效應。 112在轉子1卿上實質上隨著㈣I；16度，以使得流體 動。在此偏轉定向下，產生昇力^向144之方向中流 產生於轉子1之頂部上。_地，^轉頂部低壓區域140 形成於轉子i之底部，此歸因 偏轉底部高壓區域142 同之方向中移動。以此方式亦產1Q在與流體m不相 生使得轉子1更輕之昇 200817238 力，且在某些實施例中，可藉由使用此昇力機制來將轉子 1變得比空氣更輕。在某些實施例中，尾翼機械軸64包含 尾翼彎曲件63以維持轉子1以相對於流體112之所要定向 偏轉。儘管在此實例中轉子1在第一方向中偏轉16度，但 在其他實施例中，正常操作期間之偏轉角度可在1度至3〇 度之間變化。 〇 增加了流體能量轉換器 仍參看圖8、圖9以及圖10，在圖1〇中，轉子1在相 反方向或第二方向中偏轉。在此偏轉定向下，偏轉頂部高 壓區域150形成於轉子1之頂部且偏轉底部低壓區域152 產生於轉子1之底部。在此情況下，旋轉方向154導致葉 片10之組件相抵於轉子1之頂部處之流體112且實質上隨 著轉子1之底部處的流體112而移動。在流體能量轉換器 】〇〇與可壓縮流體112 —起使用之實施例中，内部低壓區 域11 〇在机脰退出轉子1之後侧時上昇，因為退出流體η2 之岔度小於周圍氣體。在該情況下，偏轉頂部高壓區域15〇 導致風112朝向轉子1後方之内部低壓區域11〇加速，且 1〇〇可捕獲之可用能量。在某些實

角度可在1度至30度之間 應用而定，轉子1之傾斜度 度之間變化。轉子1 ί度f\30度之間變化且偏轉角度可在1度至30 產生偏轉傾斜高壓區域 之傾斜與偏轉之組合在轉子1之頂部 160且在轉子1之下部產生偏轉傾 200817238

Ο 斜低壓區域162。在一實施例中，葉片10形成於左手側定 向，且當自前方觀察時，轉子1之旋轉方向164是順時針 的。在茶片10為右手側日守導致相同壓力差，轉子1下傾， 但偏轉位於第一方向中。在葉片1〇位於左手侧定向中且轉 子1上仰且偏轉位於第一方向中之情況下，轉子丨之頂部 以及底部上之壓力差反向，且在頂部導致低壓，而在轉子 1下部產生高壓。一般而言，當轉子丨傾斜且偏轉以將最 大化可產生之壓力差時，轉子i傾斜角度將小於其僅傾斜 而並不偏轉之情況時，且轉子丨偏轉角度將小於其僅偏轉 而並不傾斜之情況時。 在诸如風力機之某些實施例中，因為轉子1之結構可 經組態以強於通常使用之風捕獲技術之結構，故轉子i可 在比當前技術更高風速下使用。在極高風速中，轉子i可 比正常标作中偏轉或傾斜得更多以減少流人轉子丨中之風 ^吏得流體能量轉換刚仍可在不損壞動力傳動系80以及 奄電機88之情況下操作。 現參看圖丨、圖16A以及圖MB，描述了流體112在 ⑼上以及其周圍之流動。在-實施例中，短臉50經 i = t由以所要形狀以及位置組態短艙輪葉52而在選 ==導流體112。在某些實施例中，短艙輪葉52具 為/^ 之傾斜相反之螺旋線。舉例而言，若葉片10 在i轉子葉52將為右手側以使得引導流體112 所見。短艙輪苹疋 5 2' C方向中流動且旋轉，如圖16 B中 亦可經組態以引導流體112徑向地遠離 200817238 轉子1之中心（如圖_中所見），以此方式增大内部低 I區域110，增大内部高麼區域m以及外部高壓區域 113在某二Λ苑例中，短艙輪葉52之傾斜度小於葉片 之傾斜度，但視應用而定，短驗輪葉52之傾斜度可等於或 •高於葉=10之傾斜度。在某些實施例中，短艙輪葉52之 •數目為葉片10之數目的-半，但短艘輪葉52之數目可多 於或少於葉片10之數目。 q 麥看圖15，在一實施例中，短艙50可包含連續可變 傳動（continuously variabletransmissi〇n，CVT) 89，其玎 置放於齒輪箱82與發電機88之間。在某些實施例中，短 知50之内部可為CVT 89之外殼。在其他實施例中

，CVT 89之外殼（未圖示）剛性地附著至短艙50。CVT 89之輸 可使用钯鍵聯接法、鍵固法、扣件、銷或任何其他適 當方法耦接至高速機械軸86。在一實施例中，CVT 89之 幸刖出立而使用扣件耦接至發電機88，所述扣件被插入通過發 、 包機88之凸緣中之通孔且被擰入CVT 89之輸出端上的螺 J 紋孔。CVT 89在流體112之速度低時藉由增大輸入旋轉速 度且在流體112之速度高時藉由減小輸入旋轉速度來維持 一進入發電機88的恆定輸入速度（即使流體112之速度 •化）。 - 現参看圖1、圖3、圖4a、圖4b、圖4c以及圖13， ^述了葉片1〇之撓曲。在某些實施例中，流體112之速度 义化及/或轉子1之角速度變化可導致前侧區12的傾斜 度、大纟而18處的切線傾斜度以及葉片1〇之後側區22的傾 33 Ο (:: 200817238 斜度的變化。在某些實施例 ⑴之速度及/或轉子！之角速/ ^風力機），隨著流體 是有利的。在某些實施例中，^=匕而改變此等傾斜度 曲以使得此等傾斜度隨著流俨112^ 1〇製造為撓曲或彎 度的增大而減小。可藉由建射=的增大及/或角速 屬、塑膠、複合物或其他適當材=抖(諸如，薄片金 H)之撓曲。可藉由改變材料之厚 某W0來實現葉片 片10的撓曲量。當流❹ 二弦士之長度來控制葉 10表面上（尤其在前側區12處）=大日守，其L增大了葉片 前侧區12表面上之流體112的 t。若前側區12被 22，則前_ 12的傾斜度曰上力向回推向後侧區 後側區22的靖度均可她—切線傾斜度以及 之速度之增大將導致轉子丨之;速二了，流體112 中，角速度之增大將要求 二曰許多應用 ]8的rff減小以維持最佳效率。 時，GiU因=體112之速度之增大而旋轉得更快 是可撓㈣加至尖端表面，且若葉片10 向回切線地推進次Ί咎子1之旋轉方向174相反地 度，其在某4=;::，尖端一傾斜 輪轂34自由 動力傳動㈣畴至後輪轂44，且前 後輪轂44㈣在此等實施例中，前輪穀34將先於 T，從而將其向前牽引，此歸因於後輪轂 200817238 44必/員克服動力傳動系go扭力之阻力的事實。前輪轂34 先於後輪轂44之某些度數之此旋轉通常在流體112速度及 /或角速度增大時增大。前輪轂34相對於後輪轂44之角度 之增大將導致前側區12以及後側區22之傾斜度以及尖端 18處的切線傾斜度減小。 現芩看圖17，描述了流體能量轉換器1〇〇之替代葉片 為簡潔起見，將僅描述葉片1Q與葉片⑽之間的差

Ϊ。葉ΐ 180包含尖端襟翼182，其為葉片18〇之最長半 杈處之葉片180之一部分’其在前過渡件16以及後過渡件 26中之彎曲處折疊’因而尖端襟翼182之切線傾斜度與葉 片亡1〇之尖端18之切線傾斜度相同。在轉子！之旋轉期間， ^月且β112對大纟而襟莫182之面向轉子1之機械軸28的表面 力1端襟翼182之内表面上之此壓力通常隨著轉 靡於2速度的增大而敎。尖端襟翼182可經設計以回 二二體112施加之壓力而撓曲或彎曲。尖端襟翼182 角；：ίΐ態以使得當流體112之壓力回應於轉子1之 增大時’尖端襟翼182之切線傾斜度減小。 翼186。前_置二Γ ΐ包含雨襟翼184以及後襟 、， 』铩異184是尖端襟翼182之前側邻八5 所過渡部分16之部分），日接谢”之刚側#刀（附者至 後側部分後異186是尖端襟翼182之 + A C附者至後過渡部分26之邱八、目女；、+、 切線傾斜度之外， 之心）。除了具有刖述 之軸而偏移之傾斜声，^一 j 2可具有相對於機械轴Μ 傾斜度(其為在機械；28，:為軸傾斜度( — pitch)。軸 之轴與尖端襟翼182之軸之間產

Ο 200817238 力。尖端向轉子1的前側或後側的昇 翼-之前緣比後 襟翼182之正軸傾斜 巧接::卿。尖端 些貫施例t ’尖端襟翼182具有部m更遂。^土某 之速度之增回應於流體⑴ =::=。在某些此~^ '=、，且悲以扭轉以使得尖端襟翼182回岸於 度之增大而移動得更接則豆112速 側區心及後· 22、回㈣=具有扭轉前 小其傾斜度的效應。邮於· 112速度之增大而減 雖然上述實施方式已展示、描述且指出了應用於各種 之本發明之新穎特徵，但應瞭解，在不脫離本發明 之情況下’熟習此技藝者可對所說明之設備或方法 出Q種瘤略、替代以及形式與細節的變化。如將瞭解， 二明可以以下形式體現：其不提供本文所陳述之所有特 =及益處，因為某些特徵可與其他特徵分開 【圖式簡單說明】 戸、仃 圖1為流體能量轉換器之示意圖。 圖2為圖1之流體能量轉換器之部分剖視圖。 圖3為圖1之流體能量轉換器之另一部分剖視圖 36 200817238 圖4A為可與圖1之流體能量轉換器一起使用之葉片 之示意圖。 圖4B為可與圖1之流體能量轉換器一起使用之葉片 之俯視圖。 圖4C為可與圖1之流體能量轉換器一起使用之葉片 之另一示意圖。 圖5A為圖1之流體能量轉換器之葉片之前側區輪廓 的示意圖。 圖5B為圖1之流體能量轉換器之葉片之尖端輪廓的 示意圖。 圖5C為圖1之流體能量轉換器之葉片之後側區輪廓 的示意圖。 圖6為與圖1之流體能量轉換器相關之特定流體動力 學之示意圖。 圖7為圖1之流體能量轉換器之轉子之下俯示意圖。 圖8為圖1之流體能量轉換器之轉子之上仰示意圖。 圖9為圖1之流體能量轉換器之正視圖，其具有在第 一方向中偏轉之轉子。 圖10為圖1之流體能量轉換器之正視圖，其具有在第 二方向中偏轉之轉子。 圖11為圖1之流體能量轉換器之轉子傾斜且偏轉之示 意圖。 圖12為圖1之流體能量轉換器之葉片之輪廓的示意性 橫截面俯視圖。 2〇〇817238 周13為圖l之流體此置轉換器之葉片之輪廓的 灵戴面正視圖。 圖14為圖 .. 圖15為圖1之流 變變連器單元 可 +思Ί王 之流體能置轉換器之轉子之後視圖。 體能量轉換器之剖視圖，其具有連續

D 圖，圖WA為圖丨之流體能量轉換器之短艙之正視部分 ° 其展示短餘對進入流體能量轉換器之流體的影響。 曰码為圖16A之短搶以及短搶對進入圖1之流體能 夏轉換器之流體的影響的示意部分圖。 一圖丨7為可與流體能量轉換器一起使用之替代葉片之 示意圖。 【主要元件符號說明】 1 :轉子 8 ·縱向轴 9:轉子半徑

10 葉片 12 前側區 13 前根部附著件 14 前突出部 15 前孔 16 前過渡部分 17 前曲線 18 尖端 22 後側區 38 200817238 :後根部附著件 :後突出部 :後孔 :後過渡部分 :機械軸 ··尖端弦 :前槽

C 、42 ·輪毅孔 .前輪较 :鼻錐 :前轴承 z後槽 •後輪殺 :後軸承 :短艙 :螺旋狀輪葉 :尾翼 :尾舵 :尾翼彎曲件 :尾翼機械軸 :鉸鏈銷 :尾翼體 :欽鍵 •敍鍵銷孔 200817238 69 :较鍵孔徑 70 :塔臺 72 :塔臺基座 78 :塔臺軸承 . 80 :動力傳動系統 , 82 :齒輪箱 84 :低速機械轴 85 :前聯軸器 〇 86 ·南速機械轴 88 :馬達/發電機 89 :連續可變傳動 100 :流體能量轉換器 110 :内部低壓區域 111 :内部高壓區域 113 :外部高壓區域 112、127、128、129 :流體 {) 120 :頂部高壓區域 122 :底部低壓區域 130 :頂部低壓區域 - 132 :底部高壓區域 _ 140 :偏轉頂部低壓區域 142 :偏轉底部高壓區域 144、154、164、174 :旋轉方向 150 :偏轉頂部高壓區域 40 200817238 152 :偏轉底部低壓區域 160 :偏轉傾斜高壓區域 162 :偏轉傾斜低壓區域 170、172、174 :翼片 176 :昇力 180 :葉片 182 :尖端襟翼 184 :前襟翼 186 :後襟翼 41

Claims (1)

1. 200817238 十、申請專利範圍： 1 ·種用於流體能重轉換器之轉子，包含· 縱向轴； 與所述縱向軸同軸之前可旋轉輪穀； 與所述縱向轴同轴之後可旋轉輪穀； 多個葉片，每一所述葉片包含後端、前端、前側區、 尖端以及後側區； 其中所述葉片圍繞所述縱向軸成角度地排列；以及 其中每一所述葉片在所述前端處附著至所述前輪轂， 且在所述後端處附著至所述後輪轂。 2·如申睛專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換器 之轉子，其中所述流體能量轉換器包含水平軸風力機。 3.如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換器 之轉子，其中所述轉子包含至少三個所述葉片。 4·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換器 之轉子，其中所述前側區包含高於所述後侧區之傾斜度的 傾斜度。 5·如申請專利範圍第丨項所述之用於流體能量轉換器 之轉子’其中所述轉子適於產生高壓區域以及低壓區域。 6·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換器 之轉子’其中所述轉子在所述縱向軸附近產生所述低壓區 域。 7·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換器 之轉子’其中所述轉子在所述葉片尖端之内表面處產生高 42 200817238 塵區域。 8.如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換器 之轉子，其中所述轉子在所述葉片的所述尖端之外表面處 產生所述向壓區域。

   9·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換器 之轉子’其中所述低壓區域在所述葉片之所述前側區附近 開始，且其中在所述低壓區域與周圍壓力之間的差異朝向 所述葉片之所述後侧區增大。 10·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換 為之轉子，其中所述高壓區域在所述葉片之所述前側區附 近開始，且其中所述高壓區域與周圍壓力之間的差異朝向 所述葉片之所述後側區增大。 、口 11.如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換哭 之轉子，其中所述轉子在圍繞所述縱向軸之所述葉片τ、态 述後側區附近的區域與流體接近所述轉子處附近的=所 間產生壓力梯度。 ^ <之 12.如甲請專利範圍第 .....〜叫不ι，只"丨地心用於流體能量轉換 器之轉子，其中流體是氣體，且所述流體在所述尖端附、斤、 :區，广述葉片之所述後側區的根部附近的區域具J 13·如申請專觀圍第5項所述之驗流體能量轉換 器之轉子，其巾所述轉子適於自切所述轉子 _ 的有效直徑捕獲流體。 胃 14·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換 43 200817238 器之轉子，其中流體之流體流不平行於所述縱向軸。 ]5·如申請專利範圍第14項所述之用於流體能量轉換 器之轉子，其中所述流體流之角度介於1度至45度之間， 且其中所述角度之一邊與所述縱向軸重合。 " !6·如申請專利範圍第15項所述之用於流體能量轉換 ' 益之轉子，其中所述角度之頂點位於所述轉子之所述前侧 區之根部的後方。 〇 17·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換 印之轉子，其中流體包含氣體，且所述流體被壓縮抵在所 述葉片的所述尖端之内表面上。 M·如申請專利範圍第5項所述之用於流體能量轉換 為之轉子，其中流體包含氣體，且所述流體被壓縮抵在所 述葉片的所述尖端之外表面上。 叩19·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換 杰之轉子，其中所述流體能量轉換器包含風車。 ) _ 2〇·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換 °。之轉子，其中所述流體能量轉換器包含水輪機。 21·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換 為之轉子，其中所述流體能量轉換器包含水車。 _ 22·如申請專利範圍第1項所述之用於流體能量轉換 為之轉子，其中所述流體能量轉換器包含壓縮機。 23·一種用於流體能量轉換器之轉子，包含： 縱向車由； 與所述縱向軸同轴之前可旋轉輪轂； 44 200817238 與所述縱向轴同轴之後可旋轉輪轂； 多個葉片，每一所述葉片在前端處附著至所述前輪 轂，且在後端處附著至所述後輪轂，所述葉片圍繞所述縱 向軸徑向地定位，且其中所述葉片中的至少一些所述葉片 中的每一者包含前側區、尖端以及後侧區；以及 其中所述尖端與形成所述轉子之半徑之線成介於7〇 度至110度之間的角度而彎曲。 24·—種用於流體能量轉換器之轉子，包含·· 縱向轴； 與所述縱向轴同軸之前可旋轉輪轂； 與所述縱向轴同轴之後可旋轉輪穀； 多個葉片，每一所述葉片在前端處附著至所述前輪 轂，且在後端處附著至所述後輪轂，所述葉片圍繞所述縱 向軸徑向地定位，且其中每一所述葉片具有前侧區、尖端 以及後側區；以及 其中所述尖端之橫截面之弦相對於所述轉子之半經之 切線成角度。 25·如申請專利範圍第24項所述之用於流體能量轉換 器之轉子，其中所述尖端的所述弦之角度是負的。 26·如申請專利範圍第25項所述之用於流體能量轉換 器之轉子，其中所述尖端的所述弦之角度介於-1度與_15 度之間。 27·如申請專利範圍第24項所述之用於流體能量轉換 器之轉子，其中所述尖端的所述弦之角度適於隨所述轉子 45 200817238 之角速度之變化而變化。 28.如申請專利範圍第27項所述之用於流體能量轉換 器之轉子，其中所述尖端的所述弦之角度隨述轉孑之 所述角速度增大而接近零。 口口 29.如申請專利範圍第27項所述之用*流體能量轉換 器之轉子，其中所述葉片適於彎曲以產生所述尖端的所述 弦之角度之變化。 Ο 3〇·如巾請專利範圍第29項所述之用於流體能量轉換 =之丰：子，其中所述葉片之彎曲隨著所述轉子之所述角速 度之增大而增大。 3=申請專利範圍第24項所述之用於流體能量轉換 二!：:、其中所述轉子適於產生影響所述轉子之内部之 縱：‘ “力’所述離心力導致所述流體徑向地遠離所述 ^向軸而移動。 哭 如申W專利㈣第Μ項所述之用於流體能量轉換 S t，其中所述轉子經組態以使得在所述轉子下傾時 、斤述輅子之頂部形成高壓區域。 哭如申1^專彻圍第Μ項所述之驗流體能量轉換 ^子八中低壓區域產生於所述轉子之底部。 哭Μ·如申明專利範圍S 24 貝所述之用於流體能量轉換 之轉子’其中所逑轉子麵態以使得在所述轉子上 ;所逑轉子之底部形成高墨區域。 哭之^5·如申:專利範圍第34項所述之用於流體能量轉換 I子，其中所述轉子經組態以使得低壓區域形成於所 46 述轉子之頂部。 口口 36.如申請專利範圍帛 盗之轉子，其中所述轉子纟_項所述之用於流體能量轉換 向中之偏轉導致高壓區域=絚態以使得所述轉子在第一方 V.如申請專利範圍二》成於所述轉子之底部。 器之轉子，其中所述转6項所述之用於流體能量轉換 低壓區域。 ^ '、生組態以在所述轉子之頂部產生

   38.如申請專利範圍 器之轉子，其中所述_ ，所述之用於流體能量轉換 述轉子之頂部產生高^ '、二組恕以使得偏轉所述轉子在所 : 1座域。 口口 · ^申凊專利範圍第38馆ό、、 态之轉子，其中所述 〜'斤述之用於流體能量轉換 低壓區域。 ^ !組態以在所述轉子之底部產生

   器之轉子，其中所、第24項所述之用於流體能量轉換 子導致高魏_2子、mx使得偏轉且下傾所述轉 化如申請專利=述:子之頂部。 器之轉子，其巾_述之祕越能量轉換 低壓區域。 、^子經組悲以在所述轉子之底部產生 器之轉子，^巾，15第24項所述之用於流體能量轉換 子導致高壓區物i轉子經組1^使得偏轉且上仰所述轉 43如申社 成於所述轉子之底部。 器之轉子，利耗園第42項所述之用於流體能量轉換 ’、斤述轉子經組態以使得在所述轉子之底部 47 200817238 產生低壓區域。 =申請專利範圍第30項所述之用於流體能 為之輅子’其中所述茱片之内表面上之邊界層 車:換 心力所作用於之流體的影響。 厅述皤 45^申請專利範圍第44項所述之用於流體能 為之U ’其倾述邊界層產生小於由麵 :換 Ο U 尖端附近未產生高壓區域之所邊岸斤迷 之阻力的阻力。 心和^遠界層產生 46.如申請專利範圍第2 器之轉子，：ϋ中所述韩早At 、〈用方、飢肢此夏轉換 述葉片的所述尖端之it㈣使得高壓區域形成於所 端之所述外表且其中所述葉片的所述尖 4帅青專利範圍第壓區:的，。 器之轉子，JL中所、f、息w 、 t之用於流體能量轉換 尖端附近未產生所5壓由在所述葉片的所述 產生之阻力的阻力。 °。2斤述轉子上之相應邊界層 48·-種流體能量轉換器，包含： 縱向轴；以及 ‘ 圍繞所述縱向軸同轴 轉子包含多個葉片，每—所、也：車广子，其中所述可旋轉 後側區；以及 、茱包含釗侧區、尖端以及 其中所述尖端之弦垂直於产 49-種流體能量轉換器，H矛夕動方向。 縱向轴， 48 200817238 與所述縱向軸同軸之可旋轉前輪轂； 與所述縱向軸同軸之可旋轉後輪轂； 與所述縱向轴重合之機械軸；以及 圍繞所述縱向軸同軸之多個葉片，所述葉片包含： 在根部處附著至所述前輪穀之前侧區； - 在根部處附著至所述後輪轂之後侧區； 界定轉子之最大直徑之尖端；以及 〇 其中所述前侧區自所述根部至所述尖端之輪产 成凹曲線。 号夕 5〇·如申請專利範圍第49項所述之流體能量轉換器， 其中所述前侧區之弦以及所述後侧區之弦不平行。、， 51·如申請專利範圍第50項所述之流體能量轉換器， 其中所述後側區之弦之傾斜度實質上等於所述前侧區:弦 的傾斜度減去所述後侧區的迎角。 52·如申請專利範圍第51項所述之流體能量轉換器， 其中所述前侧區以及所述後侧區之弦平行。 "" 53·如申請專利範圍第49項所述之流體能量轉換器， 更包含圍繞所述縱向轴同轴地定位之短艙，其中所述短驗 位於所述轉子之内部區域中。 54·如申請專利範圍第53項所述之流體能量轉換器， 其中所述短艙容納馬達/發電機。 55.如申請專利範圍第54項所述之流體能量轉換器， 其中若所述流體能量轉換器將旋轉機械能轉換為流體中之 動能，則所述馬達/發電機包含馬達。 49 200817238 56. 如申μ專利範圍第54項所述之流體能量轉換器， 其中若所述流體能量轉換器將流體中之動能轉換為旋^ 械能，則所述馬達/發電機包含發電機。 57. 如申請專·圍第53項所述之流體能量轉換哭， 更包含附著至所述短艙之螺旋狀輪葉。 °° 58. 如申請專利範圍第57項所述之流體能量轉換器， 其中所述螺旋狀輪葉經組態以改變流體之方向。°。 Ο 59. 如申請專利範圍第57項所述之流體能量轉換哭， 辑中流體、㈣導以在與可旋轉的所述轉子相同之方向^旋 60. 如申請專利範圍第57 辦 其中=在二：5;，轉子相 述多個葉片以及所述轉子、所述機·、所 62·如申請專利筋圊筮 其中所述短艙位於所述之流魏量轉換器， 63·如申請專利||圍坌 更包含定位於項所述之流體能量轉換器， 的連續可變傳動機構。^肖所述馬達/發電機之間 64·如申請專利範 更包含^位於所姐 項所述之流體能量轉換器， 可旋轉的所述轉子維;所述尾翼經級態以將 申4心_64項所述之流體能量轉換器， 50 200817238 其中所述尾翼包含用於以所要角度將 斜及/或偏轉入所述流體中的彎曲件。σ釦轉的所述轉子傾 66·一種流體能量轉換器的轉子，勺- 槪红· 匕含·· 與所述縱向軸同軸之可旋轉前輪觀· 與所述縱向軸同轴之可旋轉後輪^ 與所述縱向轴同軸之機械軸；以2 ’ Ο 固、ά尸/Τ逐敗问罕田叫孕由之至少三個葉片 前側區’所述前侧區在根—部處附著; 後側區，所述後側區在根部處附著至所 尖端’ 形成所述轉/之最Α 直徑；以及 凸曲線 其中所述尖端自接合根部至所述尖端之輪廊形成 67·如申請專利範圍第66項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中所述流體能量轉換器包含水平軸風力機。 68·如申請專利範圍第66項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中所述流體能量轉換器是水平軸風車。 69·如申請專利範圍第66項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中所述葉片由具有實質上均勻厚度之材料製造。 70. 如申請專利範圍第69項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中戶斤述葉片由薄片金屬製造。 71. 如申讀專利範圍第69項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中戶斤述葉片之橫截面輪廊包含平坦輪廓。 51 200817238 72·如申請專利範圍第69項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中所述葉片之橫截面輪廓包含彎曲輪廓。 73·如申請專利範圍第66項所述之流體能量轉換器的 轉子，其中所述轉子之内部區域中之流體在與所述轉子之 旋轉方向相反的方向中旋轉。 74.—種轉子葉片，包含： 前侧區； 頂點； 後侧區；以及 其中所述前侧區、所述頂點以及所述後侧區經組態以 形成大體上抛物線之形狀。 75·如申請專利範圍第74項所述之轉子葉片，其中所 述前侧區、所述頂點以及所述後側區中的每一者之翼片輪 廓相對於彼此不同。 76.如申請專利範圍第75項所述之轉子葉片，其中所 述削側區包含前根部區，其中所述後側區包含後根部區， 且其中所述前根部區以及所述後根部區經組態以用於附著 至流體能量轉換器之組件。 77·—種轉子，包含多個如申請專利範圍第74項中所 述之轉子葉片。 78·—種轉子葉片，包含： 前側區； 尖端襟翼；以及 後側區。 52 200817238 79.如申請專利範圍第78項所述之轉子葉片，其中所 述尖端襟翼包含前襟翼以及後襟翼。

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