本發明涉及一種風力發電機，其包括能圍繞水平的或近似水平的軸線轉動地支承的用于將風的流動能量轉化為旋轉能量的風輪，該風輪帶有一個或多個葉片或其他的導風面，該風力發電機還包括至少一個聯接在風輪的輪轂或軸上的發電機，其用于將旋轉能量轉化為電能。

背景技術：

為了對迄今的能源載體進行補充和減負，在所謂的能源轉型方面也強化了對可再生能源的利用，尤其是風能。

然而，在很多地區風吹得非常不規則，并且即使在多風的時期也常常要克服無風或息風的階段。此外在弱風時期經常會無法使風力機組的龐大的轉子開動，從而風力機組一般只有在較高的風速下才能提供能量。

技術實現要素：

由所描述的現有技術的缺點引起了推動本發明的問題，即，以如下方式構造一種風力發電機，即，使流入的相對風速是盡可能大的或者其可以使得流入的相對風速盡可能大。

該問題的解決方案通過以下方式實現，即，風輪連同輪轂和轉子軸以及聯接在轉子軸上的能轉動運動的并且能圍繞同一轉動軸線旋轉的零件的重心能平移或近似平移地運動。被視為平移運動的尤其是被這種支承或引導所允許的運動，其中，相關的零件至少能局部沿水平或近似水平的方向運動，尤其是沿風輪的轉動軸的方向運動。換而言之，平移運動的軌跡可以沿著曲線延伸并且并不一定是直線延展的。由于這樣的運動自由度，一方面存在能夠直接回避強風并且由此能減低相對流動速度的可能性。而在另一方面，則可以——例如在這種大風消退之后——通過風輪的復位運動再次提高相對流動速度并且由此提升能量產出。在此利用了如下可能性，即，風輪能夠被平移地驅動，以便虛擬地提高風的流入速度。在為此利用盡可能適宜地提供的驅動能量時，由此甚至可以在微小的或者沒有風流動時產生電能。在此，作為初始能量考慮了其他的流動能量，例如河流中的水流動(水力)或者海邊的水流動(潮汐力)或者豎直的空氣流動(對流能)，在必要時通過電能或其他的化石能源載體例如出于啟動的目的進行輔助。然而如以下將說明的那樣，還能想到針對根據本發明的平移運動使用風能作為初始能量。

證明適宜的是，風力發電機的平移運動以平行于基座的面引導的方式進行，尤其是以平行于優選水平的平面引導的方式進行。因為風幾乎總是主要水平地吹，所以可以保證主要的風方向和平移運動處在同一平面內，例如大約處在水平平面內。

此外，風輪或風輪零件的風阻可以是能調節的，尤其是以能改變一個或多個葉片或其他的導風面的迎角的方式，或者以風輪能相對于流入方向樞轉的方式，或者以優選流線型的外罩能樞轉到風輪前的方式。由此，可以控制風能到旋轉能量的轉化。在此，示例性地列舉的用于對風阻施加影響的措施不同地影響轉化率：

如果葉片或其他的導風面調整得與風向更呈橫向，那么風阻以及由風能到旋轉能量的轉化率提高；如果葉片或導風面調整得與風向更加平行，那么風阻以及由風能到旋轉能量的轉化率降低。

如果風輪的轉動軸線相對風向盡可能陡地安置——在理想情況下與之反平行——，那么風阻以及由風能到旋轉能量的轉化率提高；如果風輪由風轉動，即風向與風輪的轉動軸線之間的中間角提高，那么風阻以及同時由風能到旋轉能量的轉化率降低。

最后，如果流線型的外罩樞轉到風輪前，那么一方面提高風阻，而另一方面能量產出降低，即由風能到旋轉能量的轉化率降低。

如能看出的那樣，視措施而定地，風阻與能量產出之間的改變關系可以是順應的，也就是說，在風阻提升時能量產出也提升；但是也可以是悖逆的，也就是說，在風阻提升時能量產出降低。

本發明例如可以以如下方式實現，即，風力發電機尤其是借助底側的輪移動式地構造。因此存在如下可能性，即，風輪能按需運動并且因此產生相對于周邊空氣的速度，這使得轉子可以(啟動)運轉并且產生電流。

證明適宜的是，風力發電機布置在車輛的廂體上。車輛在此可以是優選機動的公路車輛或軌道車輛。

本發明可以按如下方式改進，即，車輛可以在軌道上行進。在此情況下，沿軌道方向的平移運動是可行的，而與之橫向的其他運動是不可行的。

此外，與本發明的教導相應的是，軌道以圓形鋪設。由此，在其上引導的車輛或行進機構可以沿兩個方向無限長地行進。

在本發明的范疇中，軌道布置在塔架或者其他的高聳的建筑上。由此，風輪相對于周圍地形處在較高的水平上，在那里自然存在較高的風速，從而能實現能量產出的提升。

風力發電機和/或其風輪在轉動運動方面不應該與其中一個底側的輪關聯。換而言之，風輪的旋轉能量不應該或者沒有直接地傳遞到底側的輪上，這是因為在此情況下將會降低布置的效率。

本發明可以按如下方式改進，即，吊艙能夠偏心地圍繞豎直的樞轉軸線轉動或樞轉地支承。在這種在地面上方引導的吊艙的情況下，沿著圓的圓周鋪設的軌道通過圍繞豎直的樞轉軸線的中央支承部替代。

本發明推薦的是，吊艙能夠偏心地圍繞豎直的樞轉軸線以圓形樞轉地支承，其中，風輪的轉動軸線大致與由吊艙劃出的圓形相切地定向。在此情況下存在流入的風能和由其轉化得出的旋轉能量之間的最大的關聯。

優選的是，車輛或行進機構或吊艙設有或聯接有用于其平移驅動的裝置，尤其是設有馬達。至馬達的或來自馬達的能主動影響的功率流提供了如下可能性，即，相應于特定要求地控制或甚至調節平移運動。

驅動裝置可以構造為內燃機或者電動機，或者構造為能圍繞豎直軸線轉動地支承的螺旋槳，其由優選向上指向的對流流驅動。馬達的類型視所使用的初始能量的類型而定。馬達的聯接可以以不同的方式實現，以便使風能機組處于平移運動。一方面，可以由其直接驅動車輛或行進機構的底側的輪，由此間接地導出其平移運動。或者馬達與車輛或行進機構的底盤連接或聯接，以便對其繼續引導。在此，一方面想到的是弓形件或懸臂，其將布置在中央的馬達與能沿著環繞的外圍行進的車輛或行進機構連接；另一方面，馬達與車輛或行進機構之間的聯接還可以通過牽引器件實現，例如通過沿著車輛或行進機構的路線延伸的繩索實現。

另外的優點以如下方式得出，即，用于驅動行進機構或車輛或吊艙的裝置(尤其是馬達)的重心的投影處在由車輛或行進機構或吊艙在車輛或行進機構或吊艙運動時劃出的圓的內部，優選處在其中心點上或中心點附近。在此，馬達可以布置在車輛或行進機構的廂體上；然而優選地，在這種布置的情況下馬達靜態地布置，也就是說不隨車輛一起運動，而是僅與之聯接。由于其居中的位置，馬達不必跟隨車輛或行進機構或吊艙，而是通過牽引器件、推進器件或樞轉器件與車輛或行進機構或吊艙聯接。

優選的布置的特征在于，用于驅動車輛的裝置(尤其是馬達)的重心在引導車輛的基座上的投影處在由底側的輪在基座上的豎立區域撐開的四邊形之外，這例如可以通過以下方式實現，即，驅動器件不處在車輛的廂體上，而是處在外部地點。

另一方面，風輪或風力發電機的重心在引導車輛的基座上的投影處在由底側的輪在基座上的豎立區域撐開的四邊形以內。換而言之，風輪支承在車輛或行進機構的廂體上，其中，出于最大的穩定性的原因力求的是對稱的重量分配，其中，風輪或整個風力發電機盡可能居中地處在車輛或行進機構上。

根據本發明的風輪不應該布置在風道中或由導風板圍繞以便能夠在風輪的每個定向中始終捕獲流入的空氣的最大值。此外，風道或類似裝置在風斜著流入的情況下可能提供增加的風侵襲面，這帶來了不穩定的風險。

風輪的直徑應當大于車輛或行進機構的最大寬度，尤其是大于在車輛或行進機構的不同側上的車輛或行進機構的兩個底側的輪之間的側向間距。由此可以捕獲風能的最大值并且轉化為旋轉能量。

在引導裝置上——也就是在軌道上或在豎直的樞轉軸線上——可以同時引導多個行進機構或吊艙。據此，機組的效率可以進一步提升，這是因為能量產出通常大致與風輪或風力發電機的數量成比例。

本發明進一步設置的是，在同一引導裝置上引導的多個行進機構或吊艙彼此連接或聯接，以便實施同步運動。這種連接一方面帶來運動的同步性，即僅是相位偏移，而另一方面提供了如下的可能性，即，能夠在不同的行進機構或吊艙之間傳遞力，尤其是用于根據本發明的平移運動的驅動力。

多個行進機構或吊艙上的風輪的被風流入的那些側可以沿與連接器件的相同的運動方向相應的局部方向指向。換而言之，它們例如相應地處在沿運動方向看的前側。在圓形引導的情況下——也就是以圓形鋪設軌道或以居中的樞轉軸線的情況下，相關的風輪例如分別沿順時針方向靠前地布置，或者備選于此地分別沿順時針方向靠后地布置。在息風時的共同環繞的情況下，所有風輪經受大致相同的流入；而在風流動時，在兩個風輪中始終有一個被風驅動，而另一個則同時被制動。

另一方面也存在一種布置，其中，多個行進機構或吊艙上的風輪的被風流入的那些側沿與連接器件的相反的運動方向相應的局部方向指向。于是存在如下環繞位置，在其中，兩個風輪朝向風的流入的空氣，也就是說由其帶入旋轉中。

本發明可以按如下方式改進，即，風輪的葉片能圍繞其縱軸線調節，以便能夠匹配于流入的空氣的不同的相對速度。在風輪沿著彎曲的曲線平移運動并且因此空氣的相對流入速度發生改變時，這種功能尤其是在風中是有利的。

在風輪的葉片能連續地調節時，也就是以任意的不受限制的迎角調節時，則也可以實現與相對轉動方向相對于流入的空氣的反轉的匹配。

當多個風輪在運動上彼此聯接，并且為了力傳遞而相互連接時，那么可以實施如下的調節，即，該調節使多個(優選兩個)相互連接的風輪始終朝著風取向，其方式為，沿相應的流入方向靠前的風輪的葉片的迎角相應按如下方式調節，即，使得該風輪的風阻提高，也就是說被流入的風向回推。因為針對翼片的迎角的調節僅需要最小的能量，所以可以以這種途徑改進機組的效率；用于給風輪取向的實際的能量由風本身提供。

根據本發明的風能機組優選包括用于將獲得的電能作為電流饋送至電網、尤其是饋送至交流電網或三相電網的裝置。為了傳遞較大的功率，在此不可避免的是通過電纜，在交流電饋送的情況下至少通過雙芯電纜，或者在三相電饋送的情況下通過至少一條三芯電纜將根據本發明的風能機組與電網連接。在環繞的布置中可能必要的是，通過匯流環將電流從風力發電機運輸至地點固定的聯接電纜。

在中歐地區，公共的三相電網和交流電網作為電網的一部分以50Hz的頻率運行，在其他國家如北美則以60Hz運行。因而在每種情況下都需要用于將待饋送的電流與交流電網或三相電網中的電壓的頻率同步的裝置。通常為此，在風力發電機中產生的電流由逆變器或轉換器轉換到相關的頻率，并且然后相對電網的電壓移送至電網中。通常為此，掃描電網電壓并由此計算出電流的期望的相位，并且然后還計算出電流的振幅，然后相應地控制逆變器或轉換器，這通過電流閥的適當的定時進行。

根據本發明還可以設置的是，在風輪與配屬于風輪的發電機之間布置有自由輪，從而在逆向強風的情況下雖然存在風輪的制動，但是發電機可以憑借自由輪幾乎不受制動地繼續旋轉。在此情況下，旋轉的發電機沒有由于逆向強風而抽走能量，由此進一步優化了效率。

此外，在風輪處(優選在其上游或下游)可以設置有用于使逆向強風或其余的對于風輪的正常轉動方向不利的空氣流動發生轉向的裝置。例如，環繞的風輪在其返回期間可以被風從后方流入，而不是像平常那樣從前方流入。這種相反的流入方向會使風輪制動，并且因此應當在風輪的返回期間避免這種不常見的風流入。這可以通過使該流動轉向來進行。

最后，與本發明的教導相應的是，用于使逆向強風或其余的對于風輪的正常轉動方向不利的空氣流動發生轉向的裝置構造為層片狀的帷幕，其層片在空氣的正常流入方向的情況下打開，在空氣的相反的流入方向的情況下則關閉。

在此可以想到的是多個彼此平行的層片，其分別帶有水平的縱軸線。它們分別以能圍繞其縱棱邊樞轉的方式支承，尤其是以圍繞相應的上縱棱邊的方式，例如以側向支承的方式支承。在通常的流動狀況下，層片被風控制在大致水平的位置，從而層片之間的中間空間是自由的并且風可以近似不受阻礙地流至風輪，以便沿通常的轉動方向驅動風輪。而在“不常見的”流動狀況下，層片則下落到大致豎直的平面中，但是由于在那里的止擋元件而不能夠進一步樞轉，而是保持在該平面中并且因此共同地封閉整個流入區域，也就是使風輪避免了不利的風。風輪因此沒有被制動。此外，風的現在負載在層片上的背壓可以用作平移驅動，直到相關的風輪如此地平移加速式地再次到達帶有通常的風狀況的區域，并且然后由此可以獲取旋轉能量，其最后被轉化為電能。

附圖說明

基于本發明的其他特征、細節、優點和作用由對本發明的優選實施方式的以下說明以及結合附圖得出。其中：

圖1示出帶有能在軌道上移行的風輪和風力發電機的風力機組；

圖2示出帶有兩個能在軌道上移行的風輪連同各一個風力發電機的另一風力機組，其中，實現了相對風的方位取向的自動調節；

圖3示出帶有兩個能在軌道上移行的風輪連同各一個風力發電機的又一變型的風力機組，其中，風輪設有可變的流動障礙件，以便避免相關的風輪的不利的流動狀況。

具體實施方式

根據本發明的根據圖1的移動風力機組1包括帶有用于風輪4的支架3的行進機構2以及例如通過傳動機構聯接在其上的發電機5。

輪6以能在軌道7上移行的輪緣支承在行進機構2上。由此，風力機組1可以沿著軌道7移行。

例如通過與行進機構聯接的馬達或者經由與居中地布置在軌道圈內的馬達8聯接的懸臂9可以設置用于行進機構2的驅動器。

此外存在以下可能性，即，替代馬達8地還設置有另一種驅動器，例如帶有豎直軸線的對流輪，從而可以使上升的經加熱的空氣用作驅動能量，以便尤其是在空氣流很小或者沒有空氣流的情況下提高流入速度。

本發明的優點在于，風輪4連同行進機構2在風過強的情況下可以沿著軌道7撤回，從而虛擬地降低流入速度。在風速減小時，行進機構2連同風輪4則又可以向前行進，由此虛擬地提升流入速度。因此可以在整體上實現相對恒定的虛擬流入速度。

在附圖中，風輪4與行進機構2偏心地布置，也就是說不在其重心上。然而，這在另一種布置的范疇中可以相應地修改，尤其是按以下方式修改，即，由行進機構2、支架3、風輪4和發電機5組成的整體設施的重心大致處在由四個輪6撐開的面的中心，從而最小化了傾覆的風險。

還可以按如下方式抵抗行進機構2連同其結構的傾覆，即，軌道7不僅具有上滾道，而且具有由適當地引導的輪6從下方作用的下滾道。

在圖2中能看到根據圖1的布置的改進方案。在此，相應地設置有兩個行進機構2a、2b，它們承載各一個風輪4a、4b以及各一個發電機5a、5b。該布置相對于正好在兩個行進機構2a、2b之間延伸穿過的對稱軸線10鏡像對稱。

于是在風向平行于對稱軸線10時，得到風的最佳的流入。于是流動狀況也以良好近似的方式彼此對稱，并且因此，作用到兩個風輪4a、4b上的力也以良好近似的方式彼此對稱。因此這些力保持平衡。

因為兩個行進機構2a、2b通過懸臂9a、9b彼此剛性地連接，所以它們始終沿著軌道圈7占據在直徑上關于其中心點彼此對置的位置，中央的馬達8處在該中心點處。

由行進機構2a、2b和懸臂9a、9b組成的整體設施是本身剛性的并且因此可以總是圍繞中央軸線往復振蕩，其中，兩個行進機構2a、2b沿著軌道7行進。這種特性可以用于兩個風輪4a、4b在考慮到流入的風流動或空氣流動的情況下的自動取向。

這此外可以通過以下方式完成，即，將處在相對風相應靠前的行進機構2a、2b上的風輪4a、4b的葉片的迎角調整得更平，也就是說調整到橫向于當前的風向的平面中。由此擴大了風輪4a、4b的暴露在風中的面積，并且產生了轉矩，其將相關的風輪4a、4b再次向后壓，而其中另一風輪4b、4a沿著圓形軌7再次向前行進。為之所需的力或驅動能量由風提供。

在其他方面，將風輪4a、4b增加一倍或多倍自然導致功率轉換的相應提升。

在根據圖2的風力機組1’中，整體設施大部分處在平衡狀態中并且因此始終實施僅很小的補償運動時，風力機組1”針對帶有轉速D的環繞運行進行了優化，尤其是即使在流入的風W的情況下。

也就是說，在由風輪4a、4b、行進機構2a、2b和懸臂9a、9b組成的整體設施圍繞軌道圈7的中心點旋轉時，兩個風輪4a、4b始終有一個朝向風W，而另一個在同一時間點則恰好與之背對，也就是說風從后面流入，這會對該風輪4a、4b的旋轉進行制動。

這種不利的效應例如可以通過以下方式避免，即，分別在風輪4a、4b與所屬的發電機6a、6b之間布置各一個自由輪，其僅沿常見的轉動方向傳遞驅動轉矩，而不傳遞制動轉矩。

為了避免風輪4a、4b的制動，還可以在每個行進機構2a、2b的區域中設置各一個層片狀的帷幕11a、11b，其非常靠近地設置在風輪4a、4b后方。

層片狀的帷幕11a、11b按如下方式創建，即，從前方流入到相關的風輪4a、4b上的風可以使可圍繞其縱棱邊(優選圍繞其上方的縱棱邊)樞轉的層片向后偏轉，也就是說沿風向W偏轉。也就是說，層片從共同的平面中樞轉出來，并且彼此平行，其中，在相鄰的層片之間產生大的中間空間，其可以近似無阻礙地讓風通過。

然而，如果風向W是相反的，那么通過止擋元件防止層片沿另一方向的相應的樞轉離開。即，層片保持在共同的平面中，層片帷幕保持關閉，風無法穿過并到達相關的風輪4a、4b，并且也沒有對風輪進行制動。

同時，風W的在關閉的層片帷幕上負載的背壓提供了將由行進機構2a、2b、風輪4a、4b和發電機6a、6b組成的整體設施沿環繞方向驅動的轉矩，其迎著風驅動相應靠前的風輪4a、4b，從而在圖3中示出的位置中最大地產生了虛擬流量S，其通過

S＝W+D*2πR

得出，其中，R代表風輪4a、4b與軌道圈7的中心點12的平均距離。

當相加數D*2πR在此與相關的行進機構2a、2b的相應位置無關地近似保持恒定時，相加數W的影響取決于相關的風輪4a、4b的瞬時位置，例如根據正弦和余弦函數，從而流入量例如按以下方式得出：

S＝W*sinα+D*2πR,

其中，α是相對于對稱軸線10的背向風W的邊上的原點的轉角。

上述自由輪以及以上概述的層片帷幕11a、11b在此防止了制動作用，尤其是在因子sinα小于零的情況下。因此，在該情況下總是適用的是：

S>D*2πR,

這是因為W*sinα是小于零的值。在此，在圖3中處在對稱線10正左邊的層片帷幕11a相應提供驅動轉矩D，層片帷幕是關閉的并且截住流入的空氣，并且通過懸臂9a、9b分配到兩個風輪4a、4b上。

這種更高的虛擬流量S導致風輪4a、4b的更高的轉速，并且由此此外導致機組易于啟動。

在另一備選實施方式中，風力機組1可以小型化地構造，并且布置在適合在公路上行駛的車輛的廂體上，從而該車輛可以例如在制動過程期間由其運動能量產生電流。為此優選地，這種風力機組布置在車身內，例如布置在引擎蓋下方，并且一旦有多余的運動能量可用，例如在制動過程期間或者在下坡行駛期間，就可以按需要接通。為了此目的，可以將風輪隱藏在流線型的外罩后，流線型的外罩可以按需要打開，而在加速過程期間相反地關閉以免產生風阻。

附圖標記列表

1 風力機組

2 行進機構

3 支架

4 風輪

5 發電機

6 輪

7 軌道

8 馬達

9 懸臂

10 對稱軸線

11 層片帷幕

12 中心點