在现实中，有很多采用非平板式叶片的风轮，在不需要风罩的时候也可以一定的速度旋转。例如，如图8-3所示为比较典型常见阻力差型风力机。这种利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机称为阻力差型垂直轴风力机。在顺风面采用凹形受风面，具有聚风作用，对风阻力较大；在逆风面，为凸形受风面，对风阻力较小。正是这种对风的阻力之差驱动了风轮旋转。
设叶片叶尖的线速度为v，风的速度为v1，叶片表面积为A，则风作用于叶片凹形面的阻力为
逆风阻力为
式中 CT1、CT2——叶片顺风凹面和逆风凸面的阻力系数。假定这两个系数为常数时，则可得到风杯式风轮的输出功率，即
则风能利用系数为
与平板式垂直轴风轮类似，当
=0时，CP取最大值。通过计算求得，当
可取得最大风能利用系数。
阻力差型风轮也属于阻力型风轮，其叶片在空气阻力的推动下旋转，且最佳叶尖速比位于0～1范围之内。通过分析式（8-8）可以发现，为了使阻力差型风轮获得最大功率，可以利用增大叶片的顺风阻力系数或者减少逆风阻力系数。通常典型的结构，如半球形叶片的CT1达1.33，而其CT2为0.34；半圆柱形叶片的CT1达2.3，而其CT2为1.2。
在旋转过程中，叶片在顺风和逆风所受的阻力不同，为了减少叶片在逆风时所受的阻力，可以在逆风叶片前设置可随风向调节的屏障。屏障依靠尾舵始终保持在逆风叶片的上游，从而保证逆风叶片受屏障保护而不受风的作用力。
典型的阻力差型垂直轴风轮为S形结构的Savonius风轮，其结构由芬兰人Sigurt Savonius于1924年发明，故此风轮也被称为Savonius风轮，简称S型风轮。
S型风轮由中心轴线错开的两个圆形叶片组成，如图8-4所示。两个半圆形叶片之间错开一定间距，称为叶片偏心距。叶片偏心结构使得风轮迎风叶片与顺风叶片之间形成了一个空气流通道。在叶片的引导下，经顺风凹面做功的部分气流通过该空气流通道，进入逆风叶片的背风侧，对凸面迎风叶片产生一个与风向相反的作用力，降低了逆风叶片克服空气阻力而消耗的有效功。
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图8-4 S型垂直轴风轮
实践证明，有偏心距的S型风轮的风能利用系数比无偏心距的要高。但是偏心距的大小决定了夹道内空气流通截面的大小。偏心距过大，气流短路，在顺风凹面未做功就进入逆风凸面的背风侧，使得顺风凹面的做功能力大大减小；相反，偏心距太小，因边界层效应，气流受阻，无法有效进入逆风凸面的背风侧，风轮的风能利用系数也较小。
当S型风轮具有偏心距时，其风能利用系数可表示为
式中 A——风轮的扫风面积；
h——风轮高度；
d——风轮半圆形叶片的直径；
e——S型风轮的偏心距；
D——风轮的旋转直径。
加拿大学者Newman和Lek Ah Chai对S型风轮进行过大量实验研究，并对不同偏心距的S型风轮的性能进行了比较，并给出了起动时风轮的转矩系数与此时风轮叶片相对于风向位置间的关系曲线，以及风轮风能利用系数和叶尖速比的关系。试验风轮的叶片高度为0.38m，直径为0.15m，偏心距分别取为0、2.54cm、3.81cm、5.08cm和6.35cm。偏心距与叶片半圆直径的比值为偏心系数。结果表明当偏心距为2.54cm，即偏心系数为0.1667时风轮的性能最好。试验还证明，5种风轮达到最佳风能利用系数时的叶尖速比值为0.9～1。
在起动时，当叶片与风向处于不同的角度，S型风轮有不同的起动性能。风轮叶片旋转一周与风向成不同的角度时，具有不同的静力矩。风轮起动前，叶片与风向的相对位置处于负转矩的区域时，风轮无法自行起动。为了改善此性能，可以采取如图8-5所示的两级S型风轮，或者螺旋形结构。
图8-5 两级设置的S型风轮
图8-6 不同形式的达里厄风轮
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