Gebiet der ErfindungField of the invention
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Windgeneratoren, die außerdem
als Windturbinen bezeichnet werden, und insbesondere auf Windgeneratoren
mit vertikaler Achse.The
The present invention relates to wind generators which also
be referred to as wind turbines, and in particular to wind generators
with vertical axis.
Hintergrundbackground
Die
Erfinder haben früher in der internationalen Patentanmeldung PCT/IB2008/003521 ,
eingereicht am 17. Dezember 2008, deren vollständige Inhalte
durch Literaturhinweise hier eingefügt sind, eine wellenlose
Windturbine mit vertikaler Achse vorgeschlagen, bei der der Rotor
eine vollständig versteifte röhrenförmige
Karussellstruktur umfasst, die um einen stationären vertikalen
hohlen Kern drehbar unterstützt ist. An den distalen Enden
der Rotorarme befinden sich tragflächenförmige
Rotorblätter. Die durch die Luftströmung über
die Rotorblätter erzeugten aerodynamischen Kräfte
verursachen, dass sich das Karussell um den Kern dreht.The inventors have earlier in the International Patent Application PCT / IB2008 / 003521 , filed on Dec. 17, 2008, the entire contents of which are incorporated herein by reference, has proposed a vertical axis shaftless wind turbine in which the rotor comprises a fully stiffened tubular carousel structure rotatably supported about a stationary vertical hollow core. At the distal ends of the rotor arms are wing-shaped rotor blades. The aerodynamic forces generated by the air flow over the rotor blades cause the carousel to spin around the core.
Die
Rotorarme können entweder Verankerungsstreben-Rotorarme
(durch Zugband verankerte Rotorarme), die sich von dem Karussell
radial erstrecken, oder ein Paar oberer und unterer versteifter
Rotorarme, die sich radial von dem Karussell erstrecken, wobei sich
ein Verankerungsstreben-Arm diagonal zwischen jedem Paar oberer
und unterer versteifter Rotorarme erstreckt, sein. Der Verankerungsstreben-Arm
erstreckt sich diagonal vom inneren Ende des oberen radialen versteiften
Arms zum distalen Ende des unteren radialen versteiften Arms. Die Verankerungsstreben-Komponente
der Rotorarme ist konstruiert, um die strukturelle Festigkeit der
Rotorarme zu vergrößern, um den auf die Blätter
wirkenden Gravitations- und Zentrifugalkräften entgegenzuwirken.
Derartige Verankerungsstreben-Komponenten verursachen jedoch einen
Luftwiderstand und eine Störung der Luftströmung
auf der Innenseite des Tragflächen-Blattes und der Luftströmung
zwischen dem Tragflächen-Blatt und dem Karussell.The
Rotor arms can be either anchoring strut rotor arms
(rotor arms anchored by drawstring) extending from the carousel
extend radially, or a pair of upper and lower stiffened
Rotor arms extending radially from the carousel, wherein
an anchoring strut arm diagonally between each upper pair
and lower stiffened rotor arms. The anchoring strut arm
extends diagonally from the inner end of the upper radial stiffened
Arms to the distal end of the lower radial stiffened arm. The anchoring strut component
The rotor arms are designed to provide the structural strength of the
To enlarge rotor arms to the blades
counteract acting gravitational and centrifugal forces.
However, such anchoring strut components cause one
Air resistance and a disturbance of the air flow
on the inside of the wing blade and the air flow
between the wing blade and the carousel.
In PCT/IB2008/003521 wird
in Betracht gezogen, dass die Rotorarme durch eine aerodynamisch
geformte Außenhaut eingeschlossen sein können,
die die Rotorarme effektiv in Tragflächen-Blätter oder
-Flügel umsetzt. Ein gemeinsames Problem der vertikalen
Windturbinen besteht darin, dass der Rotorarm unter Bedingungen
schwachen Windes nicht selbsttätig Anlaufen kann oder wenigstens
Schwierigkeiten dabei besitzt. Ferner muss die Drehzahl des Rotors
gesteuert werden und muss in bestimmten Situationen der Generator
angehalten werden, um die Leistungserzeugung zu optimieren und um
die Turbine zu schützen. Bekannte Windturbinen verwenden Anstell-
und Überziehvorrichtungen, um die Rotordrehzahl zu steuern.In PCT / IB2008 / 003521 It is contemplated that the rotor arms may be enclosed by an aerodynamically shaped skin which effectively translates the rotor arms into wing blades or wings. A common problem of vertical wind turbines is that the rotor arm can not start automatically under conditions of weak wind or at least has difficulties with it. Furthermore, the speed of the rotor must be controlled and in certain situations the generator must be stopped to optimize power generation and to protect the turbine. Known wind turbines use tilters and pullers to control the rotor speed.
In PCT/IB2008/003521 wird
in Betracht gezogen, dass die Bewegung des Rotors verwendet wird,
um einen Generator, der sich bei dem Kernturm befindet, mittels
eines Getriebes, das sich zu den unteren seitlichen Druckrollen
des Karussells benachbart befindet, mechanisch zu drehen. Das Getriebe umfasst
ein Paar Zahnräder, die drehbar in einer Öffnung
der Wand des Kernturms angeordnet sind. Ein kleineres Zahnrad befindet
sich mit einem Tellerrad in Eingriff, das sich unter einer Druckrolle
auf dem Innenrand eines unteren ringförmigen Elements des Karussells
befindet und das kleinere Zahnrad mit der Bewegung des Rotors dreht.
Das kleinere Zahnrad ist am größeren Zahnrad befestigt,
das sich mit einem Generatorzahnrad in Eingriff befindet, um den Generator
zu drehen.In PCT / IB2008 / 003521 It is contemplated that the movement of the rotor is used to mechanically rotate a generator located at the core tower by means of a gearbox adjacent to the lower lateral pressure rollers of the carousel. The transmission includes a pair of gears rotatably disposed in an opening of the wall of the core tower. A smaller gear is engaged with a ring gear which is under a pressure roller on the inner edge of a lower annular element of the carousel and rotates the smaller gear with the movement of the rotor. The smaller gear is attached to the larger gear meshing with a generator gear to rotate the generator.
Die
Erfinder haben versucht, die vorhergehende Konstruktion zu verbessern.The
Inventors have tried to improve on the previous design.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Hier
wird eine Windturbine mit vertikaler Achse offenbart, die einen
stationären kreisförmigen Kern umfasst. Ein Rotor
ist um den stationären Kern drehbar unterstützt
und besitzt einen sich radial erstreckenden Rotorarm. Ein in den
Wind eingreifendes Rotorblatt befindet sich an einem distalen Ende des
sich radial erstreckenden Rotorarms. Das Blatt umfasst wenigstens
zwei gerade Blattabschnitte, von denen wenigstens ein Blattabschnitt
mit einem ersten Winkel schräg geneigt ist.Here
a wind turbine with a vertical axis is disclosed, the one
stationary circular core comprises. A rotor
is rotatably supported around the stationary core
and has a radially extending rotor arm. One in the
Wind engaging rotor blade is located at a distal end of the
radially extending rotor arm. The sheet includes at least
two straight blade sections, of which at least one blade section
inclined at a first angle.
Es
wird hier außerdem ein elektrischer Generatorsatz, der
sich bei dem stationären Kern befindet, und ein Drehmomentübertragungssystem
zum Übertragen des Drehmoments vom Rotor zum Generatorsatz
offenbart. Das Drehmomentübertragungssystem umfasst ein
Paar zusammenwirkender Zahnräder, das eine an den Generatorsatz
gekoppelte Drehmomentübertragungswelle antreibt. Die Drehmomentübertragungswelle
umfasst eine axial bewegliche Kupplung und eine als Drehpunkt dienende Kupplung.It
Here is also an electric generator set, the
is located at the stationary core, and a torque transmission system
for transmitting the torque from the rotor to the generator set
disclosed. The torque transmission system includes a
Pair of interacting gears, one on the generator set
coupled torque transmission shaft drives. The torque transmission shaft
includes an axially movable coupling and serving as a fulcrum coupling.
Demgemäß schafft
die Erfindung eine Windturbine mit vertikaler Achse nach irgendeinem
der beigefügten Ansprüche.Accordingly creates
the invention a vertical axis wind turbine after any
of the appended claims.
Weitere
Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich,
die lediglich beispielhaft gegeben wird.Further
Aspects of the invention will become apparent from the following description,
which is given by way of example only.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Beispielhafte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun
lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin:Exemplary embodiments of the present invention will now be described by way of example only and with reference to the accompanying drawings described in which:
1 eine
perspektivische Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform
einer Windturbine mit vertikaler Achse gemäß der
Erfindung ist, 1 3 is a perspective illustration of a first embodiment of a vertical axis wind turbine according to the invention;
2 eine
Aufriss-Schnittansicht der ersten Ausführungsform einer
Windturbine mit vertikaler Achse ist, 2 FIG. 3 is an elevational sectional view of the first embodiment of a vertical axis wind turbine; FIG.
3 eine
perspektivische Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform
einer Windturbine mit vertikaler Achse gemäß der
Erfindung ist, 3 3 is a perspective illustration of a second embodiment of a vertical axis wind turbine according to the invention;
4 eine
Aufriss-Schnittansicht der zweiten Ausführungsform einer
Windturbine mit vertikaler Achse ist, 4 FIG. 3 is an elevational sectional view of the second embodiment of a vertical axis wind turbine; FIG.
5 eine
perspektivische Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform
einer Windturbine mit vertikaler Achse gemäß der
Erfindung ist, 5 3 is a perspective view of a third embodiment of a vertical axis wind turbine according to the invention;
6 eine
Aufriss-Schnittansicht der dritten Ausführungsform einer
Windturbine mit vertikaler Achse ist, 6 FIG. 3 is an elevational sectional view of the third embodiment of a vertical axis wind turbine; FIG.
7 eine
perspektivische Veranschaulichung einer vierten Ausführungsform
einer Windturbine mit vertikaler Achse gemäß der
Erfindung ist, 7 3 is a perspective illustration of a fourth embodiment of a vertical axis wind turbine according to the invention;
8 eine
Aufriss-Schnittansicht der vierten Ausführungsform einer
Windturbine mit vertikaler Achse ist, 8th FIG. 3 is an elevational sectional view of the fourth embodiment of a vertical axis wind turbine; FIG.
9 eine
Grundriss-Schnittansicht in einer Ebene des oberen radialen Rotorarms
einer Windturbine mit vertikaler Achse gemäß der
Erfindung ist, 9 is a plan sectional view in a plane of the upper radial rotor arm of a vertical axis wind turbine according to the invention,
10 eine
Grundriss-Schnittansicht in einer Ebene des unteren radialen Rotorarms
der Windturbine mit vertikaler Achse ist, 10 is a plan sectional view in a plane of the lower radial rotor arm of the vertical axis wind turbine,
11 eine
teilweise Aufriss-Schnittansicht des als 'Einzelheit A' in 2 identifizierten
Abschnitts ist, 11 a partial elevational sectional view of the as 'detail A' in 2 is the identified section,
12 eine
teilweise Aufriss-Schnittansicht des als 'Einzelheit B' in den 4, 6 und 8 identifizierten
Abschnitts ist, 12 a partial elevational sectional view of the as 'detail B' in the 4 . 6 and 8th is the identified section,
13 eine
Querschnittsansicht durch einen Rotorarm ist, die die Klappen zur
Unterbrechung der Luftströmung über den Rotorarm
zeigt, und 13 a cross-sectional view through a rotor arm, showing the flaps for interrupting the flow of air through the rotor arm, and
14 eine
perspektivische Veranschaulichung der Oberseite des Rotorarms ist,
die die Klappen zeigt. 14 Figure 3 is a perspective illustration of the top of the rotor arm showing the flaps.
Beschreibung der aktuellen
ErfindungDescription of the current
invention
In
den beigefügten Figuren sind verschiedene Ausführungsformen
einer wellenlosen vertikalen Windturbine gemäß der
Erfindung dargestellt. Die Windturbine umfasst drei grundlegende
funktionale Abschnitte. Dies sind eine vertikale Unterstützungsstruktur 1,
wenigstens ein windangetriebener Rotor 2, der um diese
Struktur angeordnet ist, und ein durch den Rotor für die
Erzeugung von Elektrizität angetriebener Generator 3.
Die Windturbine kann einen einzigen Rotor umfassen, wie dargestellt
ist, oder sie kann in noch weiteren Ausführungsformen, die
nicht dargestellt sind, mehrere vertikal gestapelte unabhängig
rotierende Rotoren umfassen. Die Rotoren sind vertikal einer über
dem anderen gestapelt und sind jeder mit einer entsprechenden Drehmomentübertragungs-
und Erzeugungseinheit gekoppelt, die bei der vertikalen Unterstützungsstruktur
angeordnet sind.In the accompanying figures, various embodiments of a shaftless vertical wind turbine according to the invention are shown. The wind turbine has three basic functional sections. These are a vertical support structure 1 , at least one wind-driven rotor 2 which is arranged around this structure and a generator driven by the rotor for the generation of electricity 3 , The wind turbine may include a single rotor as illustrated, or in yet other embodiments, not shown, may include a plurality of vertically stacked independently rotating rotors. The rotors are stacked vertically one above the other and are each coupled to a corresponding torque transmitting and generating unit disposed in the vertical support structure.
Die
vertikale Unterstützungsstruktur umfasst einen vertikal
verlaufenden zylindrischen Turm, der einen stationären
Kern 4 der Windturbine bildet. Der Kernturm 4 erstreckt
sich zur vollen Höhe der Windturbine und kann mit einem
(nicht gezeigten) Dach bedeckt sein, das entweder flach, geneigt
oder kuppelförmig ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Kernturm 4 mit zwei konzentrischen kreisförmigen
Wänden 5, 6 konstruiert, zwischen denen
ein Hohlraum 7 vorhanden ist. Mehrere (nicht gezeigte) Rippen
erstrecken sich bei beabstandeten Umfangspositionen vertikal in
dem Hohlraum 7, wobei sie die Innen- und die Außenwand 5 bzw. 6 verbinden.
Die vertikalen Rippen teilen den Hohlraum 7 zwischen den
Wänden in mehrere Zellen. Diese Doppelwand-Zellenstruktur
gibt dem Turm 4 die Festigkeit, um den großen
Querkräften, die durch den Wind erzeugt werden, zu widerstehen.
Der Bereich innerhalb der Innenwand des Kerns ist im Allgemeinen
hohl, was einen großen Mittelhohlraum 8 in der
Struktur erzeugt. Der Kernturm 4 ist aus verstärktem
Beton hergestellt und kann unter Verwendung bekannter Bautechniken
errichtet sein.The vertical support structure comprises a vertical cylindrical tower having a stationary core 4 the wind turbine forms. The core tower 4 extends to the full height of the wind turbine and may be covered with a roof (not shown) which is either flat, inclined or dome-shaped. In the preferred embodiment, the core tower is 4 with two concentric circular walls 5 . 6 constructed, between which a cavity 7 is available. A plurality of ribs (not shown) extend vertically in the cavity at spaced circumferential positions 7 , where they are the inner and the outer wall 5 respectively. 6 connect. The vertical ribs divide the cavity 7 between the walls in several cells. This double wall cell structure gives the tower 4 the strength to withstand the large lateral forces generated by the wind. The area inside the inner wall of the core is generally hollow, giving a large center cavity 8th generated in the structure. The core tower 4 is made of reinforced concrete and can be constructed using known building techniques.
Der
Rotor 2 umfasst eine vollständig versteifte röhrenförmige
Karussellstruktur 10, die um den Kernturm 4 angeordnet
und frei um den Kernturm 4 drehbar ist. Paare oberer und
unterer versteifter Rotorarme 11, 11' und 12, 12' erstrecken
sich radial vom Karussell 10. Zwischen den oberen und unteren
versteiften Rotorarmen 11, 12 befindet sich ein
diagonaler Verankerungsstreben-Arm 13, der sich vom inneren
proximalen Ende 14 des oberen radialen versteiften Arms 11 zum äußeren
distalen Ende 15 des unteren Satzes der radialen versteiften
Arme 12 erstreckt. Wie in den 9 und 10 gesehen
werden kann, sind die Paare der oberen (11, 11')
und unteren (12, 12') radialen Arme vom Karussell 10 zu den
distalen Enden 15, 16 verjüngt, um der
Beanspruchung durch Scherung, Biegung und Torsion, die durch das
Drehmoment des Rotors verursacht wird, zu widerstehen. An den distalen
Enden 15 jedes Paars radialer Trägerarme befindet
sich ein im Allgemeinen tragflächenförmiges Auftriebsblatt 20.
In der bevorzugten Ausführungsform gibt es drei symmetrisch
beabstandete Paare verstärkter radialer Arme und Blätter,
dies ist jedoch nicht so gemeint, um den Umfang der Verwendung oder
der Funktionalität der Erfindung einzuschränken.
Der Fachmann erkennt, dass 2, 4, 5, 6 oder mehr Blätter
mit variierenden Graden der Leistung und des Wirkungsgrades verwendet
werden können.The rotor 2 includes a fully stiffened tubular carousel structure 10 around the core tower 4 arranged and free around the core tower 4 is rotatable. Pairs of upper and lower stiffened rotor arms 11 . 11 ' and 12 . 12 ' extend radially from the carousel 10 , Between the upper and lower stiffened rotor arms 11 . 12 There is a diagonal anchoring strut arm 13 that extends from the inner proximal end 14 of the upper radial stiffened arm 11 to the outer distal end 15 the lower set of radial stiffened arms 12 extends. As in the 9 and 10 can be seen, the pairs of upper ( 11 . 11 ' ) and lower ( 12 . 12 ' ) radial arms from the carousel 10 to the distal ends 15 . 16 rejuvenated to the bean Stress by shear, bending and torsion, which is caused by the torque of the rotor to resist. At the distal ends 15 each pair of radial support arms is a generally airfoil-shaped lift leaf 20 , In the preferred embodiment, there are three symmetrically spaced pairs of reinforced radial arms and blades, but this is not meant to limit the scope of use or functionality of the invention. Those skilled in the art will recognize that 2, 4, 5, 6 or more blades can be used with varying degrees of performance and efficiency.
Der
Rotor ist um den Kernturm 4 drehbar unterstützt.
Wie in PCT/IB2008/003521 ,
eingereicht am 17. Dezember 2008, beschrieben ist, gibt es Sätze von
Rädern 31 oder Rollen, die umlaufend um die Innenränder
des Karussells angeordnet sind und die auf Bahnen laufen, die an
dem Kern 4 befestigt oder in den Kern 4 integriert
sind. Die oberen Rad- oder Rollensätze 30 schaffen
eine vertikale und horizontale seitliche Unterstützung
für den Rotor gegen den äußeren Umfang
des Beton-Kernturms 4. Die unteren Druckrollen 32 schaffen
eine seitliche Unterstützung für den unteren Abschnitt
des Karussells gegen den äußeren Rand des Kernturms 4.
Der Rotor 2 dreht sich unter der Wirkung der Windwechselwirkung
mit den tragflächenförmigen Blättern 20 an
den distalen Enden der Rotorarme 11, 12 um den
Kernturm 4.The rotor is around the core tower 4 rotatably supported. As in PCT / IB2008 / 003521 , filed on December 17, 2008, there are sets of wheels 31 or rollers which are circumferentially arranged around the inner edges of the carousel and which run on tracks which are at the core 4 attached or in the core 4 are integrated. The upper wheel or roller sets 30 Create a vertical and horizontal lateral support for the rotor against the outer circumference of the concrete core tower 4 , The lower pressure rollers 32 provide lateral support for the lower section of the carousel against the outer edge of the nuclear tower 4 , The rotor 2 rotates under the effect of the wind interaction with the airfoils 20 at the distal ends of the rotor arms 11 . 12 around the core tower 4 ,
In
einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung,
die in den 1 und 2 dargestellt ist,
ist die diagonale Verankerungsstreben-Komponente 13 der
Rotorarme in einer aerodynamisch geformten Außenhaut eingeschlossen.
Dies setzt die Verankerungsstreben-Komponente 13 effektiv
in ein zusätzliches diagonales Tragflächen-Blatt
um, das zum Turm 4 und zu den aufrechten Blättern 20,
die um den Rand des Rotors 2 beabstandet sind, schräg geneigt
ist. Die gegenüberliegenden Enden der diagonalen Verankerungsstreben 13 sind
an den oder in der Nähe der entsprechenden inneren und äußeren Enden 14, 15 der
sich radial erstreckenden Rotorarme 11, 12 befestigt.
Dies verringert den durch die Verankerungsstreben-Komponente verursachten Luftwiderstand
und verbessert außerdem die aerodynamische Wirksamkeit
der Tragflächen-Blätter durch die Verringerung
der Störung der Luftströmung auf der Innenseite
des Tragflächen-Blattes und der Luftströmung zwischen
dem Tragflächen-Blatt und dem Karussell, die durch die
Verankerungsstreben-Komponente verursacht wird. Ferner wirkt die
aerodynamisch geformte Verankerungsstreben-Komponente als ein zusätzliches
Tragflächen-Blatt, das den Selbstanlauf des Rotors unterstützt
und die Drehung des Rotors unter Bedingungen schwachen Windes verbessert.In a first particular embodiment of the invention, which in the 1 and 2 is the diagonal anchoring strut component 13 the rotor arms are enclosed in an aerodynamically shaped outer skin. This sets the anchoring strut component 13 effectively into an additional diagonal wing sheet around the tower 4 and to the upright leaves 20 around the edge of the rotor 2 are spaced apart, inclined. The opposite ends of the diagonal anchoring struts 13 are at or near the corresponding inner and outer ends 14 . 15 the radially extending rotor arms 11 . 12 attached. This reduces air resistance caused by the anchoring strut component and also improves the aerodynamic efficiency of the wing blades by reducing the disturbance of the air flow on the inside of the wing blade and the air flow between the wing blade and the carousel passing through the anchoring struts Component is caused. Further, the aerodynamically-shaped anchoring strut component acts as an additional airfoil sheet that assists the self-starting of the rotor and improves rotation of the rotor under low wind conditions.
In
einer zweiten und einer dritten besonderen Ausführungsform
der Erfindung, die in den 3 bis 6 dargestellt
sind, gibt es keine diagonale Verankerungsstreben-Komponente zwischen
den oberen und den unteren sich radial erstreckenden Rotorarmen 11, 12.
Statt dessen ist ein zusätzliches diagonales Tragflächen-Blatt 17 mit
einem ersten Winkel zwischen der Spitze 10a des Karussells 10 und
dem distalen Ende 16 des oberen Rotorarms 11 schräg geneigt.
Dieses diagonale Tragflächen-Blatt 17vergrößert
das Drehmoment des Rotors 2 für eine gegebene
Windgeschwindigkeit und unterstützt den Selbstanlauf des
Rotors und verbessert die Drehung des Rotors unter Bedingungen schwachen
Winds. Es schafft außerdem die strukturelle Festigkeit,
die notwendig ist, um den auf die vertikalen Blätter 20 wirkenden
Gravitations- und Zentrifugalkräften entgegenzuwirken.
Außerdem können einige Konfigurationen ein drittes
Tragflächen-Blatt 18 umfassen, das mit einem zweiten
Winkel schräg geneigt ist, der zum ersten Winkel komplementär
ist. Das dritte Blatt 18 ist zwischen dem Boden 10b des
Karussells 10 und einer Position unmittelbar am distalen
Ende 15 des unteren Rotorarms 12 diagonal befestigt,
um eine im allgemeinen trapezförmige Troposkien-Blattkonfiguration
zu bilden, die eine gute Verteilung der Gravitations- und Zentrifugalkräfte
in dem Blatt schafft.In a second and a third particular embodiment of the invention, which in the 3 to 6 As shown, there is no diagonal anchoring strut component between the upper and lower radially extending rotor arms 11 . 12 , Instead, there is an additional diagonal wing sheet 17 with a first angle between the top 10a of the carousel 10 and the distal end 16 of the upper rotor arm 11 inclined at an angle. This diagonal wing sheet 17 increases the torque of the rotor 2 for a given wind speed and assists the self-starting of the rotor and improves the rotation of the rotor under conditions of weak wind. It also creates the structural strength that is necessary to the vertical leaves 20 counteract acting gravitational and centrifugal forces. In addition, some configurations may have a third wing sheet 18 which is inclined at a second angle, which is complementary to the first angle. The third sheet 18 is between the floor 10b of the carousel 10 and a position immediately at the distal end 15 of the lower rotor arm 12 attached diagonally to form a generally trapezoidal tropospheric blade configuration that provides good distribution of the gravitational and centrifugal forces in the blade.
In
einer vierten besonderen Ausführungsform der aktuellen
Erfindung, die in den 7 und 8 dargestellt
ist, umfasst der Rotor eine vollständig versteifte röhrenförmige
Karussellstruktur 10, die drehbar um einen stationären
vertikalen hohlen Kern 4 unterstützt ist, mit
aerodynamischen Blättern mit einer im Allgemeinen dreieckigen
Konfiguration, die sich radial vom Karussell 10 erstrecken.
Jedes Blatt umfasst zwei schräg geneigte Blattabschnitte 22, 23, die
in einer im Allgemeinen dreieckigen Konfiguration angeordnet sind.
Ein erster gerader Blattabschnitt 22 ist an einem Ende
entweder direkt oder durch einen kurzen Verbinder an der Spitze 10a des
Karussells 10 befestigt, während ein zweiter gerader
Blattabschnitt 23 an einem Ende entweder direkt oder durch einen
kurzen Verbinder am Boden 10b des Karussells 10 befestigt
ist. Die zwei geraden Blattabschnitte 22, 23 treffen
an einem horizontalen Gipfelpunkt 24 zusammen. Eine einzige
horizontale radiale Strebe 25 verbindet den Gipfelpunkt 24 mit
der Mitte 10c des Karussells 10. Die Blattabschnitte 22, 23 besitzen
eine Tragflächenform. Optional kann die horizontale radiale
Strebe 25 außerdem eine Tragflächenform
besitzen.In a fourth particular embodiment of the current invention, incorporated in the 7 and 8th is shown, the rotor comprises a fully stiffened tubular carousel structure 10 rotatable about a stationary vertical hollow core 4 is supported, with aerodynamic blades with a generally triangular configuration, extending radially from the carousel 10 extend. Each leaf comprises two obliquely inclined leaf sections 22 . 23 which are arranged in a generally triangular configuration. A first straight leaf section 22 is at one end either directly or through a short connector at the top 10a of the carousel 10 attached while a second straight leaf section 23 at one end either directly or through a short connector on the ground 10b of the carousel 10 is attached. The two straight leaf sections 22 . 23 meet at a horizontal summit point 24 together. A single horizontal radial strut 25 connects the summit point 24 with the middle 10c of the carousel 10 , The leaf sections 22 . 23 have a wing shape. Optionally, the horizontal radial strut 25 also have a wing shape.
Die
Blätter 22, 23 sind durch eine einfache Anordnung
aus oberen und unteren Verbindern und einer in der Mitte befindlichen
radialen Strebe 25, die die Blattkräfte in das
Karussell 10 übertragen, mit dem Karussell 10 verbunden.
Die dreieckige Konfiguration schafft eine überragende Leistung
hinsichtlich der Gravitations- und Zentrifugalkräfte auf
die Blätter 22
, 23, was kleinere Stützelemente
erlaubt, was zu einem niedrigeren Luftwiderstand führt.The leaves 22 . 23 are by a simple arrangement of upper and lower connectors and a located in the middle radial strut 25 The leaf forces in the carousel 10 transfer, with the carousel 10 connected. The triangular configuration provides superior performance in terms of gravitational and centrifugal forces on the blades 22 . 23 , which allows smaller support elements, resulting in lower air resistance.
In
der bevorzugten Ausführungsform besitzt der Rotor drei
derartige dreieckige Blätter, die äquidistant
um seinen Umfang angeordnet sind (dies ist nicht vorgesehen, um
den Umfang der Verwendung oder der Funktionalität der Erfindung
einzuschränken, wobei der Fachmann erkennt, dass 2, 4,
5, 6 oder mehr Blätter mit variierenden Graden der Leistung
und des Wirkungsgrades verwendet werden können). In der
Praxis führen diese doppelten schrägen Blätter
zu einer dreidimensionalen Dreieckstruktur um das röhrenförmige
zylindrische Karussell. Dies schafft eine sehr starre Rotorstruktur,
die hilft, die unerwünschten Drehbeanspruchungen in den
Blättern selbst zu minimieren.In
In the preferred embodiment, the rotor has three
such triangular leaves, the equidistant
are arranged around its circumference (this is not intended to
the scope of use or functionality of the invention
the skilled person recognizes that 2, 4,
5, 6 or more leaves with varying degrees of performance
and the efficiency can be used). In the
Practice these double oblique leaves
to a three-dimensional triangle structure around the tubular
cylindrical carousel. This creates a very rigid rotor structure,
which helps reduce the unwanted torsional stresses in the
Minimize leaves themselves.
Die
Blattabschnitte 13, 17, 18, 20, 22, 23 können
aus einem faserverstärkten Harz hergestellt sein, das durch
eine Pultrusions-Technik in eine Tragflächenform geformt
wird. Alternativ können die Blätter aus einem
leichten Polymermaterial, das durch geeignete Techniken gebildet
wird, hergestellt werden. Alle Blattabschnitte 13, 17, 18, 20, 22, 23 sind
aus leichten Materialien hergestellt und sind zwischen ihren Enden
gerade, wobei sie im Querschnitt eine gleichmäßige
Tragflächenform besitzen, was die Herstellungs- und Konstruktionsprozesse
vereinfacht.The leaf sections 13 . 17 . 18 . 20 . 22 . 23 may be made of a fiber reinforced resin molded into a wing mold by a pultrusion technique. Alternatively, the sheets may be made of a lightweight polymeric material formed by suitable techniques. All leaf sections 13 . 17 . 18 . 20 . 22 . 23 are made of lightweight materials and are straight between their ends, having a uniform airfoil shape in cross section, which simplifies the manufacturing and construction processes.
Durch
die Erfinder wird in Aussicht genommen, dass eine Klappenvorrichtung 40, 41 an
den aerodynamisch geformten Rotorarmen vorgesehen sein kann, um
das Anfahren zu unterstützen, um die Drehzahl zu steuern
und/oder den Rotor 2 durch das Unterbrechen der Luftströmung über
die Tragfläche anzuhalten. Um das Anfahren zu unterstützen,
die Drehzahl des Rotors zu steuern und den Generator anzuhalten,
haben die Erfinder in der aktuellen Erfindung die in den 13 und 14 gezeigten
Klappenvorrichtungen 40, 41 unter Verwendung eines Teils
der aerodynamisch geformten Außenhaut der Rotorarme als
Klappen vorgesehen, die durch manuelle Steuerung oder durch automatisierte
Steuervorrichtungen aufgerichtet, wie durch die Klappe 41 dargestellt
ist, oder gesenkt, wie durch die Klappe 40 dargestellt
ist, werden können. Das Aufrichten der Klappen kann motorgetrieben
oder durch hydraulische Vorrichtungen oder durch irgendwelche anderen
mechanischen Mittel oder Vorrichtungen oder durch eine Kombination
aus diesen erfolgen.It is envisaged by the inventors that a flap device 40 . 41 may be provided on the aerodynamically shaped rotor arms to assist the launch to control the speed and / or the rotor 2 stopping by interrupting the flow of air over the wing. In order to assist the starting, to control the speed of the rotor and to stop the generator, the inventors in the current invention have in the 13 and 14 shown flap devices 40 . 41 using part of the aerodynamically shaped outer skin of the rotor arms as flaps which are raised by manual control or by automated control devices, such as the flap 41 is shown, or lowered, as by the flap 40 is shown can be. The erection of the flaps may be motor driven or by hydraulic devices or by any other mechanical means or devices or by a combination thereof.
Es
kann an jedem Rotorarm eine oder mehrere Klappenvorrichtungen geben.
Die Klappenplatte 40, 41 ist an einem Ende der
aerodynamisch geformten Rotorarme angelenkt, während das
andere Ende frei ist, um aufgerichtet werden. Das freie Ende der Klappe,
das aufzurichten ist, kann der Richtung der Rotation des Rotors
zugewandt sein oder kann der Richtung, die zu der Richtung der Rotation
des Rotors entgegengesetzt ist, zugewandt sein. Die Klappenvorrichtungen 40, 41 können
sich an allen oder nur an einigen, aber nicht an allen Rotorarmen
befinden. Die Klappenvorrichtungen 40, 41 können
alle in einer Richtung aufgerichtet werden oder können
eine Kombination aus irgendeiner Klappe oder einigen Klappen, die
in der Richtung, die der Rotationsrichtung des Rotors zugewandt
ist, aufzurichten ist bzw. sind, und irgendeiner Klappe oder einigen
Klappen, die der Richtung, die zu der Rotationsrichtung des Rotors
entgegengesetzt ist, zugewandt aufzurichten ist bzw. sind, sein.There may be one or more flapper devices on each rotor arm. The flap plate 40 . 41 is articulated at one end of the aerodynamically shaped rotor arms, while the other end is free to be erected. The free end of the flap to be erected may face the direction of rotation of the rotor or may face the direction opposite to the direction of rotation of the rotor. The flap devices 40 . 41 may be on all or only some but not all rotor arms. The flap devices 40 . 41 may all be unidirectional or may be a combination of any flap or some flaps to be erected in the direction facing the direction of rotation of the rotor, and any flap or flaps corresponding to the direction to which it is attached the direction of rotation of the rotor is opposite, to erect is or are to be.
Bei
niedrigen Windgeschwindigkeiten können die Klappen 41, 41 oder
einige von ihnen bis zu einem geeigneten Winkel aufgerichtet werden,
um als Luftwiderstand-Blätter zu funktionieren, um das Anfahren
oder die Rotation zu unterstützen. Bei höheren
Windgeschwindigkeiten, wenn die Tragflächen-Hauptblätter
an dem distalen Ende der Rotorarme voll als Tragflächen-Blätter
funktionieren, werden die Klappen 40, 41 gesenkt,
wobei folglich die Luftwiderstand-Blätter zurückgezogen
werden und die Rotorarme nur aerodynamisch geformte Blätter
oder Flügel sind, um den durch die Rotorarme verursachten
Luftwiderstand zu verringern. Bei hohen Windgeschwindigkeiten, wenn
die Drehzahl des Rotors seine erwünschte Drehzahl übersteigt,
können die Klappen 40, 41 abermals zu
dem geeigneten Winkel aufgerichtet werden, um durch das Erzeugen
von Luftwiderstand die Drehzahl des Rotors zu verringern. In den
Fällen, in denen es erwünscht ist, den Generator anzuhalten,
können die Klappen 40, 41 zu dem geeigneten
Winkel aufgerichtet werden, um einen Luftwiderstand oder eine Kraft
zu verursachen, die zur Rotationsrichtung des Generators entgegengesetzt ist,
um als ein Typ einer Windbremse zu wirken oder um wenigstens das
Bremsen des Generators zu unterstützen.At low wind speeds, the flaps can 41 . 41 or some of them are erected to an appropriate angle to function as drag sheets to assist launch or rotation. At higher wind speeds, when the wing major blades at the distal end of the rotor arms function fully as wing blades, the flaps become 40 . 41 Consequently, the air resistance sheets are retracted and the rotor arms are only aerodynamically shaped blades or wings to reduce the air resistance caused by the rotor arms. At high wind speeds, when the speed of the rotor exceeds its desired speed, the flaps can 40 . 41 are raised again to the appropriate angle to reduce the speed of the rotor by generating air resistance. In cases where it is desired to stop the generator, the flaps can 40 . 41 be erected to the appropriate angle to cause an air resistance or a force opposite to the direction of rotation of the generator to act as a type of wind brake or at least to assist the braking of the generator.
Die
Bewegung des Rotors wird verwendet, um einen Generator 3,
der sich im Kernturm 4 befindet, mittels einer kreisförmigen
Zahnstangengetriebe-Anordnung zu drehen. Wie in PCT/IB2008/003521 beschrieben
ist, ist die Außenwand des Kernturms abgestuft, um eine
Kante 32 um den äußeren Rand des Kernturms 4 zu
schaffen. In 11 befindet sich ein großes
Tellerrad 33 auf einer Innenfläche des Rotorkarussells 10,
wobei es sich zu einem Raum über dem oberen Abschnitt des
Kernturms oder einer Stufe/Kante 32 des Kernturms an einem
geeigneten Ort, der der Lage des Tellerrads entspricht, erstreckt.
Eine vertikal angebrachte Drehmomentübertragungswelle 34 erstreckt
sich vertikal durch eine Öffnung in der Stufe/Kante 32 oder
in dem oberen Abschnitt der Kernwand, wobei an ihrem oberen Ende
ein Ritzel 35 befestigt ist, das sich mit der Innenfläche
des Tellerrads 33 in Eingriff befindet. Die Rotation des
Karussells dreht die Drehmomentübertragungswelle 34 über
das Tellerrad 33 und das Ritzel 35.The movement of the rotor is used to create a generator 3 who is in the core tower 4 is to rotate by means of a circular rack gear arrangement. As in PCT / IB2008 / 003521 is described, the outer wall of the core tower is stepped to an edge 32 around the outer edge of the core tower 4 to accomplish. In 11 there is a large ring gear 33 on an inner surface of the rotor carousel 10 being a space above the upper portion of the core tower or a step / edge 32 of the nuclear tower at a suitable location corresponding to the position of the ring gear extends. A vertically mounted torque transmission shaft 34 extends vertically through an opening in the step / edge 32 or in the upper portion of the core wall, at its upper end a pinion 35 attached, which is connected to the inner surface of the crown wheel 33 engaged. The rotation of the carousel turns the torque over tragungswelle 34 over the ring gear 33 and the pinion 35 ,
Während
der Rotation des Karussells kann es eine Querbewegung zwischen dem
Karussell 10 und der Kernwand 4 geben. Die Drehmomentübertragungswelle 34 ist
gelenkig angebracht und vorbelastet, um einen sicheren Antriebseingriff
zwischen dem Tellerrad und dem Ritzel aufrechtzuerhalten. Ein Träger 36 ist
auf der Innenseite der Kernwand angebracht, wobei an seinem distalen
Ende eine Lagerbuchse 37 gelenkig befestigt ist, durch
die die Drehmomentübertragungswelle 34 durch ein
oder mehrere Lager drehbar unterstützt ist. Die Lagerbuchse 37 und
die Drehmomentübertragungswelle 34 können sich
drehen, was es dem Ritzel 35 erlaubt, während der
Querbewegung des Karussells 10 den Eingriff mit dem Tellerrad 33 aufrechtzuerhalten.
Eine zweite Lagerbuchse 38 befindet sich auf der Drehmomentübertragungswelle
zwischen der als Drehpunkt dienenden Lagerbuchse 37 und
dem Ritzel 35. Die zweite Lagerbuchse 38 ist über
eine Feder 39 oder ein anderes Vorbelastungsmittel an der
Kernwand befestigt, um eine Vorbelastungskraft auf die vertikale
Welle 34 auszuüben, um einen sicheren Eingriff
zwischen dem Ritzel 35 und dem Tellerrad 33 aufrechtzuerhalten.During the rotation of the carousel, there may be a transverse movement between the carousel 10 and the core wall 4 give. The torque transmission shaft 34 is articulated and preloaded to maintain a secure drive engagement between the ring gear and the pinion. A carrier 36 is mounted on the inside of the core wall, with a bushing at its distal end 37 is hinged, through which the torque transmission shaft 34 is rotatably supported by one or more bearings. The bearing bush 37 and the torque transmission shaft 34 can turn what it is the pinion 35 allowed during the transverse movement of the carousel 10 the engagement with the ring gear 33 maintain. A second bearing bush 38 is located on the torque transmission shaft between the pivot bushing 37 and the pinion 35 , The second bearing bush 38 is about a spring 39 or another biasing means attached to the core wall to apply a biasing force to the vertical shaft 34 exercise to ensure a secure engagement between the pinion 35 and the ring gear 33 maintain.
Das
Drehmoment von der vertikalen Welle 34 wird über
Kreuz- oder Kardangelenke und ausfahrbare Zahnwellen 49 zu
einem Zahnradsatz 45, 46 und den elektrischen
Generator 3 übertragen. Das untere Ende der Drehmomentübertragungswelle
enthält ein erstes Kreuzgelenk 47. Eine verzahnte
Flanschwelle des ersten Kreuzgelenks 47 ist ausfahrbar in
einer verzahnten Buchse 49 aufgenommen. Die verzahnte Buchse
ist mit einem zweiten Kreuzgelenk 48 verbunden, das die
verzahnte Buchse an die Hauptgetriebewelle des Zahnradsatzes 45 koppelt. Ein
Ritzel 46 des Zahnradsatzes ist am Elektrizitätsgenerator 3 befestigt,
um das Drehmoment zum Generator 3 zu übertragen.The torque from the vertical shaft 34 is made by cross or cardan joints and extendable splines 49 to a gear set 45 . 46 and the electric generator 3 transfer. The lower end of the torque transmission shaft includes a first universal joint 47 , A toothed flange shaft of the first universal joint 47 is extendable in a toothed socket 49 added. The toothed bushing is fitted with a second universal joint 48 connected to the splined bushing to the main gear shaft of the gear set 45 coupled. A pinion 46 the gear set is at the electricity generator 3 attached to the torque to the generator 3 transferred to.
Das
Paar der Kreuzgelenke 47, 48, zwischen denen sich
die ausfahrbaren Zahnwellen 49 befinden, erlaubt die Dreh-
und Axialbewegung der Drehmomentübertragungswelle 34.
Das Paar der Kreuzgelenke 47, 48 berücksichtigt
die Querbewegung der Drehmomentübertragungswelle 34,
wobei die ausfahrbaren Zahnwellen 49 den Variationen des
Abstands zwischen den Kreuzgelenken 47, 48 Rechnung
tragen, wie sich der Abstand zwischen den Kreuzgelenken mit der
Drehbewegung der Drehmomentübertragungswelle 34 ändert.The pair of universal joints 47 . 48 , between which are the extendable splines 49 allows the rotational and axial movement of the torque transmission shaft 34 , The pair of universal joints 47 . 48 takes into account the transverse movement of the torque transmission shaft 34 , wherein the extendable toothed shafts 49 the variations of the distance between the cross joints 47 . 48 Bear in mind how the distance between the universal joints with the rotational movement of the torque transmission shaft 34 changes.
12 zeigt
eine alternative Anordnung des Antriebssystems, bei der das Haupttellerrad 33 an der
Oberseite 10a des Rotorkarussells vorgesehen ist. Der Träger 36,
der die schwenkbare Lagerhalterung 37 hält, befindet
sich näher am Ende des Ritzels 35 der Drehmomentübertragungswelle 34,
während sich die Vorbelastungs-Lagerhalterung 38 näher
am Ende des Kreuzgelenks 47 der Drehmomentübertragungswelle 34 befindet.
Die anderen Komponenten des Antriebssystems verbleiben die gleichen
mit der schwenkbaren Lagerhalterung 37, die die Drehung der
Welle erlaubt, um den Eingriff zwischen dem Ritzel 35 und
dem Tellerrad 33 während der Querbewegung des
Rotorkarussells 10 aufrechtzuerhalten. Die Vorbelastungsfeder 39 erhält einen
festen Vorbelastungseingriff zwischen dem Ritzel 35 und
dem Tellerrad 33 aufrecht, wie sich das Karussell 10 bewegt. 12 shows an alternative arrangement of the drive system, wherein the Haupttellerrad 33 at the top 10a the rotor carousel is provided. The carrier 36 holding the swiveling bearing bracket 37 stops closer to the end of the pinion 35 the torque transmission shaft 34 while the preload bearing bracket 38 closer to the end of the universal joint 47 the torque transmission shaft 34 located. The other components of the drive system remain the same with the swivel bearing bracket 37 , which allows the rotation of the shaft to the engagement between the pinion 35 and the ring gear 33 during the transverse movement of the rotor carousel 10 maintain. The preload spring 39 receives a fixed preload engagement between the pinion 35 and the ring gear 33 upright, like the carousel 10 emotional.
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- WO 2008/003521 [0002, 0004, 0005, 0029, 0039]
- WO 2008/003521 [0002, 0004, 0005, 0029, 0039]