AT518863A4

AT518863A4 - Windkraftanlage

Info

Publication number: AT518863A4
Application number: ATA50787/2016A
Authority: AT
Inventors: Gregor Mallich Ing
Original assignee: Gregor Mallich Ing
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-02-15
Also published as: AT518863B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage (1) mit einem ersten Rotor (4) und einem zweiten Rotor (5), wobei der zweite Rotor (5) gegenläufig drehbar zum ersten Rotor (4) ist, und der zweite Rotor (5) an einem Stator (2a) eines Generators (2) angeordnet ist, und der erste Rotor (4) mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist, wobei die Windkraftanlage (1) einen dritten Rotor (6) aufweist, der mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung anzugeben. Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dritte Rotorblatter (6b) des dritten Rotors (6) eine dritte Steigung (γ) aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung (α) von ersten Rotorblattern (4b) des ersten Rotors (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor wobei der zweite Rotor gegenläufig drehbar zum ersten Rotor ist und der zweite Rotor an einem Stator eines Generators angeordnet ist und der erste Rotor mit dem Läufer des Generators verbunden ist.

Durch den Anstieg der erneuerbaren Energie kam es auch vermehrt zu einem Bau von Windkraftanlagen. Aufgrund der Neuheit diese Technologie ist das Potential von Windkraftanlagen noch nicht ausgereizt.

Aus der DE 10 2014 005 164 Al ist eine Windkraftanlage mit zwei gegenläufigen Rotoren bekannt. Ein Rotor ist mit dem Stator des Generators und der andere Rotor ist mit dem Läufer des Generators verbunden. Dadurch kann die abgegebene Leistung vom Generator erhöht werden. Die abgegebene Leistung hängt von der Relativgeschwindigkeit vom Stator zum Läufer ab. Da die mechanisch bedingte maximale Geschwindigkeit des Läufers bei dieser Ausführung nicht erreicht wird, wird durch diese Ausführung das mögliche Potential der Windkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Leistung nicht voll ausgenutzt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Windkraftanlage bereitzustellen, die diesen Nachteil beseitigt und mehr Leistung abgeben kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Windkraftanlage einen dritten Rotor aufweist, der mit dem Läufer des Generators verbunden ist.

Dabei ist eine dritte Nabe des dritten Rotors mit dem Läufer des Generators verbunden. Der dritte Rotor und der erste Rotor sind an einer gemeinsamen Welle angeordnet.

Durch den dritten Rotor ist die Ausgabe der elektrischen Leistung größer als bei herkömmlichen Windkraftanlagen, da die Relativgeschwindigkeit des Läufers des Generators zum Stator des Generators erhöht ist.

Es ist günstig, wenn der erste Rotor, der zweite Rotor und der dritte Rotor jeweils Rotorblätter aufweisen, die mit je einem Stellantrieb verbunden sind und wenn die Rotorblätter durch den Stellantrieb gemeinsam und aufeinander abgestimmt verstellbar sind. Dadurch können die Rotorblätter einzeln oder gemeinsam jeweils mit einer optimalen Steigung und auch aufeinander abgestimmt eingestellt sein.

Damit die Anströmung auch bei Veränderung der Windrichtung optimal ist, ist es günstig, wenn die Windkraftanlage einen Mast mit einer Drehscheibe zur Windrichtungsnachführung aufweist, wobei erster Rotor, zweiter Rotor und dritter Rotor über eine Brücke mit dem Mast verbunden sind. Dadurch kann die Windkraftanlage immer auf die Windrichtung eingestellt sein.

Es ist für die Umströmung, aber auch zur Vermeidung von Kavitationen und zur Vermeidung von Belastungen günstig, wenn die Brücke und der Mast aerodynamisch geformt sind.

Der gleiche Vorteil entsteht, wenn eine erste Nabe des ersten Rotors aerodynamisch geformt ist und wenn eine dritte Nabe des dritten Rotors aerodynamisch geformt ist. Außerdem lässt sich auf diese Weise der Wirkungsgrad der Windkraftanlage erhöhen.

Es ist günstig, wenn dritte Rotorblätter des dritten Rotors eine dritte Steigung aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung von ersten Rotorblättern des ersten Rotors. Dadurch entsteht der Vorteil, dass der dritte Rotor den vorderen Rotor mitziehen kann.

Um die gegenläufige Drehrichtung von Stator und Läufer des Generators sicher zu erreichen, ist es günstig, wenn zweite Rotorblätter des zweiten Rotors eine zweite Steigung aufweisen, die eine andere Orientierung aufweist, beziehungsweise ein anderes Vorzeichen aufweist, als eine erste Steigung von ersten Rotorblättern des ersten Rotors. Dabei beziehen sich die Steigungen immerauf den spitzen Winkel zur Horizontalebene.

In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer ersten Ansicht;

Fig. 2 die Windkraftanlage in einer Detailansicht mit Ausbrüchen;

Fig. 3 einen zweiten Rotor der Windkraftanlage;

Fig. 4 einen ersten Rotor der Windkraftanlage; und Fig. 5 einen dritten Rotor der Windkraftanlage.

Eine Windkraftanlage 1, wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Generator 2 und eine Welle 3 auf. Die Welle 3 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. Am ersten Ende 3a ist ein erster Rotor 4 angeordnet. Im Bereich des Generators 2 ist ein zweiter Rotor 5 angeordnet und am zweiten Ende 3b der Welle 3 ist ein dritter Rotor 6 angeordnet.

Die Welle 3 ist frei drehbar in Lagern. Ein erstes Kugellager 7 ist zwischen dem ersten Rotor 4 und dem Generator 2 angebracht. Ein zweites Kugellager 8 ist zwischen dem Generator 2 und dem dritten Rotor 6 vorgesehen. Das erste Kugellager 7 und das zweite Kugellager 8 sind in Säulen 9 einer Brücke 10 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt.

Um die Windkraftanlage 1 in den Wind stellen zu können und mit der Windrichtung mitdrehen zu können, sind die zwei Säulen 9 der Brücke 10 auf einer Drehscheibe 11 angeordnet. Sie stellt eine Windrichtungsnachführung dar. Diese Drehscheibe 11 vermag die gesamte Windkraftanlage 1 zu drehen und ist auf einem Mast 12 fixiert.

An dem ersten Ende 3a der Welle 3 ist eine erste Nabe 4a des ersten Rotors 4 fixiert, an der erste Rotorblätter 4b angebracht sind. An dem zweiten Ende 3b der Welle 3 ist eine dritte Nabe 6a des dritten Rotors 6 fixiert, an der dritte Rotorblätter 6b angebracht sind.

Zweite Rotorblätter 5b sind an einem Stator 2a des Generators 2 angeordnet. Ein Läufer 2b des Generators 2 ist fest mit der Welle 3 verbunden. Der Läufer 2b dreht sich gemeinsam mit der Welle 3 und dem ersten Rotor 4 und dem dritten Rotor 6 mit. Es ist unerheblich wie viele Rotorblätter vorgesehen sind.

Die ersten Rotorblätter 4b weisen eine erste Steigung a auf. Die zweiten Rotorblätter 5b weisen eine zweite Steigung ß auf und die dritten Rotorblätter 6b weisen eine dritte Steigung γ auf. In der gezeigten Ausführung sind erste Steigung a und dritte Steigung γ negativ. Die zweite Steigung ß ist positiv. Dabei wird der spitze Winkel zwischen Horizontalebene und Rotorblatt betrachtet. Jede Steigung a, ß, y ist durch eine kollektive Blattverstellung veränderbar.

Die erste Nabe 4a und die dritte Nabe 6a, der Mast 12 und die Brücke 10 sind aerodynamisch geformt.

Ein positiver Bürstenkontakt 13 und ein negativer Bürstenkontakt 14 des Generators 2 sind an einem positiven Schleifring 15 und an einem negativen Schleifring 16 mit einer elektrischen Isolation zu dem ersten Ende 3a und dem zweiten Ende 3b der Welle 3 montiert.

An den beiden Säulen 9 befinden sich das positive Stromkabel 13a und das negative Stromkabel 14a. Die Stromkabel 13a und 14a sind verbunden mit den Bürsten kontakten 13 und 14. Die Bürstenkontakte 13 und 14 schleifen an den Schleifringen 15 und 16. Zwei Stromkontakte 17 des Generators 2 sind elektrisch verbunden mit den Schleifringen 15 und 16.

Die Funktion der Windkraftanlage 1 ist folgendermaßen:

Der Wind strömt über alle Rotorblätter 4b, 5b, 6b. Die Rotorblätter 4b, 6b mit negativer Steigung α, γ drehen sich in eine Richtung, die zweiten Rotorblätter 5b mit positiver Steigung ß drehen sich in eine andere Richtung. Also dreht sich der erste Rotor 4 in die eine Richtung, der zweite Rotor 5 dreht sich in die andere Richtung und der dritte Rotor 6 dreht sich in dieselbe Richtung wie der erste Rotor 4. Über den positiven Schleifring 15 und den negativen Schleifring 16 wird der erzeugte Strom abgeleitet. Die Anordnung der positiven und der negativen Elemente kann in einer anderen Ausführung vertauscht sein.

Die Relativgeschwindigkeit der Welle 3 entspricht der doppelten Drehzahl eines einfachen Windrads und somit liefert die Windkraftanlage 1 auch die doppelte Leistung zu einem starr befestigten Generator.

Wenn eine kollektive Blattverstellung installiert ist, zieht der dritte Rotor 6, wenn die dritte Steigung γ stärker angestellt ist wie bei dem ersten Rotor 4 - den ersten Rotor 4 mit. So wird der Leistungs-Output wesentlich gesteigert.

Selbst durchgeführte Tests haben ergeben, dass diese Windkraftanlage 1 einen doppelten Strom-Output liefert wie eine herkömmliche Windkraftanlage.

Durch eine kollektive Blattverstellung aller drei Rotoren 4, 5, 6 kann sogar mehr als der doppelte Strom-Output erzielt werden.

Diese Windkraftanlage 1 kann in vielen erdenklichen Größen und Anwendungsgebieten Verwendung finden:

Die Windkraftanlage 1 kann als mobiler Stromerzeuger auf Wohnmobilen, beim Campen und auf Yachten Anwendung finden. Sie kann auch auf Hausdächern installiert sein.

Ausführungsbeispiele sind:

Eine Anordnung auf einer Yacht zur Stromerzeugung im Inselbetrieb mit einem Rotordurchmesser bis zu 100 cm ist möglich.

Oder sie ist zum Anbringen am Dach eines Wohnwagens mit einem Rotordurchmesser bis 200 cm gedacht.

Auch die Anwendung bei einem Ein- oder Mehrfamilienhaus auf dem Dach mit einem Rotordurchmesser bis zu 200 cm ist denkbar. Bei diesen Ausführungen ist kein Mast 12 vorgesehen. Die Drehscheibe 11 ist direkt auf einem festen Untergrund angeordnet.

An einem eigenen Mast 12 ist die Windkraftanlage 1 auf einem Grundstück mit einem Rotordurchmesser von zirka 300 bis 400 cm denkbar.

Oder am Dach eines Hochhauses ist die Aufstellung mehrerer solcher Windkraftanlagen 1 mit einem Rotordurchmesser von 500 cm möglich, mit oder ohne Mast 12.

Des Weiteren ist es möglich solche Windkraftanlagen in Windparks, in Offshore-Anlagen, beim Campen auf einem eigenen Standfuß (Rotordurchmesser 100 cm) anzuwenden.

Die Windkraftanlage 1 wurde anhand zweier Prototypen getestet:

Der Prototyp I weist einen Rotordurchmesser von 25 cm auf.

Der Prototyp II weist einen Rotordurchmesser von 150 cm auf.

Beide Prototypen - obwohl sie sehr einfach aufgebaut sind - haben durch ihre dreifach gegenläufige Drehbewegung mehr als doppelt so viel Strom produziert als im Vergleich zu einer herkömmlichen Windkraftanlage.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Windkraftanlage (1) mit einem ersten Rotor (4) und einem zweiten Rotor (5) wobei der zweite Rotor (5) gegenläufig drehbar zum ersten Rotor (4) ist und der zweite Rotor (5) an einem Stator (2a) eines Generators (2) angeordnet ist und der erste Rotor (4) mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (1) einen dritten Rotor (6) aufweist, der mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist.
2. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor (4), der zweite Rotor (5) und der dritte Rotor (6) jeweils Rotorblätter (4b, 5b, 6b) aufweisen, die mit je einem Stellantrieb verbunden sind.
3. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (4b, 5b, 6b) durch den Stellantrieb gemeinsam und aufeinander abgestimmt verstellbar sind.
4. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (1) einen Mast (12) mit einer Drehscheibe (11) zur Windrichtungsnachführung aufweist, wobei erster Rotor (4), zweiter Rotor (5) und dritter Rotor (6) über eine Brücke (10) mit dem Mast (12) verbunden sind.
5. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (10) und der Mast (12) aerodynamisch geformt sind.
6. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Nabe (4a) des ersten Rotors (4) aerodynamisch geformt ist.
7. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Nabe (6a) des dritten Rotors (6) aerodynamisch geformt ist.
8. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Rotorblätter (6b) des dritten Rotors (6) eine dritte Steigung (γ) aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung (a) von ersten Rotorblättern (4b) des ersten Rotors (4).
9. Windkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Rotorblätter (5b) des zweiten Rotors (5) eine zweite Steigung (ß) aufweisen, die eine andere Orientierung aufweist, beziehungsweise ein anderes Vorzeichen aufweist, als eine erste Steigung (a) von ersten Rotorblättern (4b) des ersten Rotors (4). 2016 09 06