BE1020851A3

BE1020851A3 - WIND TURBINE.

Info

Publication number: BE1020851A3
Application number: BE201200523A
Authority: BE
Original assignee: Mondelaers Frans
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-06-03
Also published as: WO2014019034A3; WO2014019034A2

Description

WindturbineWind turbine

De uitvinding heeft betrekking op een windturbine van het type horizontale-asturbine, bevattende een centrale behuizing verbonden met een set wieken zodanig dat de wieken roteerbaar zijn rondom de centrale behuizing in een rotatieoppervlak.The invention relates to a wind turbine of the horizontal axis turbine type, comprising a central housing connected to a set of blades such that the blades are rotatable around the central housing in a rotation surface.

Windturbines van het type horizontale-asturbine zijn bekend en worden frequent toegepast om Elektriciteit op te wekken. De meest voorkomende windturbines hebben 3 wieken die 120 graden verdraaid staan ten opzichte van elkaar, en die de bewegingsenergie van de wind omzetten in een draaiende beweging van een as. Deze as is dan gekoppeld aan een generator, die elektriciteit opwekt.Wind turbines of the horizontal axis turbine type are known and are frequently used to generate electricity. The most common wind turbines have 3 blades that are rotated 120 degrees relative to each other, and which convert the kinetic energy of the wind into a rotating movement of an axis. This axis is then coupled to a generator that generates electricity.

Om de opbrengst van de windturbines te verhogen, is de lengte van de wieken van commerciële windturbines in de loop der jaren sterk gestegen. De reden hiervoor is dat niet het aantal wieken, maarJ wel de lengte van de wieken de grootste invloed heeft op het potentiële vermogen van de windturbine. Zo worden momenteel windturbines vervaardigd met een rotordiameter van 127 meter. Dergelijkë rotors worden op masten bevestigd van 135 meter hoog. Ze hebben een vermogen van 7500kW bij windsnelheden van 28m/s (= 100 km/u).To increase the yield of the wind turbines, the length of the blades of commercial wind turbines has risen sharply over the years. The reason for this is that not the number of blades, but the length of the blades has the greatest influence on the potential power of the wind turbine. For example, wind turbines are currently being manufactured with a rotor diameter of 127 meters. Such rotors are mounted on masts of 135 meters high. They have a capacity of 7500kW at wind speeds of 28 m / s (= 100 km / h).

Het is een doel van de uitvinding een windturbine te voorzien die met geringe diameter een hoge opbrengst kan genereren.It is an object of the invention to provide a wind turbine which can generate a high yield with a small diameter.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een windturbine van het type horizontale-asturbine, bevattende een centrale behuizing verbonden met een set wieken zodanig dat de wieken roteerbaar zijn rondom de centrale behuizing in een rotatieoppervlak, daardoor gekenmerkt dat de wieken een gezamenlijk oppervlak hebben dat groter is dan genoemd rotatieoppervlak.To this end, the invention provides a horizontal-turbine type wind turbine comprising a central housing connected to a set of blades such that the blades are rotatable about the central housing in a rotating surface, characterized in that the blades have a common surface that is larger than said rotation surface.

De wieken draaien in een rotatieoppervlak. Dit rotatieoppervlak is gedefinieerd door een ringvormig oppervlak dat loodrecht staat op de rotatieas, zijnde de hoofdas van de windturbine waar de wieken op gemonteerd zijn, waarbij de ringvorm begrensd is door twee concentrische cirkels. De buitenste concentrische cirkel heeft een straal die gelijk is aan de lengte van de wiek gemeten vanaf het centrum van de hoofdas waar de wiek rond draait, tot aan de tip van de wiek. De binnenste van de twee concentrische cirkels heeft een straal gelijk aan de afstand tussen het centrum van de hoofdas waar de wieken rond draaien en het begin van het blad van de wiek. Daarmee is het rotatieoppervlak gelijk aan het frontale oppervlak waar een windmolen, over een volledige rotatie rondom de hoofdas, wind kan vangen met de wieken.The blades rotate in a rotation surface. This rotation surface is defined by an annular surface perpendicular to the axis of rotation, being the main axis of the wind turbine on which the blades are mounted, the annular shape being delimited by two concentric circles. The outer concentric circle has a radius that is equal to the length of the vane measured from the center of the main axis where the vanes rotate, up to the tip of the vane. The interior of the two concentric circles has a radius equal to the distance between the center of the main axis where the blades rotate and the start of the blade of the blade. The rotation surface is therefore equal to the frontal surface where a windmill can catch wind with the vanes over a full rotation around the main axis.

De wieken hebben typische een oppervlak met een complexe geometrie, bevattende krommingen in meerdere richtingen. Het oppervlak van een wiek wordt' daarom gedefinieerd als de som van N deeloppervlakken, waarbij het oppervlak van de wiek verdeeld wordt in (theoretisch bij voorkeur een oneindig aantal) N deeloppervlakken. Daarbij zal, hoe groter N gekozen wordt, het oppervlak nauwkeuriger zijn. Wanneer een wiek een voorzijde en een achterzijde heeft, zal het oppervlak van de wiek bij voorkeur gedefinieerd zijn als het oppervlak van de voorzijde van de wiek. Daarbij is de voorzijde de zijde die naar de wind gekeerd staat, en dus de windvangende zijde van de wiek.The vanes typically have a surface with a complex geometry, containing curvatures in multiple directions. The surface of a wick is therefore defined as the sum of N sub-surfaces, wherein the surface of the wick is divided into (theoretically preferably an infinite number of) N sub-surfaces. In addition, the larger N is chosen, the surface area will be more accurate. When a vane has a front side and a rear side, the surface of the vane will preferably be defined as the surface of the front side of the vane. The front is the side that faces the wind, and therefore the wind-catching side of the wick.

Wieken staan typisch gekanteld ten opzichte van de windrichting, om de wind te kunnen omzetten in een rotatiebeweging. Daardoor kan het gezamenlijke oppervlak van de wieken groter zijn dan het rotatieoppervlak, en dit zonder dat de wieken met elkaar in botsing komen. Het voorzien van de wieken van een gezamenlijk oppervlak dat groter is dan het rotatieoppervlak, maakt het mogelijk om met een windmolen met een relatief kleine diameter, bijvoorbeeld een diameter van 3 meter, toch zeer hoge vermogens te halen. Een bijkomend voordeel is dat hoge vermogens reeds gehaald kunnen worden bij lage windsnelheden, zijnde windsnelheden van ongeveer 20 km/uur. Conventionele windmolens bereiken hun maximale opbrengst typisch pas bij windsnelheden van ongeveer 80 km/uur. Een verrassend voordeel is dat de zichtbaarheid van de windmolens voor vogels veel beter is, waardoor vogels minder verrast worden, en daardoor minder geraakt worden door een windmolen. Het visueel zichtbare oppervlak, door het grote gezamenlijke oppervlak van de wieken, is groot zodat ze goed waargenomen kunnen worden door vogels.Wicks are typically tilted with respect to the wind direction in order to be able to convert the wind into a rotational movement. As a result, the joint surface of the vanes can be larger than the rotation surface, and this without the vanes colliding with each other. Providing the blades with a joint surface that is larger than the rotation surface makes it possible to achieve very high powers with a windmill with a relatively small diameter, for example a diameter of 3 meters. An additional advantage is that high powers can already be achieved at low wind speeds, being wind speeds of approximately 20 km / hour. Conventional windmills typically only reach their maximum yield at wind speeds of around 80 km / h. A surprising advantage is that the visibility of the windmills for birds is much better, so that birds are less surprised and therefore less affected by a windmill. The visually visible surface, due to the large joint surface of the vanes, is large so that they can be easily observed by birds.

Bij voorkeur bevat de set wieken maximaal zeven wieken. Bij voorkeur bevat de set wieken maximaal vijf wieken, meer bij voorkeur bevat de set wieken vier wieken. Wanneer het gezamenlijke oppervlak van de wieken groter is dan het rotatieoppervlak, en slechts een beperkt aantal wieken voorzien wordt, is het technische gevolg dat de wieken een lage lengte/breedte verhouding. De wieken zullen dus.relatief breed zijn. Een brede wiek blijkt ideaal om de wind te geleiden en een hoog rendement te halen bij relatief, lage windsnelheden. Tests met een windturbine met vier wieken hebben uitgewezen dat, bij een windsnelheid van 20 km/uur, een opbrengst van ongeveer 270 Watt verkregen kan worden met een windturbine met een diameter van 3 meter. Bij windsnelheden van 40 km/u kunnen met eenzelfde windturbine opbrengsten van ongeveer 1900 Watt verkregen worden. Bij windsnelheden van 60 km/u kunnen met eenzelfde windturbine opbrengsten van ongeveer 6300 Watt verkregen worden. Bij windsnelheden van 80 km/u kunnen met eenzelfde windturbine opbrengsten van ongeveer 14700 Watt verkregen worden. Bij windsnelheden van 100 km/u kunnen met eenzelfde windturbine opbrengsten van ongeveer 28700 Watt verkregen worden.The set of vanes preferably comprises a maximum of seven vanes. Preferably the set of vanes contains a maximum of five vanes, more preferably the set of vanes contains four vanes. When the joint surface of the vanes is larger than the rotation surface, and only a limited number of vanes are provided, the technical consequence is that the vanes have a low length / width ratio. The vanes will therefore be relatively wide. A broad wick appears to be ideal for guiding the wind and achieving a high efficiency with relatively low wind speeds. Tests with a wind turbine with four blades have shown that, at a wind speed of 20 km / hour, a yield of approximately 270 watts can be obtained with a wind turbine with a diameter of 3 meters. At wind speeds of 40 km / h, yields of around 1900 watts can be achieved with the same wind turbine. At wind speeds of 60 km / h, yields of approximately 6300 Watt can be achieved with the same wind turbine. At wind speeds of 80 km / h, yields of approximately 14700 Watt can be achieved with the same wind turbine. At wind speeds of 100 km / h, yields of approximately 28700 Watt can be achieved with the same wind turbine.

Daarmee wijzen de tests en simulaties uit dan, voor een windturbine met een wiekdiameter van slechts 3 meter uitzonderlijk hoge opbrengsten kunnen gehaald worden.The tests and simulations show that exceptionally high yields can be achieved for a wind turbine with a wick diameter of only 3 meters.

Bij voorkeur bevatten elk van de wieken ter plaatse van de buitenste rand van het rotatieoppervlak een opstaande rand. Een opstaande rand ter plaatse van de buitenste van de twee concentrische cirkels die het rotatieoppervlak definiëren, geleiden de wind over de wieken, en zorgen daarmee voor een hogere opbrengst. Verrassenderwijs blijkt ook dat het geluid dat geproduceerd wordt door de wieken, en dat als geluidsvervuiling ervaren wordt, sterk afneemt door de opstaande rand. De windmolen wordt, door de opstaande rand, veel stiller. Door de opstaande rand kan de wind, gevangen door de wiek, niet van de wiek afvloeien via de buitenste rand. Zo wordt de wind gevangen op de wiek, en wordt een overdruk vastgehouden op de wiek. Tests en simulaties hebben uitgewezen dat de opbrengst van de windturbine hierdoor noemenswaardig stijgt.Preferably, each of the vanes at the location of the outer edge of the rotation surface comprises an upstanding edge. A raised edge at the outer edge of the two concentric circles defining the surface of rotation guides the wind over the vanes, thereby ensuring a higher yield. Surprisingly, it also appears that the noise produced by the vanes, and that is perceived as noise pollution, strongly decreases due to the raised edge. The windmill becomes much quieter due to the raised edge. Due to the raised edge, the wind caught by the wick cannot flow from the wick via the outer edge. In this way the wind is caught on the wick, and an overpressure is held on the wick. Tests and simulations have shown that the yield of the wind turbine increases significantly as a result.

Bij voorkeur bevatten elk van de wieken ter plaatse van de binnenste rand van het rotatieoppervlak een opstaande rand. Deze opstaande rand geleidt de wind langs de wieken-. Deze opstaande rand is geplaatst ter plaatse van de binnenste van de twee concentrische cirkels van het. rotatieoppervlak. Ook de binnenste wand heeft als effect dat een hogere opbrengst bekomen wordt, en dat de wieken minder geluid produceren bij het draaien.Preferably, each of the vanes at the location of the inner edge of the rotation surface comprises an upstanding edge. This raised edge guides the wind along the wings. This raised edge is positioned at the interior of the two concentric circles of the. surface of rotation. The inner wall also has the effect that a higher yield is obtained and that the blades produce less noise when turning.

Bij voorkeur vormt de opstaande rand een hoek met de wiek groter dan 90°, bij voorkeur groter dan 100°, en kleiner dan 160°, bij voorkeur kleiner dan 150°, meer bij voorkeur kleiner dan 140°·. Door de opstaande rand onder een hoek te plaatsen met een wiek groter dan 90°, staat de opstaande rand als het ware naar buiten gekanteld op de wiek. Tests hebben uitgewezen dat een dergelijke configuratie van de opstaande rand de opbrengst, en de geluidsdemping maximaliseert.The raised edge preferably forms an angle with the vane greater than 90 °, preferably greater than 100 °, and smaller than 160 °, preferably smaller than 150 °, more preferably smaller than 140 °. By placing the raised edge at an angle with a blade greater than 90 °, the raised edge is, as it were, tilted outwards on the blade. Tests have shown that such a configuration of the raised edge maximizes the yield and the sound damping.

Bij voorkeur is de opstaande rand aan de voorzijde en aan de achterzijde van de wiek gevormd. Door de opstaande rand aan de voor- en aan de achterzijde te vormen, wordt niet alleen het windvangende oppervlak (de voorzijde van de wiek) gestroomlijnd door de rand om de wind beter te geleiden, maar wordt ook de achterzijde (waar een vacuümzone, een zone van lagere druk, ontstaat) van randen voorzien waardoor de luchtstroom aan de beide zijden begeleid wordt. Zo kan de overdruk aan de voorzijde vastgehouden worden aan de wiek, en kan de onderdruk aan de achterzijde van de wiek vastgehouden worden. Ontsnappen van overdruk en onderdruk aan de boven en onderzijde van de wiek wordt hierdoor bemoeilijkt, wat de opbrengst verhoogt.The raised edge is preferably formed at the front and at the rear of the vane. By forming the raised edge at the front and at the rear, not only the wind-catching surface (the front of the wick) is streamlined by the edge to better guide the wind, but also the rear (where a vacuum zone, a zone of lower pressure, is created) with edges so that the air flow is guided on both sides. For example, the overpressure can be held at the front of the wick, and the underpressure can be held at the rear of the wick. Escape of overpressure and underpressure at the top and bottom of the wick is hereby made more difficult, which increases the yield.

Bij voorkeur heeft het rotatieoppervlak een buitenste diameter die kleiner is dan 5 meter, bij voorkeur kleiner dan 4 meter, meer bij voorkeur ongeveer 3 meter. De windturbine volgens de uitvinding is het meest geschikt om toe te passen in een kleine windmolen, zijnde een windmolen met een wiekdiameter van ongeveer 3 meter. Tests hebben uitgewezen dat de specifieke opbouw en kenmerken van de windturbine volgens de uitvinding een hoog rendement geven bij een wiekdiameter kleiner dan 5 meter, bij voorkeur kleiner dan 4 meter, meer bij voorkeur ongeveer 3 meter. Bij voorkeur is de wiekdiameter kleiner dan 3 meter. Afhankelijk van de toepassing kunnen ook windturbines van 1 meter wiekdiameter of kleiner voorzien worden.Preferably, the rotation surface has an outer diameter that is less than 5 meters, preferably less than 4 meters, more preferably about 3 meters. The wind turbine according to the invention is most suitable for use in a small windmill, being a windmill with a blade diameter of approximately 3 meters. Tests have shown that the specific construction and characteristics of the wind turbine according to the invention give a high efficiency with a wick diameter smaller than 5 meters, preferably smaller than 4 meters, more preferably approximately 3 meters. The blade diameter is preferably less than 3 meters. Depending on the application, wind turbines with a diameter of 1 meter or smaller can also be provided.

Bij voorkeur heeft elke wiek een lengte-breedte verhouding die kleiner is dan 3, bij voorkeur kleiner is dan 2,5, meer bij voorkeur ongeveer 2 is. Daarbij is de lengte de afstand, gemeten langs de as van de wiek, van het begin van de wiek tot het eind van de wiek, en is de breedte de gemiddelde breedte van de wiek ten opzichte van deze as. Een # wiek met een dergelijke lengte-breedte verhouding blijkt uit tests en simulaties een hoge opbrengst te hebben.Preferably, each wick has a length to width ratio that is less than 3, preferably less than 2.5, more preferably about 2. The length here is the distance measured along the axis of the vane from the beginning of the vane to the end of the vane, and the width is the average width of the vane relative to this axis. A # wick with such a length-width ratio appears to have a high yield from tests and simulations.

Bij voorkeur is het gezamelijke frontale oppervlak van de wieken bij een axiale positie van de Wieken tussen 5 graden en 30 graden hoekverdraaiing ten opzichte van het vlak loodrecht op de frontale richting, gelijk aan het rotatieoppervlak. Daarbij is het frontale oppervlak typisch kleiner dan het effectieve oppervlak, omdat het frontale oppervlak het geprojecteerde oppervlak in de frontale richting is.Preferably, the joint frontal surface of the vanes at an axial position of the vanes between 5 degrees and 30 degrees angular rotation relative to the plane perpendicular to the frontal direction is equal to the rotation surface. In addition, the frontal surface is typically smaller than the effective surface because the frontal surface is the projected surface in the frontal direction.

De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.The invention will now be described in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing.

In de tekening laat: figuur 1 een frontaal aanzicht zien van een windturbine volgens een voorbeeld van de uitvinding; figuur 2 een dwars aanzicht zien van een deel van de wiek uit een windturbine volgens een voorbeeld van de uitvinding; · figuur 3 een dwars aanzicht zien van een set wieken uit een windturbine volgens een voorbeeld van de uitvinding; / figuur 4 een doorsnede zien van een deel van een wiek uit een windturbine volgens een voorbeeld van de uitvinding; figuur 5 een frontaal aanzicht zien van een windturbine volgens een voorbeeld van de uitvinding;In the drawing: figure 1 shows a frontal view of a wind turbine according to an example of the invention; Figure 2 shows a cross-sectional view of a part of the vane from a wind turbine according to an example of the invention; Figure 3 shows a transverse view of a set of blades from a wind turbine according to an example of the invention; Figure 4 shows a cross-section of a part of a vane from a wind turbine according to an example of the invention; Figure 5 shows a frontal view of a wind turbine according to an example of the invention;

In de tekening is aan eenzelfde of analoog element eenzelfde verwijzingscijfer toegekend.In the drawing, the same reference numeral is assigned to the same or analogous element.

Figuur 1 toont een windturbine met zijn hoofdonderdelen. De windturbine 1 bevat vier wieken 2, 3, 4 en 5, die elk via een wiekas 6 verbonden zijn met een hoofdas 7 waarrond de wieken kunnen draaien om kracht over te brengen op de hoofdas 7. Bij voorkeur is de hoofdas 7 geplaatst in een centrale behuizing 8. In deze centrale behuizing 8 kan verder een generator gemonteerd zijn voor het genereren van elektrische energie. Volgens de uitvinding kunnen de wieken 2, 3, 4 en 5 ook rechtstreeks verbonden worden met een generator, in plaats van via een hoofdas 7 met een generator verbonden te zijn. De generator wordt dan in de centrale behuizing geplaatst. De centrale behuizing 8 is bij voorkeur gemonteerd op een mast (niet weergegeven) zodat de windmolen op een hoogte in het landschap geplaatst kan worden.Figure 1 shows a wind turbine with its main components. The wind turbine 1 comprises four vanes 2, 3, 4 and 5, each of which is connected via a vane shaft 6 to a main shaft 7 around which the vanes can rotate to transmit force to the main shaft 7. Preferably, the main shaft 7 is placed in a central housing 8. A generator for generating electrical energy can furthermore be mounted in this central housing 8. According to the invention, the vanes 2, 3, 4 and 5 can also be connected directly to a generator, instead of being connected to a generator via a main shaft 7. The generator is then placed in the central housing. The central housing 8 is preferably mounted on a mast (not shown) so that the windmill can be placed at a height in the landscape.

De wieken, van de windturbine 1 zijn voorzien om te roteren in een theoretisch rotatieoppervlak. Dit theoretisch rotatieoppervlak is ringvormig en ligt in een vlak loodrecht op de hoofdas 7. De ringvorm heeft een binnenste diameter en een buitenste diameter. De binnenste diameter ligt ter plaatse van de binnenste rand 10 van de wieken. De binnenste rand van de wieken is de rand van het wiekoppervlak dat het dichtst ligt bij het rotatiecentrum van de wieken. In figuur 1 is het rotatiecentrum bepaald door de hoofdas 7. De buitenste cirkel van het ringvormige rotatieoppervlak ligt ter plaatse van de buitenste rand 9 van de wieken. De buitenste rand van de wieken is de rand van het wiekoppervlak dat het verst verwijderd ligt van het rotatiecentrum van de wieken. Daarmee is het rotatieoppervlak indicatief voor de hoeveelheid wind die maximaal door de wieken van de windturbine gevangen kan worden. Een andere manier om het rotatieoppervlak te bepalen is door het frontale oppervlak van de centrale behuizing af te trekken van het cirkelvormige oppervlak gedefinieerd door de rotatiediameter van de wieken, waardoor een ringvormig rotatieoppervlak bekomen wordt. Daarbij wordt frontale oppervlak van een voorwerp gedefinieerd als de geprojecteerde oppervlakte van het voorwerp loodrecht op de bewegingsrichting of windrichting.The blades of the wind turbine 1 are provided to rotate in a theoretical rotation surface. This theoretical surface of rotation is annular and lies in a plane perpendicular to the main axis 7. The annular shape has an inner diameter and an outer diameter. The inner diameter is at the location of the inner edge 10 of the vanes. The inner edge of the blades is the edge of the blade surface that is closest to the center of rotation of the blades. In figure 1 the center of rotation is determined by the main axis 7. The outer circle of the annular rotation surface is situated at the outer edge 9 of the vanes. The outer edge of the blades is the edge of the blade surface furthest away from the center of rotation of the blades. The rotation surface is therefore indicative of the maximum amount of wind that can be caught by the blades of the wind turbine. Another way to determine the rotation surface is by subtracting the frontal surface of the central housing from the circular surface defined by the rotation diameter of the vanes, thereby obtaining an annular rotation surface. Thereby, frontal surface of an object is defined as the projected surface of the object perpendicular to the direction of movement or wind direction.

Elk van de wieken 2, 3, 4 en 5 hebben een oppervlak, het oppervlak van een wiek is bij voorkeur gedefinieerd als het oppervlak aan de voorzijde van de wiek, zijnde de windvangende zijde van de wiek. Het oppervlak van de wiek is verder gedefinieerd als de som van N deelvlakken van de wiek (waarbij N een natuurlijk getal is dat bij voorkeur zo groot mogelijk is) . Omdat een wiek vaak een complexe driedimensionale vorm heeft, wordt het oppervlak bij voorkeur via de som der deeloppervlakken bepaald. Bij voorkeur zijn de wieken 2, 3, 4 en 5 van de windturbine identiek. De gezamenlijke oppervlakten van de wieken is dan ook gelijk aan het aantal wieken maal het oppervlak van één wiek. In het geval van figuur 1, is het gezamenlijke' oppervlak van de wieken vier maal het oppervlak van wiek 2.Each of the vanes 2, 3, 4 and 5 has a surface, the surface of a vane is preferably defined as the surface at the front of the vane, being the wind-catching side of the vane. The surface of the wick is further defined as the sum of N sub-faces of the wick (where N is a natural number that is preferably as large as possible). Because a wick often has a complex three-dimensional shape, the surface is preferably determined via the sum of the partial surfaces. Preferably the blades 2, 3, 4 and 5 of the wind turbine are identical. The joint surfaces of the vanes is therefore equal to the number of vanes times the surface of one vane. In the case of Figure 1, the combined surface of the vanes is four times the surface of vane 2.

De windturbine 1 is gevormd zodanig dat het gezamenlijke oppervlak van de wieken 2, 3, 4 en 5 groter is dan het rotatieoppervlak. In figuur 1 is dit schijnbaar niet het geval, omdat tussen aangrenzende wieken openingen zichtbaar zijn, echter de wieken staan gekanteld ten opzichte van de windrichting, zodat het frontale oppervlak (het oppervlak dat zichtbaar is in figuur 1) noemenswaardig kleiner is dan het effectieve oppervlak van de wieken. Dit wil zeggen dat ook in figuur 1, waar in het frontale zicht een afstand is tussen aangrenzende wieken, de gezamenlijke oppervlakte van de wieken groter is dan het ringvormige rotatieoppervlak. Het zal duidelijk zijn dat een windturbine waarbij bovenstaande verhouding van oppervlakken klopt voor een beperkt ringvormig segment van de wieken, dit eveneens onder de beschermingsomvang van de uitvinding valt. Namelijk het is niet ondenkbaar om een wiek zoals weergegeven in figuur 1 verder te verlengen (bijvoorbeeld met een verlengstuk in de vorm van conventionele commerciële wieken), waardoor het rotatieoppervlak groter wordt (via een slank wiekeinde) zonder het oppervlak van de wieken noemenswaardig te verhogen.The wind turbine 1 is formed such that the combined surface of the blades 2, 3, 4 and 5 is larger than the rotation surface. This is apparently not the case in Figure 1, because openings are visible between adjacent blades, but the blades are tilted with respect to the wind direction, so that the frontal surface (the surface visible in Figure 1) is noticeably smaller than the effective surface. of the vanes. This means that also in figure 1, where in the frontal view there is a distance between adjacent blades, the combined surface of the blades is larger than the annular rotation surface. It will be clear that a wind turbine in which the above ratio of surfaces is correct for a limited annular segment of the blades also falls within the scope of the invention. Namely, it is not inconceivable to further extend a vane as shown in Figure 1 (for example with an extension in the form of conventional commercial vanes), whereby the surface of rotation becomes larger (via a slender vane end) without significantly increasing the surface of the vanes .

Figuur 2 toont een dwarsaanzicht (dwars ten opzichte van de hoofdas 7) van een wiek 2 die op een centrale as 7 gemonteerd is via een wiekas 6. De wiek vertoont een binnenste rand 11 en een buitenste rand 12. De binnenste rand 11 is de rand van de wiek die het dichtst bij het centrale rotatiepunt, zijnde in dit geval de hoofdas 7, ligt. De buitenste rand 12 is de rand van de wiek die het verst van het centrale rotatiepunt van de windturbine, zijnde in dit geval de hoofdas 7, ligt. De figuur toont de windrichting 13, als gevolg waarvan de wiek zoals weergegeven in figuur 2 een kracht naar links zal genereren. Deze kracht wordt gegenereerd als gevolg van de driedimensionale vorm van de wiek 2 alsook de verdraaide positie van de wiek ten opzichte van de as 7 (de wiek staat niet haaks op de as 7, maar is verdraaid ten opzichte van deze haakse positie). De driedimensionale vorm wordt hoofdzakelijk bepaald door een combinatie van een voorkeurs-vorm in de rotatierichting (op de figuur de links-rechts richting) en een voorkeurs-vorm in de radiale richting (radiaal ten opzichte van de centrale as 7; in de figuur zichtbaar als ,het verschil tussen de binnenste rand 11 en de buitenste rand 12 van de wiek) van de wiek. In de rotatierichting vertoont de voorzijde van de wiek een concave vorm, waarbij de straal toeneemt van de windsnijdende rand (in de figuur de rand weergegeven aan de linkerzijde) naar de tegenoverliggende rand (rand aan de rechterzijde van de figuur). In de radiale richting is de wiek getorst zodanig dat de gemiddelde hoekverdraaiing ten opzichte van het rotatieoppervlak (dat loodrecht staat op de as 7) kort bij de as 7 groter is en afneemt in een richting verder van de as. Zo toont de figuur 2 dat de rand 11, die de binnenste rand van de wiek vormt een grotere hoekverdraaiing met het vlak loodrecht op de as 7 vertoont, dan de buitenste rand 12. Een torsie in deze richting wordt algemeen toegepast bij wieken van windmolens omdat de absolute snelheid bij rotatie van een binnenste punt op de wiek kleiner is dan de absolute snelheid van een punt aan de buitenzijde van de wiek.Figure 2 shows a transverse view (transverse to the main axis 7) of a vane 2 mounted on a central shaft 7 via a vane shaft 6. The vane has an inner edge 11 and an outer edge 12. The inner edge 11 is the edge of the vane closest to the central point of rotation, being the main axis 7 in this case. The outer edge 12 is the edge of the vane that is furthest from the central point of rotation of the wind turbine, being the main axis 7 in this case. The figure shows the wind direction 13, as a result of which the vane as shown in figure 2 will generate a force to the left. This force is generated as a result of the three-dimensional shape of the vane 2 as well as the rotated position of the vane relative to the axis 7 (the vane is not perpendicular to the axis 7, but is rotated relative to this perpendicular position). The three-dimensional shape is mainly determined by a combination of a preferred shape in the direction of rotation (in the figure the left-right direction) and a preferred shape in the radial direction (radially relative to the central axis 7; visible in the figure as, the difference between the inner edge 11 and the outer edge 12 of the vane) of the vane. In the direction of rotation, the front side of the vane has a concave shape, the radius increasing from the wind-cutting edge (the edge shown on the left in the figure) to the opposite edge (edge on the right-hand side of the figure). In the radial direction, the vane is twisted such that the average angular rotation relative to the rotation surface (which is perpendicular to the axis 7) is greater near the axis 7 and decreases in a direction further away from the axis. Figure 2 shows that the edge 11, which forms the inner edge of the wick, has a greater angular rotation with the plane perpendicular to the axis 7 than the outer edge 12. A torsion in this direction is generally applied to windmill wicks because the absolute speed upon rotation of an inner point on the vane is smaller than the absolute speed of a point on the outside of the vane.

Figuur 3 toont twee aangrenzende wieken 2 en 3 in dwarsaanzicht, en toont het effect van de hoekverdraaiing van de wieken ten opzichte van het vlak loodrecht op de as 7 (door rotatie van de wieken rond hun longitudinale as; niet weergegeven; dit is de as die zich typisch radiaal uitstrekt vanaf de hoofdas 7). In figuur 3a zijn wieken 2 en 3 verdraaid ten opzichte van de hoofdas, om een hoek α te vormen met het vlak dat loodrecht staat op de hoofdas. Om de hoek α te bepalen, wordt een theoretisch vlak 16 bepaald dat gelijk is aan het gemiddelde van de raakvlakken van N deeloppervlakken van de wiek (waarbij N een natuurlijk getal is dat bij voorkeur zo groot mogelijk is), om zo een gemiddelde richting van de wiek te bepalen. In figuur 3a is de gemiddelde richting aangeduid met lijn 16. De hoek α is in figuur 3a zodanig gekozen dat in de frontale richting, zijnde de richting loodrecht op het rotatieoppervlak 15, geen overlapping en geen opening tussen aangrenzende wieken 2 en 3 zichtbaar is. De wieken 2 en 3 sluiten, frontaal gezien, nauw aan, zoals aangeduid is met lijn 14. In figuur 3b is de hoek waaronder de wieken geplaatst zijn kleiner gekozen, hoék β, aangeduid als de hoek tussen het rotatieoppervlak 15 en het gemiddelde theoretische vlak 17 van de wieken. Daarmee is in de frontale richting een overlapping 18 zichtbaar tussen aangrenzende wieken. Dit is het gevolg van het grotere gezamenlijke oppervlak van de wieken van het rotatieoppervlak. In figuur 1 is de hoek groter gekozen, en is in het frontale aanzicht een opening zichtbaar tussen aangrenzende wieken. Verschillende mechanismes kunnen voorzien worden in de centrale behuizing om de wieken te roteren rondom hun longitudinale as. Zo kan ingespeeld worden op variërende windsnelheden (door de hoek met het rotatievlak kleiner te maken bij lagere windsnelheden en groter te maken bij hogere windsnelheden). Bij voorkeur kunnen de wieken geroteerd worden van een werkstand naar een vaanstand en omgekeerd.Figure 3 shows two adjacent vanes 2 and 3 in cross view, and shows the effect of the angular rotation of the vanes with respect to the plane perpendicular to the axis 7 (by rotation of the vanes about their longitudinal axis; not shown; this is the axis which typically extends radially from the main axis 7). In Figure 3a, blades 2 and 3 are rotated relative to the main axis to form an angle α with the plane perpendicular to the main axis. To determine the angle α, a theoretical plane 16 is determined which is equal to the average of the interfaces of N sub-surfaces of the vane (where N is a natural number which is preferably as large as possible), so as to have an average direction of determine the wick. In figure 3a the average direction is indicated by line 16. In figure 3a the angle α is chosen such that in the frontal direction, being the direction perpendicular to the rotation surface 15, no overlap and no gap between adjacent vanes 2 and 3 are visible. From the frontal view, the vanes 2 and 3 are closely aligned, as indicated by line 14. In Figure 3b, the angle at which the vanes are placed is smaller, the angle β is indicated as the angle between the rotation surface 15 and the average theoretical plane. 17 of the vanes. Thus, an overlap 18 is visible in the frontal direction between adjacent vanes. This is due to the larger joint surface of the blades of the rotation surface. In Fig. 1, the angle is chosen larger, and an opening is visible in the frontal view between adjacent vanes. Various mechanisms can be provided in the central housing to rotate the blades about their longitudinal axis. For example, it is possible to respond to varying wind speeds (by making the angle with the plane of rotation smaller at lower wind speeds and larger at higher wind speeds). Preferably, the vanes can be rotated from a working position to a vane position and vice versa.

Bij voorkeur hebben de wieken ter plaatse van de buitenste en binnenste rand, zijnde respectievelijk de randen 9 en 10 uit figuur 1, een opstaande rand. Daarbij wordt begrepen dat de rand opstaat ten opzichte van het vlak van de wiek. Zulke opstaande randen zijn weergegeven in figuur 4. Figuur 4a toont een wiek ' 2 in doorsnede, en toont aan de rand van de wiek een opstaande rand 9. Figuur 4a toont de windrichting 13, en toont hoe de opstaande rand 9 tweeledig is uitgevoerd, zowel aan de voorkant, aangeduid met referentienummer 19, als naar de achterkant, aangeduid met referentienummer 20. De opstaande rand is onder een hoek geplaatst ten opzichte van de wiek, bij voorkeur een hoek van ongeveer 120°. Figuur 4b toont een alternatieve opstaande rand, en toont een opstaande rand met een knik.Preferably the vanes at the location of the outer and inner edge, being the edges 9 and 10 respectively of Figure 1, have an upstanding edge. It is thereby understood that the edge rises with respect to the plane of the vane. Such upright edges are shown in figure 4. Figure 4a shows a vane 2 in section, and at the edge of the vane an upright edge 9. Figure 4a shows the wind direction 13, and shows how the upright edge 9 is designed in two parts, both at the front, indicated by reference number 19, and to the rear, indicated by reference number 20. The raised edge is placed at an angle with respect to the vane, preferably an angle of about 120 °. Figure 4b shows an alternative raised edge, and shows a raised edge with a bend.

Figuur 4b toont eveneens een wiekrand met een opstaande rand aan de voorzijde. 19 en aan de achterzijde 20. Figuur 4c toont een gekromde wiek 2 met een gekromde opstaande rand 19, met als doel te beschrijven hoe de hoek tussen wiek en opstaande rand bepaald wordt. De hoek tussen de wiek en de opstaande rand wordt gedefinieerd als de hoek tussen de raaklijn aan de rand van de wiek met de gemiddelde richting van de opstaande rand. De raaklijn aan de wiek ter plaatse van de rand is weergegeven in figuur 4c met referentienummer 21, en de gemiddelde richting van de opstaande rand is weergegeven in figuur 4c met referentienummer 22. De opstaande rand heeft bij voorkeur een lengte van minstens 1 cm, meer bij voorkeur minstens 3 cm, meest bij voorkeur minstens 5 cm.Figure 4b also shows a blade edge with a raised edge on the front. 19 and at the rear 20. Figure 4c shows a curved blade 2 with a curved raised edge 19, with the aim of describing how the angle between blade and raised edge is determined. The angle between the blade and the raised edge is defined as the angle between the tangent line on the edge of the blade with the average direction of the raised edge. The tangent line to the vane at the edge of the edge is shown in Figure 4c with reference number 21, and the average direction of the raised edge is shown in Figure 4c with reference number 22. The raised edge preferably has a length of at least 1 cm, more preferably at least 3 cm, most preferably at least 5 cm.

Figuur 5 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van een windturbine volgens de uitvinding, waarbij een eerste set wieken 23 in een eerste richting draait rondom de centrale behuizing 8, en een tweede set wieken 24 in een tweede richting tegenovergesteld aan de eerste richting draait rondom de centrale behuizing 8. Een dergelijke configuratie van een windmolen kan eveneens uitgevoerd worden op zodanige wijze dat het rotatieoppervlak kleiner is dan de gezamenlijke oppervlakten van de wieken.Figure 5 shows an alternative embodiment of a wind turbine according to the invention, wherein a first set of blades 23 rotates in a first direction about the central housing 8, and a second set of blades 24 rotates in a second direction opposite the first direction about the central housing 8. Such a configuration of a windmill can also be carried out in such a way that the rotation surface is smaller than the joint surfaces of the vanes.

Volgens één uitvoeringsvorm, zijn de wieken zo verbonden met een hoofdas of een ' generator dat hun longitudinale as doorheen het rotatiecentrum loopt. Volgens een verdere uitvoeringsvorm, zijn de wieken zo verbonden met de hoofdas of met een generator dat hun longitudinale as langsheen het rotatiecentrum loopt op een voorafbepaalde afstand daarvan.According to one embodiment, the blades are connected to a major axis or a generator such that their longitudinal axis passes through the center of rotation. According to a further embodiment, the blades are connected to the main axis or to a generator such that their longitudinal axis runs along the rotation center at a predetermined distance therefrom.

Bij voorkeur kan de behuizing aan een buitenzijde van lipjes voorzien worden die de wind geleiden. De behuizing kan een roteerbare bolvormige frontale kop bevatten met lipjes die de kop doen draaien zodat extra energie kan verkregen worden via de draaiende kop.The housing can preferably be provided on an outside with lips that guide the wind. The housing may include a rotatable spherical frontal head with tabs that rotate the head so that additional energy can be obtained through the rotating head.

.Verschillende variaties kunnen gevormd worden van een windturbine’ die één of meerdere eigenschappen vertoond volgens de windturbine volgens de uitvinding. De hierboven beschreven voorbeelden dienen enkel ter illustratie, en de beschermingsomvang is bepaald door de conclusies.Different variations can be formed of a wind turbine displaying one or more properties according to the wind turbine according to the invention. The examples described above are for illustrative purposes only, and the scope of protection is defined by the claims.

Claims

A horizontal-axis turbine wind turbine, comprising a central housing connected to a set of blades, such that the blades are rotatable around the central housing in a rotation surface, characterized in that the blades have a common surface that is larger than said rotation surface.

2. Wind turbine according to claim 1, wherein the common surface is on a wind-catching side of the wind turbine.

3. Wind turbine according to claim 1 or 2, wherein the set of blades comprises a maximum of 7 blades, preferably a maximum of 5 blades, more preferably 4 blades.

4. Wind turbine as claimed in claim 1, 2 or 3, wherein each of the blades comprises an upstanding edge at the outer edge of the rotation surface.

The wind turbine according to claim 4, wherein the raised edge extends on each of the blades at the location of substantially the entire outer edge of the rotating surface.

Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the raised edge extends on each of the blades at the location of substantially the entire inner edge of the rotation surface.

Wind turbine according to claim 4, 5 or 6, wherein the raised edge forms an angle with the vane greater than 90 degrees, preferably greater than 100 degrees, and less than 160 degrees, preferably smaller than 150 degrees, more preferably smaller then 140 degrees.

A wind turbine according to any one of claims 4-7, wherein the raised edge is formed on the front side and on the rear side of the vane.

Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein. the rotation surface has an outer diameter that is smaller than 5 meters, preferably smaller than 4 meters, preferably approximately 3 meters.

10. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein each blade has a length / width ratio that is smaller than 3, preferably smaller than 2.5, more preferably approximately 2.

11. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the axial position of the blades is adjustable.

A wind turbine according to any one of the preceding claims, wherein the joint frontal surface of the vanes at an axial position of the vanes between 5 degrees and 30 degrees angular rotation relative to the plane perpendicular to the frontal direction is equal to the rotation surface.

A wind turbine according to any one of the preceding claims, wherein each blade is mainly formed in the form of a circular sector.