CH715312A2 - Windkraftanlage mit Magnus-Effekt-Flügeln. - Google Patents

Abstract

Windkraftanlage mit einem Rotor, welcher durch einen oder mehrere tangential wirkende Magnus-Effekt-Flügel (6), insbesondere Flettner-Rotoren, in Rotation bringbar ist, wobei die Magnus-Effekt-Flügel (6) sich in der gleichen Drehebene wie der Rotor drehen, wobei der Windstrom quer zur Drehachse des Rotors liegt. Um den Umstand zu beheben, dass der Magnus-Effekt immer eine senkrecht zur Windrichtung stehende Kraft erzeugt, ist vorzugsweise ein Windschutz (4) eingebaut, welcher einen Teil der Umlaufbahn der Magnus-Effekt-Flügel (6) vom Wind abschirmt.

Description

Erfinder

[0001] David Jan Schlesinger, Ctra. El Lomito lc, ES-35431 Firgas-Casablanca de Gran Canaria, Spanien

Technisches Gebiet

[0002] Windkraftanlage: F03D

Stand der Technik

[0003] Horizontale Wind Turbinen (HWT) werden heute üblicher Weise zur Stromproduktion eingesetzt. Ihre Flügel/Propeller haben eine vorgegebene aerodynamische Form, die bei parallel zur Rotationsachse auftreffendem Wind den Rotor dreht.

[0004] Vertikale Wind Turbinen (VWT) verwerten Wind, der senkrecht zur Rotationsachse auftrifft.

[0005] Die Turbinenflügel einer VWT sind so konstruiert, dass sie je nach Position beim Umlauf je nach Winkel zum Wind unterschiedlich starke Kräfte erzeugen und unabhängig von der Windrichtung immer in die gleiche Richtung drehen, welche durch die Bauweise festgelegt ist.

[0006] Es gibt einige Versuche, Windräder mit Magnus-Effekt-Flügeln (MEF), zum Beispiel sog. Flettner-Rotoren, zu bauen.

[0007] Ein wesentliches Problem dabei ist, dass der Magnus-Effekt immer eine zur Windrichtung senkrecht stehende Kraft erzeugt, deren Richtung ausschliesslich durch die Drehrichtung des MEF bestimmt wird.

[0008] Vertikale Windturbinen (VWT) mit direkt am MEF fest angebauten «Strömungsbrechern» wurden bereits öffentlich gezeigt.

[0009] Es gibt Patente bzgl. HWT mit MEFs, bei den diese anstatt der üblichen Propeller benutzt werden.

Darstellung der Erfindung

[0010] Die tangentiale Magnus-Effekt Windturbine (Fig. 1 ) löst das Problem des «konstanten Magnus-Effektes», indem es die Magnus-Effekt-Flügel (MEF) auf einem Teil ihrer Umlaufbahn vom Wind abschirmt. Die erfindungsgemässe Windturbine ist wie ein Querstromlüfter aufgebaut, wobei die «Schaufeln» aus MEF (6, 15) (z.B. sog. «Flettner-Rotoren») bestehen. Zusätzlich befindet sich in der Windturbine (Fig. 2 ) ein Windschutz (4, 17, 25, Fig.  5 ).

[0011] Die MEF (6, 15) werden mit einem oder mehreren Elektromotoren (7) in Rotation versetzt.

[0012] Der Magnus-Effekt erzeugt eine zur Rotationsachse jedes MEF (6, 15) senkrecht wirkende Kraft.

[0013] Der Haupt-Rotor (Fig. 2 ) sitzt über Kugellager verbunden auf einer Achse (9, 18, 24). Diese Achse hält den Windschutz (4, 17, 25, Fig. 5 ) an seinem Platz (HWT-Ausführung) oder dreht ihn auf die gewünschte Position (VWT-Ausführung, Fig. 4 ), durch Nutzung eines Ruders (26) oder einer Mechanik im drehbaren Sockel (2, 20, 23).

[0014] Der Windschutz (4, 17, 25, Fig. 5 ), schirmt den hinteren Teil der Laufstrecke der MEF (6, 15) vom frontalen Wind ab. Entstehende Rückwirbel können je nach Bauform des Windschutzes (17, Fig. 5 ) genutzt werden.

[0015] Der Hauptrotor (Fig. 2 ) kann mit horizontaler Drehachse gebaut werden (Fig. 1 , 3 ) oder mit vertikaler (Fig. 4 ).

[0016] Ein Sensor erkennt eine ausreichende Windgeschwindigkeit, die Steuerelektronik startet den oder die Elektromotoren (7) und dadurch die Rotation der MEF (6, 15).

[0017] Die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt als ein Faktor neben der Windgeschwindigkeit die Stärke der vom Magnus-Effekt erzeugten Kraft. Bei sehr starkem Wind kann sie entsprechend niedrig sein, um die Drehzahl des Hauptrotors (Fig. 2 ) zu begrenzen und nicht mehr als die gewünschte Nennleistung an Strom zu produzieren.

[0018] Werden die MEF (6, 15) nicht gedreht, dreht sich auch der Hauptrotor nicht.

Aufzählung der Zeichnungen

[0019] <tb>Fig. 1 :<SEP>Ausführung mit horizontaler Drehachse <tb>Fig. 2 :<SEP>Rotor mit Achse <tb>Fig. 3 :<SEP>Windschutz statisch am Halter befestigt (HWT) <tb>Fig. 4 :<SEP>Windschutz drehbar auf Bodenplatte befestigt (VWT) <tb>Fig. 5 :<SEP>Windschutz weitere Ausführung

Ausführung der Erfindung

[0020] I. Ausführung als «horizontale-Wind-Turbine» (HWT), Fig. 1 , 2 und 3 .

[0021] Auf einem fest verankerten Sockel (1, 21) befindet sich über ein radial drehbares Lager (2, 20) befestigt eine U-förmige Halterung (3, 19) mit fester Verbindung zum Windschutz (4, 17). Auf radialen Kugellagern sind die Stern-förmigen Seiten (5) des Generator-Rotors (Fig. 2 ) befestigt.

[0022] Zwischen den sich entsprechenden äusseren Enden jeden Arms ist je ein Magnus-Effekt-Flügel (6) (MEF), zum Beispiel je ein Flettner-Rotor angebracht.

[0023] Diese MEF können durch zusätzliche Windturbinen oder wie in der Zeichnung durch Elektromotoren (7) in Rotation versetzt und gehalten werden. Die Rotation des MEF kann bei starkem Wind soweit vermindert werden, dass die Windkraftanlage weiterhin sicher betrieben werden kann.

[0024] Der Windstromstromschutz (4) führt die Luftströmung an den MEF auf der Rückseite des Rotors vorbei und kann den Generator-Rotor in den Wind ausrichten. Dies kann ebenfalls durch eine elektromechanische Vorrichtung im Drehlager (2) erreicht werden. Je nach Form des Windstromschutzes (4) kann an der Rückseite ein nutzbarer Rückstromeffekt erzielt werden.

[0025] Der Hauptrotor dreht über ein Zahnrad den Generator (8), welcher Strom produziert.

[0026] Der Haupt-Rotor (Fig. 2 ) hat einen ähnlichen Aufbau wie ein tangentialer Ventilator. Die feststehende Achse (9, 18) der Halterung (3, 19) ist über Kugellager mit dem Rotorkörper verbunden. Das am Rotorkörper starr befestigte Zahnrad (10) dreht den Generator (8) zur Stromerzeugung.

[0027] Der Rotorkörper besteht aus zwei Mittelteilen (11) welche über Kugellager mit der feststehenden Achse (9) verbunden sind, an welcher auch der Windschutz (4) befestigt ist. Über Speichen (12) sind die beiden Aussenringe (13) befestigt. Diese sind fest mit Querstreben (14) miteinander verbunden.

[0028] Zwischen den Aussenringen (13) sind weiterhin die Magnus-Effekt-Flügel (15), im Weiteren MEF abgekürzt, drehbar gelagert. In der gezeigten Ausführung sind die MEF als sogenannte «Flettner-Rotoren» gezeichnet.

[0029] Sie werden durch Elektromotoren (7, 16) in Rotation versetzt und gehalten.

[0030] MEF erzeugen eine Kraft senkrecht zur Windrichtung. Die MEF (15) am vorderen Teil des Rotors erzeugen demzufolge am hinteren Teil eine entgegengesetzt wirkende Kraft. Um dies zu verhindern wird erfindungsgemäss ein Windschutz (4, 17) eingebaut.

[0031] Dieser ist fest verbunden mit der starren Achse (9, 18) und der U-förmigen Halterung (3, 19), welche über ein radiales Lager (2, 20) mit dem Fundament (1, 21) verbunden ist.

[0032] Der Windschutz (4, 17) kann konkave wie konvexe Formen (Fig. 5 ) haben, je nach Anwendungsbereich.

[0033] II. Ausführung als «vertikale-Wind-Turbine» (VWT), Fig. 2 und 4 :

[0034] An einem Fundament (22) ist die Zentralachse (24) über ein radiales Kugellager (23) frei drehbar oder mit einer elektromechanischen Steuerung verbunden. Ist die Zentralachse (24) frei drehbar gelagert, wird ein Ruder (26) dafür genutzt, den Windschutz (25) in den Wind ausgerichtet zu halten.

[0035] In der vorliegenden Ausführung sitzt der Generator zur Stromerzeugung (27) fest auf dem Fundament (22) und wird vom am Rotorkörper befestigten Zahnrad (10) angetrieben.

[0036] Der Rotor (Fig. 2 ) ist derselbe, gleich ob vertikal oder horizontal montiert.

Claims (4)

1. Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (Fig. 2 ) durch einen oder mehrere tangential wirkende Magnus-Effekt-Flügel (15) (abgekürzt «MEF», z.B. Flettner-Rotoren) in Rotation gebracht wird, die sich in der gleichen Drehebene wie der Hauptrotor drehen, wobei der Windstrom quer zur Drehachse liegt.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Windschutz (4, 17, 25) in den Rotor eingebaut wird.

3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Windschutz um Teile des den Rotors herum gebaut ist.

4. Windkraftanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Windzuführung um Teile des den Rotors herum gebaut ist.