DE60224582T2

DE60224582T2 - Windenergieerzeuger, windmühle und spindel und schaufel für die windmühle

Info

Publication number: DE60224582T2
Application number: DE60224582T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Hamakita-shi SUZUKI
Original assignee: FJC HAMAKITA KK; Global Energy Co Ltd
Current assignee: Global Energy Co Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: EP1464835A4; DE60224582D1; AU2002354483A1; TW200300818A; US7040858B2; CN1604993A; EP1464835A1; TWI221174B; US20050084373A1; WO2003052268A1; CN100339592C; EP1464835B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Windenergiegenerator, eine Windmühle für Energie, ihre Hauptwelle und einen Flügel und insbesondere auf einen Windenergiegenerator, eine Windmühle, ihre Hauptwelle und einen Flügel, die ein hohes Drehmoment erreichen können und Windenergiebedingungen eines Installationsplatzes genügen.
Zum Erzeugen von Elektrizität wird hydraulische Energie, thermische Energie oder Atomenergie verwendet, die Nachteile haben, wie der Naturzerstörung mit einem Damm, Brennstoffknappheit, Luftverschmutzung und Radioaktivitätsverletzungen bzw. -unfälle. Saubere, natürliche Energie, wie die Solarerzeugung und Windenergieerzeugung, wurden in der gesamten Welt beachtet.
Zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen von Energie über Windenergie wurden vorgeschlagen. Die DE 2821899 offenbart ein solches System.
Die Windenerie-Wiedergewinnungsrate durch eine Windmühle würde bei einem Typ mit horizontaler Welle 45% und bei einem Typ mit vertikaler Welle 35% sein. Somit wird bei der Windenergieerzeugung eine Windmühle vom Propellertyp mit horizontaler Welle hauptsächlich verwendet.
Es liegen jedoch wie nachstehend angeführt Nachteile vor. Sofern der Wind nicht mit einer mittleren Windgeschwindigkeit mit 4 m/s 2000 Stunden im Jahr lang bläst, ist diese nicht profitabel. Insbesondere dreht sich bei einem Generator mit großen Abmessungen eine Windmühle nicht, sofern Wind nicht mit mehr als 7 m/s bläst. Wind in einer höhere Position bläst schneller. Somit ist es bei einem Windenergiegenerator vom Propellertyp nicht nur notwendig, die Länge eines Propellers zu erhöhen, sondern auch die Höhe eines Turms, auf dem der Generator montiert ist. Es gibt Nachteile bei der Steifigkeit eines Propellers, bei den Kosten für den Transport und die Installation, bei der Instandhaltung und bei dem Platz für die Installation.
Im Hinblick auf die Nachteile besteht eine Aufgabe der Erfindung im Vorsehen eines Windenergiegenerators, einer Windmühle, die in diesem verwendet wird, einer Hauptwelle und eines Flügels, wobei

(1) die Erzeugungsrate bei einem kleinen Windenergiegenerator höher wird,
(2) eine Windmühle auf die Struktur eingestellt oder geändert wird, um eine mittlere Windgeschwindigkeit unter geographischen Bedingungen des Installationsplatzes zu erhalten,
(3) die Struktur der Windmühle geändert werden kann, nachdem der Windenergiegenerator installiert wurde,
(4) die leichte Windmühle mit hoher Steifigkeit einfach transportiert und zusammengebaut werden kann und
(5) der Windenergiegenerator kleiner gestaltet wird, um die Kosten zu reduzieren und den auswählbaren Bereich des Installationsplatzes zu erweitern.

Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Windenergiegenerator vorgesehen, der aufweist:
eine vertikale Hauptwelle,
einen Rotor, der an einem oberen Ende der vertikalen Hauptwelle befestigt ist, um ein Schwungrad zu bilden, und
eine Vielzahl von windaufnehmenden Flügeln, die jeweils einen äußeren windaufnehmenden Bereich und eine innere Halterung aufweisen, wobei jeder der Vielzahl von windaufnehmenden Flügeln in gleichmäßigen Abständen auf dem äußeren Umfang des Rotors angeordnet ist und über die Halterung befestigt ist, wobei die Innenfläche von jedem der Flügeln zur vertikalen Hauptwelle weist, während sich die Außenfläche am entferntesten Abstand von der vertikalen Hauptwelle dreht, dadurch gekennzeichnet, dass
der windaufnehmende Abstand eine Nase bzw. eine Krümmungsfläche an der Innenfläche hat, um einen Unterdruck vor dem windaufnehmenden Flügel zu erzeugen, damit eine Drehantriebskraft in einer Drehrichtung des Flügels erzeugt wird.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein windaufnehmender Windmühlenflügel vorgesehen sehen, der um einen Rotor mit einer Vertikalwelle vertikal montiert ist, um ein Schwungrad zu bilden, wobei der Flügel aufweist
eine innere Halterung und einen äußeren windaufnehmenden Abschnitt, dessen hinteres Ende mit dem Winddruck bei Gebrauch horizontal gebogen werden kann und wobei die innere Halterung und der äußere windaufnehmende Abstand durch weichelastisches faserverstärktes Harz einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nase bzw. eine Krümmungsfläche an der Innenfläche des windaufnehmenden Abstands ausgebildet ist, um die Rotationsantriebskraft zu erzeugen.
Zum Lösen bzw. Beseitigen der Nachteile wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Windmühle mit einer vertikalen Hauptwelle verwendet und ist der windaufnehmende Flügel von der Welle beabstandet, um eine Hebelwirkung aufzubringen.
Ein Rotor ist als Schwungrad gebildet und kinetische Energie durch Rotationsträgheit wird verwendet. Der windaufnehmende Flügel hat eine Nase bzw. eine Krümmungsfläche an der Innenfläche eines windaufnehmenden Abschnitts, um die Rotationsantriebskraft zu erhöhen.
1 ist ein Aufriss von vorn eines Windenergiegenerators entsprechend der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine Draufsicht auf einen Windenergiegenerator, von dem eine Abdeckung entfernt ist,
3 ist eine vertikale Schnittansicht des Windenergiegenerators,
4 ist eine vertikale Schnittansicht eines Rotors, über dem die Abdeckung im Windenergiegenerator montiert ist,
5 ist eine Seitenansicht von rechts des ersten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels entsprechend der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine horizontale Schnittansicht an der Linie VI-VI,
7 ist eine Seitenansicht von rechts des zweiten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels entsprechend der vorliegenden Erfindung,
8 ist eine horizontale Schnittansicht an der Linie VIII-VIII in 7,
9 ist eine Seitenansicht von links des dritten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels entsprechend der vorliegenden Erfindung,
10 ist eine Draufsicht auf den windaufnehmenden Flügel in 9,
11 ist eine Draufsicht einer Windmühle, in der der windaufnehmende Flügel im dritten Ausführungsbeispiel montiert ist,
12 ist eine Vorderansicht des vierten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels entsprechend der vorliegenden Erfindung,
13 ist eine zentrale horizontale Schnittansicht des vierten Ausführungsbeispiels des windaufnehmenden Flügels,
14 ist eine Draufsicht auf eine Windmühle, in der der windaufnehmende Flügel in 12 montiert ist,
15 ist eine Draufsicht zum Beschreiben der Kraft auf die windaufnehmenden Flügel, die an einem Rotor montiert sind,
16 ist eine Vorderansicht des fünften Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels,
17 ist eine zentrale vertikale Schnittansicht des fünften Ausführungsbeispiels des windaufnehmenden Flügels,
18 ist eine Seitenansicht von links des fünften Ausführungsbeispiels des windaufnehmenden Flügels und
19 ist eine Draufsicht des sechsten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Eine beste Art und Weise zur Ausführung dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Aufriss von vorn eines Windenergiegenerators entsprechend der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine Draufsicht auf den Windenergiergenerator, von dem eine Abdeckung entfernt ist, 3 ist eine vertikale Schnittansicht von vorn einer Windmühle, bei der eine Abdeckung entfernt ist, 4 ist eine vertikale Schnittansicht von vorn eines Rotors, über dem die Abdeckung montiert ist, 5 ist eine Seitenansicht von rechts eines windaufnehmenden Flügels und 6 ist eine horizontale Schnittansicht an der Linie A-A.
In 1 ist in einem Windenergiegenerator 19 eine Windmühle 1 mit einer Vertikalwelle an dem oberen Ende einer Erzeugungseinheit 20 montiert.
In der Erzeugungseinheit 20 ist ein gewöhnliches Dynamo 22 vorgesehen und über ein Getriebe 21 in 3 mit einer Abtriebswelle 12 verbunden.
Das Bezugszeichen 23 in 1 bezeichnet einen FRP-Turm bzw. Turm aus faserverstärkter Plastik, der eine Vielzahl von Schichten vertikal aufweist, wodurch eine Änderung seiner Höhe gestattet wird.
Bei dem Windenergiegenerator 19 bläst Wind auf die windaufnehmenden Flügel 4, die über den Umfang eines Rotors 3 gleichmäßig beabstandet sind, um eine Rotation des Rotors 3 zu gestatten. Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, wird mit der Rotation einer vertikalen Hauptwelle 2 die Abtriebswelle 12 gedreht, wodurch das Dynamo 22 der Erzeugungseinheit 20 eines Windenergiegenerators 19 in 1 gedreht wird, um Elektrizität zu erzeugen. Die Anzahl der Drehungen der vertikalen Hauptwelle 2 wird durch einen Rotationssensor 13 in 3 erfasst, in eine automatische Steuereinrichtung eingegeben und arithmetisch berechnet. Wenn die Anzahl der Umdrehungen eine bestimmte Zahl überschreitet, wird eine elektromagnetische Bremse 15 durch die automatische Steuereinrichtung 14 betätigt, um die vertikale Hauptwelle 2 zu bremsen, wodurch eine übermäßige Rotation der Windmühle 1 durch starken Wind verhindert wird.
Im Fall eines Taifuns verhindern die verzögerte Rotation des Rotors 3 mit Bremsen und die hintere Kurve der windaufnehmenden Flügel 4 eine Beschädigung der Flügel 4. Die automatische Schaltsteuerung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes aufgrund der automatische Steuereinrichtung 14 bewirkt eine Verlangsamung.
Der Wind ist variabel in Abhängigkeit von den Jahreszeiten und der Zeit und bläst niemals in der gleichen Weise. Selbst wenn der Windenergiegenerator 19 nach einer Untersuchung der geometrischen Bedingungen installiert wird, könnten die windaufnehmenden Flügel 4 nicht dem Generationsvolumen des Dynamos 22 in der Größe, Anzahl und in der Form genügen.
In dieser Erfindung sind die windaufnehmenden Flügel 4 leicht. Der Umfang 3c steht mit einem befestigten Abschnitt 4a in Eingriff und ein Bolzen ist in einer Gewindebohrung 41c befestigt, wodurch ein Austausch der Flügel 4 gestattet wird, so dass die am besten geeigneten Flügel 4 ausgewählt werden können, was vorteilhaft ist.
Geeignete Formen des Flügels 4 werden später dargestellt.
In 2 weist die Windmühle 1 des Windenergiegenerators 19 die vertikale Hauptwelle 2, den horizontalen Rotor 3 und eine Vielzahl von windaufnehmenden Flügeln 4 auf, die über den Umfang des Rotors 3 gleichmäßig beabstandet sind.
Wie es in 3 gezeigt ist, hat in der vertikalen Hauptwelle 2 ein oberer Abschnitt 2a, der an dem Rotor 3 befestigt ist, einen Durchmesser, wie z. B. 100 mm, und ist ein Abschnitt 2b mit kleinerem Durchmesser, wie 10 mm, an dem unteren Ende vorgesehen. Zur Verringerung des Reibkontaktbereiches während der Rotation kann der Abschnitt 2b mit kleinerem Durchmesser vorzugsweise so dünn wie möglich, wie z. B. 0,5 bis 50%, vorzugsweise 0,5 bis 20% des Durchmessers des oberen Abschnitts 2a betragen. Ein vertikaler Zwischenabschnitt 2c der vertikalen Hauptwelle 2 kann im Durchmesser kleiner als der obere Abschnitt 2a gestaltet werden, sofern seine Steifigkeit beibehalten wird.
Der Abschnitt 2b mit kleinem Durchmesser der vertikalen Hauptwelle 2 wird durch ein Axiallager 6 in einem Ölbecken 5 an dem Boden eines Gehäuses 1a gelagert. Das Ölbecken 5A ist mit Schmieröl gefüllt. Das Axiallager 6 trägt das Gewicht des Rotors 3, der an der vertikalen Hauptwelle 2 befestigt ist. Der Abschnitt 2b mit kleinerem Durchmesser des Axiallagers 6 hat einen kleineren Kontaktbereich, um während der Rotation der vertikalen Hauptwelle 2 den Reibungswiderstand deutlich zu verringern, wodurch sich die Rotationseffizienz erhöht. Unter der Ölschale 2 ist eine Anhebeeinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen und die Ölschale 5 wird zur Instandhaltung abgesenkt, so dass das Axiallager 6 darin ersetzt wird und die Ölschale 5 wird angehoben, um die vertikale Hauptwelle 2 zu tragen.
Die vertikale Hauptwelle 2 kann durch ein Lager (nicht gezeigt) gestützt werden, um den Reibungskontakt zu verringern. Das untere Ende der vertikale Hauptwelle 2 kann konisch sein und/oder aus Keramik gefertigt sein.
Am oberen Abschnitt 2a der vertikalen Hauptwelle 2 im Gehäuse 1a ist eine Hülse 8 mit größerem Durchmesser montiert und hat diese ein Radiallager am Umfang der Hülse 8 montiert, wodurch eine radiale Vibration während der Rotation des Rotors 3 verhindert wird.
Wenn nötig ist ein Radiallager 10 am Umfang des Zwischenabschnitts 2c der vertikalen Hauptwelle 2 vorgesehen, wodurch eine radiale Vibration des unteren Abschnitts der vertikalen Hauptwelle 2 verhindert wird. Statt des Radiallagers kann ein Linearmotor bzw. Liniermotor vorgesehen sein.
Ein Abtriebszahnrad 11 ist an dem unteren Abschnitt des Zwischenabschnitts 2c der vertikalen Hauptwelle 2 vorgesehen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Abtriebswelle zum Ausgeben zu einem Getriebe 21, das mit einem Dynamo 22 des Windenergiegenerator 19 in 3 verbunden ist.
Wenn sich der Durchmesser des Rotors 3 erhöht, wie z. B. auf 10 m, wird die vertikale Hauptwelle 2 länger und wird der Generator stabiler. In diesem Fall kann sich das Dynamo 22 auf dem gleichen wie die oder oberhalb der Ölschale 4 befinden.
Das Bezugszeichen 13 in 3 bezeichnet einen Rotationssensor, der die Anzahl der Rotationen der vertikalen Hauptwelle 2 erfasst, um die erfassten Daten in eine automatische Steuereinrichtung 14 einzugeben, in der der numerische Wert der Rotation aus dem Rotationssensor berechnet wird, um eine elektromagnetische Bremse 15 automatisch zu steuern. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Elektromagneten mit unterschiedlichen Magnetpolen in Vertikalrichtung zwischen dem Gehäuse 1a und dem Zwischenabschnitt 2c der vertikalen Hauptwelle 2, um die vertikale Hauptwelle 2 anzuheben, wodurch der Reibkontaktdruck des Axiallagers 6 verringert wird.
Wie es in 2 gezeigt ist, sind auf dem Rotor 3 der Windmühle 1 eine Vielzahl an Stützarmen 3b, wie z. B. fünf in dieser Figur, auf dem Umfang eines Axialabschnitts 3a gleichmäßig beabstandet. Das äußere Ende von jedem der Stützarme 3b ist mit einem Umfangsring 3c verbunden.
Wie es in 3 gezeichnet ist, ist jeder der Stützarme 3b an dem Axialabschnitt 3a mit einem Bolzen 3d lösbar gesichert und an dem Umfangsring 3c mit einem Bolzen 3d. Der Stützarm 3b hat einen schwingenartigen bzw. tragflächenartigen Abschnitt und ist aus Metall hergestellt, dass mit FRP- oder Fluorharzfilm bedeckt ist, um Rostschutz und Haltbarkeit vorzusehen. Es kann rostfreier Stahl verwendet werden.
Der Umfangsring 3c hat einen U-förmigen Querschnitt und eine Vielzahl an Verbindungsabschnitten 3c in 2. Der Verbindungsabschnitt 3c ist durch eine Rohrmuffenverbindung bzw. ein kurzes Verbindungsstück (nicht gezeigt) verbunden, so dass der Umfangsring 3c für den Transport auseinandergebaut werden kann.
Der Umfangsring 3c hat einen Durchmesser von 4 m oder mehr, eine Höhe von 6 bis 8 cm oder mehr und ein Gewicht von 200 bis 250 kg oder mehr und ist aus Stahl hergestellt. Der Querschnitt ist U-förmig, L-förmig, rohrförmig, rechteckig oder anders. Das Gewicht kann durch das Verbinden eines Stahls mit dem Innenumfang des Umfangsrings 3c erhöht werden. Die Oberfläche des Umfangsrings 3c kann gewöhnlich beschichtet oder mit FRP (faserverstärktem Plastik) bedeckt sein. Somit bildet der Rotor 3 der Windmühle ein Schwungrad, indem dieses den Axialabschnitt 3a, die Stützarme 3b und den Umfangsring 3c aufweist, wodurch kinetische Energie der Masse durch Rotationsträgheit verwendet wird, um das Drehmoment wirksam zu erhöhen. Der Umfangsring 3c ist ringförmig, um eine stabile Rotation vorzusehen.
Ohne eine Änderung der Größe des Axialabschnitts wird mit länger werdendem Arm sein Radius länger. Der Umfangsring 3c mit einem Radius, der der Länge des Stützarms 3b entspricht, wird ausgewählt, damit der Rotor einen größeren Radius hat. Natürlich kann der Radius kleiner gemacht werden. In Abhängigkeit von der Ausgabe des Dynamos 22 und den Glasbedingungen am Ort, an dem die Installation erfolgt ist, können der Durchmesser des Rotors 3, das Gewicht des Umfangsrings 3c als Schwungrad und die Größe und Anzahl der windaufnehmenden Flügel 4 bestimmt werden.
Der Rotor kann in einfacher Weise zusammengebaut und auseinandergebaut werden, was beim Transport und bei der Arbeitseffizienz vorteilhaft ist.
Statt des Stützarms 3b ist eine Scheibe (nicht gezeigt) über dem Axialabschnitt 3a konzentrisch befestigt und ist der Umfangsring 3c über dem Umfang der Scheibe befestigt.
Beispielsweise hat der Rotor 3 einen Durchmesser von 4 m, einen Umfang von 12,56 m und ein Gewicht von 20 kg. Wenn sich der Umfang mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s (7,2 km/h) dreht, wird der Impuls durch die folgende Formel berechnet: P = mv,wobei P der Impuls ist, m die Masse und v die Geschwindigkeit. Somit ist „P" 400 kg·m/s, was gleich 200 kg mal 2 m/s ist.
Der Rotor 3 weist ein Schwungrad auf, wodurch dem Drehmoment kinetische Energie zugeführt wird.
Wenn beispielsweise eine Kraft von 100 erforderlich ist, um die vertikale Hauptwelle 2 mit einem Durchmesser von 10 cm zu drehen, ist die Kraft von 100 notwendig, um die vertikale Hauptwelle 2 manuell zu drehen. Wenn jedoch der Rotor 4 mit einem Durchmesser von 4 m an der vertikalen Hauptwelle mit einem Durchmesser von 10 cm montiert ist, ist der Umfang des Rotors 3 12,56 m, so dass das Verhältnis der vertikalen Hauptwelle 2 zum Rotor 3 im Umfang 1/40 ist. Die zum Rotieren der vertikalen Hauptwelle 2 erforderliche Kraft ist 100, während die Kraft zum Rotieren des Umfangs des Rotors 3 mit einem Durchmesser von 4 m ist 1/40 oder 2,5. Insbesondere, wenn die Windkraft von 2,5 an die windaufnehmenden Flügel 4 an dem Umfang des Rotors 3 aufgebracht wird, kann die vertikale Hauptwelle 2, die die Kraft von 100 zur Rotation erfordert, in einfacher Weise rotiert werden. Selbst eine Brise mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s kann die Welle 2 rotieren. Eine langsame Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3 erhöht stark des Drehmoment zum Rotieren der vertikalen Hauptwelle 2.
4 stellt den Rotor 3 dar, der mit einer Abdeckung 3f bedeckt ist, die konisch oder halbkugelförmig ist. Auf der Abdeckung 3f sind Solarzellen 16 montiert. In 4 bezeichnet 17 eine Batterie, 17a einen Kode bzw. eine Datenspur und ist 2a ein Loch für den Kode bzw. die Datenspur 17a. Wenn die Sonne erscheint, wird durch die Solarzellen 16 Elektrizität erzeugt. An welchem Ort die Sonne im Sommer oder Winter oder am Morgen oder Abend auch ist, wird das Sonnenlicht effektiv auf die Oberfläche der Solarzellen 16 gestrahlt, da die obere Fläche der Abdeckung 3f geneigt ist. Der Winkel der Abdeckung 3f beträgt weniger als 45° in Bezug auf einen Horizont und Sonnenlicht im Winter kann die entgegengesetzte Fläche bestrahlen. Wenn der Winkel der Abdeckung 3f sehr klein sein sollte, wird es schwierig, dass die Solarzellen die Strahlung des Morgen- oder Abend-Sonnenlichtes erhalten. Somit kann der Winkel der Abdeckung 31 vorzugsweise 10 bis 40° betragen.
Mit einer Rotation des Rotors 3 drehen sich die Solarzellen 16 auf der Abdeckung 31 und Sonnenlicht scheint gleichmäßig auf die Oberfläche der gesamten Solarzellen 16, um die Sonnenlicht-Sammelrate während einer bestimmten Zeit zu erhöhen, wodurch gestattet wird, dass elektrische Energie aus der Sonnenlichtenergie effektiv erhalten wird.
Die durch die Solarzellen 16 erzeugte Elektrizität wird für eine automatische Steuereinrichtung 14, einen Rotationssensor 13, eine elektromagnetische Bremse 15, einen Elektromagneten 18 zum Verringern der Gewichtslast, einen Fernsteuerungsschalter (nicht gezeigt), eine elektromagnetische Kupplung (nicht gezeigt) usw. im Gehäuse 1a für die Windmühle 1 verwendet.
Wenn Wind stationär ist oder wenn die Windgeschwindigkeit gering ist, befindet sich ein Antriebsmotor (nicht gezeigt) im Gehäuse 1a und wird dieser durch die Elektrizität angetrieben, die durch Solarzellen 16 erzeugt wird, um die Anfangsrotation der Windmühle 1 zu unterstützen.
Beispiele für den windaufnehmenden Flügel werden nachfolgend beschrieben. Die Größe von diesem ist entsprechend dem Rotor 4, der einen Durchmesser von 4 m hat.
5 zeigt eine Seitenansicht von rechts des windaufnehmenden Flügels 4 des ersten Ausführungsbeispiels und 6 ist eine horizontale Schnittansicht an der Linie VI-VI in 5. Der windaufnehmende Flügel 4 weist eine Stütze 41 und einen windaufnehmenden Abschnitt 42 auf und ist aus einem weichen elastischen faserverstärktem Plastik (FRP) oder Harz geformt. Der windaufnehmende Abschnitt 42 ist nahezu wie ein Dreieck ausgebildet und hat einen Stützkörper 42 zum Stützen eines windaufnehmenden Films 42b. Der Stützkörper 42 hat einen gebogenen Abschnitt und der Film 42b ist auf dem Stützkörpers 42 einstückig ausgebildet. Zum Erhalten der gleichmäßigen Dicke kann der Film 42b aus Vinylon-Gewebe oder -Flachmaterial sein, in dem Harz über dem Gewebe ausgebildet ist.
Somit kann, wenn der hintere Teil des windaufnehmenden Abschnitts 42 einem starken Winddruck während der Rotation des Rotors 3 ausgesetzt ist, dieser wie eine Schwanzflosse gebogen werden. Weiches elastisches faserverstärktes Harz, das den windaufnehmenden Flügel 4 bildet, weist ungesättigtes Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz, Urethanharz, Epoxy-Acrylatharz oder Urethan-Acrylatharz als Matrix auf.
Die Dehnung des Harzes kann vorzugsweise auf 30 bis 50% beim Bruch eingestellt sein. Aus einer Dehnung von weniger als 30% ergibt sich eine niedrige Elastizität, so dass ein Biegen schwierig ist. Eine höhere Dehnung führt bei einem einfachen Biegen zu einem Abschwächen der windaufnehmenden Energie. Faserverstärktes Material ist eine Mischung von anorganischen Fasern und organischen Fasern und seine Dehnung kann vorzugsweise 30 bis 40% beim Bruch betragen.
Bei dem faserverstärkten Material können die anorganischen Fasern Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasermatte, unidirektionales Material oder gewebte Textilien sein und die organischen Fasern können Aramidfasern, Vinylonfaser, Nylonfasern, Polyesterfasern, Polyethylenfasern sein. Die Fasern, die von diesen ausgewählt wurden, sind widerstandsfähig und elastisch und die Dehnung ist 30 bis 40% beim Bruch, um eine geeignete Elastizität aufrechtzuerhalten.
Die anorganischen Fasern, die im Bereich von 30 bis 50% Gewichtsprozent liegen, und die organischen Fasern, die im Bereich um 10 Gewichtsprozent liegen, sind bestimmt, so dass die Dehnung 30 bis 40% beim Bruch ist. Durch die Mischung der anorganischen und organischen Fasern wird gestattet, dass sich die Biegehärte und Elastizität des windaufnehmenden Flügels 4 in geeigneter Weise ändern.
Die organischen Fasern weisen zwei oder mehr Mischungen statt einem einzelnen Material auf, um die vorteilhafteren Effekten zu erhalten, und können in dem Bereich von 25 bis 50 Gewichtsprozent kombiniert werden. Solche elastische Fasern verbessern die Elastizität und die Biegeeigenschaften. Das faserverstärkte Material ist im Bereich von 10 bis 50% enthalten. Wenn diese unterhalb des Bereiches liegen, ist die Steifigkeit schlecht, während das Biegen schlecht ist, wenn diese oberhalb des Bereiches liegen.
In 2 dreht sich die Windmühle 1 in eine Richtung von Pfeil „B", wenn der Wind in eine Richtung von Pfeil „A" bläst. Bei dem windaufnehmenden Flügel 4 auf der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 wird, wenn der windaufnehmende Abschnitt 42 Wind von vorn ausgesetzt ist, die Windgeschwindigkeit, die entlang der Innenfläche des windaufnehmenden Abschnitts 42 verläuft, höher als die des Windes, der entlang der äußeren Fläche verläuft, so dass die Luftdichte außerhalb des windaufnehmenden Abschnitts 42 ein niedrigerer Unterdruck wird und der Normaldruckwind innerhalb des windaufnehmenden Abschnitts 42 drückt den hinteren Abschnitt des windaufnehmenden Flügels 4 nach außen, um den Rotor 3 zu rotieren. Wenn der windaufnehmende Flügel 4 auf der windabgewandeten Seite der vertikalen Hauptwelle 2 Wind ausgesetzt ist, wird der hintere Abschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 42 gedrückt, um den Rotor 3 zu rotieren. Der windaufnehmende Flügel 2 auf der rechten Seite der vertikalen Hauptwelle 2 in 2 ist dem Wind an der Innenfläche ausgesetzt, um eine Rotationsantriebskraft zu erzeugen. In dem windaufnehmenden Flügel 4 auf der windabgewandten Seite der vertikalen Hauptwelle 2 in 2 wird, wenn der Wind stark ist, der hintere Abschnitt leewärts gekrümmt, um den Windwiderstand zu verringern.
Der Windenergiegenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung sieht experimentelle Ergebnisse wie folgt vor:
Wechselstromgenerator: 2,5 kW/h, Durchmesser des Rotors 4 m
Gewicht des Rotors 150 kg
Windaufnehmende Flügel: sieben (300 mm × 1500 mm)
Windgeschwindigkeit 1,5 m/s bis 2,1 m/s, Rotationsgeschwindigkeit 51 bis 56 U/min
Obwohl die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors niedrig ist, ist das Rotationsdrehmoment hoch.
Ein Jahr hat 365 Tage oder 8760 Stunden. Ein bekannter horizontaler Windenergiegenerator ist nicht ökonomisch, sofern nicht der Wind über eine Geschwindigkeit von 2 m/s mehr als 2000 Stunden lang bläst.
Wenn jedoch der Wind mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bis 4 m/s 3000 Stunden lang im Jahr bläst, könnte der Windenergiegenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung 5000 Stunden lang im Jahr zusammen mit einem Wind mit einer Geschwindigkeit oberhalb von 4 m/s verwendet werden, wodurch die Sammelrate und die Nutzungsrate der Windenergie stark erhöht werden.
In den Ausführungsbeispielen sind die windaufnehmenden Flügel 4 außerhalb des Umfangsrings 3c vorgesehen, können jedoch innerhalb des Rings 3c vorgesehen sein. Wenn sich der Umfangsring 3c außerhalb der windaufnehmenden Flügel 4 befindet, ist der Winddruckwiderstand, der auf die windaufnehmenden Flügel 4 aufgebracht ist, um die kinetische Energie des Umfangsrings 3c versetzt.
7 ist eine Seitenansicht von rechts des zweiten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels und 8 ist eine horizontale Schnittansicht an der Linie VIII-VIII in 7. Die gleichen Bezugszeichen wurden den gleichen Elementen wie vorstehend gegeben und die Beschreibung von diesen wird unterlassen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Halterung 41 lang und ist der hintere Abschnitt von dieser gebogen.
Die Halterung 41 ist aus weichem elastischen Harz gefertigt und der hintere Abschnitt ist dünn und biegbar. Wenn starker Wind bläst, kann dieser gebogen werden, um ein Brechen zu verhindern.
Wenn der windaufnehmende Flügel 4 Wind von vorn ausgesetzt ist, wird eine Kraft aufgebracht, um von innen nach außen zu drücken, damit der Rotor 3 aufgrund der Änderung beim Luftdruck gedreht wird, wobei die Außenseite einen Unterdruck hat, da die äußere Länge größer als die innere Länge ist.
9 ist eine Seitenansicht von links des dritten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels und 10 ist eine Draufsicht. Die gleichen Bezugszeichen sind den gleichen Elementen zugewiesen und die Beschreibung von diesen wird unterlassen.
Beim dritten Ausführungsbeispiel weist der windaufnehmende Flügel 4 einen Träger 41 und einen vertikalen windaufnehmenden Abschnitt 42 auf, der einen vertikalen Tragknochen 42a und eine rechteckige windaufnehmende Filmplatte 42b aufweist, die durch den Tragknochen 42a gestützt ist. Wie es in 10 gezeigt ist, hat die Halterung 41 horizontal einen Querschnitt mit umgekehrter L-Form und einen Befestigungsabschnitt 41 mit U-förmigem Querschnitt am Ende. Der Befestigungsabschnitt 41a ist so montiert, dass eine Stirnfläche 41b parallel zu einer Tangente „L" am Umfang eines Rotors 3 einer Windmühle 1 verläuft. Die Halterung 21 ist konisch und steht um 50 cm nach vorn und quer um 70 cm vor. Der Grund dafür ist, dass der windaufnehmende Flügel 4 entfernt von der vertikalen Hauptachse 2 ist, um die Hebelwirkung zu verstärken. Das Bezugszeichen 41c bezeichnet eine Gewindebohrung, durch die ein Bolzen geschraubt ist.
Der windaufnehmende Abschnitt 42 ist an der Halterung 41 befestigt und um 13 bis 16 Grad zur Stirnfläche 41b der Halterung 41 geneigt. Die windaufnehmende Filmplatte 42b ist von dem Tragknochen 42a gekrümmt und eine Krümmungsfläche 42c ist im windaufnehmenden Abschnitt 42 ausgebildet, um die Rotationsantriebskraft zu erhöhen.
Im windaufnehmenden Flügel 4, der dem Rotor 4 entspricht, der einen Durchmesser von 4 m hat, hat der Tragknochen 42a eine Höhe von 2 m. Der vordere Abschnitt des konischen Tragknochens ist 3 cm dick und der hintere Endschabschnitt ist 2 bis 5 mm dick. Der Flügel 4 ist ungefähr 7 cm breit.
Die windaufnehmende Filmplatte 42b, die mit dem hinteren Ende des Tragknochen 42a verbunden ist, hat die gleiche Höhe wie der Tragknochen 42a und hat eine Breite von ungefähr 30 cm. Die Dicke am vorderen Ende der Filmplatte 42b beträgt 2 bis 5 mm, die gleiche wie die des hinteren Endes des Tragknochens 42a, und wird zum hinteren Ende hin, das 0,3 bis 1 mm dick ist, kleiner. Die numerischen Werte dienen nur der Veranschaulichung.
Wie es in 12 gezeigt ist, befindet sich, wenn der windaufnehmende Flügel 4 an dem Rotor 1 der Windmühle 1 vorgesehen ist, ein Winkel des windaufnehmenden Abschnitts 42 im Bereich von 13 bis 16 Grad, zum Windblasen, das über dem Umfang des Rotors 3 erzeugt wird, und der abgerundete Tragknochen 42a tritt Wind entgegen, um einen Unterdruck davor im windaufnehmenden Abschnitt 42 zu bewirken, um einen Schub zu erzeugen.
In 11 nehmen, wenn der Wind in einer Richtung von Pfeil „A" bläst, die windaufnehmenden Flügel 4A, 4B auf der rechten Seite der vertikalen Hauptwelle 2 einen beträchtlichen Wind auf, um einen Rotationsschub zu erzeugen. In dem windzugewendeten windaufnehmenden Flügel 4A ist die gesamte windaufnehmende Filmplatte 42b im Verhältnis zum Winddruck nach innen gekrümmt und nimmt diese mehr Winddruck auf, um einen starken Schub zu erzeugen.
In dem windaufnehmenden Flügel 4C an der windabgewandten Seite auf der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 ist die gesamte windaufnehmende Filmplatte 42b nach außen im Verhältnis zum Winddruck gekrümmt, um einen Rotationsschub zu erzeugen, wie z. B. eine Rotationskraft zum Rotationsantrieb eines Propellers. Durch das Krümmen der windaufnehmenden Platte 42b wird die Windgeschwindigkeit entlang der Innenfläche höher als die entlang der Außenfläche, so dass der Druck an der Außenfläche niedriger als der an der Innenfläche ist, wodurch eine Rotationsantriebskraft bewirkt wird.
In dem windaufnehmenden Flügel 4D an der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 wird die Geschwindigkeit des Windes, der entlang der Innenfläche der windaufnehmenden Filmplatte 42b verläuft, höher als die entlang der Außenfläche, so dass der Druck der Innenseite der windaufnehmenden Filmplatte 42b niedriger als der der Außenseite wird, wodurch eine Rotationsantriebskraft bewirkt wird.
Wenn der windaufnehmende Flügel 4E auf der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 einen Wind von vorn aufnimmt, ist die windaufnehmende Filmplatte 42b nach innen im Verhältnis zum Winddruck gekrümmt, um das windauftreffende Gebiet zu verringern. Durch das Biegen des windaufnehmenden Flügels 4E wird die Außenfläche des windaufnehmenden Flügels 4E eine geneigte Fläche, entlang der der Wind verläuft, um eine Rotationsantriebskraft zu verleihen. Auch stellt sich der hintere Endabschnitt des windaufnehmenden Flügels 4E dem Wind entgegen und in ähnlicher Weise zum windaufnehmenden Flügel 4D wird der Druck an der Außenfläche niedriger als der an der Innenfläche, um eine Antriebskraft zu bewirken.
Gemäß Vorbeschreibung haben in Abhängigkeit von der Position der windaufnehmenden Filmplatte 42b am Umfang des Rotors 3 der Winddruck und die Richtung der Biegung entgegengesetzte Richtung, wobei beide die Rotationsantriebskraft erhöhen.
Die windaufnehmende Filmplatte 42b weist einen dünnen elastischen Körper auf und kann gleichmäßig nach innen und nach außen gebogen werden und gleichmäßig wiederhergestellt werden. Insbesondere der Tragknochen 42a ist nur am vorderen Ende vorgesehen und dieser weist eine vortreffliche Biegeeigenschaft auf.
Die windaufnehmende Filmplatte 42b wird am Grundabschnitt durch starken Winddruck gebogen und am hinteren Endabschnitt durch schwachen Winddruck. In Abhängigkeit von der Differenz des rechten und linken Winddrucks, wird diese in rechte bzw. linke Richtung gedrückt.
In 11 erhöht sich, wenn der Rotor 3 der Windmühle mit der Rotation beginnt, die Rotationsträgheit aufgrund des hohen Gewichts des Umfangsrings 3c des Rotors 3, so dass der Rotor 3 schneller als der Wind ist. Somit nimmt der windaufnehmende Abschnitt 42 des windaufnehmenden Flügels 4 einen Luftwiderstand auf, der eine schnellere Rotation mit sich bringt. Jedoch ist, wie es in 11 gezeigt ist, der windaufnehmende Abschnitt 42 so geformt, dass dieser dem Umfang des Rotors 3 folgt, so dass es nicht schwierig ist, dem Winddruckwiderstand, den die Rotation mit sich bringt, ausgesetzt zu sein. Selbst wenn der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42 durch den Winddruck etwas gedrückt und nach innen gebogen ist, wird dieser in die Umlaufbahn des Tragknochens 42a gebracht, um einen weiteren Windwiderstand zu verhindern.
Der windaufnehmende Abschnitt 42 dreht sich jedoch, während der vordere Endabschnitt des Tragknochens 42a nach innen vorsteht. Somit wird mit der Rotation ein Unterdruck im vorderen Ende des windaufnehmenden Abschnitts 42 erzeugt, um eine Rotationsantriebskraft vorzusehen. Mit einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit dreht sich das hintere Ende der windaufnehmenden Filmplatte 42b, während dieses nach außen gedrückt wird. Der Grund dafür ist, dass die Trägheit den Luftwiderstand überschreitet.
12 ist eine Vorderansicht des vierten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels 4; 14 ist eine zentrale horizontale Schnittansicht in 12 und 14 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass der windaufnehmenden Flügel 4 in 12 über einem Rotor montiert ist. Die gleichen Bezugszeichen sind den gleichen Elementen zugewiesen wie denen in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und ihre Beschreibung ist unterlassen.
Ein windaufnehmender Abschnitt 42 im vierten Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Struktur entgegengesetzt zu der im dritten Ausführungsbeispiel aufweist.
Wie es in 13 gezeigt ist, ist ein Tragknochen 42a gebogen, um eine Krümmungsfläche 42c zum Erzeugen der Rotationsantriebskraft auszubilden. Eine windaufnehmende Filmplatte 42b, die mit dem hinteren Endabschnitt des Tragknochens 42a verbunden ist, ist gekrümmt, um den Tragknochen 42a zu treffen. Der windaufnehmende Abschnitt 42 ist vollständig gekrümmt.
Eine Halterung 41 steht schräg in eine Richtung der Rotation eines Rotors 3 entgegengesetzt zum dritten Ausführungsbeispiel vor. Der Tragknochen 42a des windaufnehmenden Abschnitts 42 ist an dem Endabschnitt der Halterung 41 befestigt und der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b entspricht in der Position einer Grundfläche 41b der Halterung 41.
Vorzugsweise ist eine gerade Linie L1 zwischen den Endabschnitten des windaufnehmenden Abschnitts 42 nach innen und nach hinten zur Grundfläche 31b der Halterung 41 geneigt. Ein Neigungswinkel liegt im Bereich von 13 bis 16 Grad zu einer Tangente an dem Rotor 3 auf einer Geraden zwischen den Endabschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 42 und einer vertikalen Hauptwelle 2.
Im vierten Ausführungsbeispiel ist, wie es in 12 gezeigt ist, der Endabschnitt der Halterung 41 vertikal getrennt, um seine Höhe zu vergrößern, wodurch der windblasende Abschnitt 42 fest angebracht wird.
Der Tragknochen 42a des windaufnehmenden Abschnitts 42 hat beispielweise eine Höhe von 180 cm, eine Länge von 15 cm und eine maximale Dicke von ungefähr 3 cm. Der Tragknochen 42a läuft konisch zu, um den hinteren Endabschnitt mit einer Dicke von 0,3 bis 1 mm zu bilden.
Die windaufnehmende Filmplatte 42b, die mit dem hinteren Endabschnitt des Tragknochens 42a verbunden ist, ist in der Höhe die gleiche wie der Tragknochen 42a und hat eine Länge von 30 cm. Der vordere Endabschnitt ist der gleiche in der Dicke wie der Tragknochen 42a, um eine gleichmäßige Beziehung zu halten und der hintere Endabschnitt der Platte 42b hat eine Dicke von 0,3 bis 1 mm.
Somit wird die windaufnehmende Filmplatte 42b des windaufnehmenden Abschnitts 42 in Abhängigkeit von der Stärke des Winddrucks, der auf diese aufgebracht wird, gebogen. Insbesondere flattert bei schwachem Wind der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b und wird dieser vom mittleren oder vorderen Ende in Abhängigkeit vom Winddruck gebogen.
In 14 ist, wenn der Wind in eine Richtung von Pfeil „A" bläst, ein windaufnehmender Flügel 4A, 4B auf der rechten Seite einer vertikalen Hauptwelle 2 einem beträchtlichen Wind ausgesetzt, um eine Rotationsantriebskraft aufzunehmen.
Bei einem windaufnehmenden Flügel 4C auf der windabgewandten Seite an der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 ist der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b nach hinten gekrümmt, um wie ein Propeller zu werden, und in einen Rotationsrichtung gedrückt, um eine Rotationsantriebskraft zu erzeugen.
Bei einem windaufnehmenden Flügel 4D auf der linken Seite der vertikalen Hauptwelle 2 ist ein Wind entlang der Innenfläche der windaufnehmenden Filmplatte 42b schneller als der entlang der Außenfläche, so dass die Vorderseite beim Tragknochen 42a mit einem Unterdruck belastet wird. Der Atmosphärendruck wird in Rotationsrichtung des windaufnehmenden Abschnitts 42 aufgebracht.
Bei einem windaufnehmenden Flügel 4E ist der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b nach innen gekrümmt, um wie ein Propeller zu werden, so dass dieser in eine Rotationsrichtung gedrückt wird, um eine Rotationsantriebskraft zu erzeugen. Wo auch immer der windaufnehmende Flügel 4 positioniert ist, ist dieser dem Wind ausgesetzt, um die aufgenommene Windkraft zu einer Antriebskraft ohne Widerstand gegenüber dem Wind zu ändern.
In 14 erhöht, wenn der Rotor mit der Rotation beginnt, ein Umfangsring die Trägheit und wird der Rotor 3 schneller als der Wind aufgrund des Gewichts des Umfangsrings 3c. Dann wird der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b des windaufnehmenden Flügels 4 aufgrund der Zentrifugalkraft und des Winddrucks unausweichlich nach außen gekrümmt.
Aufgrund der Krümmungsfläche 42c an dem windaufnehmenden Abschnitt 42 ist Wind, der entlang der Innenfläche verläuft, schneller als der entlang der Außenfläche, wodurch vor dem Tragknochen 42a ein Unterdruck erzeugt wird, um eine Rotationsantriebskraft zu erzeugen.
Wie es in 13 gezeigt ist, hat beim windaufnehmenden Abschnitt 42 der Tragknochen 42a eine Dicke von 3 cm und eine geringe Tiefe, so dass der Windwiderstand während der Rotation deutlich gering wird, selbst wenn der gesamte windaufnehmende Abschnitt 42 stark gekrümmt ist. Insbesondere nimmt die windaufnehmende Filmplatte 42b, die sich in einer Umlaufbahn des Tragknochens 42a dreht, keinen Windwiderstand an der Seite auf. Selbst wenn sich der hintere Endabschnitt der windaufnehmenden Filmplatte 42b aufgrund der Zentrifugalkraft und des Winddrucks nach außen bewegt, ist diese dem äußeren Winddruck während der Rotation ausgesetzt, so dass diese in der Umlaufbahn des Tragknochens 42a rotiert.
Insbesondere sieht ein allgemeiner vertikaler Flügel den Vorteil vor, dass die gesamte Tiefe einem beträchtlichen Wind ausgesetzt ist. Jedoch wird im Gegensatz dazu die Beschleunigung beschränkt.
Beim vierten Ausführungsbeispiel des windaufnehmenden Flügels 4 sind dem Windwiderstand während der Rotation nur die Dicke und Tiefe des Tragknochens 42a ausgesetzt. Die windaufnehmende Filmplatte 42b schwenkt am hinteren Endabschnitt während der Rotation und wird mit dem Tragknochen 42a bedeckt, wodurch diese als eine Führung für den Wind funktioniert, der entlang der Oberfläche verläuft.
Beim vierten Ausführungsbeispiel des windaufnehmenden Flügels 4 hat der Rotor 3 einen Durchmesser von 4 m, hat der Umfangsring 11 ein Gewicht von 250 kg hat die vertikale Hauptwelle 2 einen Durchmesser von 10 cm und hat der Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der vertikalen Hauptwelle 2 einen Durchmesser von 1 cm. Wenn sich die Windmühle 1 dreht, wie es in 14 gezeigt ist, ist die mittlere Windgeschwindigkeit 7 m/s und 60 U/m.
Dieses bedeutet, dass sich der windaufnehmende Flügel 4 mit 12,56 m/s dreht und ungefähr 1,8 mal der Windgeschwindigkeit ist.
Im Allgemeinen hat eine Windmühle mit vertikaler Welle eine Sammelrate von 35% und dreht sich diese niemals schneller als der Wind. Somit ist diese deutlich unterscheidbar.
Sobald sich der Rotor 3 der Windmühle 1 dreht, fügt dieser kinetische Energie als Schwungrad hinzu. Durch die Rotationsantriebskraft erzeugt der windaufnehmende Flügel 4, der die Krümmungsfläche 42c zum Erhöhen der Rotationsantriebskraft hat, einen Unterdruck vor dem windaufnehmenden Abschnitt 42, um eine Rotationsantriebskraft zur Beschleunigung zu erzeugen, um dadurch einen Multiplikationseffekt des Rotors 3 als Schwungrad und der Rotationsantriebskraft des windaufnehmenden Abschnitts 4 vorzusehen.
15 ist eine Ansicht, die die Beziehung des windaufnehmenden Flügels 4 im vierten Ausführungsbeispiel während der Rotation des Rotors 3 zur Antriebskraft des seitlichen Flügels „X" zeigt. In 15 wird, wenn der Rotor 15 in eine Richtung von Pfeil „B" rotiert, der Winddruck oder die entgegengesetzte Kraft „C" in eine entgegengesetzte Richtung erzeugt.
Der Flügel „X, der die Krümmungsfläche 42c an der Außenfläche hat, erzeugt eine Kraft in eine Richtung von Pfeil „D", so dass der hintere Endabschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 42 eine nach außen gerichtete Kraft aufnimmt, um die Rotationsantriebskraft auf den Rotor 3 aufzubringen.
Beim vierten Ausführungsbeispiel des windaufnehmenden Flügels 4 in 15 ist die Krümmungsfläche 42c zum Erhöhen der Rotationsantriebskraft an der Innenfläche des windaufnehmenden Abschnitts 42 ausgebildet, um einen Unterdruck vor dem windaufnehmenden Abschnitt 42 zu erzeugen, damit die Rotationsantriebskraft in eine Richtung von Pfeil „E" erzeugt wird. Die Vorderseite beim windaufnehmenden Abschnitt 42 ist einer nach innen gerichteten Rotationsantriebskraft zum Rotieren des Rotors 3 ausgesetzt.
Beim Vergleich der zwei Beispiele ist beim erstgenannten der hintere Endabschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 42 der Rotationsantriebskraft nach außen ausgesetzt, während beim letztgenannten der vordere Endabschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 42 der Rotationsantriebskraft nach innen ausgesetzt ist. Es scheint einen Unterschied bei der Position zu geben, in der die Rotationsantriebskraft aufgebracht wird.
Jedoch ist in 15 beim Flügel „X", bei dem die Krümmungsfläche 42c an der Außenfläche ausgebildet ist, die Rotationsantriebskraft nach außen gerichtet. Zum Erzeugen der nach außen gerichteten Kraft am hinteren Endabschnitt des windaufnehmenden Abschnitts 3 wird diese, selbst wenn eine nach innen gerichtete Kraft auf den vorderen Endabschnitt wie mit Hebelwirkung aufgebracht wird, durch die Halterung 2 beschränkt, um die Effizienz zu verringern.
In der Zwischenzeit ist bei dem windaufnehmenden Flügel 4 beim vierten Ausführungsbeispiel in 15 die Rotationsantriebskraft „E" vor einer geraden Linie zwischen der vertikalen Hauptwelle 2 und der Basis der Halterung 41, um direkt auf den Rotor 3 zu wirken, damit die Effizienz erhöht wird.
Eine flügelartige Tragfläche in einem Flugzeug ist vorgesehen, um das Flugzeug anzuheben. Somit wird, wenn die Krümmungsfläche an der Außenfläche des windaufnehmenden Flügels ausgebildet ist, eine nach außen ziehende Kraft aufgebracht, um die Rotationsantriebskraft zu verringern, damit die Beschädigungsrate mit der Zentrifugalrate erhöht wird.
Bei der Windmühle 1 ist der Rotor 3 kreisförmig und rotieren die windaufnehmenden Flügel 4 auf dem Umfang wie ein Bogen. Für die Rotationsantriebskraft aus der Form des windaufnehmenden Flügels 4 ist es für die Rotationsantriebskraft zu bevorzugen, diese in eine Richtung entlang des Umfangs des Rotors 3 innerhalb des windaufnehmenden Flügels 4 aufzubringen. Der windaufnehmende Flügel beim vierten Ausführungsbeispiel ist sehr geeignet.
16 ist eine Vorderansicht des fünften Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels 4, 17 ist ein mittlerer Vertikalschnitt und 18 ist eine Seitenansicht von links. Die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Elementen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gegeben und die Beschreibung von diesen wird unterlassen.
Der windaufnehmende Flügel 4 im fünften Ausführungsbeispiel weist eine dünne Platte mit einer Aussparung 42d zum Ausbilden einer Krümmungsfläche 42c auf. Somit wendet sich der Wind, der entlang der Innenfläche eines windaufnehmenden Abschnitts 42 verläuft, vertikal auf die Seite, um einen starken Unterdruck an der Krümmungsfläche 42c zu erzeugen, damit eine starke Rotationsantriebskraft erzeugt wird.
19 ist eine Draufsicht des sechsten Ausführungsbeispiels eines windaufnehmenden Flügels. Die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Elemente wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gegeben und die Beschreibung von diesen wird unterlassen. Der windaufnehmende Flügel 4 ist hohl. Die Außenfläche eines windaufnehmenden Abschnitts 42 ist als eine Kurve ausgebildet, die einer Umlaufbahn des Endabschnitts des windaufnehmenden Abschnitts 42 folgt. Der windaufnehmende Abschnitt 42 steht an der Innenfläche vor, um eine Krümmungsfläche 42c zum Erzeugen der Rotationsantriebskraft auszubilden.
Der windaufnehmende Flügel 4 erhöht den Windwiderstand während der Rotation und ist nicht für die Hochgeschwindigkeitsrotation geeignet. Jedoch erzeugt die Krümmungsfläche 42c eine hohe Rotationsantriebskraft und ist diese für einen schweren Rotor 3 mit geringer Drehzahl zum Erzeugen eines hohen Drehmoment geeignet.
Die Form des windaufnehmenden Flügels 4 kann in Abhängigkeit von der Verwendung bestimmt werden, in Abhängigkeit davon, einen Rotor 3 mit einer Drehzahl zu drehen, die höher als die Windgeschwindigkeit ist, oder ob ein hohes Drehmoment trotz der niedrigen Drehzahl erhalten werden soll.
Die Form und das Material des windaufnehmenden Flügels 4 ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt und diese können ausgewählt werden, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Die Größen wie vorstehend sind lediglich Beispiele und sind nicht darauf begrenzt. Die Größe, die Form und die Anzahl der windaufnehmenden Flügel 4 können in Abhängigkeit vom Durchmesser, vom Gewicht und dem erforderlichen Drehmoment des Rotors in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Die Windmühle der vorliegenden Erfindung kann stabil rotiert werden, indem Wasser unter Druck aus einem Schlauch geschleudert wird. Daher kann der windaufnehmende Flügel durch einen wasseraufnehmenden Flügel ersetzt werden und kann die Windmühle durch eine Wassermühle ersetzt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Ein Windenergiegenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung hat eine geringe Größe und ein hohe Drehmoment, um elektrische Energie zu erzeugen.
Dieser ist nicht durch eine Windrichtung beschränkt und auf einem Dach eines Hauses platziert, um eine Hauserzeugung von Elektrizität vorzusehen. Dieser ist ebenfalls auf dem Land, im Gebirge und in der Wüste geeignet, da die Windmühle von geringem Gewicht in einfacher Weise transportiert und zusammengebaut wird.
Die Windmühle entsprechend der vorliegenden Erfindung kann nicht nur für die Erzeugung von Elektrizität verwendet werden, sondern auch für das Mahlen von Mehl, für das Wasserpumpen und für andere Zwecke.

Claims

Windenergieerzeuger, der Folgendes umfasst: eine vertikale Hauptwelle (2); einen Rotor (3), der an einem oberen Ende der vertikalen Hauptwelle (2) befestigt ist, um ein Schwungrad zu bilden; und eine Vielzahl von windaufnehmenden Flügeln (4), die jeweils einen äußeren windaufnehmenden Abschnitt (42) und eine innere Halterung (41) umfassen, wobei jede der genannten Vielzahl von windaufnehmenden Flügeln (4) in gleichmäßigen Abständen auf dem äußeren Umfang des Rotors (3) angeordnet und über die Halterung (41) befestigt ist, wobei die Innenseite der Flügel (4) jeweils zur vertikalen Hauptwelle (2) weist, während sich die Außenseite am am weitesten von der vertikalen Hauptwelle (2) entfernten Abschnitt dreht; dadurch gekennzeichnet dass, der genannte windaufnehmende Abschnitt (42) eine Nase (42c) an der Innenseite hat, um negativen Druck vor dem windaufnehmenden Flügel (4) zu erzeugen, um Drehantriebskraft in einer Drehrichtung des Flügels (4) zu erzeugen.
Windenergieerzeuger nach Anspruch 1, der weiter eine Abdeckung (3f) umfasst, die über der Oberseite des Rotors (3) angebracht ist.
Windaufnehmender Windmühlenflügel, der vertikal um einen Rotor (3) mit einer vertikalen Welle zum Bilden eines Schwungrads angebracht ist, wobei der genannte Flügel Folgendes umfasst: eine innere Halterung (41) und einen äußeren windaufnehmenden Abschnitt (42), dessen hinteres Ende im Gebrauch durch Winddruck horizontal gebogen werden kann, wobei die innere Halterung (41) und der äußere windaufnehmende Abschnitt (42) aus weichelastischem faserverstärktem Harz integral geformt sind; dadurch gekennzeichnet, dass eine Nase (42c) an der Innenseite des windaufnehmenden Abschnitts (42) gebildet ist, um Drehantriebskraft zu erzeugen.
Windaufnehmender Windmühlenflügel nach Anspruch 3, wobei der genannte windaufnehmende Abschnitt (42) einen Tragknochen (42a) und eine windaufnehmende Filmplatte (42b) umfasst, wobei der genannte Tragknochen (42a) verjüngt ist und am hinteren Ende mit der windaufnehmenden Filmplatte (42b) verbunden ist, wobei die Dicke des vorderen Endes der windaufnehmenden Filmplatte (42b) nahezu die gleiche ist, wie das hintere Ende des Tragknochens (42a) und nach hinten reduziert ist.
Windaufnehmender Windmühlenflügel nach Anspruch 3, wobei der windaufnehmende Flügel (4) hohl ist und die Außenseite des windaufnehmenden Abschnitts (42) dazu geformt ist, sich entlang einer Drehungsbahn des äußeren vorderen Endes des windaufnehmenden Abschnitts (42) zu bewegen.
Windaufnehmender Windmühlenflügel nach Anspruch 3, wobei das vordere Ende des windaufnehmenden Abschnitts (42) an der Halterung (41) befestigt ist.
Windaufnehmender Windmühlenflügel nach Anspruch 3, wobei das genannte faserverstärkte Harz eine Matrix enthält, die aus der aus ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz, Urethanharz, Epoxid-Acrylatharz und Urethan-Acrylatharz bestehenden Gruppe ausgewählt wird, wobei die Verstärkungsfasern aus einem Gemisch aus anorganischen und organischen Fasern hergestellt sind, wobei die genannte Matrix eine Dehnung von 30 bis 50% beim Bruch bei Raumtemperatur hat, während die Verstärkungsfasern eine Dehnung von 30 bis 40% beim Bruch haben.
Windaufnehmende Windmühlenflügel nach Anspruch 7, wobei die anorganischen Fasern der Verstärkungsfasern aus der aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasermatten, unidirektionalem Material und gewebtem Material bestehenden Gruppe ausgewählt werden, während die organischen Fasern aus der aus Aramidfasern, Vinylonfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern und Polyethylenfasern bestehenden Gruppe ausgewählt werden.