DK200800047U3 - Rotor til vindkraftanlæg - Google Patents

Description

DK 2008 00047 U3

Rotor til vindkraftanlæg

Frembringelsen angår en rotor til et vindkraftanlæg, hvilken rotor omfatter en ramme, som roterer omkring en lodret aksel og mindst tre rotorvingeblade, som er fastgjort til rammen og installeret rotationsmæssigt omkring en lodret aksel anbragt lodret i forhold til rammen.

Forskellige rotorløsninger til vindkraftanlæg findes beskrevet f.eks. i publikationen GB 2000233. Her låses vingebladene ikke-rotationsmæssigt i forhold til rammen ved brug af mekaniske afgrænsere, inden for hvis grænser et vin-geblad kun kan rotere i en given vinkel i forhold til rammen.

Problemet deri er, at vingebiadenes position ved sluttrinnet i en cyklus, dvs. når de nærmer sig vendepunktet på vindsiden, er sådan, at den modstår rotation.

Det er et formål med frembringelsen at tilvejebringe en rotorløsning, hvormed der opnås minimal modstandsdygtighed af vingebladene, når de bevæger sig mod vinden og tilsvarende en maksimal fordel, når vinden skubber dem med vinden. Rotoren ifølge frembringelsen er kendetegnet ved, at den omfatter mindst et koblingselement pr. vingeblad til at koble vingebladet i en ønsket vinkel i forhold til rotorens ramme, på en sådan måde at den kraft, der dannes af vinden i vingebladet, roterer rotoren og tilsvarende, når vingebladet bevæger sig mod den retning, vinden bevæger sig i, til indstilling af vingebladet i det væsentlige i den retning, som vinden bevæger sig i, med henblik på at minimere luftmodstanden.

Det er en grundlæggende ide ved frembringelsen at anbringe koblingselementer mellem rotoren og vingebladene til at frigøre vingebladet, så det kan rotere frit, når det vender væk fra vinden i forhold til rotorakselen, hvorved det, når det bevæger sig opad, lægger sig i en position, som i minimalt om- 2 DK 2008 00047 U3 fang modstår vinden, eller så vingebladet kan drejes i vindens retning. Desuden er det væsentligt for en udførelsesform, at når vingebladet befinder sig ved den kant af rotoren, som vender mod vindsiden, låses det i forhold til rotoren på en sådan måde, at det forhindres i at rotere frit. Derved vil det, når rotoren roterer, dreje på en sådan måde, at vinden begynder at indvirke på dens sideflade, hvorved rotoren roteres ved hjælp af vingebladet. Ifølge en udførelsesform for frembringelsen bruges der en elektromagnetisk kontakt som låseelement, hvormed vingebladet kan låses i den ønskede stilling i forhold til rammen, når vingebladet befinder sig ved den rotorkant, som vender mod vindsiden og tilsvarende frigøres enkelt og driftsikkert på den modsatte side. Ifølge en yderligere udførelsesform for frembringelsen vil en motor, der styres af en servomekanisme, tjene som koblingselement mellem rotoren og vingebladet, hvorved vingebladet kan drejes i den ønskede vinkel i forhold til rotoren, og hvorved vingebladet tilsvarende kan frigøres, så det roterer frit eller kan anbringes i vindretningen. Fordi dette er tilfældet, kan vingebladet, når rotoren roteres og vingebladet nærmer sig det punkt af rotoren, som ligger tættest på vindsiden, drejes i en skrå position i forhold til vingebladet, på en sådan måde at vinden, når den indvirker på vingebladet, skubber vingebladet og dermed rotoren i dennes rotationsretning. Desuden kan vingebladet, når rotoren roterer, altid justeres så effektivt som muligt for at indvirke på rotationen af rotoren og tilsvarende, når vingebladet ankommer ved den rotorside, som vender bort fra vinden, vil den få en hældning i foi+iold til rotoren, således at efterhånden som vinden indvirker på vingebladet, vil den opnå en tværgående kraft, som skubber rotoren i rotationsretningen. Derved kan virkningsvinkelen af vingebladet gøres betydeligt større end 180°, og samtidig opnås der en maksimalt høj effekt fra vinden.

KORT BESKRIVELSE AF FIGURERNE

Frembringelsen vil blive beskrevet mere detaljeret på de tilhørende figurer, hvor 3 DK 2008 00047 U3

Fig. 1 skematisk viser et sidebillede af en rotor;

Fig. 2 skematisk viser en rotor i tværsnit langs linjen A-A på fig. 1;

Fig. 3 skematisk viser et sidebillede af en rotor ifølge en anden udførelsesfonn, og

Fig, 4 skematisk viser en rotor ifølge en yderligere udførelsesform set i snit langs linjen B-B på fig, 3.

Fig. 1 viser skematisk et sidebillede af en rotor ifølge frembringelsen.

En ramme 1a af en rotor 1 bæres på en basis 2 og er rotationsmæssigt installeret i forhold dertil ved hjælp af en aksel 3. Akselen 3 er koblet på i og for sig kendt måde til en ikke vist generator, som er installeret i basen 2 til at danne elektrisk strøm.

Rotorens 1 ramme 1a er forsynet med vandrette støttearme 4, som er fastgjort til rotorakselen 23, der vises som eksempel heri i form af en gitterkonstruktion i forbindelse med fig. 2. Rotorens vingeblade 5 er rotationsmæssigt fastgjort til støttearmene 4 ved hjælp af aksler. Akslerne 6 er monteret på lejer i støttearmene 4 ved begge ender af vingebladet 5 på en sådan måde, at vingebladene 5 nemt kan rotere i forhold til støttearmene 4. Akselen 6 for vingebladene er fortrinsvist rørformet, så et koblingselement 7 kan installeres deri, som i denne udførelsesform er en elektromagnetisk kontakt, Koblingselementet 7 tillader vingebladet 5 at blive ikke-rotationsmæssigt båret i forhold til støttearmene 4 og følgelig rotorens 1 ramme 1a, når det er hensigten, at vingebladet 5 skal modtage vind for at rotere rotoren 1.

4 DK 2008 00047 U3 Låsning finder sted, når vingebladet er i sin tilnærmelsesvist yderste position i forhold til rotorakselen 3 på vindsiden. Fordi dette er tilfældet vil det, når det drejer med rotoren 1, lægge sig til rette på tværs i forhold til vindretningen, og vinden vil indvirke på dets overflade, hvorved rotoren roteres. På tilsvarende måde vil det være tilfældet, når vingebladet 5 befinder sig på den modsatte side af rotoren 1, dvs. vender bort fra vinden, at låsningen udløses og det lægger sig til rette i vindretningen. I denne position vil den derved genererede modstand i forhold til vinden være mindst mulig. For at vingebladet 5 kan lægge sig så godt i vinden som muligt, når det er frit, skal dets aksel være asymmetrisk i forhold til vingebladet 5, i vingebladets bredeste retning. I dette tilfælde vil én kant af vingebladet altid lægge sig op mod vinden, når vingebladet er frit. Koblingselementerne 7 er fortrinsvis anbragt ved begge ender af vingebladet 5. Koblingselementerne 7 kan installeres inde i akselrøret 6 i vingebladet 5, hvorved de låser akslerne indefra. De kan naturligvis også installeres i armene 4, hvorved de låser akslerne udefra eller ved enderne.

På fig. 2 vises rotoren i tværsnit langs linjen A-A på fig. 1. Den viser, hvorledes rotorens vingeblade for eksempel kan drives, når rotoren roterer. Når vinden blæser i retning af pilen T, vil vingebladet 5 til venstre blive låst i forhold til det elektromagnetiske koblingselement 7 i det væsentlige i retning af støttearmen 4, hvorved vinden begynder at indvirke på dets overflade, når rotoren roterer, og får rotoren til at rotere i retning af pilen P. Det nederste vingeblad på figuren, dvs. det vingeblad, der er længst borte fra vinden, bliver frigjort fra låsningen, og det får lov til at lægge sig, når rotoren 1 fortsætter med at rotere, i vindretningen, dvs. i en position, hvor det forårsager så lille modstand som muligt mod rotorens rotation. Fra sin nederste position kan vingebladet rotere frit i rotorens udbredelsesretning i forhold til støttearmene 4. Det øverste vingeblad på fig. 2, dvs. det, der er nærmest ved vindsiden, låses i punktet, i det væsentlige i retning af støttearmen 4, hvorved det roterer, når vinden begynder at indvirke på det, således at der genereres en kraft, som roterer rotoren.

5 DK 2008 00047 U3

For at koble vingebladene i det rigtige punkt skal udstyret naturligvis omfatte sensorer og styreelementer til at styre koblingen og frigivelsen. Følgelig omfatter udstyret en vindretningssensor, som angiver den retning, hvor vinden kommer ind. Denne retning er en, hvor vingebladet er koblet ikke-rotationsmæssigt eller tilsvarende, alt efter hvortil vingebladets vinkel er justeret. Tilsvarende er den modsatte side af rotoren den, hvor vingebladet afkobles eller justeres i vindretningen. Desuden omfatter udstyret implementeret med koblingselementer sensorer, som angiver, at der nu ankommer et vingeblad ved et koblingspunkt og tilsvarende, at der nu ankommer et vinge-blad ved et frigivelsespunkt, hvorved koblingen og frigivelsen af vingebladene kan styres ved hjælp af disse og vindretningssensoren. I princippet er det nok som vindretningssensor at bruge en styreenhed, som roterer i overensstemmelse med vindretningen og omfatter koblings- og frigivelsessensorer, der rotere sammen med den. I det tilfælde finder kobling af vingebladet på vindsiden og tilsvarende frigivelse af det vingeblad, der ankommer ved den modsatte side, altid sted korrekt i forhold til vindretningen.

På fig. 3 og 4 vises en anden udførelsesform for frembringelsen med rotoren vist set fra siden og tilsvarende i snit langs linjen B-B angivet på fig. 3 og set i akselens retning.

I stedet for blot en låsemekanisme bruges i denne udførelsesform motorer 8, som styres elektrisk mellem rotoren 1 og vingebladene 5 ved hjælp af ser-vomekanismer og som muliggør anbringelse af positionen af vingebladene i forhold til rotoren 1 på ønsket måde. Motorerne 8 befinder sig mellem rotorarmene 4 og vingebladene 5 på en sådan måde, at vingebladene 5 tillades at rotere i forhold til rotoren 1 omkring akselen 6, der roteres af servoerne 8.

Fig. 3 viser en løsning, som illustrerer, hvorledes motorerne 8 er anbragt mellem støttearmene 4 og vingebladene 5. Sådanne motorer 8 og konstruktio- 6 DK 2008 00047 U3 nen og funktionen af de dermed forbundne sen/omekanismer er i og for sig kendte, og mere detaljeret forklaring deraf er følgelig ikke nødvendig. I princippet vil servomekanismer og de dermed styrede motorer fungere i henhold til signaler, som genereres af forskellige styreenheder og sensorer på en sådan måde, at de roterer deres objekt, i dette tilfælde rotorens vingeblad 5, omkring dets aksel på basis af data, som angives af styreenhederne og sensorerne i overensstemmelse med sensorinstruktioner til styreudstyret.

På fig. 4 vises som eksempel, hvorledes vingebladene 5 kan styres, idet der tages højde for vindretningen og den i rotoren med vingebladene opnåelige kapacitet. Som det vil fremgå af fig. 4 har vingebladet på vindsiden, dvs. i tilfældet fig. 4 det øverste vingeblad på figuren, en hældning i en vinkel i forhold til vindretningen B ved hjælp af servoen. Fordi dette er tilfældet genereres, når vinden blæser ved overfladen af vingebladet 5, en kraft, som roterer rotoren 1 i retning af pilen P. Vingebladsvinklen a kan justeres i henhold til rotationen af rotoren 1 på en sådan måde, at omfanget af den kraft, der genereres i vingebladet ved vindens virkning, er så hensigtsmæssig, som det er muligt, med hensyn til effektiviteten af rotorens rotation. Følgelig og som eksempel befinder det vingeblad, som på fig. 4 befinder sig længst til venstre, sig i det væsentlige vinkelret på vindretningen T.

På fig. 4 vises tilsvarende, hvorledes det nederste vingeblad 5 på figuren har en hældning i en vinkel β i forhold til vindretningen T, hvorved vinden genererer en tværgående kraft deri, dvs. en kraft, som indvirker til højre på figuren, og således også roterer rotoren 1 ved hjælp af den kraft, der indvirker på dette vingeblad. Vinklerne a og β afhænger af vingebladenes konstruktion og naturligvis af, hvor vingebladene befinder sig på rotationsomkredsen. Vingebladet kan have hensigtsmæssig hældning, inden det ankommer ved vinge-bladets øverste position ifølge fig. 4, og tilsvarende kan det nederste vingeblad have en vinkel i forhold til rotoren, som i betydelig grad passerer den nederste position, som vist på fig. 4, hvorved vingebladets indflydelse på ro- 7 7DK 2008 00047 U3 torens rotation kan udvides til en rotationsvinkel, der i væsentlig grad overstiger 180°, Når rotoren roterer i retningen B og det nederste vingeblad 5 ankommer ved en hensigtsmæssig position til højre for det punkt, der angives på fig. 4, kan vingebladet enten frigøres fra servostyring eller det kan roteres ved hjælp af servoen - fuldstændigt i vindens retning, og holdes der, medens rotoren roterer, indtil vingebladet ankommer ved et hensigtsmæssigt punkt, inden den yderste position af rotoren på vindsiden. Når rotoren ankommer ved dette punkt, bliver rotoren enten koblet til at blive roteret af en servostyret motor, eller, når den allerede roteres af en servostyret motor, den bliver roteret til den ønskede vinkel i forhold til de arme 4, der bærer rotoren, på en måde som genererer den skubbekraft, som er nødvendig for at rotere rotoren fra vinden.

Som ved den løsning, der blot omfattede koblingselementer, skal udstyret ifølge denne udførelsesform også naturligt omfatte en sensor og styreelementer, under hvis kontrol rotationen af vingebladet ved hjælp af den ser-vostyrede motor og eventuelt afkoblingen fra servostyringen og tilbagekoblingen til servostyringen finder sted. Også i denne udførelsesform er det nødvendigt med en indikator for vindretning, og det er nødvendigt med midler til at styre vindretningen, såsom en mikroprocessor eller en kontrolenhed implementeret på anden vis, som tager sig af servostyringen og ved hjælp deraf rotation af vingebladene på en måde, som er hensigtsmæssig for driften. Følgelig omfatter udstyret, som implementeres med servo, også sensorer, som angiver, når et vingeblad er i en sådan position, at dets vinkel skal justeres for at tilvejebringe rotationskraft og tilsvarende indstille vingebladet i det væsentlige i vindretningen under hele bevægelsen op i vinden. Forskellige sensorer og styreenheder tilhører generelle justerings- og styreteknikker og vil være fagmanden almindeligt bekendt. Følgelig behøver de ingen detaljeret forklaring.

8 DK 2008 00047 U3 I ovenstående beskrivelse på figurerne blev frembringelsen beskrevet i en udelukkende eksempelvis udførelse og er ikke begrænset dertil, men kan anvendes inden for omfanget af tilhørende de krav, Udførelsesformeme vi-5 ses skematisk til at omfatte fire vingeblade, men færre eller flere vingeblade kan anvendes i forbindelse med en rotor; dog er tre vingeblade et minimum for at opnå tilstrækkelig rotationskraft. Et hensigtsmæssigt valg af bredde og antal vingeblade tilvejebringer et relativt stort indflydelsesområde af vinge-bladene i forhold til vinden på én side af rotoren, men vingebladene er på 10 den anden side i en position, som tillader dem at rotere frit i en position, som forårsager et minimum af modstand.

Claims (8)

9 DK 2008 00047 U3

1. Rotor til vindkraftanlæg, hvilken rotor omfatter en ramme (1a), der roterer omkring en lodret aksel, og mindst tre vingeblade (5), som er fastgjort til rammen (1a) og installeret rotationsmæssigt omkring en lodret aksel, som er anbragt lodret i forhold til rammen, kendetegnet ved at den om fatter mindst et koblingselement (7; 8) pr. ét vingeblad (5) til kobling af vingebladet (5) i en ønsket vinkel i forhold til rammen (1a) af rotoren (1), på en sådan måde at den kraft, der genereres af vinden i vingebladet (5), roterer rotoren og tilsvarende, når vingebladet (5) bevæger sig mod vindens bevægelsesretning (T), til at indstille vingebladet i det væsentlige i den retning (T), som vinden bevæger sig i, for at minimere luftmodstanden.

2. Rotor ifølge krav 1, kendetegnet ved at der bruges elektromagnetiske kontakter som koblingselementer (7), der kobler vingebladet (5) ikke-rotationsmæssigt, når dette befinder sig ved kanten af rotoren (1) på vindsiden, og tilsvarende udløser det til rotation, når dette befinder sig ved den kant af rotoren (1), som vender bort fra vinden.

3. Rotor ifølge krav 2, kendetegnet ved at de elektromagnetiske kontakter (7) installeres inde i rotationsakslerne af vingebladene (5).

4. Rotor ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved at de elektromagnetiske kontakter (7) installeres i begge ender af vingebladenes (5) rotationsaksler.

5. Rotor ifølge krav 1, kendetegnet ved at der anvendes motorer styret af en servomekanisme som koblingselementer (8), hvor motorerne installeres med henblik på at rotere vingebladene (5) i overensstemmelse med vindretningen (T) til en hensigtsmæssig vinkel (a; β) i forhold til rotoren (1); 10 DK 2008 00047 U3

6. Rotor ifølge krav 5, kendetegnet ved at servomekanismen anbringes til at styre motorerne, så de roterer vingebladene (5), idet disse nærmer sig den position, som ligger nærmest vindsiden, når rotoren roterer, til en sådan vinkel (a), at vinden i vingebladet danner en kraft, der drejer rotoren (1) i rotati- 5 onsretningen (P).

7. Rotor ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved at servomekanismen er indrettet til at styre motorerne, så de roterer vingebladene (5), idet disse nærmer sig den position af rotoren, som vender væk fra vinden, til en sådan vinkel 10 (β), at vinden i vingebladet danner en kraft, der drejer rotoren (1) i rotations retningen (P).

8. Rotor ifølge et hvilket som helst af kravene 5 til 7, kendetegnet ved at servomekanismen er indrettet til at styre motorerne, så de roterer vingebla- 15 dene (5), når disse passerer den position af rotoren, som vender bort fra vinden, til en sådan vinkel (β), at vinden i vingebladet danner en kraft, der drejer rotoren (1) i rotationsretningen (P) selv efter den position, der vender bort fra vinden.