NL2004922C2

NL2004922C2 - ELECTRICITY GENERATOR AND METHOD.

Info

Publication number: NL2004922C2
Application number: NL2004922A
Authority: NL
Inventors: Richard Kleefman
Original assignee: Everkinetlq Benelux B V
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2011-05-17
Also published as: NL2004922A

Description

ELEKTRICITEITSGENERATOR EN WERKWIJZEELECTRICITY GENERATOR AND METHOD

De onderhavige uitvinding betreft een elektriciteitsgenerator, zoals een windmolen voor het opwekken van 5 elektrische energie. Voorts betreft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het actualiseren van aansturings-software in aansturingselektronica voor een dergelijke elektriciteitsgenerator.The present invention relates to an electricity generator, such as a windmill for generating electrical energy. The present invention furthermore relates to a method for updating control software in control electronics for such an electricity generator.

Windmolens zijn in vele soorten en maten bekend.Windmills are known in many shapes and sizes.

10 Windmolens kunnen echter slechts energie opwekken wanneer er aan een aantal voorwaarden wordt voldaan. Dergelijke voorwaarden omvatten een minimale snelheid, een maximale windsnelheid, en vele andere voorwaarden. Met name relatief klein gedimensioneerde windmolens zijn onderhevig aan 15 een aantal beperkingen bij het dagelijkse gebruik waardoor deze tot nu toe kostenineffectief waren. De onderhavige uitvinding heeft als doel de relatief kleine inspanning zodanig te verbeteren dat deze operationeel verbeterd inzetbaar is tegen aanvaardbare totale levensduurkosten af-20 gezet tegen de totale levensduurbaten.However, wind turbines can only generate energy if a number of conditions are met. Such conditions include a minimum speed, a maximum wind speed, and many other conditions. In particular relatively small-sized wind turbines are subject to a number of limitations in daily use, as a result of which they have been cost-effective up to now. The present invention has for its object to improve the relatively small effort in such a way that it is operatively improved for use at acceptable total lifetime costs compared to the total lifetime benefits.

Teneinde dit doel te bereiken verschaft de onderhavige uitvinding een elektriciteitsgenerator voor het opwekken van elektrische energie op basis van windenergie, omvattende: 25 - een ten opzichte van de aarde roteerbaar mon- teerbaar frame, - een aan het frame rangschikbaar in hoofdzaak ringvormig luchtgeleidingsorgaan voor het geleiden van lucht tijdens het proces van de energieomzetting, 30 - een rotor omvattende rotorbladen die in hoofd zaak rangschikbaar is binnen het luchtgeleidingsorgaan, 2 00 4 9 2 2 2 - een stroomopwekker voor het opwekken van elektrische energie op basis van een rotatiebeweging van de rotor.In order to achieve this object, the present invention provides an electricity generator for generating electric energy based on wind energy, comprising: - a frame rotatable with respect to the earth, - a substantially annular air-conducting member for arranging the frame. guiding air during the energy conversion process, - a rotor comprising rotor blades which can be arranged essentially within the air guide member, 2 00 4 9 2 2 2 - a power generator for generating electrical energy on the basis of a rotational movement of the rotor .

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm omvat de 5 elektriciteitsgenerator generatorregelelektronica omvattende middelen voor het omvormen van de elektrische energie van een vorm opgewekt in de stroomopwekker tot een gelijkstroom. Hierdoor wordt het mogelijk om op eenvoudige wijze de elektrische energie af te voeren vanaf de genera-10 torregelelektronica. Voor het afvoeren van de gelijkstroom zijn minder onderling geïsoleerde stroomgeleiders nodig dan voor het aantal fasen van een multifasegenerator volgens de stand van de techniek.In a first preferred embodiment, the electricity generator comprises generator control electronics comprising means for converting the electrical energy from a form generated in the power generator to a direct current. This makes it possible to discharge the electrical energy from the generator control electronics in a simple manner. Fewer insulated current conductors are required for discharging the direct current than for the number of phases of a prior art multi-phase generator.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de ge-15 neratorregelelektronica gerangschikt aan het frame, bij voorkeur binnen de rotor. Hierdoor wordt bereikt dat met het geringere aantal fasen van vorige uitvoering voor transport en relatief eenvoudige overgang vanaf het roteerbare frame naar de aarde kan worden toegepast.In a further preferred embodiment, the generator control electronics is arranged on the frame, preferably within the rotor. It is hereby achieved that with the smaller number of phases of the previous embodiment it can be used for transport and relatively simple transition from the rotatable frame to the earth.

20 Bij verdere voorkeur is de stroomopwekker een meerfasestroomopwekker. Volgens de onderhavige uitvinding worden deze fasen toepasbaar voor in het navolgende beschreven doelen.Preferably, the power generator is a multi-phase power generator. According to the present invention, these phases become applicable for the purposes described below.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de 25 generatorregelelektronica motoraanstuurelektronica voor het aansturen van de stroomopwekker als elektromotor, bij voorkeur middels aansturing van tenminste een fase. Hierdoor wordt het mogelijk om bij een geringe wind de rotor te laten roteren. Daar waar bestaande windmolens bij ge-30 ringe wind niet kunnen opstarten zal een windmolen volgens de onderhavige uitvoering al roteren en op efficiënte wijze van de marginale wind kunnen profiteren. De marginale wind zal de al roterende rotor enigszins versnellen, het- 3 geen wordt gemeten door de generatorregelelektronica die op grond van deze meting de aandrijfstroom van de motor aansturingselektronica zal stopzetten of verminderen. Hierdoor wordt op effectieve wijze het opstartprobleem van 5 de stand van de techniek gemarginaliseerd.In a further preferred embodiment, the generator control electronics comprise motor control electronics for controlling the generator as an electric motor, preferably by controlling at least one phase. This makes it possible to rotate the rotor in a light wind. Where existing wind turbines cannot start up in the case of low wind, a windmill according to the present embodiment will already rotate and can profit efficiently from the marginal wind. The marginal wind will accelerate the rotating rotor slightly, which is measured by the generator control electronics which will stop or reduce the drive current of the motor control electronics based on this measurement. As a result, the start-up problem of the prior art is effectively marginalized.

Bij verdere voorkeur omvat de generatorregelelektronica meetmiddelen voor het op basis van een signaal van tenminste een fase meten van de rotatiesnelheid van de rotor. De resultaten van deze metingen kunnen op effectieve 10 wijze worden toegepast voor bijvoorbeeld het aansturen van de motoraanstuurelektronica en/of bijvoorbeeld voor het bij houden van gegevens met betrekking tot de wind.The generator control electronics further preferably comprises measuring means for measuring the rotation speed of the rotor on the basis of a signal of at least one phase. The results of these measurements can be used effectively for, for example, driving the motor driving electronics and / or for example for keeping track of wind data.

De uitvinder van de onderhavige uitvinding heeft ingezien dat het bij hoge windsnelheden afremmen van de 15 elektriciteitsgenerator van groot belang is. In de stand van de techniek was hiervoor geen geschikte oplossing. Derhalve heeft de uitvinder erin voorzien dat de generatorregelelektronica middelen omvat voor het op basis van de rotatiesnelheid omkeren van de stroomrichting in ten 20 minste een van de fases, bij voorkeur het schakelen van stroom van een regulier geschakelde fase naar een omgekeerd geschakelde fase. Hierdoor wordt het mogelijk om 1 of meerdere fasen om te keren waardoor de rotor effectief wordt afgeremd. De overblijvende fasen blijven beschikbaar 25 voor het opwekken van elektrische stroom.The inventor of the present invention has realized that braking the electricity generator at high wind speeds is of great importance. There was no suitable solution for this in the prior art. The inventor has therefore provided that the generator control electronics comprise means for reversing the flow direction in at least one of the phases on the basis of the rotational speed, preferably switching current from a regularly switched phase to an inversely switched phase. This makes it possible to reverse 1 or more phases, which effectively slows the rotor. The remaining phases remain available for generating electric current.

Een alternatief hiervoor is de voorkeursuitvoeringsvorm waarbij de generatorregelelektronica een belas-tingsweerstand omvat voor het afremmen van de rotor in het geval de weerstand van de stroomopwekker onvoldoende is 30 voor het afremmen van de rotor. Hierdoor op effectieve wijze een te hoge snelheid van de rotor voorkomen.An alternative to this is the preferred embodiment in which the generator control electronics comprise a load resistor for braking the rotor in the event that the resistance of the generator is insufficient for braking the rotor. This effectively prevents too high a speed of the rotor.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de elektriciteitsgenerator een foto-voltaïsche cel voor het 4 opwekken van elektrische energie uit licht, zoals zonlicht, welke foto-voltaïsche cel bij voorkeur is gerangschikt in de buitenzijde van het luchtgeleidingsorgaan, welke foto-voltaïsche cel bij verdere voorkeur een vloei-5 ende overgang heeft met het verdere oppervlak van het luchtgeleidingsorgaan, bij verdere voorkeur een vlak verloop kent ten opzichte van de rest van het oppervlak van het luchtgeleidingsorgaan. De energie die wordt opgewekt middels de foto-voltaïsche cel kan op voordelige wijze 10 worden benut voor het verschaffen van energie voor het aandrijven van de rotor onder de afwezigheid van wind. Hierdoor worden efficiëntieverliezen door het laten roteren van de rotor onder afwezigheid van wind verminderd.In a further preferred embodiment, the electricity generator comprises a photovoltaic cell for generating electrical energy from light, such as sunlight, which photovoltaic cell is preferably arranged in the outside of the air-conducting member, which photovoltaic cell is further preferably a has a smooth transition with the further surface of the air-guiding member, more preferably has a flat course with respect to the rest of the surface of the air-guiding member. The energy generated by means of the photovoltaic cell can advantageously be utilized to provide energy for driving the rotor in the absence of wind. This reduces efficiency losses due to rotating the rotor in the absence of wind.

Voor het verschaffen van een elektrisch geleidende 15 overgang tussen het roteerbare frame en de aarde omvat de elektriciteitsgenerator bij voorkeur een slipring, zoals bij voorkeur een kwikslipring of een borstelslipring, voor het overbrengen van de stroom vanaf het roteerbare frame naar de aarde, welke slipring bij voorkeur in samenwerking 20 is gerangschikt met een lagering. Met behulp van een dergelijke slipring wordt een oneindige rotatie van het roteerbare frame mogelijk. Een kwikslipring biedt als voordeel dat een vloeistof het elektrische contact verschaft waardoor slijtage is uitgesloten. Een borstelslipring 25 heeft als voordeel dat een eenvoudige uitwisselbaarheid van de slipring tot stand kan worden gebracht. Hierbij is de slipring bij voorkeur uitgevoerd als een verwisselbare cassette en voorzien van contacten voor de roteerbare zijde en contacten voor de aardezijde.For providing an electrically conductive transition between the rotatable frame and the ground, the electricity generator preferably comprises a slip ring, such as preferably a mercury slip ring or a brush slip ring, for transferring the current from the rotatable frame to the ground, which slip ring is preferably arranged in cooperation with a bearing. With the aid of such a slip ring an infinite rotation of the rotatable frame becomes possible. A mercury slip ring offers the advantage that a liquid provides the electrical contact, whereby wear is excluded. A brush slip ring 25 has the advantage that a simple interchangeability of the slip ring can be achieved. The slip ring is here preferably embodied as an exchangeable cassette and provided with contacts for the rotatable side and contacts for the earth side.

30 Bij voorkeur zijn de rotorbladen roteerbaar zijn gerangschikt binnen het binnenoppervlak van het luchtgeleidingsorgaan. Een voordeel van een dergelijke voorkeurs 5 uitvoeringsvorm is volgens proefnemingen dat het hoogste vermogen wordt gehaald.Preferably, the rotor blades are rotatably arranged within the inner surface of the air guide member. An advantage of such a preferred embodiment is according to tests that the highest power is achieved.

Op alternatieve wijze zijn de uiteinden van de rotorbladen omsloten middels een ringvormig verbindingsor-5 gaan dat roteerbaar is gerangschikt binnen het binnenop-pervlak van het luchtgeleidingsorgaan. Hierbij is het voordeel dat de bladen aan de buitenzijde zijn verstevigd. Dit beïnvloedt de stabiliteit van de rotor als geheel op positieve wijze, met name onder relatief grote belastin-10 gen.Alternatively, the ends of the rotor blades are enclosed by means of an annular connecting member which is rotatably arranged within the inner surface of the air guide member. The advantage here is that the blades are reinforced on the outside. This positively influences the stability of the rotor as a whole, in particular under relatively large loads.

In een verdere alternatieve wijze zijn de uiteinden van de rotorbladen omsloten middels een ringvormig verbindingsorgaan dat roteerbaar is gerangschikt binnen een sleuf of inham in het binnenoppervlak van het luchtge-15 leidingsorgaan. Een voordeel van deze rangschikking is dat de luchtstroom na aanleiding door de binnenzijde van het luchtgeleidingsorgaan vrij langs de binnenzijde van het ringvormig verbindingsorgaan kan stromen aangezien deze beide binnenzijden samen een vrijwel vloeiend oppervlak 20 kunnen vormen.In a further alternative manner, the ends of the rotor blades are enclosed by means of an annular connecting member which is rotatably arranged within a slot or recess in the inner surface of the air-guiding member. An advantage of this arrangement is that the air flow, after being driven through the inside of the air guide member, can flow freely along the inside of the annular connecting member, since these two inside sides together can form a substantially smooth surface.

Wanneer het luchtgeleidingsorgaan een doorsnede-profiel heeft dat bij voorkeur een relatief tot de achterzijde stompe voorzijde heeft, en dat bij voorkeur relatief tot de voorzijde een scherpe achterzijde heeft dan wordt 25 een geringe luchtweerstand bereikt, althans de totale luchtweerstand van de elektriciteitsgenerator wordt verminderd.When the air-guiding member has a cross-sectional profile which preferably has a front side that is relatively obtuse to the rear, and which preferably has a sharp rear side relative to the front side, a low air resistance is achieved, at least the total air resistance of the electricity generator is reduced.

De vermindering van de luchtweerstand wordt verder verbeterd in een elektriciteitsgenerator waarbij het 30 luchtgeleidingsorgaan, in doorsnede gezien, in hoofdzaak onder een hoek met de hartlijn van de ringvorm is gerangschikt, welke hoek bij voorkeur zich bevindt in het bereik van min 15° tot en met 45°, bij verdere voorkeur in het 6 bereik van 0° tot en met 40°, bij verdere voorkeur in het bereik van 0° tot en met 30°, bij verdere voorkeur in het bereik van 5° tot 25°, bij verdere voorkeur in het bereik van 10° tot 20°, bij verdere voorkeur in het bereik van 5 12° tot 18°, bij verdere voorkeur in het bereik van 14° tot 17°. Proefnemingen hebben uitgewezen dat dergelijke configuraties van het luchtgeleidingsorgaan leiden tot een vermindering van de luchtweerstand langs het luchtgeleidingsorgaan op zichzelf en langs de elektriciteitsgenera-10 tor in zijn geheel. De drukschommelingen in de luchtstroom en het de elektriciteitsgenerator omgevende luchtlichaam zijn dan minimaal.The reduction of the air resistance is further improved in an electricity generator in which the air-conducting member, viewed in cross-section, is arranged substantially at an angle with the axis of the annular shape, which angle is preferably in the range of minus 15 ° to 45 °, more preferably in the range of 0 ° to 40 °, more preferably in the range of 0 ° to 30 °, more preferably in the range of 5 ° to 25 °, more preferably in the range of 10 ° to 20 °, more preferably in the range of 12 ° to 18 °, more preferably in the range of 14 ° to 17 °. Experiments have shown that such configurations of the air conductor lead to a reduction in air resistance along the air conductor per se and along the electricity generator as a whole. The pressure fluctuations in the air flow and the air body surrounding the electricity generator are then minimal.

Een verder aspect volgens de onderhavige uitvinding betreft een elektriciteitsgenerator waarbij het 15 luchtgeleidingsorgaan afwezig is of geschikt is voor het geleiden van de lucht ten opzichte van een in verticaal roteerbare rotor. Verscheidene aspecten van de onderhavige uitvinding functioneren op zichzelf als een verbetering zonder het luchtgeleidingsorgaan, of met een luchtgelei-20 dingsorgaan in een andere vorm van een ringvorm. Dit aspect van de onderhavige uitvinding is er specifiek opgericht voor dergelijke aspecten afzonderlijke bescherming te verschaffen.A further aspect according to the present invention relates to an electricity generator in which the air-conducting member is absent or is suitable for guiding the air relative to a rotor that can be rotated vertically. Various aspects of the present invention function in themselves as an improvement without the air guide member, or with an air guide member in another form of a ring shape. This aspect of the present invention is specifically designed to provide separate protection for such aspects.

Er zijn verschillende vormen van de rotorbladen 25 voorzien in welke de bladen van de rotor in hoofdzaak een rechte vorm, een gekromde vorm, of een toenemend gekromde vorm hebben. Met betrekking tot deze vormen zijn proefnemingen gedaan teneinde deze bladvormen kunnen toepassen in omstandigheden met voor elk blad de meest optimale wind.Different shapes of the rotor blades 25 are provided in which the blades of the rotor have substantially a straight shape, a curved shape, or an increasingly curved shape. Experiments have been made with regard to these shapes in order to be able to use these leaf shapes in conditions with the most optimal wind for each leaf.

30 In en verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de gene- ratorregelelektronica programmeerbaar voor een optimale regeling afhankelijk van veelvoorkomende windomstandigheden per vooraf bepaalde tijdsperioden, zoals per dagdeel, 7 een week, maand, seizoen. Hierdoor wordt een optimale energieopwekking gerealiseerd in het licht van verschillende omstandigheden.In a further preferred embodiment, the generator control electronics is programmable for optimum control depending on common wind conditions per predetermined time periods, such as per day part, 7 a week, month, season. This ensures optimum energy generation in the light of different circumstances.

Bij voorkeur omvat de generatorregelelektronica 5 een verwerkingseenheid en een geheugen. Hierdoor wordt het bijvoorbeeld mogelijk om de generatorregelelektronica te programmeren met software die geschikt is voor specifieke gebruiksomstandigheden. Ook wordt het hierdoor mogelijk de generatorregelelektronica om te programmeren wanneer de 10 gebruiksomstandigheden zich wijzigen of de software wordt verbeterd.The generator control electronics 5 preferably comprises a processing unit and a memory. This makes it possible, for example, to program the generator control electronics with software that is suitable for specific conditions of use. It also hereby becomes possible to program the generator control electronics when the conditions of use change or the software is improved.

De generatorregelelektronica en de stroomopwekker zijn bij voorkeur gerangschikt in een afzonderlijke behuizing die verwijderbaar bevestigbaar is aan het frame, bij 15 voorkeur ter plaatse van het centrum van de rotor, middels bij voorkeur een schroefdraad- of bajonetverbinding. Hierdoor wordt het mogelijk om een derde generator geleverde wisselstroom om te vormen tot een gelijkstroom voor gerechtvaardigde afvoer daarvan vanaf het roterende frame.The generator control electronics and the power generator are preferably arranged in a separate housing which is removably attachable to the frame, preferably at the center of the rotor, preferably by means of a threaded or bayonet connection. This makes it possible to convert alternating current supplied from a third generator into a direct current for justified discharge thereof from the rotating frame.

20 Voorts wordt het mogelijk om de generatorregelelektronica op eenvoudige wijze te vervangen in het geval van een storing. Voorts wordt het mogelijk om de behuizing van de generatorregelelektronica toe te passen als luchtgeleidings-element.Furthermore, it becomes possible to replace the generator control electronics in a simple manner in the event of a failure. Furthermore, it becomes possible to use the generator control electronics housing as an air-conducting element.

25 Een verder aspect volgens de onderhavige uitvin ding betreft een werkwijze voor het middels een computernetwerk herprogrammeren van generatorregelelektronica in een elektriciteitsgenerator, omvattende stappen voor: - het maken van contact tussen de generatorregel-30 elektronica en een centrale softwareserver, - het overzenden van meetgegevens en/of gegevens met betrekking tot de softwareversie van de generatorregelelektronica naar de centrale softwareserver, 8 - het overzenden van een nieuwe softwareversie van de centrale softwareserver naar de generatorregelelektro-nica.A further aspect according to the present invention relates to a method for reprogramming generator control electronics in an electricity generator via a computer network, comprising steps for: - making contact between the generator control electronics and a central software server, - transmitting measurement data and / or data relating to the software version of the generator control electronics to the central software server, 8 - transferring a new software version from the central software server to the generator control electronics.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de on-5 derhavige uitvinding zullen in het navolgende in groter detail worden beschreven aan de hand van een of meerdere voorkeursuitvoeringsvormen onder verwijzing naar de aangehechte figuren. In voorkomende gevallen in zijn soortgelijke onderdelen van een voorkeursuitvoeringsvorm voorzien 10 van een gelijke verwijzingsgetallen als soortgelijke onderdelen van een andere voorkeursuitvoeringsvorm.Further advantages, features and details of the present invention will be described in greater detail below with reference to one or more preferred embodiments with reference to the attached figures. Where appropriate, similar parts of a preferred embodiment are provided with the same reference numerals as similar parts of another preferred embodiment.

Fig. 1 toont een schematische weergave van een eerste voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding in vooraanzicht met een opengewerkt detail.FIG. 1 shows a schematic representation of a first preferred embodiment according to the present invention in front view with a cut-away detail.

15 Fig. 2 toont een schematische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm.FIG. 2 shows a schematic representation of a further preferred embodiment.

Fig. 3 toont een schematische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm.FIG. 3 shows a schematic representation of a further preferred embodiment.

Fig. 4 toont een schematische weergave van een 20 verdere voorkeursuitvoeringsvorm.FIG. 4 shows a schematic representation of a further preferred embodiment.

Fig. 5 toont een schematische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm.FIG. 5 shows a schematic representation of a further preferred embodiment.

Fig. 6 toont een schematische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm in verschillende aanzich-25 ten.FIG. 6 shows a schematic representation of a further preferred embodiment in different views.

Fig. 7 toont een schematische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm in verschillende aanzichten .FIG. 7 shows a schematic representation of a further preferred embodiment in different views.

Fig. 8 toont een aantal varianten van luchtgelei-30 dingsorganen volgens onderhavige uitvinding.FIG. 8 shows a number of variants of air guide means according to the present invention.

Fig. 9 toont een aantal varianten van rotorblad-configuraties volgens de onderhavige uitvinding 9FIG. 9 shows a number of variants of rotor blade configurations according to the present invention 9

Fig. 10 toont een aantal varianten van rotorblad- i configuraties volgens onderhavige uitvindingFIG. 10 shows a number of variants of rotor blade configurations according to the present invention

Fig. 11 toont een verdere voorkeursuitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding in verschillende aanzich-5 ten.FIG. 11 shows a further preferred embodiment of the present invention in various views.

Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm (Fig. 1) volgens de onderhavige uitvinding betreft een windmolen 1.A first preferred embodiment (Fig. 1) according to the present invention relates to a windmill 1.

Deze windmolen een omvat een luchtgeleidingsring 2 die zich in vooraanzicht rond om een rotorconfiguratie 3 uit-10 strekt. De rotorconfiguratie omvat een rotorkern 4 met zich daarvandaan in hoofdzaak radiaal uitstrekkende rotorbladen 7. De windmolen omvat voorts een frame 5 waaraan de luchtgeleidingsring en de rotorconfiguratie aan is bevestigd. Dit frame wordt in het navolgende in groter detail 15 beschreven.This windmill one comprises an air guide ring 2 which extends in front view around a rotor configuration 3. The rotor configuration comprises a rotor core 4 with rotor blades 7 extending substantially radially therefrom. The windmill further comprises a frame 5 to which the air guide ring and the rotor configuration are attached. This frame is described in greater detail below.

Het frame is gemonteerd op een lageringseenheid 6 voor roteerbare montage ten opzichte van de aarde. De lageringseenheid is voorzien van middelen voor het doorlaten van stroom terwijl het frame kan worden geroteerd. Hiertoe 20 omvat de lageringseenheid 6 een Slipring 13 die gelei- dingsmiddelen onder roteerbaarheid omvat. De lageringseenheid 6 omvat middelen voor het stevig en roteerbaar ontvangen van een buisdeel 8 dat een onderste deel vormt van het frame 5. Dit onderste deel van de buis 8 wordt ontvan-25 gen door een prop 10 die is ingebed in een lager 11. De slipring 13 is ingebed in een prop 12. De slipring heeft tenminste een geleidende ader voor het geleiden van elektrische stroom die dient te zijn geïsoleerd van de aarde.The frame is mounted on a bearing unit 6 for rotatable mounting relative to the ground. The bearing unit is provided with means for transmitting current while the frame can be rotated. To this end, the bearing unit 6 comprises a slip ring 13 which comprises guide means under rotatability. The bearing unit 6 comprises means for firmly and rotatably receiving a tube part 8 which forms a lower part of the frame 5. This lower part of the tube 8 is received by a plug 10 which is embedded in a bearing 11. The bearing unit slip ring 13 is embedded in a plug 12. The slip ring has at least one conductive conductor for conducting electrical current that must be insulated from the ground.

Deze slipring heeft hiertoe een geleidingselement in de 30 vorm van een kwikreservoir met een contact naar het frame en een contact naar de het vaste deel van het lager.To this end, this slip ring has a guide element in the form of a mercury reservoir with a contact to the frame and a contact to the fixed part of the bearing.

In Fig. 2 is een eerste voorkeursuitvoeringsvorm weergegeven van een schakeling die volgens de onderhavige 10 uitvinding bij voorkeur aanwezig is bij de kern van de rotor bevestigd aan het roteerbare deel van het frame. Deze schakeling is gekoppeld met de generator 21 die wordt aangedreven door de rotor met de rotorbladen. De generator is 5 in dit voorbeeld een 3 fasengenerator die ook dienst kan doen als aandrijfmotor.In FIG. 2 shows a first preferred embodiment of a circuit which according to the present invention is preferably present at the core of the rotor attached to the rotatable part of the frame. This circuit is coupled to the generator 21 which is driven by the rotor with the rotor blades. The generator is in this example a 3-phase generator that can also serve as a drive motor.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt ten minste een van de fasen gebruikt als bron voor een meting met betrekking tot de rotatiesnelheid van de rotor. Hierdoor kan 10 op efficiënte wijze zonder extra meetmiddelen een meting van het aandrijfvermogen van de wind worden verkregen. Het hiertoe te gebruiken signaal wordt door de besturingseen- 1 heid 23 omgezet naar meetwaarden. Een voordeel van het toepassen van de generator als windmeter is dat de stuur- t 15 elektronica heel snel kan reageren op veranderingen.According to the present invention, at least one of the phases is used as a source for a measurement of the rotational speed of the rotor. As a result, a measurement of the driving power of the wind can be obtained efficiently without additional measuring means. The signal to be used for this purpose is converted by the control unit 23 into measured values. An advantage of using the generator as an anemometer is that the control electronics can respond very quickly to changes.

Voor het toepassen van de generator als windmeter is het nodig dat de generator altijd draait. Een rotor van een windmolen heeft volgens de stand van de techniek als probleem dat deze wanneer deze eenmaal tot stilstand is 20 gekomen een bepaalde minimale hoeveelheid die nodig is om deze weer te kunnen opstarten. Het gevolg hiervan is dat de stand van de techniek te rotor niet worden gebruikt om de wind te meten aangezien de rotor niet altijd draait.To use the generator as an anemometer, it is necessary that the generator always runs. According to the prior art, a rotor of a windmill has the problem that, once it has come to a standstill, it has a certain minimum amount required to be able to restart it. The consequence of this is that the prior art rotor is not used to measure the wind since the rotor is not always rotating.

Een oplossing volgens onderhavige uitvinding is om 25 de rotor middels de motoraanstuureenheid 22 volcontinu te laten roteren, of in elk geval te laten roteren wanneer een meting van de wind gewenst is. Hiertoe is de besturingseenheid 23 zodanig te configureren dat deze de motoraanstuureenheid 22 aanstuurt op het moment dat de wind 30 niet voldoende instaat is om de rotor draaiende te houden.A solution according to the present invention is to have the rotor rotate fully continuously by means of the motor control unit 22, or in any case rotate when a measurement of the wind is desired. To this end, the control unit 23 can be configured such that it controls the motor control unit 22 when the wind 30 is not sufficiently capable of keeping the rotor rotating.

Hiertoe wordt een minimaal motoraanstuursignaal door de motoraanstuureenheid 22 toegevoerd aan ten minste 1 van de 11 fasen van de generator 21. Hiertoe kan energie worden toegepast die afkomstig is van de zonnecel 26.For this purpose, a minimum motor drive signal is supplied by the motor drive unit 22 to at least 1 of the 11 phases of the generator 21. For this purpose energy can be applied that comes from the solar cell 26.

Bij de normale werking van de windmolen wekt de generator elektrische stroom op die door toegevoerd aan de 5 gelijkrichter 24. De gelijkrichter 24 zet de wisselspanning die afkomstig is van de generator om na een gelijkspanning met een ordegrootte van de voorkeur 200 tot 400 volt. Hiertoe is voorts voorzien in een pulsbreedterege-ling die afhankelijk van de gewenste resulterende stroom 10 een deel van het signaal afneemt. Deze gelijkstroom wordt toegevoerd naar een kabel 27.In the normal operation of the windmill, the generator generates electric current which is supplied to the rectifier 24. The rectifier 24 converts the alternating voltage from the generator after a direct voltage with an order of magnitude of preferably 200 to 400 volts. To this end, a pulse width control is further provided which, depending on the desired resulting current 10, draws off a part of the signal. This direct current is supplied to a cable 27.

Indien de wind zeer hard is en de rotor te snel gaat roteren kan dit schade veroorzaken. Teneinde dergelijke schade te voorkomen wordt de rotor afgeremd door de 15 generator te koppelen met een belastingsweerstand 25. De grootte van de belastingsweerstand kan een vaste waarde hebben of geregeld worden afhankelijk van de noodzaak tot afremmen van de rotor. Verder is het volgens de onderhavige uitvinding mogelijk om middels de aansturing een fase 20 van de 3 fasen omgekeerd te schakelen en de stroom van hun tweede fase hieraan toe te voeren waardoor de rotor wordt afgeremd. De derde fase zal in dit geval nog stroom leveren die als nuttige energie middels de gelijkrichter kan worden afgevoerd.If the wind is very strong and the rotor starts rotating too fast, this can cause damage. In order to prevent such damage, the rotor is braked by coupling the generator to a load resistor 25. The magnitude of the load resistor may have a fixed value or be controlled depending on the need for rotor braking. Furthermore, according to the present invention, it is possible to switch a phase of the 3 phases inverted by means of the control and to supply the current of their second phase thereto, thereby braking the rotor. The third phase will in this case still supply electricity that can be dissipated as useful energy through the rectifier.

25 In Fig. 3 is een omzettingseenheid 31 getoond voor het omzetten van de elektrische stroom afkomstig van kabel 27 naar een waarde die kan worden aangeleverd aan het elektriciteitsnet, bijvoorbeeld 230 volt wisselspanning. Hiertoe is voorzien in een omzetter 33. Verder is er voor-30 zien in een besturingseenheid 32 die in half duplex verbinding staat met de besturingseenheid 23 van de windmolen. Deze besturingseenheid is voor het voorzien van een beeldscherm en een USB poort. Voorts is voorzien in een 12 voeding 34 die vermogen levert aan het systeem wanneer de wind en de zonnecel de benodigde energie niet kunnen leveren .FIG. 3, a conversion unit 31 is shown for converting the electric current from cable 27 to a value that can be supplied to the electricity grid, for example 230 volts AC. A converter 33 is provided for this purpose. Furthermore, a control unit 32 is provided which is in half duplex connection with the control unit 23 of the windmill. This control unit is provided with a display and a USB port. A power supply 34 is furthermore provided which supplies power to the system when the wind and the solar cell cannot provide the required energy.

De besturingseenheid 32 regelt de ingangsspanning 5 van de omzetter 33, de ingangsstroom van de omzetter 33, de uitgangsstroom van de omzetter 33, en onder meer het toerental van de generator. Deze en andere gegevens kunnen tevens worden weergegeven op het beeldscherm. De besturingseenheid 32 is ingericht voor het aanpassen van de in-10 gangsspanning van de omzetter 33 aan de windsnelheid en derhalve het toerental van de generator en de energiebehoefte van de omzetter. Hiertoe is de beschikking over een gegevensbestand met optimale waarden op grond waarvan onder invloed van de windsnelheid kan worden geschakeld. De 15 besturingseenheid 23 functioneert overigens bij voorkeur zelfstandig maar kan worden bij geregeld met gegevens van de besturingseenheid 32.The control unit 32 controls the input voltage 5 of the converter 33, the input current of the converter 33, the output current of the converter 33, and inter alia the speed of the generator. This and other data can also be displayed on the screen. The control unit 32 is adapted to adjust the input voltage of the converter 33 to the wind speed and therefore the speed of the generator and the energy requirement of the converter. For this purpose, a data file with optimum values is available, which can be used to switch under the influence of the wind speed. The control unit 23, incidentally, preferably functions independently, but can be adjusted with data from the control unit 32.

In de figuren 4 en 5 zijn alternatieven voor de schematische weergave van besturingseenheden van de figu-20 ren 2 en 3 getoond. In deze uitvoering is de micro besturingseenheid 23 rechtstreeks verbonden met de generator 21 en de gelijkrichter met regeleenheid 24. De zonnecel 26 is inmiddels een omvormer verbonden met de gelijkrichter 24.Figures 4 and 5 show alternatives for the schematic representation of control units of Figures 2 and 3. In this embodiment, the micro control unit 23 is directly connected to the generator 21 and the rectifier to control unit 24. The solar cell 26 has meanwhile become an inverter connected to the rectifier 24.

Bij beide uitvoeringen van de schakelingen van de 25 figuren 2 tot en met 5 is verder sprake van het volgende. De motorregeling 22 heeft bij voorkeur de mogelijkheid om een louter aansturing van 10 tot 100 W, bij voorkeur 20 tot 70 W, bij verdere voorkeur 30 tot 50 W. Deze motorregeling is samen met de aansturingeenheid 23 instaat tot 30 het naadloos laten verlopen van het overnemen van de rotatie door de motor en het laten overnemen van de rotatie van motorkracht naar windkracht.In the case of both embodiments of the circuits of Figures 2 to 5, the following is furthermore referred to. The motor control 22 preferably has the option of a mere control of 10 to 100 W, preferably 20 to 70 W, more preferably 30 to 50 W. This motor control, together with the control unit 23, is capable of seamlessly running the taking over the rotation by the motor and allowing the rotation to take over from motor power to wind force.

1313

In Fig. 6 is een voorbeeld getoond van de opbouw van het frame met de luchtgeleidingsring 2. In dit voorbeeld wordt de ring gedragen door de framebuis 8. Verder wordt in dit voorbeeld de rotorkern 4 gedragen door 2 bo-5 venste rotorkernsteunen 61, een voorste onderste rotor-kernsteun 63 en hun achterste onderste rotorkernsteun 62. In de voorkeursuitvoeringsvorm van Fig. 7 is de opbouw van het frame anders en verloopt in de framebuis 8 tot aan de rotorkern voor directe ondersteuning van de rotorkern door 10 deze framebuis 8. Er is voorzien in een extra versteviging middels vinnen 71. In de rotorkern bevindt zich in de generator 73 met daar achter de elektronica-eenheid 73 die de elektronica 74 van de figuren 2 en 4 omvat. Dit huis is uit 2 delen opgebouwd zodat de onderdelen op eenvoudige 15 wijze onafhankelijk van elkaar kunnen worden vervangen.In FIG. 6 shows an example of the structure of the frame with the air guide ring 2. In this example, the ring is supported by the frame tube 8. Further, in this example, the rotor core 4 is supported by 2 upper rotor core supports 61, a front lower rotor core support 63 and their rear lower rotor core support 62. In the preferred embodiment of FIG. 7, the structure of the frame is different and extends in the frame tube 8 up to the rotor core for direct support of the rotor core by this frame tube 8. An additional reinforcement is provided by means of fins 71. The rotor core accommodates the generator 73 with behind it the electronics unit 73 which comprises the electronics 74 of figures 2 and 4. This housing is made up of 2 parts so that the parts can be replaced independently of each other in a simple manner.

Aan de voorzijde van de generator bevindt zich een rotoras 75 waarop de rotor met de rotorbladen kan worden bevestigd.At the front of the generator is a rotor shaft 75 on which the rotor with the rotor blades can be mounted.

Het achterste deel 76 van het rotorhuis is bij 20 voorkeur middels een schroefverbinding bevestigd aan het voorste deel 77 waardoor het rotorhuis op eenvoudige wijze kan worden geopend. Hierdoor kan de elektronica 74 en/of de generator 73 op eenvoudige wijze worden vervangen.The rear part 76 of the rotor housing is preferably attached to the front part 77 by means of a screw connection, whereby the rotor housing can be opened in a simple manner. As a result, the electronics 74 and / or the generator 73 can be replaced in a simple manner.

In Fig. 8 zijn op schematische wijze enkele door-25 sneden gegeven van configuraties van het luchtgeleidings-orgaan. Afhankelijk van de wind omstandigheid kan binnen het begrip van de onderhavige uitvinding wordt gekozen voor een van deze configuraties of tussenliggende configuraties qua afwijkingshoek.In FIG. 8 are schematic views of some cross-sections of configurations of the air guide member. Depending on the wind condition, one of these configurations or intermediate configurations in terms of deviation angle can be chosen within the understanding of the present invention.

30 In Fig. 9 zijn verschillende configuraties van de rotorbladen getoond. In Fig. 9 A is een configuratie met rotorbladen 91 met een losse tip getoond. In Fig. 9 B. is een rotorblad 92 getoond waarvan de aandelen onderling 14 zijn verbonden middels een ring 93. Deze ring 93 is zodanig vormgegeven dat deze past in een sleuf 94 die is ingepast aan de binnenzijde van de luchtgeleidingsring 2'. Hierdoor wordt het mogelijk een ring 93 toe te passen om 5 de uiteinden van de rotorbladen te versterken en te stabiliseren terwijl tegelijkertijd wordt bereikt dat de ring op zichzelf zo weinig mogelijk luchtweerstand van de doorstromende wind ondervindt ofwel dat de doorstromende wind zo weinig mogelijk weerstand van de ring 93 ondervindt. In 10 Fig. 9 C. is een ring 95 getoond die de rotorbladen 94 onderling verbindt. Hierbij beweegt de ring 95 zo dicht mogelijk binnen het oppervlak van de luchtgeleidingsring 2 die hierdoor geen aanpassingen vereist en waardoor de luchtstroom door de ring zo weinig mogelijk wordt beïn-15 vloed.FIG. 9 different configurations of the rotor blades are shown. In FIG. 9 A, a configuration with rotor blades 91 with a loose tip is shown. In FIG. 9, a rotor blade 92 is shown, the parts of which are mutually connected by means of a ring 93. This ring 93 is designed such that it fits into a slot 94 which is fitted on the inside of the air guide ring 2 '. This makes it possible to use a ring 93 to reinforce and stabilize the ends of the rotor blades while at the same time achieving that the ring per se experiences as little air resistance as possible from the flowing wind or that the flowing wind has as little resistance as possible from the ring 93. FIG. 9 C. a ring 95 is shown which interconnects the rotor blades 94. The ring 95 herein moves as close as possible within the surface of the air guide ring 2, which therefore requires no adjustments and as a result of which the air flow through the ring is influenced as little as possible.

Fig. 10 toont een drietal rotorbladconfiguraties in dwarsdoorsnede en een perspectiefaanzicht. De linker weergave geeft een rotorbladconfiguratie weer waarbij de rotorbladen vlak zijn. De middelste weergave geeft een ro-20 torbladconfiguratie weer waarbij rotorbladen met een soortgelijke rechthoekige vorm als van de linker weergave en kromming bezitten. De rechter weergave geeft een rotorbladconf iguratie weer waarbij de bladen en kromming bezitten en tevens vanaf de rotorkern een verbreding vertonen 25 een de rotortip. Hierdoor hebben de rotorbladen een relatief groot oppervlak ten opzichte van de oppervlakte binnen de ring. Proefnemingen hebben uitgewezen dat afhankelijk van de windsnelheid de verschillende bladen verschillende voordelen verschaffen.FIG. 10 shows three rotor blade configurations in cross-section and a perspective view. The left view shows a rotor blade configuration where the rotor blades are flat. The middle representation shows a rotor blade configuration in which rotor blades have a similar rectangular shape as the left representation and curvature. The right-hand view shows a rotor blade configuration in which the blades have and curvature and also show a widening from the rotor core to the rotor tip. As a result, the rotor blades have a relatively large surface area relative to the surface area within the ring. Experiments have shown that the different blades provide different advantages depending on the wind speed.

30 In Fig. 11 is een configuratie van het luchtgelei- dingsorgaan getoond waarin naast eerder getoonde aspecten aan de bovenzijde een zonnepaneel 99 is opgenomen. Het zonnepaneel dient de vorm van de ring te volgen. Derhalve 15 wordt bij voorkeur een amorf zonneceltype toegepast dat flexibel kan worden uitgevoerd en derhalve op eenvoudige wijze in een gebogen vorm kunnen worden aangebracht aan de buitenzijde van het in hoofdzaak ringvormige luchtgelei-5 dingsorgaan 2.FIG. 11, a configuration of the air-guiding member is shown in which, in addition to previously shown aspects, a solar panel 99 is included at the top. The solar panel must follow the shape of the ring. Therefore, an amorphous solar cell type is preferably used which can be of flexible design and can therefore be arranged in a simple manner in a curved form on the outside of the substantially annular air-conducting member 2.

Dit zonnepaneel verschaft zonne-energie omgezet naar elektrische energie die kan worden gebruikt voor het aandrijven van de rotor ten tijde van windstilte. Tevens is het mogelijk deze zonne-energie op te slaan in een accu 10 voor windstilte tijdens donkere uren. Tevens is het mogelijk deze zonne-energie om te zetten naar een geschikte vorm voor afgifte aan het elektriciteitsnetwerk. Een belangrijk doel van de zonnecel volgens de laatste uitvinding is het verschaffen van energie voor het laten doorro-15 teren van de rotor in tijden van windstilte of onvoldoende wind voor het in standhouden van de rotatie, zelfs zonder belasting van de generator, met andere woorden zelfs wanneer de generator is afgeschakeld en de rotor vrijelijk kan roteren. In dat geval wordt een ten minste enkele fase 20 van de generator gebruikt voor het aandrijven van de rotor .This solar panel provides solar energy converted to electrical energy that can be used to drive the rotor during the windless period. It is also possible to store this solar energy in a battery 10 for wind stillness during dark hours. It is also possible to convert this solar energy into a suitable form for delivery to the electricity network. An important object of the solar cell according to the last invention is to provide energy for allowing the rotor to rotate in times of calm or insufficient wind for maintaining the rotation, even without a load on the generator, in other words even when the generator is switched off and the rotor can rotate freely. In that case, an at least some phase of the generator is used to drive the rotor.

In het voorgaande is de onderhavige uitvinding beschreven aan de hand van enkele voorkeursuitvoeringsvormen. Verschillende aspecten van verschillende uitvoeringen 25 worden beschreven geacht in combinatie met elkaar waarbij alle combinaties die bij lezing door een vakman van het vakgebied op basis van dit document door een vakman binnen het begrip van de uitvinding vallen beschouwd worden te zijn meegelezen. Deze voorkeursuitvoeringsvormen zijn niet 30 beperkend voor de beschermingsomvang van dit document. De gevraagde rechten worden bepaald in de aangehechte conclusies .In the foregoing, the present invention has been described with reference to a few preferred embodiments. Different aspects of different embodiments are considered to be described in combination with each other, all combinations considered to be read by a person skilled in the art on the basis of this document being included in the understanding of the invention. These preferred embodiments are not restrictive of the scope of this document. The rights requested are defined in the appended claims.

★ ★ ★ ★ * * •k 2004922★★★★ * * k 2004922

Claims

An electricity generator for generating electric energy on the basis of wind energy, comprising: 5. a frame that can be rotated with respect to the earth, - a substantially annular air-conducting member which can be arranged on the frame for guiding air during the process of energy conversion, 10. a rotor comprising rotor blades which can be arranged essentially within the air guide member, - a power generator for generating electrical energy on the basis of a rotational movement of the rotor. 15

An electricity generator according to claim 1 comprising generator control electronics comprising means for converting the electrical energy of a form generated in the power generator into a direct current. 20

An electricity generator according to claim 1 or 2, wherein the generator control electronics is arranged on the frame, preferably within the rotor.

An electricity generator according to claim 1, 2 or 3, wherein the power generator is a multi-phase power generator.

5. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the generator control electronics comprise motor control electronics for driving the current generator as an electric motor, preferably by controlling at least one phase. 2 00 4 9 2 2

6. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the generator control electronics comprises measuring means for measuring the rotation speed of the rotor on the basis of a signal of at least one phase.

7. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the generator control electronics comprises means for reversing the flow direction in at least one of the phases on the basis of the rotational speed, preferably switching current from a regularly switched phase to a reversed phase. 15

An electricity generator according to any one of the preceding claims, wherein the generator control electronics preferably comprises a load resistor for braking the rotor. 20

9. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, comprising a photovoltaic cell for generating electric energy from light, such as sunlight, which photovoltaic cell is preferably arranged in the outside of the air conductor, which photo voltaic cell more preferably has a smooth transition with the further surface of the air-guiding member, more preferably has a flat course with respect to the rest of the surface of the air-guiding member.

An electricity generator according to any one of the preceding claims comprising a slip ring, such as preferably a mercury slip ring or a brush slip ring, for transferring the current from the rotatable frame to the ground, which slip ring is preferably arranged in cooperation with a bearing, and which slip ring is preferably designed as an exchangeable cassette comprising contacts for the rotatable side and the earth side.

11. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the rotor blades are rotatably arranged within the inner surface of the air-guiding member.

12. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the ends of the rotor blades are enclosed by means of an annular connecting member which is rotatably arranged within the inner surface of the air-guiding member.

13. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the ends of the rotor blades are enclosed by means of an annular connecting member rotatably arranged within a slot or recess in the inner surface of the air-conducting member.

14. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the air-conducting member has a cross-sectional profile which preferably has a front side that is relatively blunt to the rear side, and which preferably has a sharp rear side relative to the front side.

15. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the air-conducting member, viewed in cross-section, is arranged substantially at an angle with the axis of the annular shape, which angle is preferably in the range of minus 15 ° to and with 45 °, more preferably in the range of 0 ° to 40 °, more preferably in the range of 0 ° to 30 °, more preferably in the range of 5 ° to 25 °, with further preferably in the range of 10 ° to 10 °, more preferably in the range of 12 ° to 18 °, more preferably in the range of 14 ° to 17 °.

16. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the air-guiding member is absent or is suitable for guiding the air relative to a rotor that can be rotated in vertical direction.

17. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the blades of the rotor have substantially a straight shape, a curved shape, or an increasingly curved shape.

18. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the generator control electronics are programmable for an optimum control depending on common wind conditions per predetermined time periods, such as per day part, a week, month, season.

19. Electricity generator according to one or more of the preceding claims, wherein the generator control electronics comprise a processing unit and a memory.

20. Electricity generator as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein the generator control electronics and the power generator are arranged in a separate housing which is removably attachable to the frame, preferably at the center of the rotor, preferably by means of a screw thread - or bayonet connection.

21. Method for reprogramming generator control electronics in a power generator via a computer network 10, comprising steps for: - making contact between the generator control electronics and a central software server, - transmitting measurement data and / or data relating to the software version of the generator control electronics to the central software server, - transferring a new software version from the central software server to the generator control electronics. 20 ★★★★ * • * • * • 2 004 9 2 2