NL2025850B1

NL2025850B1 - wind turbine

Info

Publication number: NL2025850B1
Application number: NL2025850A
Authority: NL
Inventors: Theodorus Gerardus Maria Vullers Joannes
Original assignee: Theodorus Gerardus Maria Vullers Joannes
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Een windturbine 1 heeft een turbinerotor 3 voorzien van bladen 5, alsmede een elektrische generator 7 voorzien van een generatorrotor 9, en een toerentalregelaar 11 voor het regelen van het toerental van de generatorrotor. De toerentalregelaar 11 heeft een verbindingsas 13 die is verbonden met de generatorrotor 9 en met de turbinerotor 3, alsmede een aantal gewichten 15 die via armen 17 verbonden zijn met de verbindingsas 10 13 en in rotatierichting gefixeerd zijn ten opzichte van de verbindingsas. De toerentalregelaar 11 heeft voorts verplaatsingsmiddelen voor het in radiale richting verplaatsen van de gewichten 15 ten opzichte van de verbindingsas 13, en regelmiddelen voor het regelen van het toerental van de verbindingsas door het variëren van de afstand tussen de gewichten 15 en de verbindingsas 13. De regelmiddelen 15 kunnen de stand van de armen 17 aanpassen en daarmee de afstand van de gewichten 15 tot de verbindingsas 13 varieren. (Figuur 1)A wind turbine 1 has a turbine rotor 3 provided with blades 5, as well as an electric generator 7 provided with a generator rotor 9, and a speed controller 11 for controlling the speed of the generator rotor. The speed controller 11 has a connecting shaft 13 which is connected to the generator rotor 9 and to the turbine rotor 3, as well as a number of weights 15 which are connected via arms 17 to the connecting shaft 13 and fixed in rotational direction relative to the connecting shaft. The speed controller 11 further has displacement means for radially displacing the weights 15 with respect to the connecting shaft 13, and control means for controlling the speed of the connecting shaft by varying the distance between the weights 15 and the connecting shaft 13. control means 15 can adjust the position of the arms 17 and thus vary the distance of the weights 15 from the connecting shaft 13. (Figure 1)

Description

Windturbine BESCHRIJVING:Wind Turbine DESCRIPTION:

Gebied van de uitvinding De uitvinding heeft betrekking op een windturbine omvattende: - een turbinerotor voorzien van bladen, - een elektrische generator voorzien van een generatorrotor die is verbonden met de turbinerotor, en - een toerentalregelaar voor het regelen van het toerental van de generatorrotor.Field of the invention The invention relates to a wind turbine comprising: - a turbine rotor provided with blades, - an electric generator provided with a generator rotor connected to the turbine rotor, and - a speed controller for controlling the speed of the generator rotor.

Een windmolen zet bewegende lucht om in een aantal bewegende onderdelen van een mechanische constructie.A windmill converts moving air into a number of moving parts of a mechanical structure.

Hier kunnen dan vervolgens werktuigen mee aangedreven worden zoals vroeger de oud Hollandse windmolens meel maalden of een zagerij hadden.Tools can then be driven with this, as the old Dutch windmills used to grind flour or had a sawmill.

Moderne windmolens worden meestal toegepast voor de opwekking van elektriciteit.Modern wind turbines are usually used to generate electricity.

Stand van de techniekState of the art

Een dergelijke windturbine is algemeen bekend.Such a wind turbine is generally known.

Bij bekende grote windturbines zijn de bladen gevormd door wieken en is de stand van de wieken verstelbaar.In known large wind turbines the blades are formed by blades and the position of the blades is adjustable.

Door verstelling van de stand van de bladen kan de snelheid van de turbinerotor aangepast worden en ervoor gezorgd worden dat dit toerental niet te hoog wordt waardoor schade aan de constructie kan ontstaan of the laag wordt waardoor geen energie meer opgewekt kan worden.By adjusting the position of the blades, the speed of the turbine rotor can be adjusted and it can be ensured that this speed does not become too high, which can cause damage to the construction or becomes too low, so that no more energy can be generated.

Bij veel bekende kleine windturbines is de stand van de bladen niet verstelbaar.In many known small wind turbines, the position of the blades is not adjustable.

Indien het te hard waait waardoor de turbinerotor te hard zou draaien zorgt een mechanische rem ervoor dat de turbinerotor het maximaal toelaatbare toerental niet overschrijdt.If the wind blows too hard, causing the turbine rotor to rotate too fast, a mechanical brake ensures that the turbine rotor does not exceed the maximum permissible speed.

Bij snel fluctuerende windsnelheden zal de rotatiesnelheid van de turbinerotor fluctueren en dus ook de rotatiesnelheid de generatorrotor, waardoor de opgewekte stroom niet constant is maar sterk fluctueert.With rapidly fluctuating wind speeds, the rotational speed of the turbine rotor will fluctuate and so will the rotational speed of the generator rotor, as a result of which the generated current is not constant but fluctuates strongly.

Dit laatste is ongewenst.The latter is undesirable.

Samenvatting van de uitvinding Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een windturbine van de in de aanhef omschreven soort waarmee windenergie op efficiënte wijze omgezet kan worden in elektrische energie. bij fluctuerende windsnelheden het toerental van de generatorrotor zo constant mogelijk gehouden kan worden. Hiertoe is de windturbine volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de toerentalregelaar: - een verbindingsas omvat die is verbonden met de generatorrotor en met de turbinerotor, alsmede - een aantal gewichten die via armen verbonden zijn met de verbindingsas en in rotatierichting gefixeerd zijn ten opzichte van de verbindingsas, - verplaatsingsmiddelen voor het in radiale richting verplaatsen van de gewichten ten opzichte van de verbindingsas, en - regelmiddelen voor het regelen van het toerental van de verbindingsas door het variéren van de afstand tussen de gewichten en de verbindingsas.Summary of the invention An object of the invention is to provide a wind turbine of the type described in the preamble with which wind energy can be efficiently converted into electrical energy. with fluctuating wind speeds, the speed of the generator rotor can be kept as constant as possible. To this end, the wind turbine according to the invention is characterized in that the speed controller: - comprises a connecting shaft which is connected to the generator rotor and to the turbine rotor, as well as - a number of weights which are connected via arms to the connecting shaft and which are fixed in rotational direction with respect to the connection shaft, - displacement means for displacing the weights in radial direction with respect to the connection shaft, and - control means for controlling the rotational speed of the connection shaft by varying the distance between the weights and the connection shaft.

Door de gewichten te verplaatsen wordt de massatraagheid van de verbindingsas met gewichten veranderd en verandert ook de rotatiesnelheid van de verbindingsas. In het geval de wind afneemt zal de turbinerotor langzamer gaan draaien dan de verbindingsas en de daarmee verbonden generatorrotor doordat deze twee laatste door hun relatief grote massatraagheid minder snel afremmen dan de turbinerotor. Door de gewichten in dat geval naar buiten te verplaatsen, wordt de verbindingsas afgeremd zodat de turbinerotor via de verbindingsas de generatorrotor weer kan aandrijven en niet pas nadat de generatorrotor en de daarmee verbonden verbindingsas meer zijn afgetoerd dan de turbinerotor.Moving the weights changes the mass inertia of the connecting shaft with weights and also changes the rotational speed of the connecting shaft. In the event that the wind decreases, the turbine rotor will rotate more slowly than the connecting shaft and the generator rotor connected thereto, because the latter two will decelerate less quickly than the turbine rotor due to their relatively large mass inertia. In that case, by moving the weights outwards, the connecting shaft is braked so that the turbine rotor can drive the generator rotor again via the connecting shaft and not only after the generator rotor and the connecting shaft connected thereto have accelerated more than the turbine rotor.

Voorts kan door de positie van de gewichten te regelen ook bij fluctuerende windsnelheden de rotatiesnelheid van de verbindingsas en dus ook die van de generatoras zo constant mogelijk gehouden worden waardoor de door de generator opgewekte stroom zo constant mogelijk is.Furthermore, by controlling the position of the weights, the rotational speed of the connecting shaft and thus also that of the generator shaft can be kept as constant as possible even with fluctuating wind speeds, so that the current generated by the generator is as constant as possible.

Bovendien kan, door de gewichten zo dicht als mogelijk bij de verbindingsas te houden, de windturbine snel opgestart worden omdat de massatraagheid in dat geval minimaal is.Moreover, by keeping the weights as close as possible to the connecting shaft, the wind turbine can be started up quickly because the mass inertia is minimal in that case.

De regelmiddelen zijn bij voorkeur zo uitgevoerd dat zij de stand van de armen kunnen aanpassen en daarmee de afstand van de gewichten tot de verbindingsas kunnen variëren. Bij cen gunstige uitvoeringsvorm hiervan omvatten de armen elk een vast deel, dat zich vanaf de verbindingsas in radiale richting uitstrekt en dat met een eerste uiteinde vast met de arm is verbonden, alsmede een beweegbaar deel, dat nabij een eerste uitemde scharnierbaar met een tweede uiteinde van het vaste deel is verbonden, waarbij het met de arm verbonden gewicht is bevestigd aan een tweede uiteinde van het beweegbare deel, en waarbij de verplaatsingsmiddelen de stand van het beweegbare deel van de arm en daarmee de afstand van het gewicht tot de verbindingsas kunnen variëren.The control means are preferably designed in such a way that they can adjust the position of the arms and thus can vary the distance of the weights from the connecting axis. In a favorable embodiment thereof, the arms each comprise a fixed part which extends from the connecting axis in radial direction and which is fixedly connected to the arm at a first end, as well as a movable part which is pivotable with a second end near a first end. of the fixed part is connected, wherein the weight connected to the arm is attached to a second end of the movable part, and wherein the displacing means can vary the position of the movable part of the arm and thus the distance of the weight from the connecting axis .

Bij voorkeur zijn van elke arm het vaste en beweegbare deel en de verbindingsas in een recht vlak aanwezig, waarbij het beweegbare deel van de arm in dit rechte vlak verplaatsbaar is. Voorts is bij voorkeur het eerste uiteinde van het beweegbare deel van elke arm op afstand van de scharnierende verbinding met het vaste deel aanwezig en is aan weerszijde van de scharnierende verbinding een kabel aan het beweegbare deel van de arm bevestigd, waarbij door trekken en vieren van de kabel het beweegbare deel van de arm verdraaid kan worden, waardoor de afstand van het gewicht tot de verbindingsas vergroot of verkleind wordt.Preferably, the fixed and movable part and the connecting shaft of each arm are present in a straight plane, the movable part of the arm being movable in this straight plane. Furthermore, the first end of the movable part of each arm is preferably present at a distance from the hinged connection with the fixed part and a cable is attached to the movable part of the arm on either side of the hinged connection, whereby by pulling and the cable can rotate the movable part of the arm, increasing or decreasing the distance of the weight from the connecting shaft.

Een uitvoeringsvorm van de windturbine volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat tussen de verbindingsas en de turbinerotor een vrijloopkoppeling aanwezig is, die alleen in de richting van de turbinerotor naar de verbindingsas koppel doorleidt. Dus de vrijloopkoppeling is gesloten indien het toerental van de turbinerotor groter is dan het toerental van de verbindingsas en de vrijloopkoppeling is open indien het toerental van de turbinerotor kleiner is dan het toerental van de verbindingsas. Door de vrijloopkoppeling tussen de turbinerotor en verbindingsas zal in de periode tussen afname van de wind en aftoeren van de verbindingsas door middel van het verplaatsen van de gewichten, de turbinerotor de verbindingsas niet afremmen.An embodiment of the wind turbine according to the invention is characterized in that an overrunning clutch is present between the connecting shaft and the turbine rotor, which coupling transmits torque only in the direction from the turbine rotor to the connecting shaft. Thus, the overrunning clutch is closed if the speed of the turbine rotor is greater than the speed of the connecting shaft and the overrunning clutch is open if the speed of the turbine rotor is less than the speed of the connecting shaft. Due to the freewheel coupling between the turbine rotor and connecting shaft, the turbine rotor will not brake the connecting shaft in the period between the decrease in wind and deceleration of the connecting shaft by means of moving the weights.

Beknopte omschrijving van de tekeningen Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de windturbine volgens de uitvinding. Hierbij toont: Figuur 1 de windturbine met turbinerotor, toerentalregelaar en elektrische generator;Brief description of the drawings The invention will be further elucidated below on the basis of an exemplary embodiment of the wind turbine according to the invention shown in the drawings. Herein: Figure 1 shows the wind turbine with turbine rotor, speed controller and electric generator;

Figuur 2 een detail van figuur 1 ter plaatse van de verbindingsas met gewichten op een kleine afstand van de verbindingsas; Figuur 3 een detail van figuur 1 ter plaatse van de verbindingsas met gewichten op een grote afstand van de verbindingsas; en Figuur 4 de verbindingsas met een van de armen in detail. Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van de windturbine volgens de uitvinding in perspectief weergegeven waarbij de behuizing en ondersteunende frames voor de toerentalregelaar en de elektrische generator ten behoeve van de overzichtelijkheid zijn weggelaten. De windturbine 1 heeft een turbinerotor 3 die voorzien is van bladen 5, alsmede een elektrische generator 7 die voorzien is van een generatorrotor 9, en een tussen de turbinerotor en generatorrotor aanwezige toerentalregelaar 11 voor het regelen van het toerental van de generatorrotor 9.Figure 2 shows a detail of figure 1 at the location of the connecting shaft with weights at a small distance from the connecting shaft; Figure 3 shows a detail of figure 1 at the location of the connecting shaft with weights at a great distance from the connecting shaft; and Figure 4 shows the connecting shaft with one of the arms in detail. Detailed description of the drawings Figure 1 shows a perspective view of an embodiment of the wind turbine according to the invention, wherein the housing and supporting frames for the speed controller and the electric generator have been omitted for the sake of clarity. The wind turbine 1 has a turbine rotor 3 provided with blades 5, as well as an electric generator 7 provided with a generator rotor 9, and a speed controller 11 present between the turbine rotor and generator rotor for controlling the speed of generator rotor 9.

De toerentalregelaar 11 heeft een verbindingsas 13 die via een overbrenging 14 is verbonden met de turbinerotor 3 en rechtstreeks is verbonden met de generatorrotor 9, alsmede een aantal gewichten die via armen 17 verbonden zijn met de verbindingsas 13 en in rotatierichting gefixeerd zijn ten opzichte van de verbindingsasThe speed controller 11 has a connecting shaft 13 which is connected via a transmission 14 to the turbine rotor 3 and directly connected to the generator rotor 9, as well as a number of weights which are connected via arms 17 to the connecting shaft 13 and fixed in rotational direction with respect to the connecting shaft

13.13.

In figuur 2 is een detail van de windturbine 1 weergegeven ter plaatse van de verbindingsas 13 waarin de gewichten 15 zichtbaar zijn. De gewichten 15 zijn in de weergegeven situatie hierbij op een kleine afstand van de verbindingsas 13 aanwezig. De toerentalregelaar 11 heeft voorts verplaatsingsmiddelen voor het in radiale richting verplaatsen van de gewichten 15 ten opzichte van de verbindingsas 13, en regelmiddelen voor het regelen van het toerental van de verbindingsas 13 door het variëren van de afstand tussen de gewichten 15 en de verbindingsas 13. De regelmiddelen kunnen de stand van de armen 17 aanpassen en daarmee de afstand van de gewichten 15 tot de verbindingsas 13 variëren.Figure 2 shows a detail of the wind turbine 1 at the location of the connecting shaft 13, in which the weights 15 are visible. In the situation shown, the weights 15 are present at a small distance from the connecting shaft 13. The speed controller 11 further has displacement means for radially displacing the weights 15 with respect to the connecting shaft 13, and control means for controlling the speed of the connecting shaft 13 by varying the distance between the weights 15 and the connecting shaft 13. The control means can adjust the position of the arms 17 and thus vary the distance of the weights 15 from the connecting shaft 13.

In figuur 3 is een verder detail van de windturbine 1 weergegeven ter plaatse van de verbindingsas 13 waarin de gewichten 15 op een grote afstand van de verbindingsas 13 aanwezig zijn. De overbrenging 14 heeft een met de turbinerotor 3 verbonden groot riemwiel 14A, een met de verbindingsas 13 verbonden klein riemwielFigure 3 shows a further detail of the wind turbine 1 at the location of the connecting shaft 13, in which the weights 15 are present at a great distance from the connecting shaft 13. The transmission 14 has a large belt wheel 14A connected to the turbine rotor 3, a small belt wheel connected to the connecting shaft 13

14B en een om de beide riemwielen aanwezige aandrijfriem 14C. Tussen het kleine riemwiel 14B en de verbindingsas 13 is een vrijloopkoppeling 16 aanwezig die de verbindingsas 13 ontkoppelt van de turbinerotor 3 zodra de turbinerotor langzamer draait dan de verbindingsas 13 om te voorkomen dat generatorrotor 9 onnodig afgeremd 5 wordt en daarmee energie verloren zou gaan. Dit is het geval bij in korte tijd sterk afnemende wind.14B and a drive belt 14C provided around the two belt wheels. Between the small belt wheel 14B and the connecting shaft 13 there is a freewheel clutch 16 which disengages the connecting shaft 13 from the turbine rotor 3 as soon as the turbine rotor rotates slower than the connecting shaft 13 in order to prevent generator rotor 9 from being unnecessarily braked and energy being lost. This is the case with rapidly decreasing winds.

In figuur 4 is de verbindingsas 13 met een van de armen 17 in detail weergegeven. De armen 17 hebben elk een vast deel 17A, dat zich vanaf de verbindingsas 13 in radiale richting uitstrekt en dat met een eerste uiteinde 17A’ vast met de arm 17 is verbonden, alsmede een beweegbaar deel 17B, dat nabij een eerste uiteinde 17B’ scharnierbaar met een tweede uiteinde 17A” van het vaste deel 17A is verbonden. Het met de arm 17 verbonden gewicht 15 is bevestigd aan een tweede uiteinde 17B” van het beweegbare deel 17B. De verplaatsingsmiddelen kunnen de stand van het beweegbare deel 17B van de arm 17 en daarmee de afstand van het gewicht 15 tot de verbindingsas 13 variëren. Van elke arm 17 zijn het vaste en beweegbare deel 17A en 17B en de verbindingsas 13 in een recht vlak aanwezig, waarbij het beweegbare deel 17B van de arm 17 in dit rechte vlak verplaatsbaar is.Figure 4 shows the connecting shaft 13 with one of the arms 17 in detail. The arms 17 each have a fixed part 17A, which extends from the connecting shaft 13 in radial direction and which is fixedly connected to the arm 17 by a first end 17A', as well as a movable part 17B, which is pivotable near a first end 17B'. is connected to a second end 17A" of the fixed part 17A. The weight 15 connected to the arm 17 is attached to a second end 17B" of the movable part 17B. The displacing means can vary the position of the movable part 17B of the arm 17 and thus the distance from the weight 15 to the connecting shaft 13. The fixed and movable part 17A and 17B and the connecting shaft 13 of each arm 17 are present in a straight plane, the movable part 17B of the arm 17 being displaceable in this straight plane.

Het eerste uiteinde 17B° van het beweegbare deel 17B van de arm 17 is op afstand van de scharnierende verbinding 23 met het vaste deel 17A aanwezig. Aan dit eerste uiteinde 17B° is een eerste kabel 25 bevestigd. Aan de andere zijde van de scharnierende verbinding 23 is een tweede kabel 27 aan het beweegbare deel 17B van de arm 17 bevestigd. Door trekken en vieren van de kabels 25 en 27 kan het beweegbare deel 17B van de arm 17 verdraaid worden en daarmee de afstand van het gewicht 15 tot de verbindingsas 13 en dus het massatraagheidsmoment gevarieerd worden.The first end 17B° of the movable portion 17B of the arm 17 is spaced from the pivotal connection 23 to the fixed portion 17A. A first cable 25 is attached to this first end 17B°. On the other side of the pivotal connection 23, a second cable 27 is attached to the movable part 17B of the arm 17. By pulling and paying out the cables 25 and 27, the movable part 17B of the arm 17 can be rotated and thus the distance from the weight 15 to the connecting shaft 13 and thus the mass moment of inertia can be varied.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.Although the invention has been elucidated in the foregoing with reference to the drawings, it should be noted that the invention is by no means limited to the embodiment shown in the drawings. The invention also extends to all embodiments deviating from the embodiment shown in the drawings within the framework defined by the claims.

Claims

CONCLUSIONS:

Wind turbine (1) comprising: - a turbine rotor (3) provided with blades (5), - an electric generator (7) provided with a generator rotor (9) connected to the turbine rotor (3), and - a speed controller ( 11) for controlling the speed of the generator rotor (9), characterized in that the speed controller (11) comprises: - a connecting shaft (13) connected to the generator rotor (9) and to the turbine rotor (3), and - a number of weights (15) which are connected via arms (17) to the connecting shaft (13) and fixed in rotational direction relative to the connecting shaft (13), - displacement means for displacing the weights (15) in radial direction relative to the connecting shaft (13), and - control means for controlling the rotational speed of the connecting shaft (13) by varying the distance between the weights (15) and the connecting shaft (13).

Wind turbine (1) according to claim 1, characterized in that the control means can adjust the position of the arms (17) and thus vary the distance of the weights (15) from the connecting axis (13).

Wind turbine (1) according to claim 2, characterized in that the arms (17) each comprise a fixed part (17A) extending from the connecting shaft (13) in radial direction and having a first end (17A' ) is fixedly connected to the arm (17), as well as a movable part (17B), which is pivotally connected near a first end (17B") to a second end (17A") of the fixed part (17A), wherein it is weight (15) connected to the arm (17) is attached to a second end (17B”) of the movable part (17B), and the displacement means adjusting the position of the movable part (17B) of the arm (17) and thus the distance from the weight (15) to the connecting shaft (13) may vary.

Wind turbine (1) according to claim 3, characterized in that of each arm (17) the fixed and movable part (17A, 17B) and the connecting shaft (13) are present in a straight plane, the movable part ( 17B) of the arm (17) is movable in this straight plane.

Wind turbine (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the first end (17B') of the movable part (17B) of each arm (17) is spaced from the pivotal connection (23) with the fixed part (17A) is present and a cable (25, 27) is attached to the movable part (17B) of the arm (17) on either side of the hinged connection (23), whereby the cables (25, 27) are pulled and slackened. ) the movable part (17B) of the arm (17) can be rotated, whereby the distance of the weight (15) from the connecting shaft (13) is increased or decreased.

Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that an overrunning clutch (16) is provided between the connecting shaft (13) and the turbine rotor (3), which only moves in the direction from the turbine rotor (3) to the connecting shaft (13) transmits torque.