NO346386B1 - En vindturbin med vertikal rotasjonsakse - Google Patents

Description

EN VINDTURBIN MED VERTIKAL ROTASJONSAKSE

Oppfinnelsen vedrører en vindturbin med vertikal rotasjonsakse, og mer spesifikt en vindturbin omfattende en ytre turbin, en indre turbin og en generator.

BAKGRUNN

Vindturbiner med vertikal akse koblet til en generator er en effektiv måte å generere strøm på. Slike vindturbiner kan lages relativt kompakte og med få eller ingen ytre, roterende deler. Vindturbiner med vertikal akse kan også ha høy effekt, slik at de kan plasseres på steder hvor det tidligere ikke har vært mulig eller praktisk å benytte vindturbiner.

Slike steder kan f.eks. være om bord på sjøgående fartøyer slik som skip. Dette stiller imidlertid krav til vindturbinen. Den bør være konstruert slik at effekten eller funksjonen ikke påvirkes av at fundamentet vindturbinen står på stadig blir påvirket av ytre krefter, slik som ved sjøgang. Vindturbinen må være konstruert slik at den fungerer like bra selv om den vertikale aksen ikke alltid er helt vertikal, men kan tidvis være skråstilt

relativ til en vertikalakse. En vindturbin om bord på et fartøy må også være lett å rengjøre og vedlikeholde, slik at vindturbinen kan yte maksimalt til enhver tid. Det må også være mulig for f.eks. et mannskap uten inngående kjennskap til vindturbiner å gjøre slikt vedlikehold. Vindturbinen bør derfor også være lett å demontere, i tilfelle reparasjon eller skifte av

slitedeler skulle bli nødvendig. En annen faktor som er vesentlig når vindturbiner monteres på et skip eller i nærheten av steder mennesker oppholder seg er krav til støy. Vindturbinen bør derfor avgi så lite mekanisk støy som mulig, og spesielt er dette viktig i kombinasjon med de ujevne bevegelsene fundamentet til vindturbinen kan utsettes for.

Dokumenter som beskriver tidligere kjente vindturbiner omfatter US9284943, EP3170247,

US9739152, GB2502979, US6740989, CN207945046, US9453494 , US9041239,

US2014044521 OG US2016036308. Det er derfor et behov for en forbedret vindturbin som tilveiebringer ovennevnte aspekter og egner seg for bruk på f.eks. et sjøgående fartøy. Det er et formål med den

foreliggende oppfinnelsen å oppnå dette og tilveiebringe ytterligere fordeler over kjent teknikk.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen ifølge de vedlagte kravene tilveiebringer en vindturbin med vertikal rotasjonsakse, omfattende en ytre turbin, en indre turbin og en generator. Den ytre turbinen er fastgjort og den indre turbinen er konsentrisk opplagret innenfor den ytre

turbinen. Den indre turbinen er roterbar om den vertikale rotasjonsaksen og omfatter i en nedre del en løsgjørbar kobling til generatoren og er i en øvre del koblet til en løsgjørbar støttearm.

I en utførelsesform omfatter den ytre turbinen et øvre festeelement og et nedre festeelement, og støttearmen er løsgjørbart festet til det nedre festeelementet.

I en utførelsesform er den ytre turbinens blader festet til det øvre og nedre festeelementet. I en utførelsesform er støttearmen løsgjørbart koblet til en øvre del av den indre turbinen med en lagersammenstilling. I en utførelsesform omfatter den løsgjørbare koblingen et koblingselement.

I en utførelsesform omfatter koblingselementet langsgående innvendige og utvendige riller for løsgjørbar sammenkobling med generatoren og en turbinaksel. I en utførelsesform omfatter koblingselementet en indre foring av støtabsorberende materiale. I en utførelsesform separerer den indre foringen en indre del av koblingselementet som

omfatter innvendige riller og en ytre del av koblingselementet som omfatter utvendige riller. I en utførelsesform omfatter vindturbinen en magnetbrems. I en utførelsesform omfatter magnetbremsen gummiforinger for å dempe vibrasjoner og støy.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Disse og andre karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil forklares nærmere i den følgende beskrivelsen av en foretrukket utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor:

2

Figur 1 er en perspektivtegning som viser en utførelsesform av en vindturbin med vertikal akse.

Figur 2 er et snitt gjennom vertikalaksen til vindturbinen.

Figur 3 er et snitt på tvers av vertikalaksen til vindturbinen.

Figur 4 er en perspektivtegning som viser en utførelsesform av en støttearm.

Figur 5 er en eksplodert tegning av en utførelsesform av en lagersammenstilling til støttemekanismen.

Figur 6 er en perspektivtegning som viser en utførelsesform av en kobling mellom en turbinaksel og en magnetbrems.

Figur 7 er en perspektivtegning som viser en utførelsesform av et løsgjørbart koblingselement.

DETALJERT BESKRIVELSE

Den følgende beskrivelsen vil anvende begreper som "øvre", "nedre", "indre", "ytre" osv. Disse begrepene henviser generelt til tegningene og perspektivene som vist i

figurene, og som er forbundet med en normal bruk av oppfinnelsen. Begrepene anvendes kun som hjelp for leseren og skal ikke være begrensende. Figur 1 illustrerer en utførelsesform av en vindturbin 1 med vertikal akse. Vindturbinen omfatter en ytre turbin 2 og en indre turbin 3. Den ytre turbinen 2 er fastgjort, dvs. den er statisk og ikke roterbar. Den indre turbinen 3 er konsentrisk opplagret innenfor den 20 ytre turbinen 2, og den indre turbinen 3 er roterbar om en vertikal akse (ikke vist i figur 1, se figur 2). Den ytre turbinen 2 er tilveiebragt med blader 4, disse er fastgjort mellom et øvre festeelement 5 og et nedre festeelement 6. Den ytre turbinen 2 omfatter bladene 4 og det øvre og nedre festeelementet 5,6. Når vind blåser på vindturbinen 1 fra en hvilken som helst sideveis retning fører bladene 4 vind inn til den indre turbinen

3. Den indre turbinen 3 er også tilveiebragt med blader 7 som vinden treffer og dermed roterer den indre turbinen 3. Bladene 7 er fastgjort mellom et øvre element 8 og et nedre element 9. Den indre turbinen 3 omfatter bladene 7 og det øvre og nedre elementet 8,9.

En støttearm 10 støtter den indre turbinen 3 ved det øvre elementet 8. Fordi den indre turbinen 3 fastholdes av en støttearm 10 er inspeksjon og vedlikehold av vindturbinen 1 enkelt, da støttearmen 10 ikke hindrer visuell inspeksjon av den ytre eller indre turbinen 2,3, og tilgang til de to turbinene heller ikke er forhindret. Støttearmen 10 er i den illustrerte utførelsesformen løsgjørbart festet til det nedre festeelementet 6 med festemidler 11.

Støttearmen 10 kan f.eks. være en brakett, et vinkelrør. etc.

Festemidlene 11 kan for eksempel være skruer og muttere som er lette å løsne med vanlig verktøy for å enkelt kunne fjerne støttearmen 10 og dermed løsgjøre den indre turbinen 3. Fordi støttearmen 10 er festet til det nedre festeelementet 6, er festemidlene 11 lett tilgjengelig nedenfra og kan enkelt løsnes eller fjernes f.eks. ved vedlikehold.

Den indre turbinen 3 er koblet til en generator 12, dette er beskrevet mer i detalj med referanse til figur 2. Generatoren 12 er plassert på undersiden av den indre turbinen 3, og er festet til et fundament 13. Fundamentet 13 bærer den ytre og indre turbinen 2,3 og generatoren 12, og er slik en del av vindturbinen 1. Fundamentet 13 kan f.eks. være et sylindrisk element med en flens i hver ende, slik at fundamentet kan i en nedre ende enkelt festes til en overflate på et skip eller lignende. Fundamentet 13 har fortrinnsvis en diameter som er mindre enn en diameter til den ytre turbinen 2, for å oppta minst mulig plass.

Figur 2 illustrerer et snitt gjennom vertikalaksen A til vindturbinen 1. Den indre turbinen 3 er koblet til en turbinaksel 14 som overfører rotasjon fra den indre turbinen 3 til generatoren 12. Den indre turbinen 3 og turbinakselen 14 roterer altså om aksen A, og den ytre turbinen 2 er generelt rotasjonssymmetrisk om vertikalaksen A. Turbinakselen 14 strekker fra den indre turbinen 3 og er koblet til generatoren 12 med en løsgjørbar kobling 15, dette er beskrevet mer i detalj med referanse til figur 5 og 6. Koblingen 15 sikrer et fast rotasjonspunkt i nedre del av den indre turbinen 3, og støttearmen 10

sikrer den øvre delen av den indre turbinen 3, slik at den indre turbinen 3 er fast opplagret innenfor den ytre turbinen 2.

Generatoren 12 kan fortrinnsvis være en permanentgenerator, og generatoren 12 kan også være en del av fundamentet 13, slik figur 2 illustrerer. Fundamentet 13 og/eller generatoren 12 kan være generelt rotasjonssymmetriske om den samme vertikalaksen

A slik at vindturbinen 1 fremstår som en høyreist, rotasjonssymmetrisk struktur. Dette gjør vindturbinen plasseringsvennlig på f.eks. skip.

Figur 3 illustrerer et snitt på tvers av vertikalaksen til vindturbinen 1. I figur 3 er vindturbinen 1 sett ovenfra. Bladene 4 til den ytre turbinen 2 er utformet konvekst i en retning med klokken, og i den illustrerte utførelsesformen er det 8 slike blader 4. Bladene 4 styrer vinden inn til den indre turbinen 3. Bladene 7 til den indre turbinen 3 er også utformet konvekst i en retning med klokken, og bladene 7 fanger dermed vinden på en optimal måte slik at den indre turbinen 3 roterer i en retning med klokken,

uansett hvilken vei vind i snittplanet i figur 3 blåser. I den illustrerte utførelsesformen er det 8 slike blader 7. Bladene 7 til den indre turbinen 3 har en større radiell utstrekning enn bladene 4 til den ytre turbinen 2, og bladene 7 strekker seg fortrinnsvis så nær inntil senter av den indre turbinen 3 som mulig, og så tett ut til bladene 4 til den ytre turbinen 2 som mulig.

Figur 4 illustrerer støttearmen 10 isolert. En første ende av støttearmen 10 omfatter en base 16 som er konfigurert for løsgjørbart feste til et nedre festeelement, slik beskrevet med referanse til figur 1. En andre ende av støttearmen 10 omfatter en lagersammenstilling 17 konfigurert for å løsgjørbart holde på plass og roterende opplagre den indre turbinen.

Figur 5 illustrerer lagersammenstillingen 17. Lagersammenstillingen 17 kan omfatte en første gummiforing 18, et kulelager 19, en andre gummiforing 20 og en segerring 21. Den første gummiforingen 18 tilveiebringer en fleksibel opplagring av kulelageret for å unngå direkte kontakt mellom to elementer av metall, og dermed dempe støy og ta opp vibrasjoner. Kulelageret 19 tilveiebringer minimal friksjon mellom akselen og den indre

turbinen. Den andre gummiforingen 20 forhindrer også direkte kontakt mellom kulelageret 19 og segerringen 21, og segerringen 21 låser og fastholder lagersammenstillingen 17 i støttearmen. Figur 6 illustrerer akselen 14, et koblingselement 22 og en magnetbrems 23, og figur 7 illustrerer koblingselementet 22. En vindturbin kan omfatte en magnetbrems 23 for å kunne bremse rotasjonshastigheten til den indre turbinen dersom hastigheten blir for stor, f.eks. ved kraftig vind. Magnetbremsen 23 kan f.eks. være plassert over generatoren.

Akselen 14 kan omfatte langsgående utvendige riller 24, og disse kan være konfigurert for sammenkobling med koblingselementet 22 som kan omfatte motstående

innvendige riller 25. En slik sammenkobling er også kjent som en splinekobling. Den løsgjørbare koblingen 15 mellom akselen 14 og koblingselementet 22 tillater tilnærmet ingen rotasjon om senteraksen mellom de to elementene når de er sammenkoblet, men tillater aksial bevegelse mellom de to elementene, f.eks. for å frigjøre elementene fra hverandre. Koblingselementet 22 omfatter langsgående utvendige riller 26, som kan danne inngrep med motstående riller på magnetbremsen 23 og generatoren (ikke vist i figur 6). Koblingselementet 22 kan altså strekke seg gjennom magnetbremsen 23 og de utvendige rillene 26 kan således danne inngrep med både magnetbremsen 23 og

generatoren.

Koblingselementet 22 kan omfatte en indre foring 27. Den indre foringen 27 separerer en indre del av koblingselementet 22 som omfatter de innvendige rillene 25 og en ytre del av koblingselementet 22 som omfatter de utvendige rillene 26. Den indre foringen 27 er laget i et støtabsorberende materiale og sørger for en jevn og myk overføring av rotasjonskraft i den løsgjørbare koblingen 15 mellom turbinakselen 14 og generatoren, dvs. mellom de innvendige og utvendige rillene 25,26. Den indre foringen 27 begrenser dermed støy og ubalanse i kraftoverføringen. Den indre foringen 27 kan f.eks. være laget av vulkanisert gummi som er relativt stiv, men som likevel tillater en viss elastisk deformasjon.

Magnetbremsen 23 kan omfatte gummiforinger 28. Gummiforingene 28 kan være formet som knotter eller små skiver som er posisjonert rotasjonssymmetrisk på magnetbremsen 23. Gummiforingene 28 vil også dempe vibrasjoner og redusere støy.

Claims (10)

KRAV

1. En vindturbin (1) med vertikal rotasjonsakse (A), omfattende en ytre turbin (2), en indre turbin (3) og en generator (12); den ytre turbinen (2) er fastgjort og den indre turbinen (3) er konsentrisk opplagret

innenfor den ytre turbinen (2);

den indre turbinen (3) er roterbar om den vertikale rotasjonsaksen (A) , som karakterisert ved at den indre turbinen (3) og omfatter i en nedre del en løsgjørbar kobling (15) til generatoren (12) og er i en øvre del koblet til en løsgjørbar støttearm (10).

2. Vindturbinen ifølge krav 1, hvor den ytre turbinen (2) omfatter et øvre festeelement (5) og et nedre festeelement (6), og støttearmen (10) er løsgjørbart festet til det nedre festeelementet (6).

3. Vindturbinen ifølge krav 1 eller 2, hvor den ytre turbinens (2) blader (4) er festet til det øvre og nedre festeelementet (5,6).

4. Vindturbinen ifølge ethvert av de foregående krav, hvor støttearmen (10) er løsgjørbart koblet til en øvre del av den indre turbinen (3) med en lagersammenstilling (17).

5. Vindturbinen ifølge ethvert av de foregående krav, hvor den løsgjørbare koblingen (15) omfatter et koblingselement (22).

6. Vindturbinen ifølge krav 5, hvor koblingselementet (22) omfatter langsgående innvendige og utvendige riller (25, 26) for løsgjørbar sammenkobling med generatoren (12) og en turbinaksel (14).

7. Vindturbinen ifølge krav 5 eller 6, hvor koblingselementet (22) omfatter en indre foring (27) av støtabsorberende materiale.

8. Vindturbinen ifølge krav 7, hvor den indre foringen (27) separerer en indre del av koblingselementet (22) som omfatter innvendige riller (25) og en ytre del av koblingselementet (22) som omfatter utvendige riller (26).

9. Vindturbinen ifølge ethvert av de foregående krav, hvor vindturbinen (1) ytterligere omfatter en magnetbrems (23).

10. Vindturbinen ifølge krav 9, hvor magnetbremsen (23) omfatter gummiforinger (28) for å dempe vibrasjoner og støy.