WO2006119922A1 - Device for adjusting the rotational speed of a wind motor rotor provided with a vertical axis of rotation - Google Patents

Device for adjusting the rotational speed of a wind motor rotor provided with a vertical axis of rotation Download PDF

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WO2006119922A1
WO2006119922A1 PCT/EP2006/004219 EP2006004219W WO2006119922A1 WO 2006119922 A1 WO2006119922 A1 WO 2006119922A1 EP 2006004219 W EP2006004219 W EP 2006004219W WO 2006119922 A1 WO2006119922 A1 WO 2006119922A1
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WO
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blades
blade
rotational speed
rotation
rotor
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PCT/EP2006/004219
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Robert Niederkofler
Egon Mur
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Ropatec Spa
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/77—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism driven or triggered by centrifugal forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the same mechanism should be used to avoid too high and dangerous rotation in very strong winds.
  • the blades are kept in calm conditions, with the rotor stationary, by the springs in an aerodynamically efficient position so that, with relatively weak wind conditions, the start of the rotary movement is achieved.
  • strong winds causes the centrifugal force which acts on the counterweights on the wings whose pivoting in an aerodynamically adverse position whereby the achievement of excessive or dangerous rotational speeds is prevented.
  • the invention has the object to provide a control system for the rotational speed of rotors of wind engines with vertical axis of rotation of the type mentioned which the start of the rotary motion with relatively light wind, the optimal use of the wind at nominal intensity and the speed reduction in case of excessive wind, or maintaining the rated speed despite excessive wind.
  • the invention proposes the pivotable mounting of the individual blade according to a, parallel to the axis of rotation of the rotor axis, said axis within the profile of the blade and offset in the direction of entry or exit edge of the blades, with respect to the axis which through the blade's center of gravity is located.
  • a possibly adjustable stop is proposed against which the blade of an elastic member , for example, by a screw, spiral, torsion, or by a gas spring, pulled or pushed.
  • the Position of the said stop and thus the position of the blades with respect to the rotation is determined by the rotor type (which eg needs an auxiliary drive), the profile of the blades or / and the wind properties in the installation area.
  • the blades In a first phase, or until reaching a certain rotational speed, the blades maintain the position defined by the stop which is the ideal position for the start of the rotation, or which is the ideal position for a good performance in relation to the nominal intensity of the wind at the place of installation, at.
  • the invention provides that the pivot axis of the blades within the cross section of the blade, spaced from the axis which passes through the center of gravity of the blade, in a forward position, direction
  • the adjustable stop defines the starting position of the blades when there is no wind and when the wind causes a certain speed of rotation, so under these conditions, the centrifugal force completely surpassed by the elastic, acting on the blades, elastic retaining elements.
  • elastic retaining elements as well as the stops, may be provided inside or outside the blades and act between the blades and the corresponding support structure.
  • the adjustment of the stops according to the invention also during the rotation of the rotor, for example by means of a servomotor which is controlled by one or more sensors or known safety devices, take place.
  • the elastic members are advantageously of adjustable type, the direction of action of which can be changed by providing different attachment points which are spaced from the pivot axis of the blade differently and / or which are provided on the support structure of the blades in different positions.
  • the invention does not exclude that each of the elastic return organs consists of more than one elastic element so that the centrifugal force which acts on the blade, is progressively counteracted with different, according to a predetermined scheme increasing or decreasing elastic forces.
  • the invention does not exclude that also for the maximum pivoting position of the blade which determines the maximum aerodynamic resistance, a stop is provided.
  • Fig. 1 is a perspective view of the rotor of a vertical axis rotary electric motor of the central diverter type and having three vanes having a wing profile; the rotor is provided with a rotary speed control device according to the invention which is mounted on, about a vertical axis in front of the center of gravity of each blade (in the direction of the leading edge), pivotally mounted blades acts; the elastic return organs consist of gas springs which are fastened on the outside on the upper, provided with arcuate slots, holding plate and on the other hand, the slots are cross-connected to the corresponding blades.
  • Fig. 2 is a plan view of the rotor shown in Fig. 1 provided with the rotary speed control apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 shows the details of one of the blades of the rotor shown in FIG. 2, without the upper holding plate and with the blade shown in solid line in the position defined by the stop and with the blade shown in dotted line in a pivoted manner Position and with, compressed by the centrifugal force, gas spring.
  • Fig. 4 shows the details of one of the blades of a rotor without the upper support plate; the blade is pivotally mounted about an axis which lies behind the center of gravity of the blade (in the direction of the trailing edge), the blade shown by a solid line is in the through the
  • Stop defined position the same blade shown with a dashed line is in a tilted position because the centrifugal force compresses the gas spring.
  • the rotor of a wind motor which consists of two mutually parallel support plates 1 for vertical blades 2 and a central deflecting body 3, with respect to the fixed base frame 4, about a vertical axis A rotatable R, stored.
  • Each of the three blades 2 is mounted, about a vertical axis B, B1, pivotally S, S1, wherein the axis B, B1 is spaced from the center of gravity G of the blade 2 d.
  • the position and the distance of the pivot axis B, B1 can vary; in practice, only those positions are excluded which lie in that plane which includes the axis of rotation A of the rotor and the axis passing through the center of gravity G of the blade 2.
  • the starting position of the blades 2, which corresponds, for example, the maximum power at nominal intensity of the wind V or the start of rotation without external drive (high-speed) is defined by an adjustable 1c stop 1 b which may be provided with a sensor controlled by servomotor ,
  • the starting position of the blades 2 and possibly also the position of the maximum pivoting can also be defined by an arcuate slot 1 a in which the connecting pin between the blade 2 and end 5a of the piston rod of the gas spring 5 runs.
  • the gas springs 5 are subjected to pressure, of course, the gas springs or other centrifugal force F counteracting elastic organs can also be claimed in train by the end of the elastic members on the blade. 2 is set on the side of the position of the center of gravity G 1 with respect to the pivot axis B, B1.
  • the control system according to the invention offers a wide possibility of adaptation and change by changing the distance between the center of gravity G and pivot axis B, B1, the change 1c of the position of the stops 1b, the change in the force of the elastic, the centrifugal force F counteracting, organs 5 and the change the points of determination 5a, 5b of the elastic members 5, is provided.

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Abstract

The invention relates to a device for adjusting the rotational speed of a wind motor rotor provided with a vertical axis of rotation, wherein said rotor comprises a holding structure (1) for vertical blades (2) and optionally for a central deflecting body (3), each blade (2) is pivotally mounted (BC, BS) about a vertical axis (B, B1 ) which is shifted with respect to the blade (2) center of gravity (G), the initial position of the blades determined during at windless conditions is defined by a fixed or adjustable (1c) limit stop (1b) and by the action of one or several elastic members (5) acting between the holding structure (1) and each blade (2) in such a way that they are pressed against said stop (1b) or pulled therefrom.

Description

VORRICHTUNG FUR DIE REGELUNG DER DREHGESCHWINDIGKEIT DES ROTORS VON WINDMOTOREN MIT VERTIKALER DREHACHSEDEVICE FOR REGULATING THE ROTARY SPEED OF THE ROTOR OF WIND ENGINES WITH VERTICAL THREE AXIS
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Aus der CA 1045038 ist ein Windmotor, vom Typ Schnelläufer, mit vertikaler Drehachse bekannt bei welchem die vertikalen Schaufeln schwenkbar, nahe an der Eintrittskante und gemäß einer zur Rotationsachse parallelen Achse, gelagert sind, jede dieser Schaufeln ist mit einem äußeren Gegengewicht und mit einem Arm versehen am Ende dessen eine Zugfeder wirkt welche anderseits an der Trägerstruktur der Schaufeln befestigt ist. Die Schwenkbewegung der Schaufeln ermöglichen erfindungsgemäß, zusammen mit der Wirkung der Federn, dass der Rotor mit sehr schmalen Schaufeln (US 1 ,835,018 Darrieus) für den Anlauf der Drehbewegung den leichten Wind nutzen kann ohne eine zusätzliche Kraftquelle zu nutzen welche geeignet ist, bei relativ leichtem Wind, den Anlauf der Drehbewegung zu bewirken.From CA 1045038 there is known a high speed wind rotor type vertical axis rotary engine in which the vertical blades are pivotally mounted near the leading edge and according to an axis parallel to the axis of rotation, each of these blades having an outer counterweight and an arm provided at the end of which acts a tension spring which on the other hand is fixed to the support structure of the blades. The pivotal movement of the blades, in accordance with the invention, together with the action of the springs, enables the rotor with very narrow blades (US 1,835,018 Darrieus) to use the light wind for the start of the rotary movement without using an additional power source which is suitable at relatively light wind to cause the start of the rotary motion.
Weiters sollte der selbe Mechanismus dazu dienen eine zu hohe und gefährliche Drehbewegung bei sehr starken Winden zu vermeiden. Erfindungsgemäß werden die Schaufeln bei Windstille, bei stehendem Rotor, von den Federn in einer aerodynamisch effizienten Position gehalten so dass, bei relativ schwachen Windverhältnissen, der Anlauf der Drehbewegung erreicht wird. Bei starkem Wind hingegen bewirkt die Fliehkraft welche auf die Gegengewichte an den Flügeln wirkt deren Schwenkung in eine aerodynamisch nachteilige Position wodurch das Erreichen von zu hohen oder gefährlichen Drehgeschwindigkeiten verhindert wird.Furthermore, the same mechanism should be used to avoid too high and dangerous rotation in very strong winds. According to the invention, the blades are kept in calm conditions, with the rotor stationary, by the springs in an aerodynamically efficient position so that, with relatively weak wind conditions, the start of the rotary movement is achieved. In strong winds, however, causes the centrifugal force which acts on the counterweights on the wings whose pivoting in an aerodynamically adverse position whereby the achievement of excessive or dangerous rotational speeds is prevented.
Dieses vorgeschlagene System für den Anlauf und die Begrenzung der Drehbewegung hat in der Praxis keine Anwendung erfahren weil eine Festlegung der Position in welcher die Schaufeln, bei nominalem Wind, die optimale Leistung erbringen fehlt, weiters stören die äußeren Gegengewichte die Aerodynamik des Systems und die beiden Endpositionen der Bewegung der schwenkbaren Schaufeln sind eher extrem und nicht definiert oder begrenzt.This proposed system for the start-up and the limitation of the rotational movement has not been applied in practice because a determination of the position in which the blades, in nominal wind, the optimal performance is missing, further disturbing the outer counterweights aerodynamics of the Systems and the two end positions of the movement of the pivoting blades are rather extreme and undefined or limited.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe ein Regelsystem für die Drehgeschwindigkeit an Rotoren von Windmotoren mit vertikaler Drehachse der eingangs genannten Art zu schaffen welches den Anlauf der Drehbewegung bei relativ leichtem Wind, die optimale Nutzung des Windes bei Nennintensität und die Geschwindigkeitsreduzierung bei zu starkem Wind, bzw. das Beibehalten der Nenndrehzahl trotz zu starkem Wind, ermöglicht.The invention has the object to provide a control system for the rotational speed of rotors of wind engines with vertical axis of rotation of the type mentioned which the start of the rotary motion with relatively light wind, the optimal use of the wind at nominal intensity and the speed reduction in case of excessive wind, or maintaining the rated speed despite excessive wind.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die schwenkbare Lagerung der einzelnen Schaufel gemäß einer, zur Drehachse des Rotors, parallelen Achse vor, wobei sich diese Achse innerhalb des Profils der Schaufel und versetzt in Richtung Eintritts- oder Auslaufkante der Schaufeln, in Bezug zur Achse welche durch den Schaufelschwerpunkt läuft, befindet. Auf diese Weise bewirkt die, während der Drehung des Rotors, auf die Schaufel wirkende Fliehkraft an dieser eine Schwenkbewegung welche (im ersten Fall) eine Verschiebung der Eintrittskante zur Drehachse des Rotors hin, bzw. (im zweiten Fall) der Austrittskante zur Drehachse des Rotors hin, bewirkt. Natürlich wirken während der Drehung des Rotors an den Schaufeln auch aerodynamische Kräfte welche von der Form der selben und von deren Stellung zur Windrichtung abhängen. Während der Drehung des Rotors wirkt an den einzelnen Schaufeln, außer der Fliehkraft welche sich praktisch ausschließlich bei Ändern der Drehgeschwindigkeit ändert, eine aerodynamische Kraft deren Komponenten sich in gewissen Stellungen mit der Fliehkraft summieren, während sie in anderen Stellungen, der Fliehkraft entgegenwirken.To achieve this object, the invention proposes the pivotable mounting of the individual blade according to a, parallel to the axis of rotation of the rotor axis, said axis within the profile of the blade and offset in the direction of entry or exit edge of the blades, with respect to the axis which through the blade's center of gravity is located. In this way, during the rotation of the rotor, the centrifugal force acting on the blade at this pivotal movement which (in the first case) a displacement of the leading edge to the axis of rotation of the rotor, or (in the second case) the trailing edge to the axis of rotation of the rotor hin, causes. Of course, during the rotation of the rotor on the blades also act aerodynamic forces which depend on the shape of the same and their position to the wind direction. During the rotation of the rotor acts on the individual blades, except the centrifugal force which changes almost exclusively when changing the rotational speed, an aerodynamic force whose components add up in certain positions with the centrifugal force, while counteracting the centrifugal force in other positions.
Um eine Position der Schaufeln zu definieren bei welcher der Anlauf der Drehbewegung bei relativ schwachen Winden begünstigt wird, oder um die Position der optimalen Leistung bei Winden mit Nennstärke zu definieren, wird erfindungsgemäß ein, eventuell verstellbarer Anschlag vorgeschlagen gegen welchen die Schaufel von einem elastischen Organ, z.B. von einer Schrauben-, Spiral-, Torsions-, oder von einer Gasfeder, gezogen oder geschoben wird. Die Position des besagten Anschlages und somit die Position der Schaufeln in Bezug auf die Drehung, ist vom Rotortyp (welcher z.B. einen Hilfsantrieb braucht), vom Profil der Schaufeln oder/und von den Windeigenschaften im Aufstellbereich bestimmt. In einer ersten Phase, bzw. bis zum Erreichen einer gewissen Drehgeschwindigkeit, behalten die Schaufeln die durch den Anschlag definierte Position welche die ideale Position für den Anlauf der Drehung ist, bzw. welche die ideale Position ist um eine gute Leistung in Bezug auf die Nennintensität des Windes am Aufstellort zu erhalten, bei.In order to define a position of the blades at which the start of the rotary motion is favored in relatively weak winds, or to define the position of optimum performance in winds of nominal strength, according to the invention, a possibly adjustable stop is proposed against which the blade of an elastic member , for example, by a screw, spiral, torsion, or by a gas spring, pulled or pushed. The Position of the said stop and thus the position of the blades with respect to the rotation is determined by the rotor type (which eg needs an auxiliary drive), the profile of the blades or / and the wind properties in the installation area. In a first phase, or until reaching a certain rotational speed, the blades maintain the position defined by the stop which is the ideal position for the start of the rotation, or which is the ideal position for a good performance in relation to the nominal intensity of the wind at the place of installation, at.
Bei Überschreiten einer gewissen Drehgeschwindigkeit infolge Zunehmen der Windintensität, wird die Fliehkraft welche auf jede der Schaufeln wirkt einen Wert erreichen, bei welchem mindestens teilweise die Kraft des elastischen, gegen die Fliehkraft wirkenden, Elementes übertroffen wird. Werden seitens des Windes die Sicherheitswerte überschritten so tritt, mit zunehmender Drehgeschwindigkeit, ein derartiges Nachlassen der elastischen Elemente ein, dass die Schaufeln eine aerodynamisch ungünstige Position einnehmen und somit ein weiteres Ansteigen der Drehgeschwindigkeit verhindern. Die Praxis hat gezeigt, dass es mit der Regelvorrichtung gelingt die Drehgeschwindigkeit, auch bei bemerkenswerten Änderungen der Windintensität, innerhalb exakter Grenzen zu halten, wobei es eventuell möglich ist, bei weiterem Anstieg der Windintensität, ein leichtes Ansteigen oder Absenken der Drehgeschwindigkeit zu erreichen.When exceeding a certain rotational speed due to increase in wind intensity, the centrifugal force acting on each of the blades will reach a value at which at least partially exceeds the force of the elastic, acting against the centrifugal force, element. If the safety values are exceeded on the part of the wind, such a decrease of the elastic elements occurs with increasing rotational speed that the blades assume an aerodynamically unfavorable position and thus prevent a further increase in the rotational speed. Practice has shown that it is possible with the control device, the rotational speed, even with remarkable changes in wind intensity to keep within exact limits, and it may be possible to achieve a slight increase or decrease in the rotational speed with further increase in wind intensity.
Die Erfindung sieht vor, dass die Schwenkachse der Schaufeln innerhalb des Querschnittes der Schaufel, beabstandet zur Achse welche durch den Schwerpunkt der Schaufel verläuft, in einer vorderen Position, RichtungThe invention provides that the pivot axis of the blades within the cross section of the blade, spaced from the axis which passes through the center of gravity of the blade, in a forward position, direction
Eintrittskante, oder in einer hinteren Position, Richtung Austrittskante, angeordnet ist, wobei jene beide Positionen ausgeschlossen sind welche sich auf der Wirkungslinie der Fliehkraft und somit auf der radialen Linie, welche durch die Drehachse des Rotors und durch die Schwenkachse der Schaufel verläuft, befinden. Der eventuell einstellbare Anschlag definiert die Ausgangsstellung der Schaufeln bei Windstille und bei Wind welcher eine bestimmte Drehgeschwindigkeit bewirkt, bei diesen Bedingungen wird also die Fliehkraft vollständig durch die elastischen, auf die Schaufeln wirkenden, elastischen Rückhalteelemente übertroffen. Diese genannten elastischen Rückhalteelemente, wie auch die Anschläge, können innerhalb oder außerhalb der Schaufeln vorgesehen sein und wirken zwischen den Schaufeln und der entsprechenden Trägerstruktur. Die Verstellung der Anschläge kann erfindungsgemäß auch während der Drehung des Rotors, z.B. mittels Servomotor welcher von einer oder von mehreren Fühlern oder von bekannten Sicherheitseinrichtungen gesteuert wird, erfolgen. Die elastischen Organe sind vorteilhafterweise von einstellbarer Art, auch die Wirkungsrichtung dieser kann verändert werden indem verschiedene Befestigungspunkte vorgesehen werden welche von der Schwenkachse der Schaufel unterschiedlich beabstandet sind und/oder welche an der Haltestruktur der Schaufeln in unterschiedlicher Position vorgesehen sind. Die Erfindung schließt nicht aus dass jedes der elastischen Rückstellorgane aus mehr als einem elastischen Element besteht so dass der Fliehkraft welche auf die Schaufel wirkt, progressiv mit unterschiedlichen, nach einem vorgegebenen Schema ansteigenden oder abnehmenden elastischen Kräften, entgegengewirkt wird.Leading edge, or in a rearward position, towards the trailing edge, excluding those two positions which are located on the line of action of the centrifugal force and thus on the radial line passing through the axis of rotation of the rotor and through the pivoting axis of the blade. The adjustable stop defines the starting position of the blades when there is no wind and when the wind causes a certain speed of rotation, so under these conditions, the centrifugal force completely surpassed by the elastic, acting on the blades, elastic retaining elements. These mentioned elastic retaining elements, as well as the stops, may be provided inside or outside the blades and act between the blades and the corresponding support structure. The adjustment of the stops according to the invention also during the rotation of the rotor, for example by means of a servomotor which is controlled by one or more sensors or known safety devices, take place. The elastic members are advantageously of adjustable type, the direction of action of which can be changed by providing different attachment points which are spaced from the pivot axis of the blade differently and / or which are provided on the support structure of the blades in different positions. The invention does not exclude that each of the elastic return organs consists of more than one elastic element so that the centrifugal force which acts on the blade, is progressively counteracted with different, according to a predetermined scheme increasing or decreasing elastic forces.
Die Erfindung schließt nicht aus, dass auch für die maximale Schwenkposition der Schaufel welche den maximalen aerodynamischen Widerstand bestimmt, ein Anschlag vorgesehen ist.The invention does not exclude that also for the maximum pivoting position of the blade which determines the maximum aerodynamic resistance, a stop is provided.
Die Erfindung wird anschließend anhand eines, in den beigelegten Zeichnungen schematisch dargestellten, vorzuziehenden Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Drehgeschwindigkeit an Windmotoren mit vertikaler Drehachse näher erklärt, dabei erfüllen die Zeichnungen rein erklärenden, nicht begrenzenden Zweck.The invention will be explained in more detail with reference to a, in the attached drawings schematically illustrated, preferable embodiment of a device according to the invention for controlling the rotational speed of wind engines with vertical axis of rotation closer, the drawings meet purely explanatory, non-limiting purpose.
Die Fig. 1 ist die perspektivische Darstellung des Rotors eines Windmotors mit vertikaler Drehachse von der Art mit zentralem Umlenkkörper und mit drei Schaufeln welche ein Flügelprofil aufweisen; der Rotor ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Drehgeschwindigkeit versehen welche an den, um eine senkrechte Achse vor dem Schwerpunkt jeder Schaufel (in Richtung Eintrittskante), schwenkbar gelagerten Schaufeln wirkt; die elastischen Rückholorgane bestehen aus Gasfedern welche einerseits außen an der oberen, mit bogenförmigen Schlitzen versehenen, Halteplatte befestigt sind und anderseits, die Schlitze durchgreifend, mit den entsprechenden Schaufeln verbunden sind.Fig. 1 is a perspective view of the rotor of a vertical axis rotary electric motor of the central diverter type and having three vanes having a wing profile; the rotor is provided with a rotary speed control device according to the invention which is mounted on, about a vertical axis in front of the center of gravity of each blade (in the direction of the leading edge), pivotally mounted blades acts; the elastic return organs consist of gas springs which are fastened on the outside on the upper, provided with arcuate slots, holding plate and on the other hand, the slots are cross-connected to the corresponding blades.
Die Fig. 2 ist die Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Drehgeschwindigkeit versehenen, Rotor.Fig. 2 is a plan view of the rotor shown in Fig. 1 provided with the rotary speed control apparatus of the present invention.
Die Fig. 3 zeigt die Details einer der Schaufeln des in Fig 2 gezeigten Rotors, ohne der oberen Halteplatte und mit der, mit durchgezogener Linie dargestellten, Schaufel in der durch den Anschlag definierten Position und mit der, mit strichlierter Linie dargestellten, Schaufel in geschwenkter Position und mit, durch die Fliehkraft komprimierter, Gasfeder.FIG. 3 shows the details of one of the blades of the rotor shown in FIG. 2, without the upper holding plate and with the blade shown in solid line in the position defined by the stop and with the blade shown in dotted line in a pivoted manner Position and with, compressed by the centrifugal force, gas spring.
Die Fig. 4 zeigt die Details einer der Schaufeln eines Rotors ohne der oberen Halteplatte; die Schaufel ist um eine Achse schwenkbar gelagert welche hinter dem Schwerpunkt der Schaufel (in Richtung Austrittskante) liegt, die mit durchgezogener Linie dargestellte Schaufel befindet sich in der durch denFig. 4 shows the details of one of the blades of a rotor without the upper support plate; the blade is pivotally mounted about an axis which lies behind the center of gravity of the blade (in the direction of the trailing edge), the blade shown by a solid line is in the through the
Anschlag definierten Position, die mit strichlierter Linie dargestellte selbe Schaufel ist in geschwenkter Position weil die Fliehkraft die Gasfeder komprimiert.Stop defined position, the same blade shown with a dashed line is in a tilted position because the centrifugal force compresses the gas spring.
Der Rotor eines Windmotors, welcher aus zwei zueinander parallelen Halteplatten 1 für senkrechte Schaufeln 2 und aus einem zentralen Umlenkkörper 3 besteht, ist in Bezug auf das feststehende Grundgestell 4, um eine vertikale Achse A drehbar R, gelagert. Jede der drei Schaufeln 2 ist, um eine vertikale Achse B, B1 , schwenkbar S, S1 gelagert, wobei die Achse B, B1 vom Schwerpunkt G der Schaufel 2 beabstandet d ist. Die Position und der Abstand der Schwenkachse B, B1 können variieren; in der Praxis sind nur jene Positionen ausgeschlossen welche in jener Ebene liegen welche die Rotationsachse A des Rotors und die durch den Schwerpunkt G der Schaufel 2 verlaufende Achse beinhaltet. Im Falle einer Schwenkachse B, welche vor dem Schwerpunkt G der Schaufel 2 (in Richtung Eintrittskante) positioniert ist, wird die Fliehkraft F ein Schwenken S bewirken wobei die Austrittskante 2b sich von der Rotationsachse A des Rotors entfernt. Im Falle einer Schwenkachse B1 , welche hinter dem Schwerpunkt G der Schaufel 2 ( in Richtung Austrittskante) positioniert ist, wird die Fliehkraft F ein Schwenken S1 bewirken wobei die Eintrittskante 2a sich von der Rotationsachse des Rotors entfernt.The rotor of a wind motor, which consists of two mutually parallel support plates 1 for vertical blades 2 and a central deflecting body 3, with respect to the fixed base frame 4, about a vertical axis A rotatable R, stored. Each of the three blades 2 is mounted, about a vertical axis B, B1, pivotally S, S1, wherein the axis B, B1 is spaced from the center of gravity G of the blade 2 d. The position and the distance of the pivot axis B, B1 can vary; in practice, only those positions are excluded which lie in that plane which includes the axis of rotation A of the rotor and the axis passing through the center of gravity G of the blade 2. In the event of a pivot axis B, which is positioned in front of the center of gravity G of the blade 2 (in the direction of the leading edge), the centrifugal force F will cause a pivoting S wherein the exit edge 2b away from the axis of rotation A of the rotor. In the case of a pivot axis B1, which is positioned behind the center of gravity G of the blade 2 (in the direction of the trailing edge), the centrifugal force F will cause pivoting S1, wherein the leading edge 2a moves away from the axis of rotation of the rotor.
Der Wirkung der Fliehkraft F wird elastisch durch die Gasfedern 5 entgegengewirkt, der Zylinder dieser ist an der Halteplatte 1 festgelegt während das Ende der Kolbenstange unmittelbar oder über einen Zapfen an der Schaufel 2 festgelegt. Natürlich kann die Festlegung der besagten Gasfedern, bzw. anderer elastischer Organe, an unterschiedlichen Punkten an der Halteplatte 1 und an der Schaufel 2 erfolgen so dass die Wirkungsrichtung und die Wirkung dieser, den Ansprüchen des Rotortyps, den Merkmalen des Generators und/oder denThe effect of the centrifugal force F is counteracted elastically by the gas springs 5, the cylinder of this is fixed to the support plate 1 while the end of the piston rod fixed directly or via a pin on the blade 2. Of course, the determination of said gas springs, or other elastic organs, at different points on the support plate 1 and the blade 2 done so that the direction of action and the effect of this, the requirements of the rotor type, the characteristics of the generator and / or the
Besonderheiten der Windeigenschaften im Aufstellungsgebiet, angepasst werden können.Special features of the wind properties in the installation area, can be adjusted.
Die Ausgangsposition der Schaufeln 2, welche beispielsweise der maximalen Leistung bei Nennintensität des Windes V oder dem Anlauf der Drehung ohne fremder Antriebskraft (Schnellläufer) entspricht, ist durch einen verstellbaren 1c Anschlag 1 b definiert welcher mit einem, von Fühlern gesteuerten, Servomotor versehen sein kann. Die Ausgangsposition der Schaufeln 2 und gegebenenfalls auch die Position des maximalen Schwenkens können auch durch einen bogenförmigen Schlitz 1 a definiert werden in welchem der Verbindungszapfen zwischen Schaufel 2 und Ende 5a der Kolbenstange der Gasfeder 5 läuft.The starting position of the blades 2, which corresponds, for example, the maximum power at nominal intensity of the wind V or the start of rotation without external drive (high-speed) is defined by an adjustable 1c stop 1 b which may be provided with a sensor controlled by servomotor , The starting position of the blades 2 and possibly also the position of the maximum pivoting can also be defined by an arcuate slot 1 a in which the connecting pin between the blade 2 and end 5a of the piston rod of the gas spring 5 runs.
In den, in den beigelegten Zeichnungen gezeigten, Ausführungsbeispielen werden die Gasfedern 5 auf Druck beansprucht, natürlich können die Gasfedern oder andere der Fliehkraft F entgegenwirkende elastischen Organe auch auf Zug beansprucht werden indem das Ende der elastischen Organe an der Schaufel 2 auf der Seite der Position des Schwerpunktes G1 bezogen auf die Schwenkachse B, B1 , festgelegt wird.In the embodiments shown in the accompanying drawings, the gas springs 5 are subjected to pressure, of course, the gas springs or other centrifugal force F counteracting elastic organs can also be claimed in train by the end of the elastic members on the blade. 2 is set on the side of the position of the center of gravity G 1 with respect to the pivot axis B, B1.
Das erfindungsgemäße Regelsystem bietet eine breite Anpassungs- und Veränderungsmöglichkeit indem die Veränderung des Abstandes zwischen Schwerpunkt G und Schwenkachse B, B1 , die Veränderung 1c der Position der Anschläge 1b, die Veränderung der Kraft der elastischen, der Fliehkraft F entgegenwirkenden, Organe 5 und die Veränderung der Punkte der Festlegung 5a, 5b der elastischen Organe 5, vorgesehen ist. The control system according to the invention offers a wide possibility of adaptation and change by changing the distance between the center of gravity G and pivot axis B, B1, the change 1c of the position of the stops 1b, the change in the force of the elastic, the centrifugal force F counteracting, organs 5 and the change the points of determination 5a, 5b of the elastic members 5, is provided.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Rotors eines Windmotors mit vertikaler Drehachse wobei der Rotor aus einer Haltestruktur (1 ) für die vertikalen Schaufeln (2) und eventuell für einen zentralen Umlenkkörper (3) besteht, wobei jede der Schaufeln (2) um je eine senkrechte Achse (B, B1 ) schwenkbar (S, S1 ) ist welche gegenüber dem Schwerpunkt (G) der Schaufel (2) versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstellung der Schaufeln welche bei Windstille eingenommen wird, von einem feststehenden oder einstellbaren1. A device for controlling the rotational speed of the rotor of a vertical-axis wind motor, wherein the rotor consists of a support structure (1) for the vertical blades (2) and possibly a central deflector (3), each of the blades (2) depending a vertical axis (B, B1) pivotally (S, S1) which is offset from the center of gravity (G) of the blade (2), characterized in that the starting position of the blades which is taken in calm, from a fixed or adjustable
(1c) Anschlag (1 b) und durch die Wirkung eines oder mehrerer, zwischen der Haltestruktur (1 ) und jeder der Schaufeln (2) derart agierender elastischer Organe (5) definiert wird, dass diese gegen den besagten Anschlag (1 b) gedrückt oder gezogen werden.(1c) stop (1 b) and by the action of one or more, between the support structure (1) and each of the blades (2) so acting elastic members (5) is defined that this pressed against said stop (1 b) or pulled.
2. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Position der maximalen Schwenkung (S, S1 ) durch einen feststehenden oder einstellbaren Anschlag definiert ist.2. Device for the control of the rotational speed according to claim 1, characterized in that the position of the maximum pivoting (S, S1) is defined by a fixed or adjustable stop.
3. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß den3. Device for the control of the rotational speed according to the
Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (1 b) für die Definition der Ausgangsstellung der Schaufeln (2) und gegebenenfalls auch die Anschläge für die Position der maximalen Schwenkung mittels, durch Fühler bzw. durch bekannte Sicherheitsvorrichtungen gesteuertem, Servomotor verstellbar (1c) sind.Claims 1 and 2, characterized in that the stops (1 b) for the definition of the starting position of the blades (2) and optionally also the stops for the position of the maximum pivoting by means of sensors or by known safety devices controlled servomotor ( 1c).
4. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Anschlagpositionen für die Ausgangsposition der Schaufel (2) und/oder für die Position der maximalen Schwenkung durch eine, bzw. beide Enden bogenförmiger Schlitze definiert werden welche an der Haltestruktur (1 ) vorgesehen sind und in welchen der Verbindungszapfen zwischen dem elastischen Rückstellorgan (5) und der Schaufel läuft.4. Apparatus for controlling the speed of rotation according to claims 1 and 2, characterized in that one or both stop positions for the starting position of the blade (2) and / or for the position of maximum pivoting defined by one or both ends arcuate slots which are attached to the support structure (1) are provided and in which the connecting pin between the elastic return member (5) and the blade runs.
5. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das, durch die Fliehkraft (F) bewirkte,5. Apparatus for controlling the speed of rotation according to claim 1, characterized in that, caused by the centrifugal force (F),
Schwenken (S) der Schaufeln derart erfolgt dass die Eintrittskante (2a) der Schaufeln (2) sich der Rotationsachse (A) des Rotors nähert.Pivoting (S) of the blades takes place in such a way that the leading edge (2a) of the blades (2) approaches the axis of rotation (A) of the rotor.
6. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das, durch die Fliehkraft (F) bewirkte6. Apparatus for controlling the rotational speed according to claim 1, characterized in that, caused by the centrifugal force (F)
Schwenken (S1 ) der Schaufeln (2) derart erfolgt, dass die Eintrittskante (2a) der Schaufeln (2) sich von der Rotationsachse (A) des Rotors entfernt.Pivoting (S1) of the blades (2) takes place in such a way that the leading edge (2a) of the blades (2) moves away from the axis of rotation (A) of the rotor.
7. Vorrichtung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Organ (5) welches der7. A device for the control of the rotational speed according to claim 1, characterized in that the elastic member (5) which of the
Fliehkraft (F) entgegenwirkt aus mindestens zwei Elementen besteht welche, bei zunehmender Schwenkung (S, S1 ) der Schaufel, mit progressiv steigender oder abnehmender Kraft wirken und dass die besagten einzelnen Elemente eine gleiche oder eine unterschiedliche Kraft entfalten. Centrifugal force (F) counteracts at least two elements which, with increasing pivoting (S, S1) of the blade, act with progressively increasing or decreasing force and that said individual elements unfold an equal or a different force.
PCT/EP2006/004219 2005-05-11 2006-05-05 Device for adjusting the rotational speed of a wind motor rotor provided with a vertical axis of rotation WO2006119922A1 (en)

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