WO2012013722A2 - Rotor für ein windrad - Google Patents

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WO2012013722A2
WO2012013722A2 PCT/EP2011/062939 EP2011062939W WO2012013722A2 WO 2012013722 A2 WO2012013722 A2 WO 2012013722A2 EP 2011062939 W EP2011062939 W EP 2011062939W WO 2012013722 A2 WO2012013722 A2 WO 2012013722A2
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magnetic
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longitudinal axis
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Mario Kinelly
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Mario Kinelly
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    • 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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/218—Rotors for wind turbines with vertical axis with horizontally hinged vanes
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a wind turbine, preferably for use as a vertical rotor, with two or more arms arranged around the rotor axis, on each of which a plurality of parallel to the rotor axis extending, aerodynamically shaped slats are arranged, which by energization as well as by centrifugal order a longitudinal axis of the slats are rotatable, and which can be set by energization in a closed state, where the slats overlap each other.
  • the rotor could also be used as a flow receptor for other elements, such as water, ie as a turbine.
  • the wind represents the power.
  • the wind force causes a rotation or pivoting of the slats.
  • the drive side where thus the wind acts on the rotor and this moves with the wind, the lamellae are closed by the current flow (lamellae to each other or lamellae to the respective outer boundary), resulting in more effective area, so driving surface.
  • the lamellae open, thus offering less attack surface and the element, such as the wind, is transmitted between the open lamellae, this side of the rotor therefore offers less resistance.
  • VAWT Vertical Axis Wind Turbine
  • a special type of folding wing (WO 03014564, US7083382 B2, US2010 / 0135804 A1, WO2008 / 056003 A1, DE60032430T2) has already been developed among the vertical runners.
  • Vertical runners have the advantage that there is no wind tracking as with horizontal runners. While horizontal rotors achieve crop yields of around 50% due to the development lead of today's conventional WKA (horizontal rotor wind turbines) (under normal conditions, a power coefficient of 0.55 is the previous upper limit), Darrieus rotors have so far achieved only one harvesting degree of up to 40%, Savonius rotors only 28%. Savonius rotors have a high torque at relatively low speed, yet the efficiency is well below that of other models.
  • »The wind harvest rate is lower than for horizontal runners.
  • Wind turbines with vertical or horizontal axis generally have the following disadvantages: »The cut-in speed, which is the lowest speed where rotors start to produce usable electricity, is over 3 m / s.
  • An object of the invention is to improve a rotor, in particular for wind turbines, as a vertical rotor of the type mentioned above so that at least one of the above-mentioned disadvantages does not apply, in particular, the material stress of the slats should be reduced.
  • each lamella has at least one permanent magnet both in the region of the longitudinal axis and near the end, which is remote from the longitudinal axis, wherein in the closed state of the lamellae a permanent magnet on the longitudinal axis of a Slat a permanent magnet at the end of an adjacent blade opposite, said two permanent magnets repel each other, so that a mutual contact of the adjacent slats is avoided.
  • a rotation limitation on the inside or the outside of the arms can be provided in an advantageous manner for the innermost lamella (next to the rotor axis) and for the externa ßerste lamella having permanent magnets at the corresponding points, which repel those of the lamellae.
  • each three permanent magnets are arranged in the same height of the lamella, in the region of the longitudinal axis on both sides of the longitudinal axis in each case a permanent magnet, these two permanent magnets have the same magnetic orientation, and near the end of the lamella a permanent magnet with opposite magnetic orientation. If the slats exceed a certain height, several groups of three permanent magnets at different heights are required for damping.
  • a rotation limit is provided with a permanent magnet which limits the pivoting of the blade relative to the arm, such as in the form of a magnet-studded at its end arm, which is attached to the arm.
  • the rotation of the lamellae takes place solely by rotation in the form of wind power and centrifugal force, with a smooth-running bearing of the lamellae counteracting this effect.
  • the longitudinal axes of the slats are mounted on the arm by means of magnetic bearings and / or with ring magnets.
  • the storage of the lamellae on the arms can thus be made possible mitteis magnetic bearing as well as other other camps.
  • Magnefiager permanent magnetic bearings are recommended because they constantly act without power supply ⁇ as in electric magnetic bearings).
  • the lamellar axis is to be chosen so that this effect is favored, so the lamella focus behind the axis point (anchor) of the longitudinal axis of the lamella (ie away from the longitudinal axis direction flat converging end of the lamella).
  • the arms In order to store the slats well at both longitudinal ends, it can be provided that always two parallel arms are provided, between which run the slats and in which the two ends of the longitudinal axes of the slats are mounted.
  • the arms in plan view from above in any shape (a straight line, curved, curved or angled) from the rotor center to the outside to the rotor end Shen be formed, the number of drive arms on the rotor is variable.
  • a plurality of arms are connected to each other by means of connecting rings or rotor discs.
  • the rotor axis, the connecting ring and / or the rotor disks have magnets or magnetic rings with which the rotor can be magnetically supported.
  • a wind turbine comprising at least one rotor and a tripod for receiving the rotor axis, on the tripod magnets, in particular magnetic rings, a bearing ring with magnets and / or a tripod disc with magnetic rings provided such that they carry the rotor due to magnetic repulsion.
  • the connecting ring or the rotor disk have in particular at the lower end of the rotor attached magnets, wherein on the underlying tripod of the rotor as well as a ring (bearing ring) or a disc ⁇ surface, such as a tripod disc) may be mounted at a suitable distance, which / r may also have attached magnets, these with the magnets on the connecting ring / Interact with the rotor disc and allow a smooth bearing as well as magnetic levitation of the rotor and thus ensure a very low start-up speed as well as easy caster, as well as any other form of storage can be used. Magnetic storage can significantly reduce the cut-in speed (where plant turns and electricity begins to produce), even below 3 m / s.
  • a wind turbine may also comprise a plurality of superimposed, coupled by the rotor axis rotors.
  • this rotor - which generates comparatively as much energy as a horizontal rotor - turn out to be significantly smaller than previous vertical rotors, as more wind effective area is present - being kept extremely low on the mating side of the resistor (open blades).
  • the lamellae are attached to the arm in such a way that they overlap (lamella end converges flatly to the axis point of the lamella behind it).
  • any profile shape for the lamella can be used, it should be noted that it should be designed in a good flow ratio (with direct on-drive flow, as well as minimal resistance on the mating side). Since the lamellae close to each other / each other, a low-noise as material-gentle damping is to be selected, which is made possible by means of the magnetic damping (N meets N or S meets S) on the lamellae.
  • the slats could also be attached to the arm so that they do not overlap. In this case, no damping element (magnet) is required on the lamellar axis, but instead on the arm, in the position where the lamella would hit the arm (or the surface spanned by superimposed arms).
  • Two or more (unlimited) arms can be used on the rotor.
  • any form of construction of the drive arms is possible.
  • the rotor of the vertical rotor itself is easily stored, whereby here also any form of bearing could be used, but preferably magnetic storage. Also recommended here, as with the slats, a magnetic bearing, soft magnetic levitation and reduced to no friction (frictionless) allows. This can also be made possible by means of permanent magnets (neodymium). This type of rotor storage can generate up to 1000 hours / year more electricity or this form of rotor can also be used in low-wind areas.
  • sipes per arm any width of sipes, as well as any length of sipes on arms may be used, as well as various sipe profile types.
  • the wind tracking as in the case of horizontal runners is eliminated. No matter which side the wind comes from, the rotor is always correctly positioned from three arms at an angle of 120 ° to each other about the vertical axis.
  • the slats are preferably completely rotatable about their vertical axis and limited only by the neighboring slat or the rotation limitation in the further rotation.
  • the advantages of the solution according to the invention are that an application in Low power areas or with smaller mast heights is made possible, the power range for smaller customers (private households, smaller companies, etc. - for example, 5kW, 10kW, 20kW) is easily feasible. That is, smaller rotors can be mounted on the roof or on the property (mast) where a.) The masts do not have to be built too high as with horizontal rotors or b.) The burden of centrifugal forces, imbalance, material stress, natural resonance especially at Vertical rotors can be controlled more easily in these magnitudes. And c.) The rotor has a much higher efficiency (wind harvest) than previously known rotors; d.) No start-up aids or wind tracking are required.
  • the number of drive arms (wings) and the number of lamellae (wings) per arm are variable.
  • a rotor with 3, 7 or 15 drive arms can be used around the rotor axis, as well as with 2, 5, 17 or more fins per drive arm.
  • the properties of the rotor change sufficiently generated power, as well as forces acting on the rotor / blades.
  • the lamellae are aerodynamically shaped, for example streamlined, thus have approximately a cross-section, such as a wing of an aircraft, which has a greater curvature on one side than on the other.
  • a lamella could have a curvature only on one side, be flat on the other side.
  • the blade may have a symmetrical cross section, as shown in Fig. 8, for example.
  • FIG. 1 is a plan view of the rotor from above with movable blades (wings),
  • FIG. 2 is a side view of the rotor with movable blades (wings) in the closed state
  • FIG. 3 is a side view of the rotor with the mounting of the slats
  • FIG. 5 is a plan view of two adjacent lamellae (wings) with magnetic damping to each other,
  • Fig. 1 rotor and tripod disc with magnets
  • Fig. 1 rotor and tripod disc with magnetic rings
  • Fig. 1 shows a top view of the rotor from above with movable blades 2 (wings). From the rotor axis 6 go in the radial direction of three straight arms 1, here soft four slats 2 carry. Each lamella is rotatably mounted about a longitudinal axis 5. In each case, left and right of the longitudinal axis, sunk on or in the Au DT vom the slats 2, permanent magnets 3 are attached. Another permanent magnet 4 is arranged at the end of the blade 2.
  • a rotation limitation 7 is provided on the inner side of the arm 1, which likewise has permanent magnets for damping, the mounting position of which correspond to the permanent magnet or magnets 4 of the innermost lamellae.
  • a rotation limitation 9 is also provided with permanent magnets whose mounting position correspond to the or the permanent magnet 4 of the outer ßermsten lamellae.
  • the arm 1 shown completely on the left in FIG. 1 is in the time shown the so-called drive arm, on which the wind from the wind direction 1 1 (in FIG. 1 thus from below) engages.
  • the strength curved Au z Structure 8 of the slats 2 points to the wind.
  • the two arms 1 to the right of the rotor axis 6 are referred to as mating arms, because they run due to the direction of rotation 1 2 against the wind.
  • Fig. 2 shows a side view of the rotor with movable blades (wings) in the closed state, at the top of the slats 2 are shown in profile.
  • two parallel arms 1 are provided, which are executed here horizontally. Between the two associated arms 1, the slats 2 are mounted parallel to each other.
  • Fig. 3 shows a side view of the rotor with the mounting of the lamellae, corresponding to an upper section of Fig. 2.
  • the longitudinal axis 5 of the lamella 2 is fixedly connected to a ring magnet 15 which is axially magnetized, ie at the top of the magnetic north pole and at the bottom has the magnetic south pole.
  • the arm 1 has concentrically over the ring magnet 15 an equally large ring magnet 16 which, however, is oriented in the opposite direction (south pole S top, north pole N bottom). Accordingly, the other (lower, not shown here) end of the longitudinal axis 5 is mounted in the lower arm 1.
  • Fig. 4 shows a top view of the rotor from above with lamellae attenuation.
  • the lamellae 2 are formed symmetrically, the rest of the arrangement of the arms 1 about the rotor axis 6, the rotation limits 7 and 9 and the permanent magnets 3, 4 are analogous to FIG. 1 executed. It can be seen here that the rotation limits 7 and 9 - similar to those around the longitudinal axis 5 of the slats 2 - have on one level two opposing permanent magnets.
  • Fig. 4 also illustrates a possible louver pivoting by almost 180 °.
  • Fig. 5 shows a plan view of two adjacent lamellae (wings) with magnetic damping to each other. It can be seen that the permanent magnets 3 have the same magnetic orientation to each other (S top, N bottom), while the permanent magnets 4 are oriented exactly the opposite (N top, S bottom).
  • S top, N bottom the same magnetic orientation to each other
  • N top, S bottom the permanent magnets 4 are oriented exactly the opposite.
  • FIG. 6 shows a plan view of the drive arm 1 of a rotor from above with internal or also possible outer limit of the lamellar movement.
  • the slats 2 are attenuated by magnetic damping as shown in Figs. 1-5.
  • a rotation limitation 13 is provided here for each lamella 2 which corresponds by means of a permanent magnet which corresponds to the permanent magnet or magnets 4 at the rear end of the lamella and is repelled therefrom.
  • the rotation limit 13 is mounted on the arm 1.
  • the slats 2 are shown in a closed manner. In light gray, the slats 2 are shown in the position of maximum swiveling, which allows the rotation limitation 13. It prevents the lamellae from swinging more than, for example, 100 ° (from the closed state) (since wind flow is not required) and the damping towards this rotation restriction 13 also ensured by means of magnets of the same poles (magnetic damping).
  • Fig. 7 shows a top view of the rotor from above with curved drive arms, left is again the so-called drive arm shown.
  • Fig. 8 shows a cross section through a blade 2 in the region of the permanent magnets 3, 4 for damping.
  • the magnetic orientation of the permanent magnets 3, 4 is the same as in Fig. 5, so the permanent magnets 3 are arranged exactly opposite to the permanent magnet 4,
  • a group of three permanent magnets 3 and a permanent magnet 4 are respectively provided at the lower and upper end of the blade 2 and in the middle of the blade 2.
  • the longitudinal axis of the blade 5 opens here in bearings 10 of the longitudinal axis. These bearings are approximately in connection with the upper and the lower arm 1, see Fig. 2nd
  • Fig. 10 shows a side view of a blade 2 with magnetic bearing.
  • the storage of the slats 2 on the arm 1 itself (vertical storage so that slats can swivel horizontally) is achieved by a vertical, passing through the lamella anchor point, the longitudinal axis 5, which on the arm 1 and on the lamella 2 - here in the Achslagerung 14 - is stored accordingly.
  • This bearing can be made by means of smooth running bearings, magnetic bearings, and / or magnetic rings, and is made on the top and bottom of the slats for attachment to the arm 1.
  • the ring magnets 15 (poles on top or bottom of the ring magnets) on the longitudinal axis 5 of the blade 2 above as well as below the blade 2, hold the blade 2 itself at a certain distance to the blade attachment to the arm 1, so its ring magnet 16.
  • the orientation of the magnetic rings 15, 16 has already been described under FIG.
  • the permanent magnets 3, 4 of the magnetic damping on the lamellae 2 or lamellae rotation limits have a corresponding distance to the possible magnetic bearing 15 (anchor point) of the lamellae, so that these magnets do not interact, since not desired ,
  • the possible pivoting radius of the slats is denoted by reference numeral 17,
  • FIG. 11 shows a soap view of the rotor with bearing rings 19 and connecting rings 18, 22.
  • a lower connecting ring 18 is provided on the underside of the lower arms 1, which may have magnets, the same pole orientation pointing, for example, S downwards.
  • the bearing ring 19 on the stand 20 of the rotor has magnets, wherein the same pole orientation, for example, S points upward.
  • the stand 20 of the rotor which receives the rotor axis 6 (shaft rotating), has supports 21 which support the bearing ring 19.
  • the upper connecting ring 22 for arms 1 is arranged at the top and has magnets with the same pole orientation, approximately upwards. According to that Bearing ring 19 may be provided above the connecting ring 22, a further bearing ring.
  • the rotor does not have to be in a stand 20, but could also be mounted easily in a floor storage.
  • Fig. 12 shows a rotor and tripod disc with magnets for mounting the rotor.
  • the rotor disk 23 for supporting the rotor has magnets 24, which are magnetized in the radial direction, that is approximately N outside, S inside.
  • the tripod disk 25, which is arranged at a distance below the rotor or the rotor disk 23 on the stand, has the same arrangement of magnets 26 as the rotor disk 23, also approximately outside, inside. Analog can be provided on the upper side of the rotor another rotor disk and about another tripod disk.
  • Fig. 13 shows a rotor and tripod disc with magnetic rings for supporting the rotor.
  • an outer magnetic ring 27 is provided on the rotor disk 23, which are magnetized in the radial direction, that is to say approximately N outside, S inside.
  • the outer magnet ring 28 on the tripod disk 25 below (or above the rotor, if at the top of a rotor disk is provided) interacts with the externa ßeren magnet ring 27 on the rotor disk 23 repulsive (magnetic levitation), there is also about N so outside, inside.
  • An inner magnet ring 29 is provided on the rotor disk 23 and an inner magnet ring 30 on the stator disk 25 below (or above the rotor) which interactively attracts the inner magnet ring 29.
  • a plurality of magnets 31 are provided, corresponding to the rotor axis 6 corresponding thereto magnets 32, repulsively interacting with magnets 31 (magnetic levitation).
  • the storage can be carried out at the top of the rotor.
  • Fig. 14 shows another embodiment for the magnetic bearing of the rotor axis 6.
  • Magnetic levitation denotes a floating state which is achieved by a certain constellation (magnet alignment) to each other, as in Fig. 14.
  • the principle of magnetic levitation is achieved in that Magnets are attached so that they show an interaction. For example, a magnet where N is at the top and S at the bottom is the center magnet. Other magnets are attached around this magnet, which logically have S at the top and N at the bottom (opposite). As a result, these act with the center magnet attractive (different poles), although the externally mounted magnets repel themselves (same polar alignment).
  • a magnetic ring 33 or else a magnet, is provided in FIG. 14 on / in the rotor axis 6 (S above), in the stand 20 a larger central magnetic ring 34 - at the same height as magnetic ring 33 - is provided, as well as a smaller upper one Magnet ring 35 and an equal sized lower magnet ring 36.
  • Upper and lower magnet ring 35, 36 are opposite to the magnetic ring 33 oriented, so S in each case below.
  • the middle magnetic ring 34 can either be the same as magnetic ring 33 or the same as the magnetic rings 35, 36 oriented.

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Abstract

Gezeigt wird ein Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse (6) angeordnete Armen (1), an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse (6) verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen (2) angeordnet sind, welche durch Anstromung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse (5) der Lamellen (2) drehbar sind, und welche durch Anstromung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen (2) einander überlappen. Dabei ist zur Dämpfung der Lamellen vorgesehen, dass jede Lamelle (2) sowohl im Bereich der Längsachse (5) als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse (5) entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten (3, 4) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen (2) ein Permanentmagnet (3) an der Längsachse (5) einer Lamelle einem Permanentmagneten (4) am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten (3, 4) einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.

Description

Rotor für ein Windrad
Die Erfindung betrifft einen Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse angeordneten Armen, an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen angeordnet sind, welche durch Anstromung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse der Lamellen drehbar sind, und welche durch Anstromung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen einander überlappen.
Der Rotor könnte auch als Strömungsrezeptor für andere Elemente, wie Wasser, also als Turbine, verwendet werden. Bei der Verwendung als Windrad stellt der Wind die Anstromung dar. Die Windkraft bewirkt eine Drehung bzw. Schwenkung der Lamellen. Auf der sogenannten Antriebsseite, wo also der Wind am Rotor angreift und sich dieser mit dem Wind bewegt, werden die Lamellen durch die Anstromung geschlossen (Lamellen zueinander bzw. Lamellen hin zur jeweiligen Außenbegrenzung), wodurch sich mehr Wirkfläche, also Antriebsfläche ergibt. Auf der sogenannten Gegenlaufseite öffnen sich die Lamellen, bieten somit weniger Angriffsfläche und das Element, etwa der Wind, wird zwischen den geöffneten Lamellen durchgelassen, diese Seite des Rotors bietet daher weniger Gegenwiderstand.
Stand der Technik
Strömungsrezeptoren, Turbinen, Rotoren, welche als Windkraftanlagen ausgeführt werden, sind in unterschiedlichen Typen bekannt. Grob ausgedrückt wird unterschieden zwischen Horizontal- Läufern und Vertikal-Läufern. Vertikal-Läufer werden auch VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) bezeichnet und unterteilen sich nochmals grob in den Savonius-Rotor und den Darrieus-Rotor (US 1835018), wobei div. Unterarten (egg-beater, H-Darrieus (WO 9509304), C-Rotor (DE 4120908)) bereits weiterentwickelt wurden. Ebenso wurde unter den Vertikal-Läufern eine besondere Art sogenannte Klappflügler (WO 03014564, US7083382 B2, US2010/0135804 A1 , WO2008/056003 A1 , DE60032430T2) bereits entwickelt. Vertikal-Läufer haben den Vorteil, dass eine Windnachführung wie bei Horizontal-Läufern entfällt. Während Horizontal-Rotoren durch den Entwicklungsvorsprung von heutigen konventionellen WKA (Horizontal-Rotor - Windkraftanlagen) Erntegrade von rund 50% erreichen (unter normalen Bedingungen ist ein Leistungsbeiwert von 0,55 die bisherige Obergrenze), erreichen Darrieus-Rotoren bisher nur einen Erntegrad von bis zu 40%, Savonius-Rotoren gar nur 28%. Savonius-Rotoren haben ein hohes Drehmoment bei relativ niedriger Drehzahl, dennoch liegt der Wirkungsgrad deutlich unter den anderer Modellen. Warum bisher Vertikal-Rotoren keinen höheren Erntegrad erzielen liegt teilweise daran, dass in einem Teil des Drehkreises die Reibung dem Vortrieb überwiegt, was besonders für Darrieus- wie für Savonius-Rotor und mögliche Unterarten zutrifft. Für turbulente Strömungen in Bodennähe sind dagegen Horizontal-Läufer eher ungeeignet, hier eignen sich besonders gut Vertikal-Läufer, weil diese von einer konstanten Windrichtung unabhängig sind. Ein genereller Nachteil von Vertikal- Läufern ist eine mögliche Unwucht, welche durch hohe Rotationsgeschwindigkeiten bei starkem Wind auftreten können. Aufgrund der ständigen Wechsel der Anstellwinkel zur einwirkenden Strömung sind Vertikal-Rotoren Lastwechseln ausgesetzt, welche im Zusammenspiel mit den Fliehkräften, Schwingungen verursachen können. Bei allen Arten von Windradflügeln können Eigenschwingungen angeregt werden. Es ist daher sinnvoll, die Eigenfrequenz des Flügels vorher zu berechnen, sodass durch konstruktive Maßnahmen unerwünschte Resonanzen auszuschließen sind.
Vertikal-Läufer haben gegenüber konventionellen Systemen mit horizontaler Achse folgende Vorteile:
• Der Wind wird aus allen Richtungen aufgenommen, ohne dass eine Windnachführung benötigt wird, somit auch in Bodennähe einsetzbar.
» Starke Windböen werden problemlos .geschluckt', aufwendige Rotorblatt- Versteileinrichtungen entfallen.
• Auch bei Sturm muss die Anlage nicht stillgelegt werden (andere Anlagen werden meist bei 24 - 27 m/s gestoppt).
• Sie sind robuster, zeigen kaum Verschlei ß, sind nahezu wartungsfrei und auch befriebskostengünstig, da der mechanische Aufbau weit weniger komplex ist.
» Sie können für längere Betriebszeiten ausgelegt werden.
• Sie sind fast geräuschfrei.
• Es sind keine besonderen Fundamente notwendig, eine einfache Abspannung genügt in den meisten Fällen.
Vertikal-Läufer haben gegenüber konventionellen Systemen mit horizontaler Achse folgende Nachteile:
» Der Winderntegrad ist geringer als bei Horizontal- Läufern. Windturbinen mit vertikaler oder horizontaler Achse haben generell folgende Nachteile: » Die Cut-In Geschwindigkeit (Anlauf-Geschwindigkeit), also die niedrigste Geschwindigkeit wo Rotoren beginnen, brauchbaren Strom zu produzieren, liegt über 3 m/s.
Aus der DE 195 17 856 A1 ist ein Rotor für ein Windrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Allerdings schlagen die Lamellen beim Schließen aufeinander, wodurch einerseits Lärm entsteht und andererseits das Material der Lamellen beansprucht wird.
Technische Aufgabenstellung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rotor, insbesondere für Windkraftanlagen, als Vertikal- Läufer der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass zumindest einer der oben erwähnten Nachteile nicht zum Tragen kommt, insbesondere soll die Materialbeanspruchung der Lamellen reduziert werden.
Erfindungsgemäße Lösung
Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht, indem jede Lamelle sowohl im Bereich der Längsachse als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen ein Permanentmagnet an der Längsachse einer Lamelle einem Permanentmagneten am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.
Entsprechend kann in vorteilhafter Weise für die innerste Lamelle (nächst der Rotorachse) sowie für die äu ßerste Lamelle jeweils eine Drehbegrenzung an der Innenseite bzw. der Außenseite der Arme vorgesehen sein, die an den entsprechenden Stellen Permanentmagnete aufweisen, die jene der Lamellen abstoßen.
Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass jeweils in gleicher Höhe der Lamelle drei Permanentmagnete angeordnet sind, und zwar im Bereich der Längsachse auf beiden Seiten der Längsachse jeweils ein Permanentmagnet, wobei diese beiden Permanentmagnete gleiche magnetische Orientierung aufweisen, und nahe dem Ende der Lamelle ein Permanentmagnet mit entgegengesetzter magnetischer Orientierung. Wenn die Lamellen eine bestimmte Höhe überschreiten, sind zur Dämpfung mehrere Dreiergruppen von Permanentmagneten in unterschiedlichen Höhen notwendig.
Zusätzlich zur gegenseitigen magnetischen Begrenzung des Drehwinkeis durch die Lamellen untereinander kann vorgesehen werden, dass für jede Lamelle eine Drehbegrenzung mit einem Permanentmagneten vorgesehen ist, welche das Ausschwenken der Lamelle gegenüber dem Arm begrenzt, etwa in Form eines an seinem Ende magnetbesetzten Auslegers, der am Arm befestigt ist.
Dadurch, dass der Schließ- und gegebenenfalls der Ausschwenk-Mechanismus der Lamellen eine Magnet-Dämpfung zueinander bzw. zu den Drehbegrenzungen aufweist, kann ein direkter, physischer Kontakt der Lamellen zueinander bzw. der Lamellen zu den Drehbegrenzungen hin nicht erfolgen.
Die Rotation der Lamellen erfolgt alleinig durch Rotation in Form von Windkraft und Fliehkraft, wobei eine leichtläufige Lagerung der Lamellen diesem Effekt entgegen kommt. Um die Leichtläufigkeit der Lamellen zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Längsachsen der Lamellen am Arm mittels Magnetlagern und/oder mit Ringmagneten gelagert sind. Die Lagerung der Lamellen am Armen kann also mitteis Magnetlager wie auch weiteren anderen Lagern ermöglicht werden. Als Magnefiager sind Permanentmagnetlager empfehlenswert, da diese ständig ohne Stromzufuhr {wie bei Elektro-Magnetlagern) agieren. Die Lamellenachse ist dabei so zu wählen, dass dieser Effekt begünstigt wird, also der Lamellen-Schwerpunkt hinter dem Achspunkt (Anker) der Längsachse der Lamelle liegt (also von der Längsachse entfernt Richtung flach zusammenlaufendes Ende der Lamelle).
Um die Lamellen an beiden Längsenden gut lagern zu können, kann vorgesehen sein, dass immer jeweils zwei parallel verlaufende Arme vorgesehen sind, zwischen denen die Lamellen verlaufen und in welchen die beiden Enden der Längsachsen der Lamellen gelagert sind. Dabei können die Arme bei Draufsicht von oben in jeder möglichen Form (einer Geraden, gebogen, geschwungen oder gewinkelt) von der Rotormitte nach au ßen hin zum Rotor-Ende ausgebildet sein, die Anzahl der Antriebsarme am Rotor ist variabel.
Um die Stabilität des Rotors bei einseitiger Belastung auf der Antriebsseite zu gewährleisten, kann vorgesehen werden, dass mehrere Arme mittels Verbindungsringen oder Rotorscheiben miteinander verbunden sind.
Um die Leichtläufigkeit des Rotors zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Rotorachse, der Verbindungsring und/oder die Rotorscheiben Magnete oder Magnetringe aufweisen, mit denen der Rotor magnetisch gelagert werden kann.
Entsprechend sind an einem Windrad umfassend zumindest einen Rotor sowie ein Stativ zur Aufnahme der Rotorachse, am Stativ Magneten, insbesondere Magnetringe, ein Lagerring mit Magneten und/oder eine Stativscheibe mit Magnetringen derart vorgesehen, dass sie den Rotor aufgrund magnetischer Absto ßung tragen.
Der Verbindungsring bzw. die Rotorscheibe weisen insbesondere am unteren Ende des Rotors angebrachte Magnete auf, wobei am darunter befindlichen Stativ des Rotors ebenso ein Ring (Lagerring) oder eine Scheibe {Fläche, etwa eine Stativscheibe) in geeignetem Abstand angebracht sein kann, welche/r ebenso angebrachte Magnete aufweisen kann, diese mit den Magneten am Verbindungsring/an der Rotor-Scheibe interagieren und eine leichtläufige Lagerung wie auch magnetische Levitation des Rotors ermöglichen und somit eine sehr niedrige Anlaufgeschwindigkeit wie auch leichten Nachlauf gewährleisten, wobei ebenso jegliche andere Form der Lagerung zum Einsatz kommen kann. Durch magnetische Lagerung kann die cut-ln Geschwindigkeit (wo Anlage zu drehen und Strom zu produzieren beginnt) deutlich gesenkt werden, auch unter 3 m/s.
Ein Windrad kann auch mehrere übereinander angeordnete, durch deren Rotorachse gekoppelte Rotoren umfassen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass man den Vertikal-Rotor nicht nur nach au ßen (in die Breite = mehr Lamellen) sondern auch nach oben (Höhe) bauen kann, um Effizienz deutlich zu steigern (quadriere den Kreis). Somit kann dieser Rotor - welcher vergleichsweise ebenso viel Energie erzeugt wie ein Horizontal-Rotor - deutlich kleiner ausfallen als bisherige Vertikal-Rotoren, da mehr Wind-Wirkfläche vorhanden ist - wobei auf der Gegenlaufseite der Widerstand äu ßerst gering gehalten wird (offene Lamellen).
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass überall, wo Magnete zur Lagerung (Rotor-Lagerung und Stativ sowie Lamellen-Lagerung auf Armen) oder zwecks Dämpfung (Lamellen auf Lamellen bzw. Lamellen auf Drehbegrenzung) angebracht sind und mechanische Bewegung erfolgt, zusätzlich Leiter (Spulen) entsprechend günstig angebracht sind, um zusätzlich - neben der primären Stromerzeugung durch den Rotor auf der Rotorachse (Antriebswelle) hin zum Generator - Strom zu erzeugen. Es kann also beispielsweise mittels Magnetlager (Rotor = Längs-Achse der Lamellen und Stator = Spulen an der Arm-Konstruktion) ebenso sekundär Strom erzeugt werden.
Grundsätzlich sind die Lamellen am Arm so angebracht, dass diese sich überlappen (Lamellen- Ende flach zusammenlaufend trifft auf Achspunkt der dahinter liegenden Lamelle). Ebenso kann jegliche Profil-Form für die Lamelle zum Einsatz kommen, anzumerken ist, dass diese in einem guten Strömungsverhältnis (bei direkter Anströmung auf der Antriebsseite, wie auch mit minimalen Widerstand auf der Gegenlaufseite) konstruiert sein soll. Da die Lamellen zueinander/aufeinander schließen, ist eine geräuscharme wie Material schonende Dämpfung zu wählen, was mittels der Magnet-Dämpfung (N trifft auf N bzw. S trifft auf S) an den Lamellen ermöglicht wird. Diese kommen am Ende der Lamelle, wo diese flach zusammenläuft, wie auch vorne am Achspunkt der Lamelle zum Einsatz, wodurch ein Kippen (Lamelle drückt auf hinten liegende Lamelle vor dem Achspunkt) vermieden wird. Auch hierfür sind permanent Magnete (Neodym) empfehlenswert. Die Position ist so zu wählen, dass die Magnete direkt übereinander liegen und sich abstoßen, was einen direkten, physischen Kontakt der Lamellen beim Schließen oder Öffnen verhindert. Zumindest bei innerster Lamelle bzw. äußerster Lamelle pro Arm ist eine Drehbegrenzung einzusetzen, welcher die Lamelle daran hindert, weiter als erwünscht oder erforderlich zu drehen. Auch bei diesen Drehbegrenzungen sind Dämpf-Elemente (Magnete) zwecks Dämpfung zur Lamelle hin, einzusetzen. Die Dämpf-Elemente (Magnete) an den Lamellen bzw. an den Drehbegrenzungen können eingearbeitet sein, um Festigkeit in Position und Stabilität dieser, durch Fliehkräfte wie auch Wirkung zu einander, zu entsprechen. Natürlich könnten auch andere Dämpf- Elemente zum Einsatz kommen.
Die Lamellen könnten am Arm auch so angebracht sein, dass diese nicht überlappen. In diesem Fall ist auf der Lamellenachse kein Dämpf-Element (Magnet) erforderlich, sondern stattdessen am Arm, und zwar in der Position, wo die Lamelle auf den Arm (bzw. die von übereinander liegenden Armen aufgespannte Fläche) treffen würde.
Am Rotor können zwei oder mehr (unbegrenzt) Arme zum Einsatz kommen. Ebenso ist jegliche Konstruktionsform der Antriebsarme (von Rotor-Mitte hinaus zu - gerade, schräg, gebogen, spiralig, gewinkelt, etc.) möglich.
Der Rotor des Vertikal- Läufers selbst wird leichtiäufig gelagert, wobei auch hier jegliche Form von Lager zum Einsatz kommen könnte, vorzugweise aber Magnet-Lagerung. Empfehlenswert ist auch hier, wie bei den Lamellen, eine Magnet-Lagerung, weiche magnetische Levitation und verminderte bis keine Reibung (Reibungslosigkeit) ermöglicht. Dies kann ebenso mitteis Permanentmagneten (Neodym) ermöglicht werden. Durch diese Art der Rotor-Lagerung können bis zu 1000 Stunden/Jahr mehr Strom erzeugt werden bzw. diese Form des Rotors auch in Schwachwind-Gebieten eingesetzt werden.
Je weiter die Lamellen bei diesem Vertikal-Läufer nach au ßen hin sowie auch in die Höhe gebaut werden, desto höher werden die Antriebskräfte, weiche auf diese Turbine und weiter auf den Generator wirken. Eine derartige hohe Energie-Gewinnung pro m2 Winderntefläche kann lediglich mit einem erfindungsgemäßen Rotor erreicht werden.
Es kann jegliche Anzahl von Lamellen pro Arm, jegliche Breite von Lamellen, sowie jegliche Länge von Lamellen an Armen zum Einsatz kommen, ebenso wie verschiedene Lamellen-Profilarten.
Die Windnachführung wie bei Horizontal-Läufern entfällt. Egal von welcher Seite der Wind kommt, der Rotor ist ab drei Armen im Winkel von 120 ° zueinander um die Vertikal-Achse immer richtig positioniert. Die Lamellen sind vorzugweise um deren Vertikal-Achse komplett drehbar und lediglich von der Nachbar-Lamelle bzw. der Drehbegrenzung in der Weiterdrehung eingeschränkt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen darin, dass eine Anwendung in Schwachwindgebieten oder mit kleineren Masthöhen ermöglicht wird, der Leistungsbereich für kleinere Abnehmer (private Haushalte, kleinere Unternehmen, etc. - beispielsweise 5kW, 10kW, 20kW) einfach realisierbar ist. D.h. kleinere Rotoren auf dem Dach oder auf dem Grundstück (Mast) montiert werden können wobei a.) die Masten nicht zu hoch gebaut werden müssen wie bei Horizontal-Rotoren bzw. b.) die Belastung der Fliehkräfte, Unwucht, Materialbeanspruchung, Eigenresonanz besonders bei Vertikal-Rotoren einfacher in diesen Größenordnungen kontrolliert werden können. Und c.) der Rotor einen wesentlich höheren Wirkungsgrad (Wind-Erntegrad) hat als bisher bekannte Rotoren; d.) keine Anlaufhilfen oder Windnachführung erforderlich sind.
Auch Großanlagen dieser Bauart können zum Einsatz kommen, welche auf gleicher Fläche mehr Wind ernten als bisherige Großwindanlagen. Großanlagen dieses Rotortyps können als Großrotor ausgeführt werden, wie auch als Verbund - mehrere Klein- oder Mittel-Rotoren.
Die Anzahl der Antriebsarme (Flügel) sowie die Anzahl der Lamellen (Tragflächen) pro Arm sind variierbar. So kann ebenso ein Rotor mit 3, 7 oder 15 Antriebsarmen um die Rotor-Achse zum Einsatz kommen, wie auch mit 2, 5, 17 oder mehr Lamellen pro Antriebsarm. Die Eigenschaften des Rotors verändern sich hinlänglich erzeugter Leistung, sowie Kräfte welche auf den Rotor/Lamellen einwirken.
Die Lamellen sind erfindungsgemäß aerodynamisch, etwa stromlinienförmig, geformt, weisen also etwa einen Querschnitt wie eine Tragfläche eines Flugzeugs auf, die auf einer Seite eine größere Wölbung aufweist als auf den anderen. Insbesondere könnte eine Lamelle nur auf einer Seite eine Wölbung aufweisen, auf der anderen Seite eben ausgebildet sein. Ebenso kann die Lamelle einen symmetrischen Querschnitt aufweisen, wie etwa in Fig. 8 dargestellt.
Die Erfindung wird anhand eines Rotors für Windräder in den beispielhaften Figuren 1 bis 14 näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht des Rotors von oben mit beweglichen Lamellen (Tragflächen),
Fig. 2 eine Seitenansicht des Rotors mit beweglichen Lamellen (Tragflächen) im geschlossenen Zustand,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Rotors mit der Lagerung der Lamellen,
Fig. 4 Draufsicht des Rotors von oben mit Lamellendämpfung,
Fig. 5 Draufsicht auf zwei benachbarte Lamellen (Tragflächen) mit Magnet-Dämpfung zueinander,
Fig. 6 Draufsicht des Antriebsarms eines Rotors von oben mit innen- bzw. auch möglicher Au ßenbegrenzung der Lamellen-Bewegung,
Fig. 7 Draufsicht des Rotors von oben mit gekrümmten Antriebsarmen, Fig. 8 Querschnitt durch eine Lamelle im Bereich der Permanentmagnete zur Dämpfung,
Fig. 9 Seitenansicht einer Lamelle,
Fig. 1 0 Seitenansicht einer Lamelle mit Magnetiager,
Fig. 11 Seitenansicht des Rotors mit Lager- und Verbindungsringen,
Fig. 1 2 Rotor- und Stativscheibe mit Magneten
Fig. 1 3 Rotor- und Stativscheibe mit Magnetringen
Fig. 14 magnetische Lagerung der Rotorachse
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit beweglichen Lamellen 2 (Tragflächen). Von der Rotorachse 6 gehen in radialer Richtung drei gerade Arme 1 aus, weiche hier jeweils vier Lamellen 2 tragen. Jede Lamelle ist um eine Längsachse 5 drehbar gelagert. Jeweils links und rechts von der Längsachse, an den oder in die Au ßenflächen der Lamellen 2 versenkt, sind Permanentmagnete 3 angebracht. Ein weiterer Permanentmagnet 4 ist am Ende der Lamelle 2 angeordnet. Nahe der Rotorachse 6 ist an der Innenseite des Arms 1 eine Drehbegrenzung 7 vorgesehen, weiche ebenfalls Permanentmagnete zur Dämpfung aufweist, deren Montageposition mit dem oder den Permanentmagneten 4 der innersten Lamellen korrespondieren. An der Au ßenseite des Arms 1 ist ebenfalls eine Drehbegrenzung 9 mit Permanentmagneten vorgesehen, deren Montageposition mit dem oder den Permanentmagneten 4 der äu ßersten Lamellen korrespondieren.
Der in Fig. 1 komplett dargestellte Arm 1 auf der linken Seite ist im dargestellten Zeitpunkt der sogenannte Antriebsarm, an welchem der Wind aus der Windrichtung 1 1 (in Fig. 1 also von unten) angreift. Die stärke gewölbte Au ßenfläche 8 der Lamellen 2 zeigt zum Wind. Die beiden Arme 1 rechts von der Rotorachse 6 werden als Gegenlaufarme bezeichnet, weil sie aufgrund der Drehrichtung 1 2 gegen den Wind laufen.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Rotors mit beweglichen Lamellen (Tragflächen) im geschlossenen Zustand, wobei an deren Oberseite die Lamellen 2 im Profil dargestellt sind. Hier ist erkennbar, dass jeweils zwei parallel verlaufene Arme 1 vorgesehen sind, die hier waagrecht ausgeführt sind. Zwischen den beiden zusammengehörigen Armen 1 sind die Lamellen 2 parallel zueinander gelagert.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Rotors mit der Lagerung der Lamellen, entsprechend einem oberen Ausschnitt aus Fig. 2. Die Längsachse 5 der Lamelle 2 ist jeweils mit einem Ringmagneten 15 fest verbunden, der axial magnetisiert ist, also an der Oberseite den magnetischen Nordpol und an der Unterseite den magnetischen Südpol aufweist. Der Arm 1 weist konzentrisch über dem Ringmagneten 15 einen gleich großen Ringmagneten 16 auf, der allerdings umgekehrt orientiert ist (Südpol S oben, Nordpol N unten). Entsprechend ist das andere (untere, hier nicht dargestellte) Ende der Längsachse 5 im unteren Arm 1 gelagert.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit Lamellendämpfung. Hier sind die Lamellen 2 symmetrisch ausgebildet, die übrige Anordnung der Arme 1 um die Rotorachse 6, die Drehbegrenzungen 7 und 9 und die Permanentmagneten 3, 4 sind analog zu Fig. 1 ausgeführt. Es ist hier erkennbar, dass die Drehbegrenzungen 7 und 9 - ähnlich wie die um die Längsachse 5 der Lamellen 2 - auf einer Ebene zwei einander gegenüberliegende Permanentmagnete aufweisen. Fig. 4 veranschaulicht darüber hinaus eine mögliche Lamellen-Schwenkung um beinahe 180°.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf zwei benachbarte Lamellen (Tragflächen) mit Magnet-Dämpfung zueinander. Dabei ist erkennbar, dass die Permanentmagnete 3 gleiche magnetische Orientierung zueinander aufweisen (S oben, N unten), während die Permanentmagnete 4 genau umgekehrt orientiert sind (N oben, S unten). Beim Schließen der Lamellen 2 drückt das Ende einer Lamelle auf den Achspunkt der nächsten dahinter liegenden Lamelle. Genau an diesen Punkten wird die Magnet- Dämpfung, also die Permanentmagnete 3, 4, an den jeweiligen Lamellen angebracht.
Die geeignete Position der Lamellen-Dämpfung, also die Anbringung der Magnete auf den Lamellen zwecks Dämpfung, erfolgt vereinfacht ausgedrückt bei Ansicht von oben auf das Lamellen-Profil: a. ) am hinteren Ende der Lamelle - wo diese zusammen läuft, sowie
b. ) vorne, auf Höhe der Lamellen-Längsachse (Montage der Lamelle am Antriebsarm)
Somit wird ein Kipp- Effekt der Lamelle (Ende einer Lamelle drückt auf vorderen Teil der unteren Lamelle) vermieden.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht des Antriebsarms 1 eines Rotors von oben mit Innen - bzw. auch möglicher Au ßenbegrenzung der Lamellen-Bewegung. Innen, in der Ebene der Arme 1 , werden die Lamellen 2 durch Magnet-Dämpfung wie in den Fig. 1 -5 gedämpft. Außen ist hier für jede Lamelle 2 eine Drehbegrenzung 13 vorgesehen, die mittels eines Permanentmagnets, der mit dem bzw. den Permanentmagneten 4 am hinteren Ende der Lamelle korrespondiert und von diesem abgestoßen wird. Die Drehbegrenzung 13 ist am Arm 1 montiert. Die Lamellen 2 werden in geschlossener Weise dargestellt. In Hellgrau sind die Lamellen 2 in der Stellung maximaler Ausschwenkung dargestellt, weiche die Drehbegrenzung 13 erlaubt. Sie hindert die Lamellen daran, mehr als z.B. 100 ° (vom geschlossenen Zustand aus) auszuschwenken (da windströmungsmäßig nicht erforderlich) und die Dämpfung hin zu dieser Drehbegrenzung 13 wird ebenfalls mittels Magneten gleicher Pole (Magnet-Dämpfung) gewährleistet.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit gekrümmten Antriebsarmen, links ist wieder der sogenannte Antriebsarm dargestellt.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Lamelle 2 im Bereich der Permanentmagnete 3, 4 zur Dämpfung. Die magnetische Orientierung der Permanentmagnete 3, 4 ist gleich wie in Fig. 5, also die Permanentmagnete 3 sind genau entgegengesetzt zu den Permanentmagneten 4 angeordnet,
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht einer Lamelle aus Fig. 8. Hier ist erkennbar, dass eine Dreiergruppe aus zwei Permanentmagneten 3 und einem Permanentmagneten 4 jeweils am unteren und am oberen Ende der Lamelle 2 sowie in der Mitte der Lamelle 2 vorgesehen sind. Die Längsachse der Lamelle 5 mündet hier in Lagerungen 10 der Längsachse. Diese Lagerungen sind etwa in Verbindung mit dem oberen und dem unteren Arm 1 , siehe Fig. 2.
Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht einer Lamelle 2 mit Magnetlager. Die Lagerung der Lamellen 2 am Arm 1 selbst (Lagerung vertikal sodass Lamelle horizontal ausschwenken kann) wird durch einen senkrecht, durch die Lamelle durchführenden Ankerpunkt, die Längsachse 5, erreicht, welche am Arm 1 bzw. an der Lamelle 2 - hier in der Achslagerung 14 - entsprechend gelagert ist. Diese Lagerung kann mittels Leichtlauf-Lager, Magnetlager, und/oder Magnet-Ringen, ermöglicht werden und ist an der Ober- wie auch Unterseite der Lamellen zur Befestigung am Arm 1 vorzunehmen.
Die Ringmagnete 15 (Pole auf Ober- bzw. Unterseite der Ringmagnete) an der Längsachse 5 der Lamelle 2 oberhalb wie auch unterhalb der Lamelle 2, halten die Lamelle 2 selbst in einem bestimmten Abstand zur Lamellen-Befestigung am Arm 1 , also zu dessen Ringmagneten 16. Die Orientierung der Magnetringe 15, 16 wurde bereits unter Fig. 3 beschrieben.
Die Permanentmagnete 3, 4 der Magnet-Dämpfung auf den Lamellen 2 bzw. Lamellen- Drehbegrenzungen (Fig. 2) weisen eine entsprechende Distanz hin zu der möglichen magnetischen Lagerung 15 (Ankerpunkt) der Lamellen auf, sodass diese Magnete nicht interagieren, da nicht erwünscht. Der mögliche Schwenkradius der Lamellen ist mit Bezugszeichen 17 bezeichnet,
Fig. 11 zeigt Seifenansicht des Rotors mit Lagerringen 19 und Verbindungsringen 18, 22. Es ist an der Unterseite der unteren Arme 1 ein unterer Verbindungsring 18 vorgesehen, welcher Magnete aufweisen kann, wobei die gleiche Pol-Ausrichtung z.B. S nach unten zeigt. Der Lagerring 19 am Stativ 20 des Rotors weist Magnete auf, wobei die gleiche Pol-Ausrichtung z.B. S nach oben zeigt. Das Stativ 20 des Rotors, welches die Rotorachse 6 (Welle drehend) aufnimmt, weist Stützen 21 auf, weiche den Lagerring 19 tragen. Der obere Verbindungsring 22 für Arme 1 ist an deren Oberseite angeordnet und weist Magnete mit gleicher Pol-Ausrichtung auf, etwa nach oben. Entsprechend dem Lagerring 19 kann auch oberhalb des Verbindungsrings 22 ein weiterer Lagerring vorgesehen werden.
Der Rotor muss nicht in einem Stativ 20, sondern könnte auch in einer Bodeniagerung leichtläufig gelagert sein.
Fig. 12 zeigt eine Rotor- und Stativscheibe mit Magneten zur Lagerung des Rotors. Die Rotorscheibe 23 zur Lagerung des Rotors weist Magnete 24 auf, die in radialer Richtung magnetisiert sind, also etwa N außen, S innen. Die Stativscheibe 25, die in einem Abstand unter dem Rotor bzw. der Rotorscheibe 23 am Stativ angeordnet ist, weist die gleiche Anordnung von Magneten 26 auf wie die Rotorscheibe 23, etwa ebenfalls etwa N au ßen, S innen. Analog kann an der Oberseite des Rotors eine weitere Rotorscheibe und darüber eine weitere Stativscheibe vorgesehen sein.
Fig. 13 zeigt eine Rotor- und Stativscheibe mit Magnetringen zur Lagerung des Rotors. Es ist hier ein äußerer Magnetring 27 an der Rotorscheibe 23 vorgesehen, der in radialer Richtung magnetisiert sind, also etwa N außen, S innen. Der äußere Magnetring 28 an der Stativscheibe 25 unter (bzw. über dem Rotor, wenn an dessen Oberseite auch eine Rotorscheibe vorgesehen ist) interagiert mit dem äu ßeren Magnetring 27 an der Rotorscheibe 23 abstoßend (magnetische Levitation), dort ist etwa auch also etwa N au ßen, S innen. Es ist ein innerer Magnetring 29 an der Rotorscheibe 23 vorgesehen sowie ein innerer Magnetring 30 an der Stativscheibe 25 unter (bzw. über dem Rotor), welche mit dem inneren Magnetring 29 anziehend interagiert. Im Stativ 20 des Rotors zur Aufnahme der Rotorachse 6 bzw. Rotor-Antriebswelle sind mehrere Magnete 31 vorgesehen, an der Rotorachse 6 korrespondierend dazu Magnete 32, abstoßend interagierend mit Magneten 31 (magnetische Levitation). Analog kann die Lagerung an der Oberseite des Rotors ausgeführt sein.
Fig. 14 zeigt eine andere Ausführung für die magnetische Lagerung der Rotorachse 6. Magnetische Levitation bezeichnet einen Schwebezustand, welcher durch eine bestimmte Konstellation (Magnet-Ausrichtung) zueinander erreicht wird, wie in Fig. 14. Das Prinzip magnetischer Levitation wird dadurch erreicht, dass Magnete so angebracht werden, dass diese eine Wechselwirkung aufzeigen. Beispielsweise ein Magnet, wo N oben und S sich unten befindet, als Zentrums-Magnet. Um diesen Magneten werden weitere Magneten angebracht, weiche logischerweise S oben und N unten aufweisen (entgegengesetzt). Dadurch wirken diese mit dem Zentrums-Magneten anziehend (unterschiedliche Pole), wenngleich sich die au ßen angebrachten Magnete selbst abstoßen (gleiche Polausrichtung). Wird über diesen Zentrums-Magneten nun ein weiterer Magnet hinzugefügt (am besten auf einer Achse um keine seitliche Verlagerung zu ermöglichen), welcher zum Zentrums-Magneten hin abstoßend wirkt, so wird dieser Magnet von den umliegenden Magneten um den Zentrums-Magnet angezogen. Es wirken Anziehung und Abstoßung auf diesen oben angebrachten Magneten gleichermaßen, wobei das Element (der oben angebrachte Magnet) in einem Schwebe-Zustand gehalten wird - selbst wenn das komplette Konstrukt auf den Kopf gestellt (um 180 " gedreht) wird.
Entsprechend sind in Fig. 14 an/in der Rotorachse 6 ein Magnetring 33, oder auch ein Magnet, vorgesehen (S oben), im Stativ 20 sind ein größerer mittlerer Magnetring 34 - in gleicher Höhe wie Magnetring 33 - vorgesehen, sowie ein kleinerer oberer Magnetring 35 und ein gleich großer unterer Magnetring 36. Oberer und unterer Magnetring 35, 36 sind entgegengesetzt zum Magnetring 33 orientiert, also S jeweils unten. Der mittlere Magnetring 34 kann entweder gleich wie Magnetring 33 oder gleich wie die Magnetringe 35, 36 orientiert sein.
Selbiges Prinzip wird
a. ) um die Achse wie auch Achs-Lagerung an der Oberseite des Rotors angewandt, sowie
b. ) auf den unteren Rotor-Ring/-Scheibe und auf Ring/Scheibe welcher darunter befindlich ist und zur Lagerung des Rotor dient (Fig. 13),
dabei entsteht eine horizontale wie auch vertikale magnetische Lagerung/Levitation. Bezugszeichenliste:
1 Arm
2 Lamelle (Tragfläche)
3 Permanentmagnet an der Längsachse 5 der Lamelle 2
4 Permanentmagnet am Ende der Lamelle 2
5 (Längs)Achse der Lamelle 2
6 Rotorachse (Rotor-Mitte)
7 Drehbegrenzung an der Innenseite des Arms 1 des Rotors
8 Gewölbte Au ßenfläche (an der Angriffsseite des Winds) der Lamelle 2
9 Drehbegrenzung an der Außenseite des Arms 1 des Rotors
10 Lagerung der Längsachse 5 (Magnetlager)
1 1 Windrichtung
12 Drehrichtung
13 Drehbegrenzung für Maximal-Ausschwenkung der Lamelle
14 Achslagerung der Längsachse 5 in der Lamelle 2
15 Ringmagnet an Längsachse 5 6 Ringmagnet an Arm 1 zur Befestigung der Lamelle 2 7 Schwenkradius der Lamelle 2
8 Unterer Verbindungsring für Arme 1
9 Lagerring am Stativ 20 des Rotors
0 Stativ des Rotors
1 Stützen für Stativ 20
2 oberer Verbindungsring für Arme 1
3 Rotorscheibe zur Lagerung
4 Magnete an Rotorscheibe 23
5 Stativscheibe unter bzw. über Rotor
6 Magnete an Stativscheibe 25
7 Äu ßerer Magnetring an Rotorscheibe 23
8 Äu ßerer Magnetring an Stativscheibe 25
9 innerer Magnetring an Rotorscheibe 23
0 innerer Magnetring an Stativscheibe 25
1 Magnet an Stativ 20
2 Magnet an Rotorachse 6
3 Magnetring an Rotorachse 6
4 Mittlerer Magnetring am Stativ 20
5 Oberer Magnetring am Stativ 20
6 Unterer Magnetring am Stativ 20
N magnetischer Nordpol
S magnetischer Südpol

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse (6) angeordneten Armen (1 ), an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse (6) verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen (2) angeordnet sind, welche durch Anstromung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse (5) der Lamellen (2) drehbar sind, und welche durch Anstromung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen (2) einander überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lamelle (2) sowohl im Bereich der Längsachse (5) als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse (5) entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten (3, 4) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen (2) ein Permanentmagnet (3) an der Längsachse (5) einer Lamelle einem Permanentmagneten (4) am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten (3, 4) einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in gleicher Höhe der Lamelle (2) drei Permanentmagnete (3, 4) angeordnet sind, und zwar im Bereich der Längsachse (5) auf beiden Seiten der Längsachse jeweils ein Permanentmagnet (3), wobei diese beiden Permanentmagnete (3) gleiche magnetische Orientierung aufweisen, und nahe dem Ende der Lamelle (2) ein Permanentmagnet (4) mit entgegengesetzter magnetischer Orientierung.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Lamelle (2) eine Drehbegrenzung (13) mit einem Permanentmagneten vorgesehen ist, welche das Ausschwenken der Lamelle (2) gegenüber dem Arm (1 ) begrenzt.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (5) der Lamellen (2) am Arm (1 ) mittels Magnetlagern und/oder mit Ringmagneten (15, 16) gelagert sind.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass immer jeweils zwei parallel verlaufende Arme (1 ) vorgesehen sind, zwischen denen die Lamellen (2) verlaufen und in welchen die beiden Enden der Längsachsen (5) der Lamellen (2) gelagert sind.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arme (1 ) mittels Verbindungsringen (18, 22) oder Rotorscheiben (23) miteinander verbunden sind.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (6), der Verbindungsring (18) und/oder die Rotorscheiben (23) Magnete (24, 33) oder Magnetringe (27, 29) aufweisen, mit denen der Rotor magnetisch gelagert werden kann.
8. Windrad umfassend zumindest einen Rotor nach Anspruch 7 sowie ein Stativ (20) zur Aufnahme der Rotorachse (6), wobei am Stativ (20) Magneten, insbesondere Magnetringe (34- 36), ein Lagerring (19) mit Magneten (26) und/oder eine Stativscheibe (25) mit Magnetringen (28, 30), derart vorgesehen sind, dass sie den Rotor aufgrund magnetischer Abstoßung tragen.
9. Windrad, insbesondere Windrad nach Anspruch 8, umfassend mehrere übereinander angeordnete, durch deren Rotorachse (6) gekoppelte Rotoren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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