DE2814247A1

DE2814247A1 - Wind driven electrical generator - utilised magnus effect on two revolving rotors to produce couple driving generator

Info

Publication number: DE2814247A1
Application number: DE19782814247
Authority: DE
Inventors: Daniel Henggeler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-05
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1978-10-19

Abstract

The generator has an outer cylindrical housing (53) with a conical wind inlet at the front. Inside it there is a conical revolving housing (54) with air apertures (55) in its side. Two rotors (56) are placed at an angle to each other inside the conical housing and are rotated about their own axes through a gear train (59, 60) by an electric motor (52). As the wind flows through the side of the housing and over the rotating cylinders it produces a force on each perpendicular to its axis by the Magnus effect. The forces on the two rotors produce a couple which is transmitted to the conical housing and causes it to revolve. This rotation is used to drive an electrical generator (63).

Description

Windkraftmaschine Bei einem um seine Achse rotierenden und senkrecht zu dieser Achse von einem Gas, Iiuft oder einer Flüssigkeit angeströmten Zylinder tritt eine "Querkraft" senkrecht zur Achse und zur Anströmrichtung auf, die nach ihrem Entdecker Prof. Magnus als Magnus-Effekt bekannt ist. Die Grösse dieser Kraft ist abhängig vom spezifischen Gewicht des Gases, der Luft oder der Flüssigkeit, von der An -strömgeschwindigkeit und von der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Zylinders. Wind power machine with a rotating around its axis and perpendicular on this axis from a gas, air or a liquid flowed cylinder occurs a "transverse force" perpendicular to the axis and the direction of flow, which after is known to its discoverer Prof. Magnus as the Magnus effect. The size of this force depends on the specific weight of the gas, air or liquid, the flow velocity and the peripheral speed of the rotating Cylinder.

hen 1 Flettner hat von dieser Erkenntnis gebrauch gemacht und ein Schiff mit solchen rotierenden Zylindern gebaut, welche die Segel ersetzten. Der Wirkungsgrad des rotierenden Zylinders lässt sich verbessern, wenn an beiden Enden desselben kreiszylindrische Scheiben angebracht werden, deren Durchmesser grösser ist, als der Durchmesser des Zylinders. Flettner hat auch Versuche mit Rotoren ausgeführt, die nicht zylindrisch, sondern konisch ausgebildet waren. Es können auch Rotoren aus mehreren gleichartig angeordneten, hintereinander aufgereihten zylindrischen oder konischen Teilen mit dazwischenliegenden Scheiben aufgebaut sein.hen 1 Flettner made use of this knowledge made and built a ship with such rotating cylinders as the sails replace. The efficiency of the rotating cylinder can be improved if at both ends of the same circular cylindrical disks are attached, their diameter is larger than the diameter of the cylinder. Flettner also has experiments with rotors executed, which were not cylindrical, but conical. It can also rotors made up of several similarly arranged, lined up one behind the other cylindrical or conical parts with discs in between.

Alle diese möglichen Rotor-Bauarten werden im Folgenden und in den Ansprüchen als "FlettDer - Rotor" bezeichnet.All of these possible rotor designs are described below and in Claims referred to as "FlettDer - Rotor".

hen 1 Es ist ein Versuch bekannt, um mit Hilfe von Flettner-Rotoren eine Windkraftmaschine zu bauen. Bei dieser Maschine waren die Rotoren wie Flügel eines Propellers angeordnet.hen 1 There is known an attempt to get around with the help of Flettner rotors to build a wind power machine. With this machine they were Rotors arranged like blades of a propeller.

Dabei waren die Strömungsverhältnisse an den Flettner-Rotoren derart ungünstig, dass das Projekt fallen gelassen wurde.The flow conditions on the Flettner rotors were like this unfavorable that the project was dropped.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe eine Windkraftmaschine zu schaffen, die von Flettner-Rotoren gebrauch macht, günstige Strömungsverhältnisse für diese schafft und damit einen besseren Wirkungsgrad erzielt.The object of the invention is to create a wind power machine, which makes use of Flettner rotors, favorable flow conditions for them creates and thus achieves a better degree of efficiency.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Windkraf-t/maschine, die sich auszeichnet durch ein im Betrieb rotierendes, rotationssymmetrisch ausgebildetes tuftleitgehäuse mit zentraler Welle, an dem parallel oder geneigt zur Welle, in symmetrischer Anordnung, mindestens zwei mechanisch hen 1 angetriebene Flettner-Rotoren angeordnet sind, denen je eine im Luftleitgehäuse angebrachte und parallel zur jeweiligen rotorachse verlaufende Luftzufuhröffnung zugeordnet ist.The invention solves this problem with a wind power machine that is characterized by a rotationally symmetrical design that rotates during operation tuftleitgehäuse with central shaft, on which parallel or inclined to the shaft, in symmetrical arrangement, at least two mechanically 1 powered Flettner rotors are arranged, each one attached to the air guide housing and Air supply opening running parallel to the respective rotor axis is assigned.

Die erfindungsgemässe Windkraftmaschine kann verschiedene Bauarten aufweisen, je nachdem die Flettner-Rotoren innen im Luftleitgehäuse oder aussen an demselben angebracht sind. Weitere bauliche Unterschiede ergeben sich dadurch, dass die Flettner-Rotoren entweder parallel oder geneigt zur zentralen Welle des Luftleitgehäuses angeordnet sein können und schliesslich entscheiden Anzahl und Grösse der Flettner-Rotoren Über die Grönse der Maschine.The wind power machine according to the invention can be of various types have, depending on the Flettner rotors inside the air guide housing or outside are attached to the same. Further structural differences result from that the Flettner rotors are either parallel or inclined to the central shaft of the Luftleitgehäuses can be arranged and ultimately decide the number and Size of the Flettner rotors About the size of the machine.

In der Zeichnung sind einige Bauarten der erfindungsgemässen, mit einem Generator gekuppelten Windkraftmaschine dargestellt und zwar zeigen beispielsweise: Figur 1 und 2 Windkraftmaschinen mit innen im Luftleitgehäuse angeordneten Flettner-Rotoren, in schematischer Darstellung; Figur 3 und 4 Maschinen mit aussen am luftleitgehäuse angeordenten Flettner-Rotoren, ebenfalls in vereinfachter Darstellung Figur 5 eine Maschine entsprechend dem Aufbau nach Figur 2 im Längsschnitt.In the drawing are some types of the inventive, with A wind power machine coupled to a generator are shown, for example: Figures 1 and 2 wind power machines with Flettner rotors arranged inside in the air guide housing, in a schematic representation; Figure 3 and 4 machines with the outside on the air guide housing arranged Flettner rotors, also in a simplified representation of Figure 5 a Machine according to the structure of Figure 2 in longitudinal section.

hen 1 Luftleitgehäuses In den Figuren 1 - 4 ist die Welle W des) durch eine strichpunktierte Linie dargestellt, die in Lagern L drehbar gelagert ist. Auf der Welle W ist das Luftleitgehäuse R drehfest gelagert.hen 1 Luftleitgehäuses In Figures 1 - 4 is the Shaft W des) represented by a dash-dotted line, which is rotatable in bearings L. is stored. The air guide housing R is rotatably mounted on the shaft W.

Bei der Windkraftmaschine, wie sie schematisch in Figur 1 dargestellt ist, umfasst das als Rotor ausgebildete Luftleitgehäuse einen trichterförmigen äusseren Mantel 10 und eine an der weiten Einlassseite angebrachten aerodynamisch geformte Abdeckhaube 11. Der äussere Mantel 10 und die Haube 11 sind durch einen inneren Mantel miteinander verbunden. Dieser innere Mantel ist mit Luftzufuhröffnungen 12 versehen. Im inneren Mantel sind unter den Luftzufuhröffnungen Flettner-Rotoren FR angebracht, die von Motoren M getrieben werden. Die FR sind drehbar im Luftleitgehäuse R gelagert, während die Motoren M in der Haube 11 untergebracht sind. Die durch Pfeile angedeutete Luftströmung strömt links in das Luftleitgehäuse R ein, durchsetzt die Oeffnungen 12, strömt die sich gleichsinnig drehenden FR an und verlasst das Gehäuse rechts. Die dabei infolge des Magnus-Effekts an den FR wirksam werdenden Kräfte treiben das Luftleitgehäuse R an und Welle W kann beispielsweise den damit gekuppelten Generator G antreiben.In the case of the wind power machine as shown schematically in FIG is, the air guide housing designed as a rotor comprises a funnel-shaped outer one Jacket 10 and an aerodynamically shaped one attached to the wide inlet side Cover hood 11. The outer jacket 10 and the hood 11 are through an inner Coat connected to each other. This inner jacket is provided with air supply openings 12 Mistake. Flettner rotors are located in the inner jacket under the air supply openings FR attached, which are driven by M motors. The FR can be rotated in the air guide housing R stored, while the motors M are housed in the hood 11. By Air flow indicated by arrows flows into the air guide housing R on the left, interspersed the openings 12, flows to the FR rotating in the same direction and leaves it Housing on the right. The ones taking effect on the FR as a result of the Magnus effect Forces drive the air guide housing R and shaft W can, for example, use it drive coupled generator G.

Da die Windkraftmaschine relativ langsam läuft, ist zwischen der Welle W und dem Generator G ein Uebersetzungsgetriebe U angebracht, welches die Tourenzahl erhöht.Since the wind power machine runs relatively slowly, there is between the shaft W and the generator G a transmission gear U attached, which the number of revolutions elevated.

hen l Die in Figur 2 schematisch dargestellte Windkraftmaschine unterscheidet sich vonderjenigen nach Figur 1 dadurch, dass die FR gegen die Welle W geneigt eingebaut sind.hen l The wind power machine shown schematically in FIG differs from that of Figure 1 in that the FR against the shaft W are installed at an incline.

Dadurch wird ein grösserer Luftaustrittsquerschnitt geschaffen.This creates a larger air outlet cross-section.

Bei der Windkraftmaschine nach Schema Figur 3 umfasst das Luftleitgehäuse R eine aerodynamisch geformte Haube 30, die ringförmig ausgebildet ist. Diese ist über einen inneren Mantel, der mit Luftzufuhröffnungen 31 versehen ist, mit einem rückwärtigen Gehäuseteil 32 verbunden. Ausserhalb dieses inneren Mantels, im Bereich der Oeffnungen 31, sind Flettner-Rotoren FR montiert, die von Motoren M getrieben werden. Die vorne (im Bild links) einströmende Luft durchsetzt die Oeffnungen 31, strömt die Rotoren FR an und entweicht dann ins Freie.In the case of the wind power machine according to the scheme of FIG. 3, the air guide housing comprises R an aerodynamically shaped hood 30 which is annular. This is via an inner jacket, which is provided with air supply openings 31, with a rear housing part 32 connected. Outside that inner mantle, in the area of the openings 31, Flettner rotors FR are mounted, which are driven by M motors will. The air flowing in at the front (on the left in the picture) passes through the openings 31, flows towards the rotors FR and then escapes into the open.

Die Maschine nach Figur 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Pigur 3 dadurch, dass die FR zur Welle W geneigt eingebaut sind. Die Antriebsmotoren M sind hier im rückseitigen Gehäuseteil 40 des Luftleitgehäuses R eingebaut.The machine according to FIG. 4 differs from that according to Pigur 3 in that the FR are installed inclined to the shaft W. The drive motors M are installed here in the rear housing part 40 of the air guide housing R.

Zur Vermeidung starker Turbulenzen kann es von Vorteil sein, die aussen liegenden FR durch einen äusseren Mantel 41 abzudecken und die Luft erst weiter hinten ins Freie austreten zu lassen, wie dies mit unterbrochenen Linien in Figur 4 angedeutet ist.To avoid strong turbulence, it can be advantageous to go outside lying FR to be covered by an outer jacket 41 and the air only further to let the rear exit into the open, as shown with broken lines in figure 4 is indicated.

hen 1 In Figur 5 ist ein mehr detailliertes Ausführungsbeispiel einer mit einem Generator G gekuppelten Windkraftmaschine nach dem Schema von Figur 2 im Längsschnitt dargestellt.hen 1 In Figure 5 is a more detailed embodiment a wind power machine coupled to a generator G according to the scheme of FIG 2 shown in longitudinal section.

Die mit dem Generator gekuppelte Windkraftmaschine bildet ein Aggregat, das als Ganzes auf einem Gestell 50 angeordnet ist, das auf einer vertikalen Achse 51 befestigt ist. Diese Achse ist drehbar in einem nicht dargestellten Mast gelagert. Dies erlaubt das Aggregat der Windrichtung entsprechend gegen den Wind zu drehen. Die Drehung kann auf einfache Weise mittels einer nicht dargestellten Windfahne oder mehr regeltechnisch stabil, mittels eines Servomotors erfolgen. Die Energiezufuhr für den die Flettner-Rotoren treibenden Motor 52 und die Ableitung der vom Generator G erzeugten elektrischen Energie erfolgt über konzentrisch zur Welle 51 angeordente Schleifringe S1.The wind power machine coupled with the generator forms an aggregate, which is arranged as a whole on a frame 50 which is on a vertical axis 51 is attached. This axis is rotatably mounted in a mast, not shown. This allows the unit to turn against the wind according to the wind direction. The rotation can be carried out in a simple manner by means of a wind vane (not shown) or more stable in terms of control technology, by means of a servo motor. The energy supply for the motor 52 driving the Flettner rotors and the derivation of the generator G generated electrical energy takes place via concentric to the shaft 51 arranged Slip rings S1.

Die eigentliche Windkraftmaschine umfasst ein Luftgehäuse mit einem äusseren Mantel 53 und einem inneren Mantel 54.The actual wind power machine comprises an air housing with a outer jacket 53 and an inner jacket 54.

Der äussere Mantel 53 ist an der Lufteintrittseite trichterförmig erweitert. Der innere Mantel 54 ist mit Luftzufuhröffnungen 55 versehen, durch welche die Luft den Flettner-Rotoren 56 zugeleitet wird. Die Luft strömt die Rotoren 56 an , gelangt ins Innere des inneren Mantels 54 und entweicht durch die Luft-Austrittsbffnung 57. In der Zeichnung ist nur ein solcher Flettner-Rotor 56 dargestellt, das Gehäuse ist für drei solcher Rotoren bemessen, hen 1 die in symmetrischer Anordnung jeweils um 1200 versetzt um die zentrale Welle 58 plaziert sind.The outer jacket 53 is funnel-shaped on the air inlet side expanded. The inner jacket 54 is provided with air supply openings 55 through which the air is fed to the Flettner rotors 56. The air flows through the rotors 56 enters the interior of the inner jacket 54 and escapes through the air outlet opening 57. Only one such Flettner rotor 56 is shown in the drawing, the housing is dimensioned for three such rotors, hen 1 those in symmetrical Arrangement are each placed around the central shaft 58 offset by 1200.

Die drei Flettner -Rotoren 58 werden von einem einzigen Motor 52 mit Hilfe von Kegelrädern 59,60 angetrieben.The three Flettner rotors 58 are powered by a single motor 52 Driven by bevel gears 59.60.

Das zentrale Kegelrad 59 ist auf der Motorwelle montiert und treibt die drei Satelitenräder 60 für den Antrieb der Flettner-Rotoren.The central bevel gear 59 is mounted on the motor shaft and drives the three satellite wheels 60 for driving the Flettner rotors.

Statt einer durchgehenden zentralen Welle wie in den schematischen Darstellungen, ist sie hier unterteilt, indem das Luftleitgehäuse an der Eintrittseite direkt an das Uebersetzungsgetriebe U angeflanscht ist, während die Welle 58 in einem Lager 61 drehbar gehalten ist, das über einen Lagerbock 62 mit dem Gestell 50 verbunden ist.Instead of a continuous central shaft as in the schematic Representations, it is subdivided here by placing the air guide housing on the inlet side is flanged directly to the transmission gear U, while the shaft 58 in a bearing 61 is rotatably held, which via a bearing block 62 with the frame 50 is connected.

Damit der Generator schneller läuft und kleiner sein kann, ist ein Uebersetzungsgetriebe U angebracht. Es behindert die Luftströmung weniger und ist zudem mit einer aerodynamisch geformten Abdeckhaube 63 versehen.So that the generator runs faster and can be smaller, there is a Transmission gear U attached. It hampers the flow of air and is less also provided with an aerodynamically shaped cover 63.

Es ist von Vorteil, wenn die Stütze 64 für den Generator und den Lagerbock 62 ein aerodynamisch günstiges Querschnittsprofil aufweisen. Die Stromzufuhr für den Antriebsmotor 52 kann beispielsweise über Schleifringe S2 ilEll 1 am rückwärtigen Ende der zentralen Welle 58 erfolgen. It is advantageous if the support 64 for the generator and the Bearing block 62 have an aerodynamically favorable cross-sectional profile. The power supply for the drive motor 52, for example slip rings S2 ilEll 1 at the rear end of the central shaft 58 take place.

Die Stromzufuhrdrähte könnten dann beispielsweise in der hohl ausgeführten Welle 58 verlegt werden. Die vom Generator G erzeugte Energie könnte über Leitungen, die in der hohl ausgeführten Stütze 64 verlegt sind, zu den Schleifringen S1 geführt werden.The power supply wires could then be made hollow, for example Shaft 58 to be relocated. The energy generated by the generator G could be supplied via lines, which are laid in the hollow support 64, led to the slip rings S1 will.

hen 1hen 1

Claims

Claims wind power machine, characterized by an in operation rotating, rotationally symmetrical air duct housing with central shaft, at the parallel or inclined to the shaft, in a symmetrical arrangement, at least two mechanically driven Flettner rotors are arranged, each one in the tuftleitgehäuse attached and parallel to the respective rotor axis running air supply opening assigned.

2. Wind power machine according to claim 1, characterized in that the Flettner rotors are mounted inside the air guide housing, the air supply openings which direct the air radially inwards via the Flettner rotors (Fig. 1, 2.5).

3. Wind power machine according to claim 1, characterized in that the Flettner rotors are attached to the outside of the air duct, which has air supply openings which direct the air radially outwards via the Flettner rotors (Fig.3,4).

4. Wind power machine according to claim 2, characterized in that the Flettner rotors are arranged parallel to the central shaft. (Fig. 1,3).

hen 1 5. Wind power machine according to claim 2, characterized characterized in that the Flettner rotors are symmetrical but inclined to the central one Shaft are arranged such that they are closer to the air inlet point the central shaft than on the exit side (Fig.2,5).

6. Wind power machine according to claim 3, characterized in that the Flettner rotors are arranged symmetrically and parallel to the central shaft (Figure 3).

7. Wind power machine according to claim 3, characterized in that the Flettner rotors are arranged symmetrically but inclined to the central shaft, in such a way that they are closer to the central shaft on the air outlet side, than on the air inlet side (Figure 4).

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