ВЕТРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2019 года по МПК F03D1/04 F03D5/04 F03D7/02 

Изобретение относится к ветроэлектрическому генератору, включающему установленное с возможностью вращения вокруг горизонтальной или приближенно горизонтальной оси ветряное колесо с одной или несколькими лопастями или другими направляющими ветер поверхностями для преобразования энергии потока ветра в энергию вращения, а также, по меньшей мере, один подключенный к втулке или валу ветряного колеса генератор для преобразования энергии вращения в электрическую энергию.

Для дополнения и разгрузки нынешних энергетических средств, начиная с так называемого перехода на альтернативные источники энергии, происходит увеличение использования возобновляемых источников энергии, в частности, ветровой энергии.

Правда, ветер во многих местностях дует довольно неравномерно и нередко нельзя восполнить паузу между временами с ветром и фазами с безветрием или штилем. Дальше часто во времена со слабым ветром невозможно запустить в ход массивный ротор ветросиловой установки, так что ветроэнергетические установки в целом могут генерировать энергию только при более высоких скоростях ветра.

Из недостатков описанного уровня техники следует инициирующая изобретение проблема образования ветроэлектрического генератора таким образом, что относительная скорость набегающего потока ветра будет такой большой как возможно, соответственно может сделаться таковой.

Решение этой проблемы достигается с помощью того, что центр тяжести ветряного колеса вместе с втулкой и валом ротора, а также подключенными к ним, подвижными в части вращения и вращающимися вокруг той же самой оси вращения деталями может двигаться поступательно или приближенно поступательно. В качестве поступательного движения рассматривается, в частности, любое допускаемое с помощью такого рода установки или направляющей движение, при котором соответствующие детали, по меньшей мере, локально могут двигаться в горизонтальном или приближенно горизонтальном направлении, в частности, в направлении вала вращения ветряного колеса. Другими словами, траектория поступательного движения может проходить вдоль кривой и не должна быть вытянута по прямой. Благодаря такой степени свободы движения с одной стороны появляется возможность непосредственного уклонения от штормового порыва ветра и благодаря этому уменьшения относительной скорости потока. С другой стороны, например, после затихания такого порыва ветра – с помощью возвратного движения ветряного колеса может снова повыситься относительная скорость потока и таким образом увеличиться выход энергии. При этом используется возможность приводить ветряное колесо в поступательное движение, чтобы виртуально повысить скорость набегающего потока ветра. Если для этого по возможности благоприятно используется имеющаяся в распоряжении энергия привода, то с ней даже при небольшом или отсутствующем потоке ветра может генерироваться электрическая энергия. В качестве первичной энергии при этом могут рассматриваться другие энергии потока, например, водяного потока в реке (водная энергия) или вблизи берега (приливная энергия) или вертикальный воздушный поток (конвекционная энергия), которые при необходимости поддерживаются электроэнергией или другими ископаемыми энергоносителями, например, с целью запуска. Как дальше описывается ниже, при этом также возможно для предложенного в соответствии с изобретением поступательного движения использование ветровой энергии в качестве первичной энергии.

Оказалось благоприятным, что поступательное движение ветроэлектрического генератора осуществляется с введением параллельно к поверхности основания, в частности с ведением параллельно к преимущественно горизонтальной плоскости. Так как ветер почти всегда дует преимущественно горизонтально, таким образом, может обеспечиваться, что преимущественное направление ветра и поступательное движение находятся внутри той самой плоскости, например, примерно внутри горизонтальной плоскости.

Дальше ветровое сопротивление ветряного колеса или его деталей может регулироваться, в частности, с помощью того, что может изменяться угол установки одной или нескольких лопастей или других направляющих ветер поверхностей, или с помощью того, что ветряное колесо может поворачиваться по отношению к направлению набегающего потока, или с помощью того, что может поворачиваться преимущественно имеющий форму линии обтекания обтекатель перед ветряным колесом. Таким образом, может управляться преобразование ветровой энергии в энергию вращения. При этом перечисленные в качестве примера мероприятия для воздействия на ветровое сопротивление имеют различное влияние на степень преобразования.

Если лопасти или другие направляющие ветер поверхности устанавливаются скорее поперек к направлению ветра, повышается ветровое сопротивление, а также степень преобразования ветровой энергии в энергию вращения, если эти лопасти или направляющие ветер поверхности устанавливаются скорее параллельно к направлению ветра, уменьшается ветровое сопротивление, а также степень преобразования ветровой энергии в энергию вращения.

Если ось вращения ветряного колеса устанавливается по возможности вертикально против направления ветра – в идеальном случае антипараллельно к нему – то повышаются ветровое сопротивление, а также степень преобразования ветровой энергии в энергию вращения; если ветряное колесо вращается за ветром, то есть промежуточный угол между направлением ветра и осью вращения повышается, то снижаются ветровое сопротивление и одновременно также степень преобразования ветровой энергии в энергию вращения.

Если, наконец, имеющий форму линии обтекания обтекатель перед ветряным колесом поворачивается, то с одной стороны повышается ветровое сопротивление, в то время как с другой стороны выход энергии, то есть степень преобразовании ветровой энергии в энергию вращения, снижается.

Как из этого следует, в зависимости от мероприятия отношение изменения между ветровым сопротивлением и выходом энергии могут быть одного знака, то есть при возрастающем ветровом сопротивлении растет также выход энергии, но также и противоположного знака, то есть при возрастающем ветровом сопротивлении снижается выход энергии.

Изобретение может реализоваться, например, с помощью того, что ветроэлектрический генератор выполнен подвижным, в частности, с помощью расположенных снизу колес. Таким образом, существует возможность в случае необходимости движения ветряного колеса и, таким образом, создания скорости по отношению к окружающему воздуху, которая позволяет, что ротор может включаться в работу и генерировать ток.

Оказалось благоприятным, когда ветроэлектрический генератор расположен на борту транспортного средства. При этом речь может идти о преимущественно моторизованном дорожном транспортном средстве или о рельсовом транспортном средстве.

Изобретение в значительной степени может усовершенствоваться так, что транспортное средство будет двигаться по направляющим. В таком случае поступательное движение возможно в направлении направляющих, однако, другое движение поперек при этом невозможно.

Дальше техническое решение изобретения предусматривает, что направляющие проложены по кругу. Благодаря этому движущееся на них транспортное средство или транспортное устройство может двигаться в обоих направлениях неограниченно долго.

В рамках изобретения предусмотрено, что направляющие расположены на башне или другом, высоко возвышающемся сооружении. Таким образом, ветряное колесо находится на более высоком уровне по отношению к окружающей территории, где естественно господствуют более высокие скорости ветра, так что может достигаться повышенный выход энергии.

Ветроэлектрический генератор и/или его ветряное колесо при вращательном движении не должен (должны) быть присоединены ни к одному из расположенных снизу колес. Другими словами, энергия вращения ветряного колеса не должна вообще или непосредственно передаваться на расположенные внизу колеса, так как в таком случае коэффициент полезного действия устройства снизился бы.

Изобретение в значительной степени может усовершенствоваться так, что гондола будет установлена с возможностью вращения или поворота эксцентрично вокруг вертикальной поворотной оси. В движущейся таким образом над земной поверхностью гондоле направляющие, проложенные вдоль окружности круга, заменены на центральную установку вокруг вертикальной поворотной оси.

В изобретении рекомендуется, чтобы гондола устанавливалась с возможностью эксцентрично поворачиваться по кругу вокруг вертикальной поворотной оси, причем ось вращения ветряного колеса должна быть ориентирована примерно тангенциально к описываемому гондолой кругу. В таком случае получается максимальная связка между набегающей ветровой энергией и преобразованной из нее энергии вращения.

Преимущественно транспортное средство или транспортное устройство или гондола снабжены или соединены с устройством для его/ее поступательного привода, в частности, с двигателем. Активно способный оказывать влияние на двигатель и подверженный влиянию от двигателя поток мощности предоставляет возможность управления или регулирования поступательным движением соответственно определенным требованиям.

Приводное устройство может быть образовано в виде двигателя внутреннего сгорания или в виде электромотора или установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси пропеллера, который приводится в движение преимущественно направленного вверх конвекционного потока. Вид двигателя ориентируется на вид используемой первичной энергии. Подключение двигателя может происходить различным способом, чтобы перевести ветросиловую установку в поступательное движение. С одной стороны от него могут приводиться в движение непосредственно расположенные снизу колеса транспортного средства или транспортного устройства, откуда потом опосредованно получается это поступательное движение. Или двигатель соединен или связан с шасси транспортного средства или транспортного устройства, чтобы его перемещать с собой. При этом, во-первых, можно думать о бугеле или стреле, которая соединяет расположенный центрально двигатель с движущимся по проходящей по кругу периферии транспортным средством или транспортным устройством; с другой стороны могло бы осуществляться соединение между двигателем и транспортным средством или транспортным устройством также через тяговое средство, например, через канат, который простирается вдоль участка траектории транспортного средства или транспортного устройства.

Другие преимущества получаются благодаря тому, что проекция центра тяжести устройства для привода транспортного устройства или транспортного средства или гондолы, в частности, двигателя, находится внутри описываемого транспортным средством или транспортным устройством или гондолой при его/ее движении круга, преимущественно в или вблизи его центра. Двигатель при этом может располагаться на борту транспортного средства или транспортного устройства; предпочтительно при таком расположении двигатель, однако, расположен стационарно, то есть не движется вместе с транспортным средством, а только соединен с ним. Благодаря своему центральному положению двигатель не должен следовать за транспортным средством или транспортным устройством или гондолой, а остается соединенным с ним через тянущее, толкающее или поворачивающее средство.

Предпочтительное устройство отличается тем, что проекция центра тяжести устройства для привода транспортного средства, в частности, двигателя, на основание, по которому движется транспортное средство, находится снаружи зафиксированного опорными областями расположенных снизу колес на основании многоугольника, что может реализоваться, например, посредством расположенного приводного средства не на борту транспортного средства, а на внешней точке.

С другой стороны проекция центра тяжести ветряного колеса или ветроэлектрического генератора должна находиться на основании, по которому движется транспортное средство, внутри зафиксированного опорными областями расположенных снизу колес на основании многоугольника. Другими словами, ветряное колесо установлено на борту транспортного средства или транспортного устройства, причем из соображений максимальной устойчивости стремятся к симметричному распределению веса, а ветряное колесо или весь ветроэлектрический генератор располагается по возможности в середине на транспортном средстве или транспортном устройстве.

Предложенное в соответствии с изобретением ветряное колесо не должно располагаться внутри воздушного канала или окружаться аэродинамическими щитками, чтобы при каждом ориентировании ветряного колеса постоянно имелась возможность улавливать наибольший поток набегающего воздуха. Кроме того воздушный канал или нечто подобное при проходящем под углом набегающем потоке мог бы обеспечить под действие ветра повышенную контактную поверхность, что приведет к опасности потери устойчивости.

Диаметр ветряного колеса должен быть больше, чем наибольшая ширина транспортного средства или транспортного устройства, в частности, больше, чем боковое расстояние между двумя расположенными снизу колесами на различных сторонах транспортного средства или транспортного устройства. Благодаря этому может захватываться максимум ветровой энергии и преобразовываться в энергию вращения.

На направляющем устройстве – то есть на направляющих или на вертикальной поворотной оси – могут двигаться одновременно несколько транспортных устройств или гондол. Благодаря этому эффективность установки может повышаться дальше, так как выход энергии в целом примерно пропорционален количеству ветряных колес или ветроэлектрических генераторов.

Изобретение дальше предусматривает, что несколько двигающихся на том же самом направляющем устройстве транспортных устройств или гондол соединены или связаны друг с другом, чтобы осуществлять синхронное движение. Такое соединение с одной стороны влечет за собой синхронные движения, только смещенные по фазе, и с другой стороны предоставляет возможность передавать силы между различными транспортными устройствами или гондолами, в частности также приводные усилия для предложенного в соответствии с изобретением поступательного движения.

Стороны с набегающим потоком ветра ветряных колес на нескольких транспортных устройствах или гондолах при том же самом направлении движения соединительного средства могут иметь соответствующие локальные направления. Другими словами, они находятся, например, если смотреть в направлении движения, на передней стороне. При круговом движении – то есть по кругу, проложенным направляющими, или вокруг центральной поворотной оси – соответствующие ветряные колеса расположены, например, соответственно в направлении часовой стрелки впереди, или в качестве альтернативы этому соответственно в направлении часовой стрелки позади. При общем круговом движении при штиле все ветряные колеса в этом случае находятся под действием примерно одинакового набегающего потока; при потоке ветра, напротив, из двух ветряных колес всегда одно ветряное колесо приводится в движение ветром, в то время как другое одновременно затормаживается.

С другой стороны есть также устройство, причем стороны с набегающим потоком ветра ветряных колес на нескольких транспортных устройствах или гондолах в противоположных направлениях движения соединительного средства имеют соответствующие, локальные направления. В этом случае было бы положение кругового движения, в котором оба ветряных колеса обращены к набегающему воздуху ветра и таким образом приводятся им во вращение.

Изобретение в значительной степени может усовершенствоваться так, что лопасти ветряного колеса будут иметь возможность поворачиваться вокруг своих продольных осей, что дает возможность приспособиться к различным относительным скоростям набегающего потока воздуха. Эта функция предпочтительна при ветре, когда ветряное колесо поступательно движется вдоль изогнутой кривой и в результате чего относительная скорость набегающего потока воздуха изменяется.

Если лопасти ветряного колеса имеют возможность непрерывно поворачиваться, то есть устанавливаться на любой неограниченный угол установки, то может осуществляться также приспосабливание к повороту относительного направления вращения по отношению к набегающему потоку воздуха.

Если несколько ветряных колес в части движения связаны друг с другом и для передачи электроэнергии соединены между собой, то может реализоваться система регулирования, которая несколько, преимущественно два, соединенных между собой ветряных колеса всегда ориентирует против ветра с помощью того, что соответственно угол установки лопастей переднего в соответствующем направлении набегающего потока устанавливается таким образом, что ветровое сопротивление этого ветряного колеса повышается и, следовательно, отжимается назад набегающим ветром. Так как для перестановки угла установки лопастей требуется только минимальная энергия, таким путем может улучшаться коэффициент полезного действия установки; собственную энергию для ориентирования ветряных колес поставляет сам ветер.

Предпочтительно предложенная в соответствии с изобретением ветросиловая установка включает устройство для подачи выработанной электроэнергии в виде тока в электрическую сеть, в частности, сеть переменного или трехфазного тока. Для передачи больших мощностей при этом необходимо, чтобы предложенная в соответствии с изобретением ветросиловая установка была соединена с помощью кабеля с электрической сетью, по меньшей мере, с помощью двухжильного кабеля в случае подачи переменного тока, или с помощью, по меньшей мере, трехжильного кабеля в случае подачи трехфазного тока. При двигающихся по кругу устройствах может быть необходима транспортировка тока от ветроэлектрического генератора через контактные кольца к стационарному кабелю потребителя.

В Центральной Европе общедоступные сети трехфазного тока и сети переменного тока в виде части из них эксплуатируются с частотой 50 Гц, в других странах, как Северная Америка напротив с частотой 60 Гц. Поэтому в каждом случае необходимо устройство для синхронизации подлежащего подаче тока с частотой напряжения в сети переменного или трехфазного тока. Обычно для этого полученный в ветроэлектрическом генераторе ток трансформируется инвертором или преобразователем на соответствующую частоту и потом с напряжением сети подается в нее. Обычно для этого напряжение сети снимается и на этом основании рассчитывается положение по фазе или углу и после этого его амплитуда, и потом инвертор или преобразователь соответственно управляется, что осуществляется с помощью подходящего тактирования дросселя.

Согласно изобретению дальше может быть предусмотрено, что между ветряным колесом и соответствующим ему электрогенератором расположен механизм свободного хода, так что при противоположном порыве ветра несмотря на заторможенное ветряное колесо электрогенератор, почти не тормозя, может дальше вращаться в механизме свободного хода. В таком случае с вращающегося генератора при противоположном порыве ветра не снимается никакой энергии, благодаря чему коэффициент полезного действия дальше оптимизируется.

Кроме того на ветряном колесе, преимущественно выше по потоку или ниже по потоку может быть предусмотрено устройство для отклонения встречных порывов ветра или других неблагоприятных для нормального направления вращения ветряного колеса неблагоприятных воздушных потоков. Например, вращающееся ветряное колесо при обратном движении может подвергаться действию набегающего ветра сзади, а не спереди, как обычно. Это обратное направление набегающего потока затормаживало бы ветряное колесо и отсюда такой необычный набегающий поток ветра при обратном движении должен отводиться от ветряного колеса. Это может осуществляться с помощью отклонения этого потока.

Наконец техническое решение изобретения соответствует тому, что устройство для отклонения встречных порывов ветра или других неблагоприятных для нормального направления вращения ветряного колеса потоков воздуха образовано в виде подобного пластинчатому экрана, пластинки которого при нормальном направлении набегающего потока воздуха открываются, а при противоположном направлении набегающего потока воздуха напротив закрываются.

При этом можно иметь в виду множество параллельных друг другу пластинок, соответственно с горизонтальной продольной осью. Они установлены соответственно с возможностью поворота вокруг своих продольных кромок, в частности, вокруг соответственно верхней продольной кромки, например в боковых опорах. При обычном режиме потока они ветром устанавливаются в примерно горизонтальное положение, так что промежуточные пространства между пластинками свободны и ветер почти беспрепятственно может доходить до ветряного колеса, чтобы приводить его в движение в обычном направлении вращения. При «необычном» режиме потока пластинки падают, однако, в примерно вертикальную плоскость, но благодаря наличию упорных элементов не поворачиваются дальше, а остаются в этой плоскости и поэтому вместе закрывают область для набегающего потока, то есть отводят неблагоприятный ветер от ветряного колеса, которое благодаря этому не затормаживается. Кроме этого теперь нагружающий пластинки динамический напор может использоваться в качестве привода поступательного движения, пока соответствующее ветряное колесо, двигаясь поступательно с ускорением, снова не достигнет области с обычным режимом потока и в ней после этого сможет производить энергию вращения, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Другие признаки, детали, преимущества и эффекты на базе изобретения вытекают из следующего описания предпочтительной формы осуществления изобретения, а также чертежа. При этом показывают:

фиг. 1 - ветросиловая установка с передвигающимся по направляющим ветряным колесом и ветрогенератором;

фиг. 2 - другая ветросиловая установка с двумя передвигающимися по направляющим ветряными колесами вместе с одним на каждое колесо ветрогенератором, причем реализовано автоматическое регулирование ориентирования по азимуту по отношению к ветру; а также

фиг. 3 - вновь измененная ветросиловая установка с передвигающимися по направляющим ветряными колесами вместе с одним на каждое колесо ветроэлектрическим генератором, причем ветряные колеса снабжены изменяющимися дросселирующими поток экранами, чтобы в данном ветряном колесе не было неблагоприятных режимов потока.

Предложенная в соответствии с изобретением подвижная ветросиловая установка 1 согласно фиг. 1 включает транспортное устройство 2 с помостом для ветряного колеса 4, а также присоединенный к нему, например, через передаточный механизм электрогенератор 5.

На транспортном устройстве 2 установлены колеса 6 с ободами, которые могут передвигаться по направляющим 7. Благодаря этому ветросиловая установка 1 может передвигаться по направляющим 7.

Для транспортного устройства 2 может быть предусмотрен привод, например, с помощью присоединенного к нему двигателя или через стрелу 9, соединенную с расположенным в центре внутри круга, образованного направляющими, двигателем 8.

Дальше существует возможность вместо двигателя 8 предусмотреть другой вид привода, например, конвекционное колесо с вертикальной осью, так что поднимающийся нагретый воздух может использоваться в качестве энергии привода, чтобы повысить скорость набегающего потока, в частности, при небольшом или отсутствующем потоке воздуха.

Преимущество изобретения заключается в том, что ветряное колесо 4 вместе с транспортным устройством 2 при слишком сильном ветре может по направляющим 7 откатываться назад, так что скорость набегающего потока виртуально уменьшается. При ослабевающей скорости ветра транспортное устройство 2 вместе с ветряным колесом может затем снова двигаться вперед, благодаря чему скорость набегающего потока виртуально возрастает. Таким образом, в целом может реализовываться относительно постоянная виртуальная скорость набегающего потока.

На чертеже ветряное колесо 4 расположено по отношению транспортного устройства 2 эксцентрично, то есть за пределами его центра тяжести. Тем не менее, это может в рамках другого устройства соответственно изменяться, в частности, так, что центр тяжести всего устройства из транспортного устройства 2, помоста 3, ветряного колеса 4 и электрогенератора 5 будет находиться примерно в центре зафиксированной четырьмя колесами 6 поверхности, так что опасность опрокидывания минимизирована.

Опрокидыванию транспортного устройства 2 вместе с его верхней настройкой может оказываться противодействие также с помощью того, что направляющие имеют не только верхнюю направляющую, но также нижнюю направляющую, которой снизу захватываются соответственно движущие колеса 6.

На фиг. 2 можно видеть усовершенствованный вариант устройства согласно фиг. 1. При этом соответственно предусмотрены два транспортных устройства 2а, 2b, из которых каждое несет соответственно ветряное колесо 4а, 4b и соответственно электрогенератор 5а, 5b. Устройство является зеркально симметричным по отношению к проходящей точно между обоими транспортными устройствами 2а, 2b оси 10 симметрии.

Оптимальный набегающий поток ветра будет тогда, когда направление ветра параллельно оси 10 симметрии. В этом случае режимы потока с хорошим приближением симметричны друг другу и таким образом также воздействующие на оба ветряных колеса 4а, 4b силы. Таким образом, находятся эти силы в равновесии.

Так как оба транспортных устройства 2а, 2b c помощью стрел 9а, 9b жестко соединены друг с другом, они всегда занимают диаметрально противоположные положения по отношению друг к другу вдоль круга, образованного направляющими 7, относительно его центра, где находится центральный двигатель 8.

Все устройство из транспортных устройств 2а, 2b и стрел 9а, 9b является само по себе жестким и отсюда во всяком случае может туда и сюда колебаться вокруг центральной оси, причем оба транспортных устройства 2а, 2b движутся по направляющим 7. Это свойство может использоваться для автоматической ориентации обеих ветряных колес 4а, 4b в отношении набегающего потока ветра или воздуха.

Среди прочего, это может осуществляться с помощью того, что угол установки лопастей того ветряного колеса 4а, 4b, которое находится на соответственно переднем по отношению к ветру транспортном устройстве 2а, 2b, устанавливается более плоским, то есть в плоскости поперек к действительному в настоящий момент направлению ветра. Благодаря этому увеличивается находящаяся под действием ветра поверхность этого ветряного колеса 4а, 4b и возникает вращающий момент, который данное ветряное колесо 4а, 4b снова отжимает назад, причем тогда другое ветряное колесо 4b, 4a снова движется вперед по круговой траектории 7. Необходимое для этого усилие соответственно энергию привода создает ветер.

Кроме того, естественно, удвоение или умножение ветряных колес 4а, 4b имеет следствием соответствующее повышенное преобразование мощности.

В то время как в ветросиловой установке 1’ согласно фиг. 2 все устройство находится преимущественно в равновесии и поэтому постоянно осуществляет только небольшие компенсирующие движения, ветросиловая установка 1“ оптимизирована для циркулирующего режима с числом оборотов D, в частности также при набегающем потоке ветра W.

Таким образом, в то время как все устройство из ветряных колес 4а, 4b, транспортных устройств 2а, 2b и стрел 9а, 9b вращается вокруг центра круга 7, образованного направляющими, одно из обоих ветряных колес 4а, 4b постоянно обращено к ветру W, соответственно другое в сравнении с ним в тот же самый момент времени обращено от ветра, то есть обдувается потоком сзади, что тормозило бы вращение этого ветряного колеса 4а, 4b.

Такой отрицательный эффект может предотвращаться, например, с помощью того, что соответственно между ветряным колесом 4а, 4b и соответствующим электрогенератором 6а, 6b расположен соответственно механизм свободного хода, который передает только движущие вращающие моменты в обычном направлении вращения, и, напротив, никаких тормозящих вращающих моментов.

Чтобы предотвратить затормаживание ветряного колеса 4а, 4b, кроме того в области каждого транспортного устройства 2а, 2b может быть в непосредственной близи позади ветряного колеса 4а, 4b предусмотрен пластинчатообразный экран 11а, 11b.

Пластинчатообразные экраны 11а, 11b созданы таким образом, что набегающий спереди на соответствующее ветряное колесо 4а, 4b поток ветра может разворачивать назад способные поворачиваться вокруг своих продольных кромок, преимущественно вокруг своих верхних продольных кромок, пластинки, следовательно в направлении W ветра. Пластинки, таким образом, поворачиваются наружу из общей плоскости и устанавливаются параллельно друг другу, причем между соседними пластинками возникает большое промежуточное пространство, которое позволяет почти беспрепятственно проходить ветру.

Если, однако, направление W ветра противоположно, то соответствующему откидыванию пластинок в другом направлении создается препятствие с помощью упорных элементов. Таким образом, пластинки остаются в общей плоскости, экран остается закрытым, ветер не может дойти до соответствующего ветряного колеса 4а, 4b и следовательно также затормозить его.

Одновременно образующий нагрузку на закрытом пластинчатом экране скоростной напор W ветра создает вращающий момент, приводящий в движение все устройство из транспортных устройств 2а, 2b, ветряных колес 4а, 4b и электрогенераторов 6а, 6b в направлении по кругу, который приводит соответственно переднее ветряное колесо 4а, 4b в движение против ветра, так что в показанном на фиг. 3 положении возникает наибольший виртуальный поток S, который определяется по формуле:

S = W + D * 2πR,

где: R – среднее расстояние ветряного колеса 4а, 4b от центра 12 круга 7, образованного направляющими.

В то время как при этом слагаемое D * 2πR независимо от соответствующего положения данного транспортного устройства 2а, 2b остается приблизительно постоянным, влияние слагаемого W зависит от мгновенного положения соответствующего ветряного колеса 4а, 4b, примерно согласно функции синуса или косинуса, так что набегающий поток определяется по формуле, приведенной ниже:

S = W * sin α + D * 2πR,

где: α – угол поворота относительно нулевой точки на стороне оси 10 симметрии, обращенной от ветра W.

Описанный выше механизм свободного хода, как и дальше описанный выше экран, из пластинок 11а, 11b препятствует при этом затормаживающему действию, в частности, если множитель sin α меньше нуля. Поэтому в этом случае всегда действительно:

S > D * 2πR,

так как W * sin α исключается при значениях меньше нуля. Приводящий в движение вращающий момент D создает при этом соответственно находящийся на фиг. 3 прямо слева от линии 10 симметрии экран 11а из пластинок, который закрыт и задерживает набегающий воздух и над стрелами 9а, 9b распределяет на оба ветряные колеса 4а, 4b.

Этот более сильный виртуальный поток S имеет следствием более высокое число оборотов ветряного колеса 4а, 4b и отсюда, среди прочего, следует более легкий запуск установки.

В другой альтернативной форме осуществления ветросиловая установка 1 может быть образована миниатюрной и может располагаться на борту пригодного к движению по улицам транспортного средства, так что оно из своей энергии движения может вырабатывать ток, например, в процессе торможения. Предпочтительно для этого такая ветросиловая установка расположена внутри кузова, например, под капотом двигателя, и может при необходимости подключаться, когда в распоряжении будет избыточная энергия движения, например, в процессе торможения или во время езды по наклону вниз. С этой целью ветряное колесо может быть скрыто позади обтекателя с формой в соответствии с линией обтекания, который при необходимости может открываться, в то время как при процессах ускорения напротив закрыт, чтобы не создавать никакого сопротивления воздуха.

Перечень ссылочных позиций

1. Ветросиловая установка

2. Транспортное устройство

3. Помост

4. Ветряное колесо

5. Электрогенератор

6. Колеса

7. Направляющие

8. Двигатель

9. Стрела

10. Ось симметрии

11. Экран из пластинок

12. Центр

Изобретение относится к ветрогенератору. Ветрогенератор (1), включающий установленное с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси вращения ветряное колесо (4) с одной или несколькими лопастями или направляющими ветер поверхностями для преобразования энергии потока ветра в энергию вращения, а также по меньшей мере один генератор (5), подключенный к втулке или валу ветряного колеса или к выходному валу присоединенного к ним передаточного механизма для преобразования энергии вращения в электрическую энергию, причем центр тяжести ветряного колеса (4) вместе с втулкой и валом ротора может двигаться поступательно в направлении параллельно к оси вращения ветряного колеса (4). Ветряное колесо (4) расположено вне любого воздушного канала и свободно от направляющих аэродинамических щитков, так что посредством ветряного колеса всегда улавливается максимум натекающего воздуха. Изобретение направлено на упрощение запуска ветряного колеса. 27 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветрогенератор (1), включающий установленное с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси вращения ветряное колесо (4) с одной или несколькими лопастями или направляющими ветер поверхностями для преобразования энергии потока ветра в энергию вращения, а также по меньшей мере один генератор (5), подключенный к втулке или валу ветряного колеса или к выходному валу присоединенного к ним передаточного механизма для преобразования энергии вращения в электрическую энергию, причем центр тяжести ветряного колеса (4) вместе с втулкой и валом ротора может двигаться поступательно в направлении параллельно к оси вращения ветряного колеса (4), отличающийся тем, что ветряное колесо (4) расположено вне любого воздушного канала и свободно от направляющих аэродинамических щитков, так что посредством ветряного колеса всегда улавливается максимум натекающего воздуха.

2. Ветрогенератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что его поступательное движение осуществляется с ведением параллельно к поверхности основания, в частности с ведением параллельно к горизонтальной плоскости.

3. Ветрогенератор (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ветровое сопротивление ветряного колеса (4) может регулироваться, в частности, с помощью того, что угол установки одной или нескольких лопастей или направляющих ветер поверхностей может изменяться, или с помощью того, что ветряное колесо (4) может поворачиваться по отношению к направлению набегающего потока, или с помощью того, что может поворачиваться преимущественно имеющий обтекаемую форму обтекатель (11) перед ветряным колесом (4).

4. Ветрогенератор (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он выполнен подвижным, в частности, с помощью расположенных снизу колес (6).

5. Ветрогенератор по п. 4, отличающийся тем, что он расположен на транспортном устройстве (2) или на борту транспортного средства или гондоле.

6. Ветрогенератор (1) по п. 5, отличающийся тем, что транспортное устройство (2) или транспортное средство установлено с возможностью передвижения по направляющим (7).

7. Ветрогенератор (1) по п. 6, отличающийся тем, что направляющие (7) проложены по кругу.

8. Ветрогенератор (1) по п. 7, отличающийся тем, что направляющие (7) расположены на башне.

9. Ветрогенератор по п. 5, отличающийся тем, что гондола установлена с возможностью поворачивания эксцентрично вокруг вертикальной поворотной оси.

10. Ветрогенератор (1) по п. 9, отличающийся тем, что гондола установлена с возможностью поворачивания эксцентрично по кругу вокруг вертикальной поворотной оси, причем ось вращения ветряного колеса (4) ориентирована тангенциально к описываемому гондолой кругу.

11. Ветрогенератор (1) по любому из пп. 5-10, отличающийся тем, что имеется устройство для привода транспортного средства или транспортного устройства (2), или гондолы, в частности, двигателем (8).

12. Ветрогенератор (1) по п. 11, отличающийся тем, что приводное устройство образовано в виде двигателя внутреннего сгорания или в виде электродвигателя, или в виде установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси пропеллера, приводимого в движение направленным вверх конвекционным потоком.

13. Ветрогенератор (1) по п. 11 или 12, отличающийся тем, что проекция центра тяжести устройства для привода транспортного устройства (2) или транспортного средства, или гондолы, в частности двигателя (8), находится внутри круга, описываемого транспортным средством или транспортным устройством (2), или гондолой при его/ее движении в его центре.

14. Ветрогенератор (1) по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что проекция центра тяжести устройства для привода транспортного средства или транспортного устройства (2), в частности двигателя (8), на основание, по которому движется транспортное средство, находится снаружи зафиксированного опорными областями расположенных снизу колес (6) на основании многоугольника.

15. Ветрогенератор (1) по любому из пп. 4-14, отличающийся тем, что проекция центра тяжести ветряного колеса (4) или ветрогенератора (1) на основание, по которому движется транспортное средство, находится внутри зафиксированного опорными областями распложенных снизу колес (6) на основании многоугольника.

16. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что диаметр ветряного колеса (4) больше, чем наибольшая ширина транспортного средства или транспортного устройства, в частности, больше, чем боковое расстояние между двумя расположенными снизу колесами его на различных сторонах транспортного средства или транспортного устройства.

17. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на направляющем устройстве одновременно расположено несколько транспортных устройств или гондол.

18. Ветрогенератор (1) по п. 17, отличающийся тем, что несколько расположенных на этом самом направляющем устройстве транспортных устройств или гондол соединены друг с другом, чтобы осуществлять синхронные движения.

19. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что стороны ветряного колеса (4), подлежащие воздействию набегающего потока ветра (W), на нескольких транспортных устройствах (2) или гондолах в том же самом направлении движения соединительного средства имеют соответствующие локальные ориентации.

20. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что стороны ветряного колеса (4), подлежащие воздействию набегающего потока ветра (W), на нескольких транспортных устройствах (2) или гондолах в противоположных направлениях движения соединительного средства имеют соответствующие локальные ориентации.

21. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что лопасти ветряного колеса (4) установлены с возможностью регулирования вокруг своих продольных осей, чтобы иметь возможность приспособиться к различным относительным скоростям набегающего потока воздуха.

22. Ветрогенератор (1) по п. 21, отличающийся тем, что лопасти ветряного колеса (4) установлены с возможностью непрерывного регулирования, то есть на любой неограниченный угол установки, чтобы иметь возможность приспособиться к перемене на обратное относительного направления вращения по отношению к набегающему потоку воздуха.

23. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что имеется система регулирования, которая несколько, преимущественно два, соединенных друг с другом ветряных колес (4) постоянно ориентирует против ветра (W) c помощью того, что соответственно угол установки лопастей переднего в соответствующем направлении набегающего потока ветряного колеса (4) регулируется таким образом, что ветровое сопротивление этого ветряного колеса (4) повышается и таким образом набегающим потоком ветра (W) оттесняется назад.

24. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что имеется устройство для подачи выработанной электроэнергии в виде тока в электрическую сеть, в частности сеть переменного тока или трехфазного тока.

25. Ветрогенератор (1) по п. 24, отличающийся тем, что имеется устройство для синхронизации подающегося тока с частотой напряжения в сети переменного тока или трехфазного тока.

26. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что между ветряным колесом (4) и соответствующим ему электрогенератором (5) расположен механизм свободного хода, так что при встречном порыве ветра несмотря на заторможенное ветряное колесо (4) электрогенератор (5) дальше вращается в механизме свободного хода почти без торможения.

27. Ветрогенератор (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на ветряном колесе (4) вверх по потоку или вниз по потоку его предусмотрено устройство для отклонения встречных порывов ветра или других неблагоприятных для нормального направления вращения ветряного колеса потоков воздуха.

28. Ветрогенератор (1) по п. 27, отличающийся тем, что устройство для отклонения встречных порывов ветра или неблагоприятных для нормального направления вращения потоков воздуха образовано в виде состоящего из пластинок экрана (11), пластинки которого в нормальном направлении набегающего потока воздуха открываются, напротив, при противоположном направлении набегающего потока воздуха закрываются.