BR102020022535A2

BR102020022535A2 - Pendulum electric power generation system

Info

Publication number: BR102020022535A2
Application number: BR102020022535-9A
Authority: BR
Inventors: Eduard Montgomery Meira Costa
Original assignee: Fundacao Universidade Federal Do Vale Do Sao Francisco
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-05-17

Abstract

Essa invenção é um gerador de energia elétrica baseado num pêndulo preso numa barra que é colocada numa torre, cujo movimento do pêndulo movimenta essa barra que tem uma corrente presa em suas extremidades e que passa por um sistema de catracas e engrenagens presas próximas à base da torre, que produz um movimento num eixo numa única direção, cujo eixo está numa estrutura de estabilidade e dentro dessa estrutura o eixo contém uma roldana e uma roda de inércia que garante o movimento do eixo mesmo quando o pêndulo atinge sua maior altura. Assim, o objetivo da presente invenção é um sistema baseado num pêndulo com um artifício para manutenção do movimento contínuo do gerador, o qual mantém uma geração de energia elétrica baseada na conversão da energia do movimento pendular em energia elétrica, o qual pode ser formalizado a nível residencial, como a níveis de geração de grandes quantidades de energia, dependendo unicamente do tamanho da torre e braço do pêndulo do sistema montado.

This invention is an electric power generator based on a pendulum attached to a bar that is placed in a tower, whose pendulum movement moves this bar that has a chain attached to its ends and that passes through a system of ratchets and gears attached near the base of the tower, which produces a movement on an axis in a single direction, whose axis is in a stability structure and within this structure the axis contains a pulley and an inertia wheel that guarantees the movement of the axis even when the pendulum reaches its greatest height. Thus, the objective of the present invention is a system based on a pendulum with a device for maintaining the continuous movement of the generator, which maintains a generation of electrical energy based on the conversion of the energy of the pendulum movement into electrical energy, which can be formalized as residential level, such as generating large amounts of energy, depending solely on the size of the tower and pendulum arm of the mounted system.

Description

PENDULUM ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM

[001] A energia elétrica move o mundo. A cada dia que passa, a demanda de energia elétrica aumenta. Entretanto, as fontes de energia elétrica que mais geram, ainda são hidroelétricas que necessitam inundar áreas imensas e ocupam grandes espaços; termonucleares que geram muito lixo radioativo, entre outras. Com o advento das energias renováveis e a necessidade de sustentabilidade e economia de energia, muitas formas alternativas têm sido desenvolvidas. Entre elas, encontram-se: a solar, baseada em painéis fotovoltaicos; a eólica, baseada em cataventos; as de marés, baseada em formas de aproveitamento de ondas do mar e marés; as termoelétricas baseadas em queima de combustíveis fosseis ou outras formas; a geotérmica, baseada em diferença de temperaturas entre superfície e fundo da Terra, entre outras.[001] Electric energy moves the world. With each passing day, the demand for electricity increases. However, the sources of electricity that generate the most are still hydroelectric plants that need to flood immense areas and occupy large spaces; thermonuclear plants that generate a lot of radioactive waste, among others. With the advent of renewable energies and the need for sustainability and energy savings, many alternative forms have been developed. Among them are: solar, based on photovoltaic panels; wind power, based on weather vanes; tidal, based on ways of taking advantage of sea waves and tides; thermoelectric plants based on burning fossil fuels or other forms; geothermal, based on the difference in temperatures between the Earth's surface and bottom, among others.

[002] Dentro da gama de formas de geração de energia, o rendimento na conversão de cada tipo de energia para energia elétrica varia de caso para caso. Exemplo disso é a solar, cujo rendimento está em torno de 30%.[002] Within the range of forms of energy generation, the efficiency in the conversion of each type of energy to electrical energy varies from case to case. An example of this is solar, whose yield is around 30%.

[003] Em seus vários aspectos, as formas de geração por energias renováveis apresentam determinadas variações ou limitações, como a solar que só gera energia elétrica durante o dia; a eólica que varia de acordo com a velocidade dos ventos que atravessam e movimentam o cata-vento, e assim por diante. Contudo, mesmo com essas variações e limitações, as tecnologias atuais de acumuladores, inversores, etc., garantem a manutenção da energia elétrica gerada ao consumidor.[003] In its various aspects, the forms of generation by renewable energy present certain variations or limitations, such as solar that only generates electricity during the day; the wind that varies according to the speed of the winds that cross and move the weather vane, and so on. However, even with these variations and limitations, the current technologies of accumulators, inverters, etc., guarantee the maintenance of the electric energy generated to the consumer.

[004] As pesquisas na busca de outras formas de geração de energia elétrica por meio de fontes alternativas continuam. Assim, o objetivo da presente invenção é um sistema baseado num pêndulo com um artifício para manutenção do movimento contínuo do gerador, o qual mantém uma geração de energia elétrica baseada na conversão da energia do movimento pendular em energia elétrica, o qual pode ser formalizado a nível residencial, como a níveis de geração de grandes quantidades de energia, dependendo unicamente do tamanho da torre e braço do pêndulo do sistema montado.[004] Research in the search for other ways of generating electricity through alternative sources continues. Thus, the objective of the present invention is a system based on a pendulum with a device for maintaining the continuous movement of the generator, which maintains a generation of electrical energy based on the conversion of the energy of the pendulum movement into electrical energy, which can be formalized as residential level, such as levels of generation of large amounts of energy, depending solely on the size of the tower and pendulum arm of the assembled system.

[005] Foram realizadas buscas de anterioridade no INPI e no Google Patents com o termo “PÊNDULO”, tendo sido encontradas patentes relacionadas à área específica desse invento: (1) PI 1102705-3 A2 (MOTOR GERADOR DE FORÇA MECÂNICA A PARTIR DA UTILIZAÇÃO DE PENDULO DE HASTE RÍGIDA) que é um Motor Gerador de Força Mecânica a Partir da Utilização de Pendulo de Haste Rígida; (2) PI 9815125-8 A2 (MOTOR DE PISTÃO DE PÊNDULO) que é um motor de pistão de pêndulo ativado de forma hidráulica ou pneumática, ou motor de pistão (toróide) de anel; (3) PI 9802077-3 A2 (MÁQUINA PRODUTORA DE ENERGIA POR FORÇA DE PENDULO EM AZA EM NA OCUPAÇÃO E DESOCUPAÇÃO DE ESPAÇO) que é um sistema de geração de energia elétrica baseado em reservatórios de líquido, cilindros e pêndulos em asa.[005] Priority searches were carried out at INPI and Google Patents with the term "PENDULUM", having found patents related to the specific area of this invention: (1) PI 1102705-3 A2 (ENGINE GENERATING MECHANICAL STRENGTH FROM THE USE RIGID STEM PENDULUM) which is a Mechanical Force Generator Engine from the Use of Rigid Stem Pendulum; (2) PI 9815125-8 A2 (PENDULUM PISTON MOTOR) which is a hydraulically or pneumatically activated pendulum piston motor, or ring piston (toroid) motor; (3) PI 9802077-3 A2 (MACHINE PRODUCING ENERGY BY PENDULUM FORCE IN AZA IN THE OCCUPATION AND VACATION OF SPACE) which is an electric power generation system based on liquid reservoirs, cylinders and wing pendulums.

[006] Utilizando o termo “GERAÇÃO”, encontraram-se variadas patentes relacionadas à área de geração de energia elétrica baseadas em energia eólica; pluvial; fotovoltaica; hidrogênio; sistemas pneumáticos; por ondas e marés; e algumas reunindo duas dessas. Entre as mais próximas relacionadas à presente invenção, encontraram-se: (4) BR 11 2017 028560 6 A2 (APARELHO E MÉTODOS PARA A GERAÇÃO DE ENERGIA) que é baseado em balancins; (5) BR 10 2017 003019 9 A2 (sistema de geração de energia elétrica por conversão de energia mecânica e indução eletromagnética) que é um sistema de geração baseado em três geradores e um motor, cuja interligação entre eles, garante a continuidade da geração elétrica. Nenhuma se refere à utilização de pêndulos na forma aqui proposta.[006] Using the term “GENERATION”, several patents related to the area of electric energy generation based on wind energy were found; rainwater; photovoltaic; hydrogen; pneumatic systems; by waves and tides; and some bringing together two of these. Among the closest ones related to the present invention were: (4) BR 11 2017 028560 6 A2 (EQUIPMENT AND METHODS FOR ENERGY GENERATION) which is based on rocker arms; (5) BR 10 2017 003019 9 A2 (electric power generation system by converting mechanical energy and electromagnetic induction) which is a generation system based on three generators and a motor, whose interconnection between them guarantees the continuity of electric generation . None refers to the use of pendulums in the way proposed here.

[007] Utilizando o termo “GERADOR ELÉTRICO”, dentre as patentes encontradas que se referem a formas de geração de energia elétrica usando várias formas, as mais próximas ao objetivo dessa patente, foram: (6) BR 10 2018 070341 2 A2 (gerador elétrico linear, múltiplo e perpétuo) que se baseia num tubo com água com bobinas na parte externa, e utiliza a força gravitacional e o empuxo para prover a geração de energia elétrica; (7) PI 1002032-2 A2 (gerador elétrico empuxo-gravitacional moto-contínuo) que utiliza a energia da queda de um objeto e um empuxo que o levanta por um líquido, gerando energia; (8) PI 0701634-4 A2 (ampliador/gerador elétrico por gravidade) que é um mecanismo de ampliação/geração de energia que utiliza a gravidade por meio de uma força continua ou pulso de força de uma fonte externa que ligado a um motor ou qualquer aparelho que tem esta mesma função, para girar um peso que gera a força que pode ser convertida em energia elétrica. Outras formas de geradores encontradas se referem a ar quente; a pressão; a influência capacitiva; a tração animal, entre outras formas.[007] Using the term "ELECTRIC GENERATOR", among the patents found that refer to ways of generating electricity using various forms, the closest to the purpose of this patent were: (6) BR 10 2018 070341 2 A2 (generator linear, multiple and perpetual electric) that is based on a tube with water with coils on the outside, and uses the gravitational force and the buoyancy to provide the generation of electric energy; (7) PI 1002032-2 A2 (continuous motion-continuous thrust-gravitational electric generator) that uses the energy of an object's fall and a thrust that lifts it by a liquid, generating energy; (8) PI 0701634-4 A2 (Gravity Electric Magnifier/Generator) which is a power magnifier/generator mechanism that utilizes gravity through a continuous force or pulse of force from an external source that connected to a motor or any device that has this same function, to rotate a weight that generates force that can be converted into electrical energy. Other forms of generators found refer to hot air; the pressure; the capacitive influence; animal traction, among other ways.

[008] Utilizando o termo “ENERGIA ELÉTRICA”, encontram-se várias patentes relacionadas a dispositivos; redes elétricas; aplicações; conversão; suprimento; entre outras, tendo algumas relacionadas a geradores e geração, já citadas ou comentadas com os termos anteriores. Assim, de todas as formas pesquisadas, nenhuma se apresenta com a geração pelo sistema de pêndulo proposto nesta presente invenção.[008] Using the term “ELECTRIC ENERGY”, there are several patents related to devices; electrical networks; applications; conversion; supply; among others, with some related to generators and generation, already mentioned or commented on with the previous terms. Thus, of all the researched ways, none presents itself with the generation by the pendulum system proposed in this present invention.

[009] De acordo com o objetivo citado anteriormente, a seguinte lista de Figuras é apresentada, mostrando o invento proposto:
A Figura 1 mostra o pêndulo com barra de sustentação para a torre, peso, treliças e presilhas da corrente.
A Figura 2 mostra o pêndulo na Torre com base e estruturas de fixação das engrenagens e corrente.
A Figura 3 mostra o sistema de engrenagens e catracas, eixos e rolamentos e roldana com disco de inércia.
A Figura 4 apresenta o sistema de catracas com corrente, mostrando giros específicos de cada uma e rolamentos dos eixos para a base da torre.
A Figura 5 mostra o sistema de engrenagens mostrando giro de cada uma no balanço do pêndulo.
A Figura 6 ilustra a torre com barra paralela para sustentação do atuador de impulso do pêndulo e sistema de controle.
A Figura 7 mostra o sistema de roldana e disco de inércia com eixo e rolamentos e ligação com correia ao gerador elétrico.
A Figura 8 mostra o posicionamento do pêndulo fechando a iluminação do circuito de controle que liga o atuador de impulso do pêndulo, assim como gerador, ponte retificadora de diodos e inversor de frequência.
A Figura 9 apresenta a barra de sustentação do atuador de impulso do pêndulo e sistema de controle, mostrando posicionamento do LED e do fotodiodo.[009] According to the objective mentioned above, the following list of Figures is presented, showing the proposed invention:
Figure 1 shows the pendulum with support bar for the tower, weight, trusses and chain clamps.
Figure 2 shows the pendulum in the Tower with base and gear and chain fastening structures.
Figure 3 shows the system of gears and ratchets, shafts and bearings and pulley with inertia disk.
Figure 4 presents the ratchet system with chain, showing specific turns of each one and axle bearings for the tower base.
Figure 5 shows the gear system showing the rotation of each one in the pendulum swing.
Figure 6 illustrates the tower with parallel bar to support the pendulum thrust actuator and control system.
Figure 7 shows the pulley and inertia disk system with shaft and bearings and belt connection to the electric generator.
Figure 8 shows the positioning of the pendulum closing the lighting of the control circuit that connects the pendulum impulse actuator, as well as the generator, diode rectifier bridge and frequency inverter.
Figure 9 presents the pendulum impulse actuator support bar and control system, showing LED and photodiode positioning.

[0010] Tomando como base as figuras apresentadas, o funcionamento do sistema se dá inicialmente por um pêndulo (1) com um peso (2) acoplado no centro de uma barra (3) horizontal, estando treliçada (4) para dar sustentação e resistência ao sistema. Nas pontas da barra, são colocadas estruturas (presilhas) (5) para prender uma corrente que moverá o sistema gerador. No acoplamento do pêndulo com a barra, dois furos se apresentam (6) em que um eixo (7) é colocado, o qual é fixado na torre (8) que apresenta um rolamento (9) para reduzir o atrito do movimento pendular.[0010] Based on the figures presented, the system works initially by a pendulum (1) with a weight (2) coupled to the center of a horizontal bar (3), being latticed (4) to provide support and resistance to the system. At the ends of the bar, structures (clamps) (5) are placed to hold a chain that will move the generating system. In the coupling of the pendulum with the bar, two holes are presented (6) in which an axle (7) is placed, which is fixed to the tower (8) that has a bearing (9) to reduce the friction of the pendulum movement.

[0011] A torre apresenta próximo a sua base uma base larga centrada (10), com quatro furos (11) para fixação de rolamentos (12) de um sistema de engrenagens. O sistema de engrenagens apresenta na frente duas catracas antiparalelas nos eixos mais externos (uma catraca de um lado e outra do outro lado, porém uma de frente - que gira no sentido horário (13) - e outra invertida (14) - que gira no sentido anti-horário). A catraca com movimento anti-horário é acoplada a uma engrenagem (15) também fixada num eixo (16) na placa (10) com um rolamento. Assim, a corrente (17) que é fixada nas presilhas (5) das extremidades da barra (3) horizontal do pêndulo (1), passa pelas duas catracas, de forma quando o pêndulo gira para um lado, apenas uma delas gira, e vice-versa. A catraca de giro anti-horário é fixada no eixo (16) com uma engrenagem (15) logo atrás da mesma, que se encaixa com outra engrenagem (17), a qual se conecta com outra catraca (18) de giro anti-horário no eixo (20) principal que gira o gerador elétrico. Na catraca de sentido horário se apresenta logo atrás dela uma engrenagem (19) que gira a catraca (18) do eixo principal que gira o gerador.[0011] The tower has near its base a wide centered base (10), with four holes (11) for fixing bearings (12) of a gear system. The gear system has two antiparallel ratchets in the front on the outermost shafts (one ratchet on one side and another on the other side, but one on the front - which turns clockwise (13) - and another inverted (14) - which turns in the opposite direction. anticlockwise). The ratchet with counterclockwise movement is coupled to a gear (15) also fixed to an axle (16) on the plate (10) with a bearing. Thus, the chain (17) that is fixed in the clamps (5) of the ends of the horizontal bar (3) of the pendulum (1), passes through the two ratchets, so that when the pendulum turns to one side, only one of them turns, and vice versa. The counterclockwise turning ratchet is fixed to the shaft (16) with a gear (15) just behind it, which fits with another gear (17), which connects with another counterclockwise turning ratchet (18). on the main shaft (20) that turns the electric generator. On the clockwise ratchet, there is a gear (19) right behind it that turns the ratchet (18) of the main shaft that turns the generator.

[0012] Todas as engrenagens são fixadas com rolamentos (12) na placa base da torre e nas duas estruturas de fixação (21). Devido à disposição das catracas e engrenagens, o movimento pendular de um lado para o outro sempre faz a catraca (18) do eixo principal (20) girar unicamente no sentido anti-horário (Figura 5).[0012] All gears are fixed with bearings (12) on the base plate of the tower and on the two fixing structures (21). Due to the arrangement of the ratchets and gears, the pendulum movement from one side to the other always causes the ratchet (18) of the main shaft (20) to rotate only counterclockwise (Figure 5).

[0013] Entre as duas estruturas de fixação (21) do eixo principal (20) se encontra uma roldana (22) e um disco de inércia (23), ambos fixados nesse eixo. O disco de inércia é uma roda resistente feito de material denso (como ferro ou aço), o qual mantém o giro da roldana mesmo quando o pêndulo está em seu máximo de energia potencial gravitacional, em que fica parado no alto de qualquer um dos lados da torre.[0013] Between the two fixing structures (21) of the main axle (20) there is a pulley (22) and an inertia disk (23), both fixed to this axle. The inertia disk is a sturdy wheel made of dense material (such as iron or steel), which keeps the pulley spinning even when the pendulum is at its maximum gravitational potential energy, where it is stationary high on either side. from the tower.

[0014] Assim, quando o pêndulo balança de um lado para o outro, a roldana gira juntamente com a roda de inércia no sentido anti-horário, mantendo-se girando em movimento contínuo. Essa roldana é, então, conectada ao eixo do gerador elétrico (24) por uma correia (25), gerando eletricidade em corrente alternada.[0014] Thus, when the pendulum swings from one side to the other, the pulley rotates together with the flywheel in a counterclockwise direction, keeping rotating in continuous motion. This pulley is then connected to the axis of the electric generator (24) by a belt (25), generating electricity in alternating current.

[0015] A energia gerada é retificada por uma ponte de diodos (26) cuja saída é ligada a um inversor de frequência (27), cuja saída (28) alimenta o controlador, bem como pode ser utilizada na rede elétrica. Além do mais, a energia cinética guardada na roda de inércia ajuda a manutenção do movimento do pêndulo. Mas, para garantir que o movimento do pêndulo seja constante, uma pequena parte da energia elétrica gerada é utilizada por um sistema de controle (29) que aciona um atuador (30), sempre que o pêndulo atinge o ponto máximo de energia potencial gravitacional (em que seu movimento para), cobrindo a iluminação de um sensor fotoelétrico (31). Isso é percebido quando o peso do pêndulo para numa barra (32) paralela à torre, onde é colocado o atuador.[0015] The generated energy is rectified by a diode bridge (26) whose output is connected to a frequency inverter (27), whose output (28) feeds the controller, as well as can be used in the electrical grid. Furthermore, the kinetic energy stored in the flywheel helps maintain the pendulum's motion. But, to ensure that the pendulum movement is constant, a small part of the generated electrical energy is used by a control system (29) that drives an actuator (30), whenever the pendulum reaches the maximum point of gravitational potential energy ( where its movement stops), covering the illumination of a photoelectric sensor (31). This is noticed when the weight of the pendulum stops on a bar (32) parallel to the tower, where the actuator is placed.

[0016] A iluminação do sensor é realizada por um LED (33), que está posicionado de frente para o sensor fotoelétrico (31) na posição da barra onde o pêndulo para seu movimento. Assim, o sistema de controle percebe a parada do pêndulo e aciona o atuador, que empurra o pêndulo. Esse artifício é utilizado para a manutenção do movimento pendular constante, desde que a energia que o mantém em movimento se perde em outras formas, fazendo-o aos poucos parar.[0016] The sensor is illuminated by an LED (33), which is positioned in front of the photoelectric sensor (31) at the position of the bar where the pendulum stops its movement. Thus, the control system senses the pendulum stop and activates the actuator, which pushes the pendulum. This device is used to keep the pendulum movement constant, since the energy that keeps it moving is lost in other ways, causing it to gradually stop.

[0017] Sendo assim, com esse sistema, o objetivo dessa invenção é uma forma de geração de energia elétrica utilizando o movimento de um pêndulo.[0017] Therefore, with this system, the objective of this invention is a way of generating electrical energy using the movement of a pendulum.

Claims

Pendulum Electric Power Generation System, characterized by a pendulum attached to a bar that has a chain attached at its ends fixed to a tower, whose chain passes through a gear system with two fixed antiparallel ratchets near the base of the tower, having the ratchet on the right fixed forward giving clockwise movement and the ratchet on the left fixed on the tower on the left side placed behind giving counter-clockwise movement, fixed on shafts with a sequence of gears and a ratchet, so that the clockwise and anti-clockwise rotation The ratchets connected to the chain give a unique movement to the ratchet of the main shaft in a counterclockwise direction, being all fixed by bearings to the tower, and having the main shaft passing through two fixing structures behind the tower, in which in this region of the axis a pulley and an inertia wheel are fixed, the pulley being connected by a belt to the axis of an electric generator, which generates energy in alternating current in its s output, which is rectified and sent to a frequency inverter to be used, in addition to feeding the control system, which is placed with an LED and a photoelectric sensor placed on a bar parallel to the tower on one side at the highest point of ascent of the pendulum , in order to perceive when the pendulum stops (maximum gravitational potential energy), activating an actuator to push the pendulum, not allowing the energy of the pendulum movement to be reduced, ensuring the constant conversion of energy from the pendulum movement into electrical energy by the generator.