BR112021012702A2

BR112021012702A2 - Turbinas hidrocinéticas e eólicas controladas por conversor de velocidade mecânica eficiente e escalonável

Info

Publication number: BR112021012702A2
Application number: BR112021012702-0A
Authority: BR
Inventors: Kyung Soo Han
Original assignee: Differential Dynamics Corporation
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-09-08
Also published as: WO2020139863A1; AU2019416124A1; AU2024202456A1; EP3853504A4; CA3112223C; EP3853504A1; MX2021003494A; CA3112223A1

Abstract

turbinas hidrocinéticas e eólicas controladas por conversor de velocidade mecânica eficiente e escalonável. uma turbina eólica ou de fluxo de água (hidrocinética) para aproveitar um valor mínimo predeterminado ou de carga de base de energia elétrica renovável da energia eólica ou de fluxo de água recebida em um módulo de aproveitamento compreende o módulo de aproveitamento, um módulo de controle e um módulo de geração. o princípio de han é que, em um sistema de conversor de velocidade de três variáveis hummingbird com torque balanceado, a partir de uma potência de entrada (entrada) aproveitada, a energia elétrica gerada (saída) deve exceder a energia elétrica usada para a potência de controle (entrada de controle) e a potência de entrada deve exceder a soma da potência de controle e potência de saída. a potência de entrada aproveitada é fornecida a um sistema de controle de engrenagem mecânica de três variáveis com equilíbrio de energia quando um gráfico de potência de controle versus carga é cruzado por um gráfico de linha de potência de saída para obter uma vantagem elétrica na saída de gerador. o três sistema de controle de movimento mecânico variável ou "movimento" compreende um conjunto de controle hummingbird de primeiro e segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal/cônica/meia-esquadria/engrenagem de anel ou conjuntos transgear com um ajuste entre eles para eliminar variações de entrada de velocidade de rotação constante. a variável mecânica hummingbird para controle de velocidade constante, um motor de controle e um gerador entre outros componentes podem ser montados em terra ou em plataforma flutuante. energia elétrica constante em frequência constante é fornecida a uma carga variável.

Description

TURBINAS HIDROCINÉTICAS E EÓLICAS CONTROLADAS POR CONVERSOR DE VELOCIDADE MECÂNICA EFICIENTE E ESCALONÁVEL

[0001] Este pedido reivindica o direito de prioridade e é uma continuação em parte do Pedido de Patente US Nº de série 16/233.365 depositado em 27 de dezembro de 2018; é uma continuação em parte do Pedido de Patente US Nº de série 16/691.145 depositado em 11 de dezembro de 2019; e é uma continuação em parte do Pedido de Patente US Nº de série 16/701.741 depositado em 3 de dezembro de 2019; todos os pedidos de patente sendo do mesmo inventor e incorporados por referência neste documento em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[0002] O campo técnico da invenção se refere ao fornecimento de um método e aparelho para controlar o aproveitamento de energia renovável eólica e de fluxo de água a um valor de potência constante e frequência constante com uma turbina eólica ou um rio hidrocinético marinho (MHK) ou uma maré ou uma turbina de ondas de oceano ou uma turbina de corrente oceânica, e mais particularmente, para o campo de turbinas eólicas e de fluxo de água que utilizam um conversor de velocidade aqui denominado conversor de velocidade Hummingbird.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] Uma turbina eólica ou de fluxo de água para gerar eletricidade de frequência de corrente alternada constante pode compreender três componentes: um módulo de aproveitamento, um módulo de controle e um módulo de geração. Um módulo de aproveitamento típico compreende uma hélice eólica que gira um eixo de um gerador de eletricidade ou uma turbina de fluxo de água ou de ondas que captura a energia do fluxo de água que da mesma forma gira o eixo de um gerador de eletricidade de corrente alternada. Três módulos de aproveitamento de energia renovável conhecidos são mostrados nas Figuras 5A-5C do Pedido de Patente US Nº de série 16/701.741 depositado em 3 de dezembro de 2019, intitulado "Turbinas de Asa Concêntrica" do mesmo inventor e incorporado por referência no presente pedido em sua totalidade. Um problema com as turbinas conhecidas é sua ineficiência em obter uma frequência elétrica constante, como 60 Hz (EUA) ou 50 Hz (Europeia) e sua dependência de períodos de vento e fluxo de água variáveis. Por exemplo, a água flui sobre uma represa e pode haver uma seca exigindo o desligamento das turbinas ou pode não haver vento suficiente para girar uma turbina acionada por hélice. Por exemplo, em uma turbina eólica convencional, um conversor de energia elétrica é usado para produzir uma corrente elétrica alternada de frequência constante quando o vento está soprando suficientemente. Este conversor de energia converte a corrente alternada de frequência variável em corrente contínua, e em seguida, de volta à eletricidade de corrente alternada de frequência constante. Esta conversão de energia é muito ineficiente, e também, a eletrônica do conversor de energia conhecido é conhecida por falhar.

[0004] As energias hidrelétrica e eólica são duas fontes importantes das chamadas energias renováveis. Nos EUA em 2016 (EIA), 33,0% ou um terço de toda a energia elétrica é produzida por geração de vapor a carvão. Uma terceira fonte de energia renovável vem do sol (apenas 1,0%). A primeira fonte de energia renovável vem da água (a energia hídrica chega a 6,0% de acordo com o EIA). A água flui em velocidade variável e o vento também; (as ondas do mar variam com a força dos ventos sobre o oceano). O sol só brilha o suficiente durante o dia para ser convertido em energia elétrica por painéis solares conhecidos. Uma vantagem do fluxo de água sobre o vento é a massa/densidade, inércia ou energia que pode ser gerada pelo fluxo de água em comparação com o fluxo de vento (o vento equivale a 6,0% da eletricidade gerada), onde o vento deve ser aproveitado por grandes hélices acionadas por ventos ou pás de rotor. Além disso, por exemplo, a água de rio normalmente flui a todas as horas do dia e da noite a uma taxa de fluxo relativamente constante.

[0005] O gás natural fornece, no mesmo ano, cerca de 34,0% da energia elétrica dos EUA, e a energia nuclear agora fornece cerca de 20,0%, por exemplo, por meio da geração de turbinas a vapor. O petróleo, como gasolina, é usado para produzir apenas cerca de 1% da energia elétrica dos Estados Unidos. Carvão, gás natural, biomassa (2,0%) e petróleo são baseados em carbono e quando queimados produzem emissões que podem ser caras para mitigar ou, se não mitigadas, podem ser perigosas ou pelo menos aumentar a chamada pegada de carbono na atmosfera terrestre. Sistemas não renováveis baseados em carbono e podem causar emissões indesejáveis. O fornecimento de carvão, gás e petróleo também é limitado. A geração de energia nuclear, a menos que seja tratada com extremo cuidado, é perigosa, e o combustível nuclear usado torna-se um perigo para o mundo.

[0006] Consequentemente, a esperança da geração de energia elétrica para o futuro está nas chamadas energias renováveis que incluem, mas não se limitam a, o ar (energia eólica), o sol (energia solar) e a água (hidroelétrica e hidrocinética marinha, MHK, energia através de fontes fluviais ou de marés e ondas do mar e turbinas de água de corrente oceânica). A represa Grand Coulee, represa Hoover e a represa do Tennessee Valley Authority são exemplares dos projetos iniciados no início do século 20 nos Estados Unidos para a geração de energia hidrelétrica, mas estes exigem grandes represas para construir energia potencial para transformar geradores de turbinas elétricas.

Grandes geradores hidrelétricos nessas represas em rios nos Estados Unidos estão agora sendo substituídos por geradores mais eficientes e de maior capacidade.

Mas o número e a utilidade da energia hidrelétrica baseada em represas são limitados, e as represas bloqueiam a migração de peixes e o tráfego fluvial comercial em rios navegáveis.

As represas recuam rio acima para formar um lago que pode tirar valiosos recursos terrestres que podem ser usados para cultivar alimentos ou permitir que os animais se alimentem.

Por outro lado, os lagos criados fornecem controle de água e uso recreativo para passeios de barco, pesca e similares.

No entanto, permanece a necessidade de geradores e controle de eletricidade acionados por vento e água que podem economizar o custo de construção de uma represa, permitir a geração hidrocinética marinha (MHK) de eletricidade e usar o fluxo de alta inércia de um rio ou fluxo de maré de estuário de correntes oceânicas e marés para produzir energia constante em comparação com o vento.

E, não obstante a natureza variável das fontes renováveis de energia, existe a necessidade de um sistema de controle autônomo ou geração distribuída para garantir energia constante em frequência,

tensão e corrente constantes, sem a necessidade de conexões com a rede, de modo a ser uma fonte confiável para pequenas aldeias, por exemplo, em nações em desenvolvimento da África e outros continentes e para se conformar aos padrões mundiais.

[0007] Embora a energia hidrelétrica seja a segunda maior fonte renovável em cerca de 6,0%, acredita-se que mais pode ser feito para utilizar de forma eficiente os rios, ondas e marés e correntes oceânicas nos Estados Unidos e em países em desenvolvimento, por exemplo, na África do que dificultando o fluxo de comércio aquático com a construção de represas.

[0008] Outras fontes renováveis incluem energia geotérmica e solar. Embora essas sejam fontes “limpas”, até o momento, seu crescimento não tem sido impressionante. Apenas a energia eólica é apoiada pelo Departamento de Energia, e a previsão é de que a energia eólica cresça de 4,7% em 2015 para 20% de toda a energia dos EUA em aproximadamente 20 anos. Recentemente, turbinas eólicas offshore foram consideradas para uso na costa leste dos Estados Unidos montadas em plataformas de geração de energia para os estados costeiros do continente.

[0009] Uma caixa de engrenagens de engrenagens engrenadas mecânica usada em sistemas de energia renovável é conhecida por ter uma taxa de falha de aproximadamente 5%. Eletrônicos usados em uma turbina eólica têm a maior taxa de falha potencial de 26%. As unidades de controle geralmente exibem uma taxa de falha de 11%. Os sensores exibem uma taxa de falha de aproximadamente 10%. A taxa de falha de um conversor de frequência variável ou conversor de energia variável (turbinas eólicas convencionais) pode ser da ordem de 26% de taxa de falha (eletrônica), de acordo com um estudo do consórcio em andamento sobre a dinâmica do trem de força na Universidade de Strathclyde, Glasgow, Escócia. De acordo com informações publicadas, o tempo médio entre falhas de uma turbina eólica de 1,5 megawatt, por exemplo, pode ser de apenas dois anos em média (mas a taxa real de falhas é um segredo industrial); e o custo de substituição pode ser superior a $50.000 (por exemplo, $50.000 a $100.000 US) por conversor de frequência variável para potência constante. A taxa de falha do gerador de velocidade variável de uma turbina conhecida é da ordem de 4,5%. Consequentemente, os problemas relacionados a turbinas eólicas, água (rio, ondas do mar e marés) conhecidos estão intimamente relacionados à taxa de falha de caixas de engrenagens, geradores, conversores de frequência variável ou conversores de energia variável e eletrônicos associados e ineficiências de operação.

[00010] Uma solução para os problemas identificados é fornecer uma velocidade de rotação constante como uma entrada para o gerador elétrico de velocidade constante, de modo que um gerador de eletricidade, por sua vez, possa produzir uma saída de frequência de corrente alternada constante e fornecer uma tensão constante e uma corrente constante (potência) diretamente para uma rede elétrica. Conversores de velocidade e transmissões, por exemplo, foram desenvolvidos ou estão em desenvolvimento pelas seguintes entidades: IQWind, Fallbrook e Voith Wind (Voith Turbo) para fornecer uma saída constante a partir de uma entrada variável. A patente US nº 7.081.689 (a patente '689)

atribuída à Voith Turbo da Alemanha é um exemplo de projeto geral de controle de sistema que oferece três níveis de controle de gerador. A Voith oferece a chamada engrenagem de divisão de potência. Um transformador ou conversor de velocidade Fottinger hidrodinâmico pode ser conectado entre um rotor e conjunto de engrenagens e um gerador síncrono pode gerar energia para uma rede, por exemplo, em 50 Hz (Europeu).

[00011] Um desenvolvimento recente na técnica das caixas de engrenagem é uma engrenagem magnética que se baseia em ímãs permanentes e evita engrenagens engrenadas. As engrenagens magnéticas, por exemplo, desenvolvidas e disponíveis na Magnomatics, Sheffield, Reino Unido, têm um entreferro entre a bainha e o eixo e, portanto, não há engrenamento de engrenagens em uma caixa de engrenagens. Ímãs permanentes alternados entre os polos norte e sul podem deslizar com uma explosão de água ou energia eólica com uma engrenagem magnética que pode quebrar uma caixa de engrenagem de engrenagens engrenadas. Uma engrenagem magnética cede quando uma grande explosão de energia da água/eólica ou uma maré ou onda de energia da água transforma uma entrada de caixa de engrenagens, enquanto uma engrenagem engrenada pode quebrar ou causar um desgaste considerável em uma engrenagem engrenada da caixa de engrenagens.

[00012] As turbinas hidrocinéticas marinhas (MHK) conhecidas, como as turbinas de curso de rio, de marés e hidrocinéticas, apresentam problemas. Existe o problema de ter que converter uma velocidade de rotação variável controlada em uma frequência de corrente alternada constante, e assim, fornecer uma saída de energia constante confiável. Por outro lado, há muitas vantagens em aproveitar a energia hidrocinética marinha (MHK): a densidade (massa ou inércia) da água é muito maior do que a do vento e sua velocidade não é tão variável quanto a velocidade do vento, especialmente quando usada em um rio fluindo com fluxo constante ou vapor que flui continuamente na mesma direção (como o rio Mississippi dos Estados Unidos). As marés são reversíveis (maré alta para maré baixa fluindo em direção ao oceano e maré baixa para maré alta fluindo do oceano) e as turbinas conhecidas associadas podem ser limitadas a gerar energia em uma direção do fluxo de água (durante a mudança da maré alta para a maré baixa ou baixa para a maré alta) e gerar potência máxima apenas nas marés baixa e alta durante um dia. A potência de saída resultante é de natureza sinusoidal (água fluindo no máximo, e em seguida, revertendo e fluindo para o máximo durante um ciclo diurno/noturno da maré alta/maré baixa).

[00013] Um conceito para melhorar as turbinas é o uso de um acionamento direto no qual um rotor e um eixo acionam um gerador. Tal acionamento direto pode ser usado para acionar diretamente um gerador elétrico sem usar uma caixa de engrenagens, ou seja, acionar diretamente o gerador. Os problemas de falha e eficiência das caixas de engrenagens podem ser eliminados eliminando a caixa de engrenagens e substituindo o acionamento direto. Pode-se aumentar o número de polos em cinquenta vezes, por exemplo, usar conversores de energia ou conversores de frequência, e assim, resultar em tempo de inatividade reduzido para reparos de caixa de engrenagens à custa de aumento de custo devido aos geradores maiores. Um conversor de velocidade para converter velocidade variável em velocidade constante é divulgado na Patente US Nº 8.388.481 de Kyung Soo Han, incorporada por referência a todo o seu conteúdo. O conversor de velocidade é inteiramente mecânico e, portanto, escalonável e melhora a alta taxa de falha, confiabilidade e eficiência de sistemas elétricos/mecânicos conhecidos. Os conversores de velocidade em desenvolvimento também são conversores de frequência e são mostrados neste e em outros pedidos de patente e patentes de Kyung Soo Han e podem ser referidos como dispositivos de controle de movimento infinitamente variável (TVMC) e nomearam o princípio de "movimento", que pode incluir conjuntos de engrenagens de conversor de velocidade de modo que a velocidade de rotação possa ser alterada para uma velocidade constante para acionar um gerador de eletricidade a esta velocidade de rotação constante de modo que o gerador produza uma saída de frequência elétrica desejada constante.

[00014] Transmissões infinitamente variáveis de acionamento por tração são conhecidas produzidas por Torotrak e Fallbrook. O dispositivo Fallhrook pode ser descrito pela Patente US Nº 8.133.149. Um relatório de 2004, NREL/TP-500-36371, concluiu que o dispositivo Fallbrook não é escalonável. Conversores de velocidade adicionais são descritos pelas Figuras 10 e 11 da Patente US Nº 8.641.570 da Differential Dynamics Corp. (também conhecida como DDMotion), também incorporada por referência a todo o seu conteúdo. Os conversores de velocidade DDMotion são diferenciados dos de Torotrak e Fallbrook por suas engrenagens (sem toróides, polias ou correias) e por serem escalonáveis.

[00015] Uma turbina foi produzida pela Hydrovolts,

Inc. O aparelho pode compreender uma roda d'água e pode compreender uma engrenagem e uma correia de transmissão no interior que podem, por causa da correia, ser suscetíveis a escorregamento. Em seu site, uma turbina de cascata de 15 kW é descrita para uso em uma cachoeira, como em vertedouros ou vazões em plantas industriais. Hydrovolts também produz uma turbina de canal de cabeça zero de 12 kW que supostamente pode capturar a energia na água em movimento. Pode ser feita referência ao pedido de patente publicado US 2010/0237626 de Hammer publicado em 23 de setembro de 2010, que parece compreender uma construção de roda d'água. As pás rotativas (articuladas) dos Hydrovolts podem controlar parte da velocidade do fluxo de água, mas é recomendado que as pás rotativas expostas possam ser suscetíveis a danos.

[00016] É conhecida uma turbina de rio que pode ser atribuída à Free Flow Power Corp. e pode ter sido baixada até o fundo do rio Mississippi ou presa a uma estaca. Acredita-se que tal dispositivo pode ser muito semelhante a um motor de turbina de um avião, mas abaixo do nível da água e a água, em velocidade, aciona uma hélice de turbina (pás). Devido à redução dos preços do gás natural, o projeto tornou- se economicamente inviável (de acordo com seu comunicado de imprensa em 2012).

[00017] New Energy Corp, Inc. de Calgary, AB, Canadá, em colaboração com o presente inventor e a Differential Dynamics Corporation, anunciou recentemente uma turbina hidrocinética que pode operar a cinco quilowatts. Esta pequena turbina de rio pode compreender uma turbina em uma plataforma flutuante em um rio com um módulo de aproveitamento subaquático que pode vir em tamanhos de cinco quilowatts a cem quilowatts no futuro. A instalação de uma usina EnviroGen de cinco quilowatts foi usada pelas comunidades First Nation no rio Winnipeg, não requer represas e pode compreender uma plataforma ancorada no rio com um módulo de aproveitamento subaquático, por exemplo, no fundo do rio e a turbina pode ser localizado em outro local apropriado. A usina pode não precisar de combustível, funcionar 24 horas por dia com o fluxo de rio, e pode não haver necessidade de um grande banco de baterias de reserva em períodos de seca. O módulo de aproveitamento de energia de água subaquática pode compreender hélices ou rodas d'água que parecem ser verticais para enfrentar o fluxo de água de rio de aproximadamente dois metros por segundo em alguns locais ou mais de três metros por segundo em outros locais no rio.

[00018] É geralmente conhecido na técnica a utilização de dispositivos que se parecem muito com turbinas eólicas para capturar a energia da água. Uma turbina de corrente de rio e/ou maré é conhecida da Figura 1 do Pedido de Patente US 2009/0041584 (Verdant Power) publicado em 12 de fevereiro de 2009. A Verdant Power está produzindo agora uma turbina de hélice de quinta geração que pode ser montada em uma estrutura triangular sob a água. O diagrama fornece os rótulos, mostrando a direção do fluxo de água “A” (da direita para a esquerda). Observe que a turbina gira em um poste para que a pá de rotor 150 capture a água conforme ela passa em qualquer direção. A Tocardo, da Holanda, produz uma pá de rotor que gira na direção reversa para, por exemplo, capturar o fluxo das marés. Consulte o Pedido de Patente Publicado da Tocardo US 2019/031301A1.

[00019] Um dispositivo de anel rotativo incluindo um anel rotativo é conhecido, o qual está disponível na Oceana Energy Company. A Figura 1 do Pedido de Patente Publicado US 2012/0211990 de 23 de agosto de 2012, da Oceana Energy supostamente compreende hidrofólios externos e internos ao anel giratório.

[00020] Talvez o mais parecido com uma turbina eólica seja a conhecida turbina de energia das marés da ScottishPower Renewables, uma divisão da Iberdrola. De acordo com os comunicados de imprensa, este dispositivo de maré com sua hélice (pás de rotor) é capaz de gerar aproximadamente 10 MW de potência como uma “matriz” talvez de doze ou mais desses dispositivos a menos de 1 MW cada.

[00021] A maioria dos mapas dos Estados Unidos mostra os principais rios, incluindo o Ohio, o Mississippi, o Missouri, o rio Snake e os rios Pecos e Brazos do Texas. Como pode ser visto nesse mapa, há um grande potencial para aproveitar a energia da água desses rios nos Estados Unidos e para abastecer, por exemplo, toda a área coberta pelo rio Mississippi e seus afluentes, incluindo o Missouri, o Platte e o Rio Vermelho. Usar represas nesses rios para gerar eletricidade seria caro e prejudicaria o tráfego do rio e a vida marinha. Pode ser que apenas a Free Flow Power tenha desenvolvido um dispositivo para uso em um rio como o Mississippi, (mas a Free Flow Power abandonou o projeto do Mississippi em 2012).

[00022] Da mesma forma, um mapa-múndi mostra os principais rios do mundo, destacando adicionalmente mais o potencial de aproveitamento da energia da água em rios de todo o mundo. (As marés oceânicas previsíveis fazem com que a água flua a montante nos afluentes oceânicos nas transições de maré baixa para alta e a jusante nos afluentes oceânicos na maré baixa e pode ser mais amplamente utilizada para geração de energia elétrica).

[00023] Uma usina hidrelétrica típica é montada dentro de uma represa de um rio. Um primeiro passo para aproveitar a energia da água é construir a represa para criar uma cabeça de pressão proporcional à profundidade da água retida pela represa. A água retida é representada por um reservatório ou lago. Na base da represa, pode haver portões de entrada que permitem que a água que foi comprimida pela cabeça flua a uma taxa de fluxo predeterminada através de uma comporta para uma casa de força que é uma das muitas casas de força que podem ser construídas ao longo da largura de uma grande represa. Uma casa de força pode compreender um gerador e uma turbina que fornece energia elétrica para linhas de potência de longa distância. Uma vez que a água passa pela turbina, ela é devolvida ao rio a jusante por meio de um canal de fuga.

[00024] Um gerador de torque variável (VTG) (chamado VPG quando variando a potência de saída) foi descrito na Patente US nº 8.338.481; 8.485.933; e 8.702.552, bem como PCTAJS2010/042519 publicado como WO2011/011358 de Kyung Soo Han, incorporado por referência a todo o seu conteúdo. O torque variável ou gerador de sobreposição variável (VOG) tem um de um rotor axialmente móvel e/ou estator em relação ao seu estator ou rotor de contraparte estacionário ou móvel, de modo a variar a quantidade de sobreposição pelo estator em relação ao rotor de um mínimo quando o estator é deslocado do rotor para um valor máximo quando o estator e o rotor estão próximos ou se sobrepõem. Quando usado em um módulo de geração de energia para regular o fluxo de energia, o VTG é referido como um gerador de energia variável ou VPG. Quando usado em um gerador de torque e um gerador de energia para regular o torque e o fluxo de energia, o gerador é referido como um gerador de torque e energia variável ou VT&PG. O torque e/ou a potência estão no máximo quando há uma sobreposição máxima do rotor/estator.

[00025] Em particular, é descrito em, por exemplo. WO2011/011358 ou Patente US Nº 8.338.481 (a patente US '481), o conceito de medição de torque/rpm em um eixo de saída de um sistema tal como uma turbina de rio/maré/onda do oceano/corrente oceânica (que pode ser referido neste documento como uma turbina hidrocinética marinha (MHK)) para fornecer uma saída constante de uma entrada de fluxo variável. O valor de torque/rpm medido pode ser comparado com um valor de torque/rpm armazenado em uma memória, e se o torque/rpm medido for alto em comparação, então, o rotor móvel ou estator de um gerador de torque variável pode ser movido axialmente para um posição mais de acordo com o alto valor de torque/rpm medido, ou seja, de modo que o estator é movido para longe do rotor axialmente sob o controle do motor através de uma malha de feedback. Quando o torque/rpm medido é baixo em comparação com um valor esperado, o rotor ou estator móvel pode ser movido axialmente um em direção ao outro para corresponder a um valor baixo de torque/rpm de modo que a velocidade do eixo de saída possa aumentar com o aumento do vento ou fluxo de água e vice-versa. Este processo de gerador de torque variável (VTG) continua de modo a manter uma relação entre a velocidade de entrada (como a velocidade do vento ou fluxo de água (rio/maré/onda do oceano/corrente oceânica) para corresponder a uma velocidade de rotação desejada do eixo de saída e para manter a velocidade do eixo de saída, por exemplo, se usado como um gerador de energia elétrica, para produzir, por exemplo, mais eletricidade (mais corrente ou amperes) de 60 Hz de frequência elétrica nos EUA ou 50 Hz de frequência elétrica na Europa.

[00026] A Differential Dynamics Corporation também propôs um gerador de velocidade variável para constante incluindo o conceito de um gerador de torque infinitamente variável, o que significa que aquele do rotor móvel ou do estator pode ser movido, por exemplo, por um servo motor, não mostrado, para qualquer posição de proximidade ou distância um do outro ou tal que seus respectivos campos de fluxo magnético estejam localizados longe um do outro de modo a não se acoplarem, por exemplo, para ter um efeito de causar um acoplamento de rotor e estator e um campo de força magnética que tende a fazer com que o rotor fique estacionário com o estator ou se mova com o estator. O rotor e o estator do gerador de energia variável são mostrados de modo que o rotor possa ser acoplado diretamente ao eixo. Quando as peças do estator são afastadas do rotor, ocorre um torque de entrada mínimo. A operação de um controle pode ser a seguinte através da medição de um valor de torque armazenado na memória próximo ao torque máximo que um determinado eixo de rotor pode receber (um valor de torque máximo permitido), as peças do estator podem ser movidas por um motor para estar na posição de torque removido ou uma posição entre as posições de torque máximo e mínimo em que uma posição de torque próxima ao máximo pode ser alcançada em relação ao torque medido e o valor de torque máximo permitido (/rpm) ou valor armazenado na memória.

[00027] A maior parte da conversão hídrica/elétrica de hoje é direcionada para represas hidrelétricas, influências das marés e pequenos rios ou canais. De acordo com www.mecometer.com, o potencial de desenvolvimento de eletricidade para grandes rios é da ordem de mais de um milhão de megawatts somente nos EUA. Além disso, a capacidade de geração de eletricidade por meio de rios na China é de 1,1 milhão de megawatts e a de todo o mundo mais de cinco milhões de megawatts. Assim, turbinas fluviais e de marés não são apenas viáveis economicamente, mas representam fontes de energia renováveis viáveis para abastecer o mundo sem hidrocarbonetos, de alto custo e com baixa manutenção.

[00028] Um módulo de aproveitamento pode compreender asas concêntricas, rodas d'água, rodas de pás e semelhantes. Um módulo de aproveitamento de asas concêntrico é descrito no Pedido de Patente US Nº de série 16/701.741 depositado em 3 de dezembro de 2019, do mesmo inventor (incorporado neste documento por referência em sua totalidade) que é demonstrativo de uma asa concêntrica ou pá de um helicóptero ou avião usado para decolagem vertical e voo horizontal. Este módulo de aproveitamento de asas concêntricas pode ter um conjunto de pás concêntricas que giram nas mesmas direções (ou dois conjuntos de módulos de aproveitamento girando em direções opostas) a partir de um eixo com engrenagem central em velocidade igual e cria maior torque do que outras formas de módulos de aproveitamento, como rodas d'água. As asas concêntricas, que podem ser fixadas a um eixo alinhado com o fluxo de vento ou d'água, podem ser o módulo de aproveitamento mais eficiente sem forças contra-ativas.

[00029] Consequentemente, permanece uma necessidade na técnica de fornecer aplicações de um módulo de aproveitamento (aproveitamento de energia eólica ou hídrica), um módulo de controle e um módulo de geração de energia para fornecer um valor constante de energia em frequência elétrica constante. Um módulo de geração de energia renovável incluindo um conjunto conversor de velocidade variável para velocidade constante, como vento, corrente de rio/oceano e dispositivos de marés, ou seja, uma turbina eólica ou uma turbina de rio hidrocinética marinha ou turbina de energia elétrica das marés entre outras aplicações possíveis para geração de energia elétrica em frequência de corrente alternada constante e tensão para uma rede de energia elétrica pode ser usada, por exemplo, por uma pequena comunidade, (por exemplo, em países em desenvolvimento) ou em uma pequena planta industrial. Várias turbinas MHK podem ser colocadas em série ou em paralelo e fornecer energia a toda a bacia do rio Mississippi. Uma turbina de rio pode ser projetada para compreender uma turbina de rio hidrocinética que pode, por exemplo, compreender um módulo de aproveitamento especialmente projetado, um módulo de controle e um módulo de geração de energia constante para controlar a potência de saída gerada a um nível de energia constante, por exemplo, cinquenta kW e em frequência constante, como 50 ou 60 Hz.

SUMÁRIO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[00030] Duas unidades de três conjuntos de engrenagens Transgear™ variáveis (engrenagem reta, engrenagem cônica/meia-esquadria e engrenagem de anel) podem ser montadas em várias configurações como um chamado módulo de controle Hummingbird™, por exemplo, de modo que dois conjuntos de engrenagem Transgear de engrenagem de anel/reta, dois conjuntos de engrenagem cônica/meia- esquadria ou dois conjuntos de engrenagem de anel/reta podem ter um dispositivo de ajuste conectá-los em série para garantir automaticamente a saída rotativa de velocidade constante de uma entrada de velocidade rotativa variável de um módulo de aproveitamento que captura energia renovável de água e vento. O módulo conversor de velocidade Hummingbird pode ter uma entrada, uma saída e um controle e pode compreender um motor de controle de velocidade constante. O motor de controle pode converter energia de entrada renovável variável (por exemplo, rio e energia das marés) em energia elétrica constante em frequência constante. O motor de controle pode fornecer uma saída de velocidade de rotação constante para o conversor de velocidade Hummingbird para gerar uma vantagem elétrica em um módulo de saída de gerador de frequência constante (cinquenta Hertz Europeu ou sessenta Hertz EUA), por exemplo, a um valor desejado de quilowatts de potência para saída para uma rede elétrica. A turbina de vento, rio ou maré assim construída pode ser usada em aplicações de rio ou estuário das marés tendo um módulo de aproveitamento projetado para um local específico no rio ou estuário das marés suficiente para fornecer, por exemplo, cinquenta kW de energia para uma rede elétrica ou para distribuição local.

[00031] As modalidades de sistemas de controle para geração de energia elétrica de energia renovável em frequência constante podem envolver a combinação de primeiro e segundo conjuntos de engrenagem helicoidal/reta chamados conjuntos de engrenagem Transgear como um módulo de controle Hummingbird, o controle Hummingbird tendo um motor de controle de velocidade constante e um dispositivo de ajuste, o controle Hummingbird para converter a entrada de velocidade rotacional variável em frequência elétrica constante.

Um conjunto de engrenagem de ajuste adequado, por exemplo, para um conjunto Hummingbird de engrenagem reta é de negativo um vezes a variação na velocidade de rotação para positivo meio vezes a variação na velocidade de rotação da entrada compreendendo uma velocidade desejada constante mais a variação.

A lógica matemática para um conjunto de engrenagem de ajuste é baseada em um requisito de controle de feedback: a saída do segundo conjunto de engrenagem reta deve ser constante X (+ ou -) sem a velocidade variável "delta" Δ da Entrada #1 mostrada na Figura 9 onde a entrada de fluxo de água ou vento variável de energia renovável é aproveitada por um módulo de aproveitamento (não mostrado) como X + Δ.

Este delta ou variação na velocidade de rotação sobre e acima de uma velocidade de rotação constante desejada X deve ser eliminada da velocidade de rotação constante de saída desejada de uma velocidade de rotação de entrada variável controlada por um módulo de aproveitamento, a porção constante mais a porção "delta" variável da velocidade de rotação de entrada.

Cada conjunto de conversor de velocidade é único para atribuir funções a variáveis, determinar velocidades de rotação, tipo de conjunto Transgear, etc.

Como será discutido neste documento, dois conjuntos de engrenagem reta ou dois conjuntos de engrenagem cônica/meia- esquadria ou dois conjuntos de engrenagem de anel, cada um com uma engrenagem de ajuste, podem servir para fornecer saída de velocidade de rotação constante da velocidade de rotação de entrada de rotação variável de um módulo de aproveitamento.

[00032] Um módulo de aproveitamento de energia de fluxo de água pode compreender um rotor girando em torno de um estator ou um estator girando em torno de um rotor na forma de uma roda d'água, roda de pás, módulo de aproveitamento de asa rotativa concêntrica ou outro módulo projetado para aproveitar energia e gerar energia elétrica no mesmo tempo de uso, por exemplo, para alimentar um motor de controle de um conversor de velocidade Hummingbird. Em uma modalidade, o módulo de aproveitamento/gerador combinado também pode alimentar um motor de entrada e um motor de controle para um conversor de velocidade Hummingbird, como será descrito neste documento.

[00033] Um projeto de conversor de velocidade Hummingbird é guiado pelo projeto conceitual de um transistor para ter três variáveis e alternar ou amplificar uma entrada de sinal elétrico (mecânico). Um outro princípio descoberto durante o desenvolvimento de um módulo de controle do conversor de velocidade Hummingbird compreendendo primeiro e segundo conjuntos Transgear (engrenagem reta, engrenagem cônica/meia-esquadria e engrenagem de anel; consulte as Figuras 10A a 10C) é uma analogia entre o Princípio de Pascal aplicável a um sistema hidráulico tendo força = pressão x área onde a força de controle é excedida pela força utilizável ao que pode ser referido como o princípio de controle de movimento rotativo de Kyung Soo Han ou "movimento" (análogo ao princípio da hidráulica de Pascal),

também em um sistema fechado eletro/mecânico (ou com equilíbrio de torque) ou sistema de controle de três variáveis, em que a entrada de energia mecânica ou saída de energia elétrica produz a mesma equação: potência = torque x velocidade, em que a potência do motor de controle é excedida pela potência de saída aplicada a um módulo de aproveitamento para obter uma vantagem elétrica na saída.

[00034] O módulo de controle que compreende uma entrada controlada ou motor de velocidade constante útil, por exemplo, em turbinas eólicas e rio/marés/ondas do oceano/corrente oceânica (MHK), juntamente com o uso de conjuntos de engrenagens helicoidais de engrenagens solares, conjuntos de engrenagens planetárias e as engrenagens ou discos suporte referidos neste documento como conjuntos de engrenagens Transgear ou módulos conversores de velocidade variável de três Hummingbird ou simplesmente conversores de velocidade Hummingbird podem ser controlados por um conhecido motor de velocidade constante de corrente contínua ou um motor de controle de velocidade constante de corrente alternada. O controle de escotilha de uma roda d'água, uma roda de pás, um módulo de hélice giratório de asa concêntrica (módulo de aproveitamento) ou outro módulo de aproveitamento de energia renovável conhecido (água) (ou controle de inclinação (vento) para turbinas eólicas) pode ser necessário em estuários de maré para duas direções de fluxo de água ou para outros fins.

[00035] Uma turbina de rio (fluxo de rio sendo relativamente constante em uma direção) ou uma turbina de maré (fluxo de rio mudando com as marés) pode compreender um módulo de aproveitamento, um módulo de controle e um módulo de geração. É sugerido aqui medir as velocidades de rotação da roda d'água e o torque desenvolvido ao longo de um período de um mês ou mais em um local específico do rio (por exemplo, onde a corrente é rápida e a profundidade do rio é maior que, por exemplo, quatro pés (1,22 m) com uma carga de gerador (por exemplo, saída de potência de linha de base de cinquenta quilowatts) a fim de projetar um módulo de aproveitamento, módulo de controle, sistema fechado de módulo de geração que pode equilibrar torque e velocidade variável suficiente para girar um gerador de modo a produzir um valor constante de potência com vantagem elétrica, por exemplo, cinquenta quilowatts. Como será descrito neste documento, a localização em um determinado rio tendo uma largura estreita ou larga ou maior profundidade do que um riacho rochoso pode impedir a saída de energia e, portanto, o sistema incluindo o módulo de aproveitamento deve ser cuidadosamente projetado.

[00036] Em turbinas MHK de rio e maré, uma velocidade mecânica ou conversor de frequência (o conversor de velocidade Hummingbird) pode ser usado para fins de ajuste da velocidade de rotação aproveitada da entrada, que pode ser lenta ou rápida dependendo da taxa de fluxo de rio. A potência de entrada aproveitada do fluxo de vento ou água deve exceder a soma de uma potência de controle aplicada de um motor de controle e a potência de saída gerada. Quando a potência de saída excede a potência de controle aplicada, há uma vantagem elétrica.

[00037] Uma modalidade de um conversor de velocidade variável foi construída e as amostras são consideradas tendo três variáveis e diferentes variedades de "Hummingbird" de formas mais simples e complexas construídas e testadas. Essas variedades de controle de Hummingbird de velocidade de rotação variável para constante para controle de tensão e saída de gerador de frequência elétrica constante fornecem sincronização mecânica de entrada variável para saída constante e controle mecânico eficiente de velocidade para frequência elétrica, por exemplo, velocidade de rotação de saída operando em um múltiplo de 50 Hz (Europeu) ou 60 Hz (EUA) para gerar tensão e potência constantes na frequência de corrente alternada constante e semelhantes.

[00038] Como o conjunto de engrenagem reta/helicoidal de três variáveis chamado conjunto de engrenagem Transgear se desenvolveu ao longo do tempo, os dois conjuntos Hummingbird Transgear podem ser reduzidos em complexidade a um único conjunto mecânico com poucas peças móveis conforme as amostras foram construídas e simplificadas. Por outro lado, neste pedido, é sugerido que dois conjuntos de engrenagem Transgear de engrenagem reta sejam unidos por um conjunto de engrenagem de ajuste incluindo componentes c à g da modalidade de conversor de velocidade Hummingbird da Figura 11A para ajustar a velocidade de rotação de saída do primeiro conjunto Transgear deve ser o controle para o segundo conjunto Transgear e elimina a variação na velocidade de rotação de entrada para ser apenas seu componente de velocidade constante. É importante notar que, uma vez que um conversor de velocidade converte a velocidade variável em velocidade constante e converte a velocidade constante em frequência constante, os conversores de velocidade variável para constante da Differencial Dynamics podem ser chamados de conversor de frequência mecânico ou "conversor de frequência rotativo", como é chamado na indústria para diferenciar de um conversor de energia variável controlado eletronicamente ou conversor de frequência variável (VFC) ou conversor de frequência variável (VFD), que são menos eficientes e com menos potência nominal.

[00039] Um conjunto de engrenagem de controle para controlar a entrada de velocidade de rotação variável de modo que uma saída do conjunto de controle forneça uma saída de velocidade constante a partir da entrada de velocidade de rotação variável, o conjunto de engrenagem de controle para emitir um valor predeterminado de energia elétrica é divulgado neste documento. O conjunto de engrenagem de controle compreende um módulo de aproveitamento de energia projetado para aproveitar energia renovável do fluxo de vento ou água, o módulo de aproveitamento exigindo vento suficiente ou uma profundidade e velocidade de fluxo de água, para capturar um valor predeterminado de energia elétrica constante para entrega para uma carga. O conjunto de engrenagem de controle compreende um primeiro e um segundo conjunto de engrenagem Transgear, cada conjunto de engrenagem Transgear compreendendo um eixo de entrada para receber energia mecânica aproveitada do módulo de aproveitamento de energia. O primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem Transgear compreendem um dos primeiro e segundo conjuntos de engrenagem helicoidal/reta, primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria e primeiro e segundo conjuntos de engrenagem de anel. Um eixo de entrada do módulo de aproveitamento de energia para o conjunto de engrenagem de controle recebe uma entrada de velocidade de rotação variável de um de energia de fluxo de vento e água conforme o conjunto de engrenagem de controle produz uma velocidade de rotação constante para um gerador de eletricidade.

[00040] O eixo de entrada do primeiro conjunto Transgear e um eixo de entrada do segundo conjunto Transgear podem ter uma engrenagem esquerda ou direita para receber uma entrada e uma engrenagem direita ou esquerda para gerar uma velocidade de rotação constante. A engrenagem esquerda ou direita se engrena com uma engrenagem planetária ou um conjunto de engrenagens planetárias que tem uma largura maior que a de uma engrenagem solar esquerda do eixo de entrada e uma engrenagem de controle e conjunto de engrenagem de ajuste para controlar a entrada com respeito à saída ao eliminar uma velocidade de rotação variável da velocidade de rotação de entrada, resultando em uma velocidade de rotação de saída constante. O conjunto de engrenagem de controle pode compreender uma engrenagem de suporte do primeiro e do segundo conjuntos Transgear, incluindo pinos para suportar pelo menos a primeira e a segunda engrenagens planetárias engrenadas com a engrenagem de entrada e a engrenagem de saída, respectivamente. A primeira engrenagem de entrada do primeiro conjunto Transgear se conecta a uma engrenagem de controle e um conjunto de engrenagem de ajuste conecta o primeiro e o segundo conjuntos Transgear. A engrenagem de saída do segundo conjunto Transgear produz automaticamente uma velocidade de saída de rotação constante a partir da velocidade de entrada variável, eliminando o componente variável da velocidade rotacional de entrada, o primeiro e o segundo conjuntos Transgear formando um conversor de velocidade Hummingbird. O conjunto de engrenagem de ajuste pode estar localizado entre o primeiro e o segundo conjuntos Transgear e determina uma diferença entre uma velocidade de rotação de entrada variável e uma velocidade de rotação de saída constante desejada do conversor de velocidade Hummingbird. Como será discutido neste documento, um gráfico de linha de potência de controle é cruzado por um gráfico de linha de energia elétrica de saída de modo que, se o torque de rotação de saída e a potência excederem aquele do gráfico de linha de potência de controle relacionado a um gráfico de potência de entrada, uma vantagem elétrica é alcançado maior do que um valor de linha de base de potência de saída elétrica.

[00041] Um módulo de aproveitamento de energia renovável para aproveitamento de energia eólica e de fluxo de água pode gerar eletricidade em frequência de corrente alternada variável simultaneamente com o fornecimento de velocidade de rotação variável por meio de um eixo e uma luva. O módulo de aproveitamento de energia compreende um de um rotor de ímã permanente tendo um eixo girando dentro de uma bobina de estator e um rotor de ímã permanente tendo uma luva externa a uma bobina de estator montada em um eixo, a luva girando em torno do eixo da bobina de estator.

[00042] Estas e outras modalidades serão descritas em relação aos desenhos, uma breve descrição das quais segue.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00043] Segue abaixo uma breve descrição dos desenhos que compreendem as Figuras 1 a 30. A breve descrição dos desenhos é seguida por uma Descrição Detalhada.

[00044] A Figura 1 é uma representação do conceito de um conversor de frequência rotativo mostrando o motor de velocidade rotacional constante 102 conectado por um eixo de velocidade rotacional constante para girar um gerador de corrente alternada 104 para emitir uma frequência elétrica desejada em Hertz, como 50 Hz (Europeu), 60 Hz (EUA) e 400 Hz (usado, por exemplo, para alimentar equipamentos em aviões e navios). Uma certa velocidade rotacional constante do motor X, Y ou Z acionando um gerador de corrente alternada fornece uma certa saída de frequência de corrente alternada constante.

[00045] A Figura 2 mostra vários meios diferentes para produzir uma velocidade mecânica constante e uma saída de frequência elétrica constante. A Figura 2 mostra uma comparação entre os conversores de velocidade Hummingbird para turbinas eólicas ou de fluxo de água 210, 216, 220, 226, 230 de acordo com a presente invenção e conversores de frequência rotativos conhecidos de represas hidrelétricas, turbinas a carvão, turbinas a gás natural e turbinas a combustível nuclear 200, 212, 214, 218, 224, 230 que não utilizam fontes de energia renováveis (exceto represas hidrelétricas) e conversor de frequência rotativo 202, 230. As saídas da turbina 224, conversor de velocidade 226 e motor 202 são os fornecedores de velocidade de rotação constante para o gerador de eletricidade 230.

[00046] A Figura 3A descreve um transistor conhecido e é definido como "um dispositivo semicondutor usado para amplificar ou alternar potências sinais elétrico e sinais eletrônicos, é composto de material semicondutor geralmente com pelo menos três terminais para conexão a um circuito externo." O transistor é análogo à definição de um conjunto Transgear compreendendo engrenagens retas, engrenagens cônicas/meia-esquadria ou engrenagens de anel de acordo com as Figuras 5A-5C discutidas mais adiante neste documento.

[00047] A Figura 3B descreve a mudança na definição de um transistor conhecido da Figura 3A para uma definição da operação de um conjunto Transgear mecânico como “um dispositivo mecânico usado para amplificar ou alternar o movimento rotativo e a potência mecânica. É constituído por engrenagens geralmente com pelo menos três terminais para conexão a um circuito externo”, por exemplo, um gerador para geração de energia elétrica.

[00048] As Figuras 3C e 3D mostram uma vista em perspectiva e uma vista de corte esquemática de um conjunto Transgear de engrenagem reta/helicoidal básico compreendendo três variáveis, uma primeira variável de engrenagem solar esquerda 302, engrenagens de suporte 306-1, 306-2 compreendendo uma segunda variável, as engrenagens de suporte tendo pinos para girar as engrenagens planetárias 308-1, 308-2 e uma terceira variável que compreende a engrenagem solar direita 304. As engrenagens planetárias são vistas em engrenamento na vista em perspectiva da Figura 3C. O número de conjuntos de engrenagens planetárias é mais de um.

[00049] As Figuras 4A a 4C mostram como as funções de entrada, saída e controle podem ser atribuídas de forma diferente às três variáveis mostradas nas Figuras 3C e 3D. Com referência à Figura 4A, a função de entrada pode ser atribuída aos suportes 406-1. Com referência à Figura 4B, a entrada pode ser atribuída à engrenagem solar direita 404-

2. Com referência à Figura 4C, a entrada também pode ser atribuída à engrenagem solar direita 404-3, mas observe que,

entre a Figura 4B e a Figura 4C, as funções de controle e saída são invertidas, controle da engrenagem solar esquerda 402-2 para engrenagens/discos de suporte 406-3 e saída dos suportes 406-2 para a engrenagem solar esquerda/luva 402-3. Além disso, a Figura 4C pode ser invertida e atribuída de forma oposta, de modo que a engrenagem solar esquerda 402-3 seja atribuída como a entrada e a engrenagem solar direita 404-3 seja atribuída como saída enquanto o controle permanece o mesmo, atribuído aos suportes 406-3.

[00050] As Figuras 5A a 5C mostram três conjuntos de engrenagens Transgear diferentes, cada um com três variáveis, engrenagens solares esquerda e direita (Figuras 5A e 5C) e engrenagens de suporte ou engrenagens solares, engrenagem de anel, e engrenagens/discos de suportes (Figura 5C). A Figura 5A de um conjunto Transgear de engrenagem reta/helicoidal já foi introduzida nas Figuras 3C e 3D e nas Figuras 4A a 4C. A atribuição de função às variáveis é mostrada e descrita nas Figuras 4A a 4C. A Figura 5B mostra um conjunto Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria compreendendo a engrenagem solar esquerda 502-2, a engrenagem de suporte 506-2 e a engrenagem solar direita 504-2. A Figura 5C mostra uma modalidade de um conjunto Transgear de engrenagem de anel (engrenagem interna) e engrenagem reta/helicoidal compreendendo uma engrenagem de anel 502-3 (integral ou conectada a um eixo), disco/engrenagem de suporte 506-3 e uma luva de engrenagem solar 504-3 As engrenagens planetárias mostradas em cada conjunto Transgear são engrenagens intermediárias e são suportadas por pinos nos conjuntos Transgear do conjunto de engrenagem reta da Figura 5A e conjunto de engrenagem de anel da Figura 5C. As Figuras 5A a 5C mostram engrenagens planetárias intermediárias mostram engrenagens intermediárias. Uma engrenagem intermediária (ou intermediária) pode ser definida como “uma roda dentada que é inserida entre duas ou mais outras rodas dentadas”. A finalidade de uma engrenagem intermediária (polia) pode ser dupla. Em primeiro lugar, uma inserção de engrenagem intermediária mudará a direção de rotação do eixo de saída em relação a uma direção de rotação de entrada. Em segundo lugar, uma engrenagem intermediária pode ajudar a reduzir o tamanho das engrenagens de entrada/saída enquanto mantém o espaçamento do eixo de função de entrada e saída ou atribuições de engrenagem. Um conjunto de engrenagem de anel que é usado, por exemplo, para transmissões automotivas tem uma engrenagem solar e engrenagens planetárias que giram em torno de uma engrenagem solar. Um conjunto de engrenagem reta/helicoidal que tem duas engrenagens solares e pelo menos um conjunto de engrenagens planetárias gira de forma semelhante em torno das engrenagens solares. Um conjunto de engrenagem cônica/meia-esquadria tem duas engrenagens solares, mas as engrenagens planetárias estão girando em órbitas diferentes. Em vez de identificar engrenagens intermediárias como engrenagens planetárias, seria mais simples se dissermos que os conjuntos Transgear têm engrenagens intermediárias aqui referidas como engrenagens planetárias.

[00051] As Figuras 6A a 6C mostram vários métodos de modificação de uma relação de entrada para saída mecânica, por exemplo, alterando os diâmetros das engrenagens atribuídas às funções de entrada e saída em dois dos três conjuntos Transgear de engrenagem reta diferentes mostrados.

Na Figura 6A, os diâmetros da engrenagem solar esquerda 602- 1 e da engrenagem solar direita 604-1 são os mesmos e podem ser atribuídos às funções de entrada e saída, respectivamente.

As Figuras 6B e 6C mostram como as relações de entrada para saída podem ser alteradas modificando o diâmetro da engrenagem solar esquerda.

A Figura 6B mostra uma engrenagem solar esquerda ampliada 602-2 (em comparação com a engrenagem solar esquerda 602-1 da Figura 6A) tendo um diâmetro maior do que a engrenagem solar direita da engrenagem solar/luva/engrenagem solar 604-2 e alterando a entrada para a relação de saída realocando o pino 610-2a e a engrenagem planetária suportada 608-2a.

A engrenagem planetária 608-2b engrena com a engrenagem solar direita 604-2 e a engrenagem planetária 608-2a engrena com a engrenagem planetária superior (primeira) 608-2a.

A engrenagem planetária 608-2b e o pino 610-2b permaneceram os mesmos que na Figura 6A.

A Figura 6C também mostra que o diâmetro da engrenagem solar esquerda 602-3 é maior do que o diâmetro da engrenagem solar/luva/engrenagem solar direita 604-3. Mas a relação de entrada para saída também pode ser alterada adicionalmente mais modificando a estrutura da engrenagem planetária inferior (segunda) 608-3b que engrena com a engrenagem planetária superior (primeira) 608-3a.

A engrenagem planetária 608-3b tem dois diâmetros diferentes.

Um diâmetro de lado esquerdo da engrenagem planetária 608- 3b é menor do que um diâmetro de lado direito da engrenagem planetária 608-3b e o pino 610-3b é realocado de modo que a engrenagem planetária 608-3b possa ser engrenada na engrenagem solar direita 604-3. O menor diâmetro de lado esquerdo da engrenagem planetária 608-3b engrena com a engrenagem planetária superior 608-3a. O diâmetro maior do lado direito da engrenagem planetária 608-3b engrena com a engrenagem solar direita 604-3. Os diâmetros da engrenagem solar direita são mantidos iguais em todas as três figuras para esclarecer as comparações.

[00052] As Figuras 7A a 7C mostram vários métodos de modificação de uma razão de entrada para saída de um conjunto Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria, por exemplo, alterando os diâmetros das engrenagens esquerda e direita de ter diâmetros iguais na Figura 7A (702-1 e 704-1) para ter diâmetros diferentes, onde as engrenagens esquerdas 702-2, 702-3 têm diâmetros maiores do que as engrenagens direitas 704-2, 704-3 nas Figuras 7B e 7C, respectivamente. As Figuras 7B e 7C mostram uma outra maneira de mudar a razão de entrada para saída mudando a forma das engrenagens planetárias 708- 2a e 708-3b do conjunto das Figuras 7B e 7B para ser de camada dupla. As engrenagens esquerdas 702-3 e 702-3 também foram modificadas para acomodar a forma de duas camadas das engrenagens planetárias 708-2a, 708-2b, 708-3a e 708-3b. Os diâmetros das engrenagens direitas 704-1, 704-2 e 704-3 são iguais nas três figuras.

[00053] As Figuras 8A a 8C mostram vários métodos de modificação de uma razão de entrada para saída de um conjunto Transgear de engrenagem de anel, por exemplo, ampliando os diâmetros das engrenagens planetárias 808-2a/b, 808-3a/b das Figuras 8B e 8C em comparação com as engrenagens planetárias 808-1a/b da Figura 8A. O conjunto de engrenagem de anel da Figura 8C mostra mais especificamente a modificação da engrenagem planetária 808-3a/b estruturando as engrenagens planetárias para ter diâmetros diferentes (engrenagens de camada dupla) entre os lados esquerdo e direito, o diâmetro de lado direito engrenando com a engrenagem solar 802-3 sendo maior do que o diâmetro de lado esquerdo que se engrena com a engrenagem de anel 804-3. Os diâmetros internos de engrenagem de anel das engrenagens de anel 804-2, 804-3 são aumentados nas Figuras 8B e 8C em relação ao diâmetro interno da engrenagem de anel 804-1 na Figura 8A porque os diâmetros de engrenagens das engrenagens planetárias 808-2a/b da Figura 8B e 808-3a/b da Figura 8C foram aumentados em comparação com os diâmetros menores das engrenagens planetárias 808-1a/b da Figura 8A. Os diâmetros da engrenagem solar direita são mantidos iguais nas três figuras.

[00054] As Figuras 8D1 e 8D2 mostram um conjunto Transgear de engrenagem de anel típico tendo uma engrenagem de anel, uma disco/engrenagem de suporte e uma engrenagem solar na Figura 8D1 e uma tabela de nomenclatura mostrando variáveis de velocidade de rotação das engrenagens S, R, C em RPM e diâmetro das engrenagens s, r, c com fórmulas para calcular a velocidade de cada uma das três engrenagens, onde a velocidade de suporte C = (Ss + Rr) / (C + r); velocidade de engrenagem solar S = [C(s + r) – Rr] / s; e velocidade de engrenagem de anel R = [C(s + r) – Ss] / r. As engrenagens planetárias (não rotuladas) são engrenagens intermediárias e não afetam a relação de velocidade de entrada para saída diretamente; no entanto, ao alterar o tamanho do diâmetro da engrenagem planetária, o diâmetro da engrenagem de anel será variado de acordo e modificando a relação de velocidade de entrada para saída indiretamente.

[00055] A Figura 9 mostra um conjunto de conversor de velocidade Hummingbird de engrenagem helicoidal/reta de dois conjuntos Transgear de engrenagem reta/helicoidal e cálculos para a entrada do primeiro conjunto Transgear através da saída do segundo conjunto Transgear, incluindo um cálculo para o conjunto de engrenagem de ajuste 940 de acordo com uma regra de conjunto Transgear de engrenagem reta básica, onde C é uma engrenagem de suporte, L é uma engrenagem solar esquerda e R é uma engrenagem solar direita: C = (L + R)/2 ou L = 2C-R ou R = 2C-L.

Supõe-se que a entrada 910 para o primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta seja Entrada #1 = X + ∆ onde X é uma velocidade de entrada rotacional constante X e ∆ representa a mudança variável na velocidade de rotação do eixo de valor constante X do eixo para algum aumento (por exemplo, quando a velocidade do fluxo de vento ou da água aumenta girando um módulo de aproveitamento em uma velocidade de rotação mais rápida) e a engrenagem solar esquerda do primeiro conjunto de engrenagem reta, conectada ou integral com o eixo de entrada gira em X + ∆ também.

A velocidade de suporte de controle 920 do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta (esquerda) é Controle #1 = X/2 ou metade da velocidade de rotação de entrada constante X.

A saída de luva de engrenagem solar direita tomada na engrenagem solar de saída direita é produzida para um ajuste 940 com base em um conjunto de engrenagem de ajuste a ser discutido mais tarde neste documento.

A Saída #1930 ou saída do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta é calculada como Saída #1 = 2 (X/2) - (X + ∆) = -∆ que é passada para o conjunto de engrenagem de ajuste 940. Em outras palavras, o primeiro Transgear eliminou o componente de velocidade constante em 930 e mudou a direção de ∆ para -∆ da Entrada

#1. O ajuste 940 deve ajustar a Saída #1 por -∆ a ∆/2. Em outras palavras, ele deve alterar a velocidade variável negativa ∆ que foi produzida pelo primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta para + ∆/2 e passar ∆/2 para o Controle #2 de suporte 950 do segundo conjunto Transgear de engrenagem reta. A entrada 960 para o segundo conjunto Transgear de engrenagem reta é igual à entrada para o conjunto Transgear da primeira engrenagem reta na Figura 9 ou Entrada #2 = X + ∆. A saída 970 do segundo conjunto Transgear de engrenagem reta é calculada como Saída #2 = 2 (∆/2)-(X + ∆) = -X. Então, o que provamos é que uma velocidade constante mais uma entrada de velocidade variável 910, 960 de X + ∆ foi corrigido para ser uma saída de velocidade rotacional constante de -X (onde não importa que a saída esteja girando na direção oposta da entrada). A saída de velocidade de rotação constante do Transgear #2 de -X não tem componente variável ∆ e pode ser inserida em um gerador (não mostrado). O gerador pode ter um eixo de entrada girando em -X velocidade de rotação constante e produzir uma saída de frequência elétrica constante, como 50 Hz (Europeu) ou 60 Hz (EUA) ou 400 Hz ou qualquer frequência elétrica de saída desejável.

[00056] As Figuras 10A a 10C mostram três variações de um conversor de velocidade variável para constante Hummingbird mecânico, cada um tendo um conjunto de engrenagem de ajuste 1060-1, 1060-2, 1060-3 entre o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem Transgear. A Figura 10A mostra primeiro e segundo conjuntos de engrenagem Transgear reta/helicoidal, onde o primeiro Conjunto Transgear #1 1020- 1 compreende entrada de velocidade variável 1010-1

(incluindo um componente de velocidade de rotação constante), entrada de controle 1040-1 para suporte/disco (não numerado, mas hachurado de maneira semelhante no todo), e uma saída não rotulada para ajuste 1060-1 como entrada para Transgear #2 1030-1 que fornece velocidade de saída de rotação constante na saída 1050-1. O eixo de entrada 1010-2 é inserido em ambas as engrenagens solares esquerdas do Transgear #1 1020-1 e do Transgear #2 1030-1. A Figura 10B mostra o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria Transgear #1 1020-2 e Transgear #2 1030-2 unidos pelo ajuste 1060-2, Transgear #1 1020-2 tem uma entrada de velocidade variável 1010-2 (incluindo um componente de velocidade de rotação constante desejada), um controle de suporte 1040-2 e Transgear #2 1030-2 fornece uma saída de velocidade de rotação constante desejada 1050-2. Como na Figura 10A, o eixo de entrada 1010-2 está conectado a ambos os conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria 1020-2 e 1030-2. A Figura 10C mostra a primeira e a segunda engrenagem de anel Transgear: Transgear #1 1020-3 e Transgear #2 1030-3. Transgear de anel #1 tem uma velocidade de rotação de entrada variável na entrada 1010-3 (incluindo um componente de velocidade de rotação constante) e um controle de engrenagem de anel 1040-3 cuja saída para ajuste 1060-3 é recebida na segunda engrenagem de anel direita não rotulada.

A mesma entrada de velocidade rotacional constante mais variável 1010-3 é fornecida para ambos os conjuntos Transgear de engrenagem de anel 1020-3 e 1030-3 pelo eixo comum 1010-3. Uma velocidade de rotação de saída constante desejada é fornecida na Saída 1050-3 com a variação de entrada na velocidade de rotação de entrada eliminada. O objetivo de qualquer conjunto de engrenagem de ajuste é fazer automaticamente o “∆” (variação de uma velocidade rotacional constante desejada X) zero para que a saída seja constante X (ou -X). Consulte novamente a Figura 9 para os cálculos exemplares para um ajuste entre a saída do primeiro conjunto de engrenagem reta e o controle #2 atribuído ao suporte do segundo conjunto de engrenagem reta. Isso significa que a saída pode gerar 50 Hz, 60 Hz, 400 Hz ou outra frequência elétrica desejável. Também tenha em mente que, em uma modalidade alternativa, o X pode variar de zero a um máximo projetado se as velocidades de rotação de controle variarem de acordo: assim, a saída pode ser variada de zero ao máximo projetado quando um conversor de velocidade Hummingbird é usado, para por exemplo, para transmissões infinitamente variáveis (IVTs) e compressores infinitamente variáveis (A/Cs e refrigeradores).

[00057] As Figuras 11A e 11B, respectivamente, fornecem um diagrama esquemático de um conversor de velocidade Transgear Hummingbird de engrenagem reta dupla mecânico e uma tabela mostrando os nomes dos componentes de “a” a “i” rotulados na Figura 11A. A Figura 11A mostra a entrada de velocidade de rotação variável fornecida na Entrada 1110, um Controle 1120 e 1160 como Saída dado um conjunto de engrenagem de ajuste 1140 compreendendo os componentes "c", "d", "e", "f", "g" para ajustar ou remover variações na velocidade de rotação de entrada da velocidade de rotação de entrada variável 1110 pelo segundo Transgear. (O componente "c" é a mesma engrenagem solar direita do componente "d" que aponta para a engrenagem de saída da engrenagem solar direita #1 do primeiro conjunto de engrenagem helicoidal/reta do primeiro conjunto de engrenagem Transgear que engrena com o componente "e". Note que na Figura 11A um eixo comum conecta os dois conjuntos Transgear de engrenagem reta juntos de modo que a engrenagem solar esquerda #1 rotulada como "a" compartilha o eixo de entrada comum 1110 com a engrenagem solar esquerda #2 rotulada "h".

[00058] A Figura 12 mostra a matemática por trás da conversão de uma entrada de velocidade de rotação variável compreendendo uma velocidade constante X mais uma velocidade de rotação variável ∆ para uma saída de velocidade de rotação constante desejada -X de modo a eliminar a porção de velocidade variável ∆ da entrada a de X + ∆. Esses cálculos são feitos apenas para três velocidades selecionadas de entrada de rotação variável 1225, mas a saída i é constante X (+ ou -) entre as entradas variáveis 1225 1.800 rpm e 3.600 rpm com ∆ eliminado automaticamente para todas as velocidades de entrada variáveis 1225 de 1.800 rpm a 3.600 rpm.

[00059] A Figura 13 mostra um reverso da matemática da Figura 12, onde uma entrada de uma velocidade de rotação constante X, onde X, por exemplo, pode ser uma constante

1.800 rpm que pode produzir saída como uma velocidade de rotação de saída variável em qualquer lugar entre 0 rpm e -

1.800 rpm alterando a variável de controle b do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta em qualquer velocidade de rotação entre 0 e 900 rpm (450 rpm também mostrado). Estas são apenas três velocidades: -0, -900 e -1.800 rpm, mas a velocidade de saída variável i pode ser infinitamente variável (IV) entre 0 e -1.800 rpm, por exemplo, para transmissões infinitamente variáveis (IVTs) e compressores infinitamente variáveis.

[00060] A Figura 14 assume que um motor de velocidade de entrada variável 1410 (variando em velocidade, por exemplo, entre 800 e 1.600 rpm) gira um eixo de um conjunto de engrenagem Transgear duplo tendo um conjunto de engrenagem de ajuste. Também é fornecido um motor de controle 1420 conectado ao conjunto do conversor de velocidade Hummingbird para fornecer uma entrada de velocidade rotacional aproximadamente constante como um Controle. A saída de rotação do conversor de velocidade Hummingbird é presumida como conectada a um gerador de eletricidade 1430 que produz aproximadamente 60 Hz (US) constantes, por exemplo, sem carga, pois a velocidade de entrada varia de 800 a 1.600 rpm. Se a velocidade do motor/gerador de controle for ajustada para 1.200 rpm quando a carga 1450 for zero ou sem carga, a saída elétrica estará em uma frequência constante 1440 de 60,0 Hz (US).

[00061] A Figura 15 é uma figura semelhante à Figura 14 para mostrar os componentes de um motor de velocidade de entrada variável 1510 girando um eixo de entrada de um conversor de velocidade Hummingbird como se o motor de velocidade variável fosse a saída de um módulo de aproveitamento, como a hélice de uma turbina eólica ou a roda d'água de uma turbina de fluxo de água. Uma entrada variável 1510 de 800 a 1.600 rpm é mostrada variando com uma carga de saída 1550 entre 0 e 120 watts. Uma primeira etapa é que a carga variável 1550 tem um impacto na velocidade de rotação do gerador de eletricidade 1530 que na etapa 2 pode fazer com que a frequência 1540 do gerador de eletricidade

1530 varie entre 60 Hz sem carga a 59,3 Hz com uma carga de 120 watts. Observe que a velocidade de rotação do gerador é a mesma de um motor de controle, fornecendo uma entrada de velocidade de controle que é da mesma forma constante 1.200 rpm sem carga e o gerador produz eletricidade na frequência 1540 de 60 Hz. A saída está relacionada a duas variáveis: a velocidade de entrada e a carga de sistema.

[00062] A Figura 16 continua o exemplo de uma entrada variável e carga variável fornecendo uma frequência de saída constante de um gerador de eletricidade 1630. Quando um motor de controle 1620 é usado com controle de velocidade, resulta uma saída de frequência elétrica constante 1640 do gerador 1630, mesmo quando há velocidade de entrada variável do motor 1610 e carga variável 1650. A velocidade de motor de controle 1620, por exemplo, em condições sem carga é de 1.200 rpm e produz uma frequência constante de 60 Hz, mas também com velocidade de entrada e carga variáveis, uma velocidade de motor de controle de 1.204 rpm pode ser corrigida para 1.200 rpm, conforme pode uma velocidade de motor de controle de

1.208 rpm. A frequência elétrica constante 1640 pode ser produzida se a velocidade do motor de controle for ajustada para 1.200 rpm quando a velocidade de entrada em rpm e a carga em watts forem variáveis.

[00063] A Figura 17 é um esquema de um conjunto de conversor de velocidade Hummingbird construído e testado como uma amostra #4D tendo uma entrada 1760 de uma velocidade de rotação constante 1.800 rpm + uma velocidade variável ∆rpm. A Entrada é traduzida para um eixo central (não numerado) do conversor de velocidade Hummingbird compreendendo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem reta Transgear #1 1780 e Transgear #2 1785. Um motor de controle (não mostrado) fornece uma entrada de controle 1765 de 1.800 rpm constantes. O ajuste 1770 entre os dois conjuntos (Transgears) é o mesmo 1 a -1/2 que a Figura 9. A velocidade de rotação de saída é recuperada por um eixo de saída 1775 por engrenagens engrenadas com a saída na engrenagem solar de luva direita (não numerada) do Transgear #2 1785.

[00064] A Figura 18 mostra uma tabela de dados de teste #16H retirados do conjunto de amostra Hummingbird #4D da Figura 17. À esquerda, 1806A é visto uma carga variável começando com carga 0 e aumentando incrementalmente em 295 Watts para três incrementos para uma soma de 885 watts, e em seguida, por 180 watts para dois incrementos para uma soma de 1245 Watts e outros 69 watts para 1314 Watts. Enquanto isso, sem carga, a velocidade 1808 da Entrada 1808A, Controle 1808B e Saída 1808C são mostradas como 2012, 1782 e 3564 rpm, respectivamente. O torque 1812 em Newton metros é mostrado na entrada 1812A, controle 1812B e saída 1812C como 0,96, 2,16 e 0,68 Nm, respectivamente. A potência 1814 em quilo Watts é mostrada para a entrada 1814A, controle 1814B e saída 1814C, respectivamente, como 0,393, 0,279 e 0 kW. A saída de frequência de eletricidade 1816 por um gerador é medida como 60,3 Hz e a saída de tensão 1818 sem carga é 119,7 volts (pouco menos de 120 volts, a tensão padrão dos EUA). Conforme a carga variável 1806 aumenta, a frequência 1816 diminui.

[00065] A Figura 19 mostra um gráfico de três variáveis da Figura 18 e o conversor de velocidade de amostra #4D, potência de entrada 1814A, potência de controle 1814B e potência de saída 1814C: potência de entrada 1814A fornecida por um módulo de aproveitamento ou simulada por um motor funcionando em velocidades variáveis e produzindo potência de entrada de energia renovável simulada entre 0,5 e mais de 1,5 kW em relação à operação da amostra #4D, Figuras 17 e 18. A potência de entrada 1960 coletada por um módulo de aproveitamento será maior do que a potência de saída de um gerador de eletricidade como potência de saída

1975. A potência de controle aplicada por um motor de controle 1965 é mostrada aumentando linearmente até que haja um cruzamento entre a potência de controle 1965 e a potência de saída 1975. O cruzamento da linha ocorre a aproximadamente uma carga de 740 Watts. Do respectivo nível de potência de entrada 1960 até o final do gráfico, há uma vantagem elétrica sempre que a potência de saída excede a potência de controle. Voltando à Figura 18, a carga variável 1806 atingiu um máximo de 1.314 Watts. Nesse nível, há uma vantagem elétrica de potência de saída em kW de aproximadamente 1,133 kW versus potência de controle de cerca de 0,950 kW. Isso resulta em uma relação mecânica com um sistema hidráulico fechado de três variáveis e o princípio de Pascal, como será visto na Figura 20A. À medida que a potência nominal do sistema aumenta, a vantagem elétrica aumenta.

[00066] A Figura 20 representa o princípio da hidráulica de Pascal e as Figuras 21A e 21B representam o princípio do inventor (Figura 21B) em comparação com o princípio de Pascal (Figura 21A). A Figura 21A mostra que uma vantagem mecânica pode ser obtida em um sistema hidráulico fechado de modo que uma pequena força de entrada F1 rotulada como força original na FIGURA 20 é capaz de levantar um automóvel de peso F2 quando a área A2 à qual a força F1 é aplicada é dez vezes a área A1 à qual a força original F1 é aplicada, por exemplo. O inventor reconhece pela Figura 21B um princípio análogo que, em um sistema de movimento rotativo balanceado, há uma vantagem elétrica quando a energia P3 medida na saída do sistema excede P2 quando a potência de entrada de energia renovável aproveitada P1 excede a potência de saída P3 que excede a potência de controle P2. O requerente nomeou esta vantagem elétrica em um sistema de controle de movimento ou "motricidade" como o Princípio de Han em comparação com a "hidráulica" do Princípio de Pascal, onde há vantagem de rotação mecânica (criação de energia elétrica).

[00067] As Figuras 21C e 21D distinguem adicionalmente o Princípio de Pascal e o princípio do inventor. A Figura 21C se refere à pressão e área hidráulica, enquanto a Figura 21D se refere ao torque de rotação em um eixo e à velocidade de rotação. O Princípio de Pascal relaciona-se à pressão hidráulica (força) distribuída em duas áreas diferentes. Uma pequena força de controle F2 é aplicada na Figura 21C sobre uma pequena área de uma porção cilíndrica e transladada por um recipiente que recebe a força de recipiente F1 para uma área maior onde uma força de saída F3 é capaz de levantar um automóvel. O diagrama do Princípio de Pascal mostrado na Figura 20 não mostra a força de recipiente. O requerente adicionou a força de recipiente F1 e renomeou a força de controle F2 e a força de saída F3 como mostrado de modo que: F1 > F2 + F3 e F2 < F3. A Figura 21D para movimentos ou Princípio de Han da vantagem elétrica é representado pela potência de entrada P1 > P2 + P3 e P2 < P3,

onde P2 é a potência de controle e P3 é a potência de saída.

[00068] A Figura 22 é uma comparação de um sistema de duas variáveis com um sistema de três variáveis quanto à razão de potência e eficiência. Os conversores de velocidade Hummingbird descritos neste pedido de patente compreendem um sistema de três variáveis em que a potência de entrada excede a soma da potência de controle (fornecida por um motor de controle) para o conversor de velocidade e a energia elétrica (saída) gerada constante em um fluxo de ar ou água turbina de energia renovável. A relação de potência em um sistema de três variáveis é a potência de controle (consumida) dividida pela potência constante gerada (saída) por um gerador de eletricidade. A eficiência de um conversor de velocidade de três controle variável é medida pela energia gerada menos a potência de controle (consumida) dividida pela energia gerada (saída).

[00069] As Figuras 23A a 23C mostram diagramas de dois módulos separados de um módulo de aproveitamento e um módulo de geração (Figura 23A), enquanto as Figuras 23B e 23C mostram duas modalidades para combinar um módulo de aproveitamento e um gerador em uma unidade. Um módulo de aproveitamento típico compreende uma roda d'água ou uma grande hélice que gira conforme a água/ar flui em uma direção de fluxo, fazendo com que a roda d'água/hélice gire usando qualquer número de projetos, como o uso de rodas de pás, rodas d'água, baldes para capturar o fluxo de água/ar conforme flui por ou através de hélices que giram com fluxo de ar/água, barris ou rotores compreendendo aletas que são giradas pelo fluxo de vento/água e semelhantes. É sugerido pelas combinações de rotor de ímã permanente e bobina de estator 2305-1 e 2305-2 que o coração de cada módulo de aproveitamento pode compreender geradores de eletricidade operando para gerar eletricidade através das bobinas de estator e as bobinas de rotor de ímã permanente que podem ser utilizadas, por exemplo, para gerar pelo menos eletricidade suficiente para alimentar um motor de entrada e um motor de controle para um conversor de velocidade Hummingbird (ver Figura 26 para uma modalidade). Por exemplo, aletas ou pás ou baldes e semelhantes podem ser montados em rotores de ímã permanente no conjunto e podem girar como mostrado (Figura 23C) em torno de um eixo ou os rotores de ímã permanente podem ser conectados ao eixo por uma luva (Figura 23B) Por exemplo, a bobina de rotor de ímã permanente da Figura 23B pode ser equipada com aletas que capturam o fluxo de vento/água através ou sobre o rotor de ímã permanente dos módulos combinados 2505-1 e 2505-2. A bobina de rotor do módulo 2305 com eixo mostrado como vento/água flui através do rotor de ímã permanente causando movimento rotativo e geração de eletricidade através do eixo na direção de rotação mostrada pela seta. Uma hélice para fluxo de vento ou água pode ser conectada ou integrada com o módulo combinado 2305-1 ou 2305-2.

[00070] A Figura 24 é um diagrama de blocos simples de uma turbina de energia renovável de geração de eletricidade alimentada por rede para fluxo de ar ou água. A rede elétrica é usada como uma fonte de energia para alimentar o motor de controle 2430 para controlar o conversor de velocidade rotacional Hummingbird 2420, onde o módulo de aproveitamento 2410 transmite mais potência de velocidade de rotação de entrada do que a necessária para operar o conversor de velocidade Hummingbird 2420, de modo que o gerador elétrico 2440 gera eletricidade em uma potência constante com vantagem elétrica (movimento) porque a potência retirada da rede para o motor de controle de potência 2430 é menor do que a necessária para gerar energia com vantagem elétrica, por exemplo, conforme a Figura 19.

[00071] A Figura 25 mostra a geração distribuída de potência do motor de controle, que é uma alternativa útil para a Figura 24. Um obtém potência de controle do módulo de aproveitamento/gerador 2505 para alimentar um motor de controle 2530 por meio de um gerador de tensão 2515. A geração distribuída de potência de controle é gerada pelo módulo de aproveitamento combinado e gerador 2505 (que pode compreender qualquer uma das Figuras 23B ou 23C). Um usa um de um módulo de aproveitamento combinado e gerador de acordo com uma das Figuras 23B e 23C mostrado como módulo combinado 2505 para gerar potência de controle através do módulo de aproveitamento combinado/gerador 2505 que pode ser regulado por um regulador de tensão 2515 para fornecer uma tensão constante para operar o motor de controle 2530 no lugar da energia de rede (Figura 24). O conversor de velocidade rotacional Hummingbird mecânico 2520 é girado na saída de velocidade rotacional variável do módulo combinado/gerador 2505 para produzir velocidade de rotação variável para gerar eletricidade no gerador 2540 na saída de potência de frequência variável. Este conceito é referido neste documento como geração distribuída de saída de energia elétrica para uma rede (não mostrada), onde o motor de controle 2530 pode ser fornecido próximo ao módulo de aproveitamento combinado/gerador 2505 em vez da rede (Figura

24).

[00072] A Figura 26 mostra uma variação da modalidade da Figura 25, onde o módulo de aproveitamento combinado e o gerador 2605 não precisam ser colocados com o restante do conversor de velocidade rotacional Hummingbird mecânico 2620 e gerador 2640. Um cabo de energia elétrica flexível transporta eletricidade gerada de frequência variável do módulo de aproveitamento de fluxo de vento ou de água combinado e gerador 2605 para um motor de entrada localizado remotamente 2610 para transformar a entrada de um conversor de velocidade rotacional Hummingbird mecânico 2620 de modo que o cabo de energia flexível também conecta a saída de eletricidade gerada do módulo de aproveitamento combinado e gerador 2605 a um regulador de tensão 2615 para fornecer potência de tensão constante a um motor de controle 2630 para fornecer potência de controle ao conversor de velocidade rotacional Hummingbird para vantagem elétrica, por exemplo, pela Figura 19. A velocidade de entrada rotacional de entrada variável do motor de entrada 2610 é controlada para uma velocidade de rotação de saída constante. O conversor de velocidade Hummingbird 2620 recebe energia elétrica de frequência variável do motor de entrada 2610 e o conversor de velocidade de rotação variável para constante Hummingbird 2620 gera velocidade de rotação constante para alimentar, por exemplo, um gerador de eletricidade 2640 a 60 Hz (EUA) ou 50 Hz (Europeu) quando a potência de saída constante excede a potência do motor de controle para obter uma vantagem elétrica, por exemplo, conforme a Figura 19.

[00073] A Figura 27 similarmente à Figura 26 mostra uma modalidade de uma pluralidade de três até N, um número inteiro maior do que um, módulos de aproveitamento combinados eletricamente paralelos com geradores 2705-1, 2705-2, 2705- 3 que podem ser submersos em água ou formados como turbinas eólicas (em série ou) de preferência em paralelo, por exemplo, em um rio em que três cabos elétricos flexíveis podem combinar suas respectivas saídas de potência para entrega ao regulador de tensão 2715 para emitir tensão constante para controlar o motor 2730, e a maior parte da energia elétrica gerada pode ser transportada pelo cabo elétrico flexível para o motor de entrada de velocidade variável 2710, conversor de velocidade Hummingbird 2720 e gerador de eletricidade 2740 para entrega a potência constante, gerador de eletricidade de frequência constante 2740 e para uma rede elétrica (não mostrado) ou para uso local (não mostrado).

[00074] A Figura 28 é um diagrama de blocos da utilização de vários painéis solares conhecidos 2800-1, 2800-2 a 2800-3 compreendendo N painéis solares (onde N é um número inteiro maior que 1) conectados em paralelo (ou em série) para gerar eletricidade em um maneira semelhante à geração de eletricidade na Figura 27 por meio de um cabo de energia flexível conectando os painéis solares ao regulador de tensão 2815 e ao motor de entrada 2810. Conforme descrito na Figura 27, os vários painéis solares podem fornecer energia suficiente para operar o motor de controle 2830 em tensão constante e girar o motor de entrada de velocidade variável 2810 para fornecer uma entrada de velocidade variável para o conversor de velocidade Hummingbird mecânico que fornece velocidade de rotação constante para operar o gerador de eletricidade 2840 por causa da entrada constante do motor de controle 2830 para vantagem elétrica, por exemplo, de acordo com a Figura 19. O sol brilha apenas durante o dia, então as baterias, não mostradas, podem ser usadas para armazenar eletricidade produzida pelos painéis solares durante o dia para uso após o pôr do sol até que a potência de entrada das baterias caia abaixo da potência de saída de gerador 2840.

[00075] A Figura 29 é um desenho esquemático mecânico de uma turbina controlada por conversor de velocidade Hummingbird de engrenagem reta alimentada por rede para produzir uma velocidade de rotação constante para operar um gerador de eletricidade (não mostrado) através da saída de velocidade de rotação constante 2975 para girar o gerador. Uma rede elétrica (não mostrada) alimenta o motor de controle 2915 para fornecer potência de controle constante 2965, por exemplo, de acordo com a Figura 19 para vantagem elétrica como controle 2965 por meio de um eixo e engrenagens mostradas para engrenar com um primeiro de dois conjuntos de engrenagem reta. A Saída 2975 é uma velocidade de saída de rotação constante obtida do segundo de dois conjuntos de engrenagem reta representados (não numerados). A velocidade de entrada variável 2960 pode ser recebida de um módulo de aproveitamento de energia renovável conhecido (não mostrado).

[00076] A Figura 30 é um desenho esquemático mecânico de uma turbina controlada por Hummingbird de engrenagem reta autoalimentada que é um sistema autônomo ou geração distribuída porque pode compreender um gerador 3050 que gera energia variável para alimentar o motor de controle 3030 através de um regulador de tensão 3015 e energia extra pode ser economizada na bateria 3045. A entrada 3060 de uma velocidade de rotação variável é recebida de um módulo de aproveitamento de fluxo de vento ou água (energia renovável) (não mostrado). O motor de controle 3030 gera uma velocidade de rotação constante para girar o eixo de controle 3065. O regulador de tensão 3015 regula a saída de tensão pelo gerador 3050 que gira como resultado da velocidade de rotação de entrada conectada mecanicamente 3060 a partir de um módulo de aproveitamento (não mostrado).

[00077] Em vez de usar um módulo de aproveitamento combinado e gerador, a Figura 30 pode mostrar uma turbina Hummingbird de engrenagem reta autoalimentada com geração distribuída, onde um módulo de aproveitamento fornece velocidade de rotação variável para a entrada 3060 e um gerador interno 3050 gera energia elétrica de saída variável para um regulador de tensão 3015. O regulador de tensão, por sua vez, pode armazenar tensão constante carregando uma bateria 3045 ou operar um motor de controle para fornecer potência de controle constante para controlar o motor 3030. O motor de controle 3030 fornece uma rotação de controle 3065 para uma entrada de controle do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta do conversor de velocidade Hummingbird e a saída 3075 é um eixo de saída do segundo conjunto Transgear de engrenagem reta para um gerador de eletricidade (não mostrado) que gira em velocidade constante para gerar, por exemplo, potência constante a 50 Hz (Europeu) ou 60 Hz (EUA).

[00078] Os desenhos da presente invenção não devem ser considerados desenhados em escala e o respectivo tamanho dos componentes ou formas pode ser variado para se adequar a uma aplicação particular, tal como para uso em uma corrente oceânica, um estuário de marés, um grande rio, um pequeno riacho de montanha, como uma turbina eólica ou outra turbina de energia renovável. Estas aplicações de variações e tecnologias de novas turbinas de fluxo de água e ar com respeito a várias modalidades serão adicionalmente descritas na descrição detalhada dos desenhos que se seguem.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00079] Nas figuras das presentes modalidades da invenção que compreendem as Figuras 1 a 30, foi feito um esforço para seguir uma convenção de modo que o primeiro número de referência para um componente de desenho como 1XX indique um número de figura como o primeiro dígito onde o elemento primeiro parece; por exemplo, o motor 102 aparece pela primeira vez na Figura 1 e o componente do motor é dado por 02. O motor 102 aparece como motor 202 na Figura 2 como um componente de um conversor de frequência rotativo 228.

[00080] Os princípios de aplicação das várias modalidades discutidas de uma estrutura e método de construção da mesma para, por exemplo, fornecer uma alternativa de energia renovável verde para a queima de combustível, como carvão, óleo, usando energia nuclear ou outras fontes de energia menos ecológicas têm foi discutido acima nos Antecedentes. Uma turbina de fluxo de água de energia renovável ou de fluxo de ar pode compreender um módulo de aproveitamento especialmente projetado e localizado para produzir automaticamente pelo menos um valor predeterminado de energia renovável aproveitada para produzir uma quantidade constante de energia para uma carga, independentemente de a fonte de energia renovável variar,

por exemplo, com a hora do dia ou o clima ou se a carga pode variar de uma carga máxima predeterminada a um mínimo.

Um módulo de controle pode usar um par de engrenagens reta/helicoidal, engrenagem cônica/meia-esquadria e conjuntos de engrenagem de anel onde, por exemplo, os conjuntos de engrenagem reta/helicoidal compreendem engrenagens solares, engrenagens de suporte e engrenagens planetárias construídas como um controle de três variáveis de entrada de velocidade de rotação variável de um módulo de aproveitamento para velocidade de rotação constante (um conversor de velocidade Hummingbird) e um motor de controle ou conjunto de controle que o acompanha.

O conversor de velocidade Hummingbird pode ser usado para converter a variação da velocidade do módulo de aproveitamento rotacional em frequência constante, por exemplo, para uso em um rio ou gerador de energia elétrica de turbina MHK das marés.

Pode haver um ajuste automático entre o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem idênticos ou diferentes, de modo que uma porção variável de uma entrada para o primeiro conjunto de engrenagem possa ser eliminada automaticamente adicionando engrenagens de ajuste para eliminar a porção variável da entrada variável para o primeiro e segundo conjuntos de engrenagens.

As presentes modalidades usadas em conjunto com sistemas de turbina de energia de fluxo conhecidos podem ser aprimoradas usando muitos sistemas de controle conhecidos para operação melhorada, como controle de inclinação e guinada em turbinas eólicas que são adaptáveis para uso como módulos de aproveitamento de turbinas de rio acionados por hélice, controle responsivo a estatísticas e requisitos de rede de energia e controle remoto ou automático responsivo às condições meteorológicas previstas e reais (velocidade do rio a partir de previsões do tempo, um anemômetro, velocidade do fluxo de água de um medidor de velocidade de fluxo de água, controle de torque por meio de um medidor de torque, leitura barométrica e direção (aumentando ou caindo) e semelhantes). Um conversor de três variáveis para velocidade constante pode ser do tipo de engrenagem reta/helicoidal Hummingbird, engrenagem cônica/meia-esquadria ou tipo engrenagem de anel e incluir um motor de controle de velocidade constante para controlar a velocidade de saída em uma constante (frequência constante em Hertz) ao longo de certas modalidades a serem descritas. Além dos usos de energia de rios e marés, as aplicações do controle do Hummingbird também podem ser encontradas nas áreas de combustão ou veículos elétricos ou barcos ou aviões, bombas e compressores e com energia solar renovável. Estas e outras características de modalidades e aspectos de uma entrada de fluxo de energia constante ou variável, sistema e método de saída constante ou variável podem vir à mente da leitura da descrição detalhada acima, e qualquer invenção reivindicada deve ser apenas considerada limitada pelo escopo das reivindicações seguir. Além disso, o Resumo não deve ser considerado limitante. Quaisquer pedidos de patentes, patentes concedidas e citações de artigos publicados mencionados neste documento devem ser considerados incorporados por referência neste documento em sua totalidade.

[00081] A Figura 1 é uma representação do conceito de um conversor de velocidade de rotação para frequência (um conversor de frequência de rotação) mostrando o motor 102 conectado por um eixo de velocidade de rotação constante para girar um gerador de corrente alternada 104 para dar saída à uma saída de eletricidade 106 em uma frequência elétrica desejada em Hertz como 50 Hz (Europeu), 60 Hz (EUA) e 400 Hz (usado, por exemplo, para alimentar equipamentos em aviões e navios). Um certo motor de velocidade constante 102 tendo um eixo de saída de velocidade de rotação constante aciona um gerador de corrente alternada 104 para fornecer uma certa frequência de corrente alternada constante em sua saída 106. Uma tabela mostra que uma saída de motor de velocidade constante 102 em velocidade de rotação constante de X rpm aciona um eixo de entrada de um gerador de eletricidade 104 na mesma velocidade de rotação de entrada. Dada a mesma entrada de velocidade de rotação para o gerador 104, a velocidade do motor X pode fornecer saída de eletricidade de frequência constante de 50 Hz (Europeu). Se o motor é um motor de um quilowatt, a saída 106 de um gerador deve ser de um quilowatt de saída e operar uma carga variável (não mostrada) entre 0 e um quilowatt (sem considerar as eficiências para simplificar). Assim, o conceito de um conversor de frequência rotativo é que um certo motor constante 102 produz uma velocidade de rotação constante X mais um gerador produz uma certa frequência elétrica constante na saída 106, onde X rpm produz 50 Hz, Y rpm produz 60 Hz e Z rpm velocidade de rotação constante produz 400 Hz na saída 106 do gerador 104.

[00082] A Figura 2 mostra uma comparação entre conversores de velocidade constante para turbinas de fluxo de vento ou de fluxo de água (hidrocinética marinha ou MHK) 210, 216, 220, 226, 230 de acordo com a presente invenção e conversores de frequência rotativos conhecidos de represas hidrelétricas, turbinas a carvão, naturais turbinas a gás e turbinas a combustível nuclear 200, 212, 214, 218, 224, 230 que não utilizam fontes de energia renováveis (exceto usinas hidrelétricas com represas) e conversor de frequência rotativo 202, 230. Considerando primeiro represas hidrelétricas convencionais de energia renovável, turbinas movidas a carvão não renováveis, turbinas movidas a gás natural e turbinas nucleares produzidas pelo homem 200, todos eles produzem energia não renovável e produzida pelo homem a partir de combustível ou, no caso de represas, aproveitar energia de energia renovável de água. A energia não renovável e nuclear é menos desejável. Carvão, gás natural e combustível nuclear são fontes de energia. Represas, carvão, gás natural e aproveitamento de energia nuclear ou produzem energia variável 212. De acordo com a equação 214, a saída de energia variável 212 mais um conversor de energia pode produzir a saída de energia constante. De acordo com a equação 218, a entrada de energia constante para uma turbina pode produzir uma velocidade de turbina constante. De acordo com a equação 224, a turbina mais um gerador de eletricidade pode produzir uma saída de frequência elétrica constante. As saídas da turbina 224, conversor de velocidade 226 e motor 202 são os provedores de velocidade constante para o gerador

230.

[00083] De acordo com a presente invenção, compreendendo um fluxo de energia eólica de energia renovável ou turbina de fluxo de água (MHK) 210, um objetivo é aproveitar a velocidade variável dessas fontes renováveis - ar e água 216. Turbinas de vento e água (ou MHK) 210 usam fluxo de energia renovável em velocidade variável.

É desejável aproveitar a velocidade de fluxo de ar ou água variável 216. O vento normalmente flui em direções variadas, e um cata-vento é normalmente conectado a uma hélice de vento para aproveitar a velocidade do vento variável de qualquer direção.

O mesmo é verdade para uma turbina de energia eólica/água renovável.

Uma palheta pode girar a turbina de água renovável ou vento em qualquer direção horizontal.

Em um oceano, pode haver ondas que fazem com que o fluxo de água seja vertical ou para cima e para baixo.

As turbinas de fluxo de água de energia renovável podem aproveitar o fluxo de água das ondas do oceano para cima e para baixo.

De acordo com a equação 220, uma velocidade de rotação de entrada variável de um módulo de aproveitamento para aproveitar uma fonte de energia renovável mais um conversor de velocidade (convertendo a velocidade variável em velocidade constante) produz uma velocidade de rotação de saída constante.

De acordo com a equação 226, conforme traduzido para um conversor de frequência rotativo da Figura 1, significa que um gerador de eletricidade recebe uma velocidade de rotação constante de um conversor de velocidade variável para constante que, quando aplicado a um gerador de eletricidade 230, produz uma saída de frequência elétrica constante.

Uma ênfase da presente invenção é descrever um conversor de velocidade mecânico denominado conversor de velocidade Hummingbird tendo um motor de controle e usando esse conversor de velocidade 226 para gerar eletricidade no gerador de eletricidade 230 a uma frequência desejada constante (e uma saída de energia renovável desejável constante).

[00084] A Figura 3A descreve um transistor conhecido e é definido como “um dispositivo semicondutor usado para amplificar ou alternar sinais eletrônicos e potência de sinal elétrico. É composto de material semicondutor, geralmente com pelo menos três terminais para conexão a um circuito externo”. O transistor é análogo à definição de um conjunto Transgear compreendendo engrenagens retas/helicoidais, engrenagens cônicas/de meia-esquadria ou engrenagens de anel.

[00085] A Figura 3B descreve a mudança na definição de um transistor conhecido da Figura 3A para uma definição da operação de um conjunto Transgear mecânico como “um dispositivo mecânico usado para amplificar ou alternar o movimento rotativo e a potência mecânica. É composto por engrenagens geralmente com pelo menos três terminais (mecânicos) para conexão a um circuito externo”. Por exemplo, um gerador de eletricidade conectado a um eixo de saída operando em velocidade de rotação constante pode gerar energia elétrica constante em frequência constante.

[00086] As Figuras 3C e 3D mostram uma vista em perspectiva e uma vista de corte esquemática de um conjunto Transgear de engrenagem reta/helicoidal básico compreendendo três variáveis, uma primeira variável de engrenagem solar esquerda 302, engrenagens de suporte 306-1, 306-2 compreendendo uma segunda variável, as engrenagens de suporte tendo pinos para girar as engrenagens planetárias 308-1, 308-2, que são engrenadas juntas e para as engrenagens sol esquerda e direita, respectivamente, e uma terceira variável que compreende a engrenagem solar direita 304. As engrenagens planetárias 308-1, 308-2 (apenas um conjunto de duas engrenagens planetárias mostradas estão numeradas) são vistas em engrenamento juntas na vista em perspectiva da Figura 3C. Um eixo central alcança a engrenagem solar esquerda 302. As engrenagens solares esquerda e direita 302, 304 têm os mesmos diâmetros. Para Figura 3D, a engrenagem solar esquerda 302 conectada ao eixo engrena com a engrenagem planetária superior 308-1 das engrenagens de suporte e os pinos 306-1, 306-2 que, por sua vez, engrenam com a engrenagem planetária inferior 308-2 que engrena com a engrenagem solar direita/luva/engrenagem solar 304. As engrenagens de suporte 306-1, 306-2 suportam as engrenagens planetárias em pinos não numerados e podem girar em torno do eixo central, assim como engrenagem solar direita/luva/engrenagem solar 304 devido a rolamentos rotativos não numerados entre o eixo e o respectivo suporte e a luva de engrenagem solar direita.

[00087] As Figuras 4A a 4C mostram como as funções de entrada, saída e controle podem ser atribuídas de forma diferente às três variáveis mostradas nas Figuras 3C e 3D. Nas Figuras 4A-4C, o eixo central não está ligado a nenhuma engrenagem, como mostrado na Figura 3D, e funciona como um eixo de suporte físico. O eixo é circundado por rolamentos não numerados e não tem impacto na atribuição de funções às variáveis. Com referência à Figura 4A, a função de entrada pode ser atribuída aos suportes 406-1. A função de controle é atribuída à engrenagem solar esquerda/luva 402-1. A função de saída é atribuída à engrenagem solar direita/luva 404-1. Se o controle da engrenagem solar esquerda 402-1, por exemplo, não gira ou gira a 0 rpm (torque equilibrado 0 rpm não é um neutro que está em rotação livre) e as engrenagens da transportadora podem girar, por exemplo, uma rotação no sentido horário, então a engrenagem solar direita atribuída como saída gira duas revoluções no sentido horário. Com referência à Figura 4B, a entrada pode ser atribuída à engrenagem solar direita 404-2 e pode girar uma volta no sentido horário. A engrenagem solar esquerda/luva 402-2 é atribuída a função de controle e não gira, então a saída atribuída às engrenagens de suporte 406-2 gira meia volta no sentido horário. Com referência à Figura 4C, a entrada pode ser atribuída à engrenagem solar direita 404-3, mas observe que, entre a Figura 4B e Figura 4C, as funções de controle e saída são invertidas, controle da engrenagem solar esquerda 402-2 para suporte 406-3 e saída dos suportes 406-2 para a engrenagem solar esquerda/luva 402-3. Na Figura 4C, o controle (engrenagens de suporte) não gira e quando a engrenagem solar direita de entrada/luva 404-3 gira uma volta no sentido horário, a engrenagem solar esquerda de saída/luva 402-3 gira uma volta no sentido anti-horário. Além disso, a Figura 4C pode ser invertida horizontalmente e atribuída de forma oposta, de modo que a engrenagem solar esquerda 402-3 seja atribuída como a entrada e a engrenagem solar direita 404-3 seja atribuída como saída enquanto o controle permanece o mesmo, atribuído aos suportes 406-3. Observe que, embora a entrada seja 1 rpm CW em todas as figuras, a saída varia de (quando o controle está em rotação livre, mostrado como 0) 2 rpm CW, 1/2 rpm CW e 1 rpm CCW.

[00088] As Figuras 5A a 5C mostram três conjuntos Transgear diferentes, cada um com engrenagens solares esquerda e direita (exceto o Transgear de engrenagem de anel que tem uma engrenagem de anel 502-3 no lugar de uma engrenagem solar esquerda), engrenagens planetárias (ou intermediárias) e engrenagens de suporte (ou discos). A Figura 5A de um conjunto Transgear de engrenagem reta/helicoidal já foi introduzida nas Figuras 3C e 3D e nas Figuras 4A a 4C. As engrenagens planetárias 508-1a/b, 508- 2a/b e 508-3a/b das Figuras 5A a 5C são engrenagens intermediárias suportadas pelas engrenagens de suporte (ou discos) 506-1/2/3. A engrenagem planetária superior 508-1a da Figura 5A é engrenada com a engrenagem solar esquerda 502-1. A engrenagem planetária inferior 508-1b é engrenada na engrenagem planetária superior 508-1a e na engrenagem solar direita 504-1 que está livre para girar em torno de um eixo tendo ou conectado à engrenagem solar esquerda 502-1. A Figura 5B mostra um conjunto Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria compreendendo a engrenagem solar esquerda 502-2, a engrenagem de suporte 506-2 e a engrenagem solar direita 504-2. A engrenagem solar esquerda 502-2 é fixada a um eixo e engrena com engrenagens planetárias 508- 2a/b que por sua vez se engrenam com a engrenagem solar direita 504-2. A engrenagem de suporte 506-2 (é fixada a eixos de suportes não numerados) e a engrenagem solar direita são livres para girar em torno do eixo que é integral ou conectada à engrenagem solar esquerda 502-2 (que não gira em torno do eixo). As engrenagens planetárias 508-2a/b giram em torno do eixo (não numerado) da engrenagem de suporte 506-

2. A engrenagem cônica/meia-esquadria pode ter diferentes funções atribuídas às suas três engrenagens, como no exemplo de uma engrenagem reta/helicoidal. Qualquer engrenagem solar esquerda 502-2, engrenagem de suporte 506-2 e engrenagem solar direita 504-2 pode ser atribuída a funções de entrada,

controle e saída.

Quando utilizado como um conversor de velocidade rotacional variável para constante Hummingbird, o conjunto de engrenagem cônica/meia-esquadria usa as engrenagens solares esquerda ou direita como entrada ou saída e a engrenagem de suporte recebe o controle.

Existem duas engrenagens planetárias mostradas.

A engrenagem planetária superior 508-2a circunda o eixo da engrenagem de suporte superior (não numerada) e a engrenagem planetária inferior 508-2b circunda o eixo de suporte inferior (não numerada). A Figura 5C mostra um conjunto Transgear de engrenagem de anel compreendendo uma engrenagem de anel (engrenagem interna) 502-3, engrenagem de suporte 506-3 e uma luva de engrenagem solar 504-3. As engrenagens planetárias mostradas em cada conjunto Transgear são engrenagens intermediárias e são suportadas por pinos nas engrenagens de suporte (ou discos). Qualquer uma das engrenagens de anel 502-3, engrenagem de suporte/disco 506-3 e engrenagem solar 504-3 pode ser atribuída a funções de entrada, controle e saída.

Quando dois conjuntos de engrenagem de anel conforme a Figura 5C são unidos por um conjunto de engrenagem de ajuste, por exemplo, a entrada é atribuída ao eixo e engrenagem de anel 502-3, o controle é atribuído à disco/engrenagem de suporte 506-3 e a saída é atribuída à engrenagem solar 504-3. O eixo se estende até o segundo conjunto da engrenagem de anel.

As engrenagens planetárias são mostradas suportadas por pinos de suporte da engrenagem de suporte/disco 506-3, podem engrenar com a engrenagem de anel 502-3 e a engrenagem solar/luva 504-3 que circunda o eixo e está livre para girar em torno do eixo como é a engrenagem de suporte/disco 506-3 livre para girar em torno do eixo por meio de rolamentos.

Conforme introduzido acima, uma engrenagem intermediária ou planetária pode ser introduzida em um sistema mecânico com a finalidade de alterar a direção de rotação de um eixo de saída. Uma engrenagem intermediária pode ser de tamanho ou forma variada (como uma engrenagem planetária de camada única ou dupla), mas não é comumente destinada a ter um impacto nas mudanças de velocidade de entrada para saída de velocidade de rotação, exceto, em um conjunto de engrenagem de anel, quando o tamanho da engrenagem planetária é alterado, o tamanho do diâmetro da engrenagem de anel interna muda respectivamente e a relação de velocidade de entrada para saída muda.

[00089] As Figuras 6A a 6C mostram vários métodos de modificação de uma relação de entrada para saída, por exemplo, alterando os diâmetros das engrenagens atribuídas às funções de entrada e saída em dois dos três conjuntos Transgear de engrenagem reta/helicoidal diferentes das Figuras 6B e 6C. Na Figura 6A, os diâmetros da engrenagem solar esquerda 602-1 e da engrenagem solar direita 604-1 são os mesmos e podem ser atribuídos às funções de entrada e saída, respectivamente. As Figuras 6B e 6C mostram como as relações de entrada para saída podem ser alteradas, modificando os diâmetros das engrenagens solares esquerdas, e por exemplo, enquanto mantém a engrenagem solar direita inalterada, realocando os pinos superiores 610-2a/3a ou dobrar uma única engrenagem planetária para a engrenagem planetária de camada dupla 608-3b (Figura 6C) para ter dois diâmetros para engrenar com a engrenagem planetária superior 608-3a e a engrenagem solar direita 604-3 que é menor que a engrenagem solar esquerda 602-3 A Figura 6B mostra a engrenagem planetária 608-2a engrenando com a engrenagem solar esquerda 602-2 e a engrenagem planetária inferior 608- 2b. A Figura 6C também mostra que o diâmetro da engrenagem solar esquerda 602-3 é maior do que a engrenagem solar direita 604-3 como na Figura 6B. Mas a relação de entrada para saída também pode ser alterada dobrando a estrutura da engrenagem planetária inferior 608-3b com dois diâmetros diferentes que um engrena com a engrenagem planetária superior 608-3a e o outro com a engrenagem solar direita/luva 604-3. A engrenagem solar direita 604-3 está livre para girar em torno do eixo conectado ou integral com a engrenagem solar esquerda 602-3. Um diâmetro de lado esquerdo da engrenagem planetária 608-3b engrenando com a engrenagem planetária superior 608-3a pode ser menor do que um diâmetro de lado direito que engrena com a engrenagem solar direita/luva 604-

3. O menor diâmetro de lado esquerdo engrena com a engrenagem planetária superior 608-3a, que tem o mesmo diâmetro que outra engrenagem planetária ou mesmo diâmetro que 608-2a. O diâmetro maior do lado direito se engrena com a engrenagem solar direita/luva 604-3. O diâmetro de engrenagem solar direita é o mesmo em todas as três figuras para fins de comparação; no entanto, a mudança do diâmetro da engrenagem solar de saída de cada engrenagem solar direita 604-1, 604- 2, 604-3 de cada conjunto de engrenagem também modificará a relação de entrada para saída, e como será discutido mais adiante neste documento, também impactar a estrutura de um conjunto de engrenagem de ajuste (ver, por exemplo, as Figuras 11A e 11B).

[00090] As Figuras 7A a 7C mostram vários métodos de modificação de uma razão de entrada para saída de um conjunto

Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria, por exemplo, alterando os diâmetros das engrenagens solares esquerda e direita na Figura 7A de ter diâmetros iguais na Figura 7A (702-1 e 704-1) para ter diâmetros diferentes nas Figuras 7B e 7C, onde as engrenagens solares esquerdas 702-2, 702-3 têm diâmetros maiores do que as engrenagens solares direitas 704-2, 704-3 nas Figuras 7B e 7C, respectivamente. A Figura 7C mostra uma outra maneira de mudar a razão de entrada para saída mudando as engrenagens planetárias 708-3a, 708-3b do conjunto da Figura 7B. Na Figura 7B, a engrenagem solar esquerda 702-2 está engrenando a engrenagem cônica/meia- esquadria maior da engrenagem planetária de camada dupla 708-2a/b e a engrenagem solar direita 704-2 está engatando a engrenagem cônica/meia-esquadria menor da engrenagem planetária 708-2a/b. Na Figura 7C, as engrenagens planetárias 708-3a/b são de camada dupla, mas ambas as engrenagens têm o mesmo diâmetro de passo. Veja, por exemplo, a engrenagem planetária 708-3a/b tendo dois níveis/camadas. As engrenagens de suporte 706-2, 706-3 e a engrenagem direita 704-2, 704-3 estão livres para girar em torno do eixo conectado às engrenagens solares esquerdas 702-2, 702-3. O diâmetro de engrenagem solar de suporte é o mesmo para todas as três figuras de um conjunto Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria para fins de comparação.

[00091] As Figuras 8A a 8C mostram vários métodos de modificação de uma razão de entrada para saída de um conjunto Transgear de engrenagem de anel, por exemplo, ampliando os diâmetros das engrenagens planetárias 808-2a, 808-2b da Figura 8B em comparação com as engrenagens planetárias 808- 1a e 808-1b da Figura 8A, respectivamente. Observe que o eixo do conjunto da engrenagem de anel 810-1, 810-2 e 810-3 em todas as modalidades das Figuras 8A a 8C estão conectados ou integrados à engrenagem de suporte/disco 806-1, 806-2 e 806-3. Engrenagens de suporte (ou discos) 806-1, 806-2 e 806-3 podem ser atribuídas como entrada.

Em todas as Figuras 8A, 8B e 8C, as engrenagens de anel 804-1, 804-2 e 804-3 e as engrenagens solares 802-1, 802-2 e 802-3 estão livres para girar em torno dos eixos 810-1, 810-2 e 810-3 integral com as engrenagens de suporte 806-1, 806-2 e 806-3. Consequentemente, na Figura 8A a engrenagem de suporte 806- 1 pode ser atribuída como entrada.

A engrenagem de anel 804- 1 pode ser atribuída como controle.

A engrenagem solar/luva/engrenagem solar 802-1 pode ser atribuída como saída.

Na Figura 8B, o conjunto de engrenagem de anel compreende uma engrenagem de anel 804-2 que pode causar uma relação de entrada para saída modificada, ampliando o diâmetro interno da engrenagem de anel (diâmetro do passo), aumentando os diâmetros da engrenagem planetária 808-2a e 808-2b.

O conjunto da engrenagem de anel da Figura 8C foi modificado ampliando adicionalmente mais o diâmetro da engrenagem de anel 804-3 da mesma maneira que na Figura 8B, mas as engrenagens planetárias 808-3a e 808-3b são engrenagens de camada dupla 808-3a e 3b com diâmetros diferentes, tornando-as engrenagens planetárias de diâmetros diferentes (engrenagens duplas) entre os lados esquerdo e direito das engrenagens planetárias com o diâmetro de lado direito maior que o diâmetro de lado esquerdo.

O diâmetro de lado direito se engrena com uma engrenagem solar de engrenagem solar/luva/engrenagem solar 802-3 e o diâmetro de lado esquerdo que se engrena com a engrenagem de anel 804-

3. O diâmetro de engrenagem solar direita para as engrenagens solares direitas 802-1, 802-2 e 802-3 é o mesmo em todas as três figuras para fins de comparação.

[00092] As Figuras 8D1 e 8D2 mostram um conjunto Transgear de engrenagem de anel típico mostrado na Figura 8D1 semelhante ao mostrado nas Figuras 8A e 8B tendo uma engrenagem de anel, uma engrenagem de suporte e uma engrenagem solar. A Figura 8D2 mostra uma tabela que mostra as variáveis de velocidade das engrenagens S, R e C em RPM e diâmetro das engrenagens s, r e c com fórmulas para calcular a velocidade de cada uma das três engrenagens onde a velocidade da engrenagem de suporte ou do disco C = (Ss + Rr) / (C + r); a velocidade da engrenagem solar pode ser S = [C (s + r)- Rr] / s; e velocidade da engrenagem de anel R = [C(s + r) – Ss] / r. As engrenagens planetárias são engrenagens intermediárias e não afetam a velocidade diretamente, exceto que a engrenagem de anel é aumentada para acomodar engrenagens planetárias maiores. Se três diâmetros e duas velocidades são conhecidos, a terceira velocidade pode ser calculada.

[00093] A Figura 9 mostra um conjunto de conversor de velocidade Hummingbird de engrenagem reta de dois conjuntos Transgear de engrenagem reta básica idêntica para mostrar o algoritmo e os cálculos para a entrada para o primeiro conjunto Transgear através da saída do segundo conjunto Transgear incluindo um cálculo para ajuste 940 que pode ser um conjunto de engrenagens de acordo com uma regra básica de conjunto Transgear de engrenagem reta, onde C é a velocidade de rotação da engrenagem de suporte, L é a velocidade da engrenagem solar esquerda e R é a velocidade da engrenagem solar direita: C = (L + R) / 2; L = 2C - R e R = 2C - L.

Vamos supor que a entrada 910 para o primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta seja Entrada #1 = X + ∆ onde X é um valor constante e ∆ representa a mudança variável na velocidade de rotação do eixo e engrenagem solar esquerda do primeiro conjunto.

A velocidade de suporte 920 do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta é Controle #1 = X/2 ou metade da velocidade rotacional de entrada constante.

A saída de luva da engrenagem solar direita obtida na engrenagem solar direita é uma saída e uma entrada para um conjunto de engrenagem de ajuste 940. A Saída #1 ou saída do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta é calculada como Saída #1 = R = 2C - L = 2 (X/2) - (X + ∆) = -∆ que é passado para o conjunto de engrenagem de ajuste 940. A engrenagem de ajuste 940 deve ajustar a Saída #1 de -∆ a ∆/2, em outras palavras, ele deve alterar a velocidade variável negativa ∆ que foi produzida pelo primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta para + ∆/2 e passar ∆/2 para o Controle #2 de suporte 950 do segundo conjunto Transgear de engrenagem reta.

A entrada 960 para o segundo conjunto Transgear de engrenagem reta é igual à entrada para o primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta ou Entrada #2 = X + ∆. A saída 970 do segundo conjunto Transgear de engrenagem reta é calculada como Saída #2 = R = 2C – L = 2 (∆/2) – (X + ∆) = -X.

Portanto, o que provamos é que uma velocidade constante mais uma velocidade variável foi corrigida para ser uma saída de velocidade rotacional constante.

A saída de velocidade de rotação constante pode ser inserida em um gerador (não mostrado) com um eixo girando a uma velocidade constante -X e produzir uma saída de frequência elétrica constante, como

50 Hz (Europeu) ou 60 Hz (EUA).

[00094] As Figuras 10A a 10C mostram três variações de um conversor de velocidade variável constante Hummingbird mecânico, cada uma tendo um conjunto de engrenagem de ajuste 1060-1, 1060-2, 1060-3 entre o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem de cada uma das modalidades das Figuras 10A, 10B e 10C. A Figura 10A mostra os primeiros e segundos conjuntos de engrenagem Transgear/helicoidal em que o primeiro Conjunto Transgear #1 1020-1 compreende a entrada de velocidade variável 1010-1, controle 1040-1 e uma saída não rotulada para ajuste de engrenagem 1060-1 como entrada para Transgear #2 1030-1 que fornece velocidade de saída de rotação constante na saída 1050-1. A Figura 10B mostra o primeiro e segundo conjuntos de engrenagem Transgear de engrenagem cônica/meia-esquadria Transgear #1 1020-2 e Transgear #2 1030-2 unidos pelo ajuste 1060-2. O Transgear #1 tem uma entrada de velocidade variável 1010-2, um controle de suporte 1040-2 e o Transgear #2 1030-2 fornece uma saída de velocidade rotacional constante 1050-2. A Figura 10C mostra os conjuntos Transgear da primeira e da segunda engrenagem de anel: Transgear #1 1020-3 e Transgear #2 1030-

3. Transgear de anel #1 tem uma velocidade de rotação de entrada variável na entrada 1010-3 e um controle de engrenagem de anel 1040-3 cuja saída para engrenagem de ajuste 1060-3 é recebida na segunda engrenagem de anel direita não rotulada. Uma velocidade de rotação de saída constante é fornecida na Saída 1050-3. Referindo-se brevemente à Figura 12, o objetivo de ter um conjunto de engrenagem de ajuste 1060-1, 1060-2, 1060-3 é eliminar a velocidade de rotação variável ∆ da entrada 1110 em a, X +

∆, de modo que a saída 1160 "i", Saída i = 2g - h = -X, é constante ou -X. O cálculo mostra a velocidade de rotação de saída sendo -X, mas sendo a direção de rotação oposta da velocidade de rotação de entrada X não é um problema; o que é importante é que a variação na entrada de velocidade de rotação ∆ seja automaticamente eliminada por um conjunto de engrenagem de ajuste 1060-1, 1060-2 1060-3, que pode compreender o ajuste do diâmetro das engrenagens de saída não numeradas do conjunto de engrenagem Transgear #1 e engrenagens de suporte de entrada não numeradas do conjunto de engrenagem Transgear #2 (ver, por exemplo, as Figuras 11A e 11B).

[00095] As Figuras 11A e 11B, respectivamente, fornecem um diagrama esquemático de um conversor de velocidade Transgear Hummingbird de engrenagem reta básica com engrenagens de ajuste de c a g e uma tabela que mostra nomes/descrições de componentes "a" a "i" rotulados na Figura 11A. A Figura 11A mostra entrada de velocidade rotacional variável fornecida na Entrada 1110, um Controle 1120 (ambos para um primeiro conjunto de engrenagem Transgear (não numerado) e 1160 como Saída do conjunto de engrenagem Transgear não numerado #2 dado um conjunto de engrenagem de Ajuste 1140 "c" a "g" para remover variações na velocidade de rotação de entrada da entrada 1110. Observe que na Figura 11A um eixo comum conecta os dois conjuntos Transgear de engrenagem reta, de modo que a engrenagem solar esquerda do Transgear esquerdo #1 rotulado como "a" compartilhe o eixo de entrada comum 1110 com a engrenagem solar esquerda do Transgear direito #2 rotulado como "h".

[00096] A Figura 12 mostra a matemática por trás da conversão de uma entrada de velocidade de rotação variável compreendendo uma velocidade constante X mais uma velocidade de rotação variável ∆ para uma saída de velocidade constante de modo a eliminar a porção de velocidade variável ∆ da entrada X + ∆. A tabela de descrição 1215 mostra as fórmulas para os componentes: a, b, c, d, e, f, g, h e i. A entrada variável 1225 está entre 1.800 e 3.600 rpm. A saída constante é -1.800 rpm, que é -X da entrada a de X + ∆. A variação de velocidade ∆ de, por exemplo, uma constante X = 1.800 rpm foi eliminada. São mostrados apenas três exemplos de velocidade de rotação de entrada variável 1225, mas a velocidade de saída constante pode ser constante -X (-1.800 rpm) através da entrada de 1.800 rpm a 3.600 rpm.

[00097] A Figura 13 mostra um reverso da matemática da Figura 12, onde uma entrada de uma velocidade de rotação constante X (onde X, por exemplo, pode ser uma constante

1.800 rpm) pode ser emitida como uma velocidade de rotação de saída variável em qualquer lugar entre 0 rpm e -1.800 rpm alterando a variável de controle "b" do primeiro conjunto Transgear de engrenagem reta/helicoidal entre 0 e 900 rpm. Estes são apenas três exemplos de velocidade, mas a velocidade de saída variável pode ser infinitamente variável entre -0 rpm e até um máximo de -1800 rpm.

[00098] A Figura 14 assume que um motor de velocidade de entrada variável 1410 (variando em velocidade, por exemplo, entre 800 e 1.600 rpm) gira um eixo de um conjunto de engrenagem Transgear duplo tendo um conjunto de engrenagem de ajuste. Também é fornecido um motor de controle 1420 conectado ao conjunto conversor de velocidade mecânica Hummingbird para fornecer entrada de velocidade rotacional variável como um Controle 1420. Presume-se que o conversor de velocidade Hummingbird esteja conectado a um gerador de eletricidade 1430 que gera 1440 com a carga 1450 sem carga ou carga zero. Este experimento mostra que quando a velocidade de entrada 1410 é variável, por exemplo, entre 800 e 1.600 rpm, e a carga é zero, independentemente da velocidade de rotação de entrada 1410, se a velocidade de controle 1420 é 1.200 rpm, o gerador 1430 conectado ao motor está girando a 1.200 rpm gera uma frequência constante 1440 de 60,0 Hz pela seta 1460.

[00099] A Figura 15 é uma figura semelhante à Figura 14 para mostrar os componentes de um motor de velocidade de entrada variável girando um eixo de entrada de um conversor de velocidade Hummingbird como se o motor de velocidade variável fosse a saída de um módulo de aproveitamento, como a hélice de uma turbina eólica ou a roda d'água de uma turbina de fluxo de água. Uma entrada variável 1510 de 800 a 1.600 rpm é mostrada variando com uma carga de saída 1550 entre 0 e 120 watts. Uma etapa #1 é que a carga variável tem um impacto na velocidade de rotação do gerador de eletricidade que na etapa #2 pode fazer com que a frequência 1540 do gerador de eletricidade 1530 varie entre 60 Hz sem carga a 59,3 Hz com uma carga de 120 watts. Observe que a velocidade de rotação do gerador é a mesma de um motor de controle, fornecendo uma entrada de velocidade de controle que é da mesma forma constante 1.200 rpm sem carga. Este experimento mostra que a saída de frequência elétrica do gerador 1530 está relacionada à velocidade de entrada variável e à carga de saída elétrica variável 1550.

[000100] A Figura 16 continua o exemplo de uma entrada variável fornecendo uma frequência de saída constante de um gerador de eletricidade. Quando um motor de controle 1620 é usado com controle de velocidade, resulta uma saída de frequência elétrica constante, mesmo quando há velocidade de entrada variável do motor 1610 e carga variável 1650, a velocidade de motor de controle, por exemplo, em condições sem carga é 60 Hz constante mas também com velocidade e carga de entrada variáveis, uma velocidade de motor de controle de 1204 rpm pode ser corrigida para 1.200 rpm, assim como uma velocidade de motor de controle de 1.208 rpm. Este experimento mostra que uma frequência constante de 60 Hz pode ser produzida se o motor de controle 1620 for ajustado para 1.200 rpm quando a velocidade de entrada 1610 e a carga elétrica 1650 forem variáveis.

[000101] A Figura 17 é um esquema de um conjunto Hummingbird construído e testado como um Hummingbird #4D de amostra de engenharia tendo uma entrada de 1760 de 1.800 rpm + uma velocidade variável ∆ rpm de um módulo de aproveitamento. A entrada é traduzida para um eixo central (não numerado) do conversor de velocidade Hummingbird compreendendo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem reta 1780 e 1785 com a primeira saída de Transgear engrenada ao segundo controle de Transgear. Veja o ajuste 1770 de 1 a -1/2 (o diâmetro da engrenagem solar direita do Transgear #1 é 1/2 do diâmetro da engrenagem de suporte do Transgear #2). Um motor de controle (não mostrado) fornece uma entrada de controle de 1.800 rpm constantes. O ajuste 1760 entre os dois conjuntos é o mesmo 1 a -1/2. A saída é recuperada por um eixo de saída 1775 por engrenagens engrenadas com a saída na engrenagem solar de luva direita (não numerada).

[000102] A Figura 18 mostra uma tabela de dados de teste #16H retirados do conjunto de amostra Hummingbird #4D. À esquerda é vista a carga variável começando com carga 0 e aumentando incrementalmente em 295 watts por três vezes para uma soma de 885 watts e depois por 180 watts por duas vezes para uma soma de 1245 watts, e finalmente por um único incremento de 69 watts total de 1314 watts. Referindo-se à caixa preta em negrito na carga de 0 Watts 1806, então, as velocidades de rotação 1808 de entrada, controle e saída com carga 0 são mostradas como 2012 rpm, 1782 rpm e 3564 rpm, respectivamente. O torque de 1812 em Newton metro é mostrado para entrada, controle e saída como 0,96, 2,16 e 0,68, respectivamente. A potência 1814 em quilowatts é mostrada para entrada, controle e saída, respectivamente, como 0,393, 0,279 e 0. A saída de frequência de eletricidade 1816 por um gerador é medida como 60,3 Hz e a saída de tensão 1818 sem carga é 119,7 volts (pouco menos de 120 volts, a tensão padrão dos EUA). Esta experiência mostra que a frequência 1816 está diminuindo à medida que a carga variável 1806 aumenta.

[000103] A Figura 19 mostra um gráfico da carga 1806 da Figura 18 versus a potência 1814 da tabela na Figura 18 para o conversor de velocidade Hummingbird #4D da amostra de engrenagem reta/helicoidal da Figura 17. Voltando à potência 1814 da Figura 18, a potência de entrada 1814A é fornecida por um módulo de aproveitamento ou simulada por um motor funcionando em velocidades variáveis e produzindo potência de entrada de energia renovável simulada entre 0,393 e 1,317 kW com carga máxima de 1.314 Watts. Fazendo referência brevemente à Figura 18, a potência de entrada aproveitada

1814A por um módulo de aproveitamento deve ser maior do que a soma da potência de controle usada 1814B e a potência de saída gerada 1814C. A potência de controle usada por um motor de controle 1814B é mostrada aumentando linearmente, mas maior do que a potência de saída ou potência gerada 1814C, que também está aumentando linearmente até que haja um cruzamento entre a potência de controle 1814B e a potência de saída 1814C. A potência de saída 1814C está aumentando linearmente a uma taxa maior do que os aumentos de potência de controle. O cruzamento de linha foi simulado para ocorrer a aproximadamente uma carga de 740 Watts. A partir do respectivo nível de potência de entrada, há uma vantagem elétrica de modo que a potência de saída excede a potência de controle. Voltando à Figura 19, a potência de controle 1965 cruza a potência de saída 1975 no cruzamento de linha

1970. Após o ponto de cruzamento, há uma vantagem elétrica da potência de saída sobre a potência de controle. Quando a classificação do sistema aumenta para um máximo projetado, a vantagem elétrica alcançará a mais alta eficiência projetada. Esses resultados serão comparados a um sistema hidráulico fechado de três variáveis ou ao Princípio de Pascal, como será visto nas Figuras 20A e 20B.

[000104] A Figura 20 é uma visão pictórica do Princípio de Pascal, mostrando que P1 = P2 (sistema hidráulico fechado). P1 = F1/A1 e P2 = F2/A2. Se a área A1 do cilindro esquerdo onde a força original F1 é aplicada for multiplicada por dez para se tornar A1 x 10, então, F2 = 10 x F1 e uma pequena força original pode levantar um automóvel seguindo o Princípio de Pascal. A Figura 21A também mostra o Princípio de Pascal e as nove etapas para obter uma vantagem mecânica. A Figura

21B que representa o princípio do inventor defende que uma vantagem elétrica pode ser obtida em um sistema de torque equilibrado de modo que uma pequena potência de entrada P1 seja capaz de uma vantagem elétrica na potência de saída P3 se P3 exceder a potência de controle P2. O inventor reconhece pela Figura 21B um princípio análogo que, em um sistema de movimento rotativo com torque balanceado, há uma vantagem elétrica quando P3 medido na saída do sistema excede P2 quando a potência de entrada P1 excede a soma da potência de saída P3 e potência de controle P2.

[000105] As Figuras 21A e 21B distinguem o Princípio de Pascal e o princípio do inventor descrito como o Princípio de Han. O Princípio de Pascal se relaciona à pressão hidráulica (força) distribuída em duas áreas diferentes para obter uma vantagem mecânica conforme a Figura 21A. A Figura 21B mostra um conversor de velocidade Hummingbird (tirado da Figura 17) onde a potência é igual ao torque no eixo vezes a velocidade de rotação. Uma vantagem elétrica é alcançada em um sistema mecânico conhecido como “movimento” versus hidráulico.

[000106] As Figuras 21C e 21D distinguem adicionalmente Pascal de Han. A Figura 21C se refere à pressão e área hidráulica, enquanto a Figura 21D se refere ao torque de rotação em um eixo e à velocidade de rotação. O princípio de pascal relaciona-se à pressão hidráulica (força) distribuída em duas áreas diferentes. É óbvio que o Princípio de Pascal não incluía a força de recipiente; portanto, nesta patente, a força de recipiente F1 é adicionada e a pequena força de controle torna-se F2 e a força de saída torna-se F3. As relações condicionais entre as forças são: F1 > F2 + F3 e F2 < F3. Uma pequena força de controle F2 é aplicada na Figura 21C sobre uma pequena área de uma porção cilíndrica e transladada por um recipiente que recebe a força F1 do recipiente para toda a área de superfície interna do recipiente onde uma força de saída F3 é capaz de levantar um automóvel. Novamente, F1 > F2 + F3 e F2 < F3. A Figura 21D para “motricidade” ou Princípio de Han da vantagem elétrica é representada pela potência de entrada P1 > P2 + P3 e P2 < P 3, onde P2 é a potência de controle e P3 é a potência de saída.

[000107] A Figura 22 é uma comparação de um sistema de duas variáveis com um sistema de três variáveis quanto à razão de potência e eficiência. Um sistema de duas variáveis compreende apenas duas variáveis: potência de entrada e potência de saída. A relação de potência e a eficiência são simplesmente potência de saída dividida pela potência de entrada. Os conversores de velocidade Hummingbird descritos neste pedido de patente compreendem um sistema de três variáveis em que a potência de entrada excede a potência de controle (fornecida a um motor de controle para inserir a velocidade de rotação de controle para o conversor de velocidade). O conversor de velocidade fornece velocidade de rotação para um gerador de energia elétrica em uma turbina de fluxo de água para converter a velocidade de rotação de entrada de um eixo de saída do segundo conjunto de engrenagem Transgear por meio de um ajuste em eletricidade a uma frequência desejada. A relação de potência é a potência de controle dividida pela potência constante gerada por um gerador de eletricidade. A eficiência de um conversor de velocidade de três controle variável é medida pela energia gerada menos a potência de controle dividida pela energia gerada.

[000108] As Figuras 23A a 23C mostram na Figura 23A um módulo de aproveitamento e um módulo de gerador como unidades separadas, enquanto as Figuras 23B e 23C mostram duas modalidades para combinar um módulo de aproveitamento e um gerador em uma unidade. Um módulo de aproveitamento típico separado que pode compreender uma roda d'água que gira quando o vento ou a água flui em uma direção de fluxo, fazendo com que a roda d'água gire usando qualquer número de projetos, como o uso de rodas de pás, rodas d'água, baldes e hélices para capturar vento ou água conforme flui, hélices que giram com o vento ou a água, barris com aletas que são giradas pelo vento ou com a água e semelhantes. É sugerido pelas combinações de rotor de ímã permanente e bobina de estator 2305-1 e 2305-2 que o coração de cada módulo de aproveitamento pode compreender geradores de eletricidade operando para gerar eletricidade por meio dos rotores de ímã permanente (na Figura 23B e 23C) por meio de rotação uma luva rotativa e um eixo quando o rotor de ímã permanente (na Figura 23C) podem ser utilizados, por exemplo, para gerar pelo menos eletricidade suficiente para alimentar um motor de controle para um conversor de velocidade do Hummingbird girando um eixo, bem como fornecer eletricidade para outras finalidades. Na Figura 23B, a unidade de módulo de aproveitamento combinado 2305-1 compreende um rotor de ímã permanente externo e girando como uma luva que girou em torno de um eixo enquanto uma bobina de estator não está girando. Na Figura 23C, o rotor de ímã permanente com um eixo está dentro de uma bobina de estator que não está girando. Por exemplo, as aletas ou pás ou baldes e semelhantes podem ter ímãs permanentes no conjunto e podem girar como mostrado em torno de uma luva onde a luva está livre para girar em torno do eixo. Por exemplo, a bobina de rotor de ímã permanente da Figura 23B pode ser equipada com aletas que capturam o fluxo de vento/água por meio de um módulo de aproveitamento girando com a luva ou sobre o rotor de ímã permanente de módulos combinados 2305-1. A bobina de rotor do módulo 2305-2 com eixo mostrado como vento/água flui em torno da luva ou do rotor de ímã permanente causando movimento rotativo e geração de eletricidade através do eixo na direção de rotação mostrada pela seta. Em outras palavras, o módulo de aproveitamento 2310 pode compreender uma porção do módulo de aproveitamento combinado e conjunto de módulo de geração de modo que a luva de 2305-1 possa ser usada para fornecer energia e velocidade de rotação. Da mesma forma, 2305-2 pode fornecer velocidade de saída de rotação e gerar eletricidade por meio do eixo que gira com o rotor de ímã permanente.

[000109] A Figura 24 é um diagrama de blocos simples de uma turbina de energia renovável de geração de eletricidade alimentada por rede para fluxo de ar ou água. A rede elétrica é usada como uma fonte de energia para alimentar o motor de controle para controlar o conversor de velocidade Hummingbird, onde o módulo de aproveitamento 2410 transmite mais potência de velocidade de rotação de entrada do que a necessária para operar o conversor de velocidade Hummingbird 2420, de modo que o gerador elétrico 2440 gera eletricidade em uma potência constante com vantagem elétrica porque a potência retirada da rede é menor do que a necessária para gerar energia com vantagem elétrica,

conforme a Figura 19.

[000110] A Figura 25 mostra uma alternativa útil à Figura 24, onde se obtém a potência de controle do módulo de aproveitamento combinado e do gerador. Em vez de uma grade, usa-se um de um módulo de aproveitamento combinado e gerador de acordo com as Figuras 23B e 23C para gerar potência de controle através do módulo de aproveitamento combinado 2505 que pode ser regulado por um regulador de tensão 2515 para fornecer uma tensão constante para operar o motor de controle 2530 no lugar de usar energia de rede. O conversor de velocidade Hummingbird mecânico é girado na saída de velocidade de rotação do módulo combinado/gerador 2505 para produzir velocidade de rotação constante para gerar eletricidade no gerador 2540 em potência de saída constante por meio do conjunto de engrenagem de controle do conversor de velocidade 2520 (Hummingbird 2520). Este conceito é referido neste documento como geração distribuída de saída de energia elétrica para uma rede (não mostrada), onde o motor de controle 2530 é fornecido internamente ao módulo de aproveitamento combinado/gerador em vez da rede.

[000111] A Figura 26 mostra uma variação da modalidade da Figura 25, onde o módulo de aproveitamento combinado e o gerador 2605 não precisam ser colocados com o restante do conversor de velocidade Hummingbird mecânico 2620. Um cabo de energia elétrica flexível (não numerado) transporta eletricidade gerada do módulo de aproveitamento de fluxo de água e gerador (ou uma hélice eólica) para um motor de entrada localizado remotamente 2610 para transformar a entrada de um conversor de velocidade rotacional Hummingbird mecânico 2620 na velocidade rotacional variável de modo que o cabo de energia flexível também conecta a saída de eletricidade gerada do módulo de aproveitamento combinado e gerador 2605 a um regulador de tensão 2615 para fornecer potência de tensão constante a um motor de controle 2630 para fornecer potência de controle ao conversor de velocidade Hummingbird 2620 para vantagem elétrica, pela Figura 19. Observe que, nas Figuras 26, 27 e 28, o módulo de aproveitamento combinado e geradores fornecem energia elétrica para alimentar os motores de controle e os motores de entrada em cada desenho. Os respectivos motores de entrada 2610, 2710 e 2810 recebem uma potência constante mais uma potência variável ou X + ∆. Os motores de controle 2630, 2730 e 2830, respectivamente, recebem potência de controle 1965, por exemplo, como visto na Figura 19. O conversor de velocidade Hummingbird 2620 recebe energia elétrica de frequência variável do motor de entrada 2610 e o conversor de velocidade Hummingbird 2620 produz velocidade de rotação constante para girar, por exemplo, um eixo de entrada de um gerador de eletricidade 2640 para produzir eletricidade a uma frequência constante em sua saída, para por exemplo, a 60 Hz (US) ou 50 Hz (Europeu) quando a potência do módulo de aproveitamento de entrada excede a soma da potência de controle e potência de saída de acordo com a Figura 19 com uma vantagem elétrica.

[000112] A Figura 27 similarmente à Figura 26 mostra uma modalidade de uma pluralidade de módulos de aproveitamento combinados eletricamente paralelos com geradores que podem ser submersos em série ou em paralelo, por exemplo, em um rio em que três cabos elétricos flexíveis podem combinar suas respectivas saídas de potência para entrega ao regulador de tensão 2715 para emitir tensão constante para controlar o motor 2730, e a maior parte da energia elétrica gerada pode ser transportada pelo cabo elétrico flexível para o motor de entrada de velocidade variável 2710, conversor de velocidade Hummingbird 2720 e gerador de eletricidade 2740 para entrega a potência constante, gerador de eletricidade 2740 e para uma rede elétrica ou para uso local (não mostrado).

[000113] A Figura 28 é um diagrama de blocos da utilização de vários painéis solares conhecidos 2800-1, 2800-2 a 2800-N para gerar eletricidade de uma maneira semelhante à geração de eletricidade nas Figuras 26 e 27 por meio de um cabo de energia flexível conectando os painéis solares a regulador de tensão 2815 e motor de entrada 2810. Conforme descrito na Figura 27, os vários painéis solares podem fornecer energia suficiente para operar o motor de controle 2830 em tensão constante e girar o motor de entrada de velocidade variável 2810 para fornecer uma entrada de velocidade variável para o conversor de velocidade Hummingbird mecânico que fornece velocidade de rotação constante para operar o gerador de eletricidade 2840 para vantagem elétrica, de acordo com a Figura 19. O sol brilha apenas durante o dia, então as baterias, não mostradas, podem ser usadas para armazenar eletricidade produzida pelos painéis solares durante o dia para uso após o pôr do sol até que a potência de entrada das baterias caia abaixo da potência de saída de gerador 2840.

[000114] A Figura 29 é um desenho esquemático mecânico de uma turbina de conversor de velocidade Hummingbird de engrenagem reta/helicoidal alimentada por rede para produzir uma velocidade de rotação constante para operar um gerador de eletricidade (não mostrado) através da saída 2975. Uma grade elétrica (não mostrada) alimenta o motor de controle 2915 para fornecer potência de controle de acordo com a Figura 19 com vantagem elétrica como controle 2965 por meio de um eixo e engrenagens mostradas para engrenar com um primeiro conjunto de engrenagem reta/helicoidal. A entrada 2960 pode ser recebida por um módulo de aproveitamento ou um módulo de aproveitamento combinado e gerador (nenhum dos quais é mostrado).

[000115] A Figura 30 é um desenho esquemático mecânico de uma turbina Hummingbird de engrenagem reta/helicoidal autoalimentada que é um sistema autônomo porque compreende um módulo de aproveitamento combinado e gerador 3050 que gera energia para alimentar o motor de controle 3015. A entrada 3060 é recebida de um módulo de aproveitamento. O motor de controle 3015 gera uma velocidade de rotação constante para girar o eixo de controle 3065. O regulador de tensão 3015 regula a saída de tensão pelo gerador 3050 que gira como resultado da velocidade de rotação de entrada conectada mecanicamente a partir de um módulo de aproveitamento (não mostrado).

[000116] Em vez de usar um módulo de aproveitamento combinado e gerador, a Figura 30 mostra uma turbina Hummingbird de engrenagem reta autoalimentada com geração distribuída, onde um módulo de aproveitamento fornece velocidade de rotação variável para a entrada 3060 e um gerador interno 3050 gera energia elétrica de saída variável para um regulador de tensão 3015. O regulador de tensão, por sua vez, pode armazenar tensão constante carregando uma bateria 3045 ou operar um motor de controle para fornecer potência de controle para controlar o motor 3015. O motor de controle 3015 fornece uma rotação de controle para um eixo do conversor de velocidade Hummingbird e a saída 3075 é um eixo de saída para um gerador de eletricidade que gira em velocidade constante para gerar, por exemplo, energia constante a 50 Hz (Europeu) ou 60 Hz (EUA).

[000117] O objetivo do Resumo anterior é permitir que o Escritório de Patentes e Marcas dos EUA e o público em geral e especialmente os cientistas, engenheiros e profissionais no estado da técnica que não estão familiarizados com patentes ou termos legais ou fraseologia, determinem rapidamente a partir de uma inspeção superficial da natureza e essência desta divulgação técnica. O Resumo não se destina a ser limitativo quanto ao escopo da presente invenção de qualquer forma.

Claims

REIVINDICAÇÕES EMENDADAS

1. Conjunto de engrenagem de controle para controlar a entrada de velocidade de rotação variável de modo que uma saída do conjunto de controle forneça uma saída de velocidade constante a partir da entrada de velocidade de rotação variável, o conjunto de engrenagem de controle para emitir um valor predeterminado de energia elétrica, o conjunto de controle caracterizado pelo fato de que: um módulo de aproveitamento de energia projetado para aproveitar energia renovável do fluxo de vento ou água, o módulo de aproveitamento exigindo vento suficiente ou uma profundidade e velocidade de fluxo de água, para capturar um valor predeterminado de energia elétrica constante para entrega para uma carga, um primeiro e um segundo conjunto de engrenagem Transgear compreendendo um eixo de entrada recebendo energia mecânica aproveitada do módulo de aproveitamento de energia, o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem Transgear compreendendo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal, o eixo de entrada do módulo de aproveitamento de energia para o primeiro conjunto Transgear para receber uma entrada de velocidade de rotação variável de uma de saída de energia de fluxo de vento e água do módulo de aproveitamento de energia, a velocidade de rotação variável tendo um vento de rotação constante ou componente de velocidade de rotação de fluxo de água X e tendo um componente de velocidade de rotação variável Δ, o eixo de entrada do primeiro e do segundo conjuntos Transgear tendo uma primeira engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear, a primeira engrenagem solar integral com ou conectada ao eixo de entrada para receber a energia de entrada aproveitada do módulo de aproveitamento de energia e uma primeira engrenagem solar do segundo conjunto Transgear, a primeira engrenagem solar também integral com ou conectada ao eixo de entrada para receber a energia de entrada aproveitada do módulo de aproveitamento, uma segunda engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear para produzir uma velocidade de rotação variável X + Δ e uma segunda engrenagem solar do segundo conjunto Transgear para produzir uma velocidade de rotação constante X para um gerador de corrente elétrica, o gerador de corrente elétrica para entregar um valor predeterminado de energia elétrica em uma saída, um conjunto de engrenagem de ajuste que compreende uma engrenagem de ajuste, a engrenagem de ajuste engrenada com uma engrenagem intermediária, a engrenagem intermediária engrenada com a segunda engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear, a segunda engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear engrenada com a engrenagem de ajuste, e a engrenagem de ajuste engrenada com uma segunda engrenagem de suporte do segundo conjunto Transgear, o conjunto de engrenagem de ajuste para controlar a entrada para o segundo conjunto Transgear em relação à saída do segundo conjunto Transgear eliminando o componente de velocidade de rotação variável Δ da velocidade de rotação variável de entrada para o primeiro conjunto Transgear resultando em uma velocidade de rotação de saída constante X na segunda engrenagem solar do segundo conjunto Transgear, uma primeira engrenagem de suporte do primeiro conjunto Transgear e a segunda engrenagem de suporte do segundo conjunto Transgear incluindo pinos para cada suporte de, pelo menos, primeira e segunda engrenagens planetárias engrenando com a primeira engrenagem solar e a segunda engrenagem solar conectada a ou integral com o eixo de entrada do primeiro e do segundo conjuntos Transgear, respectivamente, a primeira engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear conectada a uma primeira engrenagem planetária do primeiro conjunto Transgear, o conjunto de engrenagem de ajuste conectado entre uma segunda engrenagem planetária do primeiro conjunto Transgear e a segunda engrenagem solar do segundo conjunto Transgear, a segunda engrenagem solar do segundo conjunto Transgear para produzir automaticamente uma velocidade de saída rotacional constante X a partir da velocidade de entrada variável X + Δ tendo sido ajustada pelo conjunto de engrenagem de ajuste, o primeiro e o segundo conjuntos Transgear formando um conversor de velocidade Hummingbird, a engrenagem de ajuste do conjunto de engrenagem de ajuste sendo localizada entre o primeiro e o segundo conjuntos Transgear, e o conjunto de engrenagem de ajuste determinando uma diferença Δ entre a velocidade de rotação variável de entrada e uma velocidade de rotação de saída constante X do conversor de velocidade Hummingbird.

2. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal do primeiro e segundo conjuntos Transgear sendo substituídos pelo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem de anel, o primeiro conjunto de engrenagem de anel recebendo a entrada de velocidade de rotação variável tendo um componente de velocidade constante X e um componente de velocidade variável Δ, o primeiro conjunto de engrenagem de anel tendo uma primeira engrenagem de anel de controle do primeiro engrenagem de anel, a primeira engrenagem de anel sendo engrenada com uma segunda engrenagem solar do primeiro conjunto de engrenagem de anel, um conjunto de engrenagem de ajuste conectando o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem de anel, e a segunda engrenagem solar do segundo conjunto de engrenagem de anel para emitir um componente de velocidade constante X do conjunto de engrenagem de ajuste conectando o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem de anel, o conjunto de engrenagem de ajuste eliminando o componente de velocidade variável Δ.

3. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o módulo de aproveitamento de energia para aproveitar um de energia eólica e de fluxo de água e para gerar eletricidade em frequência de corrente alternada variável, o módulo de aproveitamento de energia compreendendo um módulo de geração conectado em série ao módulo de aproveitamento de energia, o módulo de gerador compreendendo um de um rotor de ímã permanente e uma bobina de estator que compreende uma de uma luva rotativa em torno de um eixo do módulo de aproveitamento de energia e o eixo do módulo de aproveitamento de energia.

4. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o módulo de aproveitamento de energia e o módulo de gerador fornecendo uma frequência de corrente alternada variável para um regulador de tensão por meio de um cabo elétrico flexível, o regulador de tensão para alimentar um motor de controle gerando uma velocidade de rotação constante, o motor de controle para fornecer a velocidade de rotação constante para o conversor de velocidade Hummingbird.

5. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o módulo de aproveitamento de energia fornecendo uma frequência de corrente alternada variável para o conversor de velocidade Hummingbird por meio de um cabo elétrico flexível.

6. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: uma pluralidade de um de módulos de aproveitamento de energia renovável combinados e módulos de gerador conectados em paralelo e em série, a pluralidade de módulos de gerador para gerar uma corrente alternada combinada, a pluralidade de módulos de aproveitamento de energia renovável combinados e módulos de gerador conectando a um regulador de tensão por um cabo de alimentação flexível para alimentar o motor de controle e para receber uma velocidade de rotação variável da pluralidade de módulos de aproveitamento, o motor de controle para produzir uma velocidade de rotação constante e os módulos de aproveitamento de energia para enviar a velocidade de entrada de rotação variável para o conversor de velocidade Hummingbird.

7. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: um gerador e módulo de aproveitamento de energia renovável combinado fornecendo uma corrente alternada para alimentar um motor de controle de velocidade constante de corrente alternada, o motor de controle de velocidade constante para fornecer a entrada de controle de velocidade de rotação constante para um gerador de eletricidade por meio de um conversor de velocidade de rotação variável para constante.

8. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal conectados um ao outro por uma função de ajuste de acordo com uma regra de conjunto de engrenagem reta/helicoidal onde C = engrenagem de suporte rpm, L = engrenagem solar esquerda rpm e R = engrenagem solar direita rpm tal que C = (L + R)/2; L = 2C - R e R = 2C - L, a regra de montagem do Transgear aplicável ao primeiro e ao segundo conjuntos Transgear.

9. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que adicionalmente:

o módulo de aproveitamento de energia renovável combinado e o módulo de geração compreendendo uma hélice conectada a um de um eixo de uma bobina de rotor de ímã permanente e uma luva de uma bobina de rotor de ímã permanente para capturar energia renovável de fluxo de vento e água, a hélice para gerar um torque τ e girar em um velocidade de rotação ω de um valor mínimo dependendo da potência de saída a ser gerada pelo conjunto de controle que aciona um valor predeterminado de carga.

10. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o módulo de aproveitamento de energia renovável combinado e o módulo de gerador compreendendo uma hélice para capturar uma de energias renováveis de vento e água, a hélice girando na mesma direção de rotação, mas tendo uma palheta para receber o fluxo de vento e água de um lado ou um lado oposto da hélice.

11. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 9, para uso no controle da velocidade de rotação do módulo de aproveitamento de energia renovável combinado e módulo de gerador que compreende uma hélice, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o módulo de aproveitamento de energia renovável recebendo um fluxo de vento e água de qualquer direção horizontal em relação a um fluxo horizontal de vento e água.

12. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o conversor de velocidade Hummingbird fornece a saída de velocidade de rotação constante X para um módulo de aproveitamento de energia combinado e módulo de gerador, o módulo de aproveitamento de energia tendo um eixo para girar o módulo de gerador, o módulo de gerador produzindo um valor predeterminado de potência X em todos os momentos do dia com base em medições de velocidade de fluxo de vento e água tomadas periodicamente durante um período de um dia durante um período de dias.

13. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o conjunto de engrenagem de ajuste do conjunto de engrenagem reta/helicoidal do conversor de velocidade Hummingbird compreendendo a segunda engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear, uma engrenagem intermediária, a engrenagem de ajuste conectando o primeiro e o segundo conjuntos Transgear e a segunda engrenagem de suporte do segundo conjunto Transgear; a segunda engrenagem solar do primeiro conjunto Transgear engrenada com a engrenagem intermediária do conjunto de engrenagem de ajuste, e a engrenagem de ajuste engrenada com uma engrenagem de suporte/disco do segundo conjunto Transgear.

14. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: um motor de controle sendo um de um motor de corrente contínua alimentado por um painel solar e um motor de corrente alternada, e um gerador conectado ao conversor de velocidade

Hummingbird, fornecendo uma saída de controle de potência constante em frequência constante do conversor de velocidade Hummingbird.

15. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: um regulador de tensão DC conectado a um gerador de saída por meio do conversor de velocidade Hummingbird, um motor de controle que fornece velocidade de rotação de controle constante para o conversor de velocidade Hummingbird, o regulador de tensão DC para a produzir potência em excesso para armazenamento em uma bateria.

16. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: uma eficiência do conversor de velocidade Hummingbird é medida pela potência gerada por um gerador conectado ao conversor de velocidade Hummingbird menos a potência de motor de controle fornecida ao conversor de velocidade Hummingbird dividida pela potência gerada pelo gerador.

17. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, o conjunto de engrenagem de controle caracterizado pelo fato de que adicionalmente: um sistema conversor de velocidade Hummingbird rotativa com torque balanceado tendo três variáveis compreendendo potência de entrada, potência de controle e energia elétrica gerada, onde a potência é determinada por uma multiplicação de torque e velocidade, e o conjunto de engrenagem de controle alcançando uma vantagem elétrica quando a energia elétrica gerada excede a potência de controle usada por um motor de controle.

18. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, o conjunto de engrenagem de controle caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o conjunto de engrenagem de controle compreendendo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal em que o primeiro conjunto de engrenagem reta/helicoidal compreende uma primeira engrenagem solar maior do que a segunda engrenagem solar do primeiro conjunto de engrenagem reta/helicoidal para modificar a relação de entrada para saída do primeiro conjunto de engrenagem reta/helicoidal.

19. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal do primeiro e segundo conjuntos Transgear sendo substituídos pelo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: o conjunto de engrenagem de controle compreendendo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia- esquadria tendo engrenagens esquerda e direita, respectivamente, em que o primeiro conjunto de engrenagem cônica/meia-esquadria compreende um primeiro diâmetro de engrenagem cônica/meia-esquadria maior do que aquele de um segundo diâmetro de engrenagem cônica/meia-esquadria para modificar a entrada para a taxa de saída do primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria de um conversor de velocidade Hummingbird.

20. Conjunto de engrenagem de controle, de acordo com a reivindicação 1, o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem reta/helicoidal do primeiro e segundo conjuntos

Transgear sendo substituídos pelo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria, caracterizado pelo fato de que adicionalmente: os conjuntos de engrenagem reta/helicoidal do primeiro e segundo conjuntos Transgear sendo substituídos pelo primeiro e segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia- esquadria, o primeiro conjunto de engrenagem cônica/meia-esquadria recebendo a entrada de velocidade de rotação variável X + Δ tendo um componente de velocidade constante X e um componente de velocidade variável Δ, o primeiro conjunto de engrenagem cônica/meia-esquadria tendo uma engrenagem de controle de suporte e o segundo conjunto de engrenagem cônica/meia- esquadria tendo uma engrenagem de ajuste engrenada com uma engrenagem intermediária conectando o primeiro e o segundo conjuntos de engrenagem cônica/meia-esquadria, a engrenagem de ajuste eliminando o componente de velocidade variável Δ e produzindo uma saída de velocidade rotacional constante - X.