ES2331903B1 - Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes. - Google Patents
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Abstract
Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes.
Constituido por una carcasa, con un eje vertical
que soporta tres aspas y en el interior se encuentran tres rotores
y dos estatores situados entre ellos, discoidales y amagnéticos.
Los estatores soportan las bobinas de forma trapezoidal. Los
rotores sostienen unos imanes trapezoidales. La polaridad de los
imanes está alternada, de forma que por cada tres bobinas, la
primera coincida exactamente su centro longitudinal, con el centro
longitudinal de un imán, la segunda, el imán ha de cubrir el primer
tercio de la bobina y la tercera el imán ha de cubrir el tercer
tercio. Las bobinas están conectadas a un circuito
resistivo-capacitativo controlado por un
microprocesador y cuatro detectores magnéticos están situados en
los estatores a 90° uno de otro.
Description
Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes.
La presente invención se refiere a un
aerogenerador con alternador de imanes permanentes que aprovecha
las corrientes inducidas en las bobinas para dar impulsos a los
rotores, minimizando el esfuerzo motriz, consiguiendo así un alto
rendimiento.
Su aplicación industrial se encuadra dentro de
la industria de generación de energía eléctrica, singularmente de
los sistemas eólicos y en particular dentro de los aerogeneradores
de imanes permanentes.
En el estado de la técnica se conocen
generadores eólicos de imanes permanentes, siempre para pequeños
aerogeneradores, que están provistos de alternadores construidos
con bobinas engarzadas en núcleos de hierro y rotores cilíndricos
unidos al eje motriz. Esta construcción sólo permite incorporar
imanes rectangulares o semicilíndricos y bobinas rectas
introducidas dentro de unas delgas de hierro. Estas bobinas
presentan una parte recta donde los imanes del rotor inducen la
corriente y otra parte curva llamada corona en ambos lados del
estator o inducido.
Los aerogeneradores conocidos en del estado de
la técnica presentan el inconveniente de que la transformación de
energía eólica en energía mecánica, en caso de eje vertical, no
supera el 45%, y según la Ley de Betz este rendimiento nunca puede
ser superior al 59%, aún en el caso de que incorporaran varias
aspas en el mismo eje. Otros inconvenientes que presentan estos
alternadores para aerogeneradores conocidos en el estado de la
técnica son: Pérdidas por histéresis en el hierro del núcleo de las
bobinas, disipación de energía por el calor producido por el efecto
de corrientes parasitarias, pérdidas en la corona de las bobinas.
El rendimiento de estos alternadores es bajo hasta que alcanzan las
revoluciones nominales. Los alternadores para grandes
aerogeneradores dan un rendimiento máximo de hasta sólo el 65%, y
los pequeños alternadores de aerogeneradores para viviendas
particulares, bombas eléctricas para la extracción de líquidos y en
general de no más de 15 Kw tan sólo alcanzan una eficacia del 45%.
La curva de potencia no es proporcional a las revoluciones. La
fuerza motriz necesaria no es proporcional con la potencia
entregada. Todos estos aerogeneradores necesitan una velocidad del
viento para empezar a entregar potencia de al menos 3,5 metros por
segundo, lo que presenta otro gran inconveniente, por una parte no
se pueden situar en muchos lugares donde el viento no alcanza esta
velocidad y por otra parte, en muchas ocasiones y aunque su
ubicación sea la correcta, no pueden funcionar y deben permanecer
parados.
Las ventajas que aporta la presente invención
sobre el estado de la técnica son las siguientes: El sistema de
aspas propuesto ofrece mayor velocidad con la misma fuerza del
viento, por lo que la eficacia es mayor y puede entregar potencia
aplicable a partir de una velocidad del viento de 1 metro por
segundo, siendo la transformación de energía eólica en mecánica
superior a la conocida en los aerogeneradores conocidos,
permitiendo su instalación en ubicaciones hasta ahora no
utilizadas. El diseño del sistema eólico propuesto permite
incorporar varias aspas, que multiplican la potencia mecánica
entregada al alternador, lo que permite minimizar el espacio de
ocupación de los aerogeneradores. El alternador de que va provisto
el aerogenerador propuesto da un rendimiento superior al 90%, lo
que unido al mejor rendimiento del referido sistema eólico permite
doblar la eficacia de los pequeños aerogeneradores ya conocidos. Al
carecer las bobinas de estos alternadores de núcleos de hierro,
éstos no presentan el fenómeno de histéresis ni disipan energía en
forma de calor por el efecto de corrientes parasitarias. Estas
bobinas presentan coronas minimizadas, siendo las pérdidas por la
corona casi inexistentes. Las extracorrientes de ruptura producidas
en las bobinas en el cambio de alternancia de los polos magnéticos
son reconducidas a través de un circuito
resistivo-capacitativo, mediante la acción de un
microprocesador controlado por cuatro detectores magnéticos, e
inyectadas en las bobinas nuevamente en el momento preciso de
entrada o salida del campo magnético en el campo inductivo de las
bobinas, atrayendo o rechazando el imán, cuando el efecto de éste
en la producción de corriente es nulo. Este dispositivo consigue
ayudar a la fuerza motriz que mueve el alternador, elevando
considerablemente el rendimiento, consiguiendo así un aerogenerador
que elimina muchos de los inconvenientes que tienen los conocidos,
dando mayor rendimiento, necesitando menos velocidad del aire y
menor espacio de ubicación.
La presente invención está constituida a partir
de una carcasa, cuyo interior soporta un eje vertical, que gira
sobre dos cojinetes instalados uno en cada extremo de la citada
carcasa, prolongándose el eje por la zona superior lo suficiente
para incorporar las aspas motrices, en número de tres, cada una a
120º de la otra, disponiendo en sus extremos de una semiesfera en
forma de cuenco, cada aspa tiene los cuencos orientados uno en
sentido contrario del
opuesto.
opuesto.
En el interior de la carcasa van instalados tres
rotores en forma de disco sujetos solidariamente por el centro
geométrico al eje. Dos estatores también en forma de disco se
encuentran situados, uno entre el primer y segundo rotor y otro
estator entre el segundo y tercer rotor. Los estatores están
sujetos solidariamente a la carcasa, dejando pasar el eje por un
orificio practicado en el centro geométrico.
Los estatores son de material amagnético y
soportan en unos nichos, las bobinas de forma trapezoidal,
bobinadas sobre una pieza de material amagnético.
Los rotores son de material amagnético y
sostienen en unas perforaciones los imanes, de igual forma y tamaño
que las bobinas, sujetos de forma solidaria en el interior de
dichas perforaciones, dibujando un círculo igual al círculo formado
por las bobinas. Cada imán presenta una cara hacia un lado del
rotor y la otra cara al lado contrario. Los imanes están situados en
forma alterna, de forma que el polo que presenta un imán, es
opuesto a los que están situados a sus lados.
La polaridad de cada imán de cada rotor, es
distinta a la polaridad cada imán del rotor siguiente al que está
enfrentado. Los imanes en cada rotor son siempre pares y múltiplo
de tres, añadiendo los necesarios para que el total de imanes sean
número par y estén colocados de forma, que si se organizan las
bobinas en grupos de tres, la primera de de ellas, coincida
exactamente en su centro longitudinal, con el centro longitudinal
de un imán, la segunda, el imán ha de cubrir el primer tercio de la
bobina en el sentido de giro dejando libre el resto de la bobina y
la tercera de estas, el imán ha de cubrir el tercer tercio de la
bobina, dejando libre el resto. Las bobinas incorporadas a los
estatores, están conectadas cada una de ellas mediante dos diodos
rectificadores a un circuito resistivo-capacitativo
controlado por un microprocesador y cuatro detectores magnéticos
están situados en los estatores a 90º uno de
otro.
otro.
La misión del circuito es detectar la posición
de los imanes respecto a la bobinas y recibir y almacenar la
corriente de las bobinas e inyectarla en estas cuando el imán está
entrando o saliendo del campo inductivo de la bobina siguiente,
cuya producción de electricidad, en este momento, es nula y que al
inyectarle la corriente con la polaridad adecuada, atrae o rechaza
al imán, ayudando a la fuerza motriz que mueve el alternador.
Una realización diferente, está constituida por
al menos una sola aspa.
Alternativamente, puede incorporar otro tipo de
aspa.
Otra realización diferente, incorpora al menos
un estator y un rotor.
De forma alternativa los detectores pueden ser
de otro tipo de los existentes en el mercado.
Para una mejor comprensión de esta memoria
descriptiva, se acompañan unos dibujos que a manera de ejemplo no
limitativo, describen una realización preferida de la
invención.
Figura 1.- Corte transversal
Figura 2.- Vista de planta
Figura 3.- Estator
Figura 4.-
Rotor
\vskip1.000000\baselineskip
En dichas figuras, se destacan los siguientes
elementos numerados:
- 1.-
- Eje
- 2.-
- Aspas
- 3.-
- Semiesferas en forma de cuencos
- 4.-
- Cojinetes
- 5.-
- Carcasa
- 6.-
- Rotor central
- 7.-
- Estatores
- 8.-
- Rotores laterales
- 9.-
- Detectores magnéticos
- 10.-
- Circuito resistivo-capacitativo
- 11.-
- Centro de bobinas
- 12.-
- Imanes de los rotores laterales
- 13.-
- Imanes de los rotores centrales
- 14.-
- Bobinas
Una realización preferida de la invención
propuesta, se constituye a partir de una carcasa (5) cuyo interior
soporta una eje (1) vertical, que gira sobre dos cojinetes (4)
instalados uno en cada extremo de la citada carcasa (5), por una
parte el eje (1) se prolonga lo suficiente para incorporar las
aspas (2) motrices, en número de tres, cada una de ellas a 120º de
la otra, cada aspa (2) dispone en sus extremos de una semiesfera
(3) en forma de cuenco, estando orientadas sus cazoletas cóncavas a
180º una de la otra.
En el interior de la carcasa (5) van instalados
dos estatores (7) sujetos de forma solidaria a las paredes
laterales de la carcasa (5) y tres rotores (6-8)
discoidales unidos de forma solidaria al eje motriz (1).
Los estatores (7) son de material amagnético y
soportan las bobinas (14) trapezoidales, bobinadas sobre una pieza
(11) de material amagnético de las mismas proporciones y forma que
los imanes (12-13) y de número al menos de tres o
múltiplo de tres.
Los rotores (6-8), en forma de
disco, están situados uno en el centro (6) y a cada lado de éste un
estator (7), éste rotor central (6) es de material amagnético y
sostiene en unas perforaciones, encajando en ellas, a los imanes
(13), sujetos de forma solidaria en el interior de dichas
perforaciones. Los imanes (13) presentan un polo hacia una cara del
rotor (6) y otro polo hacia la otra cara, están situados en forma
alterna, de tal manera que el polo que presenta un imán (13) es
opuesto a sus adyacentes, y ambas caras del rotor (6) están
enfrentadas con una cara de cada uno de los estatores (7).
La otra cara de cada uno de los estatores (7)
están enfrentadas a otros dos rotores laterales (8) en los que los
imanes (12) están situados de la misma forma que en el rotor
central (6), pero cerrando cada uno de sus polos magnéticos por un
disco de material magnético al que están unidos de forma solidaria.
Cada uno de los polos de cada imán (12), es opuesto y enfrentado a
los imanes del rotor central (6). Los imanes (12-13)
en cada rotor (6-8) son siempre pares y múltiplos
de tres, y están colocados de forma que si se organizan las bobinas
(14) en grupos de tres, la primera de de ellas (14), coincida
exactamente en su centro longitudinal, con el centro longitudinal
de un imán (12-13), en la segunda el imán
(12-13) ha de cubrir el primer tercio de la bobina
(14) en el sentido de giro dejando libre el resto de la bobina (14)
y en la tercera (14) el imán (12-13) ha de cubrir
el tercer tercio de la bobina (14), dejando libre el resto. Las
bobinas (14) incorporadas a los estatores (7) están conectadas cada
una de ellas, mediante dos diodos rectificadores, a un circuito
resistivo-capacitativo (10) controlado por un
microprocesador y cuatro detectores (9) magnéticos situado en los
estatores a 90º uno de otro.
Claims (11)
1. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes constituido a
partir de una carcasa cuyo interior soporta un eje vertical, que
gira sobre dos cojinetes instalados uno en cada extremo de la
citada carcasa, prolongándose el eje por la zona superior lo
suficiente para incorporar las aspas motrices en número de tres,
cada una a 120º de la otra, disponiendo en sus extremos de una
semiesfera en forma de cuenco, cada aspa tiene los cuencos
orientados uno en sentido contrario del opuesto caracterizado
porque tres rotores en forma de disco están instalados en el
interior de la carcasa, sujetos solidariamente por el centro
geométrico al eje.
2. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicación 1, caracterizado porque dos estatores también
en forma de disco se encuentran situados, uno entre el primer y
segundo rotor y otro estator entre el segundo y tercer rotor.
3. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los estatores
están sujetos solidariamente a la carcasa, dejando pasar el eje por
un orificio practicado en el centro geométrico.
4. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los estatores
son de material amagnético y soportan en unos nichos, las bobinas
de forma trapezoidal, bobinadas sobre una pieza de material
amagnético.
5. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los rotores son
de material amagnético y sostienen en unas perforaciones los
imanes, de igual forma y tamaño que las bobinas, sujetos de forma
solidaria en el interior de dichas perforaciones, dibujando un
círculo igual al círculo formado por las bobinas.
6. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada imán
presenta una cara hacia un lado del rotor y la otra cara al lado
contrario y porque están situados en forma alterna, de forma que el
polo que presenta un imán, es opuesto a los que están situados a
sus lados.
7. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la polaridad de
cada imán de cada rotor, es distinta a la polaridad cada imán del
rotor siguiente al que está enfrentado.
8. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los imanes en
cada rotor son siempre pares y múltiplo de tres, añadiendo los
necesarios para que el total de imanes sean número par y estén
colocados de forma, que si se organizan las bobinas en grupos de
tres, la primera de de ellas, coincida exactamente en su centro
longitudinal, con el centro longitudinal de un imán, la segunda, el
imán ha de cubrir el primer tercio de la bobina en el sentido de
giro dejando libre el resto de la bobina y la tercera de estas, el
imán ha de cubrir el tercer tercio de la bobina, dejando libre el
resto.
9. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las bobinas
incorporadas a los estatores, están conectadas cada una de ellas
mediante dos diodos rectificadores a un circuito
resistivo-capacitativo controlado por un
microprocesador y cuatro detectores magnéticos están situados en
los estatores a 90º uno de otro.
10. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
aerogenerador dispone al menos una sola aspa.
11. Aerogenerador de eje vertical de alto
rendimiento con alternador de imanes permanentes según
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el alternador
incorpora al menos un estator y un rotor.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200701964A ES2331903B1 (es) | 2007-07-13 | 2007-07-13 | Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes. |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200701964A ES2331903B1 (es) | 2007-07-13 | 2007-07-13 | Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes. |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2331903A1 ES2331903A1 (es) | 2010-01-19 |
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| ES200701964A Withdrawn - After Issue ES2331903B1 (es) | 2007-07-13 | 2007-07-13 | Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes. |
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| ES (1) | ES2331903B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2007
- 2007-07-13 ES ES200701964A patent/ES2331903B1/es not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111156132A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 南京信息工程大学 | 一种磁悬浮垂直轴盘式无铁芯风力发电机 |
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| ES2331903A1 (es) | 2010-01-19 |
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