ITBS20010114A1 - AEROGENERATOR FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY - Google Patents

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ITBS20010114A1 IT2001BS000114A ITBS20010114A ITBS20010114A1 IT BS20010114 A1 ITBS20010114 A1 IT BS20010114A1 IT 2001BS000114 A IT2001BS000114 A IT 2001BS000114A IT BS20010114 A ITBS20010114 A IT BS20010114A IT BS20010114 A1 ITBS20010114 A1 IT BS20010114A1
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Description

seconda che l’albero di trasmissione lento sia parallelo o perpendicolare al suolo, gli aerogeneratori si suddividono in aerogeneratori ad asse orizzontale e aerogeneratori ad asse verticale. In ogni caso, all’albero lento è fissato un rotore portante le pale destinate ad essere investite dal flusso d’aria per la rotazione dell’albero lento. Dal rotore, l’energia cinetica del vento viene trasmessa al generatore di corrente collegato a sistemi di controllo e trasformazione tali da regolare la produzione di elettricità e l’eventuale allacciamento in rete. depending on whether the slow transmission shaft is parallel or perpendicular to the ground, the wind turbines are divided into horizontal axis wind turbines and vertical axis wind turbines. In any case, a rotor carrying the blades destined to be hit by the flow of air for the rotation of the slow shaft is fixed to the slow shaft. From the rotor, the kinetic energy of the wind is transmitted to the current generator connected to control and transformation systems such as to regulate the production of electricity and any connection to the network.

Gli aerogeneratori operano a seconda della forza del vento; al di sotto di una certa velocità la macchina non può essere azionata e necessita quindi per essere avviata che il vento raggiunga una velocità minima di inserimento, diversa da macchina a macchina, ma comunque non inferiore a 4-5 m/s. Per questo motivo gli aerogeneratori trovano applicazione soprattutto nelle zone costiere, più fortemente ventilate rispetto alle zone interne. The wind turbines operate according to the strength of the wind; below a certain speed the machine cannot be operated and therefore needs to be started for the wind to reach a minimum insertion speed, which differs from machine to machine, but in any case not less than 4-5 m / s. For this reason, wind turbines are mainly used in coastal areas, which are more strongly ventilated than in inland areas.

Gli aerogeneratori devono inoltre essere posti fuori servizio quando la velocità del vento supera un certo limite superiore per evitare il danneggiamento dei dispositivi elettrici ed elettromeccanici. The wind turbines must also be put out of service when the wind speed exceeds a certain upper limit to avoid damage to the electrical and electromechanical devices.

Nelle macchine conosciute, poi, tutto il peso del rotore grava sull’albero lento che è quindi soggetto a notevoli forze di attrito che concorrono a limitare in modo sostanziale il rendimento degli aerogeneratori. In known machines, then, all the weight of the rotor rests on the slow shaft which is therefore subject to considerable frictional forces which contribute to substantially limit the efficiency of the wind turbines.

Un altro fattore che limita la diffusione su larga scala dei generatori eolici è il loro impatto ambientale, inteso soprattutto come impatto visivo e occupazione del territorio, date le loro configurazione e dimensioni. Another factor that limits the large-scale diffusion of wind turbines is their environmental impact, intended above all as visual impact and land occupation, given their configuration and size.

Scopi e sommario dell’Invenzione Aims and summary of the Invention

Scopo della presente invenzione è quello di proporre un aerogeneratore per la produzione di energia elettrica in grado di fornire un valore medio di energia elettrica superiore rispetto agli aerogeneratori attualmente conosciuti. The object of the present invention is to propose a wind turbine for the production of electrical energy capable of providing a higher average value of electric energy than currently known wind turbines.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un aerogeneratore capace di operare con velocità del vento inferiori a quelle necessarie per azionare gli aerogeneratori attuali. Another object of the invention is to provide a wind turbine capable of operating with wind speeds lower than those necessary to operate current wind turbines.

Un altro scopo del trovato è quello di fornire un aerogeneratore provvisto di mezzi per una regolazione dell’esposizione del rotore al flusso del vento in modo da consentire il funzionamento dell’aerogeneratore anche in condizioni di forte vento. Another object of the invention is to provide a wind turbine equipped with means for adjusting the exposure of the rotor to the wind flow so as to allow the wind turbine to operate even in strong wind conditions.

Un altro scopo ancora del trovato è quello di ridurre al minimo le forze di attrito agenti sul sistema di trasmissione del moto rotatorio causate essenzialmente dal peso del rotore. Yet another object of the invention is to reduce to a minimum the frictional forces acting on the transmission system of the rotary motion caused essentially by the weight of the rotor.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di proporre un aerogeneratore di energia elettrica avente un miglior impatto visivo rispetto agli aerogeneratori finora conosciuti. A further object of the invention is to propose an electric power wind turbine having a better visual impact with respect to the wind turbines known so far.

Questi scopi e i vantaggi che ne derivano sono conseguiti con un aerogeneratore per la produzione di energia elettrica conforme alle rivendicazioni che seguiranno. These objects and the resulting advantages are achieved with a wind turbine for the production of electrical energy in accordance with the claims that follow.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori dettagli del trovato risulteranno più evidenti dal prosieguo della descrizione, fatta con riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi nei quali: Further details of the invention will become more evident from the continuation of the description, made with reference to the accompanying drawings, indicative and not limitative in which:

la Fig. l mostra l’aerogeneratore in esame in vista di elevazione; e Fig. l shows the wind turbine in question in elevation view; And

la Fig.2 mostra il rotore in sezione trasversale. Fig.2 shows the rotor in cross section.

Descrizione dettagliata dell’Invenzione Detailed description of the Invention

In detti disegni è mostrato un aerogeneratore ad asse verticale comprendente una torre di supporto 11, un rotore 12 posto sopra detta torre di supporto 11, un albero di trasmissione lento 13 azionato da detto rotore, ed un generatore elettrico 14 opportunamente collegato all’albero di trasmissione 13 per la trasformazione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica. Tutti gli altri dispositivi ausiliari, di controllo e di allacciamento alla rete elettrica sono noti e non degni qui di particolare menzione. These drawings show a vertical axis wind turbine comprising a support tower 11, a rotor 12 placed above said support tower 11, a slow transmission shaft 13 driven by said rotor, and an electric generator 14 suitably connected to the driving shaft. transmission 13 for the transformation of the kinetic energy of the wind into electrical energy. All the other auxiliary, control and connection devices to the electrical network are known and not worthy of particular mention here.

In accordo con il trovato, il rotore 12 presenta una struttura cava, preferibilmente sferica o ovale, poggiante inferiormente su una piattaforma circolare 15 suscettibile di rotazioni assiali rispetto alla torre di supporto 11 fissa. La superficie esterna di detta struttura è costituita da una pluralità di alette 16, ad esempio di sezione triangolare o a lamina che, partendo da detta piattaforma circolare 15, si estendono verso l’alto con un andamento elicoidale attorno all’asse di rotazione di detta piattaforma circolare 15, convergendo verso l’apice della struttura del rotore. In accordance with the invention, the rotor 12 has a hollow structure, preferably spherical or oval, resting below on a circular platform 15 susceptible of axial rotations with respect to the fixed support tower 11. The external surface of said structure is constituted by a plurality of fins 16, for example of triangular or sheet section which, starting from said circular platform 15, extend upwards with a helical course around the axis of rotation of said platform circular 15, converging towards the apex of the rotor structure.

La piattaforma circolare 15 e quindi il rotore 12 s The circular platform 15 and then the rotor 12 s

calettati sull'albero di trasmissione 13 che si estende inferiormente nella torre si supporto 11 dove è alloggiato i generatore elettrico 14, e che può estendersi superiormente fino alla sommità del rotore per fungere da supporto per la struttura del rotore stesso. keyed on the transmission shaft 13 which extends downwards in the tower is support 11 where the electric generator 14 is housed, and which can extend upwards up to the top of the rotor to act as a support for the structure of the rotor itself.

Il flusso d’aria, allora, quando investe il rotore, non si scontra frontalmente con tali alette 16, ma viene da queste convogliato verso l’alto esercitando quindi sul rotore una spinta progressiva e continua, meno sensibile a cambiamenti repentini di velocità del vento. Questo particolare andamento delle alette 16 consente anche di evitare turbolenze indesiderate che potrebbero contrastare la rotazione del rotore. The air flow, then, when it strikes the rotor, does not collide frontally with these fins 16, but is conveyed by them upwards, thus exerting a progressive and continuous thrust on the rotor, less sensitive to sudden changes in wind speed. . This particular pattern of the fins 16 also makes it possible to avoid unwanted turbulence which could hinder the rotation of the rotor.

L’aerogeneratore in esame presenta inoltre una calotta 17 configurata per schermare parte, preferibilmente la metà, della superficie del rotore esposta al flusso F del vento, come esemplificato nella Fig.2. In tal modo, solo la superficie del rotore utile per la spinta viene investita dal vento, mentre la superficie che opporrebbe resistenza a questo viene schermata in modo che il vento non vi incida. La calotta 17 è collegata alla sommità della torre di supporto 11 attraverso dei mezzi di scorrimento - non rappresentati - quali, ad esempio, una cremagliera, azionati da relativi motori per consentire alla calotta stessa di seguire la direzione del vento e ottenere sempre l’effetto desiderato. A questo scopo, l’aerogeneratore è provvisto sulla sua sommità di un sensore 18 per rilevare la direzione del vento e comandare conseguentemente i motori della calotta 17. The wind turbine in question also has a cap 17 configured to shield part, preferably half, of the rotor surface exposed to the flow F of the wind, as exemplified in Fig. 2. In this way, only the surface of the rotor useful for the thrust is hit by the wind, while the surface that would resist this is shielded so that the wind does not affect it. The cap 17 is connected to the top of the support tower 11 by means of sliding means - not shown - such as, for example, a rack, driven by relative motors to allow the cap itself to follow the direction of the wind and always obtain the effect desired. For this purpose, the wind turbine is provided on its top with a sensor 18 to detect the direction of the wind and consequently control the motors of the canopy 17.

Quest’ultima, inoltre, può anche presentare una pluralità di fessure longitudinali 19 affiancate, ricavate in prossimità del suo bordo esposto al vento, destinate a ricevere il flusso del vento e a deviarlo verso la superficie non schermata del rotore, aumentando così la superficie di spinta delle alette 16. The latter, moreover, can also have a plurality of longitudinal slots 19 side by side, obtained near its edge exposed to the wind, intended to receive the flow of the wind and to divert it towards the unshielded surface of the rotor, thus increasing the thrust surface. of the fins 16.

In condizioni di forte vento invece, la calotta 17 può anche essere ruotata dai motori in modo da schermare più della metà della superficie esposta del rotore, e ridurre di conseguenza al valore desiderato la velocità del rotore stesso, in modo da mantenere il funzionamento della macchina entro i limiti di sicurezza. In strong wind conditions, on the other hand, the cap 17 can also be rotated by the motors so as to shield more than half of the exposed surface of the rotor, and consequently reduce the speed of the rotor to the desired value, in order to maintain the operation of the machine. within the safety limits.

Un’altra peculiarità del generatore eolico in esame consiste nel fatto che la struttura del rotore è sostenuta da un sistema a levitazione magnetica 20 posto sotto la piattaforma girevole 15 e costituito essenzialmente da due magneti contrapposti 20’, 20” configurati e dimensionati in modo tale che la forza di repulsione tra essi bilanci la forza peso del rotore. Another peculiarity of the wind generator in question consists in the fact that the rotor structure is supported by a magnetic levitation system 20 placed under the rotating platform 15 and essentially consisting of two opposing magnets 20 ', 20 "configured and sized in such a way that the repulsion force between them balances the weight force of the rotor.

In pratica, l’albero di trasmissione 13 può ruotare passando attraverso i magneti 20’, 20” senza trasferire il peso del rotore sul generatore elettrico 14 con notevole diminuzione delle forze di attrito e conseguente aumento del rendimento della macchina. In practice, the transmission shaft 13 can rotate passing through the magnets 20 ', 20 "without transferring the weight of the rotor onto the electric generator 14 with a significant decrease in the friction forces and consequent increase in the performance of the machine.

Tra l’albero di trasmissione 12 e il generatore elettrico può inoltre essere inserito un usuale moltiplicatore di giri - non rappresentato. Between the transmission shaft 12 and the electric generator can also be inserted a usual speed multiplier - not shown.

Per quanto detto, allora, il generatore eolico del trovato consente di ottenere un valore medio di energia elettrica prodotta superiore rispetto ai generatori attuali sia grazie alla possibilità di sfruttare velocità del vento molto basse e molto alte, fino ad ora inutilizzabili, sia grazie alla drastica riduzione delle forze di attrito ottenuta impiegando un sistema a levitazione magnetica per il supporto del rotore. Il generatore eolico in oggetto può trovare quindi larga diffusione anche in zone poco esposte ai venti e percorse da venti deboli, oltre che sulle zone costiere. A tale diffusione contribuisce inoltre il ridotto impatto visivo ed il gradevole aspetto estetico dell'aerogeneratore qui proposto, che, tra l'altro, è privo di pale o altri elementi sporgenti mobili. In view of what has been said, then, the wind generator of the invention allows to obtain an average value of electricity produced higher than the current generators both thanks to the possibility of exploiting very low and very high wind speeds, previously unusable, and thanks to the drastic reduction of frictional forces obtained by using a magnetic levitation system to support the rotor. The wind generator in question can therefore find wide diffusion even in areas with little exposure to winds and crossed by weak winds, as well as on coastal areas. The reduced visual impact and the pleasant aesthetic appearance of the aerogenerator proposed here also contribute to this diffusion, which, among other things, is devoid of blades or other mobile protruding elements.

Da notare che un tale aerogeneratore può essere realizzato in piccole dimensioni e installato addiruttura sui tetti delle case come fonte di energia elettrica alternativa. It should be noted that such a wind turbine can be built in small dimensions and installed on the roofs of houses as an alternative source of electricity.

Claims (12)

R I V E N D I C A Z I O N I 1 .Aerogeneratore per la produzione di energia elettrica comprendente una torre di supporto (11), un rotore (12) posto e rotante sopra detta torre di supporto (11), un albero di trasmissione lento (13) azionato da detto rotore, ed un generatore elettrico (14) collegato all’albero di trasmissione (13) per la trasformazione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica, caratterizzato dal fatto che il rotore (12) presenta una struttura cava la cui superficie esterna è costituita da una pluralità di alette (16) che si avvolgono attorno a detta struttura con andamento elicoidale convergente verso l'alto. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Wind generator for the production of electricity comprising a support tower (11), a rotor (12) placed and rotating above said support tower (11), a slow transmission shaft (13) driven by said rotor, and a electric generator (14) connected to the transmission shaft (13) for the transformation of the kinetic energy of the wind into electrical energy, characterized by the fact that the rotor (12) has a hollow structure whose external surface is constituted by a plurality of fins (16) which wind around said structure with a helical direction converging upwards. 2. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, in cui detta struttura cava del rotore ha una forma sferica o 2. A wind turbine according to claim 1, wherein said hollow rotor structure has a spherical shape or 3. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette alette (16) presentano una sezione triangolare. 3. Wind turbine according to claim 1 or 2, in which said fins (16) have a triangular section. 4. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette alette (16) presentano una forma a lamina concava. 4. A wind turbine according to claim 1 or 2, wherein said fins (16) have a concave foil shape. 5. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il rotore (12) appoggia su una piattaforma (1 S) suscettibile di rotazioni assiali rispetto alla torre di supporto (11), detta piattaforma essendo calettata all'albero di trasmissione (13), detto albero di trasmissione estendendosi inferiormente dalla piattaforma nella torre di supporto (11). 5. Wind turbine according to any one of the preceding claims, in which the rotor (12) rests on a platform (1 S) susceptible to axial rotations with respect to the support tower (11), said platform being keyed to the transmission shaft (13) , said drive shaft extending downwardly from the platform into the support tower (11). 6. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal comprendere inoltre una calotta protettiva (17) che si estende attorno al rotore (12) schermandone uno spicchio pari ad almeno un quarto della superficie recante le alette (16). 6. Wind turbine according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a protective cap (17) which extends around the rotor (12), shielding a segment equal to at least a quarter of the surface bearing the fins (16). 7. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 6, in cui detta calotta protettiva (17) è girevole attorno all'asse di rotazione del rotore (12). 7. Wind turbine according to claim 6, wherein said protective cap (17) is rotatable about the axis of rotation of the rotor (12). 8. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 7, in cui la rotazione della calotta protettiva (17) è controllata da un sensore (18) in grado di rilevare la direzione del vento. Wind turbine according to claim 7, wherein the rotation of the protective cap (17) is controlled by a sensor (18) capable of detecting the direction of the wind. 9. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 6, 7 o 8, in cui la calotta protettiva (17) presenta, in prossimità del suo bordo esposto al vento, delle fessure longitudinali affiancate (19) destinate a ricevere il flusso del vento e a deviarlo verso la superficie non schermata del rotore (12). 9. Wind turbine according to claim 6, 7 or 8, in which the protective cap (17) has, near its edge exposed to the wind, longitudinal slits (19) intended to receive the flow of the wind and to divert it towards the surface unshielded rotor (12). 10. Aerogeneratore per la produzione di energia elettrica comprendente almeno una torre di supporto (11), un rotore (12) posto e rotante sopra detta torre di supporto (11), un albero di trasmissione lento (13) azionato da detto rotore, ed un generatore elettrico (14) collegato all’albero di trasmissione (13) per la trasformazione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema a levitazione magnetica (20) alloggiato nella torre di supporto (11) e destinato a sopportare il peso del rotore. 10. Wind turbine for the production of electrical energy comprising at least one support tower (11), a rotor (12) placed and rotating above said support tower (11), a slow transmission shaft (13) driven by said rotor, and an electric generator (14) connected to the transmission shaft (13) for the transformation of the kinetic energy of the wind into electrical energy, characterized in that it comprises a magnetic levitation system (20) housed in the support tower (11) and designed to bear the weight of the rotor. 11 .Aerogeneratore secondo la rivendicazione 10, in cui il sistema a levitazione magnetica (20) è costituito da due magneti contrapposti (20’, 20”) configurati e dimensionati in modo tale che la forza di repulsione tra essi bilanci la forza peso del rotore, l’albero di trasmissione (13) passando attraverso detti magneti con possibilità di rotazione per il suo collegamento con il generatore elettrico (14). 11. Wind turbine according to claim 10, in which the magnetic levitation system (20) is made up of two opposing magnets (20 ', 20 ") configured and sized in such a way that the repulsion force between them balances the weight force of the rotor , the transmission shaft (13) passing through said magnets with the possibility of rotation for its connection with the electric generator (14). 12. Aerogeneratore per la produzione di energia elettrica, come sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati. 12. Wind turbine for the production of electrical energy, as substantially described above, illustrated and claimed for the specified purposes.
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