ITPG20130023A1 - WIND GENERATOR - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: “Generatore eolico†DESCRIPTION of the Patent for Industrial Invention entitled: â € œWind generatorâ €
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione concerne un generatore eolico. The present invention relates to a wind generator.
In particolare, tale generatore eolico viene impiegato all’interno delle gallerie ed à ̈ vantaggiosamente in grado di sfruttare lo spostamento di aria indotto dai veicoli che circolano entro le gallerie. In particular, this wind generator is used inside the tunnels and is advantageously able to exploit the displacement of air induced by the vehicles circulating within the tunnels.
Secondo arte nota, i generatori eolici installati in galleria comprendono una pala di rotazione, un albero condotto vincolato solidamente alla detta pala eolica e mezzi di conversione della rotazione dell’albero condotto in energia elettrica. Tali mezzi di conversione comprendono, come noto, un alternatore dotato di statore e rotore con quest’ultimo solidalmente vincolato all’albero condotto e trascinato in rotazione in modo tale da indurre un campo magnetico rotante cooperando in collaborazione con lo statore, che à ̈ invece fisso rispetto al telaio del generatore. In tal modo lo statore à ̈ in grado di generare energia elettrica per alimentare, ad esempio, le luci entro la galleria o, comunque, qualsiasi dispositivo elettrico presente in galleria, quale, ad esempio, quadri elettrici o ventilatori o altro ancora. Tale generatore eolico, sebbene efficiente, à ̈ però estremamente ingombrante e, dunque, poco adatto alle dimensioni ridotte disponibili in galleria. According to the known art, the wind generators installed in the tunnel comprise a rotation blade, a driven shaft rigidly bound to said wind blade and means for converting the rotation of the driven shaft into electrical energy. Such conversion means comprise, as is known, an alternator equipped with stator and rotor with the latter integrally constrained to the driven shaft and driven in rotation in such a way as to induce a rotating magnetic field cooperating in collaboration with the stator, which is Instead, it is fixed with respect to the generator frame. In this way the stator is able to generate electricity to power, for example, the lights inside the tunnel or, in any case, any electrical device present in the tunnel, such as, for example, electrical panels or fans or more. Although this wind generator is efficient, it is extremely bulky and therefore not very suitable for the small dimensions available in the tunnel.
Inoltre, va anche detto che, à ̈ noto da tempo che il regime ventoso in galleria risulta piuttosto variabile in termini di direzione di flusso oltre che di intensità in relazione al numero ed alla velocità di passaggio dei veicoli. In particolare, lo spostamento d’aria risulta essere alternativamente concorde sia alla direzione di marcia dei veicoli che alla direzione opposta a causa della depressione creata dal passaggio del veicolo. Questo particolare campo di moto del vento che si origina in galleria ha spinto alla creazione di generatori a doppia elica controrotante come, ad esempio, descritti nella privativa statunitense US2012148403. Tale tipologia di generatore comprende due eliche controrotanti, due rispettivi alberi condotti e due rispettivi alternatori atti a produrre energia elettrica dalla rotazione di ciascun albero condotto. Tale soluzione à ̈ anche in questo caso estremamente ingombrante e, comunque, piuttosto complessa da un punto di vista meccanico. Furthermore, it must also be said that it has been known for some time that the wind speed in tunnels is quite variable in terms of flow direction as well as intensity in relation to the number and speed of passage of vehicles. In particular, the movement of air turns out to be alternatively concordant both with the direction of travel of the vehicles and with the opposite direction due to the depression created by the passage of the vehicle. This particular field of wind motion that originates in the tunnel has led to the creation of double counter-rotating helix generators as, for example, described in the US patent US2012148403. This type of generator comprises two counter-rotating propellers, two respective driven shafts and two respective alternators adapted to produce electrical energy from the rotation of each driven shaft. This solution is also in this case extremely cumbersome and, in any case, rather complex from a mechanical point of view.
È scopo dunque della presente invenzione quello di realizzare un generatore eolico, ad una pala o a due pale controrotanti, che sia in grado di generare energia elettrica in maniera alternativa rispetto ai generatori di arte nota che impiegano il classico alternatore calettato coassialmente all’albero condotto. The purpose of the present invention is therefore to realize a wind generator, with one blade or two counter-rotating blades, which is able to generate electricity in an alternative way with respect to the generators of the known art that use the classic alternator keyed coaxially to the driven shaft .
È ulteriore scopo della presente invenzione quello di realizzare un generatore eolico che sia anche estremamente semplice da un punto di vista strutturale e che, comunque, risulti estremamente efficiente, anche nel caso di generatore a due pale controrotanti. A further object of the present invention is to provide a wind generator which is also extremely simple from a structural point of view and which, in any case, is extremely efficient, even in the case of a generator with two counter-rotating blades.
È infine scopo della presente invenzione quello di realizzare un generatore eolico che sia anche impiegabile vantaggiosamente nei generatori a due pale controrotanti, riducendone notevolmente gli ingombri. Finally, the aim of the present invention is to provide a wind generator which can also be used advantageously in generators with two counter-rotating blades, considerably reducing their overall dimensions.
Tali scopi sono raggiunti dal presente generatore eolico comprendente un telaio, almeno una prima pala eolica di rotazione, almeno un primo albero condotto vincolato solidalmente a detta almeno una prima pala eolica e mezzi per convertire l’energia meccanica di rotazione di detto almeno un primo albero condotto in energia elettrica, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di conversione dell’energia comprendono almeno un elemento piezoelettrico, solidale a detto almeno un telaio, ed almeno un dispositivo per battere in maniera alternata detto almeno un elemento piezoelettrico almeno durante la rotazione di detto almeno un albero condotto. These purposes are achieved by the present wind generator comprising a frame, at least a first rotational wind blade, at least a first driven shaft rigidly coupled to said at least one first wind blade and means for converting the mechanical rotation energy of said at least a first shaft driven into electrical energy, characterized in that said energy conversion means comprise at least one piezoelectric element, integral with said at least one frame, and at least one device for alternately striking said at least one piezoelectric element at least during the rotation of said at least one driven shaft.
Tale soluzione, in maniera alternativa rispetto a quelli che sfruttano la presenza di un classico alternatore, riesce a garantire la produzione di energia elettrica da sfruttare per l’alimentazione di dispositivi elettrici presenti in galleria. This solution, as an alternative to those that exploit the presence of a classic alternator, is able to guarantee the production of electricity to be exploited for the power supply of electrical devices in the tunnel.
In particolare, detto almeno un dispositivo di battuta comprende almeno un pistone, almeno una molla di spinta per detto almeno un pistone, ed almeno uno schermo disposto tra detto almeno un elemento piezoelettrico e detto almeno un pistone e dotato di almeno una apertura per il passaggio di detto almeno un pistone, almeno quando si trova in corrispondenza di detta almeno una apertura durante la rotazione di detto almeno un primo albero condotto. Vantaggiosamente, detta almeno una apertura comprende almeno un bordo di attacco per detto almeno un pistone a forma sostanzialmente di rampa. In questo modo à ̈ favorita la risalita del pistone nella sua posizione iniziale. In particular, said at least one stop device comprises at least one piston, at least one thrust spring for said at least one piston, and at least one screen arranged between said at least one piezoelectric element and said at least one piston and provided with at least one opening for the passage of said at least one piston, at least when it is in correspondence with said at least one opening during the rotation of said at least one first driven shaft. Advantageously, said at least one opening comprises at least one leading edge for said at least one substantially ramp-shaped piston. In this way it is favored the rising of the piston in its initial position.
Inoltre, detto almeno un pistone e detta almeno una molla sono contenuti in almeno una sede ricavata in detto almeno un primo albero condotto, in cui detta almeno una sede à ̈ ricavata in corrispondenza di una delle facce di base di detto almeno un primo albero condotto. In questo modo la forma del generatore risulta essere più compatta anche longitudinalmente. Furthermore, said at least one piston and said at least one spring are contained in at least one seat obtained in said at least one first driven shaft, in which said at least one seat is obtained in correspondence with one of the base faces of said at least one first driven shaft . In this way the shape of the generator is more compact also longitudinally.
Ulteriormente, detto almeno uno schermo à ̈ disposto affacciato a detta almeno una faccia di base di detto almeno un primo albero condotto. Furthermore, said at least one screen is arranged facing said at least one base face of said at least one first driven shaft.
Secondo una ulteriore forma realizzativa del trovato, il generatore comprendere almeno una seconda pala eolica di rotazione, controrotante rispetto alla detta prima pala eolica, ed almeno un secondo albero condotto vincolato solidalmente a detta almeno una seconda pala eolica, in cui detto almeno uno schermo à ̈ vincolato solidalmente a detto almeno un secondo albero condotto. In pratica, dunque, nel caso di generatore a due pale controrotanti à ̈ possibile avere una migliore prestazione poiché la produzione di energia elettrica dipenderà , oltre che dal numero dei passaggi presenti nello schermo ed il numero dei pistoni dei mezzi di battuta alternata, anche dalla velocità relativa di rotazione tra le due pale controrotanti. In pratica, rispetto al caso di una sola pala di rotazione le prestazioni vengono aumentate poiché con la seconda pala la velocità relativa tra prima pala e schermo sarà di certo maggiore e, dunque, sarà anche maggiore la produzione di corrente dall’elemento piezoelettrico. According to a further embodiment of the invention, the generator comprises at least a second rotational wind blade, counter-rotating with respect to said first wind blade, and at least a second driven shaft rigidly coupled to said at least one second wind blade, in which said at least one screen is It is integrally constrained to said at least one second driven shaft. In practice, therefore, in the case of a generator with two counter-rotating blades it is possible to have a better performance since the production of electricity will depend not only on the number of passages present in the screen and the number of pistons of the alternating stop means, but also on the the relative speed of rotation between the two counter-rotating blades. In practice, compared to the case of a single rotation blade, the performances are increased since with the second blade the relative speed between the first blade and the screen will certainly be greater and, therefore, the production of current from the piezoelectric element will also be greater. .
Verranno ora descritte, a titolo solamente esemplificativo e non limitativo più forme di realizzazione particolare della presente invenzione con riferimento alle figure allegate, in cui: Several particular embodiments of the present invention will now be described, by way of non-limiting example only, with reference to the attached figures, in which:
- la figura 1 Ã ̈ una vista in prospettiva del generatore eolico ad una pala; - figure 1 is a perspective view of the single blade wind generator;
- la figura 2 Ã ̈ una vista in spaccato del generatore di figura 1; - la figura 3 Ã ̈ una vista in prospettiva del generatore eolico a due pale controrotanti; - figure 2 is a cut-away view of the generator of figure 1; - figure 3 is a perspective view of the wind generator with two counter-rotating blades;
- la figura 4 à ̈ una vista in spaccato del generatore di figura 3; - la figura 5 à ̈ un disegno in prospettiva dell’apertura ricavata nello schermo delle forme realizzative di figura 1 e 3. - figure 4 is a cut-away view of the generator of figure 3; - figure 5 is a perspective drawing of the opening obtained in the screen of the embodiments of figures 1 and 3.
Con particolare riferimento a tali figure si à ̈ indicato con 1 un generatore eolico secondo l’invenzione. With particular reference to these figures, 1 indicates a wind generator according to the invention.
Nelle figure 1 e 2, in accordo ad una prima forma realizzativa dell’invenzione, à ̈ mostrato un generatore eolico 1 che comprende un telaio 2, una prima pala eolica di rotazione 3, un primo albero condotto 40 vincolato solidalmente alla prima pala eolica 3 e mezzi 4 per convertire l’energia meccanica di rotazione del primo albero condotto in energia elettrica. In Figures 1 and 2, according to a first embodiment of the invention, a wind generator 1 is shown which comprises a frame 2, a first rotating wind blade 3, a first driven shaft 40 rigidly fixed to the first wind blade 3 and means 4 for converting the mechanical energy of rotation of the first driven shaft into electrical energy.
Secondo la forma realizzativa qui descritta, e come meglio rappresentato in figura 2, i mezzi di conversione 4 dell’energia comprendono un elemento piezoelettrico 5, solidale al telaio 2 del generatore 1, ed almeno un dispositivo 6 per battere in maniera alternata l’elemento piezoelettrico 5 durante la rotazione del detto primo albero condotto 40. In pratica, tale dispositivo di battitura 6 sfrutta la rotazione del primo albero condotto 40 per colpire in maniera alternata l’elemento piezoelettrico 5 il quale, a sua volta, a seguito della leggera deformazione che subisce, produce energia elettrica. According to the embodiment described here, and as better represented in Figure 2, the energy conversion means 4 comprise a piezoelectric element 5, integral with the frame 2 of the generator 1, and at least one device 6 for alternately striking the Piezoelectric element 5 during the rotation of said first driven shaft 40. In practice, this beating device 6 exploits the rotation of the first driven shaft 40 to strike alternately the piezoelectric element 5 which, in turn, following of the slight deformation it undergoes, it produces electricity.
Secondo la forma realizzativa qui descritta, detto dispositivo di battuta 6 comprende tre pistoni 7 (in figura 2 ne à ̈ rappresentato solo uno), una molla di spinta 8 per ciascun pistone 7, ed uno schermo 9 disposto tra l’elemento piezoelettrico 5 e ciascun pistone 7 e dotato di una pluralità di aperture 10 per il passaggio di ciascun pistone 7 almeno quando quest’ultimo si trova in corrispondenza di una apertura 10 durante la rotazione del primo albero condotto 40. Si osservi che, sebbene nella particolare forma realizzativa qui descritta il numero dei pistoni 7 à ̈ di tre, tuttavia una forma realizzativa in cui il numero dei pistoni sia inferiore o superiore a tre, ovvero di due o di dieci, oppure identico al numero delle aperture 10 di cui à ̈ dotato lo schermo 9, rientra comunque nell’ambito di tutela della presente invenzione. According to the embodiment described here, said striking device 6 comprises three pistons 7 (in figure 2 only one is shown), a thrust spring 8 for each piston 7, and a screen 9 arranged between the piezoelectric element 5 and each piston 7 is provided with a plurality of openings 10 for the passage of each piston 7 at least when the latter is in correspondence with an opening 10 during the rotation of the first driven shaft 40. It should be observed that, although in the particular shape embodiment described herein, the number of pistons 7 is three, however an embodiment in which the number of pistons is lower or higher than three, or two or ten, or identical to the number of openings 10 with which the screen 9, however, falls within the scope of protection of the present invention.
In pratica, il generico pistone 7, nella propria posizione iniziale, costringe a compressione la molla di spinta 8 a causa del vincolo su di esso esercitato dallo schermo 9. Ciò accade nel periodo in cui, durante la rotazione del primo albero condotto 40, il generico pistone 7 non si trova in corrispondenza di una delle aperture di passaggio 10. Quando, poi, il pistone 7 si trova in corrispondenza di una delle apertura di passaggio 10 ricavate nello schermo 9, la molla 8 lo spinge nella propria posizione di lavoro, ovvero a battere contro il sottostante elemento piezoelettrico 5, producendo così energia elettrica. In practice, the generic piston 7, in its initial position, forces the thrust spring 8 to compression due to the constraint exerted on it by the shield 9. This happens in the period in which, during the rotation of the first driven shaft 40, the generic piston 7 is not in correspondence with one of the passage openings 10. When, then, the piston 7 is in correspondence with one of the passage openings 10 obtained in the shield 9, the spring 8 pushes it into its working position, or rather to strike against the underlying piezoelectric element 5, thus producing electrical energy.
In maniera particolare, al fine di favorire la risalita del pistone 7 nella sua posizione iniziale, partendo dalla sua posizione di lavoro e sebbene ancora sotto l’azione della molla 8 che lo preme contro l’elemento piezoelettrico 5, ciascuna apertura 10 (come anche visibile nella figura 5) comprende un bordo 11 di attacco a forma sostanzialmente di rampa. Inoltre, nella forma realizzativa particolare qui descritta, ciascun pistone 7 e ciascuna relativa molla 8 sono contenuti in una sede 12 ricavata in corrispondenza di una delle facce di base 40a del primo albero condotto 40. Tale sede à ̈ a forma di corona circolare ricavata sulla faccia di base 40a del primo albero condotto 40. In particular, in order to facilitate the piston 7 to rise to its initial position, starting from its working position and although still under the action of the spring 8 which presses it against the piezoelectric element 5, each opening 10 ( as also visible in Figure 5) comprises a substantially ramp-shaped leading edge 11. Furthermore, in the particular embodiment described here, each piston 7 and each relative spring 8 are contained in a seat 12 obtained in correspondence with one of the base faces 40a of the first driven shaft 40. This seat is in the form of a circular crown obtained on the base face 40a of the first driven shaft 40.
Inoltre, lo schermo 9 à ̈ disposto affacciato alla succitata faccia di base 40a del primo albero condotto 40, venendosi così a trovare tra ciascuna sede 12 e l’elemento piezoelettrico 5. Inoltre, lo schermo risulta essere vincolato solidalmente al telaio 2 del generatore 1. Furthermore, the screen 9 is arranged facing the aforementioned base face 40a of the first driven shaft 40, thus finding itself between each seat 12 and the piezoelectric element 5. Furthermore, the screen is rigidly bound to the frame 2 of the generator 1.
In accordo ad una ulteriore forma realizzativa descritta nelle figure 3 e 4, oltre agli elementi compresi nella forma realizzativa descritta nelle figure 1 e 2, il generatore eolico 1 comprende anche una seconda pala eolica di rotazione 15, che ruota in contro-rotazione rispetto alla prima pala eolica 3, ed un secondo albero condotto 50 vincolato solidalmente alla seconda pala eolica di rotazione 15. In particolare, lo schermo 9, a differenza della forma realizzativa di figura 1, à ̈ vincolato solidalmente al secondo albero condotto 50 e non al telaio 2 del generatore 1. In questo modo viene aumentata notevolmente la velocità relativa tra le due pale 3 e 15 e, dunque, anche il numero delle battute prodotte dal dispositivo di battuta 6 sull’elemento piezoelettrico 5. In accordance with a further embodiment described in Figures 3 and 4, in addition to the elements included in the embodiment described in Figures 1 and 2, the wind generator 1 also comprises a second rotating wind blade 15, which rotates in counter-rotation with respect to the first wind blade 3, and a second driven shaft 50 integrally constrained to the second rotating wind blade 15. In particular, the screen 9, unlike the embodiment of figure 1, is integrally constrained to the second driven shaft 50 and not to the frame 2 of generator 1. In this way, the relative speed between the two blades 3 and 15 is considerably increased and, therefore, also the number of strokes produced by the striking device 6 on the piezoelectric element 5.
In accordo alla secondo forma realizzativa qui descritta, detto schermo 9 Ã ̈ vincolato ad una delle basi 50a di detto secondo albero condotto 50. According to the second embodiment described here, said screen 9 is constrained to one of the bases 50a of said second driven shaft 50.
Inoltre, il secondo albero condotto 50 Ã ̈ disposto concentricamente al primo albero condotto 40. In particolare, il primo albero condotto 40 Ã ̈ dotato di un foro centrale passante 20 che alloggia il secondo albero condotto 50. Tale forma realizzativa risulta conferire una forma estremamente compatta al generatore eolico 1 a due pale. Furthermore, the second driven shaft 50 is arranged concentrically to the first driven shaft 40. In particular, the first driven shaft 40 is provided with a central through hole 20 which houses the second driven shaft 50. This embodiment gives an extremely shape compact to the wind turbine 1 with two blades.
In maniera simile a quanto descritto più sopra per la precedente forma realizzativa, al fine di favorire la risalita del pistone 7 nella sua posizione iniziale, partendo dalla sua posizione di lavoro e sebbene ancora sotto l’azione della molla 8 che lo preme contro l’elemento piezoelettrico 5, ciascuna apertura 10 comprende un bordo 11 di attacco a forma sostanzialmente di rampa. In a similar way to that described above for the previous embodiment, in order to facilitate the return of the piston 7 to its initial position, starting from its working position and although still under the action of the spring 8 which presses it against the Piezoelectric element 5, each opening 10 comprises a substantially ramp-shaped leading edge 11.
Infine, va detto che, per entrambe le forme realizzative qui descritte, l’elemento piezoelettrico 5 à ̈ collegabile ad un dispositivo di accumulo dell’energia elettrica che viene prodotta dallo stesso elemento piezoelettrico 5 a seguito del contatto alternato con ciascun pistone 7. Finally, it must be said that, for both embodiments described here, the piezoelectric element 5 can be connected to a device for storing the electrical energy that is produced by the same piezoelectric element 5 following the alternating contact with each piston 7 .
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