RO129660B1 - Turbină eoliană de vânt slab şi mediu cu generator magnetoelectric încorporat - Google Patents

Description

Invenția se referă la o turbină eoliană de vânt slab și mediu, cu generatoare magnetoelectrice încorporate, destinată în special zonelor cu vânt slab.

Sunt cunoscute turbine eoliene cu generator magnetoelectricîncorporat, de tip clasic, utilizat pentru conversia energiei mecanice de rotație în energie electrică, prin inducerea de curenți electrici în niște solenoizi statorici de către magneții unui rotor cuplat axial cu turbina de vânt a centralei eoliene, precum cea din documentul de brevet JP 2005094936, ce prezintă o turbină eoliană cu ax orizontal și generator electric încorporat, având un rotor tip elice cu pale dispuse radial, de extremitățile cărora sunt atașați magneți permanenți, și care, sub acțiunea vântului, se rotește în interiorul unui cadru statoric circular pe care sunt dispuși solenoizi de inducere de curent electric la trecerea prin dreptul lor a magneților de la extremitățile palelor turbinei.

Documentul RO 2012 00489 se referă la o turbină eoliană de vânt slab și mediu, alcătuită dintr-un suport cu o placă de bază și un cilindru-suport fixat într-o țeavă-suport, prevăzut cu niște rulmenți trecere a aerului, și dintr-un compensator magnetic suplimentar. Generatorul magnetoelectric este prevăzut cu un rotor format din două seturi de magneți rotorici tip bară, dispuși radial, ce încadrează un set de solenoizi ai statorului, magneții rotorici fiind polarizați pe fețe cu polarizarea reciproc antiparalelă, iar magneții rotorici, în număr de 1/2 din numărul magneților rotorici ai primului set, având o secțiune de trapez regulat, cu polarizare paralelă cu înălțimea secțiunii, și fiind dispuși într-un plan situat la mijlocul distanței dintre o pereche de doi magneți rotorici în interacție atractivă cu polii lui cei mai apropiați de ei, cu fața plană superioară în plan orizontal, și fața plană inferioară ecranată cu un ecran magnetic. Statorul generatorului magnetoelectric este prevăzut cu un set de magneți statorici identici cu magneții rotorici, magnetizați și ecranați identic, cu câte un ecran magnetic pe fața superioară, dispuși antiparalel cu aceștia pe un suport feromagnetic, în interacție repulsivă cu ei, pentru generare de forță motrice.

Documentul RO 126773 A2 se referă la o turbină eoliană de vânt slab și mediu, compusă dintr-o parte motrice, dintr-un suport de susținere terminat, la partea inferioară, cu un suport de fixare compus dintr-un postament și o cutie pentru un generator magnetoelectric auxiliar, precum și dintr-un panou solar cu celule fotovoltaice, partea motrice a turbinei eoliene fiind compusă dintr-un rotor ce cuprinde un ax vertical, niște pale aerodinamice, fixate între niște perechi de brațe-suport superioare și inferioare, solidare cu axul, palele având un profil tip jgheab, realizat din una sau două foi de tablă profilate, de brațele-suport ce le susțin fiind fixate și două rotoare magnetice circulare, având niște magneți rotorici tip bară, dispuși radial, dintr-un stator compus din două statoare magnetoelectrice circulare, superior și inferior, dispuse pe niște plăci-suport circulare, în dreptul rotoarelor magnetice, plăcile-suport fixând axul rotorului turbinei în doi rulmenți și prin intermediul unor suporturi statorice de extremitățile cărora sunt fixate plăcile-suport, panoul solar fiind fixat pe placa-suport superioară, iar statoarele magnetoelectrice fiind formate din niște module magnetoelectrice incluzând un magnet statoric tip bară, cilindric sau paralelipipedic, dispus repulsiv față de magneții rotorici, în poziția de coincidență cu aceștia, și ecranat pe minimum un sfert, maximum jumătate din suprafața cilindrică sau paralelipipedică, cu un ecran magnetic și un solenoid, dispus adiacent părții ecranate a magnetului statoric sau coaxial cu acesta, în funcție de varianta interactivă: magnet rotoric - magnet statoric - solenoid.

Documentul EP1501174 A1 se referă la un generator de curent electric ce cuprinde un arbore central pe care, într-o primă variantă, sunt montate discuri rotorice în care sunt dispuși o multitudine de magneți permanenți care se rotesc printre niște perechi de bobine fără miez, conjugate, montate în stator și dispuse de-a lungul zonei inelare, pentru a fi în

RO 129660 Β1 cuplaj magnetic cu magneții permanenți rotorici. Magneții permanenți sunt deplasați prin 1 fața bobinelor fără miez, împreună cu rotația rotorului indusă de un moment de rotație dintr-un amplificator de cuplu dispus sub rotor, astfel încât să se obțină un curent electric 3 indus la bornele bobinelor.

Aceste turbine eoliene prezintă dezavantajul că turbina eoliană propriu-zisă are 5 randament de conversie a energiei vântului relativ slab, sub 50%, în special la viteze relativ mici ale vântului, de circa 3 m/s, iar generatorul electric încorporat realizează un randament 7 de conversie a energiei mecanice a rotorului sub 90%, ceea ce înseamnă că pentru un diametru al turbinei de 2...5 m, specific amplasării și utilizării turbinei în gospodării 9 individuale, turbina de vânt asigură o putere electrică relativ mică în condiții de vânt slab. Acest impediment, în cazul unui generator magnetoelectricîncorporat, de tip clasic, nu poate 11 fi eliminat deoarece, conform legii lui Lenz, câmpul magnetic indus în solenoizii statorului are sens de frânare a rotației rotorului cu magneții inductori, ca urmare a faptului că se opune 13 cauzei ce îl produce, constând în creșterea fluxului magnetic la nivelul solenoizilor statorici la apropierea magneților rotorici, și scăderea acestui flux la depărtarea magneților rotorici de 15 solenoizii statorici. Aceasta înseamnă că viteza de rotație a turbinei este redusă de cuplajul cu generatorul magnetoelectric care, în consecință, deși poate fi construit de putere mare, 17 generează un curent electric de putere relativ mică.

Sunt cunoscute, de asemenea, soluții tehnice de motoare liniare sau rotative care 19 folosesc exclusiv energia interacției magnetice pentru compensarea pierderilor energetice prin frecare, și generare de lucru mecanic prin deplasarea unui ansamblu de magneți sau, 21 respectiv, a unui rotor magnetic, precum cele prezentate în documentele de brevet:

US 4151431, WO 9414237, WO 2006/045333 ș a. 23

Este cunoscut, de asemenea, în acest sens, și un ecran din amestec diamagnetic deflector de câmp magnetic (US 2006/0083931 A1). 25

Problema tehnică pe care rezolvă invenția constă în valorificarea energiei eoliene de intensitate mică și medie, în principal, printr-o turbină cu generator magnetoelectric 27 încorporat, simplă și cu preț de cost rezonabil, care să permită mărirea eficienței în valorificarea energiei eoliene, prin reducerea pierderilor de energie de rotație generate de 29 câmpul magnetic indus al solenoizilor de producere a curentului electric.

Turbina eoliană de vânt slab și mediu, cu generator magnetoelectric încorporat, 31 conform invenției, rezolvă această problemă tehnică prin aceea că este compusă dintr-un rotor eolian cu ax tip țeavă cu capetele fixate prin niște arbori în niște rulmenți fixați într-un 33 cilindru-suport, fixat într-o țeavă-suport și, respectiv, într-o colivie fixată de un cadru solidar cu o placă-suport, și niște pale semicilindrice prinse de patru brațe rotorice fixate de ax, la 35 partea superioară, și de o placă-suport nemagnetică, la partea inferioară, sudată de un manșon fixat pe ax, al cărui capăt inferior se prelungește până la nivelul plăcii-suport, și doi 37 generatori magnetoelectrici, dintre care primul generator are o parte de compensator magnetic de pierderi de energie cinetică de rotație, generate de câmpul magnetic indus în 39 niște solenoizi de niște magneți rotorici polarizați pe fețe, antiparalel unul față de altul, adiacent, ai unui prim set interior, și de niște magneți rotorici ai unui al doilea set, în număr 41 de 14 din numărul magneților rotorici, cu secțiune de trapez regulat, cu polarizarea paralelă cu înălțimea secțiunii, și dispuși atractiv față de o pereche de doi magneți rotorici adiacenți, 43 cu fața opusă feței dinspre solenoizi, ecranată cu un ecran magnetic, statorul primului generator magnetoelectric având și un set de magneți statorici polarizați paralel cu lungimea, 45 dispuși repulsiv disimetric față de magneții rotorici, și ecranați pe fața dinspre aceștia cu un ecran magnetic, formând o parte de compensator magnetic de pierderi de energie de rotație 47 prin forța de repulsie cu magneții rotorici la care brațele rotorului au două părți: scurtă și

RO 129660 Β1 lungă, dispuse în unghi drept, de partea scurtă fiind fixată câte o pală mare semicilindrică, având un decupaj la capătul superior, de partea lungă fiind fixate cu un spațiu între ele câte două pale mici cu suprafața semicilindrică extinsă, corespunzătoare unei valori de 7/12 dintr-o suprafață cilindrică, cu capătul superior tip sector 7/12 de cerc, și cu marginea opusă axului a sectorului de cerc paralelă cu direcția brațului; solenoizii și magneții rotorici și statorici sunt dispuși pe niște suporți și, respectiv, cilindrici, magneții statorici fiind paralelipipedici și orientați cu lungimea și polarizația la 45°...60° față de direcția radială, iar al doilea generator magnetoelectric, dispus concentric cu primul generator magnetoelectric, în spațiul dintre acesta și ax, are un stator fixat de placa-suport și format din două rânduri circulare concentrice de n' magneți interiori și n' magneți periferici dispuși echidistant și atractiv pentru o pereche de magneți, care încadrează un rând de n' solenoizi cu sau fără miez feromagnetic, cu un spațiu circular de 5...10 mm distanță între solenoizii și magneții interiori și, respectiv, periferici, prin acest spațiu fiind deplasat câte un rând circular de ecrane magnetice, respectiv, echidistante, rotorice, fixate de placa-suport, neferomagnetice, din material antiferomagnetic sau/și diamagnetic deflector de câmp magnetic sau mixte, incluzând și magnet lamelar polarizat pe fețe, care întrerup periodic fluxul magnetic generat de perechea de magneți interior și periferic, generând flux magnetic variabil, inductor de curent electric la nivelul solenoizilor.

Ecranele magnetice ale magneților rotorici și statorici ai părții de compensator magnetic a generatorului magnetoelectric sunt de tip mixt, cu material antiferomagnetic, tip oxid de nichel Ni și pulbere magnetică magnetizată, amestecată și fixată în rășină epoxidică, de 3...6 mm grosime, cu substrat lamelar feromagnetic subțire de 0,5...1 mm grosime pe o față, și cu un strat din material diamagnetic tip carbon pirolitic sau echivalent, ce realizează dispersia liniilor de câmp magnetic, pe fața opusă.

Turbina eoliană de vânt slab și mediu, cu generator magnetoelectric încorporat, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- este relativ simplă și ușor de realizat cu materiale uzuale, la preț de cost accesibil;

- fiind ușoară, generează curent și la vânt slab, de circa 3 m/s, cu ajutorul compensatorului magnetic;

- nu are nevoie de multiplicator de turație pentru antrenarea generatorului electric;

- are randament de conversie a energiei eoliene ridicat, ca urmare a folosirii compensatorului magnetic de pierderi de energie de rotație;

- momentul de inerție al rotorului este mai mic prin utilizarea unui număr mai mic de magneți rotorici.

Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu fig. 1...13, ce reprezintă:

- fig. 1a, vedere în secțiune orizontală A-A a rotorului turbinei eoliene conform invenției;

- fig. 1b, vedere în secțiune verticală B-B a turbinei;

- fig. 2, vedere de sus a primului generator magnetoelectric încorporat al turbinei;

- fig.3, vedere în secțiune verticală C-C a unei jumătăți a generatorului magnetoelectric al turbinei;

- fig. 4, detaliu A din fig. 3 al unei părți din primul generator magnetoelectric al turbinei;

- fig. 5, vedere de sus a ansamblului celor doi generatori magnetoelectrici încorporați ai turbinei;

- fig. 6, vedere în secțiune verticală C'-C a unei jumătăți a ansamblului celor doi generatori magnetoelectrici încorporați ai turbinei;

RO 129660 Β1

- fig. 7, detaliu de componență a unui ecran magnetic de tip mixt, cu magnet lamelar, 1 al celui de-al doilea generator magnetoelectric încorporat al turbinei;

- fig. 8, vedere laterală mărită, de componență, a unui magnet rotoric al primului 3 generator magnetoelectric încorporat al turbinei, ecranat cu ecran magnetic de tip mixt, cu magnet lamelar;5

- fig. 9, vedere de sus a unei jumătăți a celui de-al doilea generator magnetoelectric al turbinei;7

- fig. 10, vedere în secțiune verticală a unei jumătăți a celui de-al doilea generator magnetoelectric;9

- fig. 11a, b, vedere de detaliu din fig. 9, a celui de-al doilea generator magnetoelectric, ilustrând modul de producere a variației de flux magnetic generatoare de 11 curent electric în solenoizi;

- fig. 12a, b, vedere din lateral și de sus a unei pale mici a rotorului eolian;13

- fig. 13a, vedere laterală, de componență, a unui ecran magnetic de tip mixt al celui de-al doilea generator magnetoelectricîncorporat, cu magnet lamelar polarizat și ecranat pe 15 ambele fețe;

- fig. 13b, vedere laterală, de componență, a unui ecran magnetic de tip mixt al celui 17 de-al doilea generator magnetoelectric încorporat, cu magnet lamelar polarizat longitudinal și ecranat;19

- fig. 14, vedere dinspre polul de interacție al unui magnet statoric al compensatorului, ecranat și cămășuit;21

- fig. 15, vedere de sus a unei jumătăți al celui de-al doilea generator magnetoelectric încorporat, în a doua variantă;23

-fig. 16, conectarea solenoizilor celui de-al doilea generator magnetoelectric realizat în a doua variantă, pentru obținere de curent alternativ trifazat sau de curent continuu. 25

Turbina eoliană de vânt slab și mediu cu generator magnetoelectric încorporat, conform invenției, este compusă dintr-un rotor R eolian și unul sau doi generatori 27 magnetoelectrici G, G', dintre care minimum un generator magnetoelectric G are o parte de compensator magnetic de pierderi de energie cinetică de rotație generate de câmpul 29 magnetic indus în solenoizii generatorului.

Rotorul eolian R este compus dintr-un ax 1 tip țeavă, de care sunt fixate patru brațe 31 cu două părți - scurtă și lungă, dispuse în unghi drept, și o placă-suport 3 nemagnetică, preferabil de Al, sudată de un manșon i cilindric, fixat pe axul 1, al cărui capăt inferior se 33 prelungește până la nivelul unei plăci-suport 6 nemagnetice și preferabil nemetalice, fixată de o flanșă a unui cilindru-suport 9 fixat într-o țeavă-suport 10, de brațele 2 și de placa-suport 35 fiind fixate niște pale mari 4 cu suprafață b semicilindrică, având decupaje c la capătul superior a fixat de partea scurtă a brațelor 2, pentru trecerea aerului, și niște pale mici 5 cu 37 suprafața b' semicilindrică extinsă, corespunzătoare unei valori de 7/12 dintr-o suprafață cilindrică, fixate câte două cu capătul superior a' tip sector 7/12 de cerc, de partea lungă a 39 brațelor 2, cu un mic spațiu între ele și cu marginea opusă axului 1 a sectorului de cerc paralelă cu direcția brațului 2. Această construcție și dispunerea palelor 4, 5 permit o mai 41 bună valorificare a energiei vântului, adică pe o suprafață mai mare și cu o acțiune motrice asupra palelor unui braț într-o fracție de timp mai mare din perioada rotației. 43

Capetele axului 1 sunt fixate prin niște arbori 7, 7' adecvați, cu flanșă, în niște rulmenți 8, 8' fixați în cilindrul-suport 9 și, respectiv, într-o colivie d' fixată de un cadru 11 cu 45 talpă e scurtă, de fixare de placa-suport 6, acest cadru 11 putând avea 2 sau 4 brațe, de care pot fi fixate pale de concentrator de vânt. Pentru stabilitatea rotației, este prevăzut și un 47 rulment 8 într-o colivie d fixată de placa-suport 6.

RO 129660 Β1

Primul generator magnetoelectric G are un rotor cu două rânduri de magneți, un rând de magneți rotorici 12 interiori paralelipipedici, polarizați pe fețe radial față de ax, și de polarizare N-S alternantă, fixați distanțați între ei de un suport h feromagnetic cilindric, cu lungimea paralelă cu axul 1, și un rând de magneți rotorici 13 periferici, cu formă de pană, cu secțiune de trapez regulat, preferabil cu lungimea și lățimea de 30...50 și cu bazele secțiunii de 25 și 10, și înălțimea de 30...40 mm, pentru magneți rotorici 12 tip (40...50)x25x20, și aproximativ egală cu distanța dintre doi magneți rotorici 12 adiacenți, cu polarizarea paralelă cu înălțimea secțiunii, și orientată cvasitangențial față de axul 1. Acești magneți rotorici 13 au fața opusă axului 1 ecranată cu un ecran magnetic 16, și sunt fixați de un suport h' cilindric nemetalic (din plastic, pertinax, rășină epoxidică etc.), fixat ca și suportul h de placa de bază 3, magneții rotorici 12 și 13 încadrând niște solenoizi 14statorici de inducere de curent electric, fixați într-un suport g nemagnetic, cilindric, de exemplu, din rășină epoxidică și aluminiu.

în interacție repulsivă disimetrică cu acești magneți rotorici 13, și la o distanță de aceștia pe direcția radială r de aliniere, minimum posibilă, generatorul magnetoelectric G are și un rând de magneți statorici 15 tip pană sau paralelipipedici, polarizați pe lungime, care are circa 40...70 mm, și este dispus în unghi de 45°...60° față de direcția radială, grosimea magneților statorici 15 fiind de circa 8.. .25 mm, iar lățimea lor fiind egală cu cea a magneților rotorici 13. Pe fața dinspre axul 1, magneții statorici 15 au un ecran magnetic 17 identic sau similar cu ecranul magnetic 16, de grosime calculată la limita ecranării eficiente a repulsiei magnetice fără introducere de forțe de frânare prin atracție magnetică între un ecran magnetic 16, (17) și magnetul de interacție 15, (13), cu care interacționează magnetul ecranat, în poziția de aliniere r pe direcția radială a polilor de interacție repulsivă ai perechii de magneți rotoric 13 și statoric 15 (fig. 2).

Deși această condiție de ecranare poate fi realizată și cu ecran de 3...5 mm feromagnetic (permalloy, mu-metal), prin ajustarea experimentală a grosimii și prelucrării marginii, pentru o apropiere maximă sub 1 cm a unui magnet rotoric 13 de un magnet statoric 15, este preferabilă realizarea ecranelor magnetice 16, 17 din material antiferomagnetic, tip oxid de Ni sau/și pulbere magnetică magnetizată, amestecată și fixată în rășină epoxidică, de 3...6 mm grosime, cu substrat lamelar feromagnetic (permalloy, mu-metal) subțire, de 0,5...2 mm, de fixare, pe una dintre fețe sau pe ambele fețe, sau/și din material diamagnetic tip carbon pirolitic sau amestec, conform documentului US2006/0083931, ce realizează dispersia liniilor de câmp magnetic ale feței ecranate, cu substrat lamelar feromagnetic. într-o altă variantă combinată, ecranele magnetice 16, 17 pot fi realizate ca în fig. 8, din magnet subțire I, I' de 1...3 mm, polarizat pe fețe, dispus repulsiv față de polul ecranat prin intermediul unei lamele feromagnetice k de 0,5...1,5 mm, și ecranat pe fața opusă cu un ecran subțire m de circa 1...2 mm, din material antiferomagnetic sau/și diamagnetic deflector de câmp, anterior menționat.

în particular, magneții statorici 15 pot fi la fel ca magneții rotorici 13, tip pană și la fel polarizați, și pot fi fixați în suportul g', cămășuiți cu oțel-inox feritic pe suprafața laterală neecranată.

Ecranele magnetice 16,17 au rolul de a permite apropierea magneților rotorici 13 de magneții statorici 15 fără a fi respinși sau reținuți de aceștia, până în poziția de aliniere r pe direcția radială a polilor de interacție repulsivă, care se resping după depășirea acestei poziții de aliniere r, generând forța motrice F_M tangențială, și momentul forței M_F dat de însumarea forțelor motrice medii F_m de acțiune a magneților statorici 15 asupra celor n magneți rotorici 13: M_F = n-F_m-R, (R-raza rotorului).

RO 129660 Β1

Pentru un generator de circa 1 m diametru, de circa 1 kW, de exemplu, pentru 1 solenoizi 14 cu dimensiunea de circa (70-90)x50 și cu circa 100 spire din sârmă CuEm de 1,5...2 mm diametru, pot fi utilizați 36 de magneți rotorici 12, tip 50x25x20, 18 magneți 3 rotorici 13 tip 50x40x(10;25) și 20...27 magneți statorici 15 (n -^2/3n magneți 15) tip 60x40x20, cu ecrane magnetice 16, 17 calibrate experimental. 5 în cazul utilizării unei plăci-suport 6 metalice, din aluminiu, este preferabil ca marginea inferioară orientată spre aceasta a magneților rotorici 12 și 13 să fie ecranată cu 7 permalloy sau cu inox feritic, și să fie la minimum 1 cm de aceasta, pentru a nu induce în placa-suport 6 microcurenți de inducție. La fel și în cazul magneților statorici 15, în cazul 9 utilizării unei plăci-suport 3 a rotorului, metalice, din aluminiu. Magneții statorici 15, pentru o manevrare mai facilă, pot fi ecranați pe partea opusă axului 1 (dinspre exterior) și cu un 11 ecran feromagnetic w (inox feritic, permalloy) cu secțiunea în U, ca în fig. 14.

în cazul în care viteza medie a vântului în zona de interes depășește semnificativ 13 valoarea de 3 m/s, tinzând spre valori medii de 10 m/s sau mai mari, se prevede în construcția turbinei un al doilea generator magnetoelectric G' încorporat, dispus concentric 15 cu generatorul magnetoelectric G, în spațiul dintre acesta și axul 1, cu un stator fixat de placa-suport 6, având un rând circular de solenoizi și minimum un rând circular de magneți, 17 rotorul având obligatoriu niște ecrane magnetice speciale.

într-o variantă preferată, special concepută pentru eoliana de vânt slab și mediu, 19 conform invenției, acest al doilea generator magnetoelectric G' este format ca în fig. 5, 9 și 10, din două rânduri circulare concentrice de n' magneți interiori 18 și n' magneți periferici 21 19, dispuși echidistant și atractiv pentru o pereche de magneți 18 și 19, care încadrează un rând de n' solenoizi 20 cu sau fără miez feromagnetic, cu un spațiu circular de 5...10 mm 23 distanță între solenoizii 20 și magneții interiori 18 și, respectiv, periferici 19, prin acest spațiu fiind deplasat rotativ, de către rotorul R al turbinei, câte un rând circular de ecrane magnetice 25 21, respectiv, 21', echidistante, rotorice, fixate cu un suport de placa-suport 3 a rotorului R, care întrerup periodic fluxul magnetic generat de perechea de magneți interior 18 și periferic 27 19, generând astfel flux magnetic φ variabil, inductor de curent electric I = ^/dt la nivelul solenoizilor 20. 29 în acest scop, ecranele magnetice 21, 21' trebuie să nu fie atrase sau respinse puternic de magneții 18, 19 și de câmpul indus al solenoizilor 20, deci trebuie realizate 31 neferomagnetice sau mixte, din material antiferomagnetic (oxid de Ni sau/și pulbere magnetică magnetizată și fixată în rășină epoxidică) sau/și din material diamagnetic (grafit 33 pirolitic sau/și amestec conform brevetului US 2006/0083931). Alte trei variante mixte de realizare a ecranelor magnetice 21, 21'sunt prezentate în fig. 13a,b,c, și sunt alcătuite din: 35

- varianta mixtă a): magnet subțire n polarizat pe fețe, de 2...5 mm grosime, dispus repulsiv față de magnetul de ecranat 18 sau 19 prin dreptul căruia trece, și ecranat pe fețe 37 cu câte un ecran lamelarp, p' antiferomagnetic sau diamagnetic, de 1...3 mm, cu suport de fixare o, o' feromagnetic (permalloy, mumetal) de 0,5...1 mm. Modul în care aceste ecrane 39 induc curent electric I în solenoizii 20 prin varierea fluxului magnetic φ generat de magneții și 19 este prezentat în fig. 11a, b;41

- varianta mixtă b): similară cu varianta mixtă a), dar cu magnetul subțire n' polarizat pe capete, cu polarizația perpendiculară pe direcția vitezei de rotație;43

- varianta mixtă c): ecran subțire n' antiferomagnetic, de 2...5 mm grosime, din pulbere magnetică magnetizată la saturație și presată în rășină epoxidică, ecranat pe fețe45 cu câte un ecran lamelar p, p' din pulbere de NiO presată în rășină epoxidică, sau diamagnetic, de 1...3 mm.47

RO 129660 Β1

Preferabil este ca grosimea ecranelor magnetice 21, 21' să nu depășească 10 mm, iar distanța dintre acestea și un magnet 18 sau 19, precum și distanța dintre ele și solenoizii 20 să fie cât mai mică, preferabil de circa 1 mm. Magneții interiori 18 și periferici 19 pot fi de dimensiuni mari, în principiu, dar, pentru a evita interacții prea puternice între ei pentru a mai putea fi manevrați sau fixați în suport, pot avea dimensiuni paralelipipedice de (30-H50)x25x(30-H50), cu polarizarea paralelă cu lățimea (30...50) sau cu grosimea. Suprafața ecranelor magnetice 21, 21' trebuie să fie cel puțin egală cu suprafața polilor magneților interiori 18 și periferici 19, și preferabil cu dimensiunile suprafeței cu 10...20 mm mai mari.

Suporții de fixare u, u' de placa-suport 6 a magneților interiori 18 și periferici 19 au forma unor cilindri din inox feritic cu margine, de care magneții 18,19 se lipesc magnetic și se stabilizează cu rășină epoxidică sau cu suporți tip ramă din plastic sau aluminiu, fixați cu șuruburi. Distanța dintre doi magneți 18 adiacenți și dintre două ecrane 21 adiacente trebuie aleasă astfel încât în spațiul dintre ei(ele) să încapă un magnet identic și la fel poziționat. Deși este preferabil ca solenoizii 20 și ecranele magnetice 21, 21' să fie poziționate cu lungimea paralelă cu axul 1, pot fi utilizați/utilizate și cu lungimea în plan orizontal. Ecranele magnetice 21, 21' se fixează de placa-suport 3 rotorică folosind un suport v nemagnetic. Pentru un generator magnetoelectric G' de circa 60 cm diametru, de exemplu, pot fi utilizați

18.. .20 solenoizi 20 și un număr corespondent de magneți 18, 19 cu grosimea polilor de

30.. .35 mm și de ecrane magnetice 21,2T. Solenoizii 20 sunt fixați de placa-suport 6 cu un suport circular j.

Avantajul utilizării acestui tip de generator magnetoelectric, tip free energy, constă în faptul că aceeași variație de flux magnetic și, deci, aceeași putere generată ca în cazul deplasării unor magneți puțin mai mici față de solenoizii 20 poate fi obținută cu magneți 18, 19 statorici mai mari, de putere mai mare, cu o putere de rotire a ecranelor magnetice 21, 21' semnificativ mai mică decât în cazul rotirii unor magneți față de solenoizii 20, ca urmare a greutății considerabil mai mici a ecranelor magnetice 21, 21' și a unei interacții magnetice de frânare cu câmpul magnetic total (cel indus de solenoizii 20 și cel al magneților 18 și 19) semnificativ mai mici.

într-o altă variantă, conformă fig. 15, generatorul magnetoelectric G' este realizat cu un singur magnet interior 18' cilindric, polarizat pe fețe, și un singur magnet periferic 19' cilindric, polarizat pe fețe, dispus concentric cu magnetul interior 18', și atractiv față de el; solenoizii 20' sunt plasați unul lângă altul, cu lungimea paralelă cu axul 1, iar ecranele magnetice 21,21' au lungimea egală cu dublul lățimii unui solenoid 20', și au distanța dintre ele egală cu lățimea unui solenoid 20'.

Prin interconectarea în paralel separat a solenoizilor cu nr.: 1, 4, 7...(1 +3n); 2, 5,

8.. .(2+3n); și 3, 5, 9...(3+3n), ca în fig. 16, celălalt capăt al firului solenoizilor fiind comun, se obțin, la rotația ecranelor magnetice 21,2T, trei curenți alternativi, de aceeași frecvență, dar defazați între ei cu Ă/3 : f 1, f2 și f3, care pot fi utilizați ca atare, sau care pot fi convertiți într-un singur curent continuu, prin conectarea tuturor solenoizilor 20' în paralel, și detecție cu o diodă redresoare z (linia punctată).

într-o altă variantă, cu compensator magnetic, generatorul magnetoelectric G' poate fi realizat ca în cererea de brevet RO 2010 00816.

Magneții utilizați sunt din pulberi sinterizate de NdFeB, care practic nu se demagnetizează la temperaturi sub 50°C, nici în interacție, explicația faptului că momentele magnetice nu se diminuează în urma interacției magnetice constând în faptul că particulele atomice sunt sisteme ergodice care fac schimb de masă, energie și entropie cu mediul cuantic și subcuantic al spațiului, a cărui negentropie le reface structura, menținând-o constantă, conform termodinamicii ascunse a particulei elementare a lui L. de Broglie.

RO 129660 Β1

Firele electrice de la solenoizii 14 sau 20 interconectați ca în cazul generatorului 1 magnetoelectric obișnuit, clasic, sunt trecute prin interiorul țevii-suport 10 la un ansamblu: controler-invertor, apoi este stabilizat și trimis la rețeaua de consumatori electrici. 3

Mărirea randamentului turbinei eoliene prin compensatorul magnetic conform invenției rezultă în modul următor: 5

Inițial, randamentul turbinei este dat de raportul între puterea electrică și puterea vântului la axul turbinei: η_τ, = P_E/P_V, iar puterea electrică este dată de randamentul 7 generatorului electric și puterea utilă, care este dată de diferența între puterea vântului la axul rotoric și puterea rezistivă, dată de lucrul mecanic efectuat de forțele de frânare totale, 9 cu principala componentă dată de forța de frânare magnetică produsă de câmpul magnetic indus al solenoizilor: P_E= η_Ε· Pu = Π_Ε(Ρ_ν- Pr)· ¹¹

Randamentul turbinei rezultă deci inițial în forma:

Πτι ^- Ρ_Ε/Ρν^- Πε’ (Pv Pr)/Pv^- Πε’ (1 Pr/Pv)· 13 în condițiile existenței compensatorului magnetic, puterea P_c a acestuia compensează o parte din puterea rezistivă PR a forțelor rezistive, și randamentul turbinei 15 rezultă în forma:

Πτε ~ Pe/Pv ~ Πε ’ (Pv Pr ⁺ Pc)/Pv ^— Πε ’ (1 Pr/Pv ⁺ Pc/Pv) ~ Πτι ⁺ Πε ’ (Pc/Pv)· 1 7 De exemplu, dacă avem un generator magnetoelectric cu η_Ε = 0,85 și η_τ, = 0,4 iar

P_c/P_v = 1/3, rezultă un randament crescut al turbinei cu n_E-(P_c/P_v) = 0,283, adică de valoare: 19 η_ΤΕ = 0,4 + 0,263 = 0,683.

Montarea turbinei eoliene se realizează astfel:21

- se fixează palele 4, 5 ale rotorului de brațele 2 și de placa-suport 3 sudată de manșonul i;23

- se fixează placa-suport 6 de cilindrul-suport 9, și se fixează rulmenții 8, 8', 8 în locașurile lor;25

- se fixează suporții statorici ai generatorilor G, G' de placa-suport 6;

- se fixează suporții rotorici ai generatorilor G, G' de placa-suport 3 a rotorului eolian; 27

- se fixează axul 1 al rotorului eolian în rulmenții 8, 8 și în rulmentul 8' al cadrului 11;

- se fixează tălpile e ale cadrului 11 de placa-suport 6, și se montează deasupra lui29 fie o umbrelă protectoare, fie un panou fotovoltaic și eventuale pale de concentrator de vânt fixate de brațele lui;31

- se fixează țeava-suport 10 în suport de fier și beton, și se fac legăturile electrice la sol.33

Claims (2)

Revendicări

1. Turbină eoliană de vânt slab și mediu, cu generator magnetoelectric încorporat, compusă dintr-un rotor (R) eolian cu ax (1) tip țeavă cu capetele fixate prin niște arbori (7,7') în niște rulmenți (8, 8') fixați într-un cilindru-suport (9) fixat într-o țeavă-suport (10) și, respectiv, într-o colivie (d') fixată de un cadru (11) solidar cu o placă-suport (6) și niște pale semicilindrice prinse de patru brațe (2) rotorice fixate de axul (1), la partea superioară, și de o placă-suport (3) nemagnetică la partea inferioară, sudată de un manșon (i) fixat pe un ax (1) al cărui capăt inferior se prelungește până la nivelul plăcii-suport (6), și doi generatori magnetoelectrici (G, G'), dintre care generatorul (G) are o parte de compensator magnetic de pierderi de energie cinetică de rotație, generate de câmpul magnetic indus în niște solenoizi (14) de niște magneți rotorici (12) polarizați pe fețe antiparalel unul față de altul, adiacent, ai unui prim set interior, și de niște magneți rotorici (13) ai unui al doilea set, în număr de 14 din numărul magneților rotorici (12), cu secțiune de trapez regulat, cu polarizarea paralelă cu înălțimea secțiunii, și dispuși atractiv față de o pereche de doi magneți rotorici (12) adiacenți, cu fața opusă feței dinspre solenoizi (14), ecranată cu un ecran magnetic (16), statorul generatorului magnetoelectric (G) având și un set de magneți statorici (15) polarizați paralel cu lungimea, dispuși repulsiv disimetric față de magneții rotorici (13), și ecranați pe fața dinspre aceștia cu un ecran magnetic (17), formând o parte de compensator magnetic de pierderi de energie de rotație prin forța de repulsie cu magneții rotorici (13), caracterizată prin aceea că, brațele (2) rotorului (R) au două părți: scurtă și lungă, dispuse în unghi drept, de partea scurtă fiind fixată câte o pală mare (4) semicilindrică, având un decupaj (c) la capătul superior (a), de partea lungă fiind fixate cu un spațiu între ele câte două pale mici (5) cu suprafața (b') semicilindrică extinsă, corespunzătoare unei valori de 7/12 dintr-o suprafață cilindrică, cu capătul superior (a') tip sector 7/12 de cerc, și cu marginea opusă axului (1) sectorului de cerc paralelă cu direcția brațului (2); solenoizii (14) și magneții rotorici (12,13) și statorici (15) sunt dispuși pe niște suporți (h, h', respectiv, g), cilindrici, magneții statorici (15) fiind paralelipipedici și orientați cu lungimea și polarizația la 45°...60° față de direcția radială, în repulsie față de polul mare al magneților rotorici (13), iar al doilea generator magnetoelectric (G'), dispus concentric cu generatorul magnetoelectric (G) în spațiul dintre acesta și ax(1), are un statorfixatde placa-suport (6), și format din două rânduri circulare concentrice de n' magneți interiori (18) și n' magneți periferici (19) dispuși echidistant și atractiv pentru o pereche de magneți (18 și 19), care încadrează un rând de n' solenoizi (20) cu sau fără miez feromagnetic, cu un spațiu circular de 5...10 mm distanță între solenoizi (20) și magneții interiori (18) și, respectiv, periferici (19), prin acest spațiu fiind deplasat câte un rând circular de ecrane magnetice (21, respectiv, 2T) echidistante, rotorice, fixate de placa-suport (3), neferomagnetice, din material antiferomagnetic sau/și diamagnetic deflector de câmp magnetic, sau mixte, incluzând și magnet lamelar polarizat pe fețe, care întrerup periodic fluxul magnetic generat de perechea de magneți interior (18) și periferic (19), generând flux magnetic variabil, inductor de curent electric la nivelul solenoizilor (20).

2. Turbină eoliană, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că ecranele magnetice (16 și 17) ale magneților rotorici (13) și statorici (15) ai părții de compensator magnetic a generatorului magnetoelectric (G) sunt de tip mixt, cu material antiferomagnetic, tip oxid de Ni, și pulbere magnetică magnetizată, amestecată și fixată în rășină epoxidică, de 3...6 mm grosime, cu substrat lamelar feromagnetic subțire, de 0,5...1 mm grosime, pe o față, și cu un strat din material diamagnetic tip carbon pirolitic sau echivalent, ce realizează dispersia liniilor de câmp magnetic, pe fața opusă.