WO2013075193A1

WO2013075193A1 - Turbina eólica geradora de energia para veículos elétricos e híbridos

Info

Publication number: WO2013075193A1
Application number: PCT/BR2012/000461
Authority: WO
Inventors: Marcelo MONTEIRO DE BARROS
Original assignee: Monteiro De Barros Marcelo
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-05-30
Also published as: BRPI1104839A2

Abstract

A presente patente de invenção tem por objetivo a geração de energia elétrica por meio da força aerodinâmica. É constituída por uma turbina dupla geradora de energia elétrica, que contêm dois conjuntos de campos electromagnéticos distintos para a geração de energia, um localizado no raio externo (1) e o outro localizado no raio interno da turbina (2), este dois conjuntos geradores são ligados pelas pás (3) que tem ângulo variável para controlar a velocidade angular da turbina. No perímetro externo da hélice da turbina há uma transmissão automática (7) conectada a um sistema de transmissão (9 ou 10), o sistema de transmissão é acoplado ao terceiro conjunto gerador (11), acionado quando as condições ambientes ultrapassarem um determinado valor. A energia gerada, a retificação, soma de potências, armazenagem e a distribuição, assim como o acionamento do terceiro gerador são gerenciados pela CPU de controle (16). Foi desenvolvida para móveis com propulsão elétrica terem mais autonomia e inteligência no ato de suas funções. A solução como um todo dispõem de móveis com geradores de energia além de seus próprios motores, os tradicionais bancos de baterias, uma central inteligente que chamamos de CPU, um meio de locomoção inteligente que recarrega as baterias como móvel em movimento e também, por exemplo, identifica o condutor que é cobrado peto consumo, um sistema de "intra net" que permite diversas facilidades à distância do móvel e um sistema de "transponder" que monitora todo o movimento dos móveis. Pensamento do autor: "O Homem ainda está vivendo na época em que era preciso "queimar lenha" para fazer um veiculo se locomover de forme autônoma e com autonomia, a tecnologia atual torna inadmissível deixarmos tal herança para nossos fílhos". (Marcelo Monteiro de Barros 11/08/2011)

Description

"TURBINA EÓLICA GERADORA _;|§ ENERGIA PARA¾EÍCULOS

ELÊTRiCOS E HÍBRIDOS"

de trans orte.. .

O atua) estado da técnica apresenta várias paiéntes que versam sobre o desenvolvimento de sistemas © equipamentos voltados para a geração de energia elétrica de fontes limpas, neste caso a eóKea e a motriz. Contudo o aproveitamento energético ainda é baixo, muito peio á citado desperdieio de energia dos veículos atuais que possuem um aproveitamento de no máximo 30% de sua energia para realizar trabalho útil^'. Cientes do estado da técnica e vislumbrando uma forma de utilizar iodas

eólicas que dispõe de dois geradores elótrrcos, um no centro da turbina e outro na periferia da mesma. Além desses geradores há um terceiro gerador ou um conjunto gerador que é adonado por um sistema semelhante a uma transmissão automática que quando a pressão aerodinâmica Ultrapassar um determinado vaíor este entra em luncfõrramento utilizando este sistema para otimizar o conjunto e complementar a geração de energia eíétnca. Todo o conjunto do sistema é controlado po um computador (CPU ou conjunto inteligente de controle) que gerência a geração, ratificação (ajustes das frequêntías}» arinazénágérn, distribuição da energia gerada, controle da energia proveniente da rede por «ma tomada elétrlcá ou por um sistema de indução que será detalhado mais ^" a frente chamados d© "Rechargeabíe Staíions" (item g).

Toda geração de energia é otimizada quando se trabalha com o gerador em potência máxima (FEM/2 (eixo Y) em relação à 1 2 (eixo X)) vencendo a resistência (potência reattva ( VAR) que é gerada com a FEM (Força Eletro Moíriz ou tensão "V³} detalhada na lei de Len Esta lei afirma que 'quando existe indução magnética, a direção da força etelromiobiz induzida é tal, que o campo magnético- dela resuílante tende a parar o movimento., que produz a fonça etetmmotrfei^*.-^{' «} . '-·.· · > ^■ . r?^«

forma a otirnizar o conjunto e aperfeiçoar a geração de energia do sistema onde um terceiro gerador ou o conjunto de geradores serão adornados e gerar mais energia elêtrica. A er a{ de oarjtfõte (CPU) também poderá alterar o campo eietromagnético através de uma excrtatriz e também diminuir eletronicamente o número de pólos dos . geradores para aperfeiçoar a geração de eneraia. Existirão momentos que as, baterias estarão com 100% de suas

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cargas e o sistema estará se realimentado sem a necessidade de utilização de

···< ^*· .· ^· > ^* <*· ? · . <&^" . ÍV^' ¾1' ^ i r¾i^ -i.'.^*-t - ^' sua energia, estes momentos serão chamados de "Baíteries Full c arger

Bypass activated", este momento pode ser comparado por exemplo com um trõlebus conectado à rede elétrica local através dos mastros conectados aos fios da rede elétrica, onde sistema irá gerar energia com potência e qualidade

um πτοΐο c*^ínwos", é tecriologia^'eR^rçada){-& ¾r*

este terceiro conjunto gerador ...podendo alterar as. características eletromagnétiças e dé número de pólos ajustando ainda mais a geração de energia. Uni motor a combustão também pode ser instalado pára a geração de energia. . ··. · ^' ^? ·^'^· . *:- -

= 120 xfx (1-s) / p ou f= Nx p7 2Q ( ) onde:

N = veíôcidadé em rotações pôr minutos

f = frequência em Hertz ... . « , s = escorregamento {Escorregamento é a diferença percentual¹ da yetoctdad do rotor para a velocfdádó do campo girante de um motor de indução) " ' p = n . de pólos , v . < ■ · · -. · · ...*· - ^ ^■■■ · ,*-- ^'

Tendo a frequência estabilizada^" a' GPU ou confunto inte g r e Í/de. controle terá a informação de qual a tensão de saída (Volts) e _..assoma ι das potências dos geradc ês {estes valores sâo csractedsttcas de càdá- profeto © pré definido conforme seus dssenvolyedcres), estas condições sertou½zadas pelo controlador de veloddade computadorizado que aitmentará o sistema de propulsão.

O equipamento desenvolvido conta com as seguintes caractèrisficás: ' a) - uma turbina eólica construída para impulsionar, fcís, -ou mais geradores_.de energia eiétnca. 0 primei o-está centro da turbina

(pode ser construído por toda extensão do eixo ou somente em anel multtpolos j e o segundo está fixado no perímetro¾xtè ó dà¹ turbina que também poda ser construído em anef multipoto. Estes dois geradores estão focados enfre as pás que podem alterar o passo para aumento ou diminuição do torque e ou da velocidade do sistema,, estas decisões serão tomadas peia CPU tevando em conta , uma regra, booleana pré estabelecida para cada tipo de projeto. Os demais geradores · podem ser acionados_^-por vários tipos ..de sistemas

A turtjína Ibi f dSese volvidá pâ aftihàó ar bom agressão do vento gerado naturalmente por um móvel em movimento, instalada eni num véicúlo terréstr^, aquático e ou em uma aeronave (a Patente "TURBINA EÓlilCA IWIULT GERADORA DE ENERGIA ELÊTRICA^*' come rta esta relação èõtre as invenções). Todo o conjunto pode- sêr construído em qualquer ^'dimensão' ou material de acordo com a necessidade da carga a ser levada em consideração. b) _;- As pás, têm. a função de utifear a pressão do vento para movimentar a turbina © assim transformar a energia e lica em energia mecânica e esta em energia ef ©trica. As pás podem sofrer variações no seu ângulo de atàq © (controle de passo) dependendo da- ublizaçãd¹ è são 'controlados <por tim conjunto de 'equipamentos que atuam d© acordo com as cx dtçdes ambiente,

c) - Um eixo no centro da turbina conecta a tima engrenagem cónica (pode ser qualquer outro sistema mecânico que atua de forma a rotadonar coerentemente o sistema) que aciona outro conjunto de engrenagens cónicas fixadas em um terceiro conjunto de geradores que por sua vez são acreriados por um sistema de transmissão que pode ser confeccionado dè di isas formas* no caso está sendo apresentado um sistema de transmissão automático {sistema de acoplamento e desacoplamento motriz). Contudo é aproveitada a energia cinética do sistema para gerar értergía eíétrica com indução eletromagnética gerada nos dois campos da turbina © nos campos eletrornagnéticos do conjunto gerador. {.luando ^' as corKiições de vento ultrapassarem um determinado vélof de torça aerodinâmica corifòrrne mencionado anteriormente. Este terceifo banco dé geradores sâo acionados pelo conjunto do controle inteligenté qye torna esta decisão df forma a otiarozar a geração de energia e evitar frenagens desnecessárias (esta idéiâ semelhante © é proveniente dos sistemas Ker tóli^ps na Fórmula 1). Os mpdeios de geradores podem ser; Geradores Sir rorws, Trifásico Elementar, ^· Trifásico _. de Pôtos Fixos (podendo este se constmído para pesquis em vazio, em carga, cargas puramente resistivas, cargas p ramente câjpacitivas, cargas puramente indutivas e cargas com caráter indutivo). Gerador Síncrono trifásico de Fofos Rotativos_» Gerador Síncrono Trifásico: Com Sistema de Excitação Estático, Gerador Síncrono Trifásico Com Sistema de Excitação "Bnisírtless" e ou qualquer outro gerador que necessite de força motriz pára erar energia eíétrica, Urr» tfnotor a combustão também pode ser Instalado para a geração de energia_* d) - A turbina é fixada pela catxa circular externa e deve fica exposta no móvel na parte mais suscetível a pressão dó vendo. Todo este conjunto pode ser construído por diversos materiais e dimensões de acordo com o tipo de utilização, O projeto pode^' ser desenvolvido para veículos terrestres, aquáticos ou em aeronaves conforme mencionado ar¾eríormei¾e. e) - O equipamento conta com um conjunto de controle inteligente <CPif (Central Processing Unit)) que possui um software que tomará as decisões de qual será a melhor configuração do sistema para melhor aproveitamento da pressão atmosférica, do conjunto mecânico motriz, gerando energia de forma inteligente e oikrtízada atingindo o máximo de aproveitamento do conjunto como, por exemplo, desmagnetizando alguns pólos do gerador © dewá-to mais iivre para rodar em ventos de menor intensidade, f) - Cada gerador terá saída senoidal em frequências particulares, um retificador computadorizado irá alinhar estas ondas, disponibilizando uma saída de, por exemplo., 60 Hz. Após. estabilizar a irequência © software terá

também tomam decisões (Recnargeable stations). Esta central intefigente recarrega as baterias do móvel quando estes se aproximam cias bobinas instaladas convenientemente ficando alinhadas as bobinas instaladas nó móvel (recarga por indução etetromagnética),. Por exemplo, na caso' de veicules terrestres, por indução detromagnetica; = estas bobinas alínriadas recarregarr, rapidamente o banco de baterias do móvel que também pode a enas passar em baixa velocidade sobre estas bobinas ou até mesmo estacionandõ sobre elas para que a recarga seja salteada. O c¾n ¾or rócébê todas as instruções por sistemas áudio visuais o forma ^:a auxiliar -o processo de recarga --das baterias. Aeforraves predsam «pousar sobre*estè camjsío de bobinas é barcos precisam aíracarproximos. estas bõbinâs para que a recarga se a inioi ta. Estas bobinas estão con ctadas > rede eiétrica invencionai é terão capacidade de atender qualquer demanda de corrente requisitada peio móvel seja ale qual for. O sistema "Batteríes Full charger Bypass actívated^? citado anteriormente é parte deste prajeto e desenvolvido pelo autor desta patente. · h) - Estes novos móveis terão contatò com uma rede de tráfego de dados sem fio (intranet para móveis) que saberá detalhes do môveí e ioda e qualquer informação que for pertinent a rede¾ como por exempío; cobra ça da energia consumida no momento da recarga em "Recnairgeabte stations", em tomadas públicas, descontos em pedágios, desconto em estacionamentos (vai depender da legislação do pais), verificação das condições de seu veículo a distância através da internei, monitoramento de contravenções online e diversas outras funcionalidades.

5 i) - Atualmente os estudos de aerodinâmica em móveis estão muito avançados. É nítido que a inovação desta patente causará arrasto aerodinâmico (resistência contrária ao movimento), mas é preciso lembras^{^} que a mesma resistência que é contra o movimento em um avião, por exemplo, é a mesma que permite o vôo, é a mesma resistência que permite um carro de0 formula % andar de dorso por exemplo no teto de um túnel em alta velocidade. j) - O controle inteligente da presente patente tem em sua base de dados informações suficientes para agir considerando todos parâmetros de ajuste no rendimento de forma automática. O arrasto de atrito, arrasto de forma a arrasto induzido estão sendo considerados. Um sistema de leitura

?5 atmosférica f z a anãJise do ambiente para avaliar o coeficiente de viscosidade {corresponde ao atrito interno nos fluidos (exemplo: ar, água} devido basicamente a interaçôes intermoreculares, sendo em geral função da temperatura © velocidade desta interação) e com esta referência ó feito o ajuste adequado no passo das pás, assim minimizando o arrasto e gerando energia

20 para alimentar o sistema. A construção destes geradores eólicos cortam o , vento como "lâminas^* (estrutura ultraleve e super aerodinâmica), o único atrito mais consideráveis que irá aumentar o arrasto é o do passo das hélices da turbina que serão controlados de forma inteligente pela CPU (existârão muitas

. , inferências para a decisão do passo das pás, como por exemplo, a velocidade,

2& a temperatura e a umidade do ar) e terão potencial suficiente para gerar ertérgia dnétJca nos geradores e produzir energia suficiente para impulsionar o

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rnovei ^" . .

V k) - À inovação em aeronaves é constante, mas a apresentada nesta ' lijwftdíatroente inexistente. Um piloto de helicóptero precisa de diversas informações^, para subir e descer suà aeronave, são- elas: velocidade de rotação das pás_s torqiue empregado noimotor (acelerador) e passo das pás basicamente. Os geradores sobre as^pás. rincipais do helksc^ôfo.âge de forma inteligente de acordo coro ^«·ο«·. corrandos do;;piloto > Por exemplo, se o piloto acelera o rotor principal © sumentá^o^ssov^ntende^se que é reciso

vista geral/ ^'

Figura 8 e Figura 9 - /AVIÃO, ELÊT ICO OU HfBRIDp.COM @ERADÒR

EDUCO" vista geral

Figura 10, Figura 11 e Figura 12 "HELICÓPTE O) EiÉTRICO OU HÍBRIDO COM GERADOR EÓLICO" vlstageraL

Figura 13, Figura 14 e Figura 15- "HELICÓPTERO M!LtTAR'ELÉTRlCO OU HÍBRIDO COM GERADOR EÓLICO" vista geral. Conforme apreserrta á Figurà t a TURBINA EÓLICA GERADORA DE ENERGIA FARÁ VÊÍCyLÕS ELÊTRICOS E HÍBRIDOS* é constituída por: uma turbina dupla geradora dê energia eíétrica, composta por dois conjuntos de paradores indutivos podendo ser imã pemianente_> bobina de cobre cem entreferro ou bobina de alumínio com entreferro de liga leve (para ufifeaçio em aeronaves) par a geração da energia, um está localizado no raio externo da turbina (1) e o oiitro toòâSzâdò no raio interno (gerador ern anel) tia -turbina (2) (a turbina tam ém pode ser passiva, sem campos eléf ricos e ser construída somente com as pás, onforme a Figura 17), o protótipo da Figura 18 também mostra um exemplo de turbina passiva Estes dois conjuntos s$o ligados petas pás (3) {ver Figura 1) que tem ângulo variável controlados pelo sistema (4) cte ajuste de passo, para se adaptar às condições ambientes e controlar a velocidade angular da turbina. Mo perímetro externo da hélio© da turbina há uma da caixa externa (5) que suporta outro conjunto gerador. No centro do conjunto temos o eixo princtpâl (6) que âciôfja, por meio de um sistema cte transmissão automática (7), o sistema de transmissão (8) que se apresenta em dois exemplos, o de eixo rotativo com ou sem Cardà (9} e o de correia (10} acoplado ao terceiro gerador conjunto gerador {11 } que íam ém s$ apresentam em dois exemplos, os o nectados por eixo com ou sem carda (9) e através de correia (10) actonados quando as condições ambientes ultrapassarem um determinado valor de forca aerodinâmica que são attvos por um sistema de transmissão automática (7).

Conforme apresenta a Figura 2, 3 © Figura 4: A turbina ê Iscada tia pari© traseira do veículo em qualquer número com 100% das pais e^stas ou parcialmente. (12). Toda força motriz é Iransfenda para poir ^' ^ f^^são. automática que pode ser com ou sem cardam l 3) ^. c^_r._e∞n^9 '(14 . Os geradores também são instalados na frente do veículo {IS), Todas estas informações da turbina são transmitidas para a Ç U (16) que controla todo o sistema. Um sistema mecânico (26) rotaciona os geradores quando o veículo está em baixas velocidades para a geração d© energia, o motorista decide o quanto "fraado" ele qyer andar, assim, quanto mais freado o efcuio andar mais gera energia e recarrega as baterias. Uma moto (Figura 5) também pode ser beneficiada por estes geradores eólicos (17).

As Figuras 6 e Figura 7 apresentam a disposição exemplar em uma lanc a offshore a fixação dos geradores eólicos (18) que possuem controle de passo nas hélices e alteram sua direção ( zimute) da turbina para ficarem na direção do vento automaticamente (19).

A Figura 8 e Figura 9 apresentam amo 'exem lo um jato a disposição dos geradores eólicos (20) e o sistema retráíil (21 ). A Figura 10, 11 e Figura 12 apresentam corno exemplo um helicóptero

A Figura 13, 14 e figura 15 apresentam como exemplo um helicóptero militar a disposição dos geradores eólicos de grande porte (24) que sáo construídos em estrutura de casca fina, materiais extremamente leves, c*w um conceito de enkeferro de liga leve e bobrna esmaltada de alumínio (geradores tradicionais também podem ser utilizados e os geradores eólicos frontais (25). Um diagrama de blocos com alguns itens tjásícos necessários para o funcionamento e controle da CPU, por exemplo, controle do passo das pás, o acionamento do terceiro gerador que gerência a geração, ratificação (ajustes das frequências), armazenagem e distribuição da energia gerada possuem algumas características básicas que são apresentadas resumidamente na Figura 16,

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Turbina eólica para geração de energia eíétrica em móveis caracterizada pela disposição dê dois geradores de energia eíétrica, onde o primeiro estã no diâmetro interno da turbina, e p segur jo no diâmetro externo da turbina.

4 - Turbina de acordo com as reivindicações 1 , 2 e 3, caracterizada peto seslema de transmissão automática que a ciona o terceiro gerador ou conjunto gerador, como ilustra a figura i,

5 - Turbina cie acordo com as reiyindtcaçõe 1, 2, 3, e 4, caracterizada pelo sistema de transmissão que aciona o terceiro gerador ou conjunto gerador, como ilustra a figura 1.

6 - Turbina te acordo com as reivindicações 1, 2, 3, e 5_f caracterizada por ser instalada em veículos terrestres, como ttustrado na figura 2, 3_f 4 e

Figura S.

7 - Turbina de acordo com as reivindicações 1, 2_t 3, 4_S. 5_T caracterizada por ser instalada em veículos aquáticos que possuem cc rtrole de direçã de forma a buscar o vento, como ilustrado na figura 6 e Figura 7. 8 - Turbina de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5, caracterizada por ser instalada em aviões e devem ser escamoteáveis para reduzir o arrasto aero dinâmico, como ilustrado na figura 8 © Figura 9. 9 ~ Turbina de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, caracterizada por serem aero dinâmicas e leves. Pode ser tnsíaladas em helicópteros e possuírem características detalhadas nos ftens j), j) e k) das páginas 9 e 10, como «lustrado na figura 10, 11, 12, 13, 15 e Figura 1S. 10 - Turbina de acordo com as réMndrcacoes 1 , 2, 3, 4, 5, caracterizada por ter uma CPU de controle ue gerência toda lógica do sistema, controle para gerar, retiftcar, somar as potências_» armazenar e distribuir a energia efétrica gerada pelo equipamento.

11 - A presente patente deve ser compreendida como uma invenção inovadora não so ente de um novo modelo de turbina eólica para geração de energia elétrica e sim como uma solução inteligente que aumenta drasticamente a tecnologia embarcada como a autonomia em móveis elét icos e ou híbridos.

12 ~ Um sistema de ''trâι S o de ^,, (sistema que troca informações co o, por exemplo, de posição dos móveis próximos) faz parte desta solução para que os móveis da geração ria presente patente se comuniquem entre si e tomem os meios de transporte mais inteligentes e seguros.