TURBINA EÓLICA HÍBRIDA.

1. Turbina eólica híbrida, comprendiendo un árbol rotativo (1) vertical instalado giratoriamente en una estructura de soporte (4),

y un rotor tipo Savonius (2) y un rotor tipo Darrieus (3) conectados coaxialmente a dicho árbol rotativo (1), estando dicho rotor tipo Savonius (2) y dicho rotor tipo Darrieus configurados para girar en una misma dirección de rotación normal (D) cuando son impulsados por el viento, caracterizada porque el rotor tipo Savonius (2) está conectado al árbol rotativo (1) por un dispositivo de acoplamiento unidireccional que desacopla automáticamente el rotor tipo Savonius (2) del árbol rotativo (1) permitiendo al rotor tipo Savonius (2) rotar en relación con el árbol rotativo (1) en una dirección de rotación opuesta a dicha dirección de rotación normal (D) cuando la velocidad de rotación del rotor tipo Darrieus (3) es mayor que la velocidad de rotación del rotor tipo Savonius (2).

2. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende al menos un rodamiento de bolas unidireccional (5).

3. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende al menos un trinquete incluyendo una rueda dentada y una uña de enclavamiento.

4. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el rotor tipo Savonius (2) tienen unas palas tipo Savonius (2a) verticales y paralelas al árbol rotativo (1), y el rotor tipo Darrieus (3) tienen unas palas tipo Darrieus (3a) verticales y paralelas al árbol rotativo (1).

5. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 4, caracterizada porque cada una de dichas palas tipo Darrieus (3a) está conectada al árbol rotativo (1) por un brazo de conexión superior (6) y un brazo de conexión inferior (7).

6. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 5, caracterizada porque dichos brazos de conexión superior e inferior (6, 7) están alineados en un plano vertical y están inclinados en direcciones divergentes desde el árbol rotativo (1) hasta la correspondiente pala tipo Darrieus (3a).

7. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho brazo de conexión superior (6) tiene un extremo exterior (6a) fijado a la correspondiente pala tipo Darrieus (3a) mediante una abrazadera superior (8) y un extremo interior (6b) fijado al árbol rotativo (1) y dicho brazo de conexión inferior (7) tiene un extremo exterior (7a) fijado a la correspondiente pala tipo Darrieus (3a) mediante una abrazadera inferior (9) y un extremo interior (7b) fijado al árbol rotativo (1).

8. Turbina eólica híbrida según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho árbol rotativo (1) es un cuerpo tubular dispuesto coaxialmente alrededor de un gorrón vertical (10) estacionario fijado a dicha estructura de soporte (4), y está soportado y guiado respecto a dicho gorrón vertical (10) por unos cojinetes (11, 12).

9. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende un par de rodamientos de bolas unidireccionales (5), cada uno provisto de un anillo interior fijado exteriormente al árbol rotativo (1) y un anillo exterior fijado a unas palas tipo Savonius (2a) del rotor tipo Savonius (2).

10. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 8, caracterizada porque el árbol rotativo (1) está conectado mecánicamente a un rotor exterior (13) de un generador eléctrico (15) y el gorrón vertical (10) está conectado mecánicamente a un estator interior (14) de dicho generador eléctrico (15).

TURBINA EÓLICA HíBRIDA

Campo de la técnica La presente invención concierne en general a una turbina eólica híbrida, y más en particular

a una turbina eólica híbrida que comprende un rotor interior de palas tipo Savonius y un rotor exterior de palas tipo Darrieus conectados coaxialmente a un árbol de rotación común , y unos medios para desacoplar automáticamente el rotor interior de palas tipo Savonius cuando la turbina gira a velocidades medias o altas.

Antecedentes de la invención En la técnica de las turbinas eólicas se conocen dos grandes tipos de rotores de eje vertical, esto es: rotores tipo Savonius y rotores tipo Darrieus. Los rotores tipo Savonius tienen en general dos o tres palas curvadas en forma de canal, generalmente con un borde interior conectado al árbol de rotación , y pueden empezar a girar con vientos de baja velocidad aunque es poco eficiente con vientos de media y alta velocidad. Los rotores de tipo Darrieus comprenden palas en forma de hojas delgadas separadas del árbol de rotación y unidas al mismo en sus extremos por brazos radiales, y tienen una forma de sección transversal diseñada para optimizar el rendimiento con vientos de media o alta velocidad, aunque les cuesta arrancar por sí solos con vientos de baja velocidad.

La solicitud internacional de patente WO 2011012970 A 1 da a conocer una turbina eólica híbrida de eje vertical que incluye una estructura de soporte en la que están instados concéntricamente un rotor interior de palas tipo Savonius y un rotor exterior de palas tipo Darrieus. Ambos rotores están conectados a un árbol común cuyo extremo inferior puede estar conectado a un generador eléctrico para transformar la energía eólica en energía eléctrica. Tanto el rotor interior de tipo Savonius como el rotor exterior de tipo Darrieus tienen las palas torcidas helicoidalmente en la dirección axial de la turbina, con unos valores de torsión dentro de unos rangos predeterminados, iguales o diferentes.

Un inconveniente de la turbina eólica híbrida descrita en la solicitud internacional de patente WO 2011012970 A 1 es que el rotor de palas tipo Savonius, si bien ayuda a la puesta en marcha de la turbina con vientos de baja velocidad, ofrecen una perjudicial fricción con el

aire cuando la turbina opera con vientos de alta velocidad actuando sobre el rotor de tipo Darrieus.

La patente US 4553037 A da a conocer una turbina eólica hibrida que combina un rotor tipo Darrieus para vientos a velocidades medias y altas con un rotor tipo Savonius para facilitar el arranque, donde el rotor tipo Savonius es plegable alrededor de la base del árbol de rotación central por un mecanismo basado en la fuerza centrífuga aplicada sobre unas pesas para no ofrecer fricción con el aire cuando la turbina gira a altas velocidades. Sin embargo, este rotor tipo Savonius plegable tiene el inconveniente de necesitar un complejo mecanismo de plegado y de incrementar la inercia del rotor tipo Savonius con las pesas asociadas al mecanismo de plegado.

Exposición de la invención La presente invención contribuye a mitigar los anteriores y otros inconvenientes aportando una turbina eólica híbrida que comprende un árbol rotativo vertical instalado giratoriamente en una estructura de soporte, así como un rotor tipo Savonius y un rotor tipo Darrieus conectados coaxialmente a dicho árbol rotativo, donde dicho rotor tipo Savonius y dicho rotor tipo Darrieus están configurados para girar en una misma dirección de rotación normal cuando son impulsados por el viento.

En la turbina eólica híbrida de la presente invención, el rotor tipo Savonius está conectado al árbol rotativo por un dispositivo de acoplamiento unidireccional que desacopla automáticamente el rotor tipo Savonius del árbol rotativo permitiendo al rotor tipo Savonius rotar en relación con el árbol rotativo en una dirección de rotación opuesta a dicha dirección de rotación normal cuando la velocidad de rotación del rotor tipo Darrieus es mayor que la velocidad de rotación del rotor tipo Savonius.

En otras palabras, durante la arrancada de la turbina, cuando la velocidad de rotación del rotor tipo Savonius, más sensible a vientos de velocidad baja, es mayor que la velocidad de rotación del rotor tipo Darrieus, el mencionado dispositivo de acoplamiento unidireccional está acoplado y el rotor tipo Savonius imparte un par al árbol de rotación y éste arrastra en rotación el rotor de tipo Darrieus. Una vez puesta en marcha la turbina, y cuando el rotor tipo Darrieus, puesto que el mismo es más eficiente con vientos de velocidad media y alta, alcanza una velocidad de rotación mayor que la velocidad de rotación del rotor tipo Savonius, el dispositivo de acoplamiento unidireccional se desacopla automáticamente y el rotor tipo Savonius no imparte virtualmente ningún par negativo al árbol de rotación causado por su fricción con el aire.

Existen diferentes tipos de dispositivos acoplamiento unidireccional útiles para la presente invención. Por ejemplo, un acoplamiento unidireccional adecuado comprende uno o más rodamientos de bolas unidireccionales, los cuales tienen un anillo interior y un anillo exterior que pueden girar libremente el uno en relación con el otro en una dirección, pero se bloquean automáticamente y giran al unísono cuando giran en la dirección opuesta.

Otro ejemplo de dispositivo de acoplamiento unidireccional que puede ser aplicado a la presente invención comprende uno o más trinquetes del tipo clásico usado en las bicicletas, donde cada trinquete incluye una rueda dentada asociada a un anillo y una uña de enclavamiento instalada en otro anillo concéntrico, de manera que ambos anillos pueden girar libremente el uno en relación con el otro en una dirección, pero se bloquean automáticamente y giran al unísono cuando giran en la dirección opuesta.

Preferiblemente, el rotor tipo Savonius tienen unas palas tipo Savonius en forma de canal cuyos bordes son verticales y paralelos al árbol rotativo. Asimismo, el rotor tipo Darrieus tienen preferiblemente unas palas tipo Darrieus rectas , verticales y paralelas al árbol rotativo.

En una realización , cada una de las mencionadas palas tipo Darrieus está conectada al árbol rotativo por un par de brazos, más específicamente por un brazo de conexión superior y un brazo de conexión inferior, los cuales están alineados en un plano vertical e inclinados en direcciones divergentes desde el árbol rotativo hasta la correspondiente pala tipo Darrieus, lo que proporciona mayor rigidez y permite que los brazos de conexión sean más ligeros que si estuvieran , por ejemplo, horizontales. El mencionado brazo de conexión superior tiene un extremo exterior fijado a la correspondiente pala tipo Darrieus, por ejemplo mediante una abrazadera superior, y un extremo interior fijado al árbol rotativo. De una manera similar, dicho brazo de conexión inferior tiene un extremo exterior fijado a la correspondiente pala tipo Darrieus, por ejemplo mediante una abrazadera inferior, y un extremo interior fijado al árbol rotativo.

Preferiblemente el árbol rotativo es un cuerpo tubular dispuesto coaxialmente alrededor de un gorrón vertical estacionario fijado a dicha estructura de soporte, y este cuerpo tubular está soportado y guiado respecto a dicho gorrón vertical por unos cojinetes, tales como por ejemplo unos rodamientos de bolas o similares.

En tal caso, el dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende preferiblemente un par de rodamientos de bolas unidireccionales del tipo descrito más arriba, cada uno con su anillo interior fijado exteriormente al árbol rotativo y su anillo exterior fijado a las palas tipo Savonius del rotor tipo Savonius.

La turbina eólica híbrida de la presente invención puede estar aplicada a la producción de energía eléctrica. Para ello, el árbol rotativo está conectado mecánicamente a un rotor exterior de un generador eléctrico y el gorrón vertical está conectado mecánicamente a un estator interior de dicho generador eléctrico. Con esta construcción, el rotor exterior gira alrededor del estator interior cuando la turbina eólica híbrida es impulsada por el viento generando energía eléctrica.

Obviamente, la turbina eólica híbrida de la presente invención puede ser aplicada a otras funciones diferentes de la generación de energía eléctrica, como por ejemplo al bombeo de agua u otros líquidos.

Breve descripción de los dibujos Las anteriores y otras características y ventajas resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica híbrida de...

1. Turbina eólica híbrida, comprendiendo un árbol rotativo (1) vertical instalado giratoriamente en una estructura de soporte (4) , y un rotor tipo Savonius (2) y un rotor tipo Oarrieus (3) conectados coaxialmente a dicho árbol rotativo (1) , estando dicho rotor tipo Savonius (2) y dicho rotor tipo Oarrieus configurados para girar en una misma dirección de rotación normal (O) cuando son impulsados por el viento, caracterizada por que el rotor tipo Savonius (2) está conectado al árbol rotativo (1) por un dispositivo de acoplamiento unidireccional que desacopla automáticamente el rotor tipo Savonius (2) del árbol rotativo (1) permitiendo al rotor tipo Savonius (2) rotar en relación con el árbol rotativo (1) en una dirección de rotación opuesta a dicha dirección de rotación normal (O) cuando la velocidad de rotación del rotor tipo Oarrieus (3) es mayor que la velocidad de rotación del rotor tipo Savonius (2) .

2. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, caracterizada por que dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende al menos un rodamiento de bolas unidireccional (5) .

3. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, caracterizada por que dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende al menos un trinquete incluyendo una rueda dentada y una uña de enclavamiento.

4. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizada por que el rotor tipo Savonius (2) tienen unas palas tipo Savonius (2a) verticales y paralelas al árbol rotativo (1) , y el rotor tipo Oarrieus (3) tienen unas palas tipo Oarrieus (3a) verticales y paralelas al árbol rotativo (1) .

5. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 4, caracterizada por que cada una de dichas palas tipo Oarrieus (3a) está conectada al árbol rotativo (1) por un brazo de conexión superior (6) y un brazo de conexión inferior (7) .

6. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 5, caracterizada por que dichos brazos de conexión superior e inferior (6, 7) están alineados en un plano vertical y están inclinados en direcciones divergentes desde el árbol rotativo (1) hasta la correspondiente pala tipo Oarrieus (3a) .

7. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 6, caracterizada por que dicho brazo de conexión superior (6) tiene un extremo exterior (6a) fijado a la correspondiente pala tipo Oarrieus (3a) mediante una abrazadera superior (8) y un extremo interior (6b) fijado al árbol rotativo (1) Y dicho brazo de conexión inferior (7) tiene un extremo exterior (7a) fijado a la correspondiente pala tipo Darrieus (3a) mediante una abrazadera inferior (9) y un extremo interior (7b) fijado al árbol rotativo (1) .

8. Turbina eólica híbrida según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada por que dicho árbol rotativo (1) es un cuerpo tubular dispuesto coaxialmente alrededor de un gorrón vertical (10) estacionario fijado a dicha estructura de soporte (4) , y está soportado y guiado respecto a dicho gorrón vertical (10) por unos cojinetes (11, 12) .

9. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 8, caracterizada por que dicho dispositivo de acoplamiento unidireccional comprende un par de rodamientos de bolas unidireccionales (5) , cada uno provisto de un anillo interior fijado exteriormente al árbol rotativo (1) y un anillo exterior fijado a unas palas tipo Savonius (2a) del rotor tipo Savonius (2) .

10. Turbina eólica híbrida según la reivindicación 8, caracterizada por que el árbol rotativo (1) está conectado mecánicamente a un rotor exterior (13) de un generador eléctrico (15) y

el gorrón vertical (10) está conectado mecánicamente a un estator interior (14) de dicho 15 generador eléctrico (15) .

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