AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL DE ALTO RENDIMIENTO CON ALTERNADOR DE IMANES PERMANENTES.

Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes.

Constituido por una carcasa, con un eje vertical que soporta tres aspas y en el interior se encuentran tres rotores y dos estatores situados entre ellos, discoidales y amagnéticos. Los estatores soportan las bobinas de forma trapezoidal. Los rotores sostienen unos imanes trapezoidales. La polaridad de los imanes está alternada, de forma que por cada tres bobinas, la primera coincida exactamente su centro longitudinal, con el centro longitudinal de un imán, la segunda, el imán ha de cubrir el primer tercio de la bobina y la tercera el imán ha de cubrir el tercer tercio. Las bobinas están conectadas a un circuito resistivo-capacitativo controlado por un microprocesador y cuatro detectores magnéticos están situados en los estatores a 90° uno de otro

Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes.

La presente invención se refiere a un aerogenerador con alternador de imanes permanentes que aprovecha las corrientes inducidas en las bobinas para dar impulsos a los rotores, minimizando el esfuerzo motriz, consiguiendo así un alto rendimiento.

Su aplicación industrial se encuadra dentro de la industria de generación de energía eléctrica, singularmente de los sistemas eólicos y en particular dentro de los aerogeneradores de imanes permanentes.

En el estado de la técnica se conocen generadores eólicos de imanes permanentes, siempre para pequeños aerogeneradores, que están provistos de alternadores construidos con bobinas engarzadas en núcleos de hierro y rotores cilíndricos unidos al eje motriz. Esta construcción sólo permite incorporar imanes rectangulares o semicilíndricos y bobinas rectas introducidas dentro de unas delgas de hierro. Estas bobinas presentan una parte recta donde los imanes del rotor inducen la corriente y otra parte curva llamada corona en ambos lados del estator o inducido.

Los aerogeneradores conocidos en del estado de la técnica presentan el inconveniente de que la transformación de energía eólica en energía mecánica, en caso de eje vertical, no supera el 45%, y según la Ley de Betz este rendimiento nunca puede ser superior al 59%, aún en el caso de que incorporaran varias aspas en el mismo eje. Otros inconvenientes que presentan estos alternadores para aerogeneradores conocidos en el estado de la técnica son: Pérdidas por histéresis en el hierro del núcleo de las bobinas, disipación de energía por el calor producido por el efecto de corrientes parasitarias, pérdidas en la corona de las bobinas. El rendimiento de estos alternadores es bajo hasta que alcanzan las revoluciones nominales. Los alternadores para grandes aerogeneradores dan un rendimiento máximo de hasta sólo el 65%, y los pequeños alternadores de aerogeneradores para viviendas particulares, bombas eléctricas para la extracción de líquidos y en general de no más de 15 Kw tan sólo alcanzan una eficacia del 45%. La curva de potencia no es proporcional a las revoluciones. La fuerza motriz necesaria no es proporcional con la potencia entregada. Todos estos aerogeneradores necesitan una velocidad del viento para empezar a entregar potencia de al menos 3,5 metros por segundo, lo que presenta otro gran inconveniente, por una parte no se pueden situar en muchos lugares donde el viento no alcanza esta velocidad y por otra parte, en muchas ocasiones y aunque su ubicación sea la correcta, no pueden funcionar y deben permanecer parados.

Las ventajas que aporta la presente invención sobre el estado de la técnica son las siguientes: El sistema de aspas propuesto ofrece mayor velocidad con la misma fuerza del viento, por lo que la eficacia es mayor y puede entregar potencia aplicable a partir de una velocidad del viento de 1 metro por segundo, siendo la transformación de energía eólica en mecánica superior a la conocida en los aerogeneradores conocidos, permitiendo su instalación en ubicaciones hasta ahora no utilizadas. El diseño del sistema eólico propuesto permite incorporar varias aspas, que multiplican la potencia mecánica entregada al alternador, lo que permite minimizar el espacio de ocupación de los aerogeneradores. El alternador de que va provisto el aerogenerador propuesto da un rendimiento superior al 90%, lo que unido al mejor rendimiento del referido sistema eólico permite doblar la eficacia de los pequeños aerogeneradores ya conocidos. Al carecer las bobinas de estos alternadores de núcleos de hierro, éstos no presentan el fenómeno de histéresis ni disipan energía en forma de calor por el efecto de corrientes parasitarias. Estas bobinas presentan coronas minimizadas, siendo las pérdidas por la corona casi inexistentes. Las extracorrientes de ruptura producidas en las bobinas en el cambio de alternancia de los polos magnéticos son reconducidas a través de un circuito resistivo-capacitativo, mediante la acción de un microprocesador controlado por cuatro detectores magnéticos, e inyectadas en las bobinas nuevamente en el momento preciso de entrada o salida del campo magnético en el campo inductivo de las bobinas, atrayendo o rechazando el imán, cuando el efecto de éste en la producción de corriente es nulo. Este dispositivo consigue ayudar a la fuerza motriz que mueve el alternador, elevando considerablemente el rendimiento, consiguiendo así un aerogenerador que elimina muchos de los inconvenientes que tienen los conocidos, dando mayor rendimiento, necesitando menos velocidad del aire y menor espacio de ubicación.

La presente invención está constituida a partir de una carcasa, cuyo interior soporta un eje vertical, que gira sobre dos cojinetes instalados uno en cada extremo de la citada carcasa, prolongándose el eje por la zona superior lo suficiente para incorporar las aspas motrices, en número de tres, cada una a 120º de la otra, disponiendo en sus extremos de una semiesfera en forma de cuenco, cada aspa tiene los cuencos orientados uno en sentido contrario del opuesto.

En el interior de la carcasa van instalados tres rotores en forma de disco sujetos solidariamente por el centro geométrico al eje. Dos estatores también en forma de disco se encuentran situados, uno entre el primer y segundo rotor y otro estator entre el segundo y tercer rotor. Los estatores están sujetos solidariamente a la carcasa, dejando pasar el eje por un orificio practicado en el centro geométrico.

Los estatores son de material amagnético y soportan en unos nichos, las bobinas de forma trapezoidal, bobinadas sobre una pieza de material amagnético.

Los rotores son de material amagnético y sostienen en unas perforaciones los imanes, de igual forma y tamaño que las bobinas, sujetos de forma solidaria en el interior de dichas perforaciones, dibujando un círculo igual al círculo formado por las bobinas. Cada imán presenta una cara hacia un lado del rotor y la otra cara al lado contrario. Los imanes están situados en forma alterna, de forma que el polo que presenta un imán, es opuesto a los que están situados a sus lados.

La polaridad de cada imán de cada rotor, es distinta a la polaridad cada imán del rotor siguiente al que está enfrentado. Los imanes en cada rotor son siempre pares y múltiplo de tres, añadiendo los necesarios para que el total de imanes sean número par y estén colocados de forma, que si se organizan las bobinas en grupos de tres, la primera de de ellas, coincida exactamente en su centro longitudinal, con el centro longitudinal de un imán, la segunda, el imán ha de cubrir el primer tercio de la bobina en el sentido de giro dejando libre el resto de la bobina y la tercera de estas, el imán ha de cubrir el tercer tercio de la bobina, dejando libre el resto. Las bobinas incorporadas a los estatores, están conectadas cada una de ellas mediante dos diodos rectificadores a un circuito resistivo-capacitativo controlado por un microprocesador y cuatro detectores magnéticos están situados en los estatores a 90º uno de otro.

La misión del circuito es detectar la posición de los imanes respecto a la bobinas y recibir y almacenar la corriente de las bobinas e inyectarla en estas cuando el imán está entrando o saliendo del campo inductivo de la bobina siguiente, cuya producción de electricidad, en este momento, es nula y que al inyectarle la corriente con la polaridad adecuada, atrae o rechaza al imán, ayudando a la fuerza motriz que mueve el alternador.

Una realización diferente, está constituida por al menos una sola aspa.

Alternativamente, puede incorporar otro tipo de aspa.

Otra realización diferente, incorpora al menos un estator y un rotor.

De forma alternativa los detectores pueden ser de otro tipo de los existentes en el mercado.

Para una mejor comprensión de esta memoria descriptiva, se acompañan unos dibujos que a manera de ejemplo no limitativo, describen una realización preferida de la invención.

Figura 1.- Corte transversal

Figura 2.- Vista de planta

Figura 3.- Estator

Figura 4.- Rotor

En dichas figuras, se destacan los siguientes elementos numerados:

1.- Eje

2.- Aspas

3.- Semiesferas en forma de cuencos

4.- Cojinetes

5.- Carcasa

6.- Rotor central

7.- Estatores

8.- Rotores laterales

9.- Detectores magnéticos

10.- Circuito resistivo-capacitativo

11.- Centro...

1. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes constituido a partir de una carcasa cuyo interior soporta un eje vertical, que gira sobre dos cojinetes instalados uno en cada extremo de la citada carcasa, prolongándose el eje por la zona superior lo suficiente para incorporar las aspas motrices en número de tres, cada una a 120º de la otra, disponiendo en sus extremos de una semiesfera en forma de cuenco, cada aspa tiene los cuencos orientados uno en sentido contrario del opuesto caracterizado porque tres rotores en forma de disco están instalados en el interior de la carcasa, sujetos solidariamente por el centro geométrico al eje.

2. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicación 1, caracterizado porque dos estatores también en forma de disco se encuentran situados, uno entre el primer y segundo rotor y otro estator entre el segundo y tercer rotor.

3. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los estatores están sujetos solidariamente a la carcasa, dejando pasar el eje por un orificio practicado en el centro geométrico.

4. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los estatores son de material amagnético y soportan en unos nichos, las bobinas de forma trapezoidal, bobinadas sobre una pieza de material amagnético.

5. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los rotores son de material amagnético y sostienen en unas perforaciones los imanes, de igual forma y tamaño que las bobinas, sujetos de forma solidaria en el interior de dichas perforaciones, dibujando un círculo igual al círculo formado por las bobinas.

6. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada imán presenta una cara hacia un lado del rotor y la otra cara al lado contrario y porque están situados en forma alterna, de forma que el polo que presenta un imán, es opuesto a los que están situados a sus lados.

7. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la polaridad de cada imán de cada rotor, es distinta a la polaridad cada imán del rotor siguiente al que está enfrentado.

8. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los imanes en cada rotor son siempre pares y múltiplo de tres, añadiendo los necesarios para que el total de imanes sean número par y estén colocados de forma, que si se organizan las bobinas en grupos de tres, la primera de de ellas, coincida exactamente en su centro longitudinal, con el centro longitudinal de un imán, la segunda, el imán ha de cubrir el primer tercio de la bobina en el sentido de giro dejando libre el resto de la bobina y la tercera de estas, el imán ha de cubrir el tercer tercio de la bobina, dejando libre el resto.

9. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las bobinas incorporadas a los estatores, están conectadas cada una de ellas mediante dos diodos rectificadores a un circuito resistivo-capacitativo controlado por un microprocesador y cuatro detectores magnéticos están situados en los estatores a 90º uno de otro.

10. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el aerogenerador dispone al menos una sola aspa.

11. Aerogenerador de eje vertical de alto rendimiento con alternador de imanes permanentes según reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el alternador incorpora al menos un estator y un rotor.