Sistema de generación de potencia que incluye múltiples motores/generadores.

Un sistema de generación de electricidad accionado por fluido,

que comprende:

un bastidor (203) configurado para acoplarse a un sistema de cordones;

al menos un módulo (10) de generación de potencia montado en el bastidor y configurado para proporcionarsustentación por un fluido en circulación para mantener el sistema de generación de electricidad dentro delfluido en circulación, comprendiendo el al menos un módulo de generación de potencia:

una placa de montaje (202) unida a los bastidores;

una estructura rotativa, que incluye un árbol (16) de rotor, dispuesta dentro de, y configurada para,girar con respecto a la placa de montaje;

un rotor que tiene una pluralidad de palas (74) unidas al árbol de rotor y configuradas para ser hechasgirar por el fluido en circulación para crear un par en el árbol de rotor que hace girar el árbol de rotor yla estructura rotativa con respecto a la placa de montaje; y

una pluralidad de generadores unidos a la placa de montaje, teniendo cada generador un árbol deaccionamiento acoplado con la estructura rotativa de manera que el par del rotor es transmitido algenerador para la producción de una potencia eléctrica, y teniendo cada generador un mecanismo dedesacoplamiento configurado para desacoplar el árbol de accionamiento de la estructura rotativa.

Sistema de generación de potencia que incluye múltiples motores/generadores Antecedentes Los combustibles fósiles son la principal fuente de energía del planeta. El ritmo de consumo de combustibles fósiles sobrepasará el ritmo de producción de combustibles fósiles a medida que continúa creciendo la población del planeta y a medida que se industrialicen los países económicamente menos desarrollados. Este aumento esperado de demanda de combustibles fósiles puede agotar las reservas globales de combustibles fósiles dentro de las próximas varias décadas si el consumo continúa al ritmo presente.

Es deseable aprovechar energía de fuentes renovables tales como energía solar, energía del viento, energía del agua y/o energía geotérmica para minimizar la dependencia de los combustibles fósiles.

El documento US 5.419.683 detalla una turbina de viento para montar en una chimenea industrial, torre o similar existente, que incluye palas alineadas verticalmente, montadas en brazos de rotor para rotación alrededor del eje longitudinal de la chimenea, torre o similar. Los brazos de rotor están soportados por una estructura anular asegurada a la circunferencia exterior de la chimenea, torre o similar e incluyen en sus extremos radialmente más internos un anillo de brazos de rotor que coopera con la estructura de soporte anular para permitir que los brazos del rotor y las palas giren alrededor de la chimenea, torre o similar bajo la influencia de la presión del viento. Un anillo de accionamiento soportado por uno o cada brazo del rotor se pueden conectar al engranaje de uno o más generadores de potencia situados dentro de, o extendidos hacia, la chimenea, torre o similar.

Sumario Una realización proporciona un sistema de generación de potencia eléctrica configurado para convertir una fuente de energía en electricidad haciendo girar un árbol de rotor con la fuente de energía. El sistema incluye una placa de montaje acoplada al árbol de rotor, un mecanismo de accionamiento acoplado al árbol de rotor y configurado para moverse cuando se mueve el árbol de rotor, y una pluralidad de dispositivos de motor/generador montados en la placa de montaje. Cada dispositivo de motor/generador incluye un árbol de salida configurado para acoplarse rotativamente con el mecanismo de accionamiento. Cada dispositivo de motor/generador se acopla independientemente al mecanismo de accionamiento para proporcionar una pluralidad de dispositivos de motor/generador de potencia redundantes.

Breve descripción de los dibujos Los dibujos que se acompañan se incluyen para proporcionar un mejor entendimiento de las realizaciones y se incorporan a esta memoria y constituyen una parte de ella.

Los dibujos ilustran realizaciones y, juntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de las realizaciones. Otras realizaciones y muchas ventajas previstas de las realizaciones se apreciarán fácilmente al resultar mejor comprendidas mediante referencia a la siguiente descripción detallada.

Los elementos de los dibujos no están necesariamente a escala unos con respecto a otros. Los mismos números de referencia designan correspondientes partes similares.

La figura 1A es una vista en perspectiva de un módulo de motor/generador eléctrico de acuerdo con una realización. La figura 1B es una vista lateral de un dispositivo de motor/generador del módulo mostrado en la figura 1A de acuerdo con una realización. La figura 2 es una vista en perspectiva del módulo de motor/generador eléctrico mostrado en la figura 1A que ilustra una envuelta o carcasa de un alojamiento para el módulo. La figura 3 es otra vista en perspectiva de módulo de motor/generador que muestra una porción de un fuselaje que se extiende desde la envuelta del alojamiento. La figura 4 es una vista en sección transversal del módulo de motor/generador eléctrico tomada a lo largo de la línea 4-4 de la figura 2. La figura 5 es una vista superior en perspectiva de un aguilón del fuselaje que se extiende desde la envuelta del alojamiento y desde el módulo de motor/generador. La figura 6 es una vista inferior en perspectiva de un módulo de motor/generador eléctrico de cuerdo con una realización. La figura 7 es una vista en perspectiva de un mecanismo de accionamiento del módulo de motor/generador eléctrico ilustrado en la figura 6, en la que el mecanismo de accionamiento incluye paletas/radios configurados para proporcionar una característica de enfriamiento integral para el módulo de motor/generador. La figura 8 es una vista en perspectiva de un sistema de motor/generador eléctrico volante que emplea múltiples módulos de motor/generador eléctrico de acuerdo con una realización. La figura 9A es una vista superior y la figura 9B es una vista en sección transversal de un sistema de generación de potencia eléctrica de acuerdo con una realización.

La figura 10A es una vista superior y la figura 10B es una vista en sección transversal de un sistema de generación de potencia eléctrica de acuerdo con una realización.

La figura 11 es un esquema que ilustra una serie de motores agrupados en paralelo para proporcionar una salida de voltaje total deseada para un módulo de motor/generador de acuerdo con una realización.

Descripción detallada En la siguiente Descripción Detallada se hará referencia a los dibujos que se acompañan, que forman una parte de esta memoria, y en los que se ilustran realizaciones concretas en las que se puede poner en práctica la invención. A este respecto, la terminología direccional, tal como “superior”, “inferior”, “delantero” “trasero”, “anterior”, “posterior”, etc., se utilizan con referencia a la orientación de la figura o las figuras que se están describiendo. Debido a que los componentes de las realizaciones pueden estar situados en numerosas orientaciones diferentes, la terminología direccional se utiliza sólo para fines de ilustración y de ningún modo de limitación. Se ha de entender que se pueden utilizar otras realizaciones y se pueden efectuar cambios estructurales o lógicos sin apartarse del alcance de la descripción. La siguiente Descripción Detallada enseña realizaciones ejemplares que no se han de considerar en un sentido limitativo.

Se ha de entender que las características de las diversas realizaciones de ejemplo descritas en esta memoria se pueden combinar entre sí, a menos que se indique concretamente otra cosa.

En una realización, un sistema de motores/generadores se convierte de manera reversible en y desde dispositivos de bajas RPM (por ejemplo, par grande) y elevada potencia y dispositivos de elevadas RPM (por ejemplo, pequeño par) y elevada potencia. El sistema de motores/generadores eléctricos está configurado para crear potencia aprovechando la energía cinética de la corriente de viento y/o agua, y que tiene aplicación cuando se utiliza como sistema volante, con ruedas hidráulicas incluso con carga hidrostática relativamente pequeña, y/o accionando vehículos híbridos y otros sistemas motorizados.

Una realización de un sistema de motores/generadores eléctricos está configurada para volar en las corrientes de chorro del frente polar o sub-tropical y crean potencia aprovechando la energía cinética del viento. Otro aspecto proporciona un sistema terrestre de motores/generadores eléctricos configurado para crear potencia aprovechando la energía cinética del viento, de corriente de agua o de gradientes de temperatura geotérmica.

Una realización de un sistema de generación de potencia eléctrica está configurada para convertir una fuente de energía en electricidad haciendo girar un árbol de rotor con la fuente de energía. El sistema incluye una placa de montaje acoplada al árbol de rotor, un mecanismo de accionamiento acoplado al árbol de rotor y configurado para moverse cuando se mueve el árbol de rotor, y una pluralidad de dispositivos de motor/generador montados en la placa de montaje, incluyendo cada dispositivo de motor/generador un árbol de salida configurado para acoplarse de manera rotativa con el mecanismo de accionamiento. Cada dispositivo de motor/generador está acoplado independientemente al mecanismo de accionamiento y no está acoplado a otro de los dispositivos de motor/generador, de tal manera que la pluralidad de motores/generadores proporciona una pluralidad de dispositivos redundante de motor/generador de generación de potencia.

En una realización, se proporcionan múltiples motores/generadores eléctricos redundantes en un sistema, estando los motores/generadores eléctricos configurados para incluir características de reserva auto-redundantes como se describe en lo que sigue.

Una posible solución para minimizar la dependencia... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de generación de electricidad accionado por fluido, que comprende:

un bastidor (203) configurado para acoplarse a un sistema de cordones; al menos un módulo (10) de generación de potencia montado en el bastidor y configurado para proporcionar sustentación por un fluido en circulación para mantener el sistema de generación de electricidad dentro del fluido en circulación, comprendiendo el al menos un módulo de generación de potencia:

una placa de montaje (202) unida a los bastidores; una estructura rotativa, que incluye un árbol (16) de rotor, dispuesta dentro de, y configurada para, girar con respecto a la placa de montaje; un rotor que tiene una pluralidad de palas (74) unidas al árbol de rotor y configuradas para ser hechas girar por el fluido en circulación para crear un par en el árbol de rotor que hace girar el árbol de rotor y la estructura rotativa con respecto a la placa de montaje; y una pluralidad de generadores unidos a la placa de montaje, teniendo cada generador un árbol de accionamiento acoplado con la estructura rotativa de manera que el par del rotor es transmitido al generador para la producción de una potencia eléctrica, y teniendo cada generador un mecanismo de desacoplamiento configurado para desacoplar el árbol de accionamiento de la estructura rotativa.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el mecanismo de desacoplamiento comprende uno de un embrague y un solenoide.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno de la pluralidad de generadores está configurado para operar selectivamente en uno de un modo inactivo, un modo operativo y un modo inoperante desacoplado.

4. El sistema de la reivindicación 3, el cual está configurado para proporcionar una salida de potencia deseada con una parte de la pluralidad de generadores en el modo operativo, una parte de la pluralidad de generadores en el modo inactivo y una parte de la pluralidad de generadores en el modo inoperante desacoplado.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que la estructura rotativa comprende un mecanismo de accionamiento acoplado al árbol de rotor y configurado para girar con el mismo, y en el que la pluralidad de generadores están situados en la placa de montaje radialmente alrededor de la circunferencia del mecanismo de accionamiento, teniendo el árbol de accionamiento de cada generador un piñón que engrana con el mecanismo de accionamiento.

6. El sistema de la reivindicación 5, en el que el mecanismo de accionamiento está dispuesto alrededor de la circunferencia y a lo largo del borde periférico de la estructura rotativa, y en el que los generadores están unidos a la placa de montaje de tal manera que el árbol de accionamiento de cada generador es sensiblemente paralelo al árbol de rotor, acoplándose el piñón de cada árbol de accionamiento al mecanismo de accionamiento.

7. El sistema de la reivindicación 4, en el que el mecanismo de accionamiento está situado en un plano normal al árbol de rotor y tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta alrededor de la circunferencia de la estructura rotativa, y en el que la pluralidad de generadores comprende generadores emparejados montados radialmente alrededor de la circunferencia de la estructura rotativa, en el que un primer generador de cada par de generadores está montado con su árbol de accionamiento perpendicular al árbol de rotor y con su piñón del árbol de accionamiento acoplándose a la primera superficie del mecanismo de accionamiento , en el que el segundo generador de cada par está montado con su árbol de accionamiento perpendicular al árbol de rotor y con su piñón de árbol de accionamiento acoplándose a la segunda superficie del mecanismo de accionamiento directamente opuesto a donde el piñón del árbol de accionamiento del primer generador del par de generadores se acopla a la primera superficie del mecanismo de accionamiento, y en el que cada par de generadores están configurados para moverse normalmente al plano del mecanismo de accionamiento de tal manera que los mecanismos de accionamiento de los árboles de accionamiento del generador permanecen acoplados con el mecanismo de accionamiento intercalado entre ellos si bambolea el mecanismo de accionamiento .

8. Un método de hacer funcionar un sistema de generación de electricidad, que comprende proporcionar energía eléctrica desde una estación en tierra a través de un cordón a una pluralidad de motores/generadores montados en una placa de montaje para accionar árboles de accionamiento de los motores/generadores para crear un par en un árbol de rotor para hacer girar con ello el árbol de rotor con respecto a la placa de montaje y para hacer girar un rotor acoplado al árbol de rotor para crear con ello sustentación para que vuele el sistema de generación de electricidad hasta una posición de funcionamiento dentro de una corriente de aire, deteniéndose la provisión de energía eléctrica a los motores/generadores después de que el sistema de generación de electricidad alcanza la posición de funcionamiento; hacer girar el rotor con la corriente de aire para proporcionar sustentación para mantener el sistema de generación de electricidad dentro de la corriente de aire y para crear un par en el árbol de rotor para hacer girar con ello el árbol de rotor de manera que el par del rotor es transmitido a los motores/generadores a través de los árboles de

accionamiento para generar energía eléctrica que es transmitida a la estación en tierra a través del cordón; y desacoplar los árboles de accionamiento, de generadores seleccionados de la pluralidad de generadores, del árbol de rotor utilizando un mecanismo de desacoplamiento asociado con cada generador.

9. El método de la reivindicación 8, que incluye:

detener la generación de energía eléctrica por medio de los motores/generadores; y proporcionar energía eléctrica a los motores/generadores para accionar los árboles de accionamiento de los motores/generadores para crear un par en el árbol de rotor para hacer girar con ello el árbol de rotor con respecto a la placa de montaje y hacer girar el rotor acoplado al árbol de rotor para crear así sustentación para que vuele el sistema de generación de electricidad hasta Tierra desde la posición de funcionamiento dentro de la corriente de aire.

10. El método de la reivindicación 8, que incluye desacoplar automáticamente el árbol de accionamiento de cada motor/generador del árbol de rotor con el mecanismo de desacoplamiento tras resultar inoperante el motor/generador.

11. El método de la reivindicación 8, que incluye generar energía eléctrica con cada uno de los motores generadores en un intervalo de voltajes de 100 a 1.000 voltios.

12. El método de la reivindicación 11, que incluye interconectar los motores/generadores cuando generan energía eléctrica de manera que los motores/generadores generan conjuntamente energía eléctrica que tiene un voltaje de al menos 15.000 voltios.

13. El método de la reivindicación 8, que incluye convertir los motores/generadores en/de dispositivos de elevada potencia, bajas revoluciones por minuto (RPM) , elevado par y dispositivos de elevada potencia, elevadas RPM y bajo par basándose en si los motores/generadores están recibiendo o proporcionando energía eléctrica.

14. El método de la reivindicación 8, en el que los motores/generadores de la pluralidad de motores/generadores 30 están en un intervalo de 1 caballo a 100 caballos de potencia.

15. El método de la reivindicación 8, en el que la pluralidad de motores/generadores comprende uno de al menos 20 motores/generadores del tipo de bote y al menos 10 motores/generadores del tipo radial.