BR0211869B1 - Gerador de energia elétrica pela ação do vento - Google Patents
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Description
“GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA PELA AÇÃO DO VENTO” Fundamentos da Invenção [00011 A presente invenção se refere a um gerador de energia elétrica pela ação do vento. [0002] Como é conhecido do pedido internacional WO 01/29413 Al, existem os assim chamados geradores de energia multipolares pela ação do vento, nos quais um rotor ativado por vento é associado a um gerador de corrente, o qual c montado giratório na extremidade superior de uma torre. O rotor é fixado na extremidade de um eixo que é disposto de maneira giratória em dois mancais, os quais, por seu lado, são acomodados no interior de uma carcaça que abrange o estator do gerador de corrente. O rotor propriamente dito consiste de uma multiplicidade de braços que suportam o anel, no qual são fixados os eletroímãs que, por ocasião da rotação do rotor, passam a se confrontar com os enrolamentos que, por seu lado, são instalados no interior da carcaça. [0003J Deve ser destacado que está aqui descrito um gerador de energia elétrica pela ação do vento, em que o eixo de rotor é apoiado por meio de mancais que se estendem em forma de raios na carcaça. Por outro lado, o eixo do rotor ativado pela força do vento atua propriamente também como eixo de rotor do gerador, que é provido com braços que são dispostos radialmente e que são projetados para suportar o anel com os eletroímãs. [0004J Deve ser notado que em um gerador assim configurado não existe uma passagem entre o interior da torre e o interior das lâminas, que se estende para fora desde o cubo de rotor. Por conseguinte, a ventilação interior das lâminas de rotor e, em particular, uma ação de descongelamento das lâminas propriamente ditas, são difíceis de serem realizados. A construção do gerador de energia elctrica pela força do vento do tipo conhecido é complexo em relação ao suporte do rotor dentro do corpo do estator e o acesso ao rotor é difícil devido ao suporte do próprio eixo do rotor. [0005] Na patente alemã DE 44 02 184 está descrito um gerador síncrono multipolar para instalações de geração de energia pela força do vento com eixos horizontais, onde o gerador é formado por meio de uma única unidade de construção que consiste de um estator e de um rotor, - os quais são conectados um com o outro através de um suporte flutuante provido dentro do gerador - que apoia o movimento de rotação do rotor e acolhe as forças e momentos extemamente introduzidos. No caso proposto, a estrutura do rotor mostra ser muito complexa, uma vez que as duas superfícies do rotor e do estator têm que ser projetadas situando-se confrontantes com uma considerável distância a partir dos mancais de rolamento do rotor. [0006] Por conseguinte, o objetivo da presente invenção é de evitar os inconvenientes dos geradores de energia pela força do vento convencionais e propor um gerador de energia elétrica pela ação do vento, no qual é assegurada uma medida máxima de possibilidades de ventilação, proporcionadas por uma grande acessibilidade de ventilação nos diferentes componentes do gerador, sendo que ao mesmo tempo deve ser assegurada uma elevada rigidez estrutural. [0007] Este e outros objetivos são alcançados em um gerador de energia elétrica pela ação do vento, compreendendo: um suporte, um estator fixado no suporte; um rotor que gira em relação ao estator; um cubo conectado com o rotor; e, pelo menos duas lâminas que se estendem radialmente a partir do cubo, onde o estator e o rotor são formados por seções tubulares que são concêntricas uma em relação à outra, em cujas respectivas superfícies opostas são dispostos ímãs permanentes e enrolamentos, e que se estendem além dos ímãs e dos enrolamentos e acomodam entre si um mancai em pelo menos um lado, caracterizado pelo fato de que o cubo é fixado em uma das extremidades da seção tubular do rotor através de um flange, sendo que na extremidade oposta ao cubo, o segmento tubular do estator está fixado a um flange do suporte, sendo o suporte um elemento de transição oco e sendo o mancai um mancai de rolamento. [0008] Em uma forma de realização preferida, o gerador é multipolar e síncrono, sendo o mesmo oco e apresenta enrolamentos externos com ímãs permanentes. Neste caso, o gerador multipolar e síncrono com ímãs permanentes e sem multiplicação provê um elemento tubular, o qual serve ao mesmo tempo como eixo para a acomodação dos mancais e como uma estrutura para a ancoragem dos corpos de ímã, sendo que, assim, os braços entre o eixo e o anel que suporta os ímãs permanentes são evitados. [0009] O gerador é o componente integrante da estrutura de suporte, e as cargas são diretamente transmitidas do cubo para o eixo de rotor do gerador, que as introduz no corpo de estator através de dois mancais que são dispostos no início e no final da máquina elétrica. [00010] A construção oca resultante permite o acesso à parte dianteira da gôndola, sendo que os trabalhos de manutenção e reparos dos outros subsistemas são facilitados. O sistema permite, além disto, realizar a montagem do cubo a partir do interior. [00011] A construção oca também toma possível aproveitar o calor emitido pelos componentes eletrônicos de potência alojados na torre e a parcela do calor liberado pelo gerador propriamente dito para conduzir ar quente para dentro do cubo e dali para dentro das lâminas de rotor, sendo que, assim, é produzido um sistema de descongelamento particularmente eficiente. O aquecimento das lâminas de rotor não toma necessária, na operação, uma adução de energia externa, sendo que, de maneira simples, é usado o calor fornecido pelo gerador e pelos componentes eletrônicos de potência propriamente ditos. [00012] A construção oca do gerador, inserida em cada uma das partes restantes da gôndola, permite a acomodação dos subsistemas elétricos e eletrônicos dentro da mesma, sendo que, assim, é obtida uma excelente proteção contra raios, que se fundamenta no princípio da gaiola de Faraday. [00013] Em uma variante, o gerador síncrono oco e multipolar apresenta enrolamentos internos com ímãs permanentes. Na medida em que o conceito da forma de construção preferida é invertido, é possível executar uma máquina que apresenta a unidade de estator intemamente e o rotor extemamente. Os ímãs são instalados na superfície interna do rotor e os enrolamentos na superfície externa do eixo de rotor. [00014] As vantagens de uma tal solução são uma maior potência específica, a possibilidade de utilizar todo o calor liberado pelo gerador para utilizá-lo no sistema de descongelamento, e uma simplificação no posicionamento dos cabos de corrente de força, os quais são necessários para a condução da corrente elétrica do gerador para a torre. [00015] Em uma outra variante, a seção tubular do estator se estende numa forma de sino na direção do cubo, cujo fundo do estator em forma de sino apresenta uma abertura central, circular, enquanto a seção tubular do rotor, dentro da seção tubular do estator, se estende igualmente em forma de sino, e cujo fundo em forma de sino apresenta igualmente uma abertura central que se prolonga para um ressalto tubular que chega até a abertura do fundo em forma de sino do estator mediante configuração de uma acomodação para um mancai de rolamento e, com a borda externa, suporta o cubo. [00016] Em uma forma de realização preferida, o mancai de rolamento é um mancai de rolamento cônico com pista dupla. [00017] De maneira conveniente, a seção tubular do rotor é provida em sua extremidade voltada para a armação de suporte com uma estrutura de mancai de freio e é provida com um freio de travamento. [00018] Por conseguinte, nesta solução o mancai traseiro foi suprimido e o mancai dianteiro foi substituído por um único mancai especial, por exemplo um mancai de rolamento cônico com pista dupla, que tem menor diâmetro e é acomodado, convenientemente, em um estreitamento na parte dianteira da estrutura de estator. Este estreitamento é realizado por meio de um elemento toroidal reforçado, o qual somente parcialmente reduz a acessibilidade ao cubo. [00019] A utilização de um único mancai de rolamento cônico com pista dupla oferece as seguintes vantagens com relação às variantes inicialmente descritas com dois mancais: 1, simplificação da tecnologia de montagem do gerador (acomodação por um lado do mancai); 2, eliminação de perigosas correntes parasitas no gerador, as quais são possíveis por meio da formação de circuitos temporários de corrente que se estabelecem entre parede de estator, parede de rotor e corpos de rolamentos do mancai disposto nas extremidades da parte ativa (enrolamentos). 3, simplificação dos processos de ajuste do mancai (os rolos cônicos têm que ser previamente tensionados; a versão com dois mancais nas extremidades do gerador apresenta, portanto, dificuldades na execução com respeito às tolerâncias de construção e deformações térmicas); 4, um único sistema de vedações e lubrificação, o qual se concentra na região dianteira do gerador; e, 5, a tipologia empregada do mancai oferece, além disto, uma elevada precisão de rolamento (eliminação de folga graças à tensão prévia) e uma baixa resistência a rolamento (acréscimo sensível da produtividade do gerador).
Breve Descrição dos Desenhos [000201 Outras características e detalhes estão contidos nas reivindicações e na descrição de um gerador de energia elétrica pela ação do vento em suas formas de realização preferidas, representadas nos desenhos anexos, onde: a Figura 1 é uma vista em corte ao longo de um plano axial vertical de um gerador de energia elétrica pela ação do vento de acordo com a invenção numa realização tendo a seção tubular do rotor dentro da seção tubular do estator; a Figura 2 é uma vista em corte ao longo de um plano axial vertical de um gerador de energia elétrica pela ação do vento de acordo com a invenção numa realização tendo a seção tubular do estator dentro da seção tubular do rotor; e a Figura 3 é uma vista em corte ao longo de um plano axial vertical de um gerador de energia elétrica pela ação do vento de acordo com a invenção numa realização tendo a seção tubular do rotor dentro da seção tubular do estator e onde é empregado um único mancai.
Descrição das Realizações Preferidas [00021] Na Figura 1, um gerador de energia elétrica pela força do vento está indicado geralmente com o numero de referência 1. Este gerador está montado através de um suporte 2, que é um elemento de transição oco, na extremidade superior de uma torre não representada em maior detalhe, O gerador de energia elétrica pela força do vento 1 consiste de um estator 3 e de um rotor 4. O rotor 4 é conectado, de maneira conhecida, com um cubo 5, com o qual, no presente caso, são conectadas três lâminas ocas, não mostradas, as quais são fixadas em ílanges 6 do cubo 5. O rotor 4 é formado por uma seção tubular, em cuja superfície lateral externa são embutidos ímãs permanentes 7. Enrolamentos 8 ficam em contraposição aos ímãs permanentes 7, sendo os enrolamentos 8 fixados na superfície intenta de uma seção tubular do estator 3. Na região das extremidades da seção tubular do estator 3, são respectivamente dispostos mancais de rolamento 9 e 10, os quais suportam giratoriamente a seção tubular do rotor 4, Dentre os dois mancais de rolamento 9 e 10, pelo menos um tem que ser um mancai de rolamento de escora. Ambos os mancais de rolamento 9 e 10 são dispostos de tal maneira que entre eles são retidos os ímãs permanentes 7 e os enrolamentos 8, [00022] O cubo 5 é fixado em uma das extremidades da seção tubular do rotor 4, através de seu flange 11, o qual é colocado em um rebordo anulai’ 12 da seção tubular do rotor 4 por meio dos pinos rosqueados 13. [00023] No lado voltado para o cubo 5, a seção tubular do rotor 4 apresenta uma depressão 14 em sua superfície externa, de tal maneira, que a mesma pode acomodar o anel interno 15 do mancai de rolamento 9, enquanto o anel externo 16 do mancai de rolamento 9 pode deslizar livremente sobre a superfície extema da seção tubular do estator 3. Além, disto, o maneai de rolamento 9 fica retido entre a depressão Meo elemento anular angulado 17. [00024] Na extremidade oposta ao cubo 5, a seção tubular do estator 3 é conectada com um flange 19 do suporte 2, flange este que é aparafusado com uma borda 20 espessada na seção tubular do estator 3 através de parafusos 21. O anel externo 22 no mancai de rolamento 10 é retido na posição por meio de um filete radial 23 da seção de estator 3 e por meio de um distanciador 18, o qual encosta diretamente no flange 19, enquanto o anel interno 24 do mancai de rolamento 10 fica acomodado em uma cinta rebaixada na superfície externa da seção tubular do rotor 4. O anel interno 24 é, além disto, mantido em posição por meio de um elemento angular 26 com seção transversal em forma de L. [00025] Na Figura 2, em uma primeira variante, um gerador de energia elétrica pela força do vento 100 é composto de um rotor 104 que se encontra fora de um estator 103. O rotor 104 é montado pelo estator 103 de maneira similar que mediante referência à Figura 1. Neste caso, os enrolamentos 108 se encontram na superfície externa do estator 103, enquanto os ímãs permanentes 107 se encontram na superfície interna do rotor 104. [00026] Na forma de realização preferida segundo a Figura 3, o gerador de energia elétrica pela ação do vento de acordo com a invenção está indicado globalmente como número de referência 200. Ele é fixado em uma armação 201 na extremidade superior de uma torre 202, apenas indicada parcialmente. Também neste caso, o gerador de energia elétrica pela ação do vento 200 apresenta um estator, o qual é formado por meio de uma seção tubular 203, cuja uma extremidade é fixada na armação 201 através de uma conexão rosqueada 204. [00027] No lado externo, aletas de refrigeração radiais 205 se estendem desde a seção tubular 203, enquanto enrolamentos de estator 206 são acomodados no lado interno. No lado oposto à conexão rosqueada 204, a seção tubular 203 termina na forma de sino com um fundo 207 toroidal. Este fundo toroidal suporta em sua abertura uma coroa externa 208, a qual, juntamente com uma coroa externa 209, forma um mancai de rolamento cônico 210, que se projeta para fora para suportar um ressalto tubular 211 de um fundo toroidal 212 de uma seção tubular que se situa concentricamente com relação à seção tubular 203 e porta em sua superfície externa ímãs permanentes 214 do rotor, que ficam situados em oposição aos enrolamentos 206 do estator. [00028] A seção tubular 211 é conectada com o cubo 216 através de uma conexão rosqueada 215 que tem uma cobertura ou uma tampa 217. [00029] No lado 214, oposto ao ressalto tubular 211, a seção tubular 213 é orientada para uma construção de suporte de freio 218, a qual é capaz de frenar a seção tubular 213 do rotor, ou frenar o movimento das aletas.
Claims (12)
1. Gerador de energia elétrica pela ação do vento, compreendendo: um suporte (2), um estator (3) fixado no suporte (2); um rotor (4) que gira em relação ao estator (3); um cubo (5) conectado com o rotor (4); e, pelo menos duas lâminas que se estendem radialmente a partir do cubo (5), onde o estator (3) e o rotor (4) sào formados por seções tubulares que são concêntricas uma em relação à outra, em cujas respectivas superfícies opostas são dispostos ímãs permanentes (7) e enrolamentos (8), e que se estendem além dos ímãs e dos enrolamentos e acomodam entre si um mancai em pelo menos um lado, caracterizado pelo fato de que o cubo (5) é fixado em uma das extremidades da seção tubular do rotor (4) através de um ítange (11), sendo que na extremidade oposta ao cubo (5), o segmento tubular do estator (3) está fixado a um flange (19) do suporte (2), sendo o suporte (2) um elemento de transição oco e sendo o mancai um mancai de rolamento,
2. Gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um mancai de rolamento (9, 10) é disposto em cada respectiva extremidade das seções tubulares, com os ímãs permanentes (7) e os enrolamentos (8) situando-se entre os mancais (9, 10).
3. Gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator (3) se encontra intemamente com relação ao rotor (4).
4. Gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator (3) se encontra extemamente com relação ao rotor (4).
5. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os ímãs permanentes (7) se encontram no rotor (4),
6. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos mancais (9, 10) é um mancai de rolamento de escora.
7. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o interior do gerador (1) forma uma passagem desde o interior de uma torre de suporte até o cubo (5) e no interior das lâminas.
8. Gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apenas um único mancai de rolamento (210) está previsto.
9. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 8, caracterizado pelo fato de que o mancai de rolamento (210) é um mancai de rolamento cônico.
10. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a seção tubular (203) do estator se estende na direção do cubo (216) numa forma de sino, cujo fundo da seção tubular (203) em forma de sino apresenta uma abertura central, circular, enquanto a seção tubular (213) do rotor, dentro da seção tubular (203) do estator, se estende igualmente concentricamente em forma de sino, e cujo fundo em forma de sino apresenta igualmente uma abertura central que se prolonga para um ressalto tubular (211) que chega até a abertura do fundo em forma de sino do estator mediante configuração de uma acomodação para o mancai de rolamento (210) e, com a borda externa, suporta o cubo (216).
11. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 8 ou 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o mancai de rolamento é um mancai de rolamento cônico com pista dupla.
12. Gerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 9 ou 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a seção tubular (213) do rotor é provida em sua extremidade voltada para a armação de suporte com uma estrutura de mancai de freio e é provida com um freio de travamento.
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Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2478 DE 03-07-2018 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |