BRPI0617363A2

BRPI0617363A2 - gerador/motor de traÇço direta para uma planta/vaso de moinho de vento/hidro-energia onde o gerador/motor É configurado como um perfil oco e um mÉtodo para montagem de uma tal planta de moinho de vento/hidro-energia

Info

Publication number: BRPI0617363A2
Application number: BRPI0617363-2A
Authority: BR
Inventors: Eystein Borgen
Original assignee: Sway As
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2011-07-26
Also published as: EP1937967A1; RU2438041C2; RU2008118062A; US8222762B2; WO2007043895A1; CA2625542A1; NO20054704D0; AU2006300003B2; KR101357121B1; WO2007043894A1; CA2625542C; US20080292467A1; AU2006300003A1; JP5257983B2; JP2009511817A; CN101360914A; KR20080072825A; EP1937967A4

Abstract

<B>GERADOR/MOTOR DE TRAÇAO DIRETA PARA UMA. PLANTA/VASO DE MOINHO DE VENTO/HIDRO-ENERGIA ONDE O GERADOR/MOTOR E CONFIGURADO COMO UM PERFIL OCO E UM METODO PARA MONTAGEM DE UMA TAL PLANTA DE MOINHO DE VENTO/HIDRO-ENERGIA <D> A presente invenção se refere a um rotor de turbina para uma planta de energia eólica (de vento) ou uma planta de hidro-energia com um gerador de tração direta paraconversão da energia em vento ou água fluente em energia elétrica em que a planta eólica ou de hidro-energia compreende um rotor de turbina e um estator e em que o rotor de turbina adicionalmente compreende um cubo de roda configurado em anel (6) possuindo um eixo geométrico de rotação que coincide com o eixo geométrico central do estator e em que o rotor de turbina compreende pelo menos uma lâmina de rotor, lâmina de rotor que está disposta sobre o cubo de configurado em anel (6) .O rotor de turbina é também intencionado para ser utilizado com um propulsor para uma nave.

Description

"GERADOR/MOTOR DE TRAÇÃO DIRETA PARA UMA PLANTA/VASO DEMOINHO DE VENTO/HIDRO -ENERGIA ONDE O GERADOR/MOTOR ÉCONFIGURADO COMO UM PERFIL OCO E UM MÉTODO PARA MONTAGEM DEUMA TAL PLANTA DE MOINHO DE VENTO/HIDRO-ENERGIA "

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a uma planta de energiaeólica (de vento) possuindo um gerador de tração diretaonde o rotor de turbina é suportado sobre o estator, e a ummétodo para montagem do rotor de gerador e gerador.

A presente invenção se refere a um cubo de roda derotor configurado em anel de grande diâmetro consistindo deum perfil fechado à prova de torção sobre o qual as lâminasde rotor estão dispostas. 0 cubo de roda de rotor é aomesmo tempo proporcionado com um mancai magneticamenteestável que recebe (toma, suporta) forças axiais. Apresente invenção pode ser utilizada tanto para geração deenergia e quanto como um sistema de propulsão em umambiente consistindo de ar ou de água.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

O desenvolvimento de moinhos de vento ou turbinas devento para geração de energia, preferivelmente na forma deenergia elétrica, tem paulatinamente se movimentado nadireção de moinhos maiores. Moinhos de vento com uma saidade cerca de 5 MW e um diâmetro de rotor de mais do que 115m - 125 m têm agora sido projetados e construídos. Moinhosde vento tão grandes quanto 5 MW e maiores são projetadosprimordialmente com uma visão para serem instaladosoffshore (fora da costa, em alto mar) devido àsdificuldades de transportamento de tais grandes moinhossobre a terra (em terra) . Os princípios destes moinhos devento de eixo geométrico horizontal são virtualmente osmesmos como aqueles de seus irmãos menores. Eles estãofundamentados sobre um rotor consistindo de tipicamentetrês lâminas montadas sobre um cubo de roda central comeixo, o eixo sendo segurado por um mancai de bola comercialpesado. 0 cubo de roda tem que ser dimensionado pararesistir a substanciais momentos de encurvamento devidotanto às forças de vento sobre cada lâmina individual nadireção de vento e quanto ao peso morto de cada lâmina emum plano substancialmente em ângulos certos para o ventocom direção variando constantemente dependendo de se alâmina está em sua própria maneira acima ou abaixo em seucaminho rotacional. Se cada lâmina possui uma cargadiferente a partir do vento em um determinado instante, ummomento irá ser produzido que irá tentar voltar (virar) ocubo de roda em torno de um eixo geométrico em ângulosretos para o eixo geométrico longitudinal do eixo. Estemomento pode, em casos extremos, ser excepcionalmentegrande e o eixo tem que também ser dimensionado pararesistir a um tal momento. O cubo de roda central e o eixotambém transferem o torque do rotor diretamente ou porintermédio de uma engrenagem para o gerador.

Custos de manutenção para moinhos de vento offshoresão inicialmente maiores do que para moinhos de ventosfundamentados em terra. Uma interrupção na produção deenergia como uma conseqüência de uma falha em muitos casostambém tem grandes conseqüências offshore devido ao fato deque as condições de tempo freqüentemente não permitemembarque dos moinhos de vento para realizar os reparosnecessários. Distante no mar, as condições de vento sãotambém uma regra consideravelmente mais forte do que emterra. Se for desejado colher (aproveitar) tanto destaenergia quanto possível pelo aumento da velocidade de ventonominal na qual as lâminas são giradas no vento, a plantade energia eólica (de vento) irá ser submetida a cagas defadiga aumentadas comparadas com uma localização emcondições de vento calmas.

Moinhos de vento ou turbinas de vento grandes possuema vantagem de que manutenção e "custos em vazio" ("one-offcosts") tais como sistemas de controle, etc. por kWh deunidade de energia produzida podem ser esperados seremreduzidos. A desvantagem é a de que peso e consumo dematerial aumentam por kWh de energia produzida no caso detais grandes moinhos de vento. O tamanho econômicootimizado de um moinho de vento fundamentado em terra é,com a tecnologia de hoje em dia, estimado por muitos ser deem torno de 1 MW - 3 MW.

A razão de que peso e consumo de material aumentam porunidade de energia produzida com o aumento de tamanho domoinho de vento é a de que o peso aumenta aproximadamentepela terça parte de energia da dimensão longitudinal(aumento volumétrico) enquanto que a área de varredura dorotor (definida como a área do circulo que circula aslâminas de rotor na medida em que elas giram), e porconseqüência, a produção de energia, somente aumenta peloquadrado da dimensão longitudinal. Isto implica em umacomparação de uma determinada localização onde aresistência ao vento é a mesma em ambos os casos. Isto é,se for desejado aumentar o tamanho do moinho de ventoenquanto utilizando a mesma tecnologia como anteriormente,o peso por unidade de energia produzida, e porconseqüência, em uma grande extensão os custos, irãoaumentar aproximadamente linearmente com o tamanho domoinho de vento.

Em adição, a velocidade rotacional (velocidadeangular) irá ser reduzida com aumento de diâmetro de rotorde moinho de vento. Isto é devido ao fato de que avelocidade de ponta de lâmina otimizada é determinada comouma função da velocidade de vento. A proporção otimizadaentre velocidade de ponta de lâmina e velocidade de vento,aqui posteriormente referida como a proporção de velocidadede ponta, irá, para um moinho de vento de três lâminas,normalmente estar na ordem de 6 dependendo da proporção decomprimento/largura das lâminas. Quando a velocidade devento é a mesma, a velocidade angular do rotor irá,conseqüentemente, diminuir para um moinho de vento comdiâmetro de rotor maior. A saida produzida, se perdas sãodesprezadas, é o produto da velocidade angular do rotor edo torque do rotor; P = Mt * ω, em que P é saida, Mt étorque e ω é velocidade angular.

O aumento no torque que tem que ser transferido apartir do rotor aerodinâmico por intermédio da engrenagemde tração para um gerador elétrico quando a energia éaumentada pelo aumento do diâmetro de rotor pode então serestimada pelas seguintes considerações:

P=Cp*p*v3*A = Cp*p*v3*D2* π/4;Em que Cp é uma constante, ρ é a densidade do líquidoou ar, V é velocidade de vento, A é a área de rotor varridae D é o diâmetro de rotor; e

ω = ν * 6/ (D * π) * 2 * π = 12 * v/D;

Em que 6 é a proporção de velocidade de ponta.

Inserindo para P e ω na fórmula P = Mt * ω sedetermina:

Mt = Cp * p * V3 * D2 * π * D/ (4 * 12 * ν) = Cp * ρ * ν2* D3 * π/48;

Mt = k * D3;

Em que k é constante para uma determinada velocidadede vento e densidade de ar.

Por conseqüência, como o peso do rotor, o torquetransferido a partir do rotor por intermédio da engrenagemde tração para o gerador irá aumentar pela terça parte deenergia do diâmetro de rotor enquanto que a saída somenteaumenta pelo quadrado do diâmetro de rotor. Isto tambémsignifica que a transmissão (caixa de marchas) é submetidapara cargas desproporcionalmente grandes no caso de grandesmoinhos de vento, e irá ser uma vantagem se ter uma soluçãode tração direta. Um problema é o de que a velocidaderotacional é baixa no caso de grandes diâmetros de rotorcomo descrito anteriormente, e existe ao invés disso umaumento desproporcionalmente grande em material ativonecessário na parte de gerador efetiva para um moinho devento de tração direta com grande diâmetro de rotor. Emadição, para moinhos de vento de tração direta é difícil,com a tecnologia de hoje em dia, controlar a fenda de arentre o estator e a parte de rotor elétrico, quenormalmente tem que ser mantida dentro de +/- uns poucosmm, devido às deflexões do eixo principal.

As condições descritas anteriormente ilustram oproblema de aumento do diâmetro de rotor de um moinho devento de maneira a aumentar saída. Peso, e porconseqüência, em uma grande extensão de custos por kWhproduzido para um moinho de vento na classe de megawattaumenta aproximadamente linearmente com o diâmetro derotor, o que se expressa contra construção de grandesmoinhos de vento utilizando tecnologia conhecida de hoje emdia. Em adição, tolerâncias de fenda de ar entre estator eo rotor elétrico são um problema para grandes geradores detração direta. Fadiga nas lâminas e na estrutura de torrecomo um resultado de velocidades de vento variadas sãotambém um problema, em particular para instalaçõesflutuantes.

As condições referidas anteriormente representam aslimitações as mais significativas para construção demoinhos de vento offshore que são substancialmente maioresdo que 3 MW - 5 MW.

Do estado da técnica no campo técnico, menção pode serfeita à patente norte americana número US 6.285.090 queensina uma turbina de vento de tração direta (sem umaengrenagem) onde o diâmetro do cubo de roda é relativamentegrande, mas que irá ter um peso substancial de maneira ater capacidade de receber (tomar) as cargas a partir daslâminas de rotor. 0 mancai de bola entre o eixo fixado e aparte rotativa é também grande e irá ser submetida paradesgaste substancial e uma necessidade para lubrificação emanutenção.

Na patente norte americana número US 6.911.741 oproblema com pequenas tolerâncias na fenda de ar entre oestator e o rotor elétrico são descritas.

0 pedido de patente internacional número WO 02/099950Al ensina uma turbina com um gerador de tração direta, emque a roda de estator e a roda de rotor são feitas emconcordância com o mesmo principio como uma roda debicicleta com travões que em uma extremidade são presospara um anel externo ou aba (margem) e na outra extremidadesão presos excentricamente para o cubo de roda. Destamaneira, ela recebe (toma) tanto forças radiais e quanto emuma determinada extensão forças axiais.

A patente alemã número DE 36 38 129 Al ensina umaplanta de energia eólica (de vento) possuindo um gerador deanel, em que o anel de rotor do gerador é preso para aspontas do rotor de turbina de vento. 0 rotor de turbina devento e o anel de rotor do gerador são suportados sobre ummancai magnético.

A patente alemã número DE 197 11 869 Al ensina umaturbina de vento com um cubo de roda oco. 0 cubo de roda édividido em duas partes configuradas em (L) , em que uma daspartes configuradas em (L) está disposta sobre a torre e emque as lâminas de turbina estão dispostas sobre a outraparte configurada em (L). A segunda parte configurada em(L) está suportada sobre a primeira parte configurada em(L) por intermédio de um mancai.

No presente pedido de patente a expressão "rotor deturbina" é utilizada como uma expressão coletiva para aunidade de rotação sobre uma planta de energia eólica (devento) ou de hidro-energia que converte a energia na águaou no vento em energia mecânica que por sua vez éconvertida em energia elétrica no gerador. O rotor degerador onde os magnetos são montados é também referidocomo o rotor elétrico. "Rotor de turbina" é tambémutilizado para se referir para o rotor do maquinário depropulsão.

Por "partes ativas" do gerador se quer significar aspartes que contribuem para a conversão de energia na plantade energia eólica (de vento).

Por "princípios sem ferro" ("ironless principies") sequer significar, nesta presente invenção, princípiosestruturais para geradores que não utilizam materiaisferromagnéticos para conduzir campos magnéticos.

No desenvolvimento da presente invenção, foi umobjetivo construir um rotor e gerador integrado eficienteem custos para plantas de energia eólica (de vento) naclasse de 5 MW - 15 MW com um aumento substancial emdiâmetro de rotor, e por conseqüência, produção de energia,sem um aumento no peso de lâminas e cubo de roda e sem queo torque venha a provocar grandes forças na estrutura porkWh de energia produzida.

Foi também um objetivo que partes da presente invençãodeveriam ser adequadas para utilização em produção dehidro-energia, energia de água de maré e/ou sistemas depropulsão para barcos e navios (onde o rotor é utilizadocomo um propulsor).

Estes objetivos são conseguidos com a presenteinvenção como apresentados nas reivindicações de patenteindependentes posteriormente. Concretizações alternativassão apresentadas nas reivindicações de patente dependentesposteriormente que estão associadas com cada reivindicaçãode patente independente posteriormente.

Com a presente invenção, as seguintes vantagens sãoobtidas:

1) Aumento substancial na área de varredura do rotor(e, por conseqüência, produção de energia) sem aumento docomprimento e peso das lâminas de rotor;

2) Aumento dramático no diâmetro do cubo de rodaenquanto seu peso é diminuído;

3) Menores estresses de torção (em torno do eixogeométrico de rotação) no cubo de roda e eixo devido aogrande diâmetro de cubo de roda;

4) Tração direta possibilitando a omissão de umaunidade de transmissão (engrenagem) e ao mesmo tempo umaumento em velocidade periférica entre o estator e o rotorelétrico (os magnetos) e, por conseqüência, um requerimentomenor para material ativo no gerador;

5) Maior tolerância de fenda de ar entre o estator e orotor elétrico de maneira que isto não é mais um parâmetrocrítico;

6) Resfriamento de ar direto sem qualquer necessidadepara sistemas de bomba para circulação de refrigerante;

7) Nenhum contato entre partes móveis no mancaiprincipal ou gerador durante operação de maneira quedesgaste e manutenção são substancialmente reduzidos;8) Redução acima de 50 % de peso total do rotor egerador comparado com ao escalonamento do estado da técnicapara uma turbina de vento de 5 MW para 10 MW.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

Em concordância com um primeiro aspecto da presenteinvenção, o rotor de turbina é proporcionado para umaplanta de energia eólica (de vento) ou de hidro-energiapossuindo um gerador de tração direta para conversão daenergia no vento ou na água em energia elétrica, em que aplanta de energia eólica (de vento) ou de hidro-energiacompreende um rotor de turbina e um estator, o rotor deturbina adicionalmente compreendendo um cubo de rodaconfigurado em anel com um eixo geométrico de rotação quecoincide com o eixo geométrico central do estator e em queo rotor de turbina compreende pelo menos uma lâmina derotor, a referida lâmina de rotor sendo disposta sobre ocubo de roda configurado em anel.

Vantajosamente, o cubo de roda configurado em anelcompreende o gerador rotor (o rotor elétrico).

Adicionalmente, é vantajoso se o gerador rotor estámontado para o cubo de roda configurado em anel.

OPcubo de roda configurado em anel é vantajosamenteconfigurado como um tórulo com uma seção transversalcircular fechada, ou seção transversal aproximadamentecircular, mas pode ser configurado como um tórulo com umaseção transversal poligonal fechada.

Uma seção através do cubo de roda configurado em anelperpendicular para o eixo geométrico de rotação do rotor deturbina de vento é vantajosamente configurada em anel, ondeas circunferências externa e interna do anel sãocirculares, mas a seção pode também ser configurada emanel, onde as circunferências externa e interna do anel sãopoligonais.

Vantajosamente, a distância a partir do eixogeométrico de rotação do rotor de turbina para acircunferência externa do cubo de roda configurado em anelem torno do eixo geométrico de rotação do rotor de turbinaé de pelo menos 1/12 do raio do rotor de turbina a partirdo eixo geométrico de rotação para uma ponta de lâmina.

Em uma concretização em concordância com a presenteinvenção, o cubo de roda configurado em anel é suportadocontra o estator por um mancai magnético. Este mancaimagnético pode ser um mancai magnético passivo ou um mancaieletromagnético, mas pode também ser um mancaiconvencional.

Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, se ensina que o cubo de roda configuradoem anel é suportado por um mancai magnético axialmentecontra o estator de maneira a receber (a tomar)movimentações de encurvamento globais (provocadas peladiferente pressão de vento sobre cada lâmina de rotor) eforças axiais e se ensina que o cubo de roda configurado emanel é suportado radialmente por intermédio de um mancaiconvencional que recebe (toma) forças radiais.

De maneira a receber (a tomar) as forças radiais, orotor de turbina de vento poderia compreender pelo menosduas hastes de tensão ou pelo menos duas hastes de pressãoque em suas primeiras extremidades são presas para ummancai que é coaxial com o eixo geométrico central doestator, e em suas segundas extremidades são presas para ocubo de roda configurado em anel. Estas hastes de tensão oude pressão repousam preferivelmente em um único e o mesmoplano.

Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, a distância a mais curta a partir doeixo geométrico de rotação do cubo de roda configurado emanel para a área central da face de transferência de forçado mancai magnético é menor do que a distância a partir doeixo geométrico de rotação do cubo de roda configurado emanel para um eixo geométrico neutro para torção da seçãotransversal do cubo de roda configurado em anel. Um talposicionamento dos mancais magnéticos significa quedeslocamentos da parte de rotor do mancai magnético em umadireção axial contra-atacam uns aos outros devido ao fatode encurvamento e torção no cubo de roda configurado emanel pelas forças de vento sobre o rotor. Encurvamentolocal do cubo de roda em torno de cada lâmina extrai (puxa)o mancai localmente na direção do vento, enquantooscilações (rodopios) de torção da seção transversal decubo de roda provocam que o mancai venha a ser deslocadocontra a direção do vento. Quando posicionado idealmente,[ângulo (a) na Figura 8] , deslocamentos axiais do mancaimagnético que é conectado para o cubo de roda podemneutralizar uns aos outros completamente ou parcialmente.Esta é uma vantagem de maneira que as faces de mancaimagnético são mantidas tão niveladas (planas) quantopossível, conseqüentemente, assegurando que elas não venhama entrar em contato umas com as outras localmente devido àsdeflexões do cubo de roda.Em uma concretização em concordância com a presenteinvenção, a rigidez de encurvamento do cubo de rodaconfigurado em anel para encurvamento de um plano que éperpendicular para o eixo geométrico de rotação do cubo deroda configurado em anel é maior do que a rigidez deencurvamento do estator para encurvamento do mesmo plano.Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, a rigidez de encurvamento do cubo deroda configurado em anel para encurvamento de um plano queé perpendicular para o eixo geométrico de rotação do cubode roda configurado em anel é de pelo menos duas vezes tãogrande quanto a rigidez de encurvamento do estator paraencurvamento do plano.

Em concordância com um segundo aspecto da presenteinvenção, está proporcionada uma planta de energia eólica(de vento) ou de hidro-energia para conversão da energia emvento ou em água fluente em energia elétrica, em que aplanta de energia eólica (de vento) ou de hidro-energiacompreende um rotor de turbina em concordância com asreivindicações de patente 1-20 posteriormente. Uma plantade hidro-energia com relação a esta definição pode tambémser uma planta de energia de água de maré ou uma planta deenergia de água de rio.

Em concordância com um terceiro aspecto da presenteinvenção, está proporcionado um rotor de turbina paramaquinário de propulsão com um motor de tração direta paraconversão de energia elétrica em energia cinética, omaquinário de propulsão compreendendo um rotor de turbina eum estator, em que o rotor de turbina compreende um cubo deroda configurado em anel (6) possuindo um eixo geométricode rotação que coincide com o eixo geométrico central doestator, e em que o rotor de turbina compreende pelo menosuma lâmina de rotor, a referida lâmina de rotor estandodisposta sobre o cubo de roda configurado em anelconsistindo de um perfil oco fechado.

Em concordância com um quarto aspecto da presenteinvenção, está proporcionada uma nave compreendendomaquinário de propulsão em que o maquinário de propulsãocompreende um rotor de turbina em concordância com asreivindicações de patente 22 — 41 posteriormente.

Em concordância com um quinto aspecto da presenteinvenção, está proporcionada uma planta de energia eólica(de vento) ou de hidro-energia possuindo um gerador detração direta para conversão de energia eólica (de vento)em energia elétrica, em que a planta de energia eólica (devento) compreende um estator e um rotor de turbina, oreferido rotor de turbina compreendendo um geradorelétrico, onde tanto o gerador elétrico ou quanto o estatorou ambos o gerador elétrico e o estator são proporcionadoscom unidades de produção de energia onde o rotor de turbinaé suportado sobre o estator por um mancai magnético e emque os moinhos de vento nas unidades de produção de energiasão construídos com núcleos sem ferro.

Vantajosamente, o rotor de turbina compreende um cubode roda configurado em anel, o referido cubo de rodaconfigurado em anel sendo suportado sobre o estator por ummancai magnético.

Vantajosamente, o rotor elétrico do gerador é montadopara o cubo de roda configurado em anel.

O cubo de roda configurado em anel é vantajosamenteconfigurado como um tórulo com uma seção transversalcircular, mas pode também ser configurado como um tórulocom uma seção transversal poligonal.

Vantajosamente, a distância a partir do eixogeométrico de rotação do rotor de turbina para acircunferência externa do cubo de roda configurado em anelé de pelo menos 1/12 do raio de rotor de turbina a partirdo eixo geométrico de rotação para uma ponta de lâmina.

Em uma concretização em concordância com a presenteinvenção, o cubo de roda configurado em anel é suportadosobre o estator por um mancai magnético. Este mancaimagnético pode ser um mancai magnético passivo, um mancaieletromagnético ou um mancai convencional.

Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, o cubo de roda configurado em anel ésuportado por um mancai magnético axialmente contra oestator para receber (tomar) momentos de encurvamento eforças axiais e o cubo de roda configurado em anel ésuportado radialmente por um mancai convencional que recebe(toma) forças radiais.

De maneira a receber (tomar) forças radiais, o rotorde turbina de vento pode compreender pelo menos duas hastesde tensão ou pelo menos duas hastes de pressão que em suasprimeiras extremidades são presas para um mancai que écoaxial com o eixo geométrico central do estator, e em suassegundas extremidades são presas para o cubo de rodaconfigurado em anel. Estas hastes de tensão ou de pressãorepousam preferencialmente em um único e o mesmo plano demaneira que forças axiais ou momentos de encurvamento nãosão transferidos para o mancai radial e seu eixo.

Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, a distância a mais curta a partir do eixo geométrico de rotação do cubo de roda configurado emanel para a área central da face de transferência de forçado mancai magnético é menor do que a distância a partir doeixo geométrico de rotação do cubo de roda configurado emanel para o eixo geométrico neutro da seção transversal docubo de roda configurado em anel. Um tal posicionamento dosmancais magnéticos significa que deslocamentos da parte derotor do mancai magnético na direção axial contra-atacamuns aos outros devido ao fato de encurvamento e torção nocubo de roda configurado em anel provocado pelas forças dovento sobre o rotor. Encurvamento local do cubo de roda emtorno de cada lâmina então extrai (puxa) o mancailocalmente na direção do vento, enquanto que oscilação(rodopio) de torção da seção transversal de cubo de rodaprovoca que o mancai venha a ser deslocado contra a direçãodo vento. Quando posicionado idealmente [ângulo (a) naFigura 8] , deslocamentos axiais do mancai magnético queestá conectado para o cubo de roda irão cancelar uns aosoutros completamente ou parcialmente. Esta é uma vantagemde maneira que as faces de mancai magnético são mantidastão niveladas (planas) quanto possível, conseqüentemente,assegurando que elas não entrem em contato umas com asoutras localmente devido às deflexões do cubo de roda.

Em uma concretização em concordância com a presenteinvenção, a rigidez de encurvamento do cubo de rodaconfigurado em anel para encurvamento de um plano que éperpendicular para o eixo geométrico de rotação do cubo deroda configurado em anel é maior do que a rigidez deencurvamento do estator para encurvamento do mesmo plano.

Em uma concretização preferida em concordância com apresente invenção, a rigidez de encurvamento do cubo deroda configurado em anel para encurvamento de um plano queé perpendicular para o eixo geométrico de rotação do cubode roda configurado em anel é de pelo menos duas vezes tãogrande quanto a rigidez de encurvamento do estator paraencurvamento do mesmo plano. Isto significa que o mancaimagnético possui uma flexibilidade local e o estator podeser defletido localmente se magnetos em uma área do mancaimagnético se aproximam em contato uns com os outros.

Em concordância com um sexto aspecto da presenteinvenção, está proporcionado um método para montagem de umrotor elétrico e um estator com bobinas de estator em umgerador de tração direta sobre uma planta de energia eólica(de vento) ou de hidro-energia, em que a planta de energiaeólica (de vento) ou de hidro-energia adicionalmentecompreende um rotor de turbina, o referido rotor de turbinacompreendendo um cubo de roda configurado em anel e em queo rotor de turbina é suportado sobre o estator por ummancai magnético, mancai magnético que está disposto sobreo estator e o gerador elétrico, gerador elétrico que estámontado para ter capacidade de ser montado para o cubo deroda configurado em anel do rotor de turbina, em que asseguintes etapas são realizadas durante a montagem:

• o rotor elétrico e o estator com as bobinas deestator são produzidos em um número de seções sobcondições controladas em uma estação de trabalho(workshop) ;

• seções correspondentes do rotor elétrico e doestator com bobinas de estator são montadasjuntamente sob condições controladas em umaestação de trabalho {workshop);

• as seções montadas de rotores elétricos eestatores com bobinas de estator são montadaspara uma unidade montada sobre a planta deenergia eólica (de vento).

Quando as seções correspondentes das seções montadasde unidades de gerador elétrico e bobinas de estator forammontadas juntamente na estação de trabalho (workshop), elassão transportadas para a localização da planta de energiaeólica (de vento), antes que elas sejam montadas em umaunidade.

As seções montadas são montadas contra o cubo de rodaconfigurado em anel do rotor de turbina de vento e o anelde estator do estator.

Durante montagem, uma seção de cada vez é montadatanto para um anel de estator e após isso para o cubo deroda configurado em anel ou na ordem inversa.

Em montagem, cada seção individual é preferivelmenteajustada no plano de maneira que a unidade finalmentemontada de seções repousa em um plano prefeito ou próximode um plano prefeito. Desta maneira, é possível compensarpara irregularidades no cubo de roda configurado em anel eno anel de estator que irá freqüentemente não sercompletamente plano e poderia, conseqüentemente, terprovocado problemas para o mancai magnético e para ogerador elétrico.

Quando a presente invenção é adotada para utilizaçãoem conexão com uma planta de energia eólica (de vento) , elairá ser equipada com um grande cubo de roda configurado emanel onde o anel que forma o cubo de roda possui umdiâmetro da ordem de 10 % - 20 % do diâmetro do rotor. Aseção transversal do anel possui um diâmetro da ordem dodiâmetro das lâminas em seus atamentos para o cubo de roda.Uma ou mais lâminas de rotor estão dispostas contra o cubode roda configurado em anel. Na medida em que as lâminas derotor são terminadas distantes a partir do eixo geométricode rotação do rotor de turbina, os momentos de encurvamentona raiz (base) da lâmina são consideravelmente menores doque para moinhos de vento possuindo cubos de rodatradicionais com correspondente área de rotor. 0 cubo deroda consiste de um cubo de roda configurado em anel que éprojetado para receber (tomar) grandes momentos de torção emomentos de encurvamento simultaneamente. 0 que significadizer que o peso morto das lâminas é transferido comomomento de encurvamento no cubo de roda configurado emanel, embora o momento de encurvamento que aparece na raizdas lâminas devido às forças de vento é transferido comomomento de torção no cubo de roda configurado em anel. Otorque MT do rotor que provoca produção de enerqia é tomadodiretamente no estator sem passagem por intermédio de umeixo central. O eixo neste presente pedido de patente é,conseqüentemente, idêntico com o estator do gerador econsiste de um anel anular curto com um grande diâmetroperiférico, adaptado para o diâmetro periférico do cubo deroda, disposto diretamente contra o alojamento de motor ouestrutura de suporte da planta de energia eólica (devento). Isto significa que os tradicionalmente grandesestresses de torção MT no eixo, provocados pelo torque dorotor, são substancialmente reduzidos e na práticaeliminados como um problema.

O mancai principal da planta de energia eólica (devento), que é idêntico ao mancai do gerador elétrico,consiste na presente invenção preferivelmente de um mancaimagnético estável na periferia do cubo de roda.

O mancai pode adicionalmente consistir de um mancaiaxial magnético na periferia do cubo de roda combinado comum mancai mecânico radial. Neste caso, o mancai magnéticoirá ser montado entre o cubo de roda configurado em anel eo anel de estator onde as forças axiais são recebidas(tomadas), enquanto que as forças radiais são recebidaspela disposição de um sistema de travão entre o cubo deroda configurado em anel e um mancai mecânico dispostocontra a estrutura fixada do moinho de vento no centro doeixo geométrico de rotação.

Opcionalmente, um mancai puramente magnético pode serutilizado que recebe (toma) tanto forças axiais e quantoforças radiais pela utilização de um arranjo de Halback. Emconcordância com o teorema de Earnshaw, não é possívelobter um mancai magneticamente estável exclusivamente pelautilização de magnetos permanentes (se supercondutividadesob temperaturas extremamente baixas não é utilizada). Istoestá descrito em maiores detalhes nas patentes norteamericanas números US 6.111.332 e US 5.495.221. Para tirarvantagem do teorema de Earnshaw sobre instabilidademagnética, tanto um mancai magnético passivo como descritonas duas patentes anteriormente mencionadas com um assimchamado arranjo de Halback pode ser utilizado para suportedo cubo de roda, ou quanto opcionalmente um mancaieletromagnético ativo com servo controle ativo de maneira aobter estabilidade magnética e amortecimento. Uma soluçãohibrida tanto com magnetos permanentes e quanto um mancaieletromagnético ativo com servo controle ativo pode tambémser utilizada para suporte do cubo de roda.

Alternativamente, o cubo de roda pode ser equipado comum mancai magnético estável, passivo, com os magnetospermanentes organizados em um arranjo de Halbackr ouopcionalmente uma configuração similar, a qual tanto possuia função de um mancai para o cubo de roda e quanto ao mesmotempo contém as partes ativas do gerador, isto é, magnetose condutores elétricos em um gerador de tração direta.

Em ambos os casos anteriormente citados, as bobinaselétricas no estator são preferivelmente sem ferro (sem umnúcleo ferromagnético) de maneira a evitar forças deatração magnética substanciais no gerador. O estator degerador contém tanto bobinas elétricas para produção deenergia elétrica e quanto opcionalmente (quando utilizandoum suporte magnético exclusivamente com um arranjo deHalback) bobinas elétricas como uma parte dos mancaismagnéticos.

As mesmas bobinas elétricas podem opcionalmente tantopossuir uma função de produção de energia elétrica e quantoao mesmo tempo formar completamente ou parcialmente asbobinas elétricas que são requeridas no mancaimagneticamente estável.

As bobinas elétricas no estator são, como estabelecidoanteriormente, preferivelmente sem ferro, mas podem conterferro em áreas ao longo do estator onde uma tal força deatração magnética extra é desejada. Para uma alternativadescrita anteriormente, o mancai estável passivo consistede magnetos permanentes poderosos dispostos em um sistemaespecial (arranjo de Halback ou sistema similar) sobre ocubo de roda ou diretamente sobre o rotor elétrico econdutores elétricos que estão dispostos sobre o estator.Quando os magnetos são ajustados em movimentação, umacorrente é produzida nos condutores elétricos que repele osmagnetos no rotor elétrico. Os magnetos são assimposicionados em 2 ou 3 fileiras no rotor elétrico demaneira que o sistema é estável tanto contra forçasexternas axiais e quanto forças radiais. Existeadicionalmente proporcionado um suporte mecânico quesuporta o rotor até que ele tenha alcançado uma velocidadesuficiente para o mancai magnético se tornar ativo. Istoirá também ser necessário nos casos onde um mancaieletromagnético é utilizado no acontecimento de cortes nosuprimento de energia ou falhas no sistema de servocontrole. Borracha ou outro material de amortecimento comboas propriedades de amortecimento pode ser utilizado emconexão com o atamento dos magnetos para a estrutura demaneira a aumentar as propriedades de amortecimento domancai magnético como descrito.

Quanto mais próximos os magnetos estão para oscondutores elétricos, maiores irão ser as forças derepulsão. Pela disposição dos magnetos no rotor elétrico emum arranjo de Halbackr é possível tirar vantagem do teoremade Earnshaw de instabilidade magnética e apesar disso obterum mancai magneticamente estável tanto radialmente e quantoaxialmente. A fenda de ar pode, para um geradorfundamentado sobre os princípios de um arranjo de Halbacksem ferro, ser aumentada a partir de uns poucos mm paramais do que 20 mm em relação à tecnologia de moinho devento conhecida onde núcleos de ferro são utilizados nasbobinas de estator. Por conseqüência, em concordância com apresente invenção, é possível simultaneamente facilitartolerâncias de construção e de encurvamento para as partesestruturais de suporte do gerador na planta de energiaeólica (de vento), que em conexão com o estado da técnica éuma área de problemas, especialmente para geradores deenergia eólica (de vento) de grande diâmetro.

Fortes magnetos permanentes estão comercialmentedisponíveis atualmente, por exemplo, magnetos de neodímio,com uma força magnética de acima de 50 toneladas por m2 deface ativa. Tais magnetos irão ser suficientes para receber(tomar) todas as forças de dimensionamento relevantes nosmancais descritas para o rotor da planta de energia eólica(de vento) . É uma vantagem a de que o cubo de roda seja deum grande diâmetro em concordância com este pedido depatente de maneira que os braços de momento são grandes demaneira a resistir às diferentes cargas sobre o rotor, taiscomo diferente distribuição de forças de vento sobre asdiferentes lâminas.

O cubo de roda com o rotor elétrico e o mancaimagnético e o estator pode também ser equipado com frisosde refrigeração para resfriamento de ar direto a partir dacorrente de ar que passa através da parte central do cubode roda aberto observado na direção do vento. As bobinas deestator irão ser preferivelmente embutidas em uma parte deestator compósita sem um núcleo de ferro. Elas podemvantajosamente ser perfuradas de maneira que água, óleo, arou um outro refrigerador adequado possa circular em tornodas bobinas de estator. Opcionalmente, circulação naturalde ar através de tais cavidades de refrigeração pode serrefrigeração suficiente do estator e/ou se eles estãodispostos sobre o rotor elétrico também dos magnetos norotor.

Irá ser possível dispor o gerador com o mancaimagnético inversamente para a disposição que foi descritaanteriormente. Os magnetos irão após isso estar no estatore nas bobinas elétricas no rotor. Neste caso, a energiaelétrica tem que ser trazida de volta para o restante daplanta de energia eólica (de vento) através de anéisdeslizantes elétricos.

Coaxial com o centro do cubo de roda circular, estáproporcionado (não mostrado) um mancai de anel deslizanteque transfere energia elétrica necessária para o rotor paramotores de controle de passo (de engrenagem), luzes, etc.Em adição, contato elétrico é proporcionado entre o rotor ea nacela/torre para corrente de descarga em conexão comcursos (ciclos) de iluminação. Este contato pode tanto serum contato deslizante ou quanto um contato aberto tambémcoaxial com o centro do cubo de roda circular com umapequena abertura através da qual um curso de iluminação iráter capacidade para pular em um arco de luz (não mostrado).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá ser descrita em maioresdetalhes posteriormente, em uma descrição de um exemplo nãolimitante de uma concretização preferida da presente invenção, com referência para o que está ilustrado nasFiguras dos Desenhos acompanhantes, nos quais:

A Figura 1 mostra uma planta de energia eólica (devento) com um rotor de turbina de vento consistindo delâminas de rotor e cubo de roda. A planta de energia eólica(de vento) é montada sobre uma torre (7) . A torre podetanto possuir uma fundação fixada ou quanto ser instaladaem flutuação offshore.

A Figura 2 mostra o rotor de turbina de vento comlâminas montadas em mancais de passo.

A Figura 3 é uma vista lateral de partes da planta deenergia eólica (de vento).

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de partes daplanta de energia eólica (de vento).

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um rotordesmontado a partir de um estator.

A Figura 6 mostra o estator alternativamente divididoem diferentes áreas.

As Figuras 7a, 7b, 7c e 7d mostram quatro seçõestransversais alternativas (seção transversal A-A comoindicada na Figura 6) do mancai magneticamente estável egerador combinados.

A Figura 8 mostra mancai de magneto axial e mancaimecânico radial combinados.

A Figura 9 é uma vista lateral de uma seção de umaplanta de energia eólica (de vento).

A Figura 10 é um esboço de como uma montagem pode sersecionada durante produção.

A Figura 11 mostra uma disposição onde a planta deenergia eólica (de vento) é utilizada como um sistema depropulsão para um vaso em ar ou água.

A Figura 12 mostra um sistema de propulsão onde o cubode roda circunda uma parte do ou a totalidade do casco dovaso.

As Figuras são somente representações esquemáticas e apresente invenção não está limitada para as concretizaçõesnelas representadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A Figura 1 mostra uma planta de energia eólica (devento) (1) com uma entrada de 10 MW - 12 MW que é equipadacom um grande cubo de roda configurado em anel que forma umcubo de roda configurado em anel (6), onde o cubo de rodaconfigurado em anel pode possuir um diâmetro da ordem de 20metros. A seção transversal do cubo de roda configurado emanel (6) pode possuir um diâmetro da ordem de 2 metros. Aslâminas de rotor (3, 4, 5) podem possuir um comprimento de60 metros cada e estão dispostas contra mancais de passo(8, 9, 10), como mostrados na Figura 2, que são dispostospara ter capacidade para girar as lâminas em torno de seuseixos geométricos longitudinais sobre um impulso a partirdo sistema de controle de passo (não mostrado) . Os mancaisde passo estão dispostos no cubo de roda configurado emanel (6) com um ângulo de 120 graus entre cada mancai. 0cubo de roda configurado em anel (6) é um perfil ocofechado gue consiste de um tubo circular oco, em que ocirculo possui um diâmetro de cerca de 15 % do diâmetro dorotor e o tubo possui uma seção transversal de cerca de 70% da seção transversal das lâminas (3, 4, 5) em seusatamentos para o mancai de passo. No interior do cubo deroda está disposto um rotor elétrico (11) que é suportadocontra uma parte de estator (12) . A parte de estator (12) ésuportada por feixes firmes de encurvamento (13) queconduzem as forças para o restante da estrutura de suportepor intermédio de um tubo cilíndrico (14) . 0 rotor eestator são equipados com frisos de refrigeraçãonaturalmente ventilados (16) .

A seção transversal de mancai de carga do cubo de rodaconfigurado em anel (6) consiste de um perfil oco circularfechado de cerca de 2 metros em diâmetro que é adaptadopara simultaneamente receber (tomar) grandes momentos detorção e momentos de encurvamento, provocados pelo peso ecargas de vento sobre as lâminas de rotor. 0 estator (12) ésuportado por feixes firmes de encurvamento (13) queconduzem as forças para o restante da estrutura de suportepor intermédio de um tubo cilíndrico (14).

Cada mancai de passo é conectado para a lateral opostado cubo de roda configurado em anel (6) por intermédio dehastes de tensão ou hastes de pressão (15), todas das quaissão conectadas umas para as outras em um anel de âncoracentral ou placa de âncora (60) que é radialmente suportadamecanicamente contra um tubo cilíndrico (14) . As hastes detensão ou hastes de pressão (15) repousam em um único e omesmo plano de maneira que as hastes de tensão ou depressão não transferem forças axiais [não semelhantes a(diferentes de) uma roda de bicicleta onde os travões sãomontados contra o cubo de roda central em duas diferentesposições axialmente capazes de receber (tomar) forçasaxiais]. As forças axiais a partir do rotor provocadas pelapressão de vento contra as lâminas (3) , (4) e (5) sãotransferidas diretamente para o estator (12) por intermédiode um mancai magnético axialmente alinhado (39) entre ocubo de roda configurado em anel (6) e o estator (12) . Estemancai magnético consiste de magnetos permanentesopostamente direcionados de maneira que forças de repulsãoaparecem nas faces de mancai. 0 mancai é vantajosamentefeito de duplo acionamento, isto é, que recebe (toma)forças em ambas as direções axiais. Quatro fileiras demagnetos podem então ser utilizadas no mancai de maneira aconseguir isto. Alternativamente, eletromagnetos podem serutilizados no mancai. 0 torque Mt do rotor de turbinaprovoca que produção de energia venha a ser recebida(tomada) diretamente no estator (12) sem passagem porintermédio de um eixo central. O eixo fixado (12) é,conseqüentemente, idêntico ao estator de gerador e consistede um anel anular curto com um grande diâmetro periférico,adaptado para o diâmetro periférico do cubo de rodaconfigurado em anel (6) , disposto diretamente contra oalojamento de motor (14) ou estrutura de suporte (7) daplanta de energia eólica (de vento) por intermédio defeixes (13) . 0 amortecimento do rotor (2) e do cubo de roda(6) no plano de rotor (definido aqui como um plano queintercepta a ponta externa das três lâminas) é realizadopor modulação ativa da saida de energia de gerador porintermédio de um sistema de controle de um transformador deenergia (retificador/inversor, não mostrado), opcionalmentejuntamente com um freio aerodinâmico que proporcionaamortecimento aerodinâmico no plano de rotor. Elementos apartir de tecnologia conhecida de gerador com os quais umapessoa especializada no estado da técnica irá estarfamiliarizada, podem ser utilizados juntamente com estapresente invenção sem estarem descritos em maiores detalhesaqui. Estes elementos podem, por exemplo, ser bobinas oumagnetos de estatores inclinados, ou uma distânciairregular entre os magnetos ou as bobinas de estator demaneira a evitar desbaste, etc, mas não estão limitados aosmesmos.

O mancai principal (39) é um mancai magnético estávelconsistindo de magnetos permanentes (61) como mostrados naFigxira 8 que estão direcionados em direção uns aos outrosde maneira que forças de repulsão são produzidas entreeles.

Embora as bobinas elétricas no estator preferivelmentesão geralmente sem ferro, elas podem apesar dissoalternativamente conter núcleos de ferro nas áreas (21,22) .

Se existir um mancai puramente magnético tanto nadireção radial e quanto na direção axial (com um arranjo deHalback) , um mancai mecânico (não mostrado) pode também serproporcionado entre o rotor elétrico (11) e o estator (12)que suporta o rotor elétrico tanto axialmente e quantoradialmente até que ele tenha alcançado velocidadesuficiente para que o mancai magnético passivo venha a setornar ativo.

Os magnetos permanentes (23) e (61) são presos contrauma base de borracha de maneira a proporcionaramortecimento radial e axial no mancai magneticamenteestável.

A Figura 8 mostra uma seção transversal preferida(seção transversal A-A como indicada na Figura 6) domancai magneticamente estável e gerador combinadosconsistindo de gerador elétrico (62) composto de anel deestator (montado sobre aba) (12) com bobinas elétricas (24)sem núcleos de ferro e magnetos permanentes (23) sobre orotor. 0 rotor elétrico (11) com magnetos permanentes (23)é uma parte do e preso diretamente ao cubo de rodaconfigurado em anel (6) .

As Figuras 7a, 7b, 7c e 7d mostram seções transversaisalternativas (seção transversal A-A como indicada naFigura 6) do mancai magneticamente estável e geradorcombinados.

A Figura 8 e a Figura 9 são vistas laterais de umaplanta de energia eólica (de vento) com um cubo de rodaconfigurado em anel (6) com o gerador elétrico (11)disposto sobre o cubo de roda configurado em anel (6) . Orotor elétrico é atado para o cubo de roda configurado emanel (6) . 0 rotor elétrico é configurado com um recessoanular no qual o estator (12) repousa. Este recesso podeter a forma de um (U) que tanto aponta ascendentemente(Figura 8) ou quanto aponta descendentemente (Figura 9) .Para aumentar área magnética disponível, é também possívelfazer o gerador e o mancai magnético na forma de diversosdiscos axialmente sucessivos consistindo de uma pluralidadede recessos na direção axial e com uma pluralidade de anéisde estator associados. 0 rotor elétrico (11) e o estator(12) são proporcionados com magnetos que juntamente formamum mancai magnético que recebe (toma) forças axiais emomentos de encurvamento provocados pelas cargas de vento.O gerador elétrico (11) e estator (12) também compreendemos elementos de produção de corrente, isto é, magnetos ebobinas de estator. É também conceptível que as bobinassejam dispostas sobre o rotor elétrico (11) e os magnetossobre o estator (12). 0 recesso anular no rotor elétrico(11) e no estator (12) podem possuir diferentes projetos,por exemplo, como mostrados nas Figuras 7a - d e Figura 8.

Para receber (tomar) forças radiais, em particular opeso do rotor de turbina, estão proporcionadas hastes detensão ou hastes de pressão (15) que são presas para o cubode roda configurado em anel (6) em uma extremidade e paraum anel de âncora central ou placa de âncora central (55)na outra extremidade, em que o anel de âncora central ou aplaca de âncora central (55) é radialmente suportado(a)mecanicamente contra um tubo cilíndrico (14).

Sobre o cubo de roda configurado em anel (6) , aslâminas de rotor (3, 4, 5) são também montadas sobre seusrespectivos mancais de passo.

A Figura 10 mostra puramente esquematicamente como orotor elétrico (11) e o estator (12) podem ser colocadosjuntamente em seções montadas antes que eles sejam montadosem uma unidade, as seções montadas sendo montadas sobre ocubo de roda configurado em anel (6) primeiramente e apósisso sobre os feixes de estator (13) , ou sobre os feixes deestator (13) primeiramente e após isso sobre o cubo de rodaconfigurado em anel (6) . Na Figura 10, o rotor elétrico(11) e o estator (12) são mostrados montados em umaunidade. Durante produção, o rotor elétrico (11) e oestator (12) são secionados em um número de seções. NaFigura 10 é indicado pelas linhas 71, 72, 73, 74, 75, 76,77, 78 que o rotor elétrico (11) e o estator (12) sãodivididos em oito seções. Devido às fortes forçasmagnéticas que Irão ser produzidas entre os magnetos demancai nas seções de estator 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98e os correspondentes magnetos de mancai nas seções de rotor81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, secionamento é uma boasolução para se ter capacidade para manipular estas forçasmais facilmente. Quando as seções tiverem sido montadas eseguras juntamente pelo travamento temporário detransporte, elas são transportadas separadamente para ositio de instalação da planta de energia eólica (de vento)e montadas lá contra o cubo de roda (6) em uma unidadeúnica.

O secionamento do rotor elétrico (11) e do estator(12) também torna mais fácil assegurar que o rotor elétrico(11) e o estator (12) venham a formar uma unidade planarquando eles são montados sobre o cubo de roda configuradoem anel (6) e nos feixes de estator (13) . Na medida em queas seções são montadas, por exemplo, primeiramente para ocubo de roda configurado em anel (6) , uma nova seção iráser ajustada pela utilização de cunhas de metal de maneiraque ela é plana com as seções que já tinham sido montadas.Quando o cubo de roda configurado em anel (6) e as seçõestiverem sido montadas em um plano perfeito ou próximo doperfeito, o cubo de roda configurado em anel (6) e asseções, que agora constituem uma unidade única, sãomontados para os feixes de estator (13) . Tem-se que apósisso novamente ser assegurado que a unidade montada deseções está segurada (presa) em um plano perfeito ou próximo do perfeito durante sua montagem para os feixes deestator (13) por uniformização de irregularidadesutilizando cunhas de metal. Tolerâncias de construção paracubo de roda e feixes de estator com suas grandes dimensõessão, por conseqüência, não criticas. Durante operação, o rotor de turbina irá, por conseqüência, rotacionar em tornodo estator com perigo fortemente reduzido de que o estatore o rotor elétrico venham a entrar em contato físico.

A presente invenção pode também ser utilizada como umsistema de propulsão para aeronaves e todos os tipos denaves e barcos que estão em água. O rotor de turbina (2)com o cubo de roda configurado em anel (6) , mancais depasso (8, 9, 10) e mancai magnético (39) neste exemplo dapresente invenção irão ser dispostos como um propulsor. Otamanho, resistência e torção/gradiente, etc do propulsorsão alterados em concordância com o estado da técnica paraeste propósito. 0 gerador é após isso rodado (funciona)como um motor elétrico. O sistema de propulsão é dispostosobre um vaso (37) que é para ser movimentado porintermédio do sistema de propulsão, onde dois exemplos são mostrados na Figura 14 e na Figura 15. Sobre o vaso (37) ousobre o casco, em uma variante da presente invenção, umaconexão alinhada em corrente (aerodinâmica) pode sermontada para possíveis outras partes do objeto/casco que épara ser movimentado. Em uma outra variante da presenteinvenção, o sistema de propulsão (40) é disposto com umleme (não mostrado) . Em ainda uma outra variante dapresente invenção, o sistema de propulsão (40) é dispostode maneira que o sistema de propulsão em si mesmo pode sergirado em torno do eixo geométrico vertical em um atamentorotacionável para o vaso como um propulsor em azimute.Muitas outras configurações para montagem de um propulsorem concordância com o estado da técnica irão ser possíveis.0 propulsor pode possuir menos ou mais lâminas do que aconcretização preferida ilustrada aqui. 0 vaso (37) podetambém ser proporcionado com diversos propulsores.

Portanto, embora a presente invenção tenha sidodescrita com referência para concretizações específicas,deverá ser observado por aqueles especializados no estadoda técnica que a presente invenção não é para serconsiderada como estando limitada para as concretizaçõesilustrativas, preferidas e vantajosas descritasanteriormente, mas certamente, um número de variações e demodificações é conceptível dentro do escopo de proteção dasreivindicações de patente posteriormente.

Claims

1. Um rotor de turbina para uma planta de energiaeólica ou planta de hidro-energia ou para recurso depropulsão para uma embarcação, o rotor de turbinacompreendendo um cubo de roda configurado em anel (6) , ocubo de roda configurado em anel (6) compreendendo pelomenos uma lâmina de rotor que está disposta sobre o cubo deroda configurado em anel (6) , caracterizado pelo fato deque o cubo de roda configurado em anel (6) , em uma seçãotransversal de vista lateral, está configurado como umperfil oco, fechado, e de que o cubo de roda configurado emanel (6) é formado tanto:- como um tórulo regular em que a seção transversal devista lateral do tórulo é circularmente configurada e umaseção através do tórulo perpendicular para o eixogeométrico de rotação do rotor de turbina sendo configuradaem anel em que as circunferências externa e interna do anelsão circulares, ou quanto:- como um quase-tórulo em que a seção transversal devista lateral do quase-tórulo é tanto poligonal ou quantocircularmente configurada e a seção através do quase-tóruloperpendicular para o eixo geométrico de rotação do rotor deturbina é configurada em anel em que as circunferênciasexterna e interna do anel são tanto poligonalmente ouquanto circularmente configuradas.

2. Um rotor de turbina de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que o diâmetro de seçãotransversal de vista lateral do cubo de roda configurado emanel é de substancialmente o mesmo tamanho como o diâmetroda pelo menos uma lâmina no ponto de atamento da lâmina.

3. Um rotor de turbina de acordo com uma dasreivindicações 1 - 2, caracterizado pelo fato de que orotor de gerador é montado para o cubo de roda configuradoem anel.

4. Um rotor de turbina de acordo com uma dasreivindicações 1 - 3, caracterizado pelo fato de que adistância a partir do eixo geométrico de rotação do rotorde turbina para a circunferência externa do cubo de rodaconfigurado em anel em torno do eixo geométrico de rotaçãodo rotor de turbina é pelo menos 1/12 do raio do rotor deturbina a partir do eixo geométrico de rotação para umaponta de lâmina.

5. Um rotor de turbina de : acordo com uma dasreivindicações 1 - 4, caracterizado pelo fato de que orotor de turbina de vento compreende pelo menos duas hastesde tensão que em suas primeiras extremidades são atadaspara um mancai que é coaxial com o eixo geométrico centraldo estator e em suas segundas extremidades são presas parao cubo de roda configurado em anel.

6. Um rotor de turbina de acordo com a reivindicação-5, caracterizado pelo fato de que as hastes de tensãorepousam em um único e o mesmo plano.

7. Um rotor de turbina de acordo com uma dasreivindicações 1 - 4, caracterizado pelo fato de que orotor de turbina de vento compreende pelo menos duas hastesde pressão que em suas primeiras extremidades são presaspara um mancai que é coaxial com o eixo geométrico centraldo estator e em suas segundas extremidades são presas parao cubo de roda configurado em anel.

8. Um rotor de turbina de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as hastes de pressãorepousam em único e o mesmo plano.

9. Uma planta de energia compreendendo um gerador detração direta para conversão da energia no vento ou na águafluente em energia elétrica, a planta de energiacompreendendo uma estrutura de torre e um rotor de turbina,o gerador de tração direta compreendendo um rotor geradorque é montado sobre o rotor de turbina, um estator que émontado sobre a estrutura de torre e um mancai suportando orotor de turbina sobre o estator, caracterizada pelo fatode que o rotor de turbina é formado conforme definido emqualquer uma das reivindicações 1 - 8 e o rotor de turbinapossuindo um eixo de rotação que coincide com o eixocentral do estator do gerador de tração direta.

10. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o rotor deturbina é suportado sobre o estator por um mancai magnéticoconsistindo tanto de magnetos permanentes, eletromagnetosou quanto de uma combinação de ambos.

11. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o mancaimagnético é um mancai magnético passivo.

12. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o mancaimagnético é um mancai magnético passivo com um magnetodisposto em um arranjo de Halbach.

13. Uma planta de energia de acordo com uma dasreivindicações 10 ou 12, caracterizada pelo fato de que osmagnetos no estator são substituídos por condutoreselétricos curto circuitados.

14. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o mancaimagnético é um mancai eletromagnético.

15. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 10, caracterizada pelo fato de que bobinasproduzindo corrente (24) são instaladas sem núcleos deferro magneticamente condutores.

16. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 15, caracterizada pelo fato de que osmagnetos geradores consistem de magnetos permanentesdispostos em um arranjo de Halbach.

17. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o rotor deturbina é suportado sobre o estator por um mancaiconvencional.

18. Uma planta de energia de acordo com areivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o rotor deturbina é suportado por um mancai magnético axialmentecontra o estator e de que o rotor de turbina é suportadoradialmente por um mancai convencional.

19. Uma planta de energia de acordo com uma dasreivindicações 10 - 16, caracterizada pelo fato de que adistância a mais curta a partir do eixo de rotação do cubode roda configurado em anel para a área central da face detransferência de força do mancai magnético é menor do que adistância a partir do eixo geométrico de rotação do cubo deroda configurado em anel para o eixo neutro da seçãotransversal de vista lateral do cubo de roda configurado emanel.

20. Uma planta de energia de acordo com uma dasreivindicações 10 - 19, caracterizada pelo fato de que arigidez de encurvamento do cubo de roda configurado em anel(6) para encurvamento de um plano que passa através do cubode roda configurado em anel e é perpendicular para o eixode rotação do cubo de roda configurado em anel é maior doque a rigidez de encurvamento do estator para encurvamentodo mesmo plano.

21. Uma planta de energia de acordo com uma dasreivindicações 10 - 20, caracterizada pelo fato dé que arigidez de encurvamento do cubo de roda configurado em anel(6) para encurvamento de um plano que corre através do cubode roda configurado em anel e é perpendicular para o eixogeométrico de rotação do cubo de roda configurado em anel épelo menos duas vezes tão grande quanto a rigidez deencurvamento do estator para encurvamento do mesmo plano.

22. Utilização do rotor de turbina conforme definidoem uma das reivindicações 1 - 8, caracterizada pelo fato deque é em uma planta de energia eólica ou em uma planta dehidro-energia.

23. Utilização do rotor de turbina de acordo com umadas reivindicações 1 - 8, caracterizada pelo fato de que écomo um recurso de propulsão sobre uma embarcação.