ES3040407A1

ES3040407A1 - Sailboat with generator on the mast

Info

Publication number: ES3040407A1
Application number: ES202430338A
Authority: ES
Inventors: Medina Juan Sarmiento
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2024-04-30
Filing date: 2024-04-30
Publication date: 2025-10-30
Also published as: WO2025229244A1

Abstract

Sailboat with a generator on the mast, comprising a hull (1) and at least one mast (2) supported by shrouds (3), wherein the mast (2) consists of an internal fixed structure (21) and an outer casing, vibrating with respect to the fixed structure (21), having a magnet (23) in one of the elements of the mast (2) and a coil (24) coinciding with the magnet (23) in the other. The shrouds (3) are fixed to the hull (1) by fixings (4) comprising a spring and/or a damper, for example, a variable-tension winch (43). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Velero con generador en el mástilSailboat with generator on the mast

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR

La presente invención se refiere a un velero que incorpora un generador vibratorio en el mástil, para cualquier tipo de barco a vela, formado por un mástil que se oscila por el viento y cualquier otra vibración recibida, generando electricidad u otro tipo de trabajo. The present invention relates to a sailboat that incorporates a vibratory generator in the mast, for any type of sailing vessel, consisting of a mast that oscillates due to the wind and any other vibration received, generating electricity or other types of work.

ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART

Aunque no se ha encontrado ninguna invención idéntica a la descrita, exponemos a continuación los documentos encontrados que reflejan el estado de la técnica relacionado con la misma. Although no invention identical to the one described has been found, we present below the documents found that reflect the state of the art related to it.

DE102012021697 se considera el documento más próximo del estado de la técnica. La realización representada al final de las figuras de ese documento comprende un rotor de eje vertical que conforma el mástil del velero. Este rotor se ve particularmente afectado por la presencia de velas, por lo que el rendimiento sólo es bueno cuando se han arriado las velas y el barco está fondeado. DE102012021697 is considered the closest prior art document. The embodiment depicted at the end of the figures in that document comprises a vertical-axis rotor that forms the mast of the sailboat. This rotor is particularly affected by the presence of sails, so its performance is only good when the sails are lowered and the boat is at anchor.

US2020400125A1 es una segunda realización, en la que se disponen generadores de eje horizontal en varios puntos de la arboladura. US2020400125A1 is a second embodiment, in which horizontal axis generators are arranged at various points of the rigging.

El solicitante no conoce ninguna forma de convertir el mástil en generador que permita resolver todos estos problemas de forma tan eficaz como la invención. The applicant does not know of any way to convert the mast into a generator that would solve all these problems as effectively as the invention.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNBRIEF EXPLANATION OF THE INVENTION

La invención consiste en un velero con generador en el mástil según las reivindicaciones independientes y cuyas variantes resuelven los problemas del estado de la técnica. The invention consists of a sailboat with a generator on the mast according to the independent claims and whose variants solve the problems of the state of the art.

El velero con generador en el mástil comprende un casco y al menos un mástil soportado por unos obenques y unos stays y que incorpora un generador. El mástil contiene una estructura fija interna y puede vibrar respecto de la estructura fija. Uno de los elementos, mástil o estructura fija, dispone de un imán y el otro contiene una o más bobinas coincidentes con el imán. La corriente generada por ese movimiento relativo bobina-imán se puede utilizar directamente o almacenar. The mast-generator sailboat comprises a hull and at least one mast supported by shrouds and stays, and incorporating a generator. The mast contains an internal fixed structure and is capable of vibrating relative to this fixed structure. One of the elements, either the mast or the fixed structure, has a magnet, and the other contains one or more coils aligned with the magnet. The current generated by this relative coil-magnet movement can be used directly or stored.

Para permitir la vibración, los obenques se pueden fijar a la estructura fija o al mástil. Los stays se mantienen como es tradicional. En ese segundo caso, los obenques están fijados al casco por fijaciones que comprenden un resorte o un amortiguador. Por ejemplo, las fijaciones comprenden un winche o cabrestante que permite variar la tensión de los obenques, con un sistema de resorte para el enrollado y que pueden comprender un amortiguador, como puede ser una cámara deformable con un fluido no newtoniano para absorber sobretensiones. To allow for vibration, the shrouds can be attached to the fixed structure or the mast. The stays are maintained in the traditional manner. In the latter case, the shrouds are attached to the hull by fixings that include a spring or a damper. For example, the fixings include a winch that allows the tension of the shrouds to be varied, with a spring system for winding them, and may include a damper, such as a deformable chamber filled with a non-Newtonian fluid to absorb overvoltages.

En una realización, el mástil o la estructura fija es una estructura que atraviesa el casco y está en contacto con el exterior, bajo la línea de flotación, En ese punto dispone un cuerpo conectado a un vástago móvil por una cámara interior al mástil para la generación de un trabajo. De esta forma, el conjunto es una unidad que puede producir energía de diferente forma. Preferiblemente, el vástago también comprende un imán y la cámara interior comprende un bobinado en su pared, o viceversa. Este cuerpo puede también ayudar a estabilizar el barco, si se provoca su movimiento, con lo que se compensa el cabeceo. Para ello se puede instalar un estabilizador conectado al cuerpo. In one embodiment, the mast or fixed structure is a structure that passes through the hull and is in contact with the exterior, below the waterline. At this point, it has a body connected to a movable shaft via a chamber inside the mast for generating work. In this way, the assembly is a unit that can produce energy in different ways. Preferably, the shaft also includes a magnet, and the inner chamber includes a coil in its wall, or vice versa. This body can also help stabilize the vessel if its movement is induced, thereby compensating for pitching. For this purpose, a stabilizer connected to the body can be installed.

Para ajustar la frecuencia de vibración del generador inferior, el cuerpo preferiblemente comprende un segundo vástago conectado a un amortiguador de coeficiente de amortiguación variable. Este coeficiente puede ser regulado por una unidad de control o manualmente. To adjust the vibration frequency of the lower generator, the housing preferably includes a second stem connected to a damper with a variable damping coefficient. This coefficient can be regulated by a control unit or manually.

Por ejemplo, el amortiguador puede comprender un líquido hidráulico magnético, y su circuito hidráulico comprende bobinas controladas por la unidad de control. Las bobinas varían la resistencia al paso del líquido, variando así el flujo del líquido y, en consecuencia, la velocidad del pistón y su frecuencia propia. For example, the damper may comprise a magnetic hydraulic fluid, and its hydraulic circuit includes coils controlled by the control unit. The coils vary the resistance to the flow of the fluid, thus varying the fluid flow and, consequently, the piston speed and its natural frequency.

A su vez, el movimiento del cuerpo también puede reducir la fricción del casco al moverse por el agua. En ese caso, el cuerpo cierra un orificio ciego y es móvil por éste, formándose así un pulmón cuyo volumen varía con el movimiento del cuerpo. El orificio ciego que forma el pulmón tiene una salida de aire conectada a varias boquillas dispuestas en el casco, y una entrada de aire desde la cámara. El movimiento del cuerpo aspira aire por la entrada de aire y lo suelta por la salida hacia las boquillas, que expulsan el aire por el casco. Se puede disponer de una válvula, que puede ser cerrada por el usuario, y que conecta el orificio con la cámara si no se desea realizar la inyección del aire bajo el casco. Es deseable poner válvulas antirretorno para evitar que el aire o el agua circulen en los sentidos no deseados. In turn, body movement can also reduce hull friction as it moves through the water. In this case, the body closes a blind hole and moves through it, thus forming a lung whose volume varies with the body's movement. The blind hole that forms the lung has an air outlet connected to several nozzles arranged in the hull, and an air inlet from the chamber. Body movement draws air in through the air inlet and releases it through the outlet into the nozzles, which expel the air through the hull. A valve, which can be closed by the user, connects the blind hole to the chamber if air injection under the hull is not desired. It is advisable to install non-return valves to prevent air or water from circulating in the wrong direction.

Otras variantes se aprecian en el resto de la memoria. Other variations can be seen in the rest of the memory.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras, que muestran formas de realización ejemplares. For a better understanding of the invention, the following figures are included, showing exemplary embodiments.

Figura 1: Sección esquemática de un ejemplo de realización de la invención. Figure 1: Schematic section of an example embodiment of the invention.

Figura 2: Sección esquemática de detalle de la parte superior de un ejemplo de realización de la invención. Figure 2: Schematic detail section of the top of an example embodiment of the invention.

Figura 3: Sección esquemática de detalle de un fijador de un obenque. Figure 3: Schematic detail section of a shroud fastener.

Figura 4: Sección de detalle de un ejemplo del generador inferior. Figure 4: Detail section of an example of the lower generator.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNMODES OF REALIZING THE INVENTION

A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta. Next, a brief description is given of one way of carrying out the invention, as an illustrative and non-limiting example thereof.

La figura 1 comprende una forma de realización, en la que un velero o barco a vela en general comprende un casco (1) con uno o más mástiles (2) que portan las correspondientes velas (no representadas). El mástil (2) posee una serie de cabos entre los que destacan los obenques (3), que lo aseguran en posición. Los obenques (3) están sujetos al casco (1) mediante fijaciones (4). Figure 1 illustrates an embodiment in which a sailboat or sailing vessel in general comprises a hull (1) with one or more masts (2) bearing the corresponding sails (not shown). The mast (2) has a series of lines, notably the shrouds (3), which secure it in position. The shrouds (3) are attached to the hull (1) by means of fastenings (4).

Al menos uno de los mástiles (2) define un generador eólico sin aspas. En el ejemplo preferido, el mástil (2) contiene una estructura rígida (21) interna. Así, con el viento y otros efectos el mástil vibra respecto de la estructura rígida (21), la cual no es afectada por el viento. Esa diferencia de vibración puede ser aprovechada para generar energía eléctrica, por ejemplo, instalando un imán (23) en uno de los elementos y una bobina (24) en el otro. El movimiento del mástil se convierte en movimiento relativo del imán (23) y la bobina (24) y la creación de corriente eléctrica que puede ser utilizada o almacenada en baterías. At least one of the masts (2) defines a bladeless wind turbine. In the preferred example, the mast (2) contains an internal rigid structure (21). Thus, with wind and other effects, the mast vibrates relative to the rigid structure (21), which is unaffected by the wind. This difference in vibration can be harnessed to generate electrical energy, for example, by installing a magnet (23) on one of the elements and a coil (24) on the other. The movement of the mast is converted into relative movement of the magnet (23) and the coil (24), creating an electrical current that can be used or stored in batteries.

Para permitir la vibración, es necesario que los obenques (3) no rigidicen el mástil (2). Para ello se puede realizar diferentes modificaciones. En una, las fijaciones (4) de los obenques (3) incorporan un winche (del inglés, “Winch”, “cabrestante”) que contiene un resorte o un amortiguador. Por ejemplo, pueden incorporar una cámara (41) con un fluido no newtoniano por donde se mueven uno o más pistones (42) conectados al cabrestante (43), de forma que el giro de éste se produce en movimiento del fluido por la cámara (41). El movimiento del obenque (3) tiende a deformar la cámara (41), de forma que el fluido no newtoniano responde. Como es conocido, la velocidad de respuesta de este tipo de fluidos depende de la tensión que sufren. Los fluidos no newtonianos están disponibles comercialmente, siendo el “oblek” el más conocido. To allow vibration, the shrouds (3) must not stiffen the mast (2). This can be achieved through various modifications. In one, the shroud fixings (4) incorporate a winch containing a spring or damper. For example, they can incorporate a chamber (41) filled with a non-Newtonian fluid through which one or more pistons (42) connected to the winch (43) move, such that the winch's rotation is caused by the movement of the fluid within the chamber (41). The movement of the shroud (3) tends to deform the chamber (41), causing the non-Newtonian fluid to respond. As is known, the response speed of this type of fluid depends on the stress it is subjected to. Non-Newtonian fluids are commercially available, with "oblek" being the most common.

Igualmente es posible incorporar el resorte o amortiguador en la conexión de los obenques (3) al mástil (2), pero es menos preferido por complicar el mantenimiento. It is also possible to incorporate the spring or shock absorber in the connection of the shrouds (3) to the mast (2), but this is less preferred because it complicates maintenance.

Finalmente, es posible unir los obenques (3) a la estructura fija (21), creando unos orificios de paso de los obenques (3) a través del mástil (2), pero se pierde vibración en éste. Finally, it is possible to attach the shrouds (3) to the fixed structure (21), creating passage holes for the shrouds (3) through the mast (2), but vibration is lost in the mast.

Es importante que el mástil (2) mantenga una cierta resistencia estructural, dado que las velas del barco se fijarán a él. It is important that the mast (2) maintains a certain structural strength, given that the ship's sails will be attached to it.

La base de la estructura fija (21) puede atravesar el casco (1) hasta entrar en contacto con el agua. Esa zona puede aprovecharse para disponer un segundo generador, el cual se aprecia en la figura 3. The base of the fixed structure (21) can extend through the hull (1) until it reaches the water. This area can be used to house a second generator, which is shown in Figure 3.

El generador mostrado en la realización de la figura 3 está acoplado al casco (1) de una embarcación, bajo la línea de flotación. The generator shown in the embodiment of figure 3 is coupled to the hull (1) of a vessel, below the waterline.

El generador en sí parte de un cuerpo (5) en contacto con el agua, introducida en un orificio (6) ciego por el que puede desplazarse formado en la base del mástil (2), especialmente de la estructura fija (21). El cuerpo (5) tiene un vástago (7) que atraviesa el orificio (6) hasta atravesar la pared y llegar a una cámara interior (8) posterior, igualmente incorporada al mástil (2). Según el tipo de trabajo recuperado, la cámara interior (8) tendrá equipos diferentes. El vástago (7) es por lo tanto paralelo al mástil (2), generalmente coaxial. The generator itself consists of a body (5) in contact with the water, inserted into a blind hole (6) in the base of the mast (2), specifically the fixed structure (21), through which it can move. The body (5) has a stem (7) that passes through the hole (6), through the wall, and into a rear inner chamber (8), also incorporated into the mast (2). Depending on the type of recovered work, the inner chamber (8) will contain different equipment. The stem (7) is therefore parallel to the mast (2), generally coaxial.

En una realización, el vástago (7) es un pistón de bombeo. En una segunda realización, el vástago (7) es solidario a un imán (81) mientras que la cámara interior (8) posee un bobinado (82) alrededor de éste. Así, el movimiento del imán (81) genera una corriente eléctrica que es recuperada por el método deseable. Por ejemplo, puede rectificarse y almacenarse en baterías o ser utilizada directamente. In one embodiment, the stem (7) is a pumping piston. In a second embodiment, the stem (7) is attached to a magnet (81), while the inner chamber (8) has a coil (82) around it. Thus, the movement of the magnet (81) generates an electric current that is recovered by the desired method. For example, it can be rectified and stored in batteries or used directly.

En una realización preferida, el vástago (7) corresponde al total de la estructura fija (21), de forma que la generación de electricidad se puede realizar mediante el imán (23) de esta estructura fija (21) y la bobina (24) del mástil (2). La cámara interior (8), en esta realización, es el espacio entre el mástil (2) y la estructura fija (21), que en este caso sólo es fija en el plano horizontal. In a preferred embodiment, the stem (7) corresponds to the entire fixed structure (21), such that electricity generation can be achieved by means of the magnet (23) of this fixed structure (21) and the coil (24) of the mast (2). The inner chamber (8), in this embodiment, is the space between the mast (2) and the fixed structure (21), which in this case is only fixed in the horizontal plane.

El cuerpo (5) tiene un segundo vástago (9), que en este caso se ha representado desplazado. Ese segundo vástago (9) está conectado a un amortiguador (10) de coeficiente de amortiguación variable. Para ello, el amortiguador (10) puede estar utilizar líquido hidráulico con propiedades magnéticas. En el circuito de entrada y salida se pueden colocar bobinas (11) por donde se puede hacer pasar diferentes intensidades de corriente para variar el coeficiente de amortiguación del equipo. Una unidad de control (12) regula la intensidad de la corriente para variar la frecuencia propia del generador y adaptarla a la frecuencia de las olas y de los demás efectos sobre el cuerpo (5). La unidad de control (12) puede detectar la velocidad de oscilación del cuerpo (5) y adaptar la amortiguación cuando detecta que no está optimizada. Esta optimización se puede realizar a partir de una inteligencia artificial que considere el viento (fuerza y dirección), posición de la vela, oleaje...) para calcular el coeficiente de amortiguación óptimo. The body (5) has a second stem (9), which in this case is shown offset. This second stem (9) is connected to a damper (10) with a variable damping coefficient. The damper (10) can be filled with hydraulic fluid with magnetic properties. Coils (11) can be placed in the input and output circuit, through which different current intensities can be passed to vary the damping coefficient of the equipment. A control unit (12) regulates the current intensity to vary the generator's natural frequency and adapt it to the frequency of the waves and other effects on the body (5). The control unit (12) can detect the oscillation speed of the body (5) and adjust the damping when it detects that it is not optimized. This optimization can be performed using artificial intelligence that considers the wind (strength and direction), sail position, waves, etc., to calculate the optimal damping coefficient.

El orificio (6) posee una salida de aire (13) conectada a varias boquillas (14) dispuestas por delante del casco (1), de forma que el aire que sale del orificio (6) con la subida del cuerpo (5) sale por esas boquillas (14) y crea una capa de aire que reduce la fricción del casco (1). La entrada de aire (15) al orificio (6) se puede realizar desde la cámara interior (8), por ejemplo, a lo largo del vástago (7) o en la pared común. Unas válvulas antirretorno aseguran la dirección de circulación del aire. The orifice (6) has an air outlet (13) connected to several nozzles (14) arranged in front of the helmet (1), so that the air exiting the orifice (6) as the body (5) rises exits through these nozzles (14) and creates an air layer that reduces friction on the helmet (1). The air inlet (15) to the orifice (6) can be from the inner chamber (8), for example, along the stem (7) or in the common wall. Non-return valves ensure the direction of airflow.

Cuando el vástago (7) es la estructura fija (23), puede poseer unos álabes (16) en el perímetro de la entrada de aire (15) que producen un efecto de rotación con el movimiento entre el aire que entra al orificio (6) y el movimiento cíclico del vástago (7). Esta rotación aumenta la turbulencia del aire que pasa al orificio (6), reduciendo la fricción por flujo laminar. Además, provoca un incremento del movimiento del generador, y especialmente del aire. Cuando el flujo se inicia, por succión desde el orificio (6), los álabes (16) empiezan a girar arrastrados por la corriente de aire. Al detenerse, los álabes (16) siguen girando por inercia y provocan que la siguiente succión sea más eficiente. When the stem (7) is the fixed structure (23), it may have vanes (16) around the perimeter of the air inlet (15) that produce a rotational effect due to the movement between the air entering the orifice (6) and the cyclical movement of the stem (7). This rotation increases the turbulence of the air passing through the orifice (6), reducing friction due to laminar flow. It also causes an increase in the movement of the generator, and especially of the air. When the flow begins, by suction from the orifice (6), the vanes (16) start to rotate, driven by the airflow. When the flow stops, the vanes (16) continue to rotate due to inertia, making the subsequent suction more efficient.

Por lo tanto, en esta realización, el vástago (7)-estructura fija (21) se mueve verticalmente por el movimiento del cuerpo (5) y se produce el giro del vástago (7) arrastrado por los álabes (16). Por su parte, el mástil (2) vibra sujetado por los obenques (3). Los tres movimientos pueden ser utilizados en el imán (23) y la bobina (24). Therefore, in this embodiment, the stem (7) – fixed structure (21) – moves vertically due to the movement of the body (5), and the stem (7) is driven by the vanes (16). Meanwhile, the mast (2) vibrates, held by the shrouds (3). All three movements can be applied to the magnet (23) and the coil (24).

El cuerpo (5) puede tener un estabilizador (17) de forma que es posible forzar su movimiento y modificar la respuesta al cabeceo del velero. Esto permite reducir el cabeceo de la embarcación, usando energía en el movimiento del cuerpo (5). Para ello, se puede usar el vástago (7) y el imán (81) y el bobinado (82) o el sistema de amortiguación. The body (5) may have a stabilizer (17) so that its movement can be forced, modifying the sailboat's pitching response. This allows the vessel's pitch to be reduced by using energy in the movement of the body (5). This can be achieved using the rod (7), the magnet (81), the winding (82), or the damping system.

Claims

1- Sailboat with generator in the mast, comprising a hull (1) and at least one mast (2) supported by shrouds (3) and incorporating a generator, characterized in that the mast (2) contains an internal fixed structure (21) and is vibratory with respect to the fixed structure (21), having a magnet (23) in one of the elements and a coil (24) coinciding with the magnet (23) in the other.

2- Sailboat with generator on the mast, according to claim 1, characterized in that the shrouds (3) are fixed to the hull (1) by fixings (4) comprising a spring or a shock absorber.

3- Sailboat with generator on the mast, according to claim 2, characterized in that the fixings (4) comprise a winch (43) whose rotation is connected to one or more pistons (42) movable by a deformable chamber (41) with a non-Newtonian fluid.

4- Sailing vessel with generator in the mast, according to claim 1, characterized in that the mast (2) passes through the hull (1) and is in contact with the outside, below the waterline, where it has a body (5) connected to a rod (7) movable by an inner chamber (8) to the mast (2), for the generation of work.

5- Sailboat with generator on the mast, according to claim 4, characterized in that the body (5) comprises a second stem (9) connected to a damper (10) of variable damping coefficient.

6- Sailboat with generator on the mast, according to claim 4, characterized in that the shock absorber (10) comprises a magnetic hydraulic fluid, and its hydraulic circuit comprises coils (11) controlled by a control unit (12).

7- Sailboat with generator on the mast, according to claim 4, characterized in that the stem (7) comprises a magnet (81) and the inner chamber (8) comprises a winding (82) on its wall.

8- Sailboat with generator in the mast, according to claim 4, characterized in that the body (5) closes and is movable through a blind hole (6) at the base of the mast (2), with an air outlet (13) connected to several nozzles (14) arranged in the hull (1), and an air inlet (15) from the inner chamber (8).

9- Sailboat with generator on the mast, according to claim 4, characterized in that the stem (7) is the fixed structure (23), the inner chamber (8) being the space between the fixed structure (21) and the mast (2).

10- Sailboat with generator on the mast, according to claim 9, characterized in that the stem (7) has vanes (16) on the perimeter of the air inlet (15).