(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (2)Data zgłoszenia (51) Int.Cl.6 F03D 3/00 (54)Piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 16/93 (73) Uprawniony z patentu: Uniwersytet Gdański, Gdańsk, PL (72) Twórca wynalazku: Stanisław Łętowski, Gdańsk, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/97 (74) Pełnomocnik: Jaeszke Andrzej M., Uniwersytet Gdański PL B1 ( 5 7 ) Piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa, z zastosowaniem folii piezoelektrycznej jako indykatora ładunku elektrycznego, m ający pionow oosiow y sztywny obrotowy bębnowy pędnik wiatrowy sprzę zony z mechanizmem jego obrotu, znamienny tym, ze bęben nośny (1) ma umieszczoną na mm, na zew nątrz, warstwę materiału dielektrycznego (2), pokrytą na całej czynnej powierzchni bębna licznymi jednakowymi listwowymi nieruchomymi segmentami (3), wykonanymi z folii piezoelektrycznej,mającej elektrody dodatnie (4) i elektrody ujemne (5), pozostające w g a lw a n ic z n y m k o n ta k c ie z zesp o łe m pierw szym (A) odbiorczych szczotek (6) pola komutacyjnego ujemnego, działającym w strefie podciśnienia strugi w iatru (S) i z e sp o łe m d ru g im (B) odbiorczych szczotek (7) pola komutacyjnego dodatniego, działającym w strefie nadciśnienia strugi wiatru (S), przy czym obydwa zespoły komutacyjne (A) i (B) są mechanicznie sprzęzone w galwanicznej separacji z mechanizmem (9) samoczynnej nastawy ich położenia kątowego, zawierającym łopatę (10) w iatr o wskazu, a część energii elektrycznej pobranej zwłaszcza z generatora (G), będącego końcowym elementem obydwu zespołów (A) i (B) szczotek pola komutacyjnego, zasila mechanizm obrotu cylindra. FIG. 1

2 Piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa Zastrzeżenie patentowe Piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa, z zastosowaniem folii piezoelektrycznej jako indykatora ładunku elektrycznego, mający piono woosiowy sztywny obrotowy bębnowy pędnik wiatrowy sprzężony z mechanizmem jego obrotu, znamienny tym, że bęben nośny (1) ma umieszczoną na nim, na zewnątrz, warstwę materiału dielektrycznego (2), pokrytą na całej czynnej powierzchni bębna licznymi jednakowymi listwo wymi nieruchomymi segmentami (3), wykonanymi z folii piezoelektrycznej,mającej elektrody dodatnie (4) i elektrody ujemne (5), pozostające w galwanicznym kontakcie z zespołem pierwszym (A) odbiorczych szczotek (6) pola komutacyjnego ujemnego, działającym w strefie podciśnienia strugi wiatru (S) i zespołem drugim (B) odbiorczych szczotek (7) pola komutacyjnego dodatniego, działającym w strefie nadciśnienia strugi wiatru (S), przy czym obydwa zespoły komutacyjne (A) i (B) są mechanicznie sprzężone w galwanicznej separacji z mechanizmem (9) samoczynnej nastawy ich położenia kątowego, zawierającym łopatę (10) wiatrowskazu, a część energii elektrycznej pobranej zwłaszcza z generatora (G), będącego końcowym elementem obydwu zespołów (A) i (B) szczotek pola komutacyjnego, zasila mechanizm obrotu cylindra. * * * Przedmiotem wynalazku jest piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa. W ynalazek dotyczy budowy elektrowni wiatrowych Znane są i stosowane liczne rozwiązania wysokomomentowych pędników wiatrowych, składających się z pionowoosiowego osadzonego na wale zdawczym ażurowego bębna, zaopatrzonego w liczne ruchome w osi pionowej pędne łopatki płaskie lub profilowane przekrojami laminarnymi typu lotniczego. Znane jest między innymi rozwiązanie silnika wiatrowego według polskiego opisu patentowego nr 12262, w którym jest zastosowana pewna liczba jednakowych cylindrów-rotorów, z których każdy może obracać sie dookoła swej osi, oraz może przesuwać się po drodze kołowej Rotory są wykonane w ten sposób, że mają dostatecznie wielką powierzchnię roboczą i są rozmieszczone tak, aby były wystawione na działanie wiatru w każdym położeniu, jakie wypadnie im zająć na kołowym torze ruchu. Każdy z rotorów jest zaopatrzony w urządzenie napędowe, wprawiające go w ruch obrotowy, przy czym wiatr działający na rotory usiłuje je przesuwać po kołowym torze. Kierunek obrotu rotorów zmienia się zawsze wtedy, gdy rotor przebył połowę drogi na kołowym torze. Do zmiany kierunku obrotu rotorów, które znajdują się w końcowym położeniu na torze kołowym poprzecznie do kierunku wiatru, służy odrębne urządzenie działające samoczynnie. Opisane rozwiązanie silnika wiatrowego wielobębnowego, wymaga zastosowania bardzo złozonych mechanizmów zmiany cyklicznej półobrotu n a kołowym torze ich ruchu, jak również stanowi utrudnienie w wystarczająco efektywnym wykorzystaniu pozostającej w dyspozycji siły naporu wiatru. Rozwiązanie to nie daje jakiejkolwiek możliwości skorzystania z efektu wygenerowania pola elektrycznego przez folie piezoelektryczne. Moc opisanych pędników wiatrowych jest wprost proporcjonalna do uśrednionej powierzchni sumarycznej łopat i szybkości wiatru. Przy wiatrach słabych elektrownie te są nieprzydatne. Znane jest nadto i stosowane w teletechnice wykorzystywanie folii piezoelektrycznych, charakteryzujących się zdolnością wywoływania na ich powierzchni ładunku elektrycznego ujemnego lub dodatniego, pod wpływem przyłożonej do ich powierzchni siły ściskającej lub rozciągającej.

3 Nie są znane rozwiązania siłowników wiatrowych we współpracy z generatorami prądu przemiennego lub alternatorami, wykorzystujących efekt Magnusa, przy wykorzystywaniu w tym celu właściwości folii piezoelektrycznych. W ynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania nowego typu niskomomentowego wiatrowego generatora prądu stałego mającego zdolność efektywnego wykorzystywania słabych i bardzo słabych wiatrów, w każdych praktycznie warunkach pogodowych i propagacyjnych. Piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa, z zastosowaniem folii piezoelektrycznej jako indykatora ładunku elektrycznego, mający znany pionowoosiowy bębnowy obrotowy pędnik wiatrowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że bęben nośny ma umieszczoną na nim, na zewnątrz warstwę materiału dielektrycznego, pokrytą na całej czynnej powierzchni bębna licznymi jednakowymi listwowymi nieruchomymi segmentami, wykonanymi z folii piezoelektrycznej. Folia ta ma elektrody dodatnie i ujemne, pozostające w galwanicznym kontakcie z zespołem pierwszym odbiorczych szczotek pola komutacyjnego ujemnego, działającym w strefie podciśnienia strugi wiatru i zespołem drugim odbiorczych szczotek pola komutacyjnego dodatniego, działającym w strefie nadciśnienia strugi wiatru. Obydwa zespoły komutacyjne są mechanicznie sprzężone w galwanicznej separacji z mechanizmem samoczynnej nastawy ich położenia kątowego, zawierającym łopatę wiatrowskazu. Część energii elektrycznej pobranej zwłaszcza z generatora, bedącego końcowym elementem obydwu zespołów szczotek pola komutacyjnego, zasila mechanizm obrotu cylindra. Dzięki skojarzeniu w rozwiązaniu według wynalazku znanego efektu Magnusa, z oddziaływaniem parcia wiatru na powierzchnię folii piezoelektrycznej, okazało się możliwe całkowite wyeliminowanie konieczności stosowania konwencjonalnych wirnikowych generatorów prądu przemiennego lub alternatorów, charakteryzujących się stosunkowo niską wydajnością energetyczną, przy jednoczesnej możliwości efektywnego wykorzystania słabych i bardzo słabych wiatrów, dla generacji prądu elektrycznego stałego niskich napięć o niskich potencjałach, głównie do ładowania stacyjnych baterii akumulatorowych. Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok urządzenia z boku, fig. 2 przekrój poprzeczny urządzenia płaszczyzną poziomą i fig. 3 przekrój podłużny urządzenia płaszczyzną pionową. Jak pokazano na rysunku piezoelektryczny wiatrowy generator prądu stałego, wykorzystujący zjawisko Magnusa, stanowi sztywny pionowoosiowy bęben nośny 1, usytuowany w osi pionowej, z umieszczoną na nim, na zewnątrz, warstwą materiału dielektrycznego 2, pokrytą na całej czynnej powierzchni bębna licznymi jednakowymi listwowymi nieruchomymi segmentami 3, wykonanymi z folii piezoelektrycznej. Ma ona elektrody dodatnie 4 i elektrody ujemne 5, pozostające w galwanicznym kontakcie z zespołem pierwszym A odbiorczych szczotek 6 pola komutacyjnego ujemnego, działającym w strefie podciśnienia strugi wiatru S i zespołem drugim B odbiorczych szczotek 7 pola komutacyjnego dodatniego, działającym w strefie nadciśnienia strugi wiatru S. Obydwa te zespoły komutacyjne A i B, są mechanicznie sprzężone w galwanicznej separacji z mechanizmem 9 samoczynnej nastawy ich położenia kątowego, zawierającym łopatę 10 wiatrowskazu. Pionowoosiowy bęben nośny 1 jest nadto sprzężony z silnikiem wspomagającym napędu 11 jego wolnoobrotowego ruchu, zasilanym zwłaszcza z generatora G, będącego końcowym elementem obydwu zespołów A i B szczotek pola komutacyjnego. Wiatrowy generator według wynalazku nadaje się do zastosowania w budowie i eksploatacji bezobsługowych elektrowni wiatrowych niskich mocy, generujących prąd elektryczny o niskich potencjałach, zwłaszcza do zasilania stacyjnych baterii akumulatorowych.

4

5 FIG. 2 FIG. 3

6 FIG. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł