ITCS20110002A1 - Boa con dispositivo elettromeccanico per la conversione diretta dell'energia delle onde marine in energia elettrica in corrente continua stabilizzata. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Dell’Invenzione Industriale dal Titolo: Boa con dispositivo elettromeccanico per la conversione diretta dell'energia delle onde marine in energia elettrica in corrente continua stabilizzata

STATO ANTERIORE DELLA TECNICA:

I sistemi di elettro-generazione dalle onde marine che adottano il sistema a galleggiante ancorato o zavorrato al fondo soffrono particolarmente del grave difetto di generare energia elettrica ad impulsi con la periodicità dell’onda (5-20s). Questa intermittenza del flusso di energia non è praticamente riducibile a flusso ragionevolmente uniforme nello stato elettrico ricorrendo a batterie o condensatori che avrebbero comunque un ingombro ed un peso esorbitante.

Questo limite pregiudica notevolmente i vantaggi della semplicità ed economicità costruttiva e manutentiva degli apparati di elettro-generazione marini con galleggiante ancorati al fondo.

I tentativi di risolvere detto problema per via meccanica, idraulica e pneumatica sono complessi, costosi anche in quanto a manutenzione, e di scarso rendimento.

OBIETTIVO CHE L’INNOVAZIONE INTENDE RAGGIUNGERE L’apparato oggetto della presente invenzione rappresenta una soluzione a detto problema, con una struttura di poche parti mobili, di dimensioni e peso relativamente piccoli, e capace di realizzare con di idonei mezzi elettronici, un efficace stabilizzazione elettrica unitamente a grande facilità, semplicità e flessibilità di controllo, con ottimizzazione in tempo reale della produzione di energia elettrica DC in ogni condizione utile di mare.

Ciò è ottenuto applicando a detto sistema a galleggiante ancorato o zavorrato al fondo il dispositivo di cui alla domanda di brevetto CS20 1 1 A00000 1 .

La tensione di uscita DC ottenuta con detto dispositivo è sufficientemente stabile a medio-breve periodo per essere idonea all 'utilizzo di convertitori DC-AC sia per il trasferimento diretto in rete dell’energia prodotta, sia per uso domestico autonomo.

ANALISI DEL RISULTATO RAGGIUNTO

L’apparato oggetto della presente invenzione è caratterizzato dall’avere il cavo di ancoraggio al fondo con la estremità superiore che si avvolge su un tamburo solidale con il rotore di un motore fisso al galleggiante. Detto motore-generatore, di tipo brushless a flusso trasversale, ha il rotore fissato direttamente e coassialmente a detto tamburo ed è alimentato in modalità corrente da una linea di potenza DC tramite una interfaccia elettronica PWM. Tale modalità corrente consente un controllo diretto della forza di trazione che, come è noto, è proporzionale alla corrente media delle fasi, per motori a magneti permanenti, ed al suo quadrato, per motori a riluttanza variabile. Detto motore-generatore opera da motore in fase di discesa dell’onda, con forza sufficiente a mantenere sotto tensione idonea il suddetto cavo di ancoraggio, e da generatore nella fase di salita dell’onda sotto la spinta di galleggiamento con forza di trazione modulata in tempo reale ed ottimizzata per le condizioni istantanee del moto ondoso.

Un volano elettromeccanico solidale con il galleggiante, costituito preferibilmente da due masse controrotanti in modo da limitare contraccolpi di reazione e moti di precessione giroscopica del galleggiante, ha i motori collegati elettricamente con interfaccia PWM in modalità corrente alla stessa linea DC con funzione di accumulatore di energia e stabilizzatore della tensione della linea di potenza DC.

Al ritorno del moto ondoso sotto una soglia predefinita di altezza o in caso di interruzione del carico elettrico, l’energia del volano è utilizzata per l’immersione dell’apparato che si posiziona a profondità utile predefinita. Detto apparato viene trattenuto in tale posizione da qualche dispositivo di blocco elettro-meccanico disposto sul detto tamburo. Mezzi di monitoraggio dell’onda saranno aggiunti per la disattivazione di detto blocco che può essere automatica e/o manuale.

Queste caratteristiche di visibilità solo in condizioni di mare mosso, ecologicamente non invasive, rendono questo apparato particolarmente idoneo per l’uso in ambienti di interesse turistico o di navigazione leggera.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati in cui

Fig. 1 è una illustrazione d’insieme del tipico apparato con galleggiante ancorato o zavorrato al fondo ;

Fig. 2 è una illustrazione in spaccato parziale del galleggiante delPapparato con evidenziati i componenti principali che caratterizzato l’invenzione.

Fig. 3 è una illustrazione delle posizioni tipiche che l’apparato assume rispetto all’onda;

Fig. 4 è lo schema elettrico generale a blocchi dell’apparato e dei mezzi di controllo più opportuni.

Descrizione dettagliata

Come illustrato schematicamente in Fig.l un apparato elettro-generatore da onde marine a galleggiante è costituito da una boa G ancorata al fondo con un blocco pesante 7 tramite il cavo 5 sotto tensione continua e controllata Fi all’altro estremo che si avvolge su un tamburo 26. azionato da un motore-generatore 23 (Fig. 2) , posti internamente alla detta boa . Un cavo elettrico 11, fornito di spiralizzazione 10 per consentire il libero movimento verticale del galleggiante, provvede al trasferimento dell’energia elettrica prodotta ad una utenza remota llf. La boa, in equilibrio idrostatico, avrà una parte 1 sopra il livello 9 dell’acqua 12 e una parte 2 sommersa. Mezzi 3 fissano alla parte inferiore di 2 una guida a basso attrito 4 per lo scorrimento del cavo 5, in modo da stabilizzare l’assetto del galleggiante. L’altezza di detta parte sommersa 2 deve essere sufficiente da evitare che l’acqua sotto pressione nella cavità 2a non raggiunga la altezza del rotore 27 anche quando l’apparato è in fase di standby in profondità (Fig. 3d) come verrà meglio descritto nel seguito.

In Fig.2 sono illustrati i componenti e la struttura meccanica oggetto della invenzione. della parte inferiore 2 del galleggiante è fissato un setto orizzontale 15 che la divide in due cavità a tenuta stagna tra loro mediante mezzi idonei 21. Nella cavità inferiore 2a, aperta in basso per consentire il passaggio del cavo di trazione 5, è fissato, sotto detto setto e tramite mezzi idonei 22, il supporto statorico 23 del motore brushless a flusso trasversale con rotore esternò 27. Detto rotore è solidale con il tamburo di avvolgimento 26 del cavo 5. Statore 25 e supporto 23 di rotazione di detto tamburo sono fissati al setto 15 mediante mezzi 17a e 17. Il rotore appare in Fig. 2 in spaccato parziale per rendere visibili le parti magnetiche statoriche 25 e le bobine di eccitazione 24 per il caso di un motore bifase con rotore a magneti permanenti a poli alternati.

Su detto setto è praticata inoltre una apertura con manicotto a tenuta stagna 16 per il collegamento alla unità di governo 13 dei cavi di alimentazione 18 delle fasi dello statore 23, del cavo elettrico di uscita 11 e della bobina del dispositivo di blocco elettromeccanico del rotore, dispositivo non mostrato in figura.

Sulla parte superiore dì detto setto 15 sono fissati la scatola 13, contenente i driver di potenza PWM e la logica di governo, ed il volano elettromeccanico 20 alimentato dalla stessa 13 tramite i cavi di collegamento elettrici 22,

Da notare che la spinta idrostatica è in gran parte sostenuta da detto diaframma 15 sotto la pressione dell’aria intrappolata all’in terno 2a della parte 2. La parte superiore 1 della boa che è fissata alla parte 2 con mezzi a tenuta stagna 19, determina con il suo volume la massima spinta idrostatica e quindi la potenza di picco dell’apparato .

Idonee finestre stagne, non mostrate in figura, potranno essere applicate al corpo della galleggiante per la manutenzione.

In Fig. 3 sono illustrate le posizioni in acqua dell’apparato dell’invenzione in alcune situazioni tipiche rispetto alla posizione di galleggiamento inerte di Fig. 3a. La Fig.3d illustra la posizione dell’apparato in standby. La profondità hs determina il livello massimo li dell’acqua nella cavità 2a della parte sommersa 2 del galleggiante. Le Fig.3b e Fig.3c illustrano la posizione del galleggiante in presenza di onda con velocità verticale uve velocità di propagazione u0rispettivamente in fase crescente e decrescente dell’acqua in superficie.

In Fig. 4 è illustrato uno schema elettrico funzionale a blocchi del circuito elettronico di governo dell’apparato 13. Detto schema include il driver di potenza 50 del motore-generatore 23, il driver di potenza 53 del volano elettromeccanico 20, i sensori 51 e 52 di monitoraggio della corrente erogata rispettivamente dal motore 23 e dal volano 20 sulla linea di potenza 11, il sensore 64 di monitoraggio della corrente erogata dall’apparato nella linea di utenza DC 11, e una circuito elettronico di controllo 62 (LC). Detto circuito di controllo comanda tramite la linea 63 il dispositivo di blocco B del tamburo di avvolgimento del cavo 5 nello stato di standby precedentemente citato. Lo stato del moto ondoso è trasmesso a detto circuito di controllo da un sensore SO idoneo 70, locale o remoto, non mostrato nelle figure, tramite una linea di comunicazione 58.

Il driver 50 del motore generatore alimenta tramite la linea 14, con la nota tecnica di alimentazione PWM in modalità corrente, le correnti medie dellte fasi Ifm, correnti che come è noto sono proporzionali al momento rotorico M e quindi alla forza di trazione sul cavo 5. Inoltre detto driver fornisce informazione al circuito di controllo sulla velocità di rotazione ω , e quindi della velocità ug del galleggiante, dai sensori di posizione rotorica che pilotano la commutazione delle fasi tramite la linea 14a.

Analogamente opera il driver 53 del volano 20 tramite le linee di fase 22 e dei sensori rotorici 22a. Il condensatore 61 è inserito come filtro delle componenti di modulazione di corrente PWM ad alta frequenza.

Il circuito di controllo 62, sulla base dei valori delle correnti Ifm ed Ifv erogate rispettivamente dal generatore e dal volano e ottenuti rispettivamente tramite le linee 66 e 56, e dei valori di corrente Iu della tensione DC Vo rispettivamente ottenuti tramite le linee 57 e 65, sarà in grado di gestire elettronicamente l’intero apparato rispettivamente negli scopi dell’invenzione.

L’esperto del ramo potrà applicare le varianti più utili, sia nella tecnologia PWM di potenza sia nella logica di controllo, senza uscire dall’ambito del trovato e quindi dal dominio della presente invenzione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Boa con dispositivo elettromeccanico per la conversione diretta dell’energia delle onde marine in energia elettrica in corrente continua stabilizzata avente internamente · un motore-generatore a corrente continua che tiene sotto tensione regolabile il cavo di ancoraggio, tramite un tamburo di avvolgimento per detto cavo, con detto tamburo fissato coassialmente al rotore di detto motore- generatore; • Un mezzo elettronico di interfaccia reversibile PWM tra detto motore e la linea elettrica di potenza DC di uscita; • almeno un volano i elettromeccanico, in funzione di stabilizzatore di tensione connesso in parallelo a detta linea di potenza per mezzo di propria interfaccia PWM; • mezzi elettronici di controllo e governo sia per detto generatore che per detto volano elettromeccanico; 2) boa secondo la rivendicazione 1) caratterizzata dall’impiego di motori rotanti con struttura brushless a flusso trasversale con alimentazione PWM in modalità corrente da detta linea di potenza DC; 3) boa secondo la rivendicazione 1) e 2) caratterizzato dall’avere le parti magnetiche statoriche del generatore in ferro dolce laminato.