ES1070253U - Electric power generator (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Generador de energía eléctrica.Electric power generator.
La presente invención se refiere a un generador de energía eléctrica, del tipo de los constituidos a partir de un rotor y un estator, alojados en el seno de una carcasa, en los que se define un inductor y un inducido, a través de los que se genera una corriente eléctrica mediante a través del giro del rotor.The present invention relates to a generator of electrical energy, of the type of those constituted from a rotor and a stator, housed inside a housing, in which an inductor and an armature are defined, through which it is generated an electric current through the rotation of the rotor.
El objeto de la invención es proporcionar un generador de energía eléctrica con una nueva estructuración interna que lo haga sumamente eficaz, con unos elevados rendimientos.The object of the invention is to provide a electric power generator with a new internal structuring That makes it extremely effective, with high yields.
El generador de la invención, si bien puede ser implantado en muy diversos tipos de mecanismos, está diseñado preferentemente para ser implantado en aerogeneradores, de manera que para una misma potencia generada que un aerogenerador convencional, las dimensiones del aerogenerador se reduzcan sensiblemente, reduciendo costes de fabricación y montaje.The generator of the invention, although it may be implanted in very different types of mechanisms, it is designed preferably to be implanted in wind turbines, so than for the same power generated as a wind turbine conventional, wind turbine dimensions are reduced significantly, reducing manufacturing and assembly costs.
Es asimismo objeto de la invención el que el generador funcione incluso ante la ausencia del viento, de acuerdo a la estructuración que se detallará a lo largo de la presente memoria descriptiva.It is also the object of the invention that the generator run even in the absence of wind, okay to the structuring that will be detailed throughout this descriptive memory.
Como es sabido, todo generador es una máquina destinada a producir energía eléctrica, indistintamente de su tamaño, el cual normalmente será función de la potencia generada, y que se puede dividir en dos áreas: la mecánica y la electromagnética.As is known, every generator is a machine destined to produce electrical energy, regardless of its size, which will normally be a function of the power generated, and which can be divided into two areas: mechanics and electromagnetic
En cuanto al aspecto mecánico, en el mismo se engloban los mecanismos, carcasas y diferentes piezas que permiten al mecanismo llevar a cabo sus funciones, mientras que en lo que a la parte electromagnética se refiere, en la misma se definen dos circuitos principales, el inductor y el inducido, de manera que el giro relativo del primero con respecto al segundo provoca en este último la generación de una corriente eléctrica que puede ser aprovechada.As for the mechanical aspect, it is they include the mechanisms, housings and different pieces that allow to the mechanism to carry out its functions, while in what to the electromagnetic part is referred to, it defines two main circuits, the inductor and the armature, so that the relative rotation of the first with respect to the second causes in this latest generation of an electric current that can be taken advantage of.
Así pues, en los generadores convencionales el inducido está compuesto por empilados de chapa magnética que determinan las masas polares, definiéndose un segundo circuito compuesto por un devanado de alambre de cobre sobre láminas de chapa magnéticas determinando las bobinas polares que están sujetas en la carcasa de la máquina.Thus, in conventional generators the induced is composed of stacked magnetic sheet that determine the polar masses, defining a second circuit composed of a copper wire winding on sheets of magnetic sheet determining the polar coils that are attached in the machine housing.
Por su parte, el inductor destinado a girar sobre su eje sujeto por un juego de cojinetes, está formado por un grupo de imanes permanentes colocados cuya polaridad se intercala dos a dos.For its part, the inductor intended to rotate on its axis held by a set of bearings, it is formed by a group of permanent magnets placed whose polarity is interspersed two to two.
Si bien este tipo de generadores cumplen la función para la que han sido previstos, en la práctica, para una potencia determinada, presentan una volumetría que sería deseable minimizar, así como unos rendimientos que sería deseable maximizar.While these types of generators meet the function for which they have been provided, in practice, for a determined power, have a volumetry that would be desirable minimize as well as yields that would be desirable maximize.
El generador de energía eléctrica que la que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, aumentando sensiblemente el rendimiento del mismo, así como reduciendo sus dimensiones para una misma potencia que un generador convencional.The electric power generator that the one proposed invention resolves in a fully satisfactory way the problem discussed above, significantly increasing the performance of the same, as well as reducing its dimensions for a Same power as a conventional generator.
Para ello, se ha previsto que, partiendo de la estructuración básica de un generador, el generador de la invención presenta como novedad el hecho de que el inducido está compuesto a partir de tres láminas de chapa magnéticas de reducido espesor unidas entre sí por unos separadores, convenientemente fijados, y de forma dentada, distribuidos equiangularmente, definiéndose tantos ángulos, es decir tantos núcleos como sea necesario, en función de la potencia a obtener, teniendo en cuenta que a mayor número de núcleos polares a menor velocidad angular girarán sus ejes para conseguir la frecuencia deseada.For this, it is planned that, starting from the basic structuring of a generator, the generator of the invention presents as a novelty the fact that the armature is composed of from three sheets of magnetic sheet of reduced thickness joined together by separators, conveniently fixed, and serrated, evenly distributed, defining as many angles, that is as many cores as necessary, in function of the power to be obtained, taking into account that the higher number of polar nuclei at lower angular velocity will rotate their axes to achieve the desired frequency.
La estructura descrita es semejante a una corona con ranuras rectas a cada lado de sus extremos del núcleo polar en su forma axial, sobre los que arrollará alambre de cobre que definen las bobinas inducidas.The structure described is similar to a crown with straight grooves on each side of its polar core ends in its axial shape, on which copper wire will roll that Define the induced coils.
Dicho inducido se dispondrá sobre una carcasa lateral, de manera que el inductor deberá tener tantos imanes permanentes como inducidos unidos eléctricamente quedando los mismos enfrentados a los imanes del inductor.Said armature will be arranged on a housing lateral, so that the inductor must have so many magnets permanent as induced electrically connected leaving the themselves facing the inductor magnets.
Esta disposición permite reducir el peso del generador, así como disponer de una estructuración que facilita la ventilación interna, aumentando así en rendimiento, y consiguiéndose un menor frenado magnético por atracción ferromagnética.This arrangement allows to reduce the weight of the generator, as well as having a structuring that facilitates the internal ventilation, thus increasing in performance, and getting a lower magnetic braking by attraction ferromagnetic
La formación de las citadas chapas magnéticas en su recorrido ejerce una menor resistencia cortando el campo de flujo magnético del imán permanente que deberá atravesar las bobinas de alambre de cobre o devanados sobre las chapas magnéticas dando origen a una diferencia de potencial que crea una fuerza electromotriz que a su vez origina una corriente eléctrica.The formation of the aforementioned magnetic plates in its path exerts less resistance by cutting the field of magnetic flux of the permanent magnet that must pass through the copper wire coils or windings on the magnetic plates giving rise to a potential difference that creates a force electromotive that in turn causes an electric current.
Aunque el recorrido del núcleo sea más largo de lo convencional en los generadores tradicionales, la nueva estructuración permite atravesar el flujo de campo magnético con mayor facilidad haciendo que dicha fuerza para mover el inductor sea del orden de veinte veces menor.Although the core path is longer than the conventional in traditional generators, the new structuring allows to cross the magnetic field flow with more easily making said force to move the inductor be of the order of twenty times smaller.
De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto la inclusión de un segundo inducido al otro lado del imán, contrapuesto al primero.According to another of the characteristics of the invention, the inclusion of a second induced to the other side of the magnet, as opposed to the first.
De esta manera se puede aprovechar el rotor por sus dos caras llegando a inducir dos bobinas a la vez. Del mismo modo, se emplearán otras dos bobinas más sobre el mismo imán permanente, mientras que el espacio definido para las aspas de ventilación será el mismo que el del otro núcleo polar del inducido con otro circuito eléctrico distinto pero con las mismas características estructurales, es decir, se emplearán cuatro inducidos con el mismo imán permanente ejerciendo un ahorro considerable de energía, y obteniéndose una corriente de onda senoidal perfecta, debido al distanciamiento que existe entre ambos núcleos polares con sus bobinas inducidas.In this way you can take advantage of the rotor by its two faces getting to induce two coils at the same time. Of the same mode, two more coils will be used on the same magnet permanent, while the space defined for the blades of ventilation will be the same as that of the other polar core of the armature with another different electrical circuit but with the same structural characteristics, that is, four will be used induced with the same permanent magnet, saving considerable energy, and obtaining a wave current perfect sine, due to the distance between the two Polar cores with their induced coils.
Por último, y de acuerdo con otra de las características de la invención, la disposición del inductor en su parte interna, y las bobinas con las chapas magnéticas en la zona externa, permiten que toda la energía producida sea aprovechada para el consumo externo, no necesitando una corriente excitatriz para producir el campo magnético del propio generador, originándose un rendimiento mayor debido a un menor consumo dada la estrechez del propio rotor.Finally, and according to another of the characteristics of the invention, the arrangement of the inductor in its internal part, and the coils with the magnetic plates in the area external, allow all the energy produced to be harnessed for external consumption, not needing an exciter current to produce the magnetic field of the generator itself, originating higher performance due to lower consumption given the narrowness of the rotor itself.
A tenor de lo anteriormente expuesto, el inductor sólo llevará la mitad de imanes permanentes que las bobinas inducidas a lo largo de su longitud circular, las cuales irán apiladas concéntricamente y simétricamente en relación a su eje de giro, con una separación entre ellas, disminuyendo su peso y facilitando su ventilación, tal como se ha comentado anteriormente.In accordance with the foregoing, the inductor will only carry half of permanent magnets that Induced coils along its circular length, which they will be stacked concentrically and symmetrically in relation to their axis of rotation, with a separation between them, decreasing their weight and facilitating its ventilation, as mentioned previously.
Así pues, si el generador de la invención se implanta en un aerogenerador, a igualdad de potencias generadas con respecto a un aerogenerador convencional, las dimensiones de éste último se reducirían considerablemente, facilitando tanto su fabricación como su instalación.Thus, if the generator of the invention is implanted in a wind turbine, with equal power generated with respect to a conventional wind turbine, the dimensions of the latter would be considerably reduced, facilitating both its Manufacturing as your installation.
Adicionalmente, se ha previsto que el generador esté asistido por un pequeño motor eléctrico para hacerle girar, de manera que en caso de ausencia de viento dicho generador continúe funcionado motor que estará retro-alimentado por el propio generador, motor que tendrá un gasto energético menor que el generado por el generador, con lo que se consigue un elevado rendimiento energético.Additionally, it is expected that the generator be assisted by a small electric motor to spin it, of so that in case of absence of wind said generator continues run engine that will be retro-powered by the own generator, engine that will have a lower energy expenditure than the generated by the generator, which achieves a high Energy efficiency.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as an integral part of said description, a set of drawings where with character Illustrative and not limiting, the following has been represented:
La figura 1.- Muestra una vista en alzado frontal del inducido que participan en el generador de energía de la invención, así como de la carcasa que contiene al mismo.Figure 1.- Shows an elevation view front of the armature involved in the power generator of the invention, as well as the housing containing it.
La figura 2.- Muestra una representación esquemática en perspectiva del inductor de la figura anterior, en el que únicamente, y por motivos de simplificación, se ha representado su primer anillo de bobinas.Figure 2.- Shows a representation schematic in perspective of the inductor of the previous figure, in which only, and for reasons of simplification, has represented his first ring of coils.
La figura 3.- Muestra una representación esquemática en planta de la disposición del inductor y los inducidos.Figure 3.- Shows a representation plan schematic of the arrangement of the inductor and the induced.
La figura 4.- Muestra una vista en alzado lateral del aspecto exterior del generador de la invención.Figure 4.- Shows an elevation view lateral aspect of the generator of the invention.
La figura 5.- Muestra, finalmente, una vista en alzado frontal del conjunto de la figura anterior.Figure 5.- Shows, finally, a view in front elevation of the assembly of the previous figure.
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como el generador que se preconiza está constituido a partir de una carcasa (1) de configuración básicamente discoidal, dotada en su extremidad inferior de patas (2) o medios de apoyo o fijación para la misma, en cuya extremidad superior se dispondrá una caja (3) a través de los que saldrán los cables (4) con la corriente generada por el generador, dividiéndose dicha carcasa en dos semi-carcasas que se fijan entre sí por atornillamiento, todo ello tal y como se puede observar en las figuras 4 y 5.In view of the figures outlined, you can observe how the generator that is recommended is constituted to from a basically discoidal configuration housing (1), endowed in its lower limb with legs (2) or support means or fixing for it, whose upper extremity will be arranged a box (3) through which the cables (4) will come out with the current generated by the generator, said housing being divided into two semi-housings that are fixed to each other by screwing, all as can be seen in the Figures 4 and 5.
En el seno de la citada carcasa se establecen dos inducidos (5), tales como el representado en las figuras 1 y 2, compuesto por tres láminas (6) de chapa magnética de 2 milímetros de espesor unidas entre si por unos separadores pegados conjuntamente con resinas, de la que emergen una serie de núcleos polares (7) que en el presente caso participan en número de 76, sobre los que va arrollada una bobina a base de hilo de cobre (8) constituyendo el devanado de las bobinas inducidas.Within the aforementioned housing are established two armatures (5), such as that shown in Figures 1 and 2, composed of three sheets (6) of 2 mm magnetic sheet thick joined together by glued separators together with resins, from which a series of cores emerge polar (7) that in the present case participate in number of 76, on which a coil based on copper wire (8) is wound constituting the winding of the induced coils.
Tal y como se ha comentado con anterioridad, el tamaño de generador depende directamente de la potencia previsto para el mismo, pudiéndose asignar tantos núcleos polares como se crea convenientes para generadores de distintas potencias. A mayor número de núcleos polares se precisará una menor velocidad angular sobre su ejes para conseguir la frecuencia deseada.As previously mentioned, the generator size directly depends on the expected power for the same, being able to assign as many polar nuclei as creates suitable for generators of different powers. Older number of polar nuclei will require a lower angular velocity on its axes to achieve the desired frequency.
Los citados núcleos polares (7), o concretamente las chapas que los determinan, presentarán un espaciado uniforme entre los mismos, cuya magnitud podrá variar, (2 centímetros, 3, 4 ... 7, 8, 9 etc.), así como su altura, de manera que cuanto más alto sea núcleo polar mayor número de espiras alcanza y de este modo será también su tensión más elevada con mayor intensidad pero con imanes más potentes.The aforementioned polar nuclei (7), or specifically the plates that determine them will have a uniform spacing between them, whose magnitude may vary, (2 centimeters, 3, 4 ... 7, 8, 9 etc.), as well as its height, so that the more high polar core is greater number of turns reaches and of this mode will also be your highest voltage with greater intensity but with more powerful magnets.
Esta especial estructuración permite que se definan espacios (9) entre los núcleos que faciliten la ventilación interna del generador, en el que el inductor rotatorio (10) deberá tener tantos imanes permanentes como inducidos unidos eléctricamente, absorbiendo de ese modo la mitad de los imanes para un menor peso y ventilación incorporada, tratándose siempre y cuando haya muchos núcleos polares, incorporada dentro de su mismo rotor todo esto para un menor frenado magnético por su atracción ferromagnética.This special structuring allows you to define spaces (9) between the cores that facilitate ventilation internal generator, in which the rotary inductor (10) must have as many permanent magnets as induced together electrically, thereby absorbing half of the magnets to lower weight and built-in ventilation, always being treated and when there are many polar nuclei, incorporated within it rotor all this for less magnetic braking because of its attraction ferromagnetic
De esta manera se consigue un mayor ahorro energético, habiéndose previsto que dicho generador esté asistido por un motor eléctrico que será él medio de locomoción del generador. La citada formación de las chapas magnéticas de los núcleos polares (7), hace de ellos una importante contribución ya que debe estar frente a los imanes permanentes por la que deberá circular entorno a su formación haciendo de su recorrido su única y fundamental labor.This way you get more savings energy, with said generator provided by an electric motor that will be the means of locomotion of the generator. The aforementioned formation of the magnetic plates of the polar nuclei (7), makes them an important contribution already which must be in front of the permanent magnets for which it must circulate around your training making your journey unique and fundamental work.
Así pues, en el movimiento de las chapas magnéticas en su recorrido, éstas ejerce una menor resistencia, permitiendo cortar el campo de flujo magnético del imán permanente (inductor) que deberá atravesar las bobinas de alambre de cobre ó devanados sobre las chapas magnéticas dando origen a una diferencia de potencial creando en ellos una fuerza electromotriz y originando consecuentemente una corriente eléctrica.So, in the movement of the plates magnetic in its path, these exert a lower resistance, allowing to cut the magnetic flux field of the permanent magnet (inductor) that must pass through the coils of copper wire or windings on the magnetic plates giving rise to a difference of potential creating in them an electromotive force and originating consequently an electric current.
Para un mejor rendimiento del generador, se ha previsto la incorporación de un segundo inducido (5), de manera que el rotor o inductor quede paralelamente dispuesto entre ambos inducidos enfrentados, de idénticas características. Así pues, el se emplea el rotor por sus dos caras opuestas a través del mismo imán permanente es decir polo norte y polo sur, llegando a inducir dos bobinas a la vez. Del mismo modo se emplearán otras dos bobinas más sobre él mismo imán permanente (inductor).For better generator performance, it has been planned the incorporation of a second induced (5), so that the rotor or inductor is arranged in parallel between the two Induced faced, of identical characteristics. So the the rotor is used for its two opposite faces through it permanent magnet ie north pole and south pole, getting to induce Two coils at once. In the same way two other coils will be used more about himself permanent magnet (inductor).
Esta estructuración permite que no sea necesaria una corriente excitatriz para producir él campo magnético del propio generador, con un rotor relativamente delgado, deslizante sobre los correspondientes cojinetes (11).This structuring allows that it is not necessary an exciter current to produce the magnetic field of own generator, with a relatively thin, sliding rotor on the corresponding bearings (11).
Consecuentemente, para un mismo grosor de rotor o inductor, si ampliamos el diámetro del mismo, ampliaremos la potencia, sin contribuir de forma muy negativa al peso y volumen del generador.Consequently, for the same rotor thickness or inductor, if we expand its diameter, we will expand the power, without contributing very negatively to weight and volume of the generator.
El inductor sólo llevará la mitad de imanes permanentes que las bobinas inducidas a lo largo de su longitud circular pero a su vez irán apiladas concéntricamente y simétricamente hacia su eje, convenientemente separadas.The inductor will only carry half of magnets permanent than the coils induced along its length circular but in turn they will be stacked concentrically and symmetrically towards its axis, conveniently separated.
Al igual que en el caso del inducido, la configuración del inductor permitirá una eficaz refrigeración del mismo.As in the case of the armature, the inductor configuration will allow efficient cooling of the same.
A modo meramente de ejemplo, y sin que éste suponga limitación alguna en cuanto a las dimensiones, número de espiras, y otros parámetros de diseño que pueden variar en función de la potencia requerida en cada caso, se ha comprobado matemáticamente que apilando un total de diez hileras comprendidas entre 6,8 y 18 centímetros, estableciéndose 160 elementos en cada inducido, incluyendo cada bobina 150 espiras, el flujo del imán es de 3700 gauss y su frecuencia de 50 ciclos por segundo, con una longitud media de 30,2 cm por espira, se obtiene una reactancia de 1,06 ohmios, que produce una potencia de 64,7 vatios por bobina.By way of example only, and without this suppose any limitation as to the dimensions, number of turns, and other design parameters that may vary depending on of the required power in each case, it has been checked mathematically than stacking a total of ten rows comprised between 6.8 and 18 centimeters, establishing 160 elements in each induced, including each coil 150 turns, the magnet flow is of 3700 gauss and its frequency of 50 cycles per second, with a average length of 30.2 cm per turn, a reactance of 1.06 ohms, which produces a power of 64.7 watts per coil.
Dado que, como se ha comentado con anterioridad, se disponen 160 bobinas para cada semi-carcasa, el generador descrito generaría una potencia del orden de 20 KW, de manera que, tal y como se ha apuntado anteriormente, el generador estará asistido por un motor eléctrico para desarrollar el trabajo del generador, de 6 KW a 1500 rpm si bien con 428 rpm sería suficiente. Mediante un reductor acoplado al motor, con una relación de reducción de 3,5 veces menor, éste le permitirá obtener más potencia de manera que lo que se reduce en velocidad se ganará en potencia, obteniéndose un motor eléctrico de 1500: 3,5 = 428 rpm con 21 KW de potencia más que suficiente para hacer girar él inductor del generador. Con dichas 428 revoluciones por minuto se obtienen los 50 Hz de frecuencia necesarios, mas una pequeña tolerancia.Since, as previously mentioned, 160 coils are arranged for each semi-housing, the described generator would generate a power of the order of 20 KW, of so that, as noted above, the generator will be assisted by an electric motor to carry out the work of the generator, from 6 KW at 1500 rpm although with 428 rpm it would be enough. By means of a reducer coupled to the motor, with a relationship reduction of 3.5 times lower, this will allow you to get more power so that what is reduced in speed will be gained in power, obtaining an electric motor of 1500: 3.5 = 428 rpm with 21 KW more than enough power to spin it generator inductor With these 428 revolutions per minute, get the 50 Hz frequency needed, plus a small tolerance.
Por último, cabe destacar el hecho de que, los devanados de las bobinas estarán conectadas en serie con las demás bobinas de su misma masa polar una tras otra hasta llegar a la ultima que le precede quedando los bornes ó extremos para una próxima conexión con las demás piezas inducidas y enlazadas del mismo modo en serie, indistintamente de su tamaño, sumando sus tensiones ó voltaje pero con la misma intensidad de corriente.Finally, it should be noted that windings of the coils will be connected in series with the others coils of the same polar mass one after the other until reaching the last that precedes being the terminals or ends for a next connection with the other induced and linked parts of the same way in series, regardless of size, adding their voltages or voltage but with the same current intensity.
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