ES2576104A1 - Generador eléctrico - Google Patents

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ES2576104A1
ES2576104A1 ES201531644A ES201531644A ES2576104A1 ES 2576104 A1 ES2576104 A1 ES 2576104A1 ES 201531644 A ES201531644 A ES 201531644A ES 201531644 A ES201531644 A ES 201531644A ES 2576104 A1 ES2576104 A1 ES 2576104A1
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José Manuel ALARCÓN PLANES
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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Abstract

Generador (1), del tipo que comprenden un inductor (2) con imanes (3) y un inducido (4) con, al menos, un devanado (5) de cable conductor, y que tienen movimiento relativo entre sí, donde los devanados (5) del inducido (4) carecen de núcleo ferromagnético, y donde los devanados (5) del inducido (4) se encuentran dispuestos de forma que sus ejes axiales (6) se disponen paralelamente a las caras polares (7) del inductor (2).

Description

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DESCRIPCION OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un generador electrico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En la actualidad se conocen generadores electricos de corriente continua y generadores electricos de corriente alterna, tambien llamados alternadores.
Los generadores estan compuestos interiormente de un inductor y un inducido, existiendo un movimiento relativo entre ellos; son maquinas rotativas, donde normalmente una de estas partes gira respecto a la otra; pudiendo haber generadores con inductor fijo (sin movimiento) e inducido movil, o al reves, inductor movil e inducido fijo (suele ser asl debido a las ventajas economicas que presenta).
El inductor esta compuesto por un iman o grupo de imanes o electroimanes, de forma que generan un campo magnetico que se mueve respecto al inducido. El inducido esta compuesto por un nucleo de material ferromagnetico y un circuito electrico. El nucleo es un conjunto de chapas laminadas de bajas perdidas y poco espesor, normalmente del orden de 0,5 mm apiladas y aisladas entre si por una fina capa de barniz dielectrico. El circuito electrico esta constituido por devanados (constituidos por cable de cobre esmaltado, al cual, se le ha aplicado barniz dielectrico para aislarlos aun mas entre si y formar un conjunto), que se introducen en las ranuras del circuito magnetico y posteriormente se barnizan con barniz dielectrico.
El material del que esta hecho el nucleo es un material de alta permeabilidad magnetica e idealmente baja histeresis, y que suele estar fabricado en acero electrico -tambien llamado acero magnetico-, acero al silicio, o acero para transformadores.
Para generation de corriente continua se conocen otras maquinas electricas -como las dinamos- de funcionamiento similar, pero donde se aprovecha el giro del inducido para
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conmutar mediante delgas (contactos electricos que dependen de la position angular entre el rotor y el estator) la corriente generada y que siempre sea del mismo signo en los terminales exteriores del generador.
En cualquiera de los casos, la induction ocasiona que al someter a un material ferromagnetico -al nucleo- a un campo magnetico intenso sus dominios tienden a alinearse con el con el mismo sentido y direction que el campo magnetico inductor, asl pues y por poner un ejemplo, si a un tornillo de hierro se le acerca el polo sur de un iman, sobre dicho tornillo se ejercera una fuerza de atraccion y si se le acerca el polo norte del iman, igualmente se ejercera sobre el tornillo una fuerza de atraccion, siendo igual que se le acerque el polo norte o el polo sur, de forma que cuando al tornillo se le acerca el polo norte del iman, su extremo mas cercano al iman se configura como un polo sur y cuando se le acerca el polo sur del iman, su extremo mas cercano al iman se configura como un polo norte.
Este comportamiento magnetico, por tanto, genera fuerzas de atraccion entre inductor e inducido que se oponen a su movimiento relativo; ademas, si el generador esta produciendo electricidad porque hay carga en su salida, esta oposicion es mayor debido al electroiman que forma el inducido, o lo que es lo mismo, el electroiman del inducido se esta oponiendo al iman o electroiman del inductor. Esto disminuye el rendimiento del generador, que nunca alcanza rendimientos por encima del 80%, y supone una infrautilizacion de los imanes.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El generador de la invention tiene una configuration que consigue elevar el rendimiento por encima de los llmites de los generadores actuales.
El generador es del tipo que comprenden un inductor con imanes (ya sea imanes permanentes y/o electroimanes) y un inducido con devanados de cable conductor, teniendo inductor e inducido movimiento relativo entre si, pudiendo ser movil el inductor y fijo el inducido o viceversa, o incluso moverse ambos, siempre que exista movimiento relativo, esto es, que uno se mueva respecto al otro.
Con esta configuration general, y de acuerdo con la invention, el inducido comprende, al menos, un devanado, donde dicho devanado carece de nucleo ferromagnetico, y donde los devanados del inducido se encuentran dispuestos de forma que sus ejes axiales se disponen
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paralelamente a las caras polares del inductor.
De este modo se consigue evitar las fuerzas de atraccion/repulsion entre inductor e inducido que se oponen al movimiento relativo entre ambos, aumentando el rendimiento. Efectivamente, en los generadores convencionales al tener el inducido un nucleo ferromagnetico, el campo magnetico que genera el inducido se multiplica por la permeabilidad magnetica relativa del material ferromagnetico, la cual puede ser miles de veces superior a la del aire, segun la relation B = k p0 n I/L, donde B, es el campo magnetico producido en el inducido o solenoide (en Gauss), k es la permeabilidad relativa del material ferromagnetico; para un material como hierro practicamente puro, con un porcentaje muy pequeno de impurezas, la permeabilidad relativa puede llegar a ser de entre 5.000 y 180.000 veces superior a la permeabilidad del aire, pudiendo crear entonces una oposicion al inductor que pudiera llegar a ser de entre 5.000 y 180.000 veces superior que la oposicion que crearla ese mismo inducido si no dispone de un nucleo ferromagnetico (k=5.000 a 180.000 para hierro purificado); n es el numero de espiras que rodean al nucleo, I es la intensidad electrica que circula por el devanado (en Amperios) y L es la longitud del devanado (en metros). Asl pues, el generador objeto de esta invention no va a usar material ferromagnetico en el nucleo del inducido.
En la realidad, al querer obtener una gran energla de las espiras del inducido y debido a la saturacion magnetica del material ferromagnetico, la diferencia de campo magnetico creado por un inducido que lleve material ferromagnetico respecto de un inducido que no lleve material ferromagnetico no llega a ser de entre 5.000 y 180.000 veces (podrla ser si sacaramos poca electricidad de las bobinas del inducido, pero no es el caso, ya que queremos sacar mucha electricidad de ellas); aun asl va a disminuir considerablemente, por ejemplo:
Imaginemos una bobina o devanado de un inducido sin nucleo ferromagnetico (k = 1), que produce 230 voltios, con 4 capas de 17 espiras cada una; supongamos que vamos a generar 40 Amperios por el cable electrico, debido a los aparatos en paralelo conectados al generador; supongamos que el hilo conductor es de 2,8 mm de diametro; entonces:
B = (1) x (4 n 10-3) x (4 x 17) x (40) / ( 2,8 x 17 / 1000) = 718,0783 Gauss
Si esta misma bobina del inducido llevara un nucleo ferromagnetico de igual longitud que el solenoide anterior, (2,8 mm x 17 = 47,6 mm = 4,76 cm), este nucleo se saturarla magneticamente para un material ferromagnetico, que por ejemplo fuera hierro, a 21.500
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Gauss; la diferencia por tanto entre que la bobina del inducido lleve o no un nucleo de hierro, cuando queremos obtener 40 Amperios por su devanado es de 21.500 / 718,0783 =
29,94 veces.
La tension o voltaje generado se corresponde con la relation: E = B l v / 100.000.000, donde E=fuerza electromotriz generada (voltios), B=flujo magnetico en (gauss), l=longitud del conductor (cm) y v=velocidad relativa entre inductor e inducido (cm/s)
En los generadores convencionales, tal y como estan disenados en la actualidad, el material ferromagnetico del inducido es necesario, (las espiras que forma su devanado estan dispuestas paralelamente a las caras polares del inductor y es el nucleo ferromagnetico el encargado de transmitir el magnetismo a las espiras, generandose en las mismas un voltaje inducido).
En el generador de la invention, la particular distribution de los devanados respecto al inductor va a conseguir el necesario flujo magnetico, prescindiendo del nucleo en el inducido.
A continuation se expondra la geometrla que deben tener las espiras del inducido segun sea el inductor, ya que la geometrla de la espira influye en que se obtenga o no un voltaje y una corriente inducida. Las espiras deben tener una cierta geometrla para que puedan producir voltaje y/o corriente.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las figuras 1 y 2 muestran una realization esquematica simple del generador de la invencion, con grupos de imanes por un solo lado del inducido, y donde existe un movimiento relativo entre inductor e inducido.
Las figuras 3 y 4 muestran una vista similar a la de la figura 2 de sendas realizaciones mas elaboradas, donde el inductor comprende conjuntos adicionales de imanes dispuestos por varios lados del inducido y/o mas devanados en el inducido.
La figura 5 muestra sendas vistas en section y planta de un inductor configurado en forma de rotor, con los imanes dispuestos con sus caras polares perpendiculares a direcciones radiales.
La figura 6 muestra sendas vistas en seccion y planta de un inductor configurado en forma
de rotor, con los imanes dispuestos con sus caras polares dispuestas paralelamente a
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direcciones radiales. Concretamente con esta configuration se generarla corriente continua.
La figura 7 muestra una vista en planta de un inducido configurado por devanados rectos convergentes insertos en una base discoidal.
La figura 8 muestra una vista en section de una realization con un rotor con una corona de imanes y dos bases de inducido.
La figura 9 muestra una vista similar a la de la figura 7, donde se han materializado un mayor numero de devanados rectos en el inducido.
La figura 10 muestra una vista de una corona de inductor para una variante de realization del generador para generar corriente alterna.
La figura 11 muestra la superposition del inducido con el rotor de la figura 10.
Las figuras 12 y 13 muestran otras posibles configuraciones del generador para obtener corriente alterna.
La figura 14 muestra una vista exterior de una realization del generador de la invention con una corona de imanes y dos bases de inducido.
La figura 15 muestra una vista del generador de la figura 14 con una de sus tapas y una de sus bases desmontada, donde se aprecia el rotor inductor en primer plano.
la figura 16 muestra una vista similar a la mostrada en la figura 15, con el rotor inductor desmontado.
DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PRACTICA DE LA INVENCION
Empezando con las figuras 1 a 4, el generador (1) objeto de esta patente es del tipo que comprenden un inductor (2) con imanes (3), los cuales pueden ser imanes y/o electroimanes, y un inducido (4) con devanados (5) de cable conductor, teniendo el inductor (2) y el inducido (4) movimiento relativo entre si. De acuerdo con la invention, el generador (1) comprende, al menos, un devanado (5), con la caracterlstica fundamental de que dicho devanado (5) o
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devanados carecen de nucleo magnetico, y donde los devanados (5) del inducido (4) se encuentran dispuestos de forma que sus ejes axiales (6) se disponen paralelamente a las caras polares (7) del inductor (2).
Para conseguir un flujo magnetico util por el interior de los devanados (5) del inducido (4), la invencion ha previsto que dichos devanados (5) comprendan espiras con, al menos, un primer tramo (9, 9a) donde se va a generar el voltaje (ver fig 1 a 3), y segundos tramos (10, 10a) de longitud suficiente para cerrar el circuito electrico, encontrandose el primer o primeros tramos (9, 9a) paralelo a las caras polares (7) del inductor (2).
Al precisar para los devanados (5) un cable relativamente largo y que debe de estar cercano al magnetismo producido por las caras polares (7) del inductor (2), debe conseguirse que dicho cable este lo mas cercano posible a dichas caras polares (7) y en la mayor longitud posible expuesta en los primeros tramos (9, 9a), siendo los segundos tramos (10, 10a) necesarios para cerrar el circuito electrico; unos segundos tramos (10) paralelos a la direccion del campo magnetico no cooperan en la generation de fuerza electromotriz mientras que en otros segundos tramos (10a) perpendiculares al campo magnetico que se aprecian en las figuras 1 y 2 se crea una fuerza electromotriz opuesta a la generada en el primer tramo (9).
Efectivamente, con una configuration con el inductor (2) en un solo lado del inducido (4), segun la regla de la mano derecha el sentido de la corriente (30) en cada una de las espiras del devanado (5) debido al movimiento relativo entre inductor (2) e inducido (4) puede ser de las dos formas que muestran las figuras 1 y 2 (en ambas el inductor (2) es el que se mueve y el inducido (4) es el que permanece estatico).
En esta configuracion hay un primer tramo (9) de las espiras del devanado (5), que se encuentra mas cercano a la cara polar (7), en el que se genera una fuerza electromotriz con corriente (30) asociada en el sentido indicado; en el segundo tramo opuesto (10a) al primer tramo se genera fuerza electromotriz (y corriente (30) asociada) en sentido opuesto, aunque de menor magnitud debido a la mayor distancia a la cara polar (7). En los otros segundos tramos (10) paralelos a la direccion del campo magnetico apenas se genera fuerza electromotriz (decimos apenas, ya que las llneas de campo magnetico salen perpendicularmente a la cara polar, pero vuelven al iman (3), cerrandose, pasando alguna llnea por estos tramos de menor longitud (10), aunque se genera algo de fuerza electromotriz en estos tramos (10), la fuerza generada en un tramo (10) se opone al otro tramo (10). La resultante entre fuerzas
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electromotrices generadas en el primer tramo (9) y en el segundo tramo opuesto (10a) implica una resultante favorable al primer tramo (9) (en el segundo tramo (10a) no se generaria fuerza electromotriz neta), por lo que ya habria generacion en el generador (1) segun esta configuration.
Lo ideal seria que el segundo tramo opuesto (10a) no existiera, pero debe existir para darle continuidad al devanado (5) y se pueda generar fuerza electromotriz en el inducido (4) -que esta en funcion de la longitud del conductor-. Otra option seria, en la variante de las figs 1 y 2, separar el primer tramo (9) y el segundo tramo opuesto (10a) ya que el campo magnetico generado por un iman (3) decrece proporcionalmente al cuadrado de la distancia de alejamiento de la cara polar (7). Por ejemplo, un iman (3) de grado N45, de medidas 40 mm de alto, 10 mm de ancho y 20 mm de espesor produce un campo aproximado en la cara polar (7) 40 x 10 mm2, de 6.098 Gauss a una distancia de 0 mm, 2.761 G a 5 mm, 1396 G a 10 mm, 510 G a 20 mm, 237 G a 30 mm, 13 G a 100 mm y 4 G a 150 mm Si separamos ambos tramos citados por ejemplo 100 mm = 10 cm., el voltaje generado en el primer tramo (9) seria 6.098/13 = 469 veces mayor al voltaje de sentido contrario generado en el segundo tramo opuesto (10a), o lo que es lo mismo, el voltaje generado en el primer tramo (9) perderia un 0,21 % debido a la oposicion del voltaje de sentido contrario producido en el segundo tramo opuesto (10a).
Por tanto, en esta primera variante del generador (1) de la invention que comprenderia un primer conjunto (11) de imanes (3) en el inductor (2), que se encuentran dispuestos por un solo lado y enfrentados con unos primeros tramos (9) cercanos del devanado (5) del inducido (4), donde el devanado (5) comprende otros segundos tramos (10, 10a) mas alejados del primer conjunto (11) de imanes (3), se genera una fuerza electromotriz neta en el devanado (5).
Obviamente, otras formas de espira que no sean rectangulares (triangulares, con uno o mas lados curvos, incluso con tramos mixtos) tambien pueden producir energia; aun asi, para cualquier forma que se pueda disenar siempre existiria una forma rectangular equivalente que produzca la misma fuerza electromotriz
Otras variantes segun la invencion (ver figs 3 y 4), contemplan que el inductor (2) comprenda conjuntos adicionales (11a) de imanes (3), que se encuentren dispuestos paralelamente a otros primeros tramos (9a) del devanado (5), que igualmente sean los mas cercanos a dichos conjuntos adicionales (11a), esto es, a las caras polares (7) de sus imanes (3), encontrandose ademas las caras polares (7) del mismo signo del primer conjunto (11) y de los conjuntos
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adicionales (11a) en la misma position relativa respecto a un mismo devanado (5) del inducido (4). En la realization de la figura 3 se aprecia que los devanados (5) del inducido (4) comprenden espiras con dos primeros tramos (9, 9a) enfrentados paralelos y dos segundos tramos (10), mientras que el inductor (2) comprende dos conjuntos (11, 11a) de imanes (3) con caras polares (7) del mismo signo, que se encuentran dispuestos paralelamente a los dos primeros tramos (9, 9a) de las espiras de los devanados (5) del inducido (4). La misma position relativa de los conjuntos (11, 11a) respecto al inducido (4) se aprecia en esta figura 3, donde se ve que los imanes (3) se mueven en la misma direction, magnitud (velocidad o velocidad angular) y sentido relativo respecto al inducido (4), y sus caras polares (7) son las mismas, las dos norte. Igualmente los inductores podrlan girar en sentido contrario uno respecto del otro; en este caso la polaridad del conjunto (11) mas cercano al primer tramo (9) debe de ser contraria a la polaridad del conjunto (11a) mas cercano al otro primer tramo (9a). En esta configuration, se debe prever a la hora de disenar los soportes, no representados, de los imanes (3) del inductor (2) las fuerzas de repulsion entre las caras polares (7) de igual polaridad, debido a su proximidad. El montaje puede verse favorecido por la utilization de electroimanes, ya que no actuan hasta que son alimentados.
Segun estas realizaciones, el primer conjunto (11) de imanes genera fuerza electromotriz en unos de los primeros tramos (9) de las espiras de los devanados (5), y el segundo conjunto (11a) en los otros primeros tramos (9a). Cada conjunto (11, 11a) cercano a cada primer tramo (9, 9a) sera el responsable de generar su fuerza electromotriz, ya que las llneas magneticas de los imanes (3) no se cruzan, se repelen, saliendo por los segundos tramos (10). Segun esta variante de la invention, el inductor (2) podrla comprender varios conjuntos adicionales (11a) de imanes (3), que se encuentren dispuestos por ejemplo paralelamente, como se muestra en la figura 4. De esta forma se obtiene mayor rendimiento de imanes (3).
Por su parte, los devanados (5) del inducido (4) se encuentran idealmente formados por arrollamientos continuos de cable realizados en cable de cobre esmaltado; no obstante podrla tener otras formas mas cortas, no representadas, (tipo escobilla con cortes interiores formando hilos y unidos en los extremos), pero los voltajes generados serlan pequenos al no haber una longitud adecuada del conductor.
Como es necesario el movimiento relativo entre inductor (2) e inducido (4), adoptando idealmente configuration de maquina rotativa, es necesario acoplar uno de los dos a un eje motor, no representado. Unas variantes para realizaciones con inductor (2) movil pueden verse
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en las figs 5 y 6, donde el inductor (2) se encuentra configurando un rotor (14) con los imanes (3) dispuestos en forma de corona (15) circular, mientras que el inducido (4), que no se representa en estas figuras, se encontrarla configurando el estator (16).
En la variante de la figura 5, que muestra el rotor (14) en seccion y en planta, los imanes (3) del mismo se encuentran dispuestos radialmente con sus caras polares (7) en posicion extrema y perpendiculares a la direction radial, esto es, paralelas al eje (15a) de la corona (15), de forma que el flujo magnetico sale radialmente hacia los devanados (5) del inducido (4), los cuales se encontrarlan dispuestos paralelamente en sentido radial a dichas caras polares (7). Tiene el inconveniente de que aprovecha solo la polaridad de una de las caras de los imanes (3).
En la variante de la figura 6, que igualmente muestra el rotor (14) en seccion y en planta, los imanes (3) del rotor (14) se encuentran dispuestos radialmente y con sus caras polares (7) paralelas a las direcciones radiales, de forma que el flujo magnetico sale de las caras polares (7) paralelamente con el eje (15a) de la corona (15), encontrandose los devanados (5) del inducido (4) -esto es, el estator (16)- enfrentados a dichas caras polares (7) por uno o ambos lados de dichos imanes (3). Esta variante tiene mas aprovechamiento, ya que se puede utilizar la polaridad de las dos caras de los imanes (3) y situar ademas devanados (5) enfrentados a las dos caras polares (7); el espesor del rotor (14) ademas se reduce, por lo que el inductor (2) pesara menos y opondra menores inercias; ademas se pueden poner varias coronas (15) de imanes (3) analogamente a los mostrado en las figuras 4 y 5, 10 y 16, para obtener los conjuntos adicionales (11a) de imanes (3), consiguiendo aumentar las superficies de las caras polares (7) haciendo el aparato mas rentable. Para este tipo de rotor (14), preferentemente los devanados (5) del inducido (4) se encuentran montados en bases (16a) discoidales (ver fig 7) de material diamagnetico (por ejemplo de resina dielectrica) paralelas a la corona (15), de forma que, al menos, los primeros tramos (9, 9a) de los devanados (5) quedan dispuestos enrasados con las superficies de las bases (16a) enfrentadas a las caras polares (7) (ver fig 8), y ademas los devanados (5) adoptan una disposition toroidal (ver fig 7).
En las Figuras 7 y 8 se aprecian los devanados (5) insertos en la base (16a). La distancia entre primeros tramos (9) y segundos tramos opuestos (10a) (ver fig 8) podrla ser de 10 cm. La base (16a) comprende 12 devanados (5), y si se disponen en el inductor (2) dos coronas (15) y 2 bases (16a) como se ve en las figuras 8, 15 y 16, serlan 24 devanados; el hilo utilizado serla de 2,8 mm de diametro (mas de 6 mm2 de seccion), en principio cada devanado (5) obtendrla 246 v; el potencial del generador (1) es importante en comparacion con sus dimensiones; el
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generador (1) podrla tener el doble de arrollamientos en cada devanado (5), obteniendo el doble de produccion de energla.
Cada uno de los devanados (5) del inducido (4) cuando estan generando corriente electrica se estan comportando como solenoides, de los que sale una intensidad debida a la conexion de una carga exterior, intensidad que sera mayor cuanto menor sea la resistencia del circuito asociado a dicha carga exterior. Es conocido que en un solenoide por el cual circula una corriente genera un campo magnetico cuyas llneas magneticas discurren por el interior del solenoide saliendo al exterior y cerrandose al llegar a los extremos del solenoide. En nuestra configuration toroidal conseguimos que el campo magnetico producido por cada uno de los solenoides no se cierre individualmente por el exterior de los devanados (5) (salvo las pequenas perdidas de llneas de flujo a traves de los huecos (26) entre devanados (5)), sino que debido a la cercanla de los devanados (5) formen en conjunto una disposition toroidal cerrada, ya que todos los devanados (5) generan campos magneticos en el mismo sentido, con lo cual sus llneas de flujo (27) se unen entre ellas (ver fig 9). De esta forma la oposicion al campo magnetico en movimiento del inductor (2) habra disminuido en gran medida, ya que se disminuye el campo magnetico exterior que interactue con el mismo, todo lo contrario a lo que ocurre en los generadores convencionales -donde la oposicion es maxima al estar las caras polares del inducido enfrentadas a las del inductor, creando una maxima atraccion en esta situacion, dificultando en gran medida el giro relativo entre ambos-.
Efectivamente, en un generador convencional los polos del inducido a traves de su nucleo ferromagnetico crean atracciones sobre los polos del inductor dificultando en gran medida el movimiento del mismo; en el generador (1) de la invention el campo magnetico generado en el inducido (4) es perpendicular al del inductor (2), y se puede decir que no hay atraccion ni repulsion entre ellos; realmente el campo magnetico que genera cada espira del inducido (4) se opone al campo magnetico inductor (2) al entrar en el mismo - pero es repelido al salir del mismo. Ademas, como se ha comentado, el campo magnetico en el inducido (4) es entre 5.000 y 180.000 veces inferior al campo que producirla si llevara un nucleo ferromagnetico cuyo material ferromagnetico fuera hierro purificado; por otra parte, en esta variante en concreto, el campo magnetico toroidal generado queda confinado en el interior del inducido (4), con un comportamiento muy diferente al de un generador convencional.
En la figura 7 se observa que el toroide esta abierto ya que los devanados (5) son rectos y dispuestos convergentemente hacia el centro, dejando una separation mayor en el extremo
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exterior de los mismos (huecos (26)); cabe la posibilidad de hacer devanados (5) prismaticos de base en forma de trapecio circular (ver fig 13), en los cuales el exterior sea mas ancho que el interior dejando mas separacion entre hilos por el exterior, disminuyendo y/o eliminando los huecos (26) exteriores del toroide; aunque este tipo de devanado (5) serla mas complicado de realizar, pero posible. Hay tambien que decir que si queremos obtener un voltaje determinado, si realizamos el mismo numero de vueltas en devanados (5) mas estrechos disminuira la amplitud de los huecos (26) (ver Figura 9), disminuyendo asl la salida de llneas magneticas del inducido (4) al exterior.
La invencion ha previsto que el generador (1) pueda generar corriente alterna o corriente continua con un rizado. Para generation de continua se ha previsto que los imanes (3) del inductor (2) se encuentren dispuestos con todas sus caras polares (7) del mismo signo segun cambia la position relativa del inducido (4), generando corriente continua con rizado. Esta serla la configuration del rotor de la figura 5, 6, 15 y 16. Efectivamente, si todos los imanes (3) se disponen con cara polar (7) norte o todas sur hacia el inducido (4), la separacion entre imanes genera pequenas variaciones del campo magnetico inductor, generando una corriente continua con un pequeno rizado, proporcional a la variation de flujo entre imanes (3). Si se quiere aumentar esta ondulacion se puede conseguir aumentando alternativamente la fuerza de los imanes, manteniendo el mismo espesor: por ejemplo un iman categorla 38UH y el adyacente 42UH y asl alternandose. En el caso de imanes (3) por electroiman se puede hacer igualmente disponiendo mas espiras en un polo que en el polo anexo. Para conseguir mayor voltaje en continua bastarla con unir los extremos de los devanados (5) en serie.
Cabe decir que si se quiere una perfecta onda sinusoidal la energla continua obtenida del generador (1) objeto de esta invencion se puede usar para mover una dinamo por ejemplo, no representada, la cual moverla un alternador convencional dando una perfecta onda sinusoidal.
Para configurar el generador (1) para corriente alterna, los imanes (3) del inductor (2) se disponen con dos caras polares (7) de signo contrario alternadas segun cambia la posicion relativa del inducido (4) contrario, separadas por una zona de cambio de polaridad (28) de anchura igual o superior a la de un devanado (5), como se ve en la figura 10 y 11. La corriente obtenida en cada uno de los devanados (5) sera alterna, sin embargo, la onda producida no sera una onda sinusoidal pura, si no que cambiara bruscamente de sentido cuando alcance el cambio de polaridad de los imanes (3), por lo que sera una onda cuadrada y con rizado.
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Si buscamos una onda sinusoidal casi pura, los devanados (5) del inducido (4) se pueden configurar en dos agrupaciones (25) de devanados (5) rectos de pequena longitud dispuestos convergentemente hacia el eje (15a) del rotor (14, teniendo cada agrupacion (25) la misma amplitud angular que cada cara polar (7) del inductor (2) y la zona de cambio de polaridad (28) la misma amplitud angular que la de cada agrupacion (25) de devanados (5), todo ello como se muestra en la figura 12. Los devanados (5) de la misma agrupacion (25) podrlan conectarse entre si en serie y/o paralelo. Con esta realization, uniendo en serie por un lado 6 devanados y por otro los otros 6 se obtendrla una onda sinusoidal bastante parecida a la generada en los generadores convencionales, aunque no tan pura debido a la pequena separation interna de los devanados (5).
Alternativamente los devanados (5) del inducido (4) podrlan comprender dos devanados (5) prismaticos de base en forma de trapecio circular y de amplitud angular igual que cada cara polar (7) del inductor (2), mientras que la zona de cambio de polaridad (28) tiene la misma amplitud angular que la de cada devanado (5). Con esta configuration se producira en cada devanado (5) una onda sinusoidal pura (ver fig 13).
En ambos casos se pueden conectar, como se ha dicho, los dos devanados (5) en este caso, o los dos conjuntos (25) de devanados (5) del caso anterior en paralelo o en serie, obteniendo doble corriente de salida o doble diferencia de potencial.
Cabe destacar que en estas dos ultimas realizaciones no hay un aprovechamiento tan bueno como en las variantes anteriores, ya que no se aprovecha todo el espacio con devanados (5), sino aproximadamente la mitad; se podrla decir que el aprovechamiento de los imanes y devanados serla del orden de la mitad y el aprovechamiento de las otras partes del generador (como rodamientos, base, carcasa exterior, fijaciones, etc ), serla de la cuarta parte, ya que se usan la mitad de imanes y devanados y a su vez de la electricidad que podrlan generar los imanes, solo se esta aprovechando la mitad.
Descrita suficientemente la naturaleza de la invention, as! como la manera de realizarse en la practica, debe hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y representadas en los dibujos adjuntos son susceptibles de modificaciones de detalle en cuanto no alteren el principio fundamental.

Claims (17)

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    1. -Generador (1), del tipo que comprenden un inductor (2) con imanes (3) y un inducido (4) con, al menos, un devanado (5) de cable conductor, y que tienen movimiento relativo entre si caracterizado porque los devanados (5) del inducido (4) carecen de nucleo ferromagnetico, y donde los devanados (5) del inducido (4) se encuentran dispuestos de forma que sus ejes axiales (6) se disponen paralelamente a las caras polares (7) del inductor (2).
  2. 2. -Generador (1) segun reivindicacion 1 caracterizado porque los devanados (5) del inducido (4) comprenden espiras con primeros tramos (9, 9a) donde se va a generar el voltaje, unidos por segundos tramos (10, 10a) de cierre del circuito electrico, encontrandose los primeros tramos (9, 9a) generadores de voltaje paralelos a las caras polares (7) del inductor (2).
  3. 3. -Generador (1) segun reivindicacion 2 caracterizado porque el inductor (2) comprende un primer conjunto (11) de imanes (3), que se encuentran dispuestos enfrentados con unos primeros tramos (9) cercanos del devanado (5) del inducido (4).
  4. 4. -Generador (1) segun reivindicacion 3 caracterizado porque el inductor (2) comprende conjuntos adicionales (11a) de imanes (3), que se encuentran dispuestos paralelamente a otros primeros tramos (9a) del devanado (5) que igualmente son los mas cercanos a dichos conjuntos adicionales (11a); encontrandose las caras polares (7) del mismo signo del primer conjunto (11) y de los conjuntos adicionales (11a) en la misma posicion relativa respecto a un mismo devanado (5) del inducido (4).
  5. 5. -Generador (1) segun reivindicacion 4 caracterizado porque los devanados (5) del inducido (4) comprenden espiras con dos primeros tramos (9, 9a) generadores de voltaje, enfrentados paralelos y dos segundos tramos (10), mientras que el inductor (2) comprende dos conjuntos (11, 11a) de imanes (3) con caras polares (7) del mismo signo, que se encuentran dispuestos paralelamente a los dos primeros tramos (9, 9a) de las espiras de los devanados (5) del inducido (4).
  6. 6. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el inductor (2) se encuentra configurando un rotor (14) con los imanes (3) dispuestos en forma de corona (15) circular, mientras que el inducido (4) se encuentra configurando un estator (16).
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  7. 7. -Generador (1) segun revindication 6 caracterizado porque los imanes del rotor (14) se encuentran dispuestos radialmente con sus caras polares (7) en position extrema y perpendiculares a la direction radial para que el flujo se dirija radialmente hacia los devanados (5) del inducido (4), los cuales se encuentran dispuestos paralelamente en sentido radial a dichas caras polares (7).
  8. 8. -Generador (1) segun revindication 6 caracterizado porque los imanes (3) del rotor (14) se encuentran dispuestos radialmente con sus caras polares (7) paralelas a la direccion radial para que el flujo magnetico salga paralelamente al eje (15a) de la corona (15), encontrandose los devanados (5) del inducido (4) enfrentados a dichas caras polares (7) por uno o ambos lados de dichos imanes (3).
  9. 9. -Generador (1) segun revindication 8 caracterizado porque los devanados (5) del inducido (4) se encuentran montados en bases (16a) de material diamagnetico paralelas a la corona (15).
  10. 10. -Generador (1) segun revindication 9 caracterizado porque las bases (16a) se encuentran materializadas en resina dielectrica.
  11. 11. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado porque las bases (16a) tienen forma discoidal donde, al menos, los primeros tramos (9, 9a) de los devanados (5) del inducido (4) quedan dispuestos enrasados con las superficies de dichas bases (16a) y los devanados (5) del inducido (4) se encuentran en disposition toroidal.
  12. 12. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 caracterizado porque el inducido (4) comprende devanados (5) rectos de pequena longitud dispuestos convergentemente hacia el centro de la corona (15) del rotor (14) del inductor (2).
  13. 13. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 caracterizado porque el inducido (4) comprende devanados (5) prismaticos de base en forma de trapecio circular.
  14. 14. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 caracterizado porque los imanes (3) del inductor (2) se encuentran dispuestos con todas sus caras polares (7) del mismo signo segun cambia la position relativa del inducido (4), para generar corriente continua con rizado.
  15. 15. -Generador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 caracterizado porque los imanes (3) del inductor (2) se encuentran dispuestos configurando dos caras polares (7) de signo contrario separadas por una zona de cambio de polaridad (28) de anchura igual o
    5 superior a la de un devanado (5).
  16. 16. -Generador (1) segun reivindicacion 15 caracterizado porque los devanados (5) del inducido (4) comprenden dos agrupaciones (25) iguales de devanados (5) rectos de pequena longitud dispuestos convergentemente hacia el eje del rotor (14, teniendo cada agrupacion (25)
    10 la misma amplitud angular que cada cara polar (7) del inductor (2) y la zona de cambio de polaridad (28) la misma amplitud angular que la de cada agrupacion (25) de devanados (5)
  17. 17. -Generador (1) segun reivindicacion 15 caracterizado porque los devanados (5) del inducido (5) comprenden dos devanados (5) prismaticos de base en forma de trapecio circular
    15 y de amplitud angular igual que cada cara polar (7) del inductor (2), mientras que la zona de cambio de polaridad (28) tiene la misma amplitud angular que la de cada devanado (5).
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US20090261675A1 (en) * 2008-04-19 2009-10-22 Hsien-Wei Hsiao High efficient magnetic energy shifting device

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