ES2615155A9

ES2615155A9 - Generador eléctrico compensado

Info

Publication number: ES2615155A9
Application number: ES201631482A
Authority: ES
Inventors: José Manuel ALARCÓN PLANES
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: ES2615155A1; ES2615155B1

Abstract

Generador (1) eléctrico, del tipo que comprenden un inductor (2) y un inducido (3) con movimiento relativo de rotación entre sí, donde:#- los inducidos disponen de núcleos de gran permeabilidad magnética (36).#- los elementos inductores (22) pueden estar separados o no por un espacio intermedio (24).#- los devanados (31) del inducido (3) se sitúan dispuestos perpendicularmente a las caras polares de los elementos inductores (22).#- la anchura angular de los devanados (31) es preferiblemente igual a la anchura angular de los elementos inductores (22).#- los devanados (31) y sus correspondientes núcleos (36), deben de presentar una asimetría respecto de la posición de los inductores (22) pudiéndose conseguir disponiendo de un número de elementos inductores (22) diferente al número de devanados (31) del inducido (3) correspondiente, y tanto los elementos inductores (22) como los devanados (31) se encuentran dispuestos preferentemente equidistantes angularmente entre sí.

Description

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número total de devanados ocupan exactamente los espacios entre los elementos inductores. Observamos una gran coincidencia geométrica, que es lo que se quiere evitar. La figura 6 nos muestra el conjunto de devanados anterior, los cuales tienen en su interior núcleos de chapa magnética, apareciendo los devanados montados y sustentados en una base de resina dieléctrica.

La figura 7 nos muestra una vista similar a la de la figura 5, pero en una variante para una realización correcta del aparato, donde el número de elementos inductores y el número de devanados es diferente, generando un desfase posicional entre ellos. Concretamente hay diecisiete devanados y dieciocho elementos inductores. Dicho desfase posicional hace que se reduzcan las variaciones en la fuerza que hay que hacer sobre el rotor y sobre todo se reduzca la fuerza que hay que hacer sobre el mismo, ya que las fuerzas de atracción que se va a producir entre elementos inductores y devanados se compensan entre sí en cada momento. En la figura se señala el único punto coincidente en el posicionamiento entre elemento inductor y devanado para un momento concreto del giro del generador.

La figura 7.1 nos muestra un detalle de la figura 7.

La figura 8 nos muestra un conjunto de dieciocho elementos inductores enfrentado a veintiocho devanados; se aprecia que el ancho de los devanados y de inductores es coincidente, en este caso el espacio intermedio entre elementos inductores y el ancho de éstos es aproximadamente coincidente; con esta realización se prevé un aumento de rendimiento, ya que ha aumentado el número de devanados en los que se va a inducir voltaje; también se reflejan en el dibujo las dos posiciones coincidentes entre elementos inductores y devanados, y el desfase entre ellos fuera de estas posiciones, todo ello para un instante determinado.

La figura 9 muestra quince devanados enfrentados a dieciocho imanes; en este caso y aunque el generador funcionaría correctamente debido a que el espacio intermedio entre elementos inductores adyacentes es aproximadamente coincidente con la anchura de la bobina, sin embargo el número de devanados es pequeño y por tanto disminuirá la capacidad de obtención de voltaje del generador para un mismo número de elementos inductores.

La figura 10 nos muestra una sección parcial transversal del generador en otra realización,

con devanados con núcleos de chapa magnética, dos grupos de elementos inductores y un conjunto de devanados.

La figura 11 nos muestra una vista similar a la de la figura 10, pero en otra realización

5 donde, aprovechando la permeabilidad magnética del núcleo, se dispone un devanado más largo y por tanto con más espiras, que producirá mayor voltaje. Existen también dos grupos de elementos inductores y un conjunto de devanados.

La figura 12 nos muestra vista similar a las tres anteriores, en una realización donde existen

10 dos conjuntos de devanados enfrentados cada uno sus correspondientes pares de grupos de elementos inductores. En esta realización se aprovechan los dos polos de los elementos inductores intermedios.

La figura 13 nos muestra una sección esquemática parcial longitudinal a lo largo de los

15 primeros ejes axiales pertenecientes a los devanados del generador donde se pueden apreciar las polaridades opuestas de los elementos inductores de cada par fijo; se observa también que los primeros ejes axiales se encuentran enfrentados a las caras polares de los elementos inductores; También se observa la variación en el posicionamiento o desfase entre elementos inductores y devanados, aunque los elementos inductores se disponen a

20 una misma distancia entre sí y los devanados también se hayan a una misma distancia entre ellos.

La figura 13.1 nos muestra un detalle de la figura 13.

25 La figura 14 nos muestra una sección parcial transversal del generador en una realización con devanados con núcleos de chapa magnética, disponiendo de un conjunto de devanados enfrentado por uno de sus lados o extremos a un solo grupo de elementos inductores.

La figura 15 nos muestra la sección esquemática parcial longitudinal a lo largo de los

30 primeros ejes axiales, pertenecientes a los devanados, del generador de la invención en una variante con un conjunto de devanados enfrentado por uno de sus extremos a un solo grupo de elementos inductores.

La figura 16 nos muestra una variante del generador en el cual los elementos inductores y los 35 devanados se encuentran dispuestos en una posición radial; existe un desfase entre elementos

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polaridad en un mismo grupo inductor, pudiendo disminuir este espacio hasta desaparecer, en caso de inductores (22) de polaridades opuestas.

En caso de disponer de dos grupos (20) de elementos inductores (22) por cada conjunto (30) de devanados (31), dichos elementos inductores (22) están dispuestos formando pares fijos (23) de polaridad opuesta enfrentados en las direcciones de los primeros ejes axiales (32) de los devanados (31) (ver fig 13.1).

En una realización de la invención (ver figs 2 y 15), en cada grupo (20) de elementos inductores

(22) todos dichos elementos inductores (22) tienen la misma polaridad, de forma que las variaciones de flujo que generan tensión inducida en los devanados (31) se dan al discurrir éstos entre los espacios intermedios (24) (zonas con menor flujo) y los polos de los elementos inductores (22) (zonas con mayor flujo). En este caso la tensión generada es siempre del mismo signo, oscilando entre un valor máximo y un mínimo (que puede ser cero). En esta realización por tanto estamos generando tensión continua con rizado.

En otra realización de la invención (ver figs 4, 5 y 13) en cada grupo (20) de elementos inductores (22) los elementos inductores (22) presentan polaridades alternas, generando entonces tensión alterna.

Se puede realizar una configuración donde los devanados (31) se encuentran dispuestos de forma que sus ejes axiales (32) son paralelos al eje de giro (100) (ver figs 1 a 15) del generador

(1): (de su rotor), formando, al menos, una primera corona (35) de devanados (31); y los elementos inductores (22) se encuentran formando segundas coronas (25) de elementos inductores (22) (ver fig 3) enfrentada por uno de los lados de la primera corona (35) de devanados (35) (ver fig 14); teniendo por tanto el mismo radio medio la primera corona (35) y la segunda corona (25). Se puede realizar otra configuración del generador (1) donde el inductor

(2): comprende dos segundas coronas (25) de elementos inductores (22), por ejemplo montadas en dos platos o discos (101) que configuran los dos grupos (20) de elementos inductores (22), y el inducido (3) comprende una primera corona (35) de devanados (31) dispuesta entre ambas segundas coronas (25), obteniendo un generador (1) muy compacto como se ve en las figuras 10 y 11. Obviamente se pueden disponer varios conjuntos de devanados (31) en paralelo, flanqueados por pares de grupos (20) de elementos inductores (22), pudiendo ser compartidos los grupos de elementos inductores intermedios entre los conjuntos de devanados en paralelo, aprovechando ambos polos de estos elementos inductores (22), como se ve en la figura 12.

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(21): con núcleos (36), que son la principal causa de oposición al movimiento del eje del generador.

En las figuras 7 a 9, se muestran realizaciones correctas del aparato y reflejan como realizar el desfase mencionado, el número de elementos inductores (22) de cada grupo (20) del inductor

(2): es diferente al número de devanados (31) del inducido (3) correspondiente, y tanto los elementos inductores (22) como los devanados (31) se encuentran dispuestos equidistantes angularmente entre sí, de forma que se producirá un desfase angular entre elementos activos del inductor (2) y del inducido (3) que hará que las atracciones parciales se anulen o compensen y aumente el rendimiento. Se observa también que la anchura angular de los inductores (22) coincide con la anchura angular de los devanados (21) y coincide con la anchura angular de los espacios intermedios. En esta ocasión al disponer en las figuras 7 a 9 de inductores (22) de polaridades opuestas se obtendría un mayor rendimiento del aparato si aumentáramos la cantidad de inductores (22) y no dejáramos espacios intermedios, siempre que hubiera asimetría con los devanados (21).

Igualmente, en el caso de utilizar núcleos (36) de alta permeabilidad magnética las chapas de material magnéticamente permeable se dispondrán preferentemente perpendicularmente a las caras polares de los elementos inductores (22) tal y como reflejan por ejemplo la figs 11 y 13 para disminuir las corrientes de Foucault y al mismo tiempo reflejar la variación en la superficie coincidente entre los inducidos (3) y los inductores (22) cuando gira el aparato.

Se ha previsto que los devanados (31) puedan disponerse sobre una base (102) de resina dieléctrica (ver figs 6, 11 y 12).

El generador (1) puede también tener una disposición donde los elementos inductores (22) y las espiras de los devanados (31), se dispongan de manera radial (fig. 16) respecto al eje de giro (100) del generador (1); igualmente en este caso debe haber asimetría entre polos de inductores (22) y devanados (31).

La energía se produce por la variación de campo magnético dentro de la superficie de las espiras de los devanados (31), ya que dichas espiras, en su recorrido se van exponiendo en mayor o menor medida al campo magnético de los elementos inductores (22) al acercarse o alejarse de ellos. Las espiras son obligadas a atravesar dichos campos magnéticos, campos que son variables con el movimiento, al ser más intenso en los elementos inductores (22) y

menos intenso en los espacios intermedios (24).

El voltaje generado en el aparato objeto de esta invención cuando los segundos ejes axiales

(26) de los elementos inductores (22) y los primeros ejes axiales (32) de los devanados (31)

5 son paralelos al eje del aparato, figuras 1 a 15, se corresponde con la fórmula conocida “voltaje inducido en una espira que sale o entra con velocidad v en una región con campo magnético uniforme”, produciéndose una onda cuadrada.

E = ß · L · n · v

10 E = fuerza electromotriz generada (voltios) ß = flujo magnético en (teslas) L = longitud de la espira (m) n = número de espiras (adimensional)

15 v = velocidad (m/s)

(Voltios) = (teslas) · (m) · (m/s) = (teslas · m2/s)

20 (26) de los elementos inductores (22) y los primeros ejes axiales (32) de los devanados (31) son radiales respecto al eje (100) del generador (1) (figura 16), se corresponde con la fórmula conocida de una espira que gira dentro de un campo magnético, produciéndose una onda sinusoidal.

25 E = ß S n w cos (w· t) = ß EFICAZ · S · n · w

E = fuerza electromotriz generada (voltios) ß = flujo magnético en (teslas) S = área del conductor (m2)

30 n = número de espiras (adimensional) w = velocidad de frecuencia angular (relativa entre inductor e inducido) = 2 · π · f (rad/s)

(Voltios) = (teslas) (m2) (rad/s) = (teslas · m2/s) (Voltios) = (teslas · m2/s)

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Claims

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