k 19 ˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS k 2 191 571 kN´umero de solicitud: 200200490 kInt. Cl. : H02K 19/20 11 N´ umero de publicaci´on: 21 7 51 ˜ ESPANA H02K 57/00 k 12 SOLICITUD DE PATENTE k 71 Solicitante/s: Abraham Conde M´ endez k 72 Inventor/es: Conde M´ endez, Abraham k 74 Agente: Garc´ıa-Cabrerizo y del Santo, Pedro 22 Fecha de presentaci´ on: 28.02.2002 43 Fecha de publicaci´ on de la solicitud: 01.09.2003 43 Fecha de publicaci´ on del folleto de la solicitud: 01.09.2003 k C/ Oriente, n◦ 5 32840 Bande, Ourense, ES k k k kResumen: 54 T´ıtulo: Generador de energ´ıa el´ ectrica. 57 ES 2 191 571 A1 A1 Generador de energ´ıa el´ectrica. Comprende una estructura (2) que sirve para soportar y dar forma al conjunto que comprende un est´ator (5) formado por grupos de chapa magn´etica (4) colocados coaxialmente y paralelos al rotor (6), de un material no magn´etico (11), y los huecos (12) obtenidos de dar forma cil´ındrica al estator (5). En estos huecos (12) est´an alojadas las bobinas inductoras (3) alimentadas por una corriente continua de forma que un flujo magn´etico (9), tenga un polo hacia el interior y el opuesto hacia el exterior del estator (5) y las inducidas (8) en las que se genera una fuerza electromotriz inducida, al girar el rotor (6). El rotor (6) est´a formado por grupos de chapas magn´eticas (7) dispuestas coaxialmente y paralelas al eje (1), un material no magn´etico (13) que tambi´en las sujeta, y al recibir una fuerza mec´anica exterior por el eje (1) gira el conjunto, cerrando, variando y abriendo la circulaci´on del flujo (9). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid 1 ES 2 191 571 A1 DESCRIPCION Generador de energ´ıa el´ectrica. La invenci´ on tiene por objeto un generador de energ´ıa el´ectrica, basado en los conceptos de inducci´ on de Faraday, aprovechando a favor del mismo las fuerzas electromagn´eticas que se producen seg´ un la Ley de Lenz, con lo que se consigue reducir la fuerza mec´ anica exterior aplicada al eje. Antecedentes de la invenci´ on Son plenamente conocidas m´ ultiples realizaciones de generadores de energ´ıa el´ectrica basadas en el principio de inducci´ on de Faraday. En estos generadores se distingue un circuito inductor que genera un campo magn´etico que induce en otro circuito una fuerza electromotriz (f.e.m.) En los generadores de energ´ıa el´ectrica es pr´ actica habitual que el circuito inducido est´e constituido por un devanado dispuesto en el interior de una carcasa cil´ındrica hueca, de material ferromagn´etico (en lo sucesivo estator) alojado en ranuras dispuestas al efecto, mientras que el circuito inductor est´a dispuesto en un rotor cil´ındrico coaxial con el estator al que se le suministra una c.c. para generar el campo inductor. En generadores de c.a. de dos polos, el circuito inductor consiste en un devanado cuyas bobinas est´an alojadas en ranuras dispuestas en la periferia del rotor, mientras que en generadores de c.a. de m´as de dos polos, el rotor comprende un n´ ucleo en el que hay radialmente dispuestos unos brazos provistos de expansiones polares, teniendo cada uno de dichos brazos una respectiva bobina del devanado inductor. En los generadores actuales las chapas magn´eticas del rotor y estator est´an dispuestas coaxialmente y planas al eje, por lo que el flujo magn´etico se cierra en forma coaxial plano al eje y al n´ umero de polos que tenga el generador La alimentaci´on del circuito inductor se realiza por una corriente continua (c.c.) que genera un campo magn´etico, que al hacerlo girar por medio de una fuerza mec´ anica exterior, el flujo magn´etico atraviesa las bobinas del inducido del estator de una forma secuencial, generando as´ı una senoide de fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida. La disposici´on de los devanados inductor e inducido en elementos mec´anicos distintos rotor y estator respectivamente, da lugar a que en el entrehierro de los mismos se generen dos fuerzas magn´eticas opuestas, la del inductor generada por la c.c. de excitaci´on en las chapas magn´eticas del rotor; y la inducida al cerrar el circuito el´ectrico y pasar una corriente de intensidad variable por las bobinas inducidas del estator hace, que se genere un flujo magn´etico en las chapas magn´eticas de sentido opuesto en 180◦ con el consiguiente perjuicio; tener que aplicar grandes fuerzas externas y directamente proporcionales a la intensidad activa que circule por el inducido, y as´ı poder sostener el giro del rotor y mantener las revoluciones nominales del mismo. Descripci´ on de la invenci´ on El objeto de la presente invenci´ on es dar a conocer unos generadores de energ´ıa el´ectrica con una nueva estructura y funcionalidad, que reducen la oposici´on de las fuerzas magn´eticas entre 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 el rotor y estator, reduciendo al m´ınimo la fuerza mec´anica exterior aplicada al rotor para mantener sus revoluciones nominales, as´ı la fuerza aplicada al rotor deja de ser directamente proporcional a la intensidad activa que circula por el inducido. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on, presenta una estructura adecuada para alojar un estator de material ferromagn´etico y otro no magn´etico de interior cil´ındrico hueco; un rotor coaxialmente dispuesto respecto del interior del estator y a una reducida distancia del mismo compuesto por un material ferromagn´etico y otro no magn´etico; un devanado inducido en el que se genera la energ´ıa el´ectrica inducida; y un devanado inductor que es alimentado por una c.c. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on, se forma con la colocaci´on de grupos de chapas magn´eticas que se colocan paralelas al eje y con separadores, para que forme un conjunto de grupos de chapas magn´eticas coaxiales y paralelos al eje. En el rotor se forman grupos de chapas magn´eticas paralelas al eje, que unidas a un material antimagn´etico, dan forma de extensiones para cerrar los campos magn´eticos del estator. En el generador de energ´ıa el´ectrica de la invenci´on ambos devanados est´ an dispuestos en el est´ator parte fija y conc´entricamente con el rotor, siendo el devanado inducido de tipo conocido y estando el devanado inductor constituido por una pluralidad de bobinas independientes regularmente distribuidas respecto del devanado inducido. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, la colocaci´on de las bobinas de inducci´ on genera un campo magn´etico coaxial con el eje teniendo un polo magn´etico hacia el interior del estator y el polo opuesto hacia el exterior. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, la circulaci´ on del flujo magn´etico creado por el devanado inductor al ser alimentado por una corriente continua sigue circuitos cerrados, constituidos por los grupos de chapas magn´eticas del estator y del rotor; el flujo generado por las bobinas inductoras del estator, sufre variaciones constantes por la intercesi´ on de los grupos de chapas al hacer girar el rotor, en las bobinas inducidas que son atravesadas por el interior por dicho flujo se genera una fuerza electromotriz inducida. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, las fuerzas magn´eticas opuestas de los generadores se realiza en la parte fija del estator; las chapas magn´eticas del rotor son las que cierran, var´ıan y abren los campos magn´eticos generados por la diferencia o suma de las bobinas inductora e inducida del estator. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on la fuerza mec´anica exterior aplicada al eje es para producir un deslizamiento del rotor con el estator, abrir, variar, cerrar el campo magn´etico y mantenerlo a las revoluciones adecuadas de funcionamiento. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, las fuerzas mec´anicas exteriores aplicadas al eje, m´as la energ´ıa el´ectrica suministrada a las bobinas de excitaci´on es muy peque˜ na comparada con la que suministran las bobinas inducidas, cuando el generador se encuentra a las revoluciones necesarias. 3 ES 2 191 571 A1 En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, el flujo magn´etico menor creado por el inductor se opone en las chapas magn´eticas del estator al flujo magn´etico mayor creado por el inducido, predominando la diferencia del campo magn´etico mayor. Por consiguiente los campos magn´eticos se mantienen siempre coaxialmente en el estator, con un polo en el interior y el opuesto hacia el exterior. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, el rotor se encuentra siempre en una posici´on de deslizamiento, pues al ser el mismo polo magn´etico coaxial, puede cerrar el campo magn´etico en cualquier lugar del interior del estator y se necesita muy poca fuerza exterior para moverlo, por no existir la oposici´ on de fuerzas entre la parte fija estator y la parte m´ ovil rotor; ya que en cualquier posici´on que se encuentre el rotor con respecto al estator siempre se cumple en este punto la condici´on de que la diferencia o suma del flujo magn´etico entre el inductor e inducido se mantiene reducida. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, las chapas magn´eticas del estator forman grupos que, al ir colocados en la vertical del estator y separadas por un material no magn´etico, se obtienen igual n´ umero de huecos para alojar las bobinas del inductor e inducido, formando un grupo coaxial con el eje consiguiendo una mejor ventilaci´on y menor peso. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on, tiene la particularidad de que los circuitos del flujo magn´etico tienen siempre el mismo sentido y la f.e.m. inducida se genera por la variaci´on del flujo magn´etico producido al mover el rotor por una fuerza mec´ anica exterior. Si se desea dar m´as potencia se aumenta la corriente de excitaci´on o las revoluciones, seg´ un las necesidades. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, al colocar un material no magn´etico en las diferentes partes del generador se reduce considerablemente el peso del mismo. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, puede trabajar en cualquier posici´ on para los de tama˜ no peque˜ no y medio, utilizados en los medios de transporte y m´ aquinas m´ oviles. Los de mayor tama˜ no y potencia deben de estar en posici´on vertical u horizontal con respecto al eje del rotor. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, el eje del rotor no necesita hacer grandes esfuerzos mec´anicos, por lo que puede ser de aluminio, reducirse su tama˜ no diametral y, por consiguiente, su peso. Breve descripci´ on de los dibujos Los que se acompa˜ nan como ilustraci´ on de la presente memoria, representan una explicaci´on de los principios de funcionamiento y el generador de energ´ıa el´ectrica objeto de la invenci´on. En dichos dibujos: Las figuras 1,2, 3 y 4 presentan esquemas del funcionamiento de la explicaci´ on acad´emica; y La figura 5 es una representaci´ on esquem´atica en secci´on vertical diametral que muestra la circulaci´on y cierre del flujo magn´etico del generador seg´ un la invenci´ on; y La figura 6 es una representaci´ on esquem´atica 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4 en secci´on horizontal que muestra la distribuci´on coaxial del generador de energ´ıa seg´ un la invenci´on. Explicaci´ on del funcionamiento Esta explicaci´on complementaria, en las figuras 1, 2, 3 y 4 tiene por objeto dar a conocer los principios b´ asicos de funcionamiento de estos generadores de energ´ıa el´ectrica, que no crean energ´ıa a pesar de producir mucha m´ as energ´ıa de la consumida, lo que hacen es pasar una energ´ıa de excitaci´on por inducci´ on basada en los principios de Faraday, a otra bobina inducida en la que se genera una fuerza electromotriz inducida, estando ´esta en funci´on de la velocidad del movimiento del rotor 7, para variar el flujo magn´etico. La figura 1 nos muestra un circuito formado por chapas magn´eticas que llamaremos estator 5, una bobina de excitaci´ on o inductora 3 que se alimenta con c.c., otra bobina inducida 8 y una parte ferromagn´etica m´ovil que llamaremos rotor 7. En esta posici´on no se genera nada, al introducir el rotor 7, que es atra´ıdo por los campos magn´eticos A y B se pone de manifiesto una intensidad por la bobina inducida 8 que se va oponiendo al flujo magn´etico 9 de la bobina inductora 3 seg´ un la Ley de Lenz, cuando llega a la posici´on de la figura 3, te´ oricamente el flujo magn´etico 9 deber´ıa ser cero, pero por las p´erdidas de inducci´ on se mantiene la polaridad magn´etica A B de la bobina inductora 3; al proceder a retirar el rotor 7 cambia de sentido la intensidad de corriente en la bobina inducida 8, seg´ un la Ley de Lenz y esto hace que el flujo magn´etico 9 se sume al de la bobina inductora 3, por lo que la variaci´ on del flujo magn´etico se hace mayor y se genera una fuerza electromotriz mayor, en este punto al comenzar a salir el rotor 7 es cuando la fuerza de deslizamiento se hace un poco mayor y disminuye r´ apidamente, pues la intensidad que circula por la bobina inducida 8 comienza a disminuir progresivamente hasta alcanzar el punto m´ınimo al volver el rotor 7 al lugar de partida. Figura 1. Seg´ un lo anterior, tenemos: que el flujo magn´etico 9 de excitaci´on de la bobina inductora 3 nos ayuda a hacer girar el rotor 7. Tenemos tambi´en que cuando el rotor 7 est´ a cerrando totalmente el circuito magn´etico 9, figura 3, cambia el sentido de la corriente en la bobina inductora 8 y nos ayuda a excitar m´ as el generador, en este momento tambi´en hace algo m´as de fuerza para salir, cuando esto ocurre otro circuito semejante est´a en la posici´on de la figura 1 y nos atrae el rotor 7 hacia dentro. Por consiguiente la fuerza mec´anica exterior aplicada al eje para deslizarlo es muy peque˜ na. Descripci´ on detallada de un ejemplo de realizaci´ on En la descripci´ on que sigue del generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, se hace referencia a las figuras 5 y 6. Dichas figuras muestran esquem´aticamente un generador que suministra energ´ıa el´ectrica para usos industriales, dom´esticos, etc. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on, comprende una estructura 2 para sujetar y dar forma al estator 5 que est´ a formado por grupos de chapas 4 de un material ferromagn´etico y otro no magn´etico 11 (aluminio, acero inoxidable, 3 5 ES 2 191 571 A1 pl´ asticos, etc.) formando una estructura r´ıgida de forma tubular. En la secci´ on transversal se forma interiormente un conjunto de huecos 12 de igual n´ umero que los grupos de chapas 4. En este ejemplo de realizaci´on con veinticuatro grupos de chapas 4 en el estator 5 y colocados en la estructura 2, se forma un conjunto tubular con una regularidad perfectamente distribuida, de grupos de chapas 4, huecos 12, bobinas inductoras 3 y bobinas inducidas 8. En el interior de los huecos 12 de la parte superior se puso el devanado inductor 3 y perpendicular al mismo en la parte inferior se dispuso el inducido 8. El devanado inductor 3 est´ a compuesto por veinticuatro bobinas independientes y en este caso colocada en la parte superior del estator 5 y distribuidas individualmente en cada grupo de chapas 4. El devanado inducido 8 est´ a compuesto por veinticuatro bobinas independientes y en este caso colocadas en la parte inferior del estator 5 y distribuidas individualmente en cada grupo de chapas 4. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on comprende tambi´en un rotor 6 constituido por grupos de chapas ferromagn´eticas 7, otro no magn´etico 13 al que est´an sujetas dando forma al rotor 6 con extensiones magn´eticas 7. Todo el conjunto del rotor 6 est´ a coaxialmente dispuesto en el interior del conjunto que da forma tubular cil´ındrica al estator 5. En el generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´ on, el conjunto estator 5 se mantiene fijo y el conjunto del rotor 6 tiene capacidad de giro por medio de una fuerza mec´ anica exterior aplicada al eje 1. Al suministrar una energ´ıa el´ectrica c.c. a las bobinas inductoras 3 del estator 5, se genera 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4 6 un campo magn´etico, con un polo en la parte superior y coaxial al entrehierro 10 y al polo opuesto por prolongaci´ on del grupo de chapas 4, atraviesa las bobinas inductoras y en la parte inferior forma una coaxial con el entrehierro 10, al girar el eje 1 por medio de una fuerza mec´ anica exterior que hace mover el rotor 6 que cierra, var´ıa y abre el flujo magn´etico 9, que circula por los grupos de chapas 4 del estator 5 y por los grupos de chapas 7 del rotor 6, seg´ un la Ley de Faraday hace que se induzca en la bobina inducida 8 del estator 5 una fuerza electromotriz y que ser´ a directamente proporcional a la variaci´on de las revoluciones del rotor 6. Se entiende que la disposici´on de los grupos de chapas 4 del estator 5, como los grupos de chapas 7 del rotor 6; las bobinas inductoras 3 y las bobinas inducidas 8 colocadas en los huecos 12, que resultan de dar forma a los grupos de chapa 4 del estator 5, mostrado en las figuras de las hojas de dibujos de esta memoria es dato u ´ nicamente a t´ıtulo de ejemplo, ya que la disposici´ on y n´ umero de los mismos puede adoptar cualquier otra forma y n´ umero adecuada a cada caso concreto de aplicaci´on. El generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la invenci´on tiene la particularidad que la corriente activa que pasa por el inducido 8, en su ciclo creciente se va creando un flujo magn´etico 9 que se opone al flujo creado por la bobina inductora 3; en su ciclo decreciente se genera un flujo magn´etico 9 que se suma al flujo creado por la bobina inductora 3; esto nos ayuda a tener una mayor diferencia de flujo magn´etico 9 y por lo tanto una mayor fuerza electromotriz generada. Estas variaciones ayudan y contrarrestan el deslizamiento del rotor. 7 ES 2 191 571 A1 REIVINDICACIONES 1. Generador de energ´ıa el´ectrica, caracterizado por presentar una estructura (2) que sirve para soportar y dar forma al conjunto que comprende un estator (5) formado por grupos de chapas ferromagn´eticas (4), colocados coaxialmente y paralelos al rotor (6) y separando los grupos un material no magn´etico (11), y los huecos (12) obtenidos de dar forma cil´ındrica al estator (5), en los que est´an alojados el devanado inductor compuesto por una pluralidad de bobinas inductoras (3) alimentadas por una corriente continua, de forma que un polo quede en la parte superior coaxial y conc´entrico con el entrehierro (10) y el polo opuesto se prolongue por el grupo de chapas (4), atravesando el interior de las bobinas inducidas (8) quedando en la parte inferior coaxial y conc´entrico al entrehierro (10), y un devanado inducido compuesto por una pluralidad de bobinas inducidas (8) que generan una f.e.m. inducida al hacer girar el rotor (6) aplicando una fuerza mec´anica exterior al eje (1) que hace que cierre, var´ıe y abra el circuito magn´etico (9) al variar la intercesi´on de los grupos de chapas (4) y (7); ambos devanados est´ an regularmente distribuidos en el estator (5) y conc´entricamente con el rotor (6), formado por grupos de chapas ferromagn´eticas (7) dispuestas coaxialmente y paralelas al eje (1) que cierran, var´ıan y abren el flujo magn´etico (9) al girar el rotor (6) con una energ´ıa mec´anica exterior; otro no magn´etico (13) que sirve de soporte y sujeci´ on del conjunto al eje (1) de material no magn´etico que recibe la fuerza mec´anica exterior; el conjunto coaxialmente dispuesto respecto del interior del estator (5) y a reducida distancia de ´este, dando lugar al entrehierro (10) de espesor relativamente reducido. 2. Generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado porque el estator (5) se forma por grupos de chapas magn´eticas (4) colocados coaxialmente y paralelos al exterior del rotor (6) y separada por un material no magn´eti- 5 10 15 20 25 30 35 40 8 co (11) para formar los huecos (12) en el cual se colocan regularmente distribuidas las bobinas inductoras (3) y las bobinas inducidas (8) formando un conjunto cil´ındrico hueco, y coaxialmente dispuesto al mismo se coloca el rotor (6). 3. Generador de energ´ıa el´ectrica, seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado porque las bobinas inductoras (3) y las bobinas inducidas (8) est´ an en la parte fija del estator (5). 4. Generador de energ´ıa el´ectrica seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado porque la circulaci´ on del flujo magn´etico (9) se realiza en grupos de chapa magn´etica (4) del estator (5) y grupos de chapas magn´eticas (7) del rotor (6), circulando paralelamente al eje (1) y el conjunto forma una coaxial paralela con el mismo eje (1). 5. Generador de energ´ıa el´ectrica, seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado porque las bobinas inductoras (3) al estar conectadas a una energ´ıa el´ectrica de c.c. crean un campo magn´etico coaxial al estator (5) estando un polo hacia el interior del entrehierro (10) y el opuesto hacia el exterior del estator (5) y siguiendo los grupos de chapas magn´eticas (4) del estator (5), el flujo magn´etico (9), pasa por el interior de las bobinas inducidas (8) y el polo opuesto queda frente al entrehierro (10) quedando coaxialmente y conc´entricamente con el rotor (6) que se encarga de cerrar, variar y abrir el flujo magn´etico cuando coincide el grupo de chapas magn´eticas (7). 6. Generador de energ´ıa el´ectrica, seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado porque el rotor (6), al ser movido por una fuerza mec´ anica exterior, se encarga de cerrar, variar y abrir el flujo magn´etico (9) al deslizarse secuencialmente dentro del estator (5). 7. Generador de energ´ıa el´ectrica, seg´ un la reivindicaci´on 1, caracterizado por llevar materiales no magn´eticos (11) en el estator (5) y materiales no magn´eticos (13) en el rotor (6) con lo que obligamos a seguir al flujo magn´etico (9) el camino que nos favorezca en el generador de la invenci´ on. 45 50 55 60 65 5 ES 2 191 571 A1 6 ES 2 191 571 A1 7 ES 2 191 571 A1 8 kES 2 191 571 kN. solicitud: 200200490 kFecha de presentaci´on de la solicitud: 28.02.2002 kFecha de prioridad: 11 ˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS 21 ˜ ESPANA ◦ 22 32 INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA k 51 Int. Cl.7 : H02K 19/20, 57/00 DOCUMENTOS RELEVANTES Categor´ıa Documentos citados Reivindicaciones afectadas X WO 9213383 A1 (ELECTRO ERG LTD) 06.08.1992, p´agina 5, l´ınea 7 - p´agina 6, l´ınea 23; p´agina 10, l´ınea 20 - p´agina 11, l´ınea 3; figuras 1,7. 1-7 A US 4639626 A (MCGEE) 27.01.1987, columna 6, l´ınea 38 - columna 7, l´ınea 22; figuras 7,8. 1-7 A US 4835431 A (LINDGREN) 30.05.1989, descripci´on; figura 1. 1-7 Categor´ıa de los documentos citados X: de particular relevancia on no escrita O: referido a divulgaci´ Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la on P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentaci´ misma categor´ıa A: refleja el estado de la t´ecnica de la solicitud es de la fecha E: documento anterior, pero publicado despu´ de presentaci´ on de la solicitud El presente informe ha sido realizado × para todas las reivindicaciones Fecha de realizaci´ on del informe 22.05.2003 para las reivindicaciones n◦ : Examinador P. Valbuena V´azquez P´ agina 1/1
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