BR202019022984U2

BR202019022984U2 - Oscillating Pole Inductor Electric Generator

Info

Publication number: BR202019022984U2
Application number: BR202019022984-0U
Authority: BR
Inventors: Geraldo Lucio Tiago Filho; Rafael Di Lorenzo Correa; Laura Dardot Campello; Maria Claudia Costa De Oliveira Botan; Rafael Barbosa Carreira
Original assignee: Unifei - Universidade Federal De Itajubá
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-05-18

Abstract

Patente de um gerador elétrico caracterizado por dois indutores compostos por polos magnéticos oscilantes que, através de rodas dentadas, são acionados por uma cremalheira solidária à haste de acionamento linear reciprocante, e se movimentam em trajetória semicircular de modo a induzir forças eletromagnéticas nas bobinas de um estator induzido, instalado no em torno dos mesmos e, dessa forma, converter uma fonte de energia mecânica reciprocante em eletricidade. A eletricidade é gerada na forma de corrente alternada com frequência variável, que pode ser controlada através de um inversor de frequência.

Patent of an electric generator characterized by two inductors composed of oscillating magnetic poles which, through toothed wheels, are driven by a rack attached to the reciprocating linear drive rod, and move in a semicircular path in order to induce electromagnetic forces in the coils of a induced stator, installed around them and thus converting a reciprocating mechanical energy source into electricity. Electricity is generated in the form of alternating current with variable frequency, which can be controlled through a frequency inverter.

Description

SWINGING POLES INDUCTOR ELECTRIC GENERATOR

[001] O presente pedido de registro de Patente refere-se a um gerador elétrico dotado de dois indutores de polos oscilantes, que pode ser aplicado em grupos geradores nos quais o elemento de acionamento apresenta movimentação reciprocante, ou seja, de vai-e-vem.[001] This patent application refers to an electric generator equipped with two oscillating pole inductors, which can be applied in generator groups in which the drive element presents reciprocating movement, that is, back-and-forth comes.

[002] Atualmente, quase a totalidade dos geradores elétricos é de movimentação rotativa, e para serem aplicados em sistemas com movimentação reciprocante necessitam de um sistema de biela ou manivela, para transformar o movimento alternado de vai-e-vem em rotação. O dispositivo proposto associa o movimento reciprocante ao movimento rotativo através de uma cremalheira acoplada a sua haste de acionamento, que transforma o movimento retilíneo em rotacional, trazendo vantagens dimensionais e operacionais.[002] Currently, almost all electric generators have rotary movement, and to be applied in systems with reciprocating movement, they need a connecting rod or crank system, to transform the reciprocating movement into rotation. The proposed device associates the reciprocating movement to the rotational movement through a rack coupled to its drive rod, which transforms the rectilinear movement into rotational, bringing dimensional and operational advantages.

[003] De acordo com o descrito na patente US Pat. 4.500.827, gerador elétrico reciprocante é um dispositivo constituído por um rotor indutor mecanicamente acoplado a uma fonte de movimento reciprocante, e um estator induzido formado por um conjunto de enrolamentos dispostos em oposição aos polos do rotor.[003] As described in US Pat. 4,500,827, reciprocating electric generator is a device consisting of an inductive rotor mechanically coupled to a reciprocating motion source, and an induced stator formed by a set of windings arranged opposite the rotor poles.

[004] Bojiuc, PI0615477-8 A2, revela um gerador de indução com um elemento rotacional que age como ponte de transferência entre dois fornecedores energéticos ativos, o elemento rotacional com um núcleo ferromagnético com pluralidade de bobinas solenoide com indução de imãs permanentes externos. Stefanon, BR102015016338-0A2, reivindica um Gerador Hidroelétrico Autossustentavel, um equipamento que tem por finalidade a elevação da água por uma tubulação à altura desejada, e também gerar energia para quaisquer fins mediante a movimentação de paletas em um gerador elétrico, através de um ciclo conservador. Bjorn e Reinhold, US4720640A, descreve um gerador elétrico movido a fluido através de um rotor impulsor rotativo montado em uma estrutura de suporte central. Uma estrutura toroidal de suporte externo envolve o rotor impulsor, incluindo pás. As extremidades externas das pás são conectadas por um anel de rotor que é coaxial em relação à estrutura de suporte externa. A estrutura de suporte central é suportada dentro da estrutura de suporte externa por escoras ou similares, de modo a permitir que um fluido possa fluir entre as pás. Um gerador elétrico periférico produz energia quando o rotor-impulsor é rotacionado pelo fluxo de fluido. Valroger e Lavet, US3515966A, revela um motor elétrico reciprocante que compreende um transistor conectado entre uma fonte externa de corrente contínua e um enrolamento do motor. Pasichinskyj, US4904926, reivindica um gerador elétrico com eletroímãs combinados com imãs permanentes e sem partes móveis. Goldsmith, US3011062A, reivindica um gerador elétrico que gera energia através do movimento de oscilação de um pêndulo acionado pela ascensão e queda das marés. Milke e Leite, PI97058785A2, revelam um Gerador de Eletricidade de Movimento Linear Alternativo que utiliza um sistema indutor magnético que se movimenta acionado por um pistão em movimento alternativo e produz energia elétrica no induzido.[004] Bojiuc, PI0615477-8 A2, discloses an induction generator with a rotational element that acts as a transfer bridge between two active energy suppliers, the rotational element with a ferromagnetic core with a plurality of solenoid coils with induction of external permanent magnets. Stefanon, BR102015016338-0A2, claims a Self-sustainable Hydroelectric Generator, an equipment whose purpose is to raise water through a pipe to the desired height, and also to generate energy for any purpose by moving pallets in an electric generator, through a cycle conservative. Bjorn and Reinhold, US4720640A, describes an electrical generator powered by fluid through a rotating impeller rotor mounted on a central support structure. An externally supporting toroidal structure surrounds the impeller rotor, including blades. The outer ends of the blades are connected by a rotor ring that is coaxial with the outer support structure. The central support structure is supported within the outer support structure by struts or the like so as to allow a fluid to flow between the blades. A peripheral electrical generator produces energy when the impeller-rotor is rotated by the fluid flow. Valroger and Lavet, US3515966A, discloses a reciprocating electric motor comprising a transistor connected between an external direct current source and a motor winding. Pasichinskyj, US4904926, claims an electrical generator with electromagnets combined with permanent magnets and no moving parts. Goldsmith, US3011062A, claims an electrical generator that generates power through the oscillating motion of a pendulum driven by the rise and fall of tides. Milke and Leite, PI97058785A2, reveal an Alternate Linear Motion Electricity Generator that uses a magnetic inductor system that moves, driven by a reciprocating piston, and produces electrical energy in the armature.

[005] O diferencial do GEIPO proposto em relação aos demais geradores reciprocantes está no sistema de transmissão de energia mecânica, que transforma o movimento linear reciprocante em rotacional, reduzindo as dimensões do gerador e facilitando sua operação.[005] The differential of GEIPO proposed in relation to other reciprocating generators is in the mechanical energy transmission system, which transforms the linear reciprocating movement into rotational, reducing the dimensions of the generator and facilitating its operation.

[006] No arranjo proposto, os polos magnéticos do rotor indutor podem ser produzidos através de imãs permanentes, ou por eletroímãs formados por bobinas alimentadas por uma fonte externa de corrente contínua (excitatriz). O rotor de imã permanente pode ser construído com ligas de alnico (AL, Ni, Co, Fe), ferritas anisotrópicas (Ba, Sr) ou de terras raras (Nd, Sm), dentre outros materiais ferromagnéticos. Os ímãs são dispostos no interior do rotor com as polaridades alternadas, alojados em ranhuras profundas com a altura na direção tangencial. A estrutura do rotor deve ser de material não ferromagnético para evitar dispersão do fluxo magnético entre os polos adjacentes e maximizar o fluxo que atravessa o entreferro.[006] In the proposed arrangement, the magnetic poles of the inductor rotor can be produced through permanent magnets, or by electromagnets formed by coils powered by an external source of direct current (excitatrix). The permanent magnet rotor can be built with alnico alloys (AL, Ni, Co, Fe), anisotropic (Ba, Sr) or rare earth (Nd, Sm) ferrites, among other ferromagnetic materials. The magnets are arranged inside the rotor with alternating polarities, housed in deep grooves with height in the tangential direction. The rotor frame must be of non-ferromagnetic material to avoid scattering of magnetic flux between adjacent poles and maximize flux across the air gap.

[007] O estator induzido é constituído por um núcleo formado por lâminas de material ferromagnético de alta permeabilidade, com ranhuras ao longo de toda superfície, onde são alojados os enrolamentos, ou bobinas do estator, de onde é extraída a corrente elétrica induzida.[007] The induced stator consists of a core formed by sheets of ferromagnetic material of high permeability, with grooves along the entire surface, where the windings or coils of the stator are housed, from which the induced electrical current is extracted.

[008] Embora o acionamento do indutor do gerador, objeto deste pedido de registro de patente, seja feito por um dispositivo reciprocante, a sua movimentação no interior do induzido é realizada através de uma cremalheira acoplada a sua haste de acionamento, que transforma o movimento retilíneo em rotacional. A oscilação dos polos se dá então, de maneira semicircular.[008] Although the triggering of the generator inductor, object of this patent application, is done by a reciprocating device, its movement inside the armature is performed through a rack coupled to its drive rod, which transforms the movement straight to rotational. The poles oscillate then, in a semicircular way.

[009] Os principais componentes do Gerador de Eletricidade com Indutor de Polos Oscilantes - GEIPO, são apresentados nas figuras anexas:[009] The main components of the Electricity Generator with Oscillating Poles Inductor - GEIPO, are presented in the attached figures:

[010] A figura 1 mostra a carcaça do GEIPO: 1.1 - Eixos de apoio dos mancais dos rotores, 1.2 - Orifício guia da haste de acionamento dos rotores, 1.3 - Prolongamento da lateral da carcaça, 1.4 Mancal guia da haste, 1.5 - Tampa frontal da carcaça.[010] Figure 1 shows the GEIPO frame: 1.1 - Rotor bearing support shafts, 1.2 - Rotor drive rod guide hole, 1.3 - Housing side extension, 1.4 Rod guide bearing, 1.5 - Cover front of the housing.

[011] A figura 2 mostra o estator do GEIPO: 2.1 - Placa com ranhuras do estator, 2.2 -Ranhuras do estator, 2.3 - Enrolamento do estator, 2.4 - Furos para fixação do estator à carcaça.[011] Figure 2 shows the GEIPO stator: 2.1 - Plate with stator grooves, 2.2 - Stator grooves, 2.3 - Stator winding, 2.4 - Holes for fixing the stator to the frame.

[012] A figura 3 mostra os indutores de polos oscilantes GEIPO: 3.1 - Pólo oscilante do indutor, 3.2 - Roda dentada de acionamento dos polos oscilantes do indutor, 3.3 -Bobinas dos polos oscilantes do indutor, 3.4 - Suportes dos mancais dos polos oscilantes do indutor, 3.5 - Polo oscilante com imãs permanentes alojados em ranhuras.[012] Figure 3 shows the GEIPO oscillating pole inductors: 3.1 - Inductor oscillating pole, 3.2 - Inductor oscillating poles drive sprocket, 3.3 - Inductor oscillating poles coils, 3.4 - Oscillating pole bearing supports of inductor, 3.5 - Oscillating pole with permanent magnets housed in grooves.

[013] A figura 4 mostra a haste de acionamento dos polos dos indutores do GEIPO: 4.1-Cremalheira, 4.2 - Haste, 4.3 - Junção flexível da haste.[013] Figure 4 shows the drive rod of the poles of the GEIPO inductors: 4.1-Rack, 4.2 - Rod, 4.3 - Flexible rod joint.

[014] A figura 5 mostra a visão geral do GEIPO: 5.1 - Carcaça, 5.2 - Estator, 5.3 - Polos magnéticos oscilantes, 5.4 - Haste de acionamento do indutor, 5.5 - Excitatriz.[014] Figure 5 shows the GEIPO overview: 5.1 - Housing, 5.2 - Stator, 5.3 - Oscillating magnetic poles, 5.4 - Inductor drive rod, 5.5 - Exciter.

[015] A figura 6 mostra a vista explodida do GEIPO.[015] Figure 6 shows the exploded view of GEIPO.

[016] A figura 7 mostra o posicionamento dos polos oscilantes com a haste de acionamento em movimento ascendente.[016] Figure 7 shows the positioning of the oscillating poles with the drive rod in ascending motion.

[017] A figura 8 mostra o posicionamento dos polos oscilantes com a haste de acionamento em movimento descendente.[017] Figure 8 shows the positioning of the oscillating poles with the drive rod in downward movement.

[018] Conforme mostrado nas figuras 1 a 6, o Gerador Elétrico de Indutor de Polos Oscilantes - GEIPO - é constituído por uma carcaça que envolve o gerador, dois estatores compostos por placas semicirculares com ranhuras onde são alojadas as bobinas dos induzidos, responsáveis pela transformação das forças do campo magnético em eletricidade, e dois polos oscilantes com rodas dentadas conectadas a uma cremalheira de seção circular, solidária à uma haste de acionamento que transforma o movimento linear em semicircular. Os polos magnéticos oscilantes podem ser construídos através de eletroímãs, formados por bobinas alimentadas por uma fonte externa de corrente contínua (excitatriz) ou através de imãs permanentes alojados em ranhuras profundas com as polaridades alternadas, sendo que a estrutura do rotor deve ser de material não ferromagnético para maximizar o fluxo que atravessa o entreferro.[018] As shown in figures 1 to 6, the Oscillating Poles Inductor Electric Generator - GEIPO - consists of a frame that surrounds the generator, two stators composed of semicircular plates with grooves where the armature coils, responsible for the armature, are housed. transformation of magnetic field forces into electricity, and two oscillating poles with cog wheels connected to a rack with a circular section, joined to a drive rod that transforms the linear movement into semicircular. Oscillating magnetic poles can be constructed using electromagnets, formed by coils powered by an external source of direct current (excitator) or by permanent magnets housed in deep grooves with alternating polarities, and the rotor structure must be of non-material material. ferromagnetic to maximize the flux across the air gap.

[019] Conforme mostrados nas Figuras 7 e 8, o funcionamento do GEIPO se dá da seguinte maneira: a haste de acionamento é conectada à uma fonte de movimento reciprocante, e uma cremalheira de seção circular, solidária a haste, faz com que o movimento linear provocado na haste de acionamento seja convertido em movimento semicircular dos polos oscilantes, através das rodas dentadas localizadas nos rotores. Como o movimento da haste é reciprocante, os polos nos rotores assumem um movimento semicircular oscilatório, fazendo com que o campo magnético varie no indutor, e desta maneira, induzindo a geração de eletricidade nas bobinas estator. Tendo em vista que a energia elétrica é gerada na forma de corrente alternada não senoidal de frequência varável, é previsto que o gerador seja conectado a um inversor de frequência para adequação da corrente gerada às características da rede elétrica.[019] As shown in Figures 7 and 8, the GEIPO operation is as follows: the drive rod is connected to a reciprocating movement source, and a rack of circular section, attached to the rod, causes the movement caused in the drive rod is converted into semicircular movement of the oscillating poles, through the gears located on the rotors. As the rod movement is reciprocating, the poles in the rotors assume an oscillating semicircular motion, causing the magnetic field to vary in the inductor, and thus inducing the generation of electricity in the stator coils. Considering that the electrical energy is generated in the form of non-sinusoidal alternating current of variable frequency, it is foreseen that the generator is connected to a frequency inverter to adapt the generated current to the characteristics of the electrical network.

Claims

Electric generator, characterized by two inductors with oscillating poles (3.1 and 3.5) which, through cog wheels (3.2), are connected to a rack (4.1) attached to a drive rod (4.2) of the generator, in order to induce electrical currents in the coils of an armature (2.3).

Electric generator, according to claim 1, characterized by actuation through a rod (4.2) connected to a reciprocating movement source, and a rack of circular section (4.1), attached to the rod, which cause the linear movement to be converted into semicircular movement of the oscillating poles (3.1 and 3.5).

Electric generator, according to claims 1 and 2, characterized by converting the mechanical energy manifested in reciprocating linear movements into electrical energy, in the form of alternating electric current of variable frequency, induced by the semicircular movement of the oscillating pole rotors (3.1 and 3.5 ).