ES1252295U - Generador electrico - Google Patents

Abstract

Generador (1) eléctrico caracterizado por que comprende: un rotor (2), que comprende a su vez un eje (4), y al menos dos discos de rotor (5) de material no ferromagnético solidarios al eje (4), en donde los al menos dos discos de rotor (5) comprenden una pluralidad de perforaciones (6) dispuestas radialmente respecto al eje (4) del rotor (2); y un estátor (3) coaxial al rotor (2), que comprende a su vez al menos una pieza de bobina (9) con una pluralidad de bobinas (10) dispuestas radialmente respecto al eje (4) del rotor (2), y al menos dos piezas de estátor (7) con una pluralidad de imanes (8) dispuestos radialmente respecto al eje (4) del rotor (2) y con sus polos magnéticos alineados; en donde la al menos una pieza de bobina (9) está dispuesta entre los al menos dos discos de rotor (5), y los al menos dos discos de rotor (5) están dispuestos entre las al menos dos piezas de estátor (7); de forma que ante una rotación del rotor (2) se induce una corriente eléctrica entre los bornes de las bobinas (10).

Description

DESCRIPCIÓN

GENERADOR ELÉCTRICO

Campo técnico de la invención

La presente invención está dirigida a un generador eléctrico, y más específicamente a un generador eléctrico con un rotor de material no ferromagnético.

Antecedentes de la invención

Cada vez más, la sociedad demanda tecnologías más respetuosas con el medio ambiente y que hagan un uso más racional de los recursos. Esto es especialmente cierto en el caso de la generación de energía, ya sea para la producción de electricidad o para cualquier otra forma de aprovechamiento de energía.

En este sentido, los generadores eléctricos son la principal tecnología encargada de transformar potencia mecánica en energía eléctrica, independientemente de si la potencia mecánica proviene de un motor convencional o de una fuente renovable.

Sin embargo, de poco serviría reducir el consumo eléctrico y emplear fuentes de energía renovables si los generadores eléctricos que deben transformar la energía son poco eficientes. Por ello es muy importante incidir en el desarrollo de generadores eléctricos eficientes y prácticos.

Actualmente son conocidos diversos tipos de generador eléctrico, en particular, generadores con bobinados o imanes en el rotor, pero estos tipos conocidos no son capaces de resolver todos los problemas comunes en el estado de la técnica, en particular a los daños causados por fatiga; por ello, es evidente que aún existe un amplio margen para la mejora en el campo de los generadores eléctricos.

Descripción de la invención

La presente invención propone una solución a los problemas del estado de la técnica mediante un generador eléctrico según se define en la reivindicación independiente.

En un aspecto inventivo, la invención proporciona un generador eléctrico caracterizado por que comprende:

un rotor, que comprende a su vez un eje, y al menos dos discos de rotor de material no ferromagnético solidarios al eje, en donde los al menos dos discos de rotor comprenden una pluralidad de perforaciones dispuestas radialmente respecto al eje del rotor; y

un estátor coaxial al rotor, que comprende a su vez al menos una pieza de bobina con una pluralidad de bobinas dispuestas radialmente respecto al eje del rotor, y al menos dos piezas de estátor con una pluralidad de imanes dispuestos radialmente respecto al eje del rotor y con sus polos magnéticos alineados;

en donde la al menos una pieza de bobina está dispuesta entre los al menos dos discos de rotor, y los al menos dos discos de rotor están dispuestos entre las al menos dos piezas de estátor; de forma que ante una rotación del rotor se induce una corriente eléctrica entre los bornes de las bobinas.

A lo largo del presente documento se entenderá que material no ferromagnético es un material que no presenta ferromagnetismo ni ferrimagnetismo, y que preferiblemente es un material diamagnético o paramagnético. Por polos magnéticos alineados se debe entender en el presente documento la ordenación substancialmente paralela y con el mismo sentido de los vectores representativos del campo magnético que van del polo Norte magnético al polo Sur magnético de cada imán, de forma que el campo magnético resultante es substancialmente paralelo al eje del rotor. Por imán se debe entender un objeto capaz de producir un campo magnético.

Ventajosamente, el campo magnético generado por los imanes atraviesa los al menos dos discos de rotor y la pluralidad de bobinas, de forma que la rotación de los discos de rotor produce un movimiento relativo entre las perforaciones y las bobinas de manera que el flujo magnético que atraviesa las bobinas es variable con el tiempo.

También ventajosamente, gracias a la disposición en el estátor de los elementos potencialmente más pesados, como las bobinas y los imanes, la inercia del rotor se reduce en comparación con un generador convencional, reduciendo la posibilidad de daño estructural y prolongando la vida útil del generador.

En una realización particular, cada disco de rotor comprende seis perforaciones dispuestas con simetría de rotación respecto al eje del rotor. De esta forma, las perforaciones se distribuyen de forma homogénea formando un ángulo de 60° entre ellas.

En una realización particular, las perforaciones de un disco de rotor están desfasadas 30° respecto a las perforaciones de otro disco de rotor. Ventajosamente, con el rotor en movimiento se logra una inducción más homogénea en las bobinas.

En una realización particular, cada pieza de estátor comprende seis imanes dispuestos con simetría de rotación respecto al eje del rotor. De esta forma, los imanes se distribuyen de forma homogénea formando un ángulo de 60° entre ellos.

En una realización particular, la al menos una pieza de bobina comprende seis bobinas dispuestas con simetría de rotación respecto al eje del rotor. De esta forma, las bobinas se distribuyen de forma homogénea formando un ángulo de 60° entre ellas.

La disposición de seis unidades de imanes, bobinas y perforaciones por cada pieza o disco, con simetría de rotación, permiten que ante una velocidad de rotación del rotor constante se induzca una corriente más homogénea en los conductores de las bobinas.

En una realización particular, cada bobina está en conexión eléctrica con la bobina dispuesta en la posición diametralmente opuesta respecto al eje del rotor. Se debe entender que una bobina está dispuesta en una posición diametralmente opuesta cuando forma un ángulo de 180° con una segunda bobina.

En una realización particular, los imanes están substancialmente alineados con las bobinas. De esta forma se maximiza el flujo magnético que atraviesa las bobinas y permite inducir una mayor intensidad de corriente.

En una realización particular, los imanes son imanes permanentes. Ventajosamente, los imanes permanentes no requieren alimentación eléctrica para generar un campo magnético.

En una realización particular, las bobinas son arrollamientos de cobre. Ventajosamente, los conductores de cobre proporcionan una elevada conductividad eléctrica, y al mismo tiempo es un material con una gran disponibilidad y durabilidad.

En una realización particular, los elementos del estátor están unidos a una misma pieza de sujeción. De esta forma se obtiene un generador compacto y portátil. Ventajosamente, el rotor se une a la pieza de sujeción por medio de uno o más rodamientos.

En una realización particular, las perforaciones son taladros de sección circular. De esta forma la fabricación de los discos de rotor por medios convencionales a partir de un disco de material es sencilla y eficiente. En una realización particular, el diámetro de los taladros es igual al doble de la distancia entre los centros de dos perforaciones adyacentes.

En una realización particular, cada pieza de estátor tiene forma de disco. De esta forma la fabricación de las piezas de estátor por medios convencionales a partir de una barra cilíndrica de material es sencilla y eficiente.

Estas y otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción de las realizaciones preferidas, pero no exclusivas, que se ilustran a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1 Esta figura muestra una vista en corte del perfil del generador.

Figura 2 Esta figura muestra una vista frontal del rotor.

Figura 3 Esta figura muestra una vista frontal del estátor.

Descripción detallada de un ejemplo de realización

En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos en forma de ejemplos para proporcionar un entendimiento minucioso de las enseñanzas relevantes. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la materia que las presentes enseñanzas pueden llevarse a la práctica sin tales detalles.

La Figura 1 muestra un ejemplo de realización del generador (1) con una vista en corte de perfil que permite apreciar mejor las características de la invención. Como se puede apreciar en esta figura, los elementos del estátor (3), es decir, la pieza de bobina (9) y las dos piezas de estátor (7), están dispuestos de forma coaxial respecto al eje (4) del rotor (2); estos elementos del estátor están unidos a una pieza de sujeción común, no mostrada en las figuras. Aunque en la Figura 1 se muestran sólo una parte de los elementos, el generador (1) comprende además otros elementos auxiliares, tales como elementos de protección y sujeción, de evacuación de temperatura, y disminución de rozamientos, entre otros, que no se muestran en las figuras, y que son de tipo convencional.

Volviendo a la Figura 1, el rotor (2) comprende el eje (4) y dos discos de rotor (5) que se hacen solidarios al eje (4) por medio de sendas chavetas; en esta realización, los discos de rotor (5) son discos de un material no-ferromagnético de un espesor comparable al diámetro de las perforaciones (6); en un ejemplo, los discos de rotor (5) están fabricados en aluminio. Además, cada disco de rotor (5) comprende seis perforaciones (6) o taladros de sección circular dispuestos a una distancia radial fija y formando ángulos de 60° entre ellos; en esta realización, el diámetro de las perforaciones (6) es del orden de la mitad de la distancia entre los centros de dos perforaciones (6) adyacentes.

En el ejemplo de realización mostrado, las perforaciones (6) de un disco de rotor (5) están desfasadas, o desplazadas angularmente, 30° respecto a las perforaciones del otro disco de rotor (5); esto no se puede apreciar en la Figura 2, pero sí en la Figura 1, en donde el corte del disco de rotor (5) dispuesto más a la derecha no atraviesa ninguna perforación (6).

En la Figura 3 se muestra una vista frontal del estátor (3) en el que se puede apreciar una pieza de estátor (7); la segunda pieza de estátor (7) y la pieza de bobina (9) quedan ocultas en esta vista. En esta realización tanto las dos piezas de estátor (7) como la pieza de bobina (9) tienen configuración de disco; cada pieza de estátor (7) comprende seis imanes (8), y la pieza de bobina (9) comprende seis bobinas (10), dispuestas todas a una distancia radial fija y formando ángulos de 60° entre ellas, lo que da lugar a una simetría de rotación. En un ejemplo, las piezas de estátor (7) están fabricadas con cualquier material que sea compatible con su función, por ejemplo, con un material polimérico o metálico. En un ejemplo, la pieza de bobina (9) está fabricado con un material firme y macizo, por ejemplo, con un material polimérico o metálico.

En el ejemplo mostrado, los imanes (8) son imanes permanentes, por ejemplo, imanes de ferrita, cilíndricos que están dispuestos a una distancia radial substancialmente igual a las perforaciones (6) del rotor (2). Los imanes (8) se insertan en unas perforaciones correspondientes de las piezas de estátor (7), de forma que el eje imaginario que une los polos magnéticos de cada imán (8) sea paralelo al eje (4) del rotor (2). Cualquiera de los dos posibles sentidos de la orientación de los polos magnéticos es válido, pero los polos Norte magnéticos de todos los imanes (8) deben apuntar en la misma dirección y sentido; lo mismo se debe de cumplir para los polos Sur magnéticos.

A su vez, las bobinas (10) también están dispuestas con simetría de rotación, a una distancia radial fija y formando ángulos de 60° entre ellas; esta distancia radial coincide con la distancia radial a la cual están dispuestas las perforaciones (6) del rotor (2). En este ejemplo, cada bobina (10) está formada por arrollamientos de hilo de cobre, con al menos un terminal conectado con otro terminal de una bobina (10) dispuesta en el lado diametralmente opuesto, formando así tres grupos de dos bobinas (10) conectadas entre sí. Las bobinas (10) se insertan en unas perforaciones correspondientes de la pieza de bobina (9).

Dado que los imanes (8) son imanes permanentes con sus polos magnéticos alineados, el flujo magnético generado atraviesa, de izquierda a derecha según se muestra en la Figura 1 y considerando los polos Norte magnéticos orientados hacia la derecha, el primer disco de rotor (5), las bobinas (10) de la pieza de bobina (9), y finalmente el segundo disco de rotor (5) hasta alcanzar el polo Sur magnético de los imanes (8) dispuestos en la segunda pieza de estátor (7).

Al ser imanes permanentes, el campo magnético es prácticamente constante en el tiempo, por lo que mientras el rotor (2) no se mueva, la reluctancia magnética asociada a los discos de rotor (5) se mantendrá constante, y el flujo magnético que atraviesa las bobinas (10) será también constante. En cambio, cuando el rotor (2) comienza a rotar, el flujo magnético que atraviesa las bobinas (10) varía en función de que en un instante dado una perforación (6) pase por delante de las bobinas (10), disminuyendo la reluctancia magnética de los discos de rotor (5), o que el material no-ferromagnético de los discos de rotor (5) apantalle el flujo magnético, dando lugar a una variación temporal del flujo magnético que perciben las bobinas (10), que en consecuencia inducirá una corriente eléctrica en el devanado de las bobinas (10).

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Generador (1) eléctrico caracterizado por que comprende:

un rotor (2), que comprende a su vez un eje (4), y al menos dos discos de rotor (5) de material no ferromagnético solidarios al eje (4), en donde los al menos dos discos de rotor (5) comprenden una pluralidad de perforaciones (6) dispuestas radialmente respecto al eje (4) del rotor (2); y

un estátor (3) coaxial al rotor (2), que comprende a su vez al menos una pieza de bobina (9) con una pluralidad de bobinas (10) dispuestas radialmente respecto al eje (4) del rotor (2), y al menos dos piezas de estátor (7) con una pluralidad de imanes (8) dispuestos radialmente respecto al eje (4) del rotor (2) y con sus polos magnéticos alineados;

en donde la al menos una pieza de bobina (9) está dispuesta entre los al menos dos discos de rotor (5), y los al menos dos discos de rotor (5) están dispuestos entre las al menos dos piezas de estátor (7);

de forma que ante una rotación del rotor (2) se induce una corriente eléctrica entre los bornes de las bobinas (10).

2. Generador (1) según la reivindicación anterior, en donde cada disco de rotor (5) comprende seis perforaciones (6) dispuestas con simetría de rotación respecto al eje (4) del rotor (2).

3. Generador (1) según la reivindicación anterior, en donde las perforaciones (6) de un disco de rotor (5) están desfasadas 30° respecto a las perforaciones (6) de otro disco de rotor (5).

4. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada pieza de estátor (7) comprende seis imanes (8) dispuestos con simetría de rotación respecto al eje (4) del rotor (2).

5. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una pieza de bobina (9) comprende seis bobinas (10) dispuestas con simetría de rotación respecto al eje (4) del rotor (2).

6. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en donde cada bobina (10) está en conexión eléctrica con la bobina dispuesta en la posición diametralmente opuesta respecto al eje (4) del rotor (2).

7. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los imanes (8) están substancialmente alineados con las bobinas (10).

8. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los imanes (8) son imanes permanentes.

9. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las bobinas (10) son arrollamientos de cobre.

10. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos del estátor (3) están unidos a una misma pieza de sujeción.

11. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las perforaciones (6) son taladros de sección circular.

12. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada pieza de estátor (7) tiene forma de disco.