ES2280438T3 - Dinamo unipolar. - Google Patents

Abstract

Dínamo unipolar con un par de imanes, formado por dos imanes unipolares (1, 2) dispuestos de forma coaxial, en cuyo entrehierro cilíndrico están dispuestos una serie de conductores de rotor (3, 4) en reposo, que discurren paralelos al eje longitudinal del par de imanes repartidos a lo largo del contorno del entrehierro, cuyos extremos están conectados a una alimentación de corriente o a un consumidor, en la que el imán unipolar interior conformado como imán permanente presenta características magnéticas homopolares a lo largo de su superficie radial del contorno y está conformado de forma rotatoria a lo largo de un eje longitudinal común del par de imanes y el imán unipolar exterior está conformado en reposo, caracterizada porque el imán unipolar exterior presenta también características magnéticas de la misma polaridad a lo largo de su superficie radial del contorno y está conformado por un material magnetizable y porque los conductores de rotor están conectados en paralelo entre sí por sus extremos correspondientes mediante conexiones (5) anulares, estando conectados varios conductores de rotor en paralelo en forma de grupos y estando conectados varios grupos en serie a través de conductores de retorno conducidos por la cara exterior del par de imanes permanentes (1, 2).

Description

Dínamo unipolar.

La invención se refiere a una dínamo unipolar según el preámbulo de la reivindicación 1.

Las máquinas eléctricas generan habitualmente corrientes de polaridad alterna o tensión variable. En los generadores de corriente trifásica o de corriente alterna se generan tensiones alternas, mientras que en los generadores de corriente continua se convierte la tensión pulsante en una tensión continua igualmente pulsante mediante inversores de corriente.

También se conocen las dínamos unipolares, que emplean el principio de una inducción unipolar. En la inducción unipolar se genera una tensión eléctrica continua con la ayuda de imanes permanentes.

La ventaja de una dínamo unipolar consiste, por lo tanto, en que en sus rotores no se induce una fuerza electromagnética alterna periódicamente variable, sino una fuerza electromagnética de dirección constante y magnitud constante, de tal forma que se genera una tensión continua constante.

Las dínamos unipolares conocidas hasta la fecha emplean conductores de rotor en movimiento, dispuestos de forma permanente en un campo de polaridad uniforme. Por ello no son necesarios los inversores de corriente para generar una tensión continua. La fuerza electromagnética generada es relativamente pequeña, de tal forma que los conductores de rotor se conectan por lo general en serie, situándolos entre dos escobillas cada uno e interconectando éstas en un circuito en serie mediante conductores de retorno, que se deben de guiar exteriormente alrededor de la máquina. Las dínamos unipolares no han triunfado debido al doble número de escobillas con respecto a los generadores de corriente continua. Tan sólo se han empleado más a menudo las dínamos unipolares para aplicaciones especiales en las que sólo es necesario generar pequeñas corrientes.

Del documento DE1563003 se conoce un generador con un rotor, que presenta un par de imanes unipolares conectados de forma permanente, que giran alrededor de su eje longitudinal, estando dispuesta en el entrehierro cilíndrico entre los dos imanes unipolares una pluralidad de conductores de rotor en reposo, a los que está conectado un consumidor, de tal forma que no son necesarios anillos colectores para establecer el contacto eléctrico con los conductores de rotor.

El documento CH423957 da a conocer en cambio un generador para la generación de corriente continua que presenta conductores de rotor superconductores. En este caso los conductores de rotor tampoco se mueven, sino que son de posición fija. Las tensiones eléctricas se inducen en el conductor de rotor mediante un campo magnético giratorio que proporcionan unas bobinas alimentadas con corriente alterna.

Del documento US4698538 se conoce un motor eléctrico con imanes sin escobillas, en el que se emplea un imán interior en forma de tubo con distribución coaxial de polos. La magnetización se realiza mediante el flujo magnético del imán interior, mediante unas bobinas en reposo, estator y otros elementos concentradores del flujo magnético dispuestos en un plano radial. La distribución del campo no es homogénea.

En el documento DE3509906 se especifica un motor de imán permanente que presenta dos rotores conectados entre sí y dos estatores. Los arrollamientos de estator se alimentan mediante una fuente multipolar de corriente alterna y generan en los estatores dos campos de corriente continua sinusoidales en el mismo sentido mediante los flujos magnéticos permanentes correspondientes.

Del documento JP58-99255 se conoce una dínamo unipolar que emplea un par de imanes unipolares dispuestos coaxialmente, estando fabricado el imán exterior de un material magnetizable. En el entrehierro cilíndrico entre los imanes están dispuestos una serie de conductores de rotor en reposo, que están arrollados alrededor del estator exterior formado por un material magnetizable, cuyos extremos están conectados a una fuente de corriente o a un consumidor. El imán permanente interior está conformado de forma rotatoria.

El objetivo de la invención es el de ofrecer una dínamo unipolar mejorada para la generación de corriente continua que no presente ningún elemento de desgaste como, por ejemplo, anillos colectores, pero que se pueda emplear no obstante para potencias elevadas y que presente una conformación especialmente sencilla.

Este objetivo se consigue mediante la invención indicada en la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se indican variantes ventajosas de la invención.

La solución de la invención parte de una dínamo unipolar con un par de imanes unipolares dispuestos de forma coaxial, en cuyo entrehierro cilíndrico están dispuestos una serie de conductores de rotor en reposo, que discurren paralelos al eje longitudinal del par de imanes unipolares repartidos a lo largo del contorno del entrehierro, cuyos extremos están conectados a una alimentación de corriente o a un consumidor.

La solución de acuerdo con la invención está caracterizada porque el imán unipolar exterior presenta también unas características magnéticas de la misma polaridad a lo largo de su superficie radial del contorno y está conformado por un material magnetizable, y porque los conductores de rotor están conectados en paralelo entre sí por sus extremos correspondientes mediante unas conexiones anulares, estando conectados varios conductores de rotor en paralelo en forma de grupos y estando conectados varios grupos en serie a través de conductores de retorno conducidos por la cara exterior del par de imanes permanentes.

La solución de acuerdo con la invención se basa de este modo en un descubrimiento sorprendente, que consiste en que es suficiente con excitar sólo uno de los dos imanes unipolares y de este modo moverlo con respecto al conductor de rotor, para generar una tensión eléctrica. Hasta ahora se había supuesto que era necesario mover conjuntamente los polos magnéticos que forman el campo magnético.

La dínamo unipolar de acuerdo con la invención presenta por lo tanto una conformación nueva, pero especialmente sencilla, en la que gira el imán unipolar interior, mientras que el imán unipolar exterior permanece en reposo. De este modo no es necesario el uso de piezas de desgaste como anillos de colector, que sirven habitualmente para establecer el contacto eléctrico de conductores de rotor giratorios. Por otro lado, en la dínamo unipolar de acuerdo con la invención se ha reducido la masa giratoria a un único imán unipolar rotatorio, con lo que se generan menos vibraciones. Una dínamo unipolar de este tipo se puede emplear de forma especialmente ventajosa como generador en instalaciones eólicas y como accionamiento auxiliar en vehículos.

Los conductores de rotor están conectados en paralelo entre sí por sus extremos correspondientes mediante unas conexiones anulares, de tal forma que los conductores de rotor individuales forman un cuerpo cilíndrico estable y están conectados al mismo tiempo en paralelo, para poder generar elevadas intensidades de corriente mediante la dínamo unipolar de acuerdo con la invención.

Está previsto que los conductores de rotor se encuentren conectados en serie mediante conductores de retorno conducidos por la cara exterior del par de imanes unipolares, de tal forma que es posible generar una elevada tensión mediante la dínamo unipolar de acuerdo con la invención. Para ello no se induce en los conductores de retorno ninguna fuerza electromagnética compensatoria a través del imán unipolar exterior en reposo cuando el imán unipolar exterior se encuentra en reposo y tan sólo gira el imán unipolar interior.

Además, están conectados en paralelo varios conductores de rotor en forma de grupos, y varios grupos están conectados en serie, de tal forma que tanto la tensión como la intensidad de corriente se puede aumentar libremente mediante la interconexión de los conductores de rotor.

En una forma de realización especial está previsto que los conductores de rotor se encuentren acoplados con el imán unipolar en reposo. De este modo, el imán unipolar exterior forma junto con los conductores de rotor una unidad cuando gira el imán unipolar interior.

En otra forma de realización está previsto que los conductores de rotor y el imán unipolar en reposo estén sellados conjuntamente, de tal forma que los conductores de retorno se encuentren mecánicamente estabilizados mediante la masa de relleno y queden protegidos frente a daños.

En una forma de realización especial está previsto que al menos una de las dínamos unipolares está formada por imanes en barra dispuestos de forma anular. De este modo se pueden fabricar imanes unipolares de cualquier dimensión mediante los imanes de barra conocidos y fáciles de fabricar.

En otra forma de realización está previsto que esté previsto un elemento de culata magnética de chapa para dínamo, que reduce el tamaño del entrehierro posterior entre el par de imanes unipolares que discurre por la cara exterior del imán exterior, presentado el elemento de culata magnética al menos un orificio para el paso de un eje o de conducciones de conexión eléctrica. De este modo se pueden reducir notablemente las pérdidas provocadas por el entrehierro posterior entre el imán unipolar en reposo y el rotativo.

A continuación se describe más detalladamente un ejemplo de realización en base a los dibujos. Se muestra:

fig. 1 una vista seccionada de la conformación por principio de una dínamo unipolar, y

fig. 2 una vista lateral de la conformación por principio de una dínamo unipolar.

Se hace referencia a las figuras 1 y 2.

La invención emplea un par de imanes unipolares con un imán exterior 1 anular y un imán interior 2 anular, estando conformados ambos imanes 1, 2 de forma unipolar, es decir, presentan características magnéticas de la misma polaridad a lo largo de su superficie radial del contorno. En el ejemplo mostrado de la fig. 1, el imán exterior 1 está conformado por su superficie interior como polo norte y el imán interior 2 está conformado por su superficie exterior como polo sur.

Este tipo de imanes unipolares pueden estar formados por imanes de barra conocidos, mediante la disposición de una pluralidad de imanes de barra con la misma orientación de polaridad en la misma dirección, unos contra otros de forma anular, de tal forma que recubren la superficie de revestimiento de un cuerpo de base cilíndrico.

Entre los imanes unipolares 1, 2 está formado un entrehierro, en el que están una serie de conductores anulares 3, 4, dispuestos a lo largo de una línea de unión 5. Para ello el imán unipolar exterior 1 está unido de forma fija con los conductores 3, 4, de tal forma que forman una unidad. Los conductores 3, 4 y el imán unipolar exterior 1 pueden estar sellados con un plástico, para formar así una unidad compacta, en la que el imán unipolar exterior 1 y los conductores 3, 4 quedan protegidos mediante la masa de relleno.

En esta unidad formada por el imán unipolar exterior 1 y los conductores 3, 4 está introducido el imán unipolar interior 2, que está apoyado de forma giratoria. El imán unipolar interior 2 puede estar formado, tal y como se ha descrito anteriormente, por una pluralidad de imanes de barra. De acuerdo con la invención, el imán unipolar exterior 1 es un tubo de un material magnetizable y el imán unipolar interior 2 está formado preferentemente por unos imanes en
barra.

La fig. 2 muestra una vista lateral de la conformación por principio de una dínamo unipolar de acuerdo con la invención. En el entrehierro entre los imanes 1, 2 están dispuestos los conductores 3 anulares, que están acoplados por sus extremos entre sí mediante una conexión 5 anular, conectados a un consumidor 6. De este modo los conductores de rotor 3 están conectados en paralelo entre sí y forman junto con el imán unipolar exterior 1 un cuerpo cilíndrico, en el que se introduce el imán unipolar interior 2.

Cuando se desee lograr una tensión elevada, también se pueden conectar los conductores de rotor 3 en serie entre sí, conduciéndose los conductores de retorno a lo largo de la cara exterior de la dínamo unipolar, para no tener que ser conducidos a través del campo magnético y provocar en él una fuerza electromagnética inversa. Otra alternativa consiste en conectar varios conductores de rotor en paralelo formando grupos, y conectar los grupos en serie.

Para reducir las pérdidas en el entrehierro posterior entre el imán unipolar exterior y el interior 1, 2, está previsto un elemento de culata magnética, fabricado de chapa para dínamo, y que conecta el par de imanes unipolares 1, 2 entre sí hasta formar una ranura estrecha, necesaria para que uno de los dos imanes unipolares 1, 2 pueda rotar. El elemento de culata magnética presenta en ambas caras frontales de la dínamo unipolar de acuerdo con la invención un orificio, a través del cual se puede introducir un eje para el imán unipolar interior 2 así como conducciones eléctricas para la conexión de los conductores 3, 4.

Claims (5)

1. Dínamo unipolar con un par de imanes, formado por dos imanes unipolares (1, 2) dispuestos de forma coaxial, en cuyo entrehierro cilíndrico están dispuestos una serie de conductores de rotor (3, 4) en reposo, que discurren paralelos al eje longitudinal del par de imanes repartidos a lo largo del contorno del entrehierro, cuyos extremos están conectados a una alimentación de corriente o a un consumidor, en la que el imán unipolar interior conformado como imán permanente presenta características magnéticas homopolares a lo largo de su superficie radial del contorno y está conformado de forma rotatoria a lo largo de un eje longitudinal común del par de imanes y el imán unipolar exterior está conformado en reposo, caracterizada porque el imán unipolar exterior presenta también características magnéticas de la misma polaridad a lo largo de su superficie radial del contorno y está conformado por un material magnetizable y porque los conductores de rotor están conectados en paralelo entre sí por sus extremos correspondientes mediante conexiones (5) anulares, estando conectados varios conductores de rotor en paralelo en forma de grupos y estando conectados varios grupos en serie a través de conductores de retorno conducidos por la cara exterior del par de imanes permanentes (1, 2).

2. Dínamo unipolar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los conductores de rotor (3, 4) están acoplados con el imán unipolar (1) en reposo.

3. Dínamo unipolar según la reivindicación 2, caracterizada porque los conductores de rotor (3, 4) y el imán unipolar (1) en reposo están sellados conjuntamente.

4. Dínamo unipolar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos uno de los imanes unipolares (1, 2) está formado por imanes en barra dispuestos de forma anular.

5. Dínamo unipolar según la reivindicación 1, caracterizada porque está previsto un elemento de culata magnética, que reduce la dimensión del entrehierro entre el par de imanes unipolares (1, 2) que discurre por la cara exterior del imán unipolar exterior, presentando el elemento de culata magnética al menos un orificio para el paso de un eje y de conducciones eléctricas de conexión.