ES2280438T3 - Dinamo unipolar. - Google Patents
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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.
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.
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