ES2375984B2 - Multigenerador de energía eléctrica. - Google Patents

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Abstract

El multigenerador de energía eléctrica comprende una serie de circuitos magnéticos radiales, cada uno de ellos formado por dos columnas (2 y 3) unidas por un radio magnético inferior (4) y por otro radio magnético superior, constituyendo éste el rotor (8), destinado a abrir, cerrar y variar la circulación del flujo magnético. La columna externa (3) está dotada de un bobinado inducido (6) y la columna central (2), que es común a todos los radios, está dotada de un bobinado de excitación (5). El multigenerador incluye una rueda motriz y principal (10) que a través de un acoplamiento mecánico y de un motor hace girar a todos los rotores (8), variando la circulación del flujo magnético y generándose una fuerza electromotriz en las bobinas inducidas (6). La columna central (2) es común a todos los circuitos magnéticos radiales. Se consigue de esta manera un sustancial incremento en el rendimiento del generador.

Description

Concretamente en la Patente WO 03/073590 se ha
Multigenerador de energía eléctrica.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un multigenerador de energía eléctrica, basado en los conceptos de inducción de Faraday y con unas características tales que el correspondiente campo magnético inductor y los campos magnéticos inducidos generados, de acuerdo con la Ley de Lenz, ofrecen poca resistencia al sentido de giro de los rotores, necesitándose muy poca fuerza mecánica del exterior aplicada al correspondiente eje para generar potencia.
El objeto de la invención es conseguir un multigenerador de energía eléctrica que funciona solo como generador y nunca como motor, y en donde la energía exterior aplicada al eje deja de ser directamente proporcional a la energía eléctrica generada, con el consecuente incremento en el rendimiento que ello supone. Antecedentes de la invención
Los generadores de energía eléctrica basados en el principio de inducción de Faraday, básicamente comprenden un circuito inductor que genera un campo magnético que induce en otro circuito una fuerza electromotriz. Asimismo comprende un circuito inducido constituido por un devanado dispuesto en el interior de una carcasa cilíndrica hueca, de material ferromagnético, al que se denomina generalmente estator, el cual está alojado en ranuras dispuestas al efecto, mientras que el circuito inductor anteriormente comentado está constituido por un rotor cilíndrico coaxial con el estator al que se le suministra una corriente continua para generar el campo inductor comúnmente denominado excitación.
De acuerdo con la realización básica comentada de lo que es un generador de energía eléctrica, al girar el rotor por una fuerza mecánica exterior, se conseguirá una variación del flujo, traspasándose la energía generada de la excitación a cada semiciclo de la frecuencia inducida, de manera que la energía mecánica exterior aplicada al eje es directamente proporcional a la oposición de los campos magnéticos de la excitación y al generado por la intensidad que circula por el bobinado inducido, con el fin de hacer girar el rotor y así generar la frecuencia de trabajo del generador.
En la construcción de los generadores actuales, la carcasa está formada por chapas magnéticas colocadas planas y sobrepuestas unas encima de otras, haciendo coincidir los rebajes que tienen para formar las ranuras para la colocación del bobinado inducido. Las chapas del rotor también son planas y van sobrepuestas, estando afectadas de un orificio central dispuesto para introducir el eje del generador.
Esta construcción se usa también en los motores, de ahí que los generadores actuales puedan funcionar como motores.
Por este motivo, la energía mecánica exterior aplicada al eje del generador es directamente proporcional a la energía eléctrica generada, mientras que en los motores la fuerza mecánica del eje es directamente proporcional a la energía eléctrica suministrada.
Entre los documentos de Patentes mas importantes en relación con un estado de la técnica concreto de la solicitud, pueden citarse las Patentes WO 03/073590 y WO 92/13383, las cuales presentan el inconveniente de que cada circuito tiene un bobinado de excitación y un bobinado inducido, lo que hace que el generador comprobado que en cada circuito magnético solo pasa un cuarto de amperios/vuelta del bobinado inductor al bobinado inducido, por lo que si se tienen 100 amperios/vuelta en la excitación del bobinado inductor, en el inducido solo se inducen 25 amperios/vuelta, aunque la ventaja que presenta este generador descrito en la comentada Patente es que si se gira el rotor a 3.000 rpm, la circulación del flujo magnético se abre y cierra en cada circuito 36.000 veces por minuto, lo que genera una gran fuerza electromotriz.
En consecuencia, lo que se tiene es que la fuerza electromotriz inducida es directamente proporcional a la variación de flujo magnético, de manera que una parte de los amperios/vuelta del bobinado de excitación pasan al bobinado inducido generando un flujo magnético que supone el flujo que lo genera, según la Ley de Lenz, por lo que el mejor generador es el que realiza con mayor rapidez la variación de flujo magnético y que además los campos magnéticos inductor e inducido ofrezcan la menor fuerza posible al sentido de giro del eje. Descripción de la invención
El multigenerador de energía eléctrica que se preconiza, basándose en lo descrito precisamente en esa Patente de Invención WO 03/073590, o lo que es lo mismo en el principio de inducción de Faraday y por variación de la reluctancia, solo funcionará como generador y no como motor, dejando de ser la energía exterior aplicada al eje directamente proporcional a la energía eléctrica generada.
Teniendo en cuenta que si en una central térmica se desacopla la turbina del conjunto del generador y se acopla el motor pony para llevar el generador a las revoluciones nominales, al acoplarlo a la red se puede generar energía reactiva. Pues bien, en el multigenerador de la invención lo que se establece es que el motor pony actúa de turbina y es suficiente por la poca oposición de los campos magnéticos que generan los rotores, para la generación de energía eléctrica.
Por consiguiente, mediante el multigenerador de la invención se puede prescindir de la turbina de vapor
o de las turbinas de los embalses, pudiéndose instalar en los lugares de consumo y no siendo necesarias las líneas de transporte de alta y media tensión.
Por otro lado, el multigenerador está previsto para crear una energía eléctrica limpia, allí donde sea necesaria, sin contaminación, pudiéndose aplicar a todos los medios de transporte, industria, viviendas, etc., solucionando con ello el problema energético y de medio ambiente.
Mas concretamente, el multigenerador de energía eléctrica de la invención es del tipo de los que comprenden circuitos magnéticos radiales, cada uno de ellos formado por dos columnas unidas por un radio magnético inferior y por un radio magnético superior, estando uno de los radios provisto de un rotor para abrir/cerrar y variar la circulación del flujo magnético, mientras que la columna externa está dotada de un bobinado inducido y la columna central y común a todos los radios del multigenerador está dotada del bobinado de excitación, alimentado por una corriente continua, de manera tal que en determinados casos esta columna central puede estar materializada por un imán permanente que hace de excitación.
El movimiento giratorio de los rotores se hace por medio de un acoplamiento mecánico a una rueda motriz principal, a la que se aplica una fuerza mecánica exterior al eje de la misma, generada por un motor, para variar la circulación del flujo magnético y que se genere la fuerza electromotriz en las bobinas inducidas.
A partir de esas características, el multigenerador de la invención se caracteriza porque la columna del núcleo central es común a todos los circuitos magnéticos radiales del multigenardor, y está provista de una bobina de excitación central que está alimentada por una corriente continua, la cual origina el flujo magnético para inducir una fuerza electromotriz alternativamente en todas las bobinas inducidas de las columnas externas correspondientes a los circuitos magnéticos radiales que lo forman. La fuerza electromotriz inducida será directamente proporcional a las revoluciones de los rotores.
Otra característica que presenta el multigenerador de la invención es que la columna central con su bobina de excitación puede ser sustituida por una columna de un imán permanente, donde la regulación de la potencia se hará por variación de las revoluciones en la rueda motriz. Esta aplicación resulta interesante para pequeños medios de transporte.
También es característica de novedad en el multigenerador de energía eléctrica de la invención el hecho de comprender un rotor en cada circuito magnético radial, todo ello con el fin de abrir, cerrar y variar la circulación del flujo magnético, y en el caso de que se traspase la energía de la bobina de excitación central a todos los bobinados radiales externos, se genere alternativamente una fuerza electromotriz en las bobinas inducidas.
En cuanto a las chapas magnéticas que forman el rotor del multigenerador de la invención, las mismas son planas y van colocadas de pie unas al lado de otras. En la parte central se coloca el eje del rotor paralelo a ellas, con 90º de inclinación a las mismas, siguiéndose sobreponiendo las chapas magnéticas, hasta lograr la forma del conjunto rotatorio. Estas chapas magnéticas estarán separadas por un barniz aislante, incorporando materiales diamagnéticos en la construcción del rotor, para asegurar un determinado sentido de giro permanente en el mismo.
La esencia del rotor es que su forma constructiva establece que la circulación del flujo magnético varíe de una forma más rápida, teniendo menos oposición al sentido de giro y que los flujos magnéticos inductor e inducido en cierta posición del rotor ayuden al sentido de giro del mismo, necesitando muy poca fuerza mecánica exterior aplicada al eje del conjunto para traspasar la energía de la excitación a los bobinados de los circuitos inducidos.
También es característica de novedad de la invención el hecho de que el bobinado inductor y los bobinados inducidos están fijos sobre las columnas correspondientes.
Por otro lado, se ha previsto que los rotores del multigenerador estén sincronizados mecánicamente sobre el eje central, si bien únicamente sirven para variar la circulación del flujo magnético de los circuitos magnéticos radiales, sin incorporación de bobinado alguno.
Por último, decir que la potencia del multigenerador de energía eléctrica de la invención puede variarse en función de su aplicación, variando la potencia en la bobina de excitación cuando se desee tener siempre la misma fuerza electromotriz, variando igualmente las revoluciones de los rotores, o bien ambas a la vez para algunas aplicaciones en ciertos medios de transporte.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.-Corresponde a una representación esquemática de una chapa laminada de las que forman el núcleo magnético estático correspondiente al multigenerador de energía eléctrica objeto de la invención.
La figura 2.-Muestra una representación esquemática en sección diametral del multigenerador de la invención.
La figura 3.-Muestra una vista en alzado lateral superior del mismo multigenerador.
La figura 4.-Muestra una representación esquemática en sección con un sistema de engranajes para el funcionamiento del multigenerador de la invención.
La figura 5.-Muestra una representación esquemática en alzado del conjunto representado en la figura anterior.
La figura 6.-Muestra una representación del multigenerador con doce circuitos magnéticos perfectamente distribuidos, según un alzado de los radios inferiores.
La figura 7.-Muestra una vista del mismo multigenerador con doce circuitos magnéticos perfectamente distribuidos, según una vista en alzado de los radios superiores y con los rotores posicionados.
La figura 8.-Muestra, finalmente, una representación del mismo multigenerador con doce circuitos magnéticos perfectamente distribuidos, según una vista en alzado, incorporando los engranajes de acoplamiento y funcionamiento de los rotores. Realización preferente de la invención
Como se puede ver en las figuras y en relación concretamente con la figura 1, el circuito magnético radial se establece en la chapa referenciada (1) correspondiente al núcleo magnético estático del multigenerador, indicando con (2) la columna magnética donde se aloja la bobina de excitación, y con los números
(3) se indican las columnas magnéticas donde se alojan las bobinas inducidas, referenciándose con la indicación (4) correspondiente a los radios inferiores del circuito magnético radial.
En las figuras2y3 puede observarse el elemento inductor o bobina de excitación (5) común a todos los circuitos magnéticos, mientras que las bobinas inducidas son las referenciadas con el número (6).
En las figuras 2, 3,4y5se representa el funcionamiento en un momento dado de dos circuitos magnéticos radiales del multigenerador, en donde el circuito magnético de la izquierda se encuentra con su rotor
(8) abierto y el circuito (7) abierto, el de la derecha con su rotor (8) en posición de cierre y el circuito (7) cerrado.
En las figuras 4 y 5, la referencia (9) corresponde al eje de la rueda motriz principal y común (10), mientras que con la referencia (11) se indican las ruedas secundarias acopladas a los rotores (8).
De acuerdo con las características referidas, el funcionamiento es como sigue: En las figuras 2, 3, 4 y 5 se representa la situación
en un momento dado de dos circuitos magnéticos radiales del multigenerador, en donde el circuito magnético de la izquierda se encuentra con su rotor (8) abierto y el circuito abierto de la derecha con su rotor
(8) en posición de cierre.
Cuando se aplica o se suministra una corriente continua a la bobina de excitación (5), se aplica una fuerza mecánica rotativa exterior al eje motriz (9), fuerza que hace girar a la rueda motriz (10), transmitiendo ésta a su vez el movimiento rotatorio a todas las ruedas secundarias (11) acopladas a los rotores (8) y haciendo girar a éstos. Cuando el rotor cierra el circuito y circula el flujo magnético, a medida que va abriendo el circuito disminuirá la circulación del flujo magnético, y al dejar el circuito abierto deja de circular el flujo magnético, de manera que esta variación de flujo magnético hace que se induzca una fuerza electromotriz en las bobinas inducidas (6), fuerza electromotriz que es directamente proporcional a las revoluciones de la rueda motriz (10).
En el circuito magnético del multigenerador mostrado en las figuras 2, 3, 4 y 5, el rotor (8) mantiene abierto el circuito magnético en la bobina inducida (6), generando en ésta la máxima fuerza electromotriz inducida sin ninguna circulación de amperios. En el circuito de la derecha el rotor (8) correspondiente cierra el circuito magnético, haciendo circular el flujo magnético de la bobina de excitación (5) por el rotor de la derecha, a través de la columna (3) de la derecha, por el radio (4) correspondiente, para incorporarse otra vez a la bobina de excitación (5), de manera que esta circulación puede ser a la inversa, según la polarización de la bobina de excitación (5), en cuyo momento en la bobina inducida (6) se produce la máxima circulación de amperios y la mínima fuerza electromotriz inducida.
Solo resta señalar por último que, como ya se ha citado con anterioridad y como muestra la figura 3, cada rotor (8) incorpora al menos una carga (12) de un material diamagnético, preferentemente dos, convenientemente situadas para asegurar un movimiento giratorio de dicho rotor permanentemente en el mismo sentido.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    res (8) conforman radios en la misma parte del multi
    1. Multigenerador de energía eléctrica, que comprendiendo una serie de circuitos magnéticos radiales, cada uno de los cuales está formado por dos columnas (2 y 3) unidas por un radio magnético inferior
    (4)
    y por un radio magnético superior constitutivo del correspondiente rotor (8), se caracteriza porque la columna central (2) es común a todos los radios del multigenerador e incorpora una bobina de excitación
    (5)
    común a todos los bobinados inducidos (6) prevista en la correspondiente columna externa (3), estando cada rotor (8) acoplado mecánicamente a una rueda secundaria (11), estando todas las ruedas secundarias
    (11)
    correspondientes a los respectivos rotores acopladas mecánicamente a una rueda motriz principal (10), y siendo esta rueda principal accionada por un motor.
  2. 2. Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incluye un rotor
    (8) en cada circuito magnético radial.
  3. 3. Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 2ª, caracterizado porque todos los rotogenerador.
  4. 4.
    Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicaciones 2ª y 3ª, caracterizado porque todos los rotores (8) están sincronizados.
  5. 5.
    Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el rotor incorpora materiales diamagnéticos.
  6. 6.
    Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la columna central (2) y su bobina de excitación (5) están materializadas por un imán permanente para pequeñas realizaciones.
  7. 7.
    Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la bobina de excitación (5) y las bobinas inducidas (6) van sujetas y fijadas a las correspondientes columnas (2 y 3).
  8. 8.
    Multigenerador de energía eléctrica, según reivindicación 1ª, caracterizado porque las correspondientes chapas laminadas (1) que forman la estructura para el rotor (8) están dispuestas de pie, paralelas al eje y colocadas planas perpendicularmente al sentido de giro.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200902144
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 11.11.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H02K16/00 (2006.01) H02K7/116 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A A
    US 2003173849 A1 (MARSHALL HERMAN H) 18.09.2003, figuras 7-10; reivindicaciones 1-3; resumen. FR 2472869 A1 (MAUFF GILBERT LE) 03.07.1981, figuras 2,4,7; resumen. 1-8 1-8
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 23.02.2012
    Examinador M. Argüeso Montero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200902144
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H02K Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902144
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.02.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902144
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2003173849 A1 (MARSHALL HERMAN H) 18.09.2003
    D02
    FR 2472869 A1 (MAUFF GILBERT LE) 03.07.1981
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento más próximo a la invención reivindicada es el documento D01. En él se describe una máquina eléctrica que comprende una serie de circuitos magnéticos radiales. Cuenta con una serie de imanes permanente interiores (50) que en conjunción con cada uno de los imanes permanente exteriores (51) forman campos magnéticos radiales con los que interactúan los imanes rotatorios (52). Estos últimos están acoplados mecánicamente a ruedas motrices (54) que, a su vez, giran engranadas a una rueda motriz principal (56). La diferencia con la invención reivindicada es que la máquina del documento D01 no tiene una columna central común a todos los radios del multigenerador que incorpora una bobina de excitación común a todos los bobinados inducidos previstos en la correspondiente columna externa. Otro documento del mismo campo es el documento D02, que se refiere a un generador de energía eléctrica que permite recuperar parte de la energía gracias a un sistema de ruedas motrices y secundarias. Sin embargo, tampoco cuenta con una estructura que permita crear circuitos magnéticos radiales. Por tanto, ninguno de los documentos recuperados, ni por sí solo ni en combinación con otro, anticipa la invención reivindicada.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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