IT202100001004A1 - Generatore elettrico toroidale - Google Patents

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stator
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IT102021000001004A
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Ludovico Bonfiglio
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Infinity Electric Energy S R L
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Description

GENERATORE ELETTRICO TOROIDALE
DESCRIZIONE
Campo tecnico dell?invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dei dispositivi di generazione di energia elettrica. Pi? in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un generatore elettrico toroidale per la generazione di energia elettrica a partire da un fluido in pressione, quale ad esempio aria compressa, gas compresso, acqua o vapore in pressione.
Stato della tecnica anteriore all?invenzione
Un generatore elettrico toroidale comprende tipicamente uno statore, il quale include un corpo tubolare toroidale, che supporta uno o pi? avvolgimenti o bobine di filo conduttore, ed un rotore ruotabile all?interno del corpo tubolare toroidale dello statore. Il rotore comprende una pluralit? di palette idrauliche montate su un elemento di supporto anulare, ciascuna paletta essendo dotata di un rispettivo magnete. Il rotore ? posto in rotazione all?interno del corpo tubolare toroidale dello statore da un fluido in pressione in ingresso nel corpo tubolare dello statore, cosicch? i magneti delle palette idrauliche generano un campo magnetico, il quale induce energia elettrica negli avvolgimenti o bobine dello statore.
Un generatore elettrico toroidale secondo la tecnica nota ? descritto, ad esempio, nel brevetto EP 3494 631 A1 a nome della stessa richiedente della presente domanda.
I generatori elettrici toroidali secondo la tecnica nota hanno tuttavia l?inconveniente di generare fenomeni di dispersione del campo magnetico prodotto dai magneti delle palette idrauliche in rotazione nel corpo tubolare toroidale dello statore.
Sommario dell?invenzione
Scopo principale della presente invenzione ? pertanto quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale configurato in modo da presentare efficienza aumentata e produrre una maggiore quantit? di energia elettrica.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale configurato in modo da resistere, senza subire danneggiamenti, ad urti esterni ed a pressioni elevate del fluido in ingresso nello statore.
Ancora un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale configurato in modo da poter essere sostituito in tempi brevi, senza interrompere per lungo tempo il corretto svolgimento di attivit? lavorative.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale che sia semplice nella manutenzione o sostituzione di parti.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale configurato in modo da operare correttamente mantenendo le norme di sicurezza.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale configurato in modo da risultare compatto ed utilizzabile su qualsiasi veicolo terrestre, navale, aereo o spaziale per la generazione di energia elettrica a bordo dello stesso.
Ancora un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale tale da produrre energia elettrica sufficiente ad alimentare batterie o sistemi di accumulo, o motori elettrici e/o sistemi elettrici o sistemi di illuminazione, per qualsiasi abitazione, edificio, industria, paese o citt?.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale che sia reversibile, ossia tale da operare come un compressore o una pompa ad alta pressione, per alimentare sistemi di accumulo, come ad esempio bombole ad alta pressione o cisterne per liquidi.
Non ultimo scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore elettrico toroidale che sia sostanzialmente semplice ed affidabile.
Questi ed altri scopi, che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un generatore elettrico toroidale secondo la rivendicazione indipendente 1. Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 11.
L?invenzione riguarda dunque un generatore elettrico toroidale comprendente uno statore, il quale include un corpo tubolare che supporta una pluralit? di avvolgimenti, ed un rotore ruotabile all?interno dello statore e comprendente un elemento di supporto ed una pluralit? di palette idrauliche, ciascuna dotata di un rispettivo magnete e montata sull?elemento di supporto, ad esso solidale.
Il generatore elettrico toroidale ? caratterizzato dal fatto di comprendere un involucro esterno ed una pluralit? di elementi di separazione, ciascun elemento di separazione essendo disposto tra una rispettiva coppia di avvolgimenti adiacenti della pluralit? di avvolgimenti dello statore.
La suddetta combinazione di caratteristiche, ed in particolare la presenza dell?involucro esterno e della pluralit? di elementi di separazione tra coppie di avvolgimenti adiacenti, permette di chiudere il circuito del flusso magnetico generato dai magneti delle palette idrauliche al passaggio all?interno di ogni avvolgimento. Ci? consente di eliminare o ridurre notevolmente fenomeni di dispersione del campo magnetico generato dai magneti delle palette idrauliche del rotore in rotazione all?interno dello statore, accrescendo quindi vantaggiosamente la quantit? di energia elettrica generata ed il rendimento del generatore elettrico toroidale. Inoltre, l?involucro esterno consente, vantaggiosamente, di proteggere il generatore elettrico toroidale, in particolare gli avvolgimenti dello statore, da urti e sollecitazioni esterne.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di forme di realizzazione preferite di un generatore elettrico toroidale, illustrate a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
- la figura 1 ? una vista prospettica di un generatore elettrico toroidale secondo una prima forma di realizzazione preferita della presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista in pianta del generatore elettrico toroidale di figura 1, con parte dell?involucro esterno asportata;
- la figura 3 ? una vista ingrandita del particolare cerchiato in figura 2;
- la figura 4 ? una vista in esploso parziale del generatore elettrico toroidale di figura 1; - la figura 5 ? una vista in pianta del rotore del generatore elettrico toroidale di figura 1; - la figura 6 ? una vista frontale del generatore elettrico toroidale di figura 1;
- la figura 7 ? una vista in sezione presa lungo la traccia VII-VII di figura 6;
- la figura 8 ? una vista ingrandita del particolare cerchiato in figura 7;
- la figura 9 ? una vista prospettica di un generatore elettrico toroidale conformemente ad una seconda forma di realizzazione preferita della presente invenzione;
- la figura 10 ? una vista in pianta del generatore elettrico toroidale di figura 9, con parte dell?involucro esterno asportata;
- la figura 11 ? una vista ingrandita del particolare cerchiato in figura 10;
- la figura 12 ? una vista in esploso del generatore elettrico toroidale di figura 9;
- la figura 13 ? una vista frontale del generatore elettrico toroidale di figura 9;
- la figura 14 ? una vista in sezione presa lungo la traccia XIV-XIV di figura 13;
- la figura 15 ? una vista ingrandita del particolare cerchiato in figura 14;
- la Figura 16 ? una vista prospettica parziale di una variante dell?involucro esterno del generatore elettrico toroidale dell?invenzione; e
- la Figura 17 ? una vista ingrandita del particolare cerchiato in Figura 16.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell?invenzione
Con riferimento alle figure da 1 ad 8, in esse viene mostrato un generatore elettrico toroidale secondo una prima forma di realizzazione preferita della presente invenzione.
Il generatore elettrico toroidale, indicato in generale con il numero di riferimento 100, ? configurato per produrre energia elettrica a partire da un fluido in pressione, quale ad esempio aria compressa, gas compresso, acqua o vapore in pressione, e comprende uno statore 20 ed un rotore 30 ruotabile all?interno dello statore 20.
Lo statore 20 comprende un corpo tubolare toroidale 21 su una cui superficie esterna ? avvolta una pluralit? di avvolgimenti o bobine 24 di filo conduttore, ad esempio un filo conduttore di rame ad elevata conducibilit?, preferibilmente smaltato o rivestito di materiale isolante. Preferibilmente, tra la superficie esterna del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20 e gli avvolgimenti 24 ? presente uno strato di materiale isolante (non mostrato).
Il corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20 ? composto da due tubi cavi semi-circolari, ossia un primo tubo semi-circolare 21a ed un secondo tubo semi-circolare 21b.
Il primo e secondo tubo semi-circolare 21a, 21b sono uniti tra di essi per mezzo di due coppie di flange forate 22a, 22b, ciascuna coppia di flange forate essendo saldata in corrispondenza di porzioni terminali di un rispettivo tubo semi-circolare 21a, 21b. Le flange forate 22a, 22b di accoppiamento del primo e secondo tubo semi-circolare 21a, 21b sono unite tra di esse con mezzi noti, ad esempio per mezzo di dadi, bulloni e rondelle. In alternativa, il corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20 pu? essere composto da un numero di porzioni tubolari diverso da due, ad esempio tre o quattro porzioni, tra di esse accoppiate tramite rispettive flange forate.
Il primo e secondo tubo semi-circolare 21a, 21b hanno preferibilmente sezione circolare, quadra o di qualsiasi altra forma geometrica chiusa e sono realizzati in acciaio inox amagnetico oppure in qualsiasi altro materiale in grado di resistere a pressioni elevate ed alla corrosione, ad esempio in fibra di carbonio.
Il rotore 30 presenta forma anulare e ruota all?interno del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, spinto da un fluido, il quale viene alimentato in pressione all?interno del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20.
Pi? in particolare, il fluido in pressione entra nello statore 20 attraverso un almeno condotto di ingresso 25, saldato in corrispondenza di un?estremit? libera del primo tubo semi-circolare 21a del corpo tubolare toroidale 21 e preferibilmente dotato di una flangia forata terminale 27, ed esce dallo statore 20 attraverso almeno un condotto di uscita 26, saldato in corrispondenza di un?estremit? libera del secondo tubo semi-circolare 21b del corpo tubolare toroidale 21 e preferibilmente dotato di una flangia forata terminale 28.
Come mostrato in dettaglio nelle figure 5, 7 ed 8, il rotore 30 comprende un elemento di supporto 31 ed una pluralit? di palette idrauliche 32 montate sull?elemento di supporto 31, ad esso solidali.
Ciascuna paletta idraulica 32 comprende un magnete 34, di forma anulare o quadrata o di qualsiasi forma geometrica simile alla sezione del corpo tubolare toroidale 21, il magnete 34 essendo ricoperto ai lati da una coppia di dischi di materiale metallico o amagnetico 33. I dischi 33 proteggono il rispettivo magnete 34 da urti contro il fluido in pressione in ingresso nello statore 20.
Per proteggere ulteriormente i magneti 34 dalla corrosione e dall?impatto con il fluido in pressione, attorno a ciascun magnete 34 ? preferibilmente previsto un anello, ad esempio realizzato in materiale plastico molto resistente. L?anello di protezione ha un diametro esterno uguale o leggermente maggiore del diametro esterno dei dischi di metallo 33 ed ? rasente alla parete interna del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20.
L?elemento di supporto 31 del rotore 30 presenta preferibilmente sezione quadra o circolare o triangolare di qualsiasi altra forma geometrica chiusa ed ? preferibilmente costituito da due, tre o quattro porzioni, preferibilmente da quattro porzioni, che unite tra di esse formano un anello o cerchio. In alternativa, l?elemento di supporto 31 ha la forma di un anello aperto. Le palette idrauliche 32 sono preferibilmente in materiale ferromagnetico ed in numero di ventiquattro o superiore ed i magneti 34 sono realizzati in neodimio o in altro materiale magnetico o super magnetico.
Per agevolare il montaggio e lo smontaggio del rotore 30 all?interno dello statore 20, in corrispondenza di rispettive estremit? di almeno due porzioni dell?elemento di supporto 31 sono previsti magneti (non mostrati), i quali, unendosi tra di essi per attrazione magnetica, formano l?elemento di supporto 31.
Preferibilmente, i magneti 34 hanno tutti polarit? dirette nello stesso verso (tutte Nord-Sud o tutte Sud-Nord), in modo da indurre negli avvolgimenti 24 dello statore 20 una corrente continua di segno positivo. In alternativa, la posizione del rotore 30 ? invertita all?interno dello statore 20. In tal modo, mantenendo lo stesso verso di rotazione del rotore 30, si ottiene una corrente continua di segno negativo.
In ancora un?altra forma di realizzazione alternativa, per ottenere corrente elettrica alternata dal generatore elettrico toroidale 100, gruppi di magneti 34, ad esempio tre magneti con polarit? Sud-Nord vengono alternati a gruppi di magneti 34 con polarit? opposta, ad esempio tre magneti con polarit? Nord-Sud. In tal caso, lo statore 20 avr? una serie di avvolgimenti, uno per ciascun gruppo di magneti, gli avvolgimenti associati ai gruppi di magneti aventi la medesima polarit? essendo tra di essi collegati elettricamente.
Ancora, in funzione del numero di spire degli avvolgimenti 24 dello statore 20 e del passo angolare tra i magneti 34, gli avvolgimenti 24 possono essere collegati in diverse configurazioni note, in modo da ottimizzare l'energia in uscita.
Il rotore 30 comprende inoltre una serie di carrelli porta-cuscinetti 36, preferibilmente da un minimo di tre a preferibilmente otto carrelli porta-cuscinetti 36, montati, ad esempio avvitati, sull?elemento di supporto 31.
Ciascun carrello porta-cuscinetti 36 ? dotato di almeno tre, preferibilmente quattro, cuscinetti 37 posizionati esternamente al carrello porta-cuscinetti, a croce o ad ?X?, e tangenti ad una parete interna del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20. Tali cuscinetti 37 tengono centrato il rotore 30, permettendone lo scorrimento e quindi la rotazione all?interno dello statore 20.
I carrelli porta-cuscinetti 36 sono composti preferibilmente da due parti, preferibilmente uguali, a forma di semi-cilindro o di forma uguale alla sezione interna del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, una parte superiore e una parte inferiore, accoppiate tra di esse, ed all?elemento di supporto 31 del rotore 30, tramite una rispettiva vite di bloccaggio.
Il rotore 30 comprende inoltre carrelli porta-fasce 38 montati, ad esempio avvitati, sull?elemento di supporto 31.
Ciascun carrello porta-fasce 38 supporta esternamente una o pi? fasce elastiche 39, le quali permettono di far scorrere il carrello porta-fasce 38 all?interno del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, mantenendo al contempo centrati tutti i componenti del rotore 30 sopra descritti. Ci? aumenta, vantaggiosamente, la compressione del fluido in pressione in ingresso nel generatore elettrico toroidale 100, il quale spinge il rotore 30 a ruotare all?interno dello statore 20 senza generare dispersioni di fluido e pressione, durante la rotazione, tra la superficie interna dello statore 20 e le fasce elastiche 39 dei carrelli porta-fasce 38.
I carrelli porta-fasce 38 sono composti preferibilmente da due parti, preferibilmente uguali, a forma di semi-cilindro o di forma uguale alla sezione interna del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, una parte superiore e una parte inferiore, accoppiate tra di esse ed all?elemento di supporto 31 del rotore 30 tramite una rispettiva vite di bloccaggio.
In una diversa forma realizzazione, a seconda del fluido in ingresso nel generatore 100, tutti o parte dei carrelli porta-cuscinetti 36 possono essere sostituiti da corrispondenti carrelli portafasce 38.
Il rotore 30 comprende inoltre una pluralit? di distanziatori 35 montati, ad esempio avvitati, sull?elemento di supporto 31. I distanziatori 35 sono montati sull?elemento di supporto 31, ad esempio interposti tra le palette idrauliche 32, i carrelli porta-cuscinetti 36 e/o i carrelli portafasce 38. Quando interposti tra due palette idrauliche 32 adiacenti, i distanziatori 35 hanno lo scopo di evitare vantaggiosamente l?attrazione tra le palette idrauliche 32, e quindi l?unione delle une con le altre, impedendo al contempo che la pressione e la spinta ricevuta da ciascuna paletta idraulica 32 venga scaricata su un elemento di supporto (non mostrato) che blocca la paletta idraulica 32 sull?elemento di supporto 31 del rotore 30.
Grazie alla sua particolare configurazione, il generatore elettrico toroidale 100 secondo la presente invenzione ? di tipo reversibile. In altri termini, applicando energia elettrica negli avvolgimenti 24 dello statore 20, nei magneti 34 delle palette idrauliche 32 del rotore 30 viene indotta una forza elettromotrice che pone in rotazione il rotore 30, con conseguente aspirazione o compressione del fluido. In tal caso il generatore elettrico toroidale 100 si comporter? come un compressore oppure una pompa idraulica ad alta pressione.
Preferibilmente, in corrispondenza del condotto di ingresso 25 dello statore 20 ? montata una valvola di ingresso (non mostrata) atta a controllare la quantit? del fluido in ingresso nel generatore elettrico toroidale 100. In alternativa, ossia quando il generatore 100 viene utilizzato come compressore, la valvola di ingresso si comporter? come una valvola di non ritorno, non facendo rientrare il fluido nel generatore elettrico 100, bens? forzandolo ad uscire, compresso, dal condotto di uscita 26 dello statore 20.
Il generatore elettrico toroidale 100 comprende inoltre un involucro esterno 40, preferibilmente di forma anulare a sezione circolare o quadra, realizzato in materiale metallico, preferibilmente ferro, il quale comprende un semi-guscio superiore 41 ed un semiguscio inferiore 42. I semi-gusci superiore e inferiore 41, 42 sono tra di essi accoppiati con mezzi meccanici, ad esempio avvitati con viti 45 passanti attraverso rispettive aperture 46 previste in corrispondenza di porzioni di bordo dei semi-gusci, in modo da chiudere ermeticamente al loro interno il generatore elettrico toroidale 100.
Il semi-guscio superiore 41 ? formato da due porzioni uguali, le quali, in condizione assemblata, coprono superiormente il generatore elettrico toroidale 100, in particolare lo statore 20, con rispettive estremit? terminali in attestamento contro le flange forate 22a e 22b di accoppiamento tra i semi-tubi destro e sinistro 21a, 21b dello statore 20. Analogamente, il semi-guscio inferiore 42 ? formato da due porzioni uguali, le quali, in condizione assemblata, coprono inferiormente il generatore elettrico toroidale 100, in particolare lo statore 20, con rispettive estremit? terminali in attestamento contro le flange forate 22a e 22b di accoppiamento tra i semi-tubi destro e sinistro 21a, 21b dello statore 20.
Ciascuna porzione del semi-guscio superiore 41 e del semi-guscio inferiore 42 termina con un rispettivo elemento a forma di semi-tubo, rispettivamente 43a, 43b e 44a, 44b, i quali, in condizione assemblata, formano un primo tubo 44 di alloggiamento del condotto di ingresso 25 dello statore 20 ed un secondo tubo 43 di alloggiamento del condotto di uscita 26 dello statore 20.
Il generatore elettrico toroidale 100 comprende inoltre una pluralit? di elementi di separazione superiori 51 ed una pluralit? di elementi di separazione inferiori 52, a forma semi-circolare o semi-quadrata in funzione della forma dell?involucro esterno 40,-e tutti realizzati in materiale metallico, ad esempio ferro.
Preferibilmente, gli elementi di separazione superiori 51 sono tra di essi uniti a formare un semi-anello superiore di elementi di separazione e gli elementi di separazione inferiori 52 sono uniti tra di essi a formare un semi-anello superiore di elementi di separazione.
In condizione assemblata del generatore, gli elementi di separazione superiori 51 sono chiusi a sandwich tra il semi-guscio superiore 41 dell?involucro esterno 40 e la met? superiore del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, a contatto con essi, e posizionati tra coppie di avvolgimenti 24 adiacenti dello statore 20.
In condizione assemblata del generatore, gli elementi di separazione inferiori 52 sono chiusi a sandwich tra il semi-guscio inferiore 42 dell?involucro esterno 40 e la met? superiore del corpo tubolare toroidale 21 dello statore 20, a contatto con essi, e posizionati tra coppie di avvolgimenti 24 adiacenti dello statore 20.
Come detto in precedenza, la presenza dell?involucro esterno 40 e della pluralit? di elementi di separazione 51 e 52 tra avvolgimenti 24 adiacenti, chiude il circuito del flusso magnetico generato dai magneti delle palette idrauliche al passaggio all?interno di ogni avvolgimento, in modo da eliminare o ridurre notevolmente i fenomeni di dispersione del campo magnetico generato dai magneti 34 delle palette idrauliche 32 del rotore 30 in rotazione all?interno dello statore 20, accrescendo quindi, vantaggiosamente, la quantit? di energia elettrica generata ed il rendimento del generatore elettrico toroidale 100. Inoltre, l?involucro esterno consente, vantaggiosamente, di proteggere il generatore elettrico toroidale, in particolare gli avvolgimenti dello statore, da urti e sollecitazioni esterne.
Con riferimento alle figure da 9 a 15, in esse viene mostrato un generatore elettrico toroidale conformemente ad una seconda forma di realizzazione preferita della presente invenzione. Il generatore elettrico toroidale, indicato in generale con il numero di riferimento 1100, ? simile al generatore elettrico toroidale 100 descritto sopra con riferimento alle figure da 1 ad 8, dal quale si differenza per la diversa configurazione dell?involucro esterno e del corpo tubolare toroidale dello statore.
Il generatore elettrico toroidale 1100 comprende quindi uno statore 120 ed un rotore 130 ruotabile all?interno dello statore 120.
Lo statore 120 comprende un corpo tubolare toroidale 121 su una cui superficie esterna ? presente una pluralit? di avvolgimenti o bobine 124 di filo conduttore. Preferibilmente, tra la superficie esterna del corpo tubolare toroidale 121 dello statore 120 e gli avvolgimenti 124 ? presente uno strato di materiale isolante (non mostrato).
Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 9 a 15, il corpo tubolare toroidale 121 dello statore 120 ? composto da un semi-tubo anulare superiore 121a ed un semi-tubo anulare inferiore 121b, tra di essi accoppiati con mezzi noti, ad esempio tramite saldatura, per mezzo di un sigillante e/o avvolti da fibra di carbonio o vetroresina. Tra il semi-tubo anulare superiore 121a ed il semi-tubo anulare inferiore 121b ? preferibilmente interposta una guarnizione (non mostrata).
Il corpo tubolare toroidale 121 comprende almeno un condotto 125 di ingresso, nello statore 120, di un fluido in pressione ed almeno un condotto 126 di uscita, dallo statore 120, del fluido in pressione. Il condotto di ingresso 125 ed il condotto di uscita 126 presentano una rispettiva flangia terminale 127 e 128.
Il corpo tubolare toroidale 121, una volta assemblato, presenta preferibilmente sezione circolare o quadra o di qualsiasi altra forma geometrica chiusa, ed ? realizzato in acciaio inox amagnetico oppure in qualsiasi altro materiale in grado di resistere a pressioni elevate ed alla corrosione, ad esempio in fibra di carbonio.
In modo del tutto analogo al rotore 30 del generatore elettrico toroidale 100, il rotore 130 comprende un elemento di supporto 131 ed una pluralit? di palette idrauliche 132, montate sull?elemento di supporto 131, ad esso solidali.
Ciascuna paletta idraulica 132 comprende un magnete 134 (si veda la figura 15) anulare, avente sezione uguale alla sezione interna del corpo tubolare toroidale 121 dello statore 120, il magnete 134 essendo ricoperto ai lati da una coppia di dischi di materiale metallico o amagnetico 133 (si veda la figura 15), i quali proteggono il rispettivo magnete 134 da urti contro il fluido in pressione in ingresso nello statore 120.
L?elemento di supporto 131 del rotore 130 presenta preferibilmente sezione quadra, circolare, o di qualsiasi altra forma geometrica chiusa, ed ? preferibilmente costituito da due, tre o quattro porzioni, preferibilmente da quattro porzioni, che unite tra di esse formano un anello o cerchio. In alternativa, l?elemento di supporto 31 ha la forma di un anello aperto.
Le palette idrauliche 132 sono preferibilmente in materiale ferromagnetico ed in numero di ventiquattro o superiore ed i magneti 134 sono realizzati in neodimio o in altro materiale magnetico o super magnetico.
Per agevolare il montaggio e lo smontaggio del rotore 130 all?interno dello statore 120, in corrispondenza di rispettive estremit? di almeno due porzioni dell?elemento di supporto 131 sono previsti magneti (non mostrati), i quali, unendosi tra di essi per attrazione magnetica, formano l?elemento di supporto 131.
Il rotore 130 comprende inoltre preferibilmente una serie di carrelli porta-cuscinetti 136, una serie di carrelli porta-fasce 138 e/o distanziatori 135, uguali a quelli descritti con riferimento alle figure da 1 ad 8, e quindi qui non ulteriormente descritti.
Il generatore elettrico toroidale 1100 comprende inoltre un involucro esterno 140, preferibilmente di forma anulare a sezione circolare o quadra o di qualsiasi altra forma geometrica chiusa, realizzato in materiale metallico, preferibilmente ferro.
L?involucro esterno 140 comprende un semi-guscio superiore 141 ed un semi-guscio inferiore 142 tra di essi accoppiati, ad esempio avvitati con viti 145 passanti attraverso rispettive aperture 146 previste in corrispondenza di porzioni di bordo, in modo da chiudere ermeticamente al loro interno il generatore elettrico toroidale 1100.
Il semi-guscio superiore 141 ed il semi-guscio inferiore 142 presentano una coppia di porzioni terminali a forma di semi-tubo, rispettivamente 143a, 144a e 143b, 144b, le quali, in condizione assemblata, formano un primo tubo 144 di alloggiamento del condotto di ingresso 125 dello statore 120 ed un secondo tubo 143 di alloggiamento del condotto di uscita 126 dello statore 120.
Come visibile in Figura 12, l?involucro esterno 140 comprende inoltre una coppia di guarnizioni 162, 164 alloggiate in corrispondenti sedi anulari 147, 148 ricavate in corrispondenza del diametro esterno e del diametro interno del semi-guscio superiore 141 o inferiore 142 e delle loro rispettive porzioni terminali143a, 144a o 143b, 144b.
Una o pi? guarnizioni 161 sono inoltre previste sui condotti di ingresso 125 e di uscita 126 dello statore 120, preferibilmente in prossimit? delle flange forate 127, 128. La/e guarnizione/i sono alloggiate in rispettive sedi 149 ricavate porzioni terminali143a, 144a e 143b, 144b del semi-guscio superiore 141 e inferiore 142 dell?involucro esterno 140.
Il generatore elettrico toroidale 1100 comprende inoltre una pluralit? di elementi di separazione superiori 151 ed una pluralit? di elementi di separazione inferiori 152, tutti realizzati in materiale metallico, ad esempio ferro.
Preferibilmente, gli elementi di separazione superiori 151 sono tra di essi uniti a formare un semi-anello superiore di elementi di separazione e gli elementi di separazione inferiori 152 sono uniti tra di essi a formare un semi-anello superiore di elementi di separazione.
In condizione assemblata del generatore, gli elementi di separazione superiori 151 sono chiusi a sandwich tra il semi-guscio superiore 141 ed il semi-tubo superiore 121a del corpo tubolare toroidale 121 dello statore 120, a contatto con essi, e posizionati tra due avvolgimenti 124 adiacenti.
In condizione assemblata del generatore, gli elementi di separazione inferiori 152 sono chiusi a sandwich tra il semi-guscio inferiore 142 e la met? superiore del corpo tubolare toroidale 121 dello statore 120, a contatto con essi, e posizionati tra coppie di avvolgimenti 124 adiacenti.
Come detto in precedenza, la presenza dell?involucro esterno 140 e della pluralit? di elementi di separazione 151 e 152 tra avvolgimenti 124 adiacenti, chiude il circuito del flusso magnetico generato dai magneti delle palette idrauliche al passaggio all?interno di ogni avvolgimento, in modo da eliminare o ridurre notevolmente i fenomeni di dispersione del campo magnetico generato dalle palette idrauliche 132 del rotore 130 in rotazione all?interno dello statore 120, accrescendo quindi, vantaggiosamente, la quantit? di energia elettrica generata ed il rendimento del generatore elettrico toroidale 1100. Inoltre, l?involucro esterno consente, vantaggiosamente, di proteggere il generatore elettrico toroidale, in particolare gli avvolgimenti dello statore, da urti e sollecitazioni esterne.
Con riferimento alle Figure 16 e 17, in esse viene mostrata una variante di involucro esterno del generatore elettrico toroidale secondo l?invenzione. Tale variante ? descritta con riferimento all?involucro esterno 140, ma ? ugualmente applicabile all?involucro esterno 40 descritta con riferimento alle Figure da 1 ad 8.
In particolare, gli elementi di separazione superiori ed inferiori 151e 152, anzich? essere elementi separati, sono ricavati in un corpo unico con il semi-guscio superiore 141 ed il semiguscio inferiore 142 dell?involucro esterno 140, ricavando delle cavit? 153 nei due semigusci, una per ogni avvolgimento 24 dello statore 20, gli elementi di separazione essendo costituiti da pareti laterali, preferibilmente arcuate, di tali cavit?.
Il funzionamento del generatore elettrico toroidale secondo le forme di realizzazione alternative della presente invenzione verr? ora descritto con riferimento alla forma di realizzazione delle figure da 1 ad 8, ma resta inteso che quanto qui di seguito esposto vale per il generatore elettrico toroidale 1100 conformemente alla seconda forma di realizzazione. In una prima condizione operativa la valvola di ingresso del condotto di ingresso 25 ? aperta, per cui il fluido in pressione entra nello statore 20 andando ad impattare in modo sostanzialmente perpendicolare sulle palette idrauliche 32 del rotore 30. Il rotore 30 viene quindi posto in rotazione all?interno dello statore toroidale 20 con conseguente generazione di un campo magnetico rotativo ad opera dei magneti 34 delle palette idrauliche 32. Il campo magnetico generato dai magneti 34 induce negli avvolgimenti 24 dello statore una grande quantit? di energia elettrica. Il fluido fuoriesce dallo statore 20 attraverso il condotto di uscita 26 a pressione ridotta, avendola ceduta al rotore 30 sotto forma di forza di spinta.
Essendo il generatore elettrico toroidale di tipo reversibile, in una sua seconda condizione operativa pu? operare come una pompa ad alta pressione o un compressore di un fluido, quale ad esempio aria o acqua.
In tal caso, si applica energia elettrica ai capi degli avvolgimenti 24 e la forza elettromotrice che si genera attira i magneti 34, ponendo in rotazione le palette idrauliche 32 nel verso della corrente elettrica che passa all?interno degli avvolgimenti 24, facendo ruotare il rotore 30 all?interno dello statore 20. Il fluido viene quindi richiamato all?interno dello statore 20 attraverso il condotto di ingresso 25, dove ? presente una valvola di non ritorno, la quale evita che il fluido ritorni indietro da dove ? entrato. Il rotore 30, ruotando molto velocemente, comprime il fluido e lo spinge ad uscire con forza attraverso il condotto di uscita 26 dello statore 20, dove ? presente un'altra valvola di non ritorno, la quale evita che il fluido ritorni indietro all?interno dello statore 20. Il generatore elettrico toroidale 100 si comporta quindi come un compressore o una pompa ad alta pressione.
Dalla descrizione effettuata sono evidenti le caratteristiche del generatore elettrico toroidale della presente invenzione, cos? come sono evidenti i relativi vantaggi. In particolare, il generatore elettrico toroidale presenta efficienza aumentata ed ? tale da resistere, senza subire danneggiamenti, alle pressioni elevate del fluido in ingresso nello statore. Inoltre, il generatore elettrico toroidale ? tale da poter essere sostituito in tempi brevi, senza interrompere per lungo tempo il corretto svolgimento di attivit? lavorative e la sua manutenzione e/o la sostituzione di parti risultano semplici ed immediate.
? chiaro, infine, che il generatore elettrico toroidale cos? concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI
1. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) comprendente uno statore (20; 120), il quale include un corpo tubolare (21; 121) che supporta una pluralit? di avvolgimenti (24; 124), ed un rotore (30; 130) ruotabile all?interno dello statore (20; 120) e comprendente un elemento di supporto (31; 131) ed una pluralit? di palette idrauliche (32; 132), ciascuna dotata di un rispettivo magnete (34; 134) e montata sull?elemento di supporto (31; 131) ad esso solidale;
caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un involucro esterno (40; 140) ed una pluralit? di elementi di separazione (51, 52; 151, 152), ciascun elemento di separazione essendo disposto tra una rispettiva coppia di avvolgimenti (24; 124) adiacenti della pluralit? di avvolgimenti (24; 124) dello statore (20; 120).
2. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo la rivendicazione 1, in cui l?involucro esterno (40) comprende un semi-guscio superiore (41; 141) ed un semiguscio inferiore (42; 142) tra di essi accoppiati in modo da chiudere ermeticamente al loro interno il generatore elettrico toroidale (100; 1100).
3. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo la rivendicazione 2, in cui il semiguscio superiore (41; 141) ed il semi-guscio inferiore (42; 142) presentano porzioni terminali (43a, 44a, 43b, 44b; 143a, 144a, 143b, 144b) a forma di semi-tubo, le quali, in condizione assemblata, formano un primo tubo (44; 144) di alloggiamento di un condotto di ingresso (25; 125) dello statore (20; 120) ed un secondo tubo (43; 143) di alloggiamento di un condotto di uscita (26; 126) dello statore (20; 120).
4. Generatore elettrico toroidale (100) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il semiguscio superiore (41) ? formato da due porzioni uguali, le quali, in condizione assemblata, coprono superiormente lo statore (20) ed il semi-guscio inferiore (42) ? formato da due porzioni uguali, le quali, in condizione assemblata, coprono inferiormente lo statore (20).
5. Generatore elettrico toroidale (1100) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui tra il semiguscio superiore (141) ed il semi-guscio inferiore (142) sono interposte guarnizioni (162, 164) alloggiate in corrispondenti sedi anulari (147, 148) ricavate in corrispondenza di un diametro esterno e di un diametro interno del semi-guscio superiore (141) o inferiore (142) e delle loro rispettive porzioni terminali (143a, 144a; 143b, 144b).
6. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la pluralit? di elementi separazione comprende elementi di separazione superiori (51; 151) ed elementi di separazione inferiori (52; 152) tra di essi uniti a formare un semi-anello superiore ed un semi-anello inferiore.
7. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui gli elementi di separazione superiori (51; 151) ed inferiori (52; 152) sono ricavati in un corpo unico con il semi-guscio superiore (41; 141) ed il semi-guscio inferiore (42; 142) dell?involucro esterno (40; 140), formando cavit? (153) nei semigusci superiore ed inferiore, una per ogni avvolgimento (24; 124) dello statore (20; 120), gli elementi di separazione (51, 52; 151, 152) essendo costituiti da pareti laterali, preferibilmente arcuate, delle cavit? (153).
8. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il rotore (30; 130) comprende inoltre una pluralit? di carrelli portacuscinetti (36; 136) ed una pluralit? di carrelli porta-fasce (38; 138), ciascun carrello porta-cuscinetti (36; 136) e ciascun carrello porta-fasce (38; 138) essendo montato sull?elemento di supporto (31; 131).
9. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il rotore (30, 130) comprende inoltre una serie di distanziatori (35; 135) montati sull?elemento di supporto (31; 131) tra le palette idrauliche (32; 132), i carrelli porta-cuscinetti (36; 136) e/o i carrelli porta-fasce (38; 138).
10. Generatore elettrico toroidale (1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo tubolare (121) dello statore (120) ? composto da un semi-tubo superiore (121a) ed un semi-tubo inferiore (121b) tra di essi accoppiati.
11. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le palette idrauliche (32; 132) comprendono una coppia di dischi (33; 133) per proteggere lateralmente il rispettivo magnete (34; 134).
12. Generatore elettrico toroidale (100; 1100) secondo la rivendicazione 11, in cui i magneti (34; 134) e i dischi (33; 133) delle palette idrauliche (32; 132) sono di forma quadrata o di qualsiasi altra forma geometrica chiusa e forata internamente.
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