MX2008002100A - Generador magnetico permanente auto-regulado. - Google Patents

Abstract

Un generador de corriente alterna que comprende: medios de imán permanente para generar un campo magnético giratorio; medios de armadura para contener al menos dos devanados de campo adyacentes a dicho campo magnético permanente y dentro de dicho campo magnético giratorio; un devanado primario de dicho medio de armadura, dicho devanado primario es una conexión a una carga; y un desfase de devanado secundario de dicho devanado primario en dicha armadura, dicho devanado secundario conectado a una carga capacitiva.

Description

GENERADOR MAGNETICO PERMANENTE AUTO-REGULADO DESCRIPCION DE LA TECNICA RELACIONADA El descubrimiento de la inducción electromagnética fue anunciado por Faraday en un documento leído ante la Sociedad Real el 24 de Noviembre de 1831. Los inventores comenzaron a desarrollar inmediatamente máquinas magneto-eléctricas de varios diseños. Mientras tanto, en 1832, se supo que el paso de una corriente eléctrica a través de un conductor provocaba un campo magnético. El concepto de las líneas de fuerza fue establecido, y se sabía que la rotación de un rollo de alambre dentro del campo de un imán permanente podría causar que se generara un voltaje en el alambre. Es de conocimiento familiar que los generadores eléctricos comprenden dos partes: un sistema de campo, en donde las primeras máquinas consistían en simples imanes o imanes permanentes de compuestos; y un sistema de rollos, o devanados, en donde se lleva a cabo la generación de electricidad. El movimiento relativo de los dos sistemas es esencial, pero, si el movimiento de los imanes o rollos es inconsistente, y de hecho lo es, ambos tipos de construcción se han utilizado. Después de las demostraciones de laboratorio de Faraday, la primera máquina imán eléctrica presentada al público fue mostrada por Hippolyte Pixxi, en Paris en 1832. En esta máquina, el imán de campo giraba con respecto a los rollos. Se accionaba a mano y más pequeño que un modelo de trabajo, incluso, fue el primer generador práctico construido por el principio de Faraday. La primera fabricación de generadores eléctricos a escala comercial fue realizada por E.M. Clarke. En 1830, se encontraba de negocios en Londres como elaborador de instrumentos científicos. Los diseños de Clarke diferían de los de sus predecesores porque se hacía que los rollos giraran en un plano paralelo con los lados del imán. Parece que Clarke fue el primero en experimentar con diferentes tipos de devanados y pronto descubrió que podía variar el resultado para adaptarse a los requerimientos del usuario. El 11 de abril de 1855, la patente británica No. 806 se otorgó a Soren Hjorth de Dinamarca para "una batería magneto-eléctrica mejorada". La máquina descrita es un generador eléctrico cuya excitación principal se deriva de los electromagnetos. Hjorth reconoció las ventajas que se obtienen de un sistema de campo electromagnético, es decir, que la resistencia del campo del campo magnético puede variar. Los dibujos anexados a su patente indicaban una máquina en donde se elaboraba un disco giratorio que portaba una serie de rollos para girar entre dos bancos de electromagnetos, a los cuales se les agregaban imanes permanentes para suministrar la excitación inicial. En diciembre de 1866, E. W. Von Siemens presentó un documento a la Academia de Ciencias de Berlín describiendo la conversión de energía mecánica en eléctrica sin el uso de imanes permanentes. El 14 de febrero de 1867, su hermano Charles Siemens comunicó los contenidos de los documentos a la Sociedad Real de Londres y presentó un generador de modelo impulsado a mano demostrando el principio de auto-excitación. En la actualidad, es generalmente presuntuoso que Zenobe Gramme construyera el primer dinamo capaz de producir una corriente ciertamente continua. En 1873, la Compañía Gramme había proporcionado una máquina para experimento público en la torre del reloj en Westminster, Inglaterra. En 1874, se utilizaron los dinamos de Gramme en por lo menos dos buques de guerra de la marina francesa y en algunas embarcaciones de la marina rusa. Por lo tanto, toda la historia de la técnica de la generación eléctrica es un progreso desde el uso de sistemas de campo magnético permanentes hasta el uso de dinamos de auto-excitación electromagnéticos. La razón de esta evolución es que un generador de ca de velocidad sincrónica, es decir, de velocidad rotacional constante, que se excita por el campo de un imán permanente produce un voltaje que es inversamente proporcional a la carga que se coloca en el mismo. A medida que la carga incrementa, cae el voltaje de salida. Este defecto de los generadores sincrónicos de ca de imán permanente ha evitado que se utilicen comercialmente. Todos los generadores convencionales enseñados por la técnica anterior, es decir, aquellos que utilizan electromagnetos para la excitación de campo, deben tener devanados giratorios conectados eléctricamente por aros colectores o conmutadores. Estos aros colectores o conmutadores y sus escobillas relacionadas, se someten a fallas provocadas por el desgaste. Dichos aros o conmutadores deben ser reemplazados o mantenidos. Presentan un problema que la técnica anterior no ha superado, antes de la presente invención. La energía de C.A. se produce por generadores que operan a velocidades giratorias fijas. Estos generadores mueven un devanado a través de un campo magnético induciendo un flujo de corriente de acuerdo con la Ley de Faraday. Cuando el campo magnético que induce el flujo de corriente eléctrica es constante y la velocidad del conductor a través del campo también es constante, entonces el voltaje producido por el generador será una función directa de la carga colocada en el generador. A medida que incrementa la carga, el voltaje de salida disminuirá de conformidad con las leyes eléctricas bien conocidas para predecir el comportamiento de los circuitos de ca. Si el campo magnético es un generador de corriente alterna que opera a una constante se genera por el movimiento de un imán permanente, entonces la resistencia del campo magnético del campo principal es constante; y, de este modo, la salida de voltaje del generador se relacionará inversamente con la carga colocada a través de la salida de voltaje. Esta relación inversa de la salida de voltaje a la carga hasta ahora ha evitado que los imanes permanentes se utilicen como el campo principal en generadores de corriente alterna sincrónicos. Los generadores de imán permanentes son simples y confiables porque no requieren conexiones eléctricas a la porción giratoria del generador que porta los imanes permanentes, que proporcionan el campo principal.

Los inventores de la presente no conocen ninguna técnica anterior que enseñe un generador de corriente alterna de imán permanente que opere a una velocidad constante bajo cargas eléctricas variadas que evite este antiguo problema de sufrir una caída de voltaje del generador a medida que incrementa la carga. La mayoría de las cargas eléctricas comprenden equipo electrónico que requiere las regulaciones del voltaje para una operación apropiada. Existe una incapacidad de los generadores de corriente alterna de imán permanente para proporcionar salida de voltaje regulado debido a su campo magnético inherentemente fijo. La técnica anterior enseña el uso de generadores de campo embobinado regulado de voltaje en donde la porción del generador utilizado para generar el campo magnético es un electromagneto cuya resistencia de campo puede variar por medio de un circuito de retroalimentación electrónico o magnético de conformidad con los requerimientos de carga colocados en el generador principal. Estos generadores de campo embobinados dependen de varios medios de la regulación de voltaje. Por ejemplo, un generador de corriente alterna puede proporcionar regulación de voltaje al variar la resistencia de campo del devanado electromagnético que genera el campo principal del generador para compensar la reacción de armadura provocada por la carga a través de la salida del generador. Esto puede lograrse a través de un circuito de retroalimentación utilizando un regulador de voltaje electrónico o magnético externo. Estos medios de control de voltaje son bien conocidos por los expertos en la técnica del diseño de la máquina eléctrica. Alternativamente, la técnica anterior también enseña el uso de devanados de excitación separada ubicados aproximadamente 90 grados del devanado principal. Estos devanados de excitación reaccionan a la carga principal por un incremento en el voltaje, que incrementa el campo magnético principal y por lo tanto compensa la reactancia causada por la carga incrementada a través de la salida del generador. También es bien sabido en la técnica anterior el paso de los devanados principales a través de un campo del generador sin escobillas externo, que tiene el efecto de incrementar la resistencia del campo principal para compensar la carga incrementada.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención es un generador de imán permanente en donde el campo magnético giratorio principal se proporciona por un imán permanente. La carga se conecta a un devanado principal enrollado alrededor de una armadura y dicha armadura además se proporciona con el desplazamiento de devanado secundario desde el devanado primario 90 grados y se conecta a una carga capacitiva. El valor de la carga capacitiva se selecciona de manera que la reactancia del devanado secundario cancelará la reactancia del devanado primario cuando la carga completa se aplica a través del devanado primario.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en sección esquemática de un generador construido de conformidad con la modalidad preferida de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA El imán permanente 101 gira en el eje 103 en la dirección mostrada por la flecha 105. Una armadura anular 107 rodea en forma cilindrica el imán permanente 101. La armadura 107 y el imán permanente 101 definen un anillo 109. La armadura 107 se ajusta a la ranura de devanado primario 111 que contiene un devanado primario 114. El devanado primario 113 se conecta en paralelo con una carga 115, que es una carga eléctrica. La carga eléctrica 115 puede ser cualquier aparato cuya operación apropiada requiera un voltaje controlado. La armadura 107 además se equipa con un canal de devanado secundario 117 desplazado 90 grados desde el devanado primario que recibe un devanado secundario 119. El devanado secundario 119 se conecta en paralelo con una carga capacitiva 121. El valor de la carga capacitiva 121 se selecciona de manera que la reactancia generada por la carga capacitiva 121 y el devanado secundario 119 sean directamente proporcionales a la reactancia generada por el circuito formado por la carga resistiva 115 y el devanado primario 113. Los devanados primarios y secundarios de la presente invención pueden ser devanados de fase múltiple o individual. Si el devanado secundario es un devanado de fase múltiple, entonces la carga capacitiva 21 será una carga capacitiva de fase múltiple. Un campo magnético permanente, no mostrado, generado por el imán permanente 101 ; gira alrededor de la armadura 107 induciendo un voltaje en el devanado primario 113 y el devanado secundario 119. La carga capacitiva 121 es de suficiente capacidad para proporcionar la reactancia necesaria de la armadura para igualar la reactancia de la armadura desde la carga 115, en la carga completa. Funcionalmente, bajo ninguna carga, en la presente invención, la suma de vectores de la excitación producida por el imán permanente 101 y el devanado eléctrico secundario 119 conectado a la carga capacitiva 121 producirán el voltaje de salida nominal del generador a través del devanado primario 1 3. Cuando la carga 115 se conecta a través del devanado primario 113, la reactancia del devanado primario se cancelará por medio del devanado secundario 119 y la carga capacitiva 121. El devanado secundario 119 se encuentra aproximadamente 90 grados desde el devanado primario 113, así la reactancia del devanado 119 será directamente proporcional a la carga en el devanado 113.

Como resultado, la salida de voltaje del generador de ca de imán permanente por la presente invención es relativamente constante, desde una carga nula a una carga completa. De este modo, la presente invención de esta manera logra regulación de voltaje de un generador de velocidad constante de ca sincrónico de imán permanente sin el uso de un regulador externo conectado a cualquier campo enrollado. El inventor cree que la presente invención es un avance general en la técnica de los generadores de voltaje de ca constantes. Su resultado novedoso, en la opinión del inventor, es su capacidad de proporcionar una salida regulada de voltaje desde un generador de imán permanente de velocidad constante sin utilizar el campo enrollado. De este modo, aunque el ejemplo esquemático anterior muestra el caso general de la modalidad preferida de la presente invención, la presente invención no debe limitarse a la modalidad específica sino solamente limitarse por el alcance de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (4)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un generador de corriente alterna, que comprende: a. medio de imán permanente para generar un campo magnético giratorio; b. medios de armadura para contener al menos dos devanados de campo adyacentes a dicho campo magnético permanente y dentro de dicho campo magnético giratorio; c. un devanado primario y dicho medio de armadura, dicho devanado primario estando en conexión con la carga; y d. desplazamiento de devanado secundario desde dicho devanado primario en dicha armadura, dicho devanado secundario conectado a la caga capacitiva.

2. - El generador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la reactancia de la armadura de dicha carga capacitiva es igual a la reactancia de la armadura del devanado primario cuando se aplica una carga completa a través del devanado primario.

3. - El generador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la reactancia de la armadura de dicha carga capacitiva es igual a la reactancia de la armadura del devanado primario cuando se aplica una carga completa a través del devanado primario y dicho desplazamiento es de aproximadamente 90 grados.

4. - El generador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la reactancia de la armadura de dicha carga capacitiva es igual a la reactancia de la armadura del devanado primario cuando se aplica la carga completa a través del devanado primario, dicho desplazamiento es de aproximadamente 90 grados y la rotación de dicho campo magnético se encuentra a una velocidad angular constante.