WO2007000475A1 - Generador de energía eléctrica - Google Patents

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WO2007000475A1
WO2007000475A1 PCT/ES2005/000540 ES2005000540W WO2007000475A1 WO 2007000475 A1 WO2007000475 A1 WO 2007000475A1 ES 2005000540 W ES2005000540 W ES 2005000540W WO 2007000475 A1 WO2007000475 A1 WO 2007000475A1
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Inventor
Faustino SABATER PÉREZ
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TORTOSA GONZÁLEZ, Juan Carlos
Sabater Papi, Barbara
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • This invention relates to a new apparatus for generating electrical energy with permanent magnets.
  • Magnetism is a phenomenon known to centuries since ancient times. Its origin is due to the discovery made by the Greeks over 2,000 years ago of a mineral (in a region of Asia Minor called Magnesia) capable of attracting iron. This mineral is called "magnetite" today. And around 'of the year 1000, the Chinese had discovered that if possessed a piece elongated magnetite about something floating in the water and could move freely, always aligned in the same direction (North - South). This mineral was subsequently called a natural magnet.
  • This invention consists of a new electric power generator composed of two or more permanent magnets arranged one after the other at a fixed distance with their opposite poles facing each other; a rotating disk separating the magnetic field that acts between both magnets; a coil wound on the extension of the core of one of the permanent magnets and an impeller of the rotating disk that can be a wind turbine, an electric motor of very low power, or any other external means.
  • the field separator is composed of an iron disk, that is, ferromagnetic material. Near its periphery a series of four or more windows have been practiced that allow the permanent magnet poles to interact directly. The distance between each permanent magnet with the separating disk is just two millimeters.
  • the apparatus operates as follows: When one of the disk windows passes between the two permanent magnets arranged N-N, the magnetic field varies by repulsion and in the same way when the solid part of the separating disk passes between the permanent magnets the magnetic field varies by attraction, producing a variation in the magnetic field and therefore a variation of the field strength that induces an electromotive force in the coil terminals.
  • the difference between the currently known generators is that when a load, motors, etc. is applied, the known counter field that brakes and heats the generator does not occur and the disc continues to spin with minimal resistance.
  • the generated sine wave is very variable since it depends on the wind speed, which is why to maximize the wind power, the voltage wave obtained can be rectified with a diode bridge and transform it into direct current that allows to charge a battery. With a small part of the electric charge stored in this battery a small motor can be operated. direct current that rotates the disc when there is no wind. In this way the assembly is completely autonomous and the resulting electric charge can be used in whatever the user wishes.
  • the generator can be manufactured with eight coils and eight magnets, that is to say four on one side and four on the other, although depending on the diameter of the disc the quantities of coils and magnets can increase.
  • Each coil can individually feed a load or they can all be connected in parallel. Also on the same axis of rotation several generators can be connected.
  • Magnetic field separator disk (5.1) Separator window. (6) Rotation axis.
  • Figure IA is an elevational view of the generator (1), in which its main components are observed: the support (2), the magnets (3) with their NORTH-NORTH poles facing each other, the separator disk (5), the coil 7 and the resistor (8).
  • Figure IB is an elevational view of the generator (1), in which the support (2), the plate (4), the separator disk (5), the window (5.1), the axis of rotation ( 6), coil 7 and resistance (8).
  • Figure 2A 5 is an elevational view of the generator (1), in which its main components are observed: the support (T), the magnets (3) with their NORTH-NORTH poles facing, adding in this case their field strength , the separator disk (5) rotated 90 °, the coil 7 and the resistor (8).
  • Figure 2B is an elevational view of the generator (1), in which the support (2), the plate (4), the separator disk (5) rotated 90 °, the window (5.1), the axis is observed of rotation (6), coil 7 and resistance (8).
  • Figure 3 is an example of the generator (1) whose axis of rotation (6) is driven by a wind turbine.
  • Figure 4A is an example of a generator with four coils on one side and four coils on the other.
  • this basic electric power generator (1) it is based on two permanent magnets (3) of rectangular or circular section arranged in a "U" shaped support (2) as can be seen in Figures IA and IB, with their NORTH-NORTH poles facing each other. These magnets are in contact with the coil (7) through the iron core (7.1). In the terminals of this coil (7) an EMF (electromotive force) is generated due to the variation in the field strength of the permanent magnet (3) that is in contact with said coil (7), when the separator disk (5) rotates on its axis of rotation (6) driven by a wind turbine or any other engine or device.
  • EMF electrostatic force
  • the separating disk (3) of ferromagnetic material has on its periphery a series of windows that cause a variation of the magnetic reluctance in the space between both magnets in a range between a maximum when the window passes and a minimum when the solid part of the disc.
  • the variation of magnetic flux in the unit of time causes the EMF in the coil terminals.

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Abstract

Generador (1) de energía eléctrica compuesto por dos imanes permanentes (3) dispuestos uno a continuación del otro a una distancia fija; un disco giratorio separador del campo magnético (5) que actúa entre ambos imanes; una bobina arrollada (7) sobre la prolongación del núcleo de uno de los imanes permanentes (3) y un impulsor del disco giratorio que puede ser una turbina eólica (10), un motor eléctrico de muy baja potencia, o cualquier otro medio externo. El separador de campo está compuesto por un disco de hierro es decir es decir de material ferromagnético. Cerca de su periferia se le han practicado una serie de cuatro o más ventanas (5.1) que permiten interactuar directamente los polos de los imanes permanentes. La distancia entre cada imán permanente con el disco separador es de apenas dos milímetros.

Description

Generador de energía eléctrica de reluctancia variable
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Este invento se refiere a un nuevo aparato para generación de energía eléctrica con imanes permanentes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El magnetismo es un fenómeno conocido por la humanidad desde tiempos remotos. Su origen se debe al descubrimiento realizado por los griegos hace mas de 2.000 años, de un mineral (en una región de Asia Menor llamada Magnesia) capaz de atraer el hierro. Este mineral se denomina hoy en día "magnetita". Ya alrededor ' del año 1.000, los chinos habían descubierto que si disponían un trozo alargado de magnetita sobre algo que flotase en el agua y pudiese moverse libremente, siempre se alineaba en la misma dirección (Norte - Sur). A este mineral posteriormente ser lo llamó imán natural. Las observaciones y conocimientos que se fueron produciendo acerca de los imanes naturales a lo largo de los siglos propiciaron la invención de la brújula magnética, cuyo uso para orientarse se extendió pronto a Europa a través de Oriente Medio y tuvo un papel decisivo en la navegación por mar, posibilitando el descubrimiento de nuevas tierras, facilitando los viajes, el transporte de persona y mercancías, etc. Sin embargo la explicación de la física del magnetismo se mantuvo durantp mucho tiempo como un misterio de la naturaleza.
Mucho después en el año 1.820, el científico danés H. C. Oersted descubrió la interacción entre la electricidad y el magnetismo, mediante un experimento que consistió en colocar una brújula cerca de un cable por el que circulaba una corriente eléctrica. Pudo comprobar que en estas condiciones, la aguja de la brújula se orientaba tendiendo a colocarse en dirección perpendicular al cable por el que circulaba la corriente. Una vez se puso en evidencia que las cargas eléctricas en movimiento producen efectos magnéticos, pareció necesario avanzar hacia una comprensión mas profunda de los fenómenos magnéticos. Con el avance de los estudios y experimentos se pudo comprobar, que la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor induce un campo magnético en su entorno cuya intensidad en cualquier punto es proporcional a dicha corriente e inversa a la distancia al conductor. También se descubrió la causa y el efecto opuesto, es decir un imán en movimiento inducía una corriente eléctrica en un conductor fijo dentro de su campo magnético. La inducción magnética fue descubierta por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831 : Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado por el físico francés André Marie Ampere: Si una corriente pasa a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre dicho conductor.
Esto dos importantes avances científicos dieron lugar mas adelante a los electroimanes y con el tiempo a los motores y generadores de energía eléctrica.
El fenómeno del magnetismo si bien es conocido desde tiempos inmemoriales y se ha explicado la relación entre la electricidad y el magnetismo mediante las Leyes de Maxwell, permanentemente están surgiendo nuevas aplicaciones y dispositivos como el que se describe a continuación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Este invento consiste en un nuevo generador de energía eléctrica compuesto por dos o más imanes permanentes dispuestos uno a continuación del otro a una distancia fija con sus polos opuestos enfrentados; un disco giratorio separador del campo magnético que actúa entre ambos imanes; una bobina arrollada sobre la prolongación del núcleo de uno de los imanes permanentes y un impulsor del disco giratorio que puede ser una turbina eólica, un motor eléctrico de muy baja potencia, o cualquier otro medio externo.
El separador de campo está compuesto por un disco de hierro es decir es decir de material ferromagnético. Cerca de su periferia se le han practicado una serie de cuatro o mas ventanas que permiten interactuar directamente los polos de los imanes permanentes. La distancia entre cada imán permanente con el disco separador es de apenas dos milímetros.
El aparato funciona de la siguiente manera: Cuando una de las ventanas del disco pasa entre los dos imanes permanentes dispuestos N- N, el campo magnético varía por repulsión y de la misma manera cuando la parte sólida del disco separador pasa entre los imanes permanentes el campo magnético varía por atracción, produciéndose una variación en el campo magnético y por lo tanto una variación de la intensidad de campo que induce una fuerza electromotriz en los bornes de las bobinas. La diferencia entre los generadores actualmente conocidos es que cuando se le aplica una carga, motores, etc., no se produce el contra campo conocido que frena y calienta el generador y el disco sigue girando con la mínima resistencia. Esto significa que a medida que el disco gira, el campo magnético resultante varía a la misma velocidad de giro que el disco generando una tensión alterna entre los bornes de la bobina, que es directamente proporcional a la variación del flujo magnético e inversamente proporcional al lapso de tiempo transcurrido. Conocida es la fórmula matemática: E = — dt
Cuando el disco es impulsado por una fuente externa como una turbina eólica, la onda sinusoidal generada es muy variable ya que depende de la velocidad del viento, es por ello que para aprovechar al máximo la energía eólica, la onda de tensión obtenida se puede rectificar con un puente de diodos y transformarla en corriente continua que permita cargar una batería. Con una pequeña parte de la carga eléctrica almacenada en esta batería se puede hacer funcionar un pequeño motor de. corriente continua que haga girar el disco cuando no hay viento. De esta manera el conjunto es totalmente autónomo y la carga eléctrica resultante se puede utilizar en lo que el usuario desee.
El generador se puede fabricar con ocho bobinas y ocho imanes, es decir cuatro de un lado y cuatro del otro, aunque dependiendo del diámetro del disco las cantidades de bobinas e imanes pueden incrementar.
Cada bobina puede alimentar individualmente una carga o se pueden conectar todas en paralelo. También en el mismo eje de rotación se pueden conectar varios generadores.
DESCRIPCIÓN DE DIBUJOS
Para complementar la descripción de este invento y con el objeto de facilitar la comprensión de sus características, se acompaña una figura en la que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado el siguiente dibujo cuyo componente principal es el siguiente:
(1) Generador.
(2) Soporte. (3) Imán permanente.
(3.1) Línea de campo magnético.
(4) Pletina.
(5) Disco separador de campo magnético. (5.1) Ventana del separador. (6) Eje de rotación.
(6.1) Anillo.
(7) Bobina.
(7.1) Núcleo de hierro.
(8) Resistencia. (9) Interruptor. (10) Turbina eólica.
La Figura IA, es una vista en alzado del generador (1), en la que se observan sus componentes principales: el soporte (2), los imanes (3) con sus polos NORTE -NORTE enfrentados, el disco separador (5), la bobina 7 y la resistencia (8).
La Figura IB, es una vista en alzado del generador (1), en la que se observa el soporte (2), la pletina (4), el disco separador (5), la ventana (5.1), el eje de rotación (6), la bobina 7 y la resistencia (8).
La Figura 2A5 es una vista en alzado del generador (1), en la que se observan sus componentes principales: el soporte (T), los imanes (3) con sus polos NORTE-NORTE enfrentados sumándose en este caso su intensidad de campo, el disco separador (5) girado 90 °, la bobina 7 y la resistencia (8).
La Figura 2B, es una vista en alzado del generador (1), en la que se observa el soporte (2), la pletina (4), el disco separador (5) girado 90°, la ventana (5.1), el eje de rotación (6), la bobina 7 y la resistencia (8).
La Figura 3, es un ejemplo del generador (1) cuyo eje de rotación (6) es impulsado por una turbina eólica.
La Figura 4 A, es un ejemplo de un generador con cuatro bobinas de un lado y cuatro bobinas del otro.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Entre los diferentes tipos de generadores de energía eléctrica que se pueden fabricar tomando como base este invento, la realización preferente es la que se describe a continuación:
Para construir este generador (1) básico de energía eléctrica, se parte de dos imanes permanentes (3) de sección rectangular o circular dispuestos en un soporte (2) con forma de "U" como se puede observar en las Figuras IA y IB, con sus polos NORTE-NORTE enfrentados. Estos imanes están en contacto con la bobina (7) mediante el núcleo de hierro (7.1). En los bornes de esta bobina (7) se genera una F.E.M. (fuerza electromotriz) debido a la variación de la intensidad de campo del imán permanente (3) que está en contacto con dicha bobina (7), cuando el disco separador (5) gira sobre su eje de rotación (6) impulsado por una turbina eólica o cualquier otro motor o dispositivo. El disco separador (3) de material ferromagnético, tiene en su periferia una serie de ventanas que ocasionan una variación de la reluctancia magnética en el espacio comprendido entre ambos imanes en un rango comprendido entre un máximo cuando pasa la ventana y un mínimo cuando pasa la parte sólida del disco. La variación de flujo magnético en la unidad de tiempo, ocasiona la FEM en los bornes de la bobina.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de esta invención, así como una aplicación práctica de la misma, sólo queda por añadir que tanto su forma como los materiales y procedimiento de fabricación, son susceptibles de modificaciones, siempre que no afecten de forma sustancial a las características que se reivindican a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Generador de energía eléctrica caracterizado porque, la versión básica está compuesta por un soporte, dos imanes permanentes, una bobina, un disco separador de campo magnético, un eje de rotación del disco y una turbina eólica.
2 - Generador de energía eléctrica según reivindicación primera caracterizado porque, los dos imanes están fijados en el soporte dispuestos uno a continuación del otro con sus polos iguales NORTE- NORTE enfrentados, separados cuatro milímetros.
3 - Generador de energía eléctrica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, el disco separador del campo magnético comprendido entre ambos imanes, gira sobre su eje impulsado por una turbina eólica o por cualquier otro tipo de impulsor.
4 - Generador de energía eléctrica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, el disco separador del campo magnético es una lámina ferromagnética redonda de 2 mm de espesor, que dispone en su periferia de varias ventanas similares a los huecos existentes entre los dientes de un engranaje.
5 - Generador de energía eléctrica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, al girar el disco separador, la reluctancia del campo magnético comprendida entre ambos imanes permanentes, varía entre un máximo y un mínimo cuando pasa una ventana y luego cuando pasa una de las partes sólidas del disco.
6 - Generador de energía eléctrica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, debido a la variación de la intensidad de campo magnético en el núcleo ferromagnético de la bobina, se genera entre sus bornes una fuerza electromotriz que es directamente proporcional a la velocidad de variación de la intensidad de flujo magnético. 7 - Generador de energía eléctrica según reivindicación primera caracterizado porque, el núcleo ferromagnético de la bobina está en contacto directo con su correspondiente imán permanente.
8 - Generador de energía eléctrica según reivindicación primera caracterizado porque, la versión industrial está compuesta por un soporte, ocho imanes permanentes, ocho bobinas, un disco separador de campo magnético, un eje de rotación del disco y una turbina eólica.
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