WO2013144401A1 - Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética - Google Patents

Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética Download PDF

Info

Publication number
WO2013144401A1
WO2013144401A1 PCT/ES2013/070184 ES2013070184W WO2013144401A1 WO 2013144401 A1 WO2013144401 A1 WO 2013144401A1 ES 2013070184 W ES2013070184 W ES 2013070184W WO 2013144401 A1 WO2013144401 A1 WO 2013144401A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
excitation
stator
magnetic
core
Prior art date
Application number
PCT/ES2013/070184
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arturo PÉREZ RODRÍGUEZ
José Luis LÓPEZ MARTÍN
Original Assignee
Perez Rodriguez Arturo
Lopez Martin Jose Luis
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Perez Rodriguez Arturo, Lopez Martin Jose Luis filed Critical Perez Rodriguez Arturo
Priority to ES13768192T priority Critical patent/ES2900521T3/es
Priority to JP2015502390A priority patent/JP2015511811A/ja
Priority to IN8212DEN2014 priority patent/IN2014DN08212A/en
Priority to US14/388,345 priority patent/US20150084472A1/en
Priority to EP13768192.0A priority patent/EP2833526B1/en
Priority to KR1020147029927A priority patent/KR102151466B1/ko
Priority to MX2014011653A priority patent/MX337604B/es
Priority to CN201380028259.0A priority patent/CN104335465A/zh
Publication of WO2013144401A1 publication Critical patent/WO2013144401A1/es

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02Details
    • H02K21/04Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation

Definitions

  • the machine claimed is in the field of generators and electromagnetic motors. It is an artifice to transform a mechanical power, that is, a force in motion, into electrical power, and vice versa. It is an electric machine in which magnetic flux enters the rotor by transfer through a passive air gap from a static, magnetic flux source.
  • Utility Model U 200402396, owned by one of the applicants of this invention patent, has static electromagnetic excitation, with a single central axial coil, only two air gaps per pole, as claimed in this invention patent.
  • the postulate in this patent has the excitation by a single central axial permanent magnet 12 and by several 10, in the saucer or in the axial housing, alone or in combination with multiple excitation coils 11 with their intercalated cores between the central part of the saucer 8 and the outer annular crown of the saucer 8 or between the two annular rings of the axial housing 6; the shape and distribution of the rotor and stator poles is specific to this patent; the variation of the flow is a multiple, triple in the execution that is presented; everything that makes it substantially different in its structure and effects produced, of the mentioned utility model.
  • Cooling at low speeds is also a problem for conventional alternators, because it limits the power obtainable.
  • the electrical conductor section of the stator winding determines the number of turns per coil and this the coil voltage. The greater the tension per turn is obtained, the lower ohmic losses are obtained, because less turns are needed per coil, for the same coil tension.
  • the cooling of the excitation coils is much better, because they generate less heat and because they are attached to an important mass of iron, located outside the machine and its exposure to the cooling medium, usually air, is much greater and more effective because have more surface area than a single large diameter central coil.
  • the air cooling fan 28 does not have to be mounted only on the rotor. There may be another 21, mounted externally to the magnetic armor, but inside the machine housing 27, of larger diameter and more effective. This allows to expel to the outside, at low speeds, the heat generated when producing the electrical power. This is very important.
  • the number of amps returned can be increased because there is room for it, without affecting, for reasons of scale, the dimensions of the rotor and the stator. This is also very important.
  • the coil or the excitation coils 35 are in the rotating rotor, so they need rings and brushes 36 to feed them with the electric excitation current.
  • the permanent magnets 10 and the electromagnets 11, have their magnetic polarity directed in the same direction, for example towards the periphery of the plate 8. See fig. 2, position 30. Therefore the flow of them is added and goes through the outer core 3 to the stator and returns through the air gaps 5 and 4 to the central part from the outer core, formed by a permanent magnet 12 with its coil 13, to the saucer 3 and from it to the electromagnets 11 of soft iron core and permanent magnet core 10, completing the magnetic circuit. But if the supply of the mild iron core electromagnets, 11, is removed, the flow of the magnets circulates through the circular crown of the saucer 8 and returns through them to the opposite pole of the magnet, and therefore, the excitation and cogging "disappear. See closed circuit 31 in figure 2.
  • the generators of magnetic transfer excitation technology have, as stated in the description, Fig. 1, a secondary or passive air gap 4, in which there is only flow transmission, without variation thereof so that there are no induced currents , and an active air gap 5, in which the flux variation and the induced voltages and intensities occur, in the operation as a synchronous generator.
  • a secondary or passive air gap 4 in which there is only flow transmission, without variation thereof so that there are no induced currents
  • an active air gap 5 in which the flux variation and the induced voltages and intensities occur, in the operation as a synchronous generator.
  • Functioning as a hypo-asynchronous motor or hyper-asynchronous generator only the dispersion flow that exists and the regulation flow pass through the secondary air gap 4. Experimentally it has been shown to be very small.
  • the proposed innovation does not have this problem, because the magnets are not in the rotor but in the outer core where the flow induced by the stator windings does not reach, which are closed on the rotor armature as occurs in a conventional asynchronous machine . See Fig. 3, circuit 32.
  • Fig. 1 innovative alternator section, with permanent coils and magnets on the saucer, on the axial housing and in the central core,
  • Fig. 2 Disposition on the plate of magnets and electromagnets, and windings of regulation and anti-cogging.
  • the machine has a front shield, 22, of aluminum, which houses the front bearing 23 of rolling, for the axis 24 of the machine, which rotates at its other end in another bearing 25 whose support 26 is held in the magnetic core plate external 3, to ensure the air gaps 4 and 5.
  • An aluminum outer cover 27 closes the protective housing, which contains the main fan 21. There are two other internal fans, 28.
  • Figure 3 shows the section of an innovative synchronous generator provided with squirrel cage 18, with its ventilation channel, 19, to convert it into an asynchronous machine.
  • Stator 1 is connected by mechanical contact to the outer core, 3, which in turn faces the rotor, 2, through the secondary or passive air gap, 4.
  • the inductor coils 11 and the permanent magnets 10 are inserted in the magnetic circuit 29, with their polarities directed in the same direction of the field, 30, Fig2.
  • the central permanent magnet 12 is traversed by the total flow transmitted by the passive air gap to the rotor 2.
  • the poles 16 of the rotor face the poles, 14 of the stator, through the active air gap, 5. See Fig. 3.
  • the electromagnet 12 In the central area is the electromagnet 12 surrounded by a coil 13, in the same way as the other permanent magnets, 10, located on the saucer, 8.
  • Operation as a synchronous generator is in several ways: a) With excitation by electromagnets. Advantages: lower Cu content, lower ohmic heat in rotor and stator, conventional voltage regulation.
  • each permanent magnet has a coil 13, wound on it by means of which the magnetic flux can be annulled with the appropriate current and its value modulated, or its magnetism restored.
  • Properly fed electromagnets are equivalent to a permanent magnet, both of equal polarity directed, for example towards the periphery of the saucer, 8, see Fig. 2, position 30, create the total magnetic field, and induction B, in the active air gap 5 , where the variation of the flow that generates the tension in the stator windings occurs.
  • figures 3 and 4 show the difference between a conventional and the innovative alternator.
  • the width of the stator poles 14 and of the rotor 16 are equal, measured in the air gap while the respective grooves, 15 of the stator and 17 of the rotor can be equal to the width of the poles. or up to 25 percent higher to modify the shape of the voltage wave. In figure 3, they are the same.
  • Each pole of the stator faces a pole of the rotor, and as each coil coil comprises three stator poles, the variation of the flow, for equal speed and flow is triple and triple the tension.
  • each pole of the rotor 33 faces three poles of the stator, precisely those covered by the half polar passage. Turning the rotor, its pole 33, varies the flow over a single pole of the stator to the next groove, so the variation of the flow is one third of that of the innovated one.
  • Fig. 3 the closing of the lines of force is shown when the innovative machine operates as an asynchronous circuit 32.
  • the rotor of a conventional synchronous permanent magnet machine has the magnet or the magnets 37, of excitation at its poles.
  • the permanent magnets have a coil wound on each one of them, by means of which the resulting magnetic field can be varied, to regulate the tension, avoid cogging and regenerate the magnetism if they had lost it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

La invención plantea un motor-generador de potencia eléctrica que tiene excitación mediante transferencia magnética contando además de un estator (1) y de un rotor (2) con un núcleo externo (3), inmóvil respecto al estator y al rotor, donde dicho núcleo externo (3) comprende: una parte exterior axial, o carcasa axial (6) que se une al estator (1), una parte interior que se comunica mediante un entrehierro (4) con el rotor (2), una tercera parte que une ambas partes, denominada platillo (8), donde el rotor carece de bobina de excitación alguna, por lo que no tiene ni anillos colectores ni escobillas. El núcleo externo (3) presenta en la parte exterior axial (6) un imán permanente axial (12), y en las otras dos partes, o platillo (8) se dispone unos imanes permanentes (10) y electroimanes (11). El rotor no cuenta con escobillas para crear un campo magnético,creándose en los imanes y bobinas del núcleo externo (3) transmitiendo el flujo magnético a través de un entrehierro el flujo inductor al rotor giratorio, evitando así de esta manera la necesidad de anillos y escobillas colectoras.

Description

MOTOR-GENERADOR DE POTENCIA ELÉCTRICA, DE EXCITACIÓN POR TRANSFERENCIA MAGNÉTICA.
La máquina que se reivindica se encuadra en el sector de la técnica de generadores y motores electromagnéticos. Es un artificio para transformar una potencia mecánica, es decir, una fuerza en movimiento, en potencia eléctrica, y viceversa. Es una máquina eléctrica en que el flujo magnético ingresa en el rotor por transferencia a través de un entrehierro pasivo desde una fuente de flujo magnético, estática.
Estado de la técnica
Existen alternadores de automoción en que la excitación electromagnética es estática, pero cuyo flujo magnético atraviesa cuatro entrehierros y la forma de su circuito magnético en el estator, es la convencional, todo lo cual los hace totalmente diferentes del reivindicado.
El Modelo de utilidad U 200402396 de titularidad de uno de los solicitantes de esta patente de invención, tiene excitación electromagnética estática, con una sola bobina axial central, sólo dos entrehierros por polo, como el reivindicado en esta patente de invención.
Pero el postulado en esta patente tiene la excitación por un solo imán permanente axial central 12 y por varios 10, en el platillo o en la carcasa axial, solos o combinados con múltiples bobinas de excitación 11 con sus núcleos intercalados entre la parte central del platillo 8 y la corona anular exterior del platillo 8 o entre las dos anulares de la carcasa axial 6; la forma y distribución de los polos del rotor y del estator es específico de esta patente; la variación del flujo es un múltiplo, triple en la ejecución que se presenta; todo lo que le hace sustancialmente distinto en su estructura y efectos producidos, del citado modelo de utilidad.
También se diferencia del anterior porque con la adición de una jaula de ardilla 18 en el rotor 2, se convierte el nuevo alternador síncrono básico, en motor- alternador asincrono, uno de los señalados como preferidos para la tracción de vehículos eléctricos e híbridos, y para los generadores eólicos, sin los problemas que esta adición produce en los alternadores síncronos convencionales.
Explicación de la innovación. A continuación se exponen los problemas técnicos de las máquinas convencionales y las soluciones razonadas a ellos, que aporta la invención postulada.
a) En todos los generadores, y en especial los destinados a automoción y a generación eólica, es un problema la obtención de potencia a bajas velocidades sin aumento de las dimensiones de la máquina, ya que a altas, la tensión es más que suficiente, por lo que ha de limitarse con el sistema de regulación elegido. En la Fig. 3 se ve que la variación de flujo por espira en el caso de la innovación es 3 x F, el triple que en el caso del convencional, sobre la bobina considerada, R, de un estator trifásico. Esto solo se puede hacer en la máquina ahora reivindicada porque el flujo es unidireccional.
En la Fig. 4, de un alternador convencional, se ve que el polo de rotor 33, produce una variación de flujo F, sucesivamente sobre uno solo de los polos del estator de los tres que abarca la bobina de la fase "R", mientras que en el innovado, Fog. 3, la variación se produce al mismo tiempo sobre los tres polos que comprende la fase "R" supuesto igual flujo por polo, es decir 3 x F.
Los cálculos de la tensión, aplicando las fórmulas electrotécnicas pertinentes demuestran este aserto.
La fórmula fundamental:
Tensión =Variación de flujo / Tiempo en que se produce la variación
Aplicada correctamente, lo demuestra y la experimentación lo confirma.
b) .La refrigeración a bajas velocidades es también problema de los alternadores convencionales, porque limita la potencia obtenible. La sección del conductor eléctrico del devanado del estator determina el número de espiras por bobina y esto la tensión de bobina. Cuanta mayor tensión por espira se obtenga, menores pérdidas óhmicas se tienen, porque se necesitan menos espiras por bobina, para igual tensión de bobina.
Es evidente que la innovación disminuye el calor no deseable producido, al aumentar notablemente la tensión y disminuir la longitud del hilo de la bobina, y con ello su resistencia óhmica.
c) . Otro problema que tienen los alternadores convencionales de automoción es la cantidad de cobre que necesitan las bobinas de excitación, y el calor que estas generan. En la figura Fig. 1, que muestra la disposición esquemática de un alternador según la innovación postulada, se ve que unas bobinas de excitación 11, con sus núcleos, es decir unos electroimanes, remplazan totalmente a una corona circular del platillo 8 del núcleo exterior con ventanas de ventilación 20 entre cada dos de ellas. Además, son bobinas de pocas capas, porque es la total de un convencional de automoción dividida por el número de electroimanes y tienen una gran superficie de contacto con el núcleo exterior y con el aire, por lo que su refrigeración es directa y eficaz. También se ve la bobina 13 arrollada sobre el imán central 12. Todos o parte de los electroimanes pueden ser sustituidos por imanes permanentes 10, con su polos Norte dirigidos en el mismo sentido, hacia la periferia del platillo, Fig. 2, posición 30, o viceversa, por lo que sus flujos se suman dando lugar al flujo total.
Los cálculos demuestran que para igual número de amperes vuelta, e igual diámetro del hilo de cobre, esta disposición requiere una fracción de la longitud del hilo de cobre de uno convencional y tiene mucha mayor superficie exterior de refrigeración y mucho menor resistencia óhmica que uno convencional, porque se sustituye una bobina central, sobre un núcleo de gran diámetro, por varias sobre núcleos pequeños. La cantidad de calor generada por la corriente de excitación es menor por serlo la resistencia óhmica. Además y muy importante, la cantidad de cobre utilizada en la excitación, en el caso de electroimanes, es más mucho menor que en los convencionales. En la versión de bobinas múltiples, es la tercera parte. Por tanto, generan mucho menos calor. Los cálculos demuestran que para una misma inducción en el entrehierro activo, la cantidad de cobre es una tercera parte aproximadamente y el calor disipado la mitad, o menor. También el coste es menor, a pesar de ser varias bobinas porque son más pequeñas y tienen mucho menos cobre.
La refrigeración de las bobinas de excitación es mucho mejor, porque generan menos calor y porque están unidas a una masa importante de hierro, situada en el exterior de la máquina y su exposición al medio refrigerante, generalmente aire, es mucho mayor y más eficaz por tener más superficie que una sola bobina central de gran diámetro. Un sencillo cálculo demuestra que la superficie expuesta en igualdad de inducción en el entrehierro activo, es mucho mayor con bobinas múltiples que con una central, de los alternadores de automoción. El ventilador 28 de refrigeración por aire no tiene por qué ir montado sólo sobre el rotor. Puede haber otro 21 , montado exteriormente a la armadura magnética, pero dentro de la carcasa 27 de la máquina, de mayor diámetro y más eficaz. Esto permite expulsar al exterior, a bajas velocidades, el calor engendrado al producir lo potencia eléctrica. Esto es muy importante.
Así mismo se puede aumentar el número de amperes vuelta porque hay sitio para ello, sin que afecte, por razones de escala, a las dimensiones del rotor y del estator. Esto es, también muy importante.
d) . En los alternadores convencionales y de automoción, fig. 4, la bobina o las bobinas de excitación 35, están en el rotor, que gira, por lo que necesitan anillos y escobillas 36 para alimentarlas con la corriente eléctrica de excitación.
En el innovado no existen anillos ni sus escobillas, porque las bobinas de excitación son estáticas. Otra reducción de coste.
e) . La utilización de imanes permanentes en vez de bobinas de excitación es muy apreciada, porque no utiliza cobre en la excitación, pero tiene el inconveniente de que, en los generadores conocidos, los imanes permanentes se colocan en el rotor. La regulación de la tensión ha de hacerse por medios complicados y caros, a través del estator, porque los imanes permanentes dan una inducción determinada, fija, y giran con el rotor.
f). Los aerogeneradores de imanes permanentes convencionales tienen un par de arranque determinado llamado "cogging", en inglés, que impide que arranquen con vientos de cierta velocidad, sin embargo suficientes para la generación de energía, una vez arrancados.
La innovación que se postula resuelve estos dos problemas e) y f), ya que el o los imanes de excitación 10 no están en el rotor, son estáticos por estar en el núcleo exterior y se puede modular el campo magnético actuando sobre ellos, mediante una bobina de hilo conductor eléctrico 13 arrollada sobre ellos o mediante la combinación de imanes permanentes y electroimanes para hacer la regulación y la eliminación del "cogging". Esto se consigue de la siguiente forma: Ver figura 2.
Los imanes permanentes 10 y los electroimanes 11 , tienen su polaridad magnética dirigida en el mismo sentido, por ejemplo hacia la periferia del platillo 8. Ver fig. 2, posición 30. Por tanto el flujo de ellos se suma y va por el núcleo externo 3 al estator y vuelve a través de los entrehierros 5 y 4 a la parte central del núcleo externo, formada por un imán permanente 12 con su bobina 13, al platillo 3 y desde éste a los electroimanes 11 de núcleo de hierro dulce y de núcleo de imán permanente 10, completando el circuito magnético. Pero si se quita la alimentación de los electroimanes de núcleo de hierro dulce, 11 , el flujo de los imanes circula por la corona circular del platillo 8 y vuelve por ellos al polo contrario del imán, y por tanto, la excitación y el "cogging " desaparecen. Ver el circuito cerrado 31 en figura 2.
Si no existieran más que imanes permanentes, 10 y 12, al excitar los arrollamientos 13 que están sobre ellos con una corriente inversa restan su flujo del de los imanes hasta anularlos. Los arrollamientos 3 se utilizan también para restablecer el magnetismo de los imanes en el caso de que lo hubieran perdido. La utilización de electroimanes combinados con imanes permanentes, con o sin bobinado sobre estos últimos, para producir la excitación, que se reivindica en esta patente, también tiene aplicación a los generadores en que la excitación está instalada en el rotor, Fig. 4, por lo que se postula asimismo, como reivindicación independiente.
En ambos casos, la hechura que se acaba de describir permite hacer la regulación de manera muy sencilla y de poco coste así como eliminar el cogging o par de arranque debido a la presencia de los imanes permanentes. Esto es muy importante para los generadores eólicos especialmente los de potencias entre 3 y 8 Kw.
g). Los alternadores síncronos convencionales, no se pueden convertir en motores asincronos porque tienen el problema de que en el arranque y en el funcionamiento normal en menor medida, el campo giratorio del estator induce corrientes peligrosas en los devanados del inductor, porque el circuito magnético se cierra a través de los polos del rotor en que están las bobinas inductoras. Ver Fig. 4.
Los generadores de tecnología de excitación por transferencia magnética, tienen, tal como se dice en la descripción, Fig. 1, un entrehienro secundario o pasivo 4, en que hay solo transmisión de flujo, sin variación del mismo por lo que no hay corrientes inducidas, y un entrehierro activo 5, en que se produce la variación de flujo y las tensiones e intensidades inducidas, en el funcionamiento como generador sincrónico. Funcionando como motor hipo asincrono o generador hiper asincrono, por el entrehierro secundario 4 solo pasa el flujo de dispersión que exista y el flujo de regulación. Experimentalmente se ha demostrado que es muy pequeño.
Esto diferencia esencialmente la máquina reivindicada como generador síncrono y máquina asincrona, de los alternadores síncronos convencionales con arranque por jaula de ardilla o rotor bobinado, en que los dos entrehierros son activos. Esta diferenciación es muy importante, como se explica a continuación:
El campo rotatorio producido por el estator alimentado por el adecuado sistema de tensiones y corrientes polifásicas, produce en los alternadores sincrónicos convencionales altas tensiones inducidas en los bobinados de excitación, porque están en el rotor y son atravesados por él. Ver fig. 4. Son peligrosas y se evitan con artificios conocidos y caros. En la disposición de la innovación de excitación por transferencia magnética, las corrientes inducidas se cierran sobre el núcleo del rotor, sin afectar de manera significativa, al devanado de excitación que no está en el rotor sino en el núcleo exterior. Ver Fig. 3, circuito 32.
h). En el caso de generadores de imanes permanentes convencionales, colocados en el rotor no es posible la conversión en motor asincrono porque se desmagnetizan los imanes.
La innovación propuesta no tiene este problema, porque los imanes no están en el rotor sino en el núcleo exterior a donde no llega el flujo inducido por los bobinados del estator, que se cierran sobre la armadura del rotor tal como ocurre en una máquina asincrona convencional. Ver Fig. 3, circuito 32.
Dibujos.
Fig. 1. Sección del alternador innovado, con bobinas e imanes permanentes en el platillo, en la carcasa axial y en el núcleo central,
Fig. 2. Disposición en el platillo de imanes y electroimanes, y devanados de regulación y anti- cogging .
Fig. 3.- Flujos en el alternador innovado.
Fig. 4. -Flujos en el alternador convencional.
Descripción de una ejecución.
A continuación, descripción de una ejecución, de las varias posibles con la tecnología contenida en la explicación y en las reivindicaciones, si que esto suponga restricción alguna al alcance de la patente. Se han incluido todos los componentes que intervienen en la innovación, para su mejor comprensión, aunque su número y presencia no sean los que aparecerían en otras ejecuciones.
La máquina tiene un escudo delantero, 22, de aluminio, que aloja el cojinete delantero 23 de rodadura, para el eje 24 de la máquina, que gira en su otro extremo en otro cojinete 25 cuyo soporte 26 se sujeta en el platillo del núcleo magnético externo 3, para garantizar los entrehierros 4 y 5. Una cubierta exterior de aluminio 27, cierra la carcasa de protección, que contiene el ventilador principal 21. Existen otros dos ventiladores internos, 28.
La figura 3, muestra la sección de un generador síncrono innovado provisto de jaula de ardilla 18, con su canal de ventilación, 19, para convertirlo en máquina asincrona.
El estator 1, está unido por contacto mecánico al núcleo extemo, 3, que a su vez se enfrenta al rotor, 2, por el entrehierro secundario o pasivo, 4.
Las bobinas inductoras 11 y los imanes permanentes 10 están insertos en el circuito magnético 29, con sus polaridades dirigidas en el mismo sentido del campo, 30, Fig2. El imán permanente central 12 es atravesado por el flujo total que transmite por el entrehierro pasivo al rotor 2.
Los polos 16 del rotor 2, se enfrentan a los polos, 14 del estator, a través del entrehierro activo, 5. Ver Fig.3.
En la figura 2, se han representado los electroimanes 11 y los imanes permanentes
10 de excitación situados en el platillo 9, no los montados sobre la paite axial exterior 6. El funcionamiento es igual.
En la zona central se sitúa el electroimán 12 rodeado por una bobina 13, de igual manera que lo están los otros imanes permanentes, 10, situados en el platillo, 8.
El camino del flujo magnético está señalado en la Fig. 1 , con una línea cerrada
29, que partiendo de los electroimanes o de los imanes permanentes continúa por el platillo 8, recorre el núcleo axial, 6, atraviesa axial y radialmente la armadura del estator, 1 , pasa desde ésta a los polos del rotor 2, por el entrehierro activo, 5; desde el rotor 2, pasa a través del entrehierro pasivo, 4 al imán permanente central 12; de este, por contacto mecánico al platillo 9 y vuelve a los electroimanes o imanes permanentes, 10 y 11.
El funcionamiento como generador sincrónico es de varias maneras: a) Con excitación por electroimanes. Ventajas: menor contenido de Cu, menor calor óhmico en rotor y estator, regulación de tensión convencional .
b) Con excitación por solo imanes permanentes. Ventajas: muy bajo coste de fabricación. Regulación y conservación del magnetismo reivindicadas: cada imán permanente tiene una bobina 13, arrollada sobre él mediante la alimentación de la cual con la corriente adecuada se puede anular el flujo magnético y modular su valor, o restituir su magnetismo.
c) Con excitación mixta, por electroimanes e imanes permanentes. Ventajas: menor contenido de cobre y menor calor en la excitación que a). No cogging, no se desmagnetizan los imanes permanentes, regulación fácil y barata desde la excitación.
d) Con excitación por solo el imán permanente central. Solución de muy bajo coste, propia de generadores eólicos de pequeña potencia.
Todas ellas tienen la ventaja de poder convertirse en máquina asincrona mediante la adición de una jaula de ardilla 18 en el rotor.
Los electroimanes adecuadamente alimentados equivalen a un imán permanente, ambos de igual polaridad dirigida, por ejemplo hacia la periferia del platillo, 8, ver Fig. 2, posición 30, crean el campo magnético total, y la inducción B, en el entrehierro activo 5, donde se produce la variación del flujo que engendra la tensión en los devanados del estator.
Al quitar la excitación a los electroimanes, el flujo de los imanes permanentes se cierra sobre sí mismos, se elimina el cogging y se regula fácilmente y con poco coste la tensión. Este juego de campos magnéticos de represente en la figura 2, en el platillo 8, posición 31.
Esto requiere que el número de electroimanes e imanes permanentes sea igual. El coste de varias bobinas de excitación con sus núcleos es más bajo que el de la bobina central única que utilizan los alternadores de automoción, porque lleva mucho menos cobre al ser el diámetro del núcleo mucho menor. Un sencillo cálculo lo demuestra.
En cuanto a los polos o salientes de las armaduras de material magnético adecuado, por ejemplo chapa magnética de pequeño espesor para reducir las pérdidas por histéresis, en la figuras 3 y 4 se muestra la diferencia entre un alternador convencional y el innovado. En el innovado, Fig. 3, la anchura de los polos de estator 14 y del rotor 16, son iguales, medidas en el entrehierro mientras que las ranuras respectivas, 15 del estator y 17 del rotor pueden ser iguales a la anchura de los polos o hasta un 25 por ciento mayores para modificar la forma de la onda de tensión. En la figura 3, son iguales.
Cada polo del estator se enfrenta a un polo del rotor, y como cada espira de bobina comprende tres polos de estator, la variación del flujo, para iguales velocidad y flujo es triple y triple la tensión.
En el alternador convencional Fig. 4, cada polo del rotor 33, se enfrenta a tres polos del estator, precisamente a los que abarca el medio paso polar. Al girar el rotor, su polo 33, varía el flujo sobre un solo polo del estator hasta la ranura siguiente, por lo que la variación del flujo es la tercera parte de la del innovado. En la Fig. 3 se muestra el cierre de las líneas de fuerza cuando la máquina innovada funciona como asincrona, circuito 32. Las líneas de fuerza del campo magnético rotatorio creado en el estator por una corriente polifásica, por ejemplo trifásica, se cierra en el núcleo del rotor porque la longitud del circuito magnético es menor y de menor reluctancia que siguiendo el circuito de la figura 2, posición 30 (parcial) y 29 de la Fig. .
El rotor de una máquina síncrona convencional de imanes permanentes, Fig. 4, tiene el imán o los imanes 37, de excitación en sus polos. En la innovación que proponemos los imanes permanentes tienen una bobina arrollada sobre cada uno de ellos, mediante la cual se puede variar el campo magnético resultante, para regular la tensión, evitar el cogging y regenerar el magnetismo si lo hubieran perdido.
Igual efecto se consigue combinando imanes permanentes y electroimanes de manera semejante a la explicada para la excitación montada en el platillo 8 de la figura 2, posición 31.
Posición 34, Fig. 1 , son ventanas de ventilación de la carcasa de aluminio.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, del tipo en que las armaduras de material conductor magnético del estator(1) y del rotor(2), que gira dentro de aquel, están comunicadas por un núcleo externo(3) de material conductor magnético, distinto de ambas e inmóvil respecto a ellas, núcleo unido por contacto directo a la armadura del estator y, por el entrehierro secundario(4) a la del rotor, que a su vez se enfrenta al estator por el entrehierro activo (5).
El citado núcleo (3), tiene una parte exterior axial que se une a la armadura del estator directamente, llamada carcasa axial (6), una parte interior que comunica con la armadura del rotor a través del entrehierro secundario (4), llamada núcleo central (7) y una tercera que está entre las dos anteriores y las une, llamada platillo (8). Todas ellas de material conductor magnético, de pequeña o nula remanencia magnética, como el hierro dulce y delgadas chapas de acero magnético.
El rotor (2) no tiene bobina alguna de excitación, en lo que se refiere a funcionamiento como generador síncrono, por lo que no tiene anillos colectores ni escobillas.
La armadura del estator soporta un bobinado polifásico (9) convencional o bobinas individuales en cada saliente.
El motor- generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, que como definido en las líneas 1 a 17, forma parte del estado de la técnica, se caracteriza a efectos de la presente patente, porque el núcleo extemo (3) tiene una sección anular completa de la carcasa axial (6), y una corona circular completa del platillo(3), remplazadas o formadas por imanes permanentes(IO) y electro ima nes(11), y ventanas de ventilación (20), entre cada dos de ellos y una sección del núcleo central remplazada o formada por un imán permanente axial (12).
2. - Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, según la reivindicación número 1, en que los imanes permanentes
(10) y el imán permanente axial (12) están rodeados, cada uno por un bobinado de hilo conductor eléctrico (13), del que son el núcleo magnético correspondiente, formando sendos electroimanes de núcleo de imán permanente.
3. - Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, según las reivindicaciones 1 y 2, en que los salientes (14) y las ranuras (15) del estator (1) y los salientes (16) y las ranuras (17) del rotor(2) tienen igual anchura angular, medida en el entrehierro activo (5), supuesto nulo y ocupan toda la superficie del entrehierro activo (5), sobre el que están distribuidos a iguales distancias entre sí.
4.- Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, según las reivindicaciones 1, y 2, en que los salientes (14) del estator y (16), del rotor tienen igual anchura angular, medida en el entrehierro, supuesto nulo, anchura menor que la común e igual de las ranuras, en hasta un 25 por ciento, y ocupan toda la superficie del entrehierro activo (5) sobre el que están distribuidos a iguales distancias entre sí.
5.- Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, según las reivindicaciones 1 , 2, 3 y 4, caracterizado porque el rotor está provisto de un bobinado en forma de jaula de ardilla (18), de igual hechura que el que tienen los motores asincronos convencionales.
6.- Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética, según las reivindicaciones 1, 2, 3 , 4 y 5, en que la jaula de ardilla, deja en cada ranura del rotor un espacio libre o conducto de ventilación(19), que atraviesa la armadura de parte a parte.
7.- Motor- generador de potencia eléctrica, en que la excitación está situada en el rotor, caracterizado porque la excitación está formada por electroimanes, y por imanes permanentes, pudiendo estos últimos estar rodeados de un devanado de conductor eléctrico.
PCT/ES2013/070184 2012-03-28 2013-03-21 Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética WO2013144401A1 (es)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES13768192T ES2900521T3 (es) 2012-03-28 2013-03-21 Motor-generador de energía eléctrica excitado por transferencia magnética
JP2015502390A JP2015511811A (ja) 2012-03-28 2013-03-21 磁気移転によって励磁される電力モータ発電機
IN8212DEN2014 IN2014DN08212A (es) 2012-03-28 2013-03-21
US14/388,345 US20150084472A1 (en) 2012-03-28 2013-03-21 Electrical Power Motor-Generator Excited by Magnetic Transference
EP13768192.0A EP2833526B1 (en) 2012-03-28 2013-03-21 Electrical power motor-generator excited by magnetic transference
KR1020147029927A KR102151466B1 (ko) 2012-03-28 2013-03-21 자기 전이에 의해 여자되는 전기 모터-발전기
MX2014011653A MX337604B (es) 2012-03-28 2013-03-21 Motor-generador de potencia electrica, de excitacion por transferencia magnetica.
CN201380028259.0A CN104335465A (zh) 2012-03-28 2013-03-21 磁性转移励磁的电力电动机-发电机

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP201200334 2012-03-28
ES201200334 2012-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013144401A1 true WO2013144401A1 (es) 2013-10-03

Family

ID=49258287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2013/070184 WO2013144401A1 (es) 2012-03-28 2013-03-21 Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20150084472A1 (es)
EP (1) EP2833526B1 (es)
JP (1) JP2015511811A (es)
KR (1) KR102151466B1 (es)
CN (1) CN104335465A (es)
ES (1) ES2900521T3 (es)
IN (1) IN2014DN08212A (es)
MX (1) MX337604B (es)
PT (1) PT2833526T (es)
WO (1) WO2013144401A1 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106847020A (zh) * 2017-02-17 2017-06-13 浙江工业大学 一种鼠笼式异步电动机演示仪

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180262084A1 (en) * 2017-01-12 2018-09-13 Larry Lindon McReynolds Repulsive magnetic motor and generator
US11444522B2 (en) * 2018-04-17 2022-09-13 Safran Electrical & Power Synchronous electrical machine with rotor having angularly shifted portions
CN110838764A (zh) 2018-08-16 2020-02-25 奥的斯电梯公司 电机定子组件、同步电机及乘客运输装置
CN112653310A (zh) * 2019-10-10 2021-04-13 桓仁东瑞水能科技有限公司 一种用于水力发电的三相永磁同步发电机
DE102021102753B4 (de) * 2021-02-05 2023-05-25 Ford Global Technologies Llc Elektrische Maschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4467267A (en) * 1983-01-28 1984-08-21 Sundstrand Corporation Alternator excitation system
DE3741678A1 (de) * 1987-12-09 1989-06-29 Hans Hermann Rottmerhusen Einrichtung zur uebertragung von erregerstrom
US4980595A (en) * 1987-11-23 1990-12-25 Chrysler Corporation Multiple magnetic paths machine
DE102010049178A1 (de) * 2009-11-07 2011-05-12 Volkswagen Ag Elektrische Maschine und Verfahren zur Steuerung einer magnetischen Feldstärke und/oder einer Flussdichte eines Statoranteils eines Erregerfeldes

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2927229A (en) * 1956-07-25 1960-03-01 Frank W Merrill Rotors for permanent magnet type synchronous motors
JPS57101539A (en) * 1980-12-11 1982-06-24 Fanuc Ltd Induction motor
SE431275B (sv) * 1983-04-07 1984-01-23 Vnii Elektromash Elektrisk maskin
US4972112A (en) * 1989-06-12 1990-11-20 Kim Dae W Brushless DC motor
US5030867A (en) * 1989-08-02 1991-07-09 Technical Associate Co., Ltd. Same polarity induction generator
US5059884A (en) * 1990-04-10 1991-10-22 Sundstrand Corporation Variable reluctance motor providing holding torque
JPH11206089A (ja) * 1998-01-04 1999-07-30 Mitsuo Kuwano 磁界誘導発電動機
DE10020942A1 (de) * 2000-04-28 2001-02-22 Akbar S Kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine
JP3985655B2 (ja) * 2001-10-24 2007-10-03 株式会社デンソー 回転電機
US6724115B2 (en) * 2001-10-24 2004-04-20 Denso Corporation High electrical and mechanical response structure of motor-generator
JP3829742B2 (ja) * 2002-03-20 2006-10-04 株式会社デンソー 回転電機
US6794790B2 (en) 2002-03-20 2004-09-21 Denso Corporation Rotary electric machine
KR100465708B1 (ko) * 2002-08-23 2005-01-13 엘지전자 주식회사 스위치드 릴럭턴스 모터의 초기 구동 방법
BRPI0402045B1 (pt) * 2004-05-12 2021-04-13 Oscar Rolando Avilla Cusicanqui Motor elétrico híbrido de relutância
US7791242B2 (en) * 2004-08-20 2010-09-07 Clearwater Holdings, Ltd. DC induction electric motor-generator
US7608967B2 (en) * 2006-05-30 2009-10-27 Tri-Seven Research, Inc. Single field rotor motor
GB0817046D0 (en) * 2008-09-18 2008-10-22 Rolls Royce Plc Magnectic Gear Arrangement
JP4649625B1 (ja) * 2009-10-13 2011-03-16 有限会社クラ技術研究所 磁束量可変回転電機システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4467267A (en) * 1983-01-28 1984-08-21 Sundstrand Corporation Alternator excitation system
US4980595A (en) * 1987-11-23 1990-12-25 Chrysler Corporation Multiple magnetic paths machine
DE3741678A1 (de) * 1987-12-09 1989-06-29 Hans Hermann Rottmerhusen Einrichtung zur uebertragung von erregerstrom
DE102010049178A1 (de) * 2009-11-07 2011-05-12 Volkswagen Ag Elektrische Maschine und Verfahren zur Steuerung einer magnetischen Feldstärke und/oder einer Flussdichte eines Statoranteils eines Erregerfeldes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106847020A (zh) * 2017-02-17 2017-06-13 浙江工业大学 一种鼠笼式异步电动机演示仪

Also Published As

Publication number Publication date
MX2014011653A (es) 2015-02-13
EP2833526B1 (en) 2021-10-13
IN2014DN08212A (es) 2015-05-15
EP2833526A1 (en) 2015-02-04
US20150084472A1 (en) 2015-03-26
KR102151466B1 (ko) 2020-09-04
JP2015511811A (ja) 2015-04-20
PT2833526T (pt) 2021-12-22
KR20150007291A (ko) 2015-01-20
EP2833526A4 (en) 2016-04-13
MX337604B (es) 2016-03-11
ES2900521T3 (es) 2022-03-17
CN104335465A (zh) 2015-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107925328B (zh) 多通道电动马达/发电机
WO2013144401A1 (es) Motor-generador de potencia eléctrica, de excitación por transferencia magnética
JP5491484B2 (ja) スイッチドリラクタンスモータ
CN108964396B (zh) 定子分区式交替极混合励磁电机
JP2019527022A (ja) 改良型マルチトンネル電気モータ/ジェネレータ
US20110169363A1 (en) Variable Speed Electric Motor/Generator
CN110268610B (zh) 具有磁旋转场降低和通量集中的同步电机
CN106981966B (zh) 一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机
US9780632B2 (en) Synchronous electric machine with two rotors
CN102217172A (zh) 电机
KR20140037375A (ko) 모터의 회전자와 이를 포함하는 동기 모터 및 권선형 회전자 동기 모터
JP2013192276A (ja) 主歯及び副歯を有する鉄心コアを備える電動機
CN105186749B (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
US20200304000A1 (en) Generator with reduced magnetic resistance
WO2012121685A2 (ru) Тихоходный многополюсный синхронный генератор
KR20180039953A (ko) 영구자석에 의한 주 계자자속과 계자권선에 의한 보조 계자자속을 이용하는 회전전기기계
US20170047813A1 (en) Dynamo
JP3967760B2 (ja) 永久磁石式リラクタンス型回転電機
JP2006217798A (ja) 永久磁石式リラクタンス型回転電機
RU2771993C2 (ru) Электрическая машина с ротором, созданным по схеме Хальбаха
CN112106276B (zh) 具有分布式绕组的旋转电机
JP5869322B2 (ja) 発電機
WO2014202808A1 (es) Perfeccionamientos en las máquinas de campo magnético rotatorio
JP2006254696A (ja) 永久磁石式リラクタンス型回転電機
JP5924913B2 (ja) 発電機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13768192

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015502390

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14388345

Country of ref document: US

Ref document number: MX/A/2014/011653

Country of ref document: MX

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013768192

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112014024020

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147029927

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112014024020

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20140926