COMPRENDE

DESCRIPCIÓN

La presente invención pertenece a la generación de energía, concretamente se refiere a un sistema generador que se basa en la utilización de imanes con una disposición especial que aprovecha el campo magnético que con el movimiento giratorio se transforma en energía eléctrica.

Antecedentes de la invención o Estado de la Técnica La fabricación de generadores aplicando la tecnología actual, el circuito magnético del conjunto inductor con sus respectivos polos alternativos N-S, se realiza empleando sólo una cara del rotor para cerrar el circuito magnético.

Existen realizaciones que incorporan un estator central fijo con bobinas operativas en ambos lados y se completa el conjunto con dos rotores constituidos por imanes permanentes uno a cada lado del estator. Este generador tiene la desventaja de tener que mover dos rotores por generador, con un factor de inercia considerable.

Por otra parte, no suelen tener moduiaridad en su diseño, lo que ios hace poco versátiles. Aumentar el tamaño de ios imanes conlleva problemas por el incremento del flujo magnético ya que dificulta especialmente la instalación. Aparte, pueden presentar problemas para arrancar y empezar a moverse puesto que ios imanes permanentes que están siempre actuando necesitan ser contrarrestados simultáneamente.

Es objeto de la invención un sistema modular para generar electricidad que mejora los problemas y limitaciones observadas en el estado de la técnica.

Se propone para ello un generador de imanes permanentes ampliabie radial y axialmente. Por otra parte, la tecnología propuesta permite favorablemente aprovechar todo el circuito magnético, es decir, en ambos sentidos de manera efectiva. Con ello, se duplica el rendimiento y se consigue la ventaja añadida de una disminución de volumen, peso y componentes constituyentes.

Estas ventajas y mejoras provienen principalmente de utilizar generador que incorpora un rotor radial formado con polos de imanes permanentes ensamblados circuiarmente, con creación del campo magnético por ambas caras del rotor, y con el cierre del circuito magnético a través de ¡os estatores ubicados convenientemente a cada lado de dicho rotor. El rotor está fabricado en material amagnético.

El incremento de módulos radiaimente tiene una limitación por efecto ventilación, no así el de configuración axial que pueden tener longitudes considerables.

En suma, el sistema modular para generar electricidad comprende al menos un rotor acoplado solidariamente con un eje, donde el rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes distribuidos radiaimente. Comprende también una pluralidad de estatores donde cada estator comprende una pluralidad de núcleos bobinados distribuidos radiaimente. El rotor está asociado a una pareja de estatores dispuestos axiaimente cada lado del rotor, de forma que al menos un grupo de imanes permanentes (51) corresponde con al menos un grupo de núcleos bobinados a la misma distancia radial. Opcionalmente, cuando el sistema incluye una pluralidad de rotores, el sistema comprende además un soporte intermedio separando estatores asociados a diferentes rotores.

Opcionalmente, el soporte intermedio es flotante respecto del eje y se realiza en material amagnético.

Opcionalmente, comprende una pluralidad de grupos de imanes permanentes y grupos de núcleos bobinados asociados entre sí, con cada pareja de grupos asociados dispuesta a una distancia radial diferente.

Opcionalmente, comprende una carcasa periférica con una pluralidad de ventanas de ventilación.

Opcionalmente, comprende una pareja de soportes externos para asegurar ios estatores extremos.

Opcionalmente, ios imanes permanentes se instalan dentro de unos alojamientos del rotor con las polaridades alternadas entre imanes radiaimente consecutivos. Opcionalmente, ios imanes permanentes se instalan mediante unas placas de hierro dulce junto a cada polo del imán para su fijación. Opcionalmeníe, los imanes permanentes se instalan por parejas a cada lado de una placa de hierro dulce central y con sus polaridades alternas para facilitar su fijación con la atracción magnética mutua. Opcionalmente, las placas de hierro dulce se fijan al rotor mediante soldadura o atornilladas.

Opcionalmente, ios imanes permanentes se instalan incrustándose en unos alojamientos del rotor.

Es además objeto de la invención un montaje que comprende una pluralidad de sistemas modulares y unos medios de acopiamiento de los sistemas modulares.

Opcionalmente, los medios de acopiamiento del montaje acoplan en línea sistemas modulares a través de tener todos el mismo eje compartido.

Alternativamente, los sistemas modulares se acoplan en paralelo mediante unos medios de transmisión del giro de los ejes de los sistemas modulares. Opcionalmente, en el montaje, los medios de transmisión comprenden una correa de transmisión o rodamientos.

Opcionalmente, el montaje comprende además un embrague para engranar ios estatores selectivamente.

Breve descripción de jas figuras

FIG. V. Sección de un sistema generador con un solo módulo compuesto de una pareja de estatores que comparten un único rotor de imanes permanentes.

FIG. 2: Sistema generador modular en tres dimensiones.

FIG. 3: Sección de un sistema generador con tres módulos dispuestos axiaimente.

FIG. 4: Sección de un sistema generador con dos módulos dispuestos radialmente.

FIG. 5: Sección de un sistema generador con dos módulos dispuestos radialmente y tres axiaimente.

FIGs. 6A, 8B y 6C: Planta (8 A) y secciones del soporte extremo sin estator y con estator respectivamente (6B y 6C). FIGs, 6D y 6E: Vistas en 3D correspondientes a las F!Gs. 8B y 6C de los soportes extremos sin estator y con estator.

FIGs. 7A, 7B y 7C: Planta (7A) y secciones del soporte central flotante con estatores y sin estatores respectivamente (7B y 7C).

FIGs. 7D y 7E: Vistas en 3D correspondientes a las FIGs. 7B y 7C del soporte central flotante sin estatores y con estatores.

FIGs, 8A, 8B y 8C: Sección de varias tipologías de rotores con diferente ensamblaje de sus imanes.

FIG. 8D: Vista en 3D del rotor con imanes incrustados.

FIG. 9: Vista en 3D del despiece del conjunto modular.

FIG 10A y 10B: Ejemplos de montajes en paralelo y en línea compartiendo el eje.

Descripción detallada de ja invención Con referencia a las figuras, se describen varios ejemplos de realización sin carácter limitativo.

En la FIG. 1 se muestra un ejemplo de sistema generador con un solo módulo en el que un rotor 5 ocupa la posición central con una serie de imanes permanentes 51 distribuidos radiaimente a una distancia dada. La manera de ensamblar dichos imanes 51 permanentes en el rotor 5 puede variar de una aplicación a otra. Ejemplos de diferentes formas de ensamblaje pueden verse en las FIGs. 8A-8D. En las FIG. A y FIG. 8D, las placas de imán permanente 51 se alojan incrustadas en el interior del rotor 5. En las FIG. 8B y 8C se ven dos disposiciones diferentes de ios polos con placas de hierro dulce 52.

Volviendo a la FIG. 1 , se aprecian una carcasa periférica 7 y unos soportes extremos 4 que aseguran a los estatores 6 en su posición. Ai eje 1 se une el rotor 5 (varios rotores en otras realizaciones). En los extremos del eje 1 se acoplan una polea 2 y un plato de arrastre 3. Según otros montajes pueden añadirse axiaimente embragues 8 de fricción (ver FIG. 8 D) con movimientos paralelos al eje 1 pudiendo ser de accionamiento electromagnético. El eje 1 se compone habitualmente de una aleación de acero, sobre el mismo se monta solidariamente el rotor 5 (o rotores). En sus extremos y por medio de rodamientos se montan las carcasas periféricas 7. Los rotores 5 están constituidos por ejemplo por acero inoxidable. Sobre el mismo rotor 5 se ensamblan la placa o placas de imanes permanentes resultando unos polos de gran potencia y altamente fiables.

Ventajosamente, los polos se pueden fijar radiaimente a distintos niveles que con sus respectivos estatores 8 obtenemos un generador por nivel, es decir que con un solo rotor se pueden configurar uno o varios generadores.

La FIG. 4 sirve de ejemplo de esta variante. También hay que considerar que este incremento de generadores se puede conseguir axiaimente añadiendo más rotores 5 lo cual exige incorporar los soportes intermedios 41 flotantes respecto del eje 1 con sus respectivos estatores 6, La FIG. 3 sirve de ejemplo de esta otra variante como se verá más adelante.

Asimismo, es posible combinar una ampliación radial con una axial. Esto se puede ver en la FIG. 5.

La FIG. 3 ilustra un ejemplo de sistema generador ampliado con varios módulos ubicados a lo largo del eje 1. En esta realización, para las posiciones centrales, se necesitan unos soportes intermedios 41 que hacen de porta-estatores ai estar unidos a éstos (p.e. atornillados) y que son flotantes respecto del eje 1.

Estos soportes intermedios 41 están fabricados en material amagnético y tienen su importancia ya que ayudan en el montaje e instalación. Además permiten fijar de forma precisa la distancia de entrehierros entre ios imanes del rotor y el estator adyacente. Así se evitan los rodamientos que son más complicados de colocar adecuadamente sin afectar a otros elementos.

En la FIG. 4 se ilustra otro ejemplo de sistema generador ampliado esta vez con varios módulos situados radiaimenfe respecto del eje 1.

En la FIG. 5 se ilustra otro ejemplo de sistema generador ampliado esta vez con varios módulos situados radial y axialmente respecto del eje 1.

En la FIG. 8 se aprecia en mayor detalle el soporte extremo 4.

En la FIG. 7 se aprecia en mayor detalle el soporte intermedio 41 que es porta- estatores y flotante.

Configuración del montaje de placas para la composición de polos

En la FIG. 8A por polo hay una sola placa de imanes permanentes.

En la FIG. 8B por polo hay una sola placa de imanes permanentes y dos placas extremas de hierro magnéticamente blando de alta permeabilidad magnética, con el fin de conducir adecuadamente el flujo y conseguir mayores densidades en el entrehierro que las densidades de los propios imanes permanentes. Lo anteriormente expuesto se consigue por efecto de comprensión o concentración del flujo.

En la FIG. SC por polo hay dos placas de imanes permanentes y una placa intermedia de hierro dulce interpuesta entre ambas.

La incorporación de placas de hierro dulce facilita el montaje de las de imanes permanentes ya que aprovecha la propia atracción magnética. Las placas se pueden soldar ai rotor para fijar ios imanes. Además concentran el flujo magnético.

Carcasas de cierre extremas y periféricas

Los dos soportes extremos 4 y la, o las carcasas periféricas 7 de aluminio no magnético cierran o recogen todo el conjunto formando una estructura sólida para el sistema generador.

En los soportes extremos 4 van montados interiormente los estatores 8. Por otro lado y según aplicaciones todo el conjunto puede incorporar otros elementos como regulador de tensión, rectificador de corriente, etc (no mostrados en las figuras). Los soportes extremos 4 deben de tener una estructura suficientemente rígida para no deformarse axialmente. Ello permite simplificar su montaje, que puede realizarse a través de rodamientos de bolas. Cuando el equipo se compone de más de un rotor S, entre ambas carcasas periféricas 7 se acopia un soporte intermedio 41 en forma de corona flotante, es decir, sin rodamientos. Sobre ambas caras de dicho soporte intermedio 41 se montan los estatores 6 correspondientes. Resultando que por cada rotor 5 añadido se requiere añadir un soporte intermedio 41.

La fijación de este soporte intermedio 41 se realiza únicamente en su periferia. Así las fuerzas axiales a la que está sometido este soporte están muy equilibradas. El conjunto de las carcasas periféricas 7 más los soportes extremos 4 forman una envolvente donde se forman amplios ventanales de ventilación.

Estator

Parte fija constituida por láminas delgadas de Fe-Si con ranuras radiales en forma de U (U estatóricas) en donde se alojan todas las bobinas en las cuales se induce el voltaje de flujo variable que origina el campo magnético de los imanes permanentes ensamblados en el rotor o rotores según el equipo.

La conexión será preferiblemente de fres fases. En realidad, cada fase puede disponer de varias bobinas conectadas en serie y/o en paralelo emplazadas convenientemente de manera que se suman las tensiones y resultando la misma más regular.

Esta configuración radial otorga una mejor circulación de aire que se ve muy favorecida por el giro del rotor o rotores que actúan como verdaderos ventiladores. Imanes permanentes

Es necesario saber qué aplicación va a tener el generador y particularizar el diseño y características de ios imanes permanentes en cada caso.

Por ejemplo, hay que tener muy en cuenta el arco polar como parámetro importante motivado a que el número de polos tiene una relación directa con la frecuencia de voltaje que se desea generar.

Como material se empleará inicialmente la aleación de neodimio-hierra-boro representando (Nd ₂ Fi ₄ B) con las siguientes características:

• Inducción remanente Br valor comprendido entre 1 y 1 ,3 Tesias

· Campo coercefivo He valor comprendido entre 600 y 900 KA/m

• El producto (Bm- Hm) máximo valor aproximado 400 Kj/m ³

• Temperatura curie aproximadamente 310 °C

Con el fin de mantener la estabilidad de las placas estas deben ser sometidas a tratamientos de estabilización artificial a temperaturas elevadas así como ser sometidas a vibraciones mecánicas de corto periodo. Referencias numéricas

1 Eje.

2 Polea.

3 Piato de arrastre.

4 Soporte externo.

41 Soporte intermedio porta-estatores flotante.

5 Rotor.

51 Imán permanente.

52 Hierro dulce,

6 Estator.

7 Carcasa periférica.

8 Embrague.