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 2A ₅ 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.