Máquina eléctrica.

Una máquina eléctrica, que comprende:

un primer rotor (10, 110, 120, 130), que puede girar alrededor un primer eje, y que tiene una primera disposición de imanes en una primera superficie (26) del mismo;

un segundo rotor (18, 118), mantenido con una primera superficie (28) del mismo adyacente a la primera superficie del primer rotor y de tal manera que no pueda girar alrededor del primer eje, pero pueda girar alrededor de un segundo eje, y que tiene una segunda disposición de imanes en la primera superficie del mismo, en donde el segundo rotor está en la forma de un cilindro hueco; y

un estátor (24), situado dentro del cilindro hueco, en donde las primera y segunda disposiciones de imanes son tales que la rotación del primer rotor alrededor del primer eje provoca la rotación del segundo rotor alrededor del segundo eje.

Máquina eléctrica

Esta invención se refiere a una máquina eléctrica, y en particular a una máquina que se puede utilizar para generar corriente eléctrica de manera eficiente a partir de un cuerpo que se mueve lentamente.

Las máquinas eléctricas en forma de generadores son muy bien conocidas, en las cuales se utiliza una fuente primaria de energía para hacer girar un cuerpo, y este rotor coopera con un estátor para producir una corriente eléctrica. Sin embargo, donde la principal fuente de energía es una de las fuentes comunes de energía renovable, tales como la eólica, la de las mareas o de las olas, el rotor normalmente se mueve muy lentamente, por lo menos en comparación con las 3 rpm logradas en una central eléctrica convencional.

El efecto de este movimiento relativamente lento es que el generador debe ser relativamente grande, lo que a su vez significa que el coste y la masa del generador son altos. Si se utiliza una transmisión mecánica convencional para convertir la rotación lenta en una rotación más rápida de un rotor en un generador, entonces la transmisión es una fuente de pérdidas debidas a la fricción, y también reduce la confiabilidad.

El documento DE-4223814 A describe una máquina eléctrica con un engranaje helicoidal magnético, que tiene una rueda, que puede girar alrededor de un primer eje, y una hélice que puede girar alrededor de un segundo eje perpendicular al primer eje. La rueda y la hélice se mantienen adyacentes entre sí, con arreglos cooperadores de imanes en sus superficies, de manera que el giro de una provoca que la otra gire también. En particular, el documento DE-4223814 A divulga una máquina eléctrica, que comprende: un primer rotor, que puede girar alrededor de un primer eje, y que tiene una primera disposición de imanes en una primera superficie del mismo; un segundo rotor, sostenido con una primera superficie del mismo adyacente a la primera superficie del primer rotor y de tal manera que no puede girar alrededor del primer eje, pero que puede girar alrededor de un segundo eje, y que tiene una segunda disposición de imanes en la primera superficie del mismo; en donde las primera y segunda disposiciones de imanes son tales que la rotación del primer rotor alrededor del primer eje provoca la rotación del segundo rotor alrededor del segundo eje.

La invención está definida por una máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1. Otros aspectos de la invención están definidos por las reivindicaciones dependientes.

Para una mejor comprensión de la presente invención, y para mostrar cómo se puede poner en práctica, se hará ahora referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquemático, que ilustra una parte de una máquina de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 muestra una parte de la máquina de la Figura 1, a una escala mayor.

La Figura 3 es una vista en sección transversal a través de la parte mostrada en la Figura 2.

La Figura 4 muestra una primera disposición de imanes en las superficies de los primero y segundo rotores en la máquina de la Figura 1.

La Figura 5 muestra una segunda disposición alternativa de los imanes en las superficies de los primero y segundo rotores en la máquina de la Figura 1.

La Figura 6 muestra una tercera disposición alternativa de los imanes en las superficies de los primero y segundo rotores en la máquina de la Figura 1.

La Figura 7 muestra otro aspecto de la disposición de los imanes en las superficies de los primero y segundo rotores en la máquina de la Figura 1.

La Figura 8 muestra una forma cilindrica alternativa de sección cóncava del segundo rotor.

La Figura 9 muestra una segunda disposición alternativa de los primero y segundo rotores.

La Figura 1 muestra una forma alternativa de barril cilindrico de sección convexa del segundo rotor.

La Figura 11 muestra una tercera disposición alternativa de los primero y segundo rotores.

La Figura 12 muestra una cuarta disposición alternativa de los primeros y segundos rotores.

La Figura 13 ilustra una máquina adicional de acuerdo con la invención, que tiene un soporte con ruedas para los segundos rotores.

La Figura 14 muestra una primera disposición de un generador lineal.

La Figura 15 muestra una segunda disposición de un generador lineal.

La Figura 16 muestra una sección transversal de un generador lineal.

La Figura 17 muestra una sección transversal de un generador lineal alternativo.

La Figura 18 muestra un convertidor de energía de las olas que incorpora un generador.

La Figura 1 muestra la estructura general de una máquina 8 eléctrica, de acuerdo con la presente invención. La

máquina eléctrica se describe en el presente documento en la forma de un generador, en el que se utiliza una

rotación de un cuerpo para generar energía eléctrica. Sin embargo, se apreciará por parte de la persona capacitada en el arte que el mismo principio se puede utilizar para construir un motor, en el que se aplica energía eléctrica, y se la utiliza para provocar que un cuerpo gire.

La máquina 8 de la Figura 1 tiene un primer rotor 1, que está conectado a un eje 12 por medio de una estructura de soporte en forma de radios 14. La rotación del eje 12 provoca entonces que el rotor 1 gire alrededor del eje definido por el eje. La rotación del eje 12 puede ser impulsada por una fuente de energía tal como una turbina eólica, una máquina de corriente accionada por la marea, o un convertidor de energía de las olas, y, aunque puede por supuesto ser accionada por cualquier fuente de energía, la máquina de la presente invención es particularmente adecuada para situaciones en las que la rotación impulsora opera a una velocidad relativamente baja, por ejemplo aproximadamente 2 rpm para el caso de una turbina eólica típica de 1,5 MW. Además, aunque la Figura 1 muestra al rotor 1 siendo impulsado a través del eje 12, puede ser accionado directamente por un cuerpo que está siendo forzado a girar mediante la fuente de alimentación externa. Por ejemplo, puede ser montado directamente sobre el eje de una turbina eólica.

El rotor 1 es generalmente toroidal. Es decir, que tiene una forma anular, que puede ser generada mediante la rotación de un círculo alrededor de un eje que se encuentra en el plano del círculo, pero fuera del círculo. Este eje es entonces el eje alrededor del cual se hace girar el rotor.

Sin embargo, la superficie del rotor no es un toroide completo. Específicamente, la parte de la sección transversal circular que se encuentra más alejada del eje de rotación se omite, dejando un espacio 16 anular.

Visible a través del espacio 16 en la Figura 1 está un segundo rotor 18 cilindrico, que tiene una sección transversal circular exterior que es ligeramente menor que la sección transversal circular interior del rotor 1.

Aunque la Figura 1 muestra sólo un segundo rotor 18 cilindrico, muchos de estos segundos rotores están en realidad localizados dentro del primer rotor.

La Figura 2 muestra con más detalle la parte de la máquina 8 en la región del segundo rotor 18. Específicamente, el segundo rotor 18 (y cada uno de los otros segundos rotores, no mostrados en la Figura 1 o 2) está montado sobre una estructura 2 de soporte, que la hace incapaz de moverse en la dirección de rotación del primer rotor 1, pero permite que gire alrededor de un eje 22 de su propia sección transversal circular.

Ubicado dentro del segundo rotor 18 está un estátor 24. Como es bien sabido, el segundo rotor 18 y el estátor 24 se pueden diseñar de tal manera que la rotación del segundo rotor 18 alrededor de su eje 22 provoca que se genere una corriente eléctrica en el estator 24, que puede ser suministrada a través de circuitos eléctricos de salida (no mostrados) a las líneas de suministro de energía eléctrica, dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica, etc.

La Figura 3 es una vista en sección transversal a través del primer rotor 1, del segundo rotor 18, y del estátor 24.

Como se mencionó anteriormente, el primer rotor 1 puede girar alrededor de un eje que se encuentra en el plano de esta sección transversal. Mientras tanto, el segundo rotor 18 está impedido de girar alrededor del eje de rotación del primer rotor, pero es capaz de girar alrededor del eje 22. En una primera superficie 26 interior del primer rotor 1, y en una primera superficie 28 exterior del segundo rotor 18, están dispuestos imanes que tienen el efecto de que, a medida que se hace girar el primer rotor 1 alrededor de su eje de rotación, el segundo rotor 18 se ve obligado a girar alrededor del eje 22. Éste se... [Seguir leyendo]

1. Una máquina eléctrica, que comprende:

un primer rotor (1, 11, 12, 13), que puede girar alrededor un primer eje, y que tiene una primera disposición de imanes en una primera superficie (26) del mismo;

un segundo rotor (18, 118), mantenido con una primera superficie (28) del mismo adyacente a la primera superficie del primer rotor y de tal manera que no pueda girar alrededor del primer eje, pero pueda girar alrededor de un segundo eje, y que tiene una segunda disposición de ¡manes en la primera superficie del mismo, en donde el segundo rotor está en la forma de un cilindro hueco; y

un estátor (24), situado dentro del cilindro hueco, en donde las primera y segunda disposiciones de imanes son tales que la rotación del primer rotor alrededor del primer eje provoca la rotación del segundo rotor alrededor del segundo eje.

2. Una máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:

el primer rotor (1, 11, 12, 13) está en la forma de al menos un toroide parcial, siendo el toroide hueco el fin de definir una superficie interna, siendo dicha superficie interna la primera superficie del primer rotor;

el segundo rotor (18, 118) está en la forma de un cilindro, ubicado dentro del toroide hueco, siendo la primera superficie del segundo rotor una superficie externa,

de tal forma que el segundo eje es perpendicular al primer eje.

3. Una máquina eléctrica como la reivindicada en la reivindicación 2, en la que el primer rotor se encuentra en la forma de un toroide que se extiende completamente alrededor del primer eje, pero que se extiende sólo parcialmente alrededor del segundo eje.

4. Una máquina eléctrica como la reivindicada en la reivindicación 3, en la que el primer rotor (1) está en la forma de un toroide que tiene un espacio (16) anular en una superficie radialmente exterior del mismo con respecto al primer eje.

5. Una máquina eléctrica como la reivindicada en la reivindicación 3, en la que el primer rotor (11) está en la forma de un toroide que tiene un espacio (116) anular en una superficie radialmente interior del mismo con respecto al primer eje.

6. Una máquina eléctrica como la reivindicada en la reivindicación 3, en la que el primer rotor (12) está en la forma de un toroide que tiene espacios anulares en las superficies radialmente interior y exterior del mismo con respecto al primer eje.

7. Una máquina eléctrica como la reivindicada en la reivindicación 3, en la que el primer rotor (13) está en la forma de un toroide que tiene espacios anulares entre las superficies anulares radialmente interior y exterior del mismo con respecto al primer eje.

8. Una máquina eléctrica como la reivindicada en una de las reivindicaciones 2 a 7, que comprende una pluralidad de dichos segundos rotores, que se mantienen separados dentro del toroide hueco en posiciones predeterminadas alrededor del primer eje.

9. Una máquina eléctrica como la reivindicada en cualquier reivindicación anterior, en donde:

la primera disposición de imanes en la primera superficie del primer rotor comprende una disposición helicoidal; y

la segunda disposición de imanes en la primera superficie del segundo rotor comprende un disposición helicoidal correspondiente.

1. Una máquina eléctrica como la reivindicada en cualquier reivindicación anterior, en la forma de un generador, y que comprende además un estátor, en donde el segundo rotor y el estátor están posicionados uno respecto al otro de tal manera que la rotación del segundo rotor alrededor del segundo eje provoca que se genere una corriente eléctrica.

11. Una máquina eléctrica como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la forma de un motor, que comprende medios para la aplicación de energía eléctrica para provocar la rotación de uno de dichos primer y segundo rotores.