EE.UU. 5451825 Un
ABSTRACTO
Una máquina homopolar para su uso como un motor o un generador. La máquina incluye un eje alargado que puede girar alrededor de un eje longitudinal, una barrera dispuesta sobre el eje, y primero y segundo campo eléctricamente conductor, magnético inductor de discos conectados a y dispuesto alrededor del eje de tal manera que la barrera se intercala entre las mismas.
La barrera es conductor de un campo magnético y eléctricamente aislado de los discos. Los discos están interconectados eléctricamente y generan un campo magnético perpendicular a la barrera con el campo magnético del primer disco en oposición al campo magnético del segundo disco. La máquina también incluye un primer y segundo contactos eléctricos conectados eléctricamente a los centros de los discos.
El camino conductor definido por los discos incluye primero y segundo extremos en los centros de los discos y sustancialmente viaja el radio de cada uno de los discos de tal manera que cuando se utiliza como un generador es decir, cuando se hace girar el eje para hacer que el flujo de electricidad entre la primero y segundo extremos de la trayectoria conductora, la tensión en cada disco está esencialmente añaden juntos.
DESCRIPCIÓN
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a generadores y motores, y, más particularmente, a un tipo axial homopolar generador / motor co-giratorio.
2. Descripción de la técnica relacionada
Generalmente, cuando se contempla un generador simple o de motor, un generador de disco / motor Faraday a menudo viene a la mente. Un generador de Faraday comprende un disco circular realización que es giratorio alrededor de su eje en presencia de un campo magnético axial. Los contactos eléctricos en contacto con el disco en varias posiciones radiales en el disco, como el centro del disco y el borde radialmente hacia fuera del disco.
El generador de Faraday también se refiere a veces como un generador unipolar o homopolar como el campo magnético a través del cual gira el disco conductoras está orientado en una dirección.
La colocación de la teoría electromagnética lado por el momento, no es raro que a pensar de cortar un campo magnético con un conductor para dar lugar a la generación de electricidad.
En esencia, "de flujo de corte" se generaliza como movimiento relativo entre el conductor y la fuente del campo magnético. No es, sin embargo, la única manera en la que la corriente eléctrica se puede generar Este movimiento relativo.
Si el disco de la realización de rotación del generador de Faraday sencilla se reemplaza con un imán cilíndrico conductor de la electricidad que suministra su propio campo magnético alineado axialmente, el efecto es idéntica.
Si el imán se hace girar alrededor de un eje paralelo al campo magnético y los contactos eléctricos se colocan en el eje de rotación y en el radio exterior del disco, se genera una tensión eléctrica.
Este tipo de generador es a menudo llamado un homopolar co-rotación o generador unipolar como la fuente del campo magnético gira con el conductor.
La teoría y las matemáticas de co-rotación de los generadores homopolares se explica con mayor detalle en dos artículos que se incorporan en este documento por referencia: "Una pieza generador de Faraday:
Un experimento paradójica desde 1851", ladrones y otros, American Journal of Physics, Vol. . 46, No. 7, p.729-731, julio de 1978; y "La inducción electromagnética en Moving Systems", Corson, American Journal of Physics, Vol. 24, p. 126, 1956. Como se ha explicado en Crooks et al.,
El generador de co-rotación no es nueva y, a menudo se clasifica como una paradoja a la ley de Faraday.
Sin embargo, es la simplificación de la teoría electromagnética con el concepto de "flujo de corte" que crea dificultad para comprender el generador homopolar co-giratorio.
En general, hay dos tipos de generadores homopolares y motores. El primer tipo es el tipo de campo axial, tal como el generador descrito anteriormente, en el que el campo magnético está orientado axialmente y el campo eléctrico está orientado radialmente.
Para un campo generador o motor homopolar radial, el segundo tipo, el campo magnético está orientado radialmente y el potencial eléctrico está orientado axialmente.
Un ejemplo de un motor homopolar tipo radial sencilla se describe en "El campo magnético radial motor homopolar", Eagleton et al., American Journal of Physics, Vol. 56, N ° 9; p. 858-859, septiembre de 1988. Este motor radial se compone de un tubo de acero inoxidable que tiene una varilla magnética contrapolarized en el mismo.
El tubo de acero y la varilla magnética están soportados por cojinetes separados de modo que son capaces de girar con respecto a la otra a lo largo del eje longitudinal del aparato. Dos contactos eléctricos, que están separados el uno del otro, están conectados operativamente al tubo de acero.
Al proporcionar corriente eléctrica al tubo, el tubo gira, pero la varilla magnética no gira. Por supuesto, la misma forma de realización puede ser utilizado como un generador.
Si el tubo de acero se hace girar, la corriente será generada a través de los conductores en contacto con el tubo. Si el imán y el tubo se hacen girar juntos, el generador es un generador de campo radial homopolar co-giratorio.
La aplicabilidad de los generadores homopolares ha, en gran medida, ha limitado.Intrínsecamente, generadores homopolares generan un potencial eléctrico que tiene muy alto amperaje.
La tensión generada es una función de la velocidad de rotación del conductor, la fuerza del campo magnético y el radio del conductor.Específicamente, la tensión es proporcional a B · W · R 2 donde B es la intensidad del campo magnético, W es la velocidad de rotación y R es el radio.Para generar voltajes más altos, el disco conductor se hace girar a altas revoluciones o el radio del conductor se incrementa.
En muchos casos, una alta velocidad de rotación en los resultados de la generación de calor, tales como a través de los contactos eléctricos, los cuales deben estar contenidos para evitar el deterioro de la máquina y debe reducirse al mínimo para aumentar la eficiencia de la máquina.
El uso de un disco más grande puede resultar en una máquina de volumen, el peso y las dimensiones totales que es inaceptable para algunas aplicaciones.
Un ejemplo de un sencillo generador de campo homopolar axial, un generador de Faraday, se describe en US Pat. Nº 3.882.366. El generador homopolar se utiliza para controlar la velocidad de un motor bi-direccional como el voltaje generado por el generador es indicativa de la velocidad y dirección de rotación del motor.
El generador de US Pat. No. 3.882.366 comprende un disco conductor que intersecta de manera uniforme un campo magnético que es paralelo al eje del disco de rotación.
Dos pares de cepillos, un par cerca del centro del disco y otro par cerca del borde radialmente hacia fuera del disco, se proporcionan para la conducción de la electricidad generada a través del mismo.
El generador de campo homopolar axial de US Pat. No. 3.882.366 no es un generador homopolar co-rotación como el conductor gira con relación a la fuente del campo magnético.
Otros ejemplos de generadores homopolares en el que el conductor gira o mueve pero la fuente de campo magnético no gira o movimiento se describe en la patente de Estados Unidos. Nos. 3.529.191, 3.465.187, 4.097.958, 4.208.600, y 3.705.995.
Para abordar el problema de la generación por un generador homopolar de un voltaje bajo, la salida de alto amperaje, el generador de US Pat.No. 3.465.187 utiliza varios discos, conectados eléctricamente entre sí para tener el efecto de la adición de las tensiones derivadas de cada disco.Específicamente, dos discos se hacen girar en direcciones opuestas sobre ejes paralelos que se cortan el campo magnético.
Patente de Estados Unidos. Nos. 4.097.758, 4.208.600 y 3.705.995 describen cada uno un generador homopolar / motor de tipo radial que tiene una pluralidad de apilado (en relación con el eje de rotación) discos de conductores que se conectan eléctricamente en serie entre sí para dar lugar a una señal de voltaje más alto que es creado cuando se utiliza un disco conductor.
Patente de Estados Unidos. Nº 3.669.370 da a conocer dos generadores. En una realización, un generador homopolar radial convencional se presenta que utiliza devanados de campo para generar un campo magnético. Los devanados de campo se montan sobre el estator estacionario del generador.
El disco conductora del rotor gira perpendicularmente al campo magnético generado. En una segunda forma de realización, los devanados de campo están montados sobre el rotor y, por lo tanto, los devanados de campo (la fuente del campo magnético) giran con el rotor. Este generador homopolar co-rotación utiliza metal líquido encerrado con el generador para proporcionar contacto eléctrico con el disco giratorio del rotor.
Metales líquidos, como el mercurio o una aleación de sodio y potasio; se utilizan a menudo como cepillos de contacto eléctricos en los generadores homopolares en vista de que el calor y la velocidad del rotor que gira rápidamente.
En segundo lugar, los metales líquidos pueden ayudar a enfriar la máquina. Precauciones especiales deben ser tomadas, sin embargo, cuando se utilizan metales líquidos.
El líquido debe ser compatible con la composición de los materiales que se pone en contacto, debe ser un buen agente humectante de alta conductividad, ser relativamente inerte, tener baja viscosidad, y tienen una amplia gama de temperaturas sobre las que el material permanece en estado líquido sin deteriorar .
Además, un sistema de recirculación se utiliza a menudo para enfriar continuamente la máquina. Por lo tanto, el uso de metal líquido añade gasto indeseable para los costes de fabricación y para el mantenimiento del generador.
Es preferible utilizar un mecanismo de contacto que es menos caro que el metal líquido y que no requiere ningún tipo de precauciones especiales.
En consecuencia, también es deseable proporcionar un generador homopolar en el que la generación de calor se reduce al mínimo, no sólo para eliminar el requisito de contactos caros, sino también para aumentar la eficiencia del generador mediante la limitación de la energía perdida a la generación de calor.
Otro co-rotación generador homopolar se describe en la Publicación Internacional de la OMPI Nº WO 82/02126. Los elementos básicos de este generador son un conductor de disco giratorio que tiene co-rotación de bobinas electromagnéticas coaxiales en cada lado del disco. La corriente generada es recogido por cepillos que hacen contacto con el borde radialmente hacia fuera del disco y el eje del rotor.
Para aumentar la eficiencia de un generador homopolar mediante la reducción de la cantidad de energía perdida al calor, el generador de esta publicación utiliza una trayectoria de retorno magnético de baja reluctancia para el flujo magnético que pasa a través del conductor de disco.
Para hacer realidad este beneficio, una alta permeabilidad co-rotación recinto y una alta permeabilidad, se utiliza el disco de baja resistencia.Además, se emplean cepillos de construcción especial.
El uso de bobinas electromagnéticas para generar el campo magnético que requiere precauciones especiales, tales como los descritos en la Publicación Internacional de la OMPI Nº WO 82/02126, pueden tomar para aumentar la eficiencia del generador como las bobinas generan inherentemente calor reduciendo así la eficiencia del generador.
Por lo tanto, se desea desarrollar un generador homopolar que no utiliza bobinas electromagnéticas para evitar la reducción de la eficiencia del generador resultante de la misma, y también para proporcionar un generador que amplifica la tensión generada a un nivel mejorado (más alto) en comparación con otros generadores homopolares.
Además de las preocupaciones específicas relacionadas con los generadores homopolares, también es deseable proporcionar un generador que puede ser utilizado para una variedad de aplicaciones.
No sólo tiene que la señal generada es de un voltaje y amperaje suficiente para la aplicación, el propio generador debe satisfacer las restricciones físicas, como el tamaño y el peso, para esa aplicación.
Se desea proporcionar un generador homopolar cuyo diseño se puede utilizar para generar una amplia gama de tensiones y que pueden hacerlo mientras restante dentro de las restricciones físicas establecidas por la aplicación particular en la que el generador se va a utilizar.
También se desea que el generador configurable estar compuesto de componentes off-the-shelf para minimizar de ese modo los costes de fabricación, reparación y mantenimiento de el generador.
La presente invención proporciona una máquina homopolar que puede ser utilizado ya sea como un motor o un generador.
Cuando se utiliza como un generador, la combinación de la tensión de una pluralidad de conductores de la electricidad, discos magnéticos resultados de campo inducir en un voltaje más alto que en los generadores homopolares arte co-rotativos anteriores.
La invención comprende, en una de sus formas, una máquina homopolar que comprende un árbol, significa una barrera, los discos primero y segundo, medios para interconectar eléctricamente los primero y segundo discos, y primero y segundo contactos eléctricos.
El eje tiene un eje longitudinal sobre el que el eje es giratorio. El medio de barrera es conductora de un campo magnético.
El medio de barrera está dispuesta alrededor del eje sustancialmente perpendicular al eje longitudinal del eje.
Los primeros y segundos discos están conectados a y dispuesto alrededor del eje adyacente a la barrera significa tal que el medio de barrera se intercala entre las mismas. Los discos son eléctricamente conductor, eléctricamente aislado del eje y de los medios de barrera, y generan un campo magnético perpendicular a los medios de barrera.
El campo magnético del primer disco está en oposición al campo magnético del segundo disco.
En una realización de la misma, la máquina comprende además unos medios para hacer girar el eje y un conductor medios conectados entre los primeros y segundos medios de contacto.
La rotación del eje por los medios de rotación resultados en rotación de los discos conectados a los mismos y en la generación de electricidad a través de los medios conductores. En esta forma de realización, la máquina funciona como un generador.
En otra realización de la misma, la máquina también incluye un medio para la generación de electricidad que está conectado a la primera y segundo medios de contacto de tal manera que el suministro de electricidad a los primero y segundo medios de contacto hace que el eje y los discos para girar alrededor de los ejes del eje longitudinal.
De esta manera, la máquina funciona como un motor.
Los discos de la presente invención, en una realización, pueden estar compuestos de un material eléctricamente conductor que tiene un campo magnético inductor de revestimiento sobre el mismo. En otra realización, los discos se componen de una placa conductora y una placa magnética. La placa conductora ha superficies primera y segunda opuestas con la primera superficie opuesta frente significa la barrera. La placa magnética está situada adyacente a la segunda superficie opuesta de la placa conductora y puede estar compuesto de un disco de plástico que tiene imanes permanentes montados en ellas.
En una forma del mismo, los primero y segundo discos están conectados eléctricamente en el borde radialmente hacia fuera de los discos, como por anillos conductores de la electricidad, por ejemplo, y los primero y segundo medios de contacto están dispuestas en el centro de los discos. El camino conductor entre el primero y segundo medios de contacto de este modo sustancialmente atraviesa el radio de ambos discos. Cuando se emplean como un generador, se añade la tensión de cada disco juntos. Mediante la colocación de los medios de contacto cerca del centro de los discos, los cepillos convencionales, de bajo costo se pueden emplear como medios de contacto.
La invención comprende, otra forma de la misma, una máquina homopolar que emplea una pluralidad de discos, que inducen campo magnético eléctricamente conductoras como se describe anteriormente. Los discos están conectados eléctricamente entre sí para formar una trayectoria conductora. La trayectoria conductora tiene primero y segundo extremos y sustancialmente atraviesa el radio de cada disco entre las mismas con los primero y segundo extremos de la trayectoria conductora dispuesta cerca del centro de los discos del par de discos dispuestos significa más alejado de la barrera.Cuando se utiliza como un generador, es decir, cuando el eje y los discos son causados para co-rotación, se añade la tensión de cada disco para dar como resultado una tensión superior a logrado con los generadores homopolares de la técnica anterior.
Una ventaja de la presente invención es la provisión de un generador homopolar que es capaz de generar electricidad que tiene un voltaje mayor que el generado por los generadores homopolares de la técnica anterior.
Otra ventaja es la provisión de un generador de alta tensión homopolar que limita la cantidad de calor generado como resultado de ese modo en un generador de energía eficiente.
Sin embargo, otra ventaja de la presente invención es la provisión de un generador homopolar / motor que es de un tamaño manejable para ser utilizado para una gran variedad de aplicaciones.
Otra ventaja adicional es la provisión de un generador homopolar / motor que se compone de componentes off-the-shelf para limitar así los costes de fabricación.
Todavía otra ventaja de la presente invención es la provisión de un generador homopolar / motor que utiliza bajo costo, los contactos de mantenimiento bajos.
Una ventaja adicional es la provisión de un generador homopolar configurable, es decir, el diseño general del generador se puede utilizar para satisfacer diversas aplicaciones mediante la configuración de la máquina para generar niveles específicos de tensión y corriente requeridos para una aplicación.
Las características anteriormente mencionadas y otras y ventajas de esta invención, y la manera de alcanzarlos, se harán más evidentes y la invención se comprenderá mejor por referencia a la siguiente descripción de realizaciones de la invención tomada en conjunción con los dibujos adjuntos, en que lugar:
FIG. 1 es una vista en sección transversal de una realización de la máquina homopolar de la presente invención;
FIG. 2 es una vista esquemática en perspectiva de la máquina de la realización de la fig. 1 emplearse como un generador;
FIG. 3 es una vista en perspectiva esquemática de la máquina de la realización de la fig. 1 emplearse como un motor;
FIG. 4 es una vista en sección transversal de una segunda realización de la máquina homopolar de la presente invención en la que dos conjuntos de discos magnéticos que tienen un disco conductor intercalada entre las mismas están dispuestas en cada lado de la barrera de disco;
FIG. 5 es una vista superior de una realización de un disco magnético de la máquina homopolar de la presente invención;
FIG. 6 es una vista en sección transversal de una tercera realización de la máquina homopolar de la presente invención en el que se utilizan varios discos magnéticos y conductores alterna;
FIG. 7 es una vista en sección transversal de la realización de la figura. 6 en la línea 7-7; y
FIG. 8 es una vista en sección transversal de una cuarta realización de la máquina homopolar de la presente invención que utiliza varios alternando discos magnéticos y conductores y en el que los discos conductores están interconectados eléctricamente.
Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes en las diversas vistas. Las ejemplificaciones establecidas en el presente documento ilustran una realización preferida de la invención, en una forma, y tales ejemplificaciones no han de interpretarse como limitantes del alcance de la invención de ninguna manera.
Haciendo referencia ahora a los dibujos y en particular a la figura. 1, se muestra es una vista en sección transversal de una realización de la máquina homopolar de la presente invención.
Máquina homopolar 10, que se puede emplear como un generador o un motor como se describe adicionalmente en este documento, incluye eje 11 que tiene un eje longitudinal. En esta realización, el eje 11 está compuesto de acero, un material magnéticamente conductor.
Eje 11 es giratorio alrededor de su eje longitudinal como se indica por la flecha de dirección A. Dispuesta alrededor del eje longitudinal 11 y sustancialmente perpendicular al eje longitudinal del eje 11 es 12.
Barrera de barrera 12 está compuesto de un material, tal como una combinación de acero y de plástico, que es conductor de un campo magnético, así como eléctricamente aislado del resto de la máquina.
En esta realización, la barrera 12 está conectado al eje 11 de tal manera que cuando el eje 11 gira, la barrera 12 también gira. Sin embargo, la barrera 12 no necesita estar conectado al eje 11 tanto tiempo como barrera 12 sirve para la función de un campo eléctrico y campo magnético barrera.
La máquina 10 también incluye un primer y segundo discos 14 y 16, respectivamente. El primer y segundo discos 14 y 16 son cada uno eléctricamente conductor y que cada uno induce un campo magnético sustancialmente perpendicular a la barrera 12.
Específicamente, primero disco 14 genera un campo magnético en la dirección B y segundo disco 16 induce un campo magnético en la dirección C. Por lo tanto, la campo magnético inducido por primera disco 14 es sustancialmente en oposición al campo magnético inducido por segundo disco 16. En primer lugar y segundo discos 14 y 16 pueden comprender, por ejemplo, los discos conductores, tales como discos de cobre, de aluminio o de acero que tienen recubrimientos magnético sobre la misma.
Tal recubrimiento puede ser pintada o presiona sobre el mismo, por ejemplo.Primeros y segundos discos 14 y 16 están aislados eléctricamente del eje 11 a través de la vaina aislante 18. aislante vaina 18 puede comprender, por ejemplo, de plástico.
El primer y segundo discos 14 y 16 se centran en y están conectados al eje 11 de tal manera que cuando el eje 11 gira, primero y segundo discos 14 y 16 giran en concierto con la misma. Del mismo modo, deben discos 14 y 16 se hacen girar, el eje 11 también gira con el mismo.
El primer y segundo discos 14 y 16 también están eléctricamente aislados de barrera 12. Tal aislamiento puede lograrse si los discos 14 y 16 se componen de plástico que tiene un recubrimiento magnético sobre el mismo, o, alternativamente, si un material eléctricamente aislante está dispuesta entre la barrera 12 y cada uno de los discos 14 y 16.
El primer y segundo discos 14 y 16 están conectados eléctricamente entre sí a través anillo eléctricamente conductor 20 dispuesto alrededor del borde radialmente exterior de primera y segunda de disco 14 y 16. En esta realización, el anillo 20 está compuesto de aluminio. Por lo tanto, primero y segundo discos 14 y 16 definen una trayectoria conductora que tiene extremos en los respectivos centros de primero y segundo discos 14 y 16 y que atraviesa sustancialmente los radios de primero y segundo discos 14 y 16. Para hacer contacto eléctrico con primera y segunda los discos 14 y 16, primero y segundo contactos 22 y 24, respectivamente, están colocados en el centro del primero y segundo discos 14 y 16. En esta realización, el primer contacto 22 está conectado eléctricamente al primer disco 14 a través de pasadores primero de conexión 26 que son fijado al primer disco 14 y segundo contacto 24 está conectado eléctricamente al segundo disco 16 a través de segundos pasadores 28 que se fijan a segundo disco 16. El flujo de electricidad a través de primero y segundo discos 14 y 16, suponiendo que el eje 11 gira en la dirección A como ilustrado, se ilustra por las flechas de dirección E.
Los componentes de la máquina 10 se comprenden mejor por la máquina 10 de examinar cuando se utiliza como un generador y como un motor. En consecuencia, las figuras. 2 y 3 muestran la máquina de la forma de realización de la máquina de la figura homopolar. 1 Tal como se emplea como un generador y como un motor, respectivamente. Haciendo referencia primero a la figura. 2, la máquina 10 se utiliza como un generador. En esta realización, el eje 11 está soportado en uno de sus extremos por cojinetes 30 y en su otro extremo por el motor 32.
Motor 32 está conectado al eje 11 de manera que al suministro de potencia al motor 32, el eje 11 se hace girar en la dirección F como se ilustra. Medios de conducción, es decir, primero y segundo cables 34 y 36, están conectados al primer y segundo contactos 22 y 24, respectivamente. En esta forma de realización, primero y segundo cables 34 y 36 están conectados a un voltímetro 38 para la medición de potencial entre primero y segundo contactos 22 y 24. Durante el funcionamiento, la activación del motor 32 causas eje 11 para girar en la dirección F. En primer lugar y segundo discos 14 y 16 y la barrera 12 también se hace girar con el eje 11 en la dirección F. La rotación del primero y segundo discos 14 y 16 da como resultado la generación de un potencial a través de la trayectoria conductora definida por primera y segunda discos 14 y 16 como es evidente por la lectura se ilustra en voltímetro 38.
Se apreciará por los expertos en la técnica que la máquina 10 de la presente invención se compone de pocos componentes, lo que hace la máquina como relativamente barato de fabricar. Además, primero y segundo contactos 22 y 24 están situados cerca del centro del primero y segundo discos 14 y 16 respectivamente. Al involucrar a los discos primero y segundo 14 y 16 en el punto de menor velocidad lineal, los contactos 22 y 24 pueden estar compuestos de bajo costo, contactos fuera de la plataforma, tales como escobillas de cobre impregnado.
También se apreciará que la configuración ilustrada en la figura. 1 resultados en una tensión de salida compuesta de la tensión generada por primera disco 14 añaden a la tensión de la potencial generada por segundo disco 16. Por lo tanto, el voltaje resultante es más alta que la técnica anterior co-rotación de los generadores homopolares que se emplea un solo disco.
Se apreciará además que el generador de la presente invención es un generador homopolar co-giratorio. Esto significa que hay pocas partes móviles con respecto a la otra. Por lo tanto, no se requieren mecanismos de enfriamiento especiales y se pierde menos energía al calor que podría ser experimentada en un generador homopolar convencional en el que los materiales conductores y magnéticos se mueven con respecto a la otra.
FIG. 3 muestra la máquina de la figura homopolar. 1 emplearse como un motor. En esta configuración, el eje 11 de la máquina homopolar 10 está soportado en uno de sus extremos por cojinetes 30 y en su otro extremo por cojinetes 40. alambres primero y segundo 34 y 36 están conectados a una fuente de alimentación eléctrica, a saber, la batería 42, que es capaz de generar corriente eléctrica a través primero y segundo cables 34 y 36. Durante el funcionamiento, potencial eléctrico se proporciona a través de primero y segundo contactos 22 y 24 por un primer y segundo cables 34 y 36 a través de la batería 42. La corriente eléctrica fluye a través de los discos primero y segundo 14 y 16. El flujo de la corriente junto con la presencia del campo magnético de la primera y segunda discos 14 y 16 resultados en la rotación de los discos 14 y 16. Por consiguiente, el eje 11 también se hace girar.
En las realizaciones de las Figs. 1-3, los campos magnéticos inducidos por la primera y segunda discos 14 y 16 son sustancialmente perpendicular a la barrera 12 y, más específicamente, los campos magnéticos se dirigen hacia barrera 12. Se apreciará por los expertos en la técnica que la magnética campos pueden ser dirigidas en direcciones opuestas a las direcciones B y C mostrados en la figura. 1. Sólo es necesario que los campos magnéticos inducidos por la primera y segunda discos 14 y 16 sean sustancialmente en oposición entre sí en adición a cada campo magnético que es sustancialmente perpendicular a la barrera 12.
FIG. 4 muestra una vista en sección transversal de una segunda realización de la máquina homopolar de la presente invención en la que dos conjuntos de discos magnéticos que tienen un disco conductor intercalada entre las mismas están dispuestas en cada lado del disco de barrera. Máquina homopolar 50 de la fig. 4 comprende muchos de los mismos componentes del generador homopolar 10 se ilustra en la figura. 1. En esta realización, los medios de barrera se compone de placa de acero 52 intercalada entre los discos primero y segundo de plástico 54 y 56, respectivamente. Mediante el empleo de una barrera construida de material relativamente luz de tal manera que si la barrera gira con el eje 11 y se utiliza en la configuración del generador se ha descrito anteriormente, la energía requerida para hacer que el medio de barrera para girar es menor de lo que sería si un material de barrera más pesado eran empleada.
En esta realización, los discos separados se utilizan para inducir un campo magnético y para conducir la corriente eléctrica.Específicamente, dispuestos a ambos lados de los discos de plástico primera y segunda 54 y 56 de los medios de barrera son discos magnéticos primero y segundo 58 y 60 para la inducción de campos magnéticos en las direcciones B y C, respectivamente. Dispuesta a cada lado de los discos magnéticos primero y segundo 58 y 60 son primero y segundo discos conductores 62 y 64, respectivamente. Discos dispuestos adyacentes primero y segundo conductores 62 y 64 son discos tercero y cuarto magnéticos 66 y 68, respectivamente, cada uno de generar un campo magnético en direcciones B y C, respectivamente.
Haciendo referencia ahora a la figura. 5 se muestra una vista superior de una realización de un disco magnético de la máquina homopolar de la presente invención. En esta ilustración, tercera disco magnético 66 se ilustra; Sin embargo, todos los discos magnéticos 58, 60, 66 y 68 son de la misma construcción que en la realización de la fig. 4. Tercer disco magnético 66 comprende disco de plástico 70 que tiene un conjunto de imanes permanentes 72 fijados a o embebidos en el mismo. El campo magnético inducido por cada imán permanente 72 está orientado en la dirección respectiva se ilustra en la figura. 4. El campo magnético inducido por el disco magnético de la figura. 5 no es estrictamente un campo uniforme. Un campo magnético perfectamente uniforme no es esencial para la invención.
Se apreciará por los expertos en la técnica que no hay bobinas electromagnéticas se utilizan en esta realización. Esto es ventajoso porque los imanes permanentes no generan calor al igual que las bobinas electromagnéticas. Por lo tanto, la máquina homopolar 50 cuando se emplea como un generador es más eficiente, ya que el mecanismo de inducción de campo magnético no genera calor - una pérdida de energía. Además, la ausencia de tales calor elimina la necesidad de que se tomen precauciones especiales para contener que el calor de modo que no es destructivo de la misma o cualquiera de sus componentes de la máquina.
Se apreciará adicionalmente por los expertos en la técnica que el generador homopolar 50 ilustrado en la Fig. 4 no necesita incluir primero y segundo disco magnético 58 y 60. Específicamente, una máquina homopolar puede estar compuesta de un medio de barrera, primero y segundo discos conductores 62 y 64 y los discos magnéticos tercera y cuarta 66 y 68. La ventaja obtenida en el empleo de primera y discos magnéticos segundo 58 y 60 se incrementa la intensidad del campo magnético. A medida que la tensión generada por la máquina depende de la fuerza del campo magnético, es deseable aumentar que el campo magnético. El aumento de la intensidad de campo magnético se logra fácilmente con la aplicación de discos magnéticos primero y segundo 58 y 60 adyacente a los medios de la barrera.
FIG. 6 muestra una vista en sección transversal de una tercera realización de la máquina homopolar de la presente invención en el que se utilizan varios discos magnéticos y conductores alternos. En esta realización, ocho (8) pares de discos, cada disco que comprende una placa conductora y una placa de campo magnético que induce, se centran en y conectado al eje en los lados de la barrera significa oponerse. El medio de barrera (disco de acero 52 intercalada entre discos de plástico primera y segunda 54 y 56) se intercala entre discos magnéticos primero y segundo 81 y 82. Como se dijo anteriormente, discos magnéticos primero y segundo 81 y 82 no son esenciales para la invención, pero ayuda en el fortalecimiento del campo magnético para dar lugar a tensiones más altas cuando la máquina homopolar 80 se utiliza como un generador.
Generador homopolar 80 también incluye primero a través de placas conductoras decimosexta 99-114 y la primera a través de placas magnéticas decimosexta 83-98. 99-114 placas conductoras están conectadas eléctricamente entre sí a través de primero a través de anillos conductores noveno 115-123 y a través de primero a través de manguitos conductores séptimo 125-131 como se explica en mayor detalle en este documento. En general, los anillos conductores 115-123 están unidos a una placa conductora en el borde radialmente hacia fuera de la placa magnética a través de pasadores 124. Del mismo modo, la conducción manguitos 125-131 están unidos a una placa conductora en el centro de la placa conductora por pasadores 124 . anillos conductores 115-123 también se mantienen en su lugar por medio de sujetadores conductoras 133 se extienden a través y eléctricamente aislados de anillos conductores 116-122, y en contacto con el anillo primera conductora 115 y noveno anillo conductor 123. Además, anillos conductores 115-123 y mangas conductoras 125 -131 están aislados unos de otros a través de aisladores 132. Para proporcionar la clarificación de la construcción de la máquina homopolar 80, la fig. 7 muestra una vista en sección transversal de la realización de la fig. 6 en la línea 7-7.
Como se dijo anteriormente, la máquina homopolar 80 comprende ocho (8) pares de campo conductor, magnético inducen discos que sándwich significa la barrera. El primer par de disco se compone de dos discos - un disco incluyendo primera placa conductora 99 y la primera placa magnética 83 y el otro disco incluyendo segunda placa conductora 100 y segunda placa magnética 84. El segundo par de disco comprende un disco incluyendo tercera placa conductora 101 y la tercera placa magnética 85 y otro disco incluyendo cuarta placa conductora 102 y la cuarta placa magnética 86. El último par u octavo incluye un disco que comprende la placa decimoquinto conductora 113 y la placa magnética XV 97 y otro disco que comprende placa conductora XVI 114 y placa magnética XVI 98 . Contactos 22 y 24 están conectados a la más exterior, octavo, par de discos. En concreto, a través del pin 26, el primer contacto 22 está conectado eléctricamente a la placa conductora decimoquinto 113 y segundo contacto 24 está conectado eléctricamente a través del pin 28 a decimosexto placa conductora 114.
Placas magnéticas 83-98 y discos magnéticos primero y segundo 81 y 82 en esta realización se construyen como se ilustra en la figura. 5. Mediante el montaje de los imanes permanentes 72 en el disco de plástico 70, cada placa conductora 99-114 de la realización de la fig. 6 está aislado eléctricamente uno del otro por disco de plástico 70 de cada placa magnética 83-98.
En esta realización, cada placa conductora 99-114 está conectado eléctricamente a la siguiente placa conductora sucesiva a través de anillos conductores 115-123 y 125-131 manguitos conductores como se ilustra. De esta manera, se forma una trayectoria conductora única que tiene primero y segundo extremos de los contactos 22 y 24. El camino conductivo es espiral cuando se ve en la figura. 6. Además, la trayectoria conductora atraviesa sustancialmente los radios de cada placa conductora 99-114. Al hacerlo así, cuando se utiliza como un generador, el voltaje resultante es significativamente mayor que cuando se emplea una sola, el campo magnético de disco inducir eléctricamente conductor. Por ejemplo, si el radio total del dispositivo es de 10 pulgadas, teóricamente, a 5,000 rpm puede dar como resultado una señal de 100 voltios cuando se utiliza generador homopolar 80. Para lograr la misma tensión de salida con un generador homopolar que comprende un solo disco, el radio de la Se requerirá de disco a ser grandes (del orden de 40 pulgadas) o si tiene un radio de 20 pulgadas, tendría que ser girado un alto rpm (del orden de 20.000 rpm). Por lo tanto, el generador homopolar de la presente invención es capaz de generar voltajes más altos, mientras que gira a una rpm razonable y sin dejar de ser de un tamaño que es útil para una variedad de aplicaciones.
Se apreciará por los expertos en la técnica que varias máquinas homopolares pueden ser construidas bajo los principios descritos en el presente documento. El tamaño de los discos y el número de discos pueden ser modificados de acuerdo con la salida de voltaje deseado del generador. Esta capacidad de configuración permite el diseño para ser utilizado en una gran variedad de aplicaciones.
Haciendo referencia ahora a la figura. 8 se muestra una vista en sección transversal de una cuarta realización de la máquina homopolar de la presente invención que utiliza varios alternando discos magnéticos y conductores en el que los discos conductores están interconectados eléctricamente. A diferencia de la realización de la figura. 6, conjuntos de placas conductoras están conectadas eléctricamente entre sí en paralelo y en serie en lugar de conectar eléctricamente cada placa conductora sucesiva en serie. Placas conductoras 99-114 están eléctricamente unidos por las mangas conductores 146-148 y 141-145 anillos conductores como se muestra. Placas conductoras primera y tercera 99 y 101 están conectados eléctricamente a través de primera anillo conductor 141 y el primer manguito conductor 148. En primer manguito conductor 148 también se conecta placas conductoras primera y tercera 99 y 101 a segunda y cuarta placas conductoras 100 y 102. El segundo y cuarto conductor placas 100 y 102 están conectados eléctricamente a las placas de quinto y sexto de conductores 103 y 105, y así sucesivamente.
Aunque placas magnéticas y conductoras dieciséis se emplean en la realización de la fig. 8, la tensión resultante es menor que la de la realización de la fig. 6 como se combinan conjuntos de placas conductoras para formar una única trayectoria conductora. Por lo tanto, el voltaje puede ser aproximadamente un medio que resultante con la realización del generador homopolar de la figura. 6. Sin embargo, el amperaje de la realización de la fig. 8 es probable que sea mayor que el de la figura. 6. Por lo tanto, se apreciará que el diseño del generador homopolar puede estar configurado para cumplir los requisitos de voltaje y amperaje de una aplicación particular.
Se apreciará por los expertos en la técnica que el campo magnético eficaz de las realizaciones de las Figs. 4, 6 y 8 se amplifica debido al apilamiento de varios discos de campo inducir magnéticos. Debido a que el potencial eléctrico generado, cuando la máquina se utiliza como un generador, es una función de la intensidad de campo magnético, tal apilamiento también ayuda en la generación de un potencial eléctrico superior. Además, aunque las realizaciones de la máquina homopolar de la presente invención ilustrada en la presente memoria son sistemas abiertos trayectoria de flujo magnético, se apreciará que un sistema de camino de flujo cerrado puede ser creado por encerrar los discos en un material magnéticamente conductor, tal como hierro. Mediante la conexión de una carcasa tal que los medios de barrera, que es magnéticamente conductor, y al eje magnéticamente conductor, el camino de flujo está cerrado en los radios interior y exterior de los discos. Por lo tanto, la intensidad de campo del campo magnético cerca del eje y cerca de la radio exterior de los discos se amplifica adicionalmente en un sistema de camino de flujo cerrado.
Si bien esta invención se ha descrito como teniendo un diseño preferido, la presente invención puede ser modificado adicionalmente dentro del espíritu y alcance de esta descripción. Por tanto, esta solicitud pretende cubrir cualquier variación, uso o adaptación de la invención utilizando sus principios generales. Además, esta solicitud está destinada a cubrir dichas desviaciones de la presente descripción como vienen dentro de la práctica conocida o habitual en la técnica a la que pertenece esta invención y que caen dentro de los límites de las reivindicaciones adjuntas.
RECLAMACIONES (13)
1. Una máquina homopolar, que comprende:
un eje alargado giratorio alrededor de un eje longitudinal;
medios de barrera dispuesta alrededor de dicho eje sustancialmente perpendicular a dicho eje longitudinal, dicho medio de barrera sustancialmente conductor de un campo magnético;
primero y segundo discos que comprenden cada uno una periferia radial interior y una periferia radial exterior, en el que cada dicho disco es eléctricamente conductor y la inducción de campo magnético, cada uno de dichos disco conectado a dicho eje para ser giratorio con el mismo, en el que cada dicho disco está dispuesto alrededor de dicho eje significa dicha barrera adyacente de manera que dicho medio de barrera se intercala entre dichos discos, cada uno de dichos disco generar un campo magnético dirigido perpendicular a dichos medios de barrera, dicho campo magnético de dicho primer disco en oposición con dicho campo magnético de dicho segundo disco, cada dicho disco aislada eléctricamente de dicho eje y desde dichos medios de barrera;
medios para interconectar eléctricamente dichos discos primero y segundo en dicha periferia radial exterior de dichos discos, donde dichos medios de interconexión eléctricamente vanos dichos medios de barrera y está conectado a dichos discos primero y segundo para ser giratorio con el mismo;
primero y segundo contactos eléctricos, dicho primer contacto eléctricamente conectado a dicho primer disco proximal de dicho primer disco de periferia radial interior y dicho segundo contacto conectado eléctricamente a dicho segundo disco proximal de dicho segundo disco de periferia radial interior, por lo que una corriente eléctrica puede pasar a través de dicha primera eléctrica contacto, radialmente hacia fuera a través de dicho primer disco, a través de dichos medios de interconectar eléctricamente, radialmente hacia el interior a través de dicho segundo disco, y a través de dicho segundo contacto eléctrico; y
en el que cada dicho disco comprende:
una primera placa conductora que tiene primera y segunda superficies opuestas, dicha primera superficie opuesta enfrentada a dicho medio de barrera; y
una primera placa magnética, dicha primera placa magnética dispuesta dicha superficie segunda oponerse adyacente.
2. Una máquina homopolar, que comprende:
un eje alargado giratorio alrededor de un eje longitudinal;
medios de barrera dispuesta alrededor de dicho eje sustancialmente perpendicular a dicho eje longitudinal, dicho medio de barrera sustancialmente conductor de un campo magnético;
primer y segundo discos conductores centrados encendido y conectado a dicho eje sea giratorio con el mismo, dichos discos conductoras primera y segunda dispuestas alrededor de dicho medio de barrera de manera que dicho medio de barrera se intercala entre dichos discos conductores primero y segundo, tanto dijo discos conductoras primera y segunda aislado eléctricamente del eje y desde dichos medios de barrera;
primero y segundo discos magnéticos centrados en y conectado a dicho eje para ser giratorio con el mismo, dichos discos magnéticos primero y segundo dispuestos alrededor de dicho primero y segundo discos conductoras, respectivamente, de tal manera que dichos medios de barrera y dichos discos conductores primero y segundo están intercalados entre dicha discos magnéticos primero y segundo, tanto dichos discos magnéticos primero y segundo generar campos magnéticos sustancialmente perpendicular a dichos medios de barrera, dichos campos magnéticos de dichos discos magnéticos primero y segundo en oposición el uno al otro;
medios para interconectar eléctricamente conductoras dichos discos primero y segundo, en el que dichos medios de interconexión eléctricamente vanos dichos medios de barrera y está conectado a dichos discos conductoras primera y segunda para ser giratorio con el mismo; y
primero y segundo medios de contacto conectados eléctricamente a dichos discos conductoras primera y segunda, respectivamente.
3. La máquina de la reivindicación 2, en el que dichos medios de barrera comprende un disco de acero centrado en el eje.
4. La máquina de la reivindicación 3, en el que dicho medio de barrera comprende discos primero y segundo de plástico centrados en dicho eje y dicho disco de emparedado de acero más.
5. La máquina de la reivindicación 2, en el que cada uno de dichos disco conductor está compuesto de aluminio.
6. La máquina de la reivindicación 2, en el que cada uno de dichos disco conductor está compuesto de cobre.
7. La máquina de la reivindicación 2, en el que dichos discos conductores se componen de acero.
8. La máquina de la reivindicación 2, en el que cada disco magnético está compuesto por imanes permanentes.
9. La máquina de la reivindicación 2, en el que dichos medios de interconexión eléctricamente está compuesto de un anillo eléctricamente conductor conectado a los bordes radialmente externos de dichos discos conductoras primera y segunda.
10. La máquina de la reivindicación 9, en el que dicho anillo eléctricamente conductor está compuesto de aluminio.
11. La máquina de la reivindicación 2, en el que dichos medios interconectados eléctricamente se encuentra en los bordes radialmente hacia el exterior de dichos discos conductores y dicho primer y segundo medios de contacto de contactos de dichos primer y segundo discos conductores cerca del centro del disco conductor respectivo.
12. La máquina de la reivindicación 11, en el que dicha primera y segunda medios de contacto comprenden cada uno un cepillo de carbono.
13. La máquina de la reivindicación 2, que comprende además:
un tercer y cuarto disco magnético, dicho tercer disco magnético centra en y conectado a dicho eje y dispuesto entre dichos medios de barrera y dicho primer disco conductor, dijo cuarto disco magnético centrado en dicho eje y dispuesto entre dichos medios de barrera y dicho segundo disco conductor, el campo magnético generado por dicho tercer disco magnético alineado con el campo magnético de dicho primer disco magnético, y el campo magnético de dicho cuarto disco magnético alineado con el campo magnético de dicho segundo campo magnético.
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