Generador Homopolar

Homopolares múltiples 

(cilindros) generador-motor 

EE.UU. 7362026 B2

ABSTRACTO

Un motor-generador homopolar mejorado que tiene un rotor hueco, o una pluralidad de rotores huecos anidados conectados en serie, con un polo magnético del estator situada en el interior del rotor. Esto permite que ambas correderas contactos eléctricos que se encuentran cerca del eje de rotación y por lo tanto disminuye la velocidad lineal en el contacto deslizante. 

Un diseño alternativo de esta invención comprende un estator magnetizado hueco con una ranura anular a través del cual una o varias varillas de portadores de corriente en forma de Π son libres de girar.

 Las varillas también se pueden incrustar en un solo rotor cilíndrico. Este diseño permite también los contactos eléctricos deslizantes que se encuentran cerca de los extremos de las barras, y por lo tanto cerca del eje de rotación, y disminuye de manera similar la velocidad lineal en el contacto deslizante.

DESCRIPCIÓN

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad a la solicitud de patente provisional No. 60 / 607.522, presentada el 7 de septiembre del 2004.

DECLARACIÓN RELATIVA A LA INVESTIGACIÓN O DESARROLLO FEDERAL PATROCINADO

No Aplicable.

LOS NOMBRES DE LAS PARTES EN UN CONTRATO DE INVESTIGACIÓN CONJUNTA

No Aplicable.

INCORPORACIÓN-BY-REFERENCIA DE MATERIAL PRESENTADO EN UN DISCO COMPACTO

No Aplicable.

Antecedentes de la invención

(1) Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a DC y AC homopolares generadores, motores, y los motores, y más particularmente a un motor-generador homopolar mejorado utilizado en aplicaciones en las que el par de arranque es muy grande, tales como las aplicaciones de vehículos de motor.

(2) Descripción de la información técnica relacionada incluyendo divulgados bajo 37 CFR 1.97 y 1.98

El diseño original de un motor-generador homopolar, con un estator que produce un campo magnético y un rotor a través del cual pasa la corriente, fue desarrollado por Faraday (ver FIG. 1). 

En un motor de este tipo, la corriente pasa a través de J en el disco conductora entre los contactos 1 a y 1 b y la resultante J × fuerza de B (donde B es la intensidad del campo magnético en el disco giratorio) crea un par de torsión haciendo que el disco para girar . 

El principal problema con tales dispositivos homopolares es que tienen una muy pequeña tensión de trabajo (alrededor de 2-3 V) y una corriente de trabajo muy grande, lo que hace que sea difícil cambiar generador (o motor) parámetros tales como torque.

Un diseño para reducir la corriente de trabajo (o para aumentar la tensión de trabajo) fue propuesto por Mueller, en la patente US. Nº 3.586.894. La patente describe un Mueller multi-disco de motor-generador homopolar (verFIG. 2). 

Se propone la colocación de discos coaxiales en la brecha del electroimán, donde los discos del estator están fijados al conjunto de imán, y los discos de rotor están fijados al eje. Los discos del estator y del rotor son eléctricamente en contacto de una manera tal que la corriente que pasa a través de los discos se dirige a través de todos los discos de rotor serie y en la misma dirección radial.

Los cables de la fuente de alimentación están conectados a los discos de rotor final por el colector de cepillo; los contactos eléctricos entre los discos son proporcionados por extiende axialmente nervaduras anulares en los discos. 

De esta manera, el par total en el eje es la suma de los pares individuales desarrolladas en cada disco de rotor; como resultado, esta máquina reduciría significativamente la corriente de trabajo (o, equivalentemente, aumentar el voltaje de funcionamiento) del motor-generador homopolar, en comparación con el diseño original de Faraday como se muestra enFIG. 1.

Sin embargo, la máquina descrita en la patente Mueller tiene un problema significativo: los contactos eléctricos entre los discos constantemente de arco, lo que lleva a una elevación significativa de la temperatura y el daño por calor en las costillas, incluso a velocidades lineales moderadas entre los discos del estator y del rotor. El uso de colectores de cepillo en el borde exterior del disco del rotor (verFIG. 2) Puede ser un problema significativo debido a la gran velocidad relativa entre el disco y los cepillos.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención comprende un motor-generador homopolar mejorado que utiliza un rotor hueco en lugar de un rotor en forma de disco, con uno de los polos del estator situada en el interior del rotor hueco. La forma hueca del rotor permite tanto de los contactos eléctricos deslizantes para estar cerca del eje de rotación, minimizando así la velocidad lineal entre el estator y el rotor en ambos puntos de contacto. 

El motor-generador homopolar también puede utilizar varios rotores huecos anidados conectados en serie, lo que aumenta el par de torsión que el motor puede producir y reduce la corriente de trabajo (o aumenta la tensión de trabajo).

Un diseño alternativo de esta invención (el multi-varilla homopolar motor-generador) comprende un imán estacionario hueca con una ranura circunferencial anular y una varilla en forma de Π a través del cual pasa la corriente, que gira dentro de esa ranura. 

La barra en forma de Π-tiene una forma tal que los dos contactos eléctricos deslizantes (situados en los extremos de la barra) están cerca del eje de rotación. Varios de tales varillas en forma de Π pueden ser eléctricamente en serie con el fin de aumentar el par de torsión que el motor puede producir y reducir la corriente de trabajo o aumentar la tensión de trabajo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

FIG. 1 es una vista en sección transversal del diseño de la técnica anterior de un motor homopolar diseñado por Faraday;

FIG. 2 es una vista en sección transversal del diseño de la técnica anterior de un motor homopolar diseñado por Mueller (US Pat No. 3,586,894.);

FIG. 3 una es una vista en sección transversal de un motor-generador homopolar que comprende un rotor cilíndrico hueco y un eje magnético que es un imán permanente;

FIG. 3 b es una vista en sección transversal de un motor-generador homopolar que comprende cuatro rotores cilíndricos huecos anidados conectados en serie y un eje magnético que es un imán permanente;

FIG. 3 c es una vista en sección transversal de un motor-generador homopolar que comprende cuatro rotores cilíndricos huecos anidados conectados en serie y un eje magnético que es un imán de la bobina;

FIG. 4 una es una vista en sección transversal de un motor-generador homopolar que comprende un imán permanente hueco con una ranura anular y dos Π en forma de varillas que pasan a través de la ranura anular;

FIG. 4 b es una vista en sección transversal de un motor-generador homopolar que comprende un imán permanente hueco con una ranura anular, una varilla en forma de Π incrustado en un bloque de rotación de material no magnético, y conectores para cuatro más varillas en forma de Π;

FIG. 4 c muestra dos vistas de una varilla en forma de Π-;

FIG. 4 d muestra dos vistas del imán permanente hueca con una ranura anular,

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

FIG. 3 una muestra la construcción básica de la homopolar rotor de motor-generador hueco. El estator comprende un eje magnético 1 (ya sea un imán permanente o un electroimán) magnetizado a lo largo de su eje, con los discos ferromagnéticos 2 y 3 unidos a la parte superior e inferior del imán como se muestra. El disco superior 2 tiene un agujero 5 para el cable conectado al contacto deslizante 7 . 

Un eje no conductor y no magnético 6 está unido a la parte inferior del disco ferromagnético 3 . El contacto de deslizamiento 7 y 8están unidos al eje del imán 1 y el eje no magnético 6 con casquillos no conductores (no mostrados). 

El rotor es un cilindro hueco conductora 9 en una carcasa aislante 10 ; está soportado por cojinetes 4 y 5 de una manera que le permite girar libremente alrededor del eje. Cualquier otra forma es aceptable para el rotor, así, el tiempo que es hueco y suficiente en el interior para contener uno de los polos del estator dentro de ella grande. La fuente de alimentación 11 está conectado eléctricamente a los contactos deslizantes 7 y 8 con el alambre 12 .

Conexión de una pluralidad de rotores huecos anidados eléctricamente en serie, como se muestra en FIG. 3 b , aumenta el par producido por el motor (o aumenta la corriente producida por el generador) por un factor igual al número de rotores.Los rotores huecos 13 se intercalan con material no conductor 14 y se conectan en serie con los conectores eléctricos 15 en contacto deslizante 19 . El rotor exterior 13 una y el rotor interior 13 d están conectados a la fuente de alimentación 16 . 

Como enFIG. 3 una , todo el conjunto de rotores anidados es apoyado por cojinetes 17 y 18 .

Como se muestra en FIG. 3 c , el diseño deFIG. 3 b también se puede hacer usando un eje electromagnética 20 en lugar de un eje que es un imán permanente. Si se utiliza un eje electromagnético, el motor puede funcionar con corriente alterna.

FIG. 4 una muestra la construcción básica de la varilla de múltiples homopolar motor-generador. El estator comprende un alojamiento cilíndrico hueco magnetizado 21 con una ranura anular 22 en el lado inferior de la carcasa. 

La carcasa puede ser un imán permanente o un electroimán. Cualquier forma distinta de un cilindro es aceptable para la vivienda, así, el tiempo que es hueco y contiene una ranura anular. Un eje tubular no magnético y no conductor 23 está unido a la parte inferior de la carcasa.FIG. 4 d muestra dos vistas de la parte exterior de la carcasa. 

La vista de la derecha muestra la ranura anular en la parte inferior de la carcasa. El interior del eje tubular no conductor y la carcasa cilíndrica magnetizado se puede utilizar para el cableado. Anillos conductores con bujes dieléctricas 24 están unidos al interior de la carcasa 21 y al eje tubular no conductor 23 y se utilizan como contactos estacionarios para los contactos eléctricos deslizantes 25 de las varillas 26 .

Como en el diseño hueco cilindros, ya sea una varilla o varias varillas podrían utilizarse en el rotor (FIG. 4 una muestra un diseño con dos varillas). La corriente fluye a través de cada barra 26 en la dirección de la flecha. Las varillas son libres de girar alrededor del eje del motor sobre cojinetes 27 .FIG. 4 c muestra dos vistas de una vara; contactos deslizantes 28sobresalen de la varilla como se muestra. Dado que la ranura anular en la carcasa crea un campo magnético que es ortogonal a la dirección de la corriente, una fuerza de J × B actuará en cada varilla, en donde J es la corriente que fluye a través de la varilla y B es el campo magnético en el ranura anular. Como en el multi-cilindro homopolar motor-generador, aumentando el número de barras aumenta el par del motor puede producir (o aumenta la corriente puede producir el generador).

FIG. 4 b muestra una realización alternativa de este diseño. En esta realización, las varillas 30 (sólo se muestra una varilla) están incrustados en un solo rotor cilíndrico 29 , y aislados a partir del material rotor por un aislamiento 31 . 

El rotor cilíndrico gira sobre cojinetes 32 . Esto evita las fuerzas centrífugas desequilibradas que de otro modo se producen en el núcleo del electroimán debido a la rotación de las varillas.

RECLAMACIONES (6)

1. Un motor-generador homopolar, que comprende:

a) un rotor hueco, comprendiendo dicho rotor dos medios de contacto eléctricos, ambos de los cuales están situados cerca del eje de rotación del rotor;

b) un estator, que comprende:

un primer eje, dicho eje tiene un primer extremo y un segundo extremo;

un medio para producir un campo magnético paralelo al eje de dicho primer eje, uno de los polos de dicho campo magnético situado cerca del segundo extremo de dicho primer eje y el interior de dicho rotor hueco;

un segundo eje, hecho de un material no magnético y no conductor, que se adjunta al segundo extremo de dicho primer eje;

un medio para completar un circuito eléctrico a través de dicho rotor hueco, conectado a dicho medios de contacto eléctrico de una manera tal como para dejar el rotor capaz de girar libremente.

2. Un motor-generador homopolar, que comprende:

a) una pluralidad de rotores huecos anidados, cada rotor que comprende dos medios de contacto eléctricos situados cerca del eje de rotación del rotor;

b) un estator, que comprende:

un primer eje, dicho eje tiene un primer extremo y un segundo extremo;

un medio para producir un campo magnético paralelo al eje de dicho primer eje, uno de los polos de dicho campo magnético situado cerca del segundo extremo de dicho primer eje y el interior de dicho rotor hueco;

un segundo eje, hecho de un material no magnético y no conductor, que se adjunta al segundo extremo de dicho primer eje;

un medio para completar un circuito eléctrico a través de dichos rotores huecos, conectado a dicho medios de contacto eléctrico de tal manera como para conectar dicha rotores huecos en serie y dejar los rotores capaz de girar libremente.

3. Un motor-generador homopolar, que comprende:

a) un estator, que comprende:

una carcasa magnetizado hueco con una ranura anular en la parte inferior de la carcasa, magnetizado de tal manera como para producir un campo magnético en una dirección perpendicular a la ranura anular;

un eje tubular no magnético y no conductor unido a la parte inferior de dicho alojamiento, coaxial a dicha ranura anular;

un núcleo cilíndrico situado en dicha carcasa coaxial a dicho eje;

b) un rotor, que comprende:

una varilla que pasa a través de dicha ranura anular en una dirección perpendicular a la del campo magnético en dicha ranura anular;

medios unidos a cada extremo de dicha varilla de cojinete;

medios de contacto eléctrico conectado cerca de cada extremo de dicha varilla;

dicha varilla en forma de tal manera como para permitir que uno de dichos medios de cojinete que se adjunta al núcleo interior de la carcasa, y el otro para ser unido al eje tubular no magnético;

c) dicho estator también comprende un medio para completar un circuito eléctrico a través de dicha varilla, conectado a dicho medios de contacto eléctrico de una manera tal como para dejar la varilla capaz de girar libremente.

4. Un motor-generador homopolar, que comprende:

a) un estator, que comprende:

una carcasa magnetizado hueco con una ranura anular en la parte inferior de la carcasa, magnetizado de tal manera como para producir un campo magnético en una dirección perpendicular a la ranura anular;

un eje tubular no magnético y no conductor unido a la parte inferior de dicho alojamiento, coaxial a dicha ranura anular;

un núcleo cilíndrico situado en dicha carcasa coaxial a dicho eje;

b) un rotor, que comprende:

una pluralidad de varillas, que pasa a través de dicha ranura anular en una dirección perpendicular a la del campo magnético en dicha ranura anular, estando dichas varillas de un espesor tal como para ser capaz de moverse libremente a lo largo de la ranura anular;

cojinetes unidos a cada extremo de cada barra;

dichas varillas conformadas de tal manera como para permitir que uno de dichos cojinetes a estar unidos al núcleo interno de la carcasa, y el otro para ser unido al eje tubular no magnético;

significa el contacto eléctrico unido cerca de cada extremo de cada varilla;

c) dicho estator también comprende un medio para completar un circuito eléctrico a través de cada barra, conectados a dichos medios de contacto eléctrico de una manera tal como para dejar las barras capaz de girar libremente;

d) dichas varillas estando conectados eléctricamente en serie.

5. Un motor-generador homopolar, que comprende:

a) un estator, que comprende:

una carcasa magnetizado hueco con una ranura anular en la parte inferior de la carcasa, magnetizado de tal manera como para producir un campo magnético en una dirección perpendicular a la ranura anular;

un eje no magnético y no conductor unido a la parte inferior de dicho alojamiento, coaxial a dicha ranura anular;

un núcleo cilíndrico situado en dicho alojamiento, coaxial a dicho eje;

b) un rotor, que comprende:

una pluralidad de varillas, cada varilla pasa a través de dicha ranura anular en una dirección perpendicular a la del campo magnético en dicha ranura anular;

cada varilla en forma de una manera tal que permita que ambos extremos de la varilla para estar cerca al eje de rotación;

dichas barras están conectadas eléctricamente en serie;

dichas varillas incrustadas en un rotor cilíndrico de una manera tal como para aislar las barras de rotor cilíndrico;

medios conectados al teniendo dicho rotor a fin de permitir que gire libremente;

c) dicho estator también comprende un medio para completar un circuito eléctrico a través de cada barra, conectados a dichos medios de contacto eléctrico de una manera tal como para dejar las barras capaz de girar libremente;

d) dichas varillas estando conectados eléctricamente en serie.

6. Un motor-generador homopolar como en reclamaciones 4 o 5, Que comprende además:

a) un agujero paralelo al eje de rotación, que pasa por el eje no conductor del estator y el núcleo de la carcasa, de una dimensión tal que permita cables eléctricos para pasar a través de dicho agujero.