ITRM20100522A1 - "ELECTRIC GENERATOR WITH ROTATING STATOR" - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: GENERATORE ELETTRICO CON STATORE ROTANTE; Description of the industrial invention entitled: ELECTRIC GENERATOR WITH ROTATING STATOR;

I Generatori elettrici ad induzione si basano sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica in un circuito per effetto della legge di Faraday e sono i più importanti in termini di produzione di energia elettrica. In questa categoria rientrano principalmente: la dinamo per la produzione di corrente continua e l'alternatore per la produzione di corrente alternata. Electric induction generators are based on the phenomenon of electromagnetic induction in a circuit due to Faraday's law and are the most important in terms of electricity production. This category mainly includes: the dynamo for the production of direct current and the alternator for the production of alternating current.

L'alternatore è una macchina elettrica rotante che trasforma energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata assumendo la funzione di trasduttore. The alternator is a rotating electrical machine that transforms mechanical energy into electrical energy in the form of alternating current assuming the function of a transducer.

Gli alternatori possono essere di tipo sincrono o asincrono: i più utilizzati sono quelli di tipo sincrono. Alternators can be of the synchronous or asynchronous type: the most used are those of the synchronous type.

Un alternatore sincrono è una macchina elettrica costituita da una parte cava fissa, chiamata statore, al cui interno ruota una parte cilindrica calettata sull'albero di rotazione, detta rotore. Sullo statore sono presenti degli avvolgimenti elettrici su cui vengono indotte le forze elettromotrici che sosterranno la corrente elettrica prodotta. A synchronous alternator is an electric machine consisting of a fixed hollow part, called the stator, inside which rotates a cylindrical part keyed onto the rotation shaft, called the rotor. On the stator there are electric windings on which the electromotive forces that will support the electric current produced are induced.

L'alternatore attualmente noto si compone sostanzialmente di due parti: The currently known alternator basically consists of two parts:

a) Il sistema induttore, costituito da una successione di poli magnetici di segno alterno, solidale col rotore della macchina. Tali poli si ottengono con magneti permanenti o preferibilmente mediante elettromagneti eccitati in corrente continua ed aventi la parte estrema dell'espansione polare opportunamente sagomata al fine di determinare nel traferro una distribuzione sinusoidale dell'induzione. Le estremità dell'avvolgimento induttore (+ e -) vengono rese accessibili all'esterno mediante due anelli di materiale conduttore calettati sull'albero sui quali appoggiano due spazzole che permettono di applicare all'avvolgimento induttore la tensione continua necessaria a far circolare la corrente di eccitazione . a) The inductor system, consisting of a succession of alternating magnetic poles, integral with the rotor of the machine. These poles are obtained with permanent magnets or preferably by electromagnets excited in direct current and having the extreme part of the polar expansion suitably shaped in order to determine a sinusoidal distribution of induction in the air gap. The ends of the inductor winding (+ and -) are made accessible to the outside by means of two rings of conductive material keyed onto the shaft on which two brushes rest, which allow to apply the direct voltage necessary to circulate the current to the inductor winding. excitement.

b) Il sistema d'indotto, costituito da un avvolgimento trifase aperto per correnti alternate, calato nelle apposite cave dello statore (parte statica della macchina, del tutto uguale a quella che si ha nelle macchine asincrone). Il circuito magnetico dello statore, essendo interessato da flussi variabili nel tempo, è realizzato mediante lamierini ferromagnetici. b) The armature system, consisting of a three-phase winding open for alternating currents, lowered into the appropriate slots of the stator (static part of the machine, completely identical to that found in asynchronous machines). The magnetic circuit of the stator, being affected by fluxes that vary over time, is made by means of ferromagnetic laminations.

Il numero di poli dell'avvolgimento d'indotto deve, ovviamente, essere uguale al numero di poli dell'induttore e, nelle cave di statore sottostanti all'influsso di un polo induttore, devono stare tutte e tre le fasi. The number of poles of the armature winding must obviously be equal to the number of poles of the inductor and all three phases must be in the stator slots under the influence of an inductor pole.

Nel caso di alternatore monofase, l'avvolgimento statorico è del tipo monofase. In the case of a single-phase alternator, the stator winding is of the single-phase type.

Attualmente, per ottenere una corrente alternata a 50Hz, gli alternatori vengono fatti girare a 3000 giri/min e la potenza meccanica che deve essere fornita all'albero del rotore dipende dalla potenza elettrica che deve essere erogata dall'alternatore. Currently, to obtain an alternating current at 50Hz, the alternators are rotated at 3000 rpm and the mechanical power that must be supplied to the rotor shaft depends on the electrical power that must be delivered by the alternator.

Un primo scopo della presente invenzione, è quello di ridurre la potenza meccanica da fornire all'alternatore che deve erogare una data potenza elettrica. A first object of the present invention is to reduce the mechanical power to be supplied to the alternator which must deliver a given electrical power.

Un altro scopo del trovato è quello di ridurre la velocità di rotazione delle parti rotanti per ridurre l'entità delle accelerazioni inerziali e di conseguenza gli sforni meccanici da esse generati nella struttura dell'alternatore. Another object of the invention is to reduce the rotation speed of the rotating parts in order to reduce the entity of the inertial accelerations and consequently the mechanical overflows generated by them in the alternator structure.

Ciò è stato ottenuto, secondo il trovato, fornendo un alternatore dotato di un rotore e di uno statore che sono entrambi rotanti e che ruotano ciascuno in senso opposto rispetto all'altro, in modo che per ottenere una determinata velocità di rotazione relativa dell'uno rispetto all'altro, sia sufficiente far girare ciascuno di essi ad un numero di giri pari alla metà della velocità di rotazione relativa desiderata. This has been achieved, according to the invention, by providing an alternator equipped with a rotor and a stator which are both rotating and which each rotate in the opposite direction with respect to the other, so that in order to obtain a certain relative rotation speed of the with respect to the other, it is sufficient to rotate each of them at a number of revolutions equal to half the desired relative rotation speed.

In altre parole, se la velocità relativa deve essere di 3000 giri/min, secondo il trovato è necessario far girare il rotore e lo statore rotante a 1500 giri/min ed in direzione opposta tra loro. Una migliore comprensione dell'invenzione si avrà con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non già limitativo, una preferita forma di realizzazione. In other words, if the relative speed is to be 3000 rpm, according to the invention it is necessary to make the rotor and the rotating stator rotate at 1500 rpm and in the opposite direction to each other. A better understanding of the invention will be obtained with the following detailed description and with reference to the attached figures which illustrate, purely by way of non-limiting example, a preferred embodiment.

Nei disegni: In the drawings:

la figura 1 è una vista frontale che mostra schematicamente un generatore di tipo noto, con statore fisso e rotore; Figure 1 is a front view which schematically shows a generator of a known type, with fixed stator and rotor;

la figura 2 è una vista frontale che mostra schematicamente un generatore secondo la presente invenzione, con statore rotante e rotore; figure 2 is a front view schematically showing a generator according to the present invention, with rotating stator and rotor;

la figura 3 è una vista laterale dell'invenzione, che mostra le parti principali del generatore . Figure 3 is a side view of the invention, showing the main parts of the generator.

Secondo la presente invenzione, si prevede un generatore elettrico costituito da un alternatore dotato di rotore R e statore SR, in cui anche lo statore SR è rotante e gira in senso contrario rispetto al rotore R. According to the present invention, an electric generator is provided consisting of an alternator equipped with rotor R and stator SR, in which the stator SR is also rotating and rotates in the opposite direction with respect to the rotor R.

Nell'esempio realizzativo che si descrive, il rotore R è calettato su un albero A mentre lo statore rotante SR è coassiale a detto albero e gira in senso opposto tramite un apposito cuscinetto preferibilmente a sfere o a rulli di tipo noto. In particolare, l'albero A e lo statore rotante SR sono mossi da rispettive ruote dentate coniche Ci e C3, coassiali e contrapposte, di cui la prima Ci è solidale all'albero A e la seconda C3 è solidale allo statore rotante, le quali ruote Ci e C3 sono a loro volta ingranate e sempre in presa con una terza ruota dentata conica C2 - che è la ruota motrice - avente asse perpendicolare all'asse dell'albero A ed è mossa da un apposito motore M che fornisce la potenza meccanica all'alternatore. In the embodiment that is described, the rotor R is keyed onto a shaft A while the rotating stator SR is coaxial to said shaft and rotates in the opposite direction by means of a suitable bearing, preferably with balls or rollers of a known type. In particular, the shaft A and the rotating stator SR are moved by respective bevel gears Ci and C3, coaxial and opposed, of which the first Ci is integral with the shaft A and the second C3 is integral with the rotating stator, which wheels Ci and C3 are in turn meshed and always in engagement with a third bevel gear C2 - which is the driving wheel - having an axis perpendicular to the axis of shaft A and is moved by a special motor M which supplies the mechanical power to the alternator.

E' importante notare che, secondo la presente invenzione, il n. di giri della ruota dentata motrice C2 è lo stesso del rotore R e dello statore rotante SR, e cioè la metà del n. di giri relativo tra rotore e statore che determina la frequenza della corrente alternata prodotta dall'alternatore stesso. It is important to note that, according to the present invention, no. of revolutions of the driving toothed wheel C2 is the same as the rotor R and the rotating stator SR, i.e. half of the no. of relative revolutions between rotor and stator which determines the frequency of the alternating current produced by the alternator itself.

Tale configurazione costruttiva consente di ridurre sensibilmente l'entità delle accelerazioni inerziali a cui è sottoposta la struttura, infatti è ben noto che l'accelerazione è proporzionale al quadrato della velocità di rotazione e pertanto, dimezzando la velocità si riduce di quattro volte 1'accelerazione ! This constructive configuration allows to significantly reduce the amount of inertial accelerations to which the structure is subjected, in fact it is well known that the acceleration is proportional to the square of the rotation speed and therefore, halving the speed reduces the acceleration four times !

Ciò comporta evidenti vantaggi relativamente agli sforzi strutturali a cui sono soggette le parti in movimento dell'alternatore secondo il trovato, rispetto agli alternatori attualmente noti. This entails evident advantages with regard to the structural stresses to which the moving parts of the alternator according to the invention are subject, with respect to currently known alternators.

Inoltre, a parità di energia elettrica prodotta dall'alternatore secondo il trovato, si può utilizzare un motore con una potenza ridotta di circa il 30% rispetto a quella richiesta per azionare un alternatore di tipo noto, con evidente risparmio energetico . Furthermore, with the same electrical energy produced by the alternator according to the invention, it is possible to use a motor with a power reduced by about 30% with respect to that required to drive a known type of alternator, with evident energy savings.

Dalle sperimentazioni effettuate si è verificato che la riduzione della velocità di rotazione del motore M che fornisce la potenza motrice consente un risparmio di energia fino a circa il 30%. From the experiments carried out it has been verified that the reduction of the rotation speed of the motor M which supplies the driving power allows an energy saving of up to about 30%.

E' appena il caso di osservare che l'albero rotante A gira su appositi cuscinetti ed il motore M che fornisce la potenza meccanica può essere un motore a combustione interna, eolico, idraulico, ecc. It is hardly necessary to observe that the rotating shaft A rotates on suitable bearings and the motor M which provides the mechanical power can be an internal combustion engine, wind, hydraulic, etc.

La presente invenzione è stata descritta ed illustrata secondo alcune sue preferite forme realizzative, ma si intende che modifiche potranno essere apportate senza comunque uscire dall'ambito di tutela accordato. The present invention has been described and illustrated according to some of its preferred embodiments, but it is understood that modifications can be made without however departing from the scope of protection granted.

Si noti che la stessa riduzione di potenza richiesta si avrebbe anche facendo girare il motore a 3000 g/m e le due parti dell'alternatore a 1500 g/m ciascuna: ad esempio con una ruota conica C2 del motore che è grande la metà delle ruote coniche CI e C3 del rotore e dello statore rotante. Note that the same reduction in power required would also occur by running the engine at 3000 rpm and the two parts of the alternator at 1500 rpm each: for example with a C2 bevel gear of the engine which is half the size of the wheels. conics CI and C3 of the rotor and the rotating stator.

Analogamente, si potrebbe anche far girare il motore ad un n. di giri ancora inferiore rispetto a quello del rotore e dello statore rotante: ad esempio usando delle ruote coniche CI e C3 di uguale diametro e la C2 con diametro maggiore. Similarly, one could also run the engine at a no. of revolutions even lower than that of the rotor and the rotating stator: for example by using bevel gears CI and C3 of the same diameter and C2 with a larger diameter.

Infine, giova notare che quanto è stato fin qui descritto relativamente ad un alternatore secondo l'invenzione, può essere applicato senza modifiche anche ad una dinamo per produrre corrente continua. Finally, it should be noted that what has been described up to now in relation to an alternator according to the invention can also be applied without modifications to a dynamo for producing direct current.

Claims (6)

RIVENDICAZIONI : 1. Generatore elettrico del tipo comprendente un rotore ed uno statore, caratterizzato dal fatto che detto rotore (R) e detto statore (SR) sono entrambi rotanti e che ruotano ciascuno in senso opposto rispetto all'altro, in modo che per ottenere una determinata velocità di rotazione relativa dell'uno rispetto all'altro, sia sufficiente far girare ciascuno di essi ad un numero di giri pari alla metà della velocità di rotazione relativa desiderata . CLAIMS: 1. Electric generator of the type comprising a rotor and a stator, characterized in that said rotor (R) and said stator (SR) are both rotating and that each rotate in the opposite direction with respect to the other, so that to obtain a certain relative rotational speed of one with respect to the other, it is sufficient to make each of them rotate at a number of revolutions equal to half the desired relative rotational speed. 2. Generatore secondo da rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il rotore (R) è calettato su un albero (A) mentre lo statore rotante (SR) è coassiale a detto albero e gira in senso opposto tramite un apposito cuscinetto di supporto . 2. Generator according to the preceding claim, characterized in that the rotor (R) is keyed onto a shaft (A) while the rotating stator (SR) is coaxial to said shaft and rotates in the opposite direction by means of a suitable support bearing. 3. Generatore secondo da rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l'albero (A) e lo statore rotante (SR) sono mossi da rispettive ruote dentate coniche (Ci e C3), coassiali e contrapposte, di cui la prima (Ci) è solidale all'albero (A) e la seconda (C3) è solidale allo statore rotante (SR); dette ruote (Ci e C3) essendo a loro volta ingranate e sempre in presa con una terza ruota dentata conica (C2) che è la ruota motrice avente asse perpendicolare all'asse dell'albero (A) ed è mossa da un apposito motore (M) che fornisce la potenza meccanica all'alternatore stesso. 3. Generator according to the preceding claim, characterized in that the shaft (A) and the rotating stator (SR) are moved by respective bevel gears (Ci and C3), coaxial and opposed, of which the first (Ci) is integral with the shaft (A) and the second (C3) is integral with the rotating stator (SR); said wheels (Ci and C3) being in turn meshed and always in engagement with a third bevel gear wheel (C2) which is the driving wheel having an axis perpendicular to the axis of the shaft (A) and is moved by a suitable motor ( M) which supplies the mechanical power to the alternator itself. 4. Generatore secondo da rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il n. di giri della ruota dentata motrice (C2) è lo stesso del rotore (R) e dello statore rotante (SR), e cioè la metà del n. di giri relativo tra rotore e statore che determina la frequenza della corrente alternata prodotta dall'alternatore stesso; ottenendosi così una riduzione della potenza e/o energia meccanica richiesta dall'alternatore. 4. Generator according to the preceding claim, characterized in that no. of revolutions of the driving toothed wheel (C2) is the same as the rotor (R) and the rotating stator (SR), i.e. half of the no. of relative revolutions between rotor and stator which determines the frequency of the alternating current produced by the alternator itself; thus obtaining a reduction in the power and / or mechanical energy required by the alternator. 5. Generatore secondo da rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il motore (M) che fornisce la potenza meccanica può essere un motore a combustione interna, eolico, idraulico, ecc. 5. Generator according to claim 3, characterized in that the engine (M) providing the mechanical power can be an internal combustion engine, wind, hydraulic, etc. 6. Generatore secondo da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'albero rotante (A) gira su appositi cuscinetti.6. Generator according to claim 2, characterized in that the rotating shaft (A) rotates on suitable bearings.