BREVETTO DI INVENZIONE    RM  A 000612 del   7/11/2013
(in corso di rilascio, con rapporto di ricerca EPO del 16/7/2014  favorevole per tutte le rivendicazioni)

GENERATORE  DI CORRENTE  ELETTRICA     A  FERRO ROTANTE,    CON  MAGNETI PERMANENTI   INDUTTORI  E  STATORE  IMMOBILI,  PRIVO DI SPAZZOLE,    A ROTAZIONE AGEVOLATA TRAMITE  UN SISTEMA   A  REPULSIONE MAGNETICA
La presente macchina elettrica rotante genera elettricità con un sistema di induzione differente dai normali alternatori,  che consente di eliminare totalmente gli effetti frenanti della reazione di indotto
Può essere implementata in sistemi di recupero dell'energia tipo il K.E.R.S delle auto ibride

a  nome di  CHIANESE  DOMENICO  di nazionalità italiana
 MUGNANO DI NAPOLI  (NA)
info :  statutpc@libero.it d.chianese@tin.it

IL  PRESENTE GENERATORE   APPARTIENE  AL GENERE  DEI GENERATORI A FERRO ROTANTE INVENTATI DA TESLA

“I GENERATORI  A FERRO ROTANTE furono inventati da Tesla (BREVETTO  US 447.921 A – fine Ottocento - )  e utilizzati anche da  Guglielmo Marconi per gli esperimenti sulle radiotrasmissioni
Essi consentivano di generare    correnti a oltre 10.000 hz ed erano utilizzati quasi esclusivamente per questo scopo;“

Strutturalmente  consistono  in uno statore di avvolgimenti  indotti,  fisso, di forma   circolare, che è posto di fronte, contrapposto coassiale e parallelo ,  ad un altro statore fisso circolare, provvisto di magneti permanenti induttori .

Gli avvolgimenti indotti    sono immersi perennemente  nel  campo magnetico dei magneti induttori che hanno di fronte in linea retta.

Un disco di acciaio ferromagnetico   rotante intorno al suo centro è interposto tra  i due statori,    coassiale  e parallelo a entrambi per le facce laterali  . Detto disco, denominato anche  ferro rotante  o   girante,   presenta una dentatura perimetrale lungo la circonferenza esterna  .  Quando il disco ruota  i denti si interpongono ciclicamente , con i loro vuoti e pieni,  tra gli avvolgimenti indotti che sono disposti da un lato del disco rotante e i magneti induttori che sono disposti dall’altro lato del disco rotante,   producendo delle continue variazioni nei campi magnetici dei magneti induttori.

In  conseguenza di tali variazioni,  negli  avvolgimenti  di statore che sono immersi in tali campi magnetici variabili si  produce elettricità.

Il  brevetto   GB 1332 642 A del 1973 della Plessey Co Ltd (grossa azienda elettronica inglese     )   descrive un  generatore con disco rotante  centrale    provvisto di  alette ferromagnetiche simili a pale   che prendono il posto dei denti. Il  funzionamento è simile  a quello già  descritto ovvero le alette si interpongono ciclicamente tra i magneti induttori e gli avvolgimenti indotti, parandosi davanti ai magneti induttori come uno schermo e interrompendo momentaneamente   ad ogni passaggio il campo magnetico che investe gli avvolgimenti indotti. A seguito di queste variazioni del campo magnetico, negli avvolgimenti indotti  si  genera corrente elettrica .

I  generatori a ferro rotante fino ad ora noti, in disuso da svariati  decenni,   presentavano due aspetti critici  caratteristici del loro funzionamento:

ASPETTO CRITICO  n. 1) Quando passano davanti ai magneti induttori,  le alette ferromagnetiche del rotore-girante   sono  attratte magneticamente da essi  ( N.D.R. è tale attrazione   che fa variare il campo magnetico che investe gli avvolgimenti indotti)  e a seguito di questa attrazione  le alette  sono  rallentate nella loro rotazione . La  coppia motrice del generatore deve vincere tale attrazione magnetica   che frena le alette (si pensi, ad esempio, al momento in cui tutte le alette sono davanti ai magneti induttori e tutte attratte simultaneamente..)
Pertanto il rotore subisce  una prima coppia resistente  che lo frena.

ASPETTO CRITICO  n. 2) Quando passano davanti ai magneti induttori come prima detto, interrompendo il flusso magnetico verso gli avvolgimenti indotti nei quali di conseguenza  si genera corrente ,   le alette ferromagnetiche subiscono  una magnetizzazione proprio in quanto  ferromagnetiche,   attraendo su di  esse quasi tutto il flusso magnetico   .  La reazione di indotto degli avvolgimenti di statore, che proprio per tale  variazione del campo magnetico  stanno generando corrente proprio in quel momento,    investe pertanto  le alette che sono loro davanti  e che come detto risultano momentaneamente magnetizzate con lo stesso polo magnetico dei magneti induttori che le hanno magnetizzate.  Tale reazione di indotto prodotta dagli avvolgimenti di statore  si esprime con un campo magnetico di segno  uguale a quello presente sulle alette magnetizzate,     e pertanto  tale campo magnetico  si oppone   alla rotazione delle alette.
 Si ha quindi  , a causa della reazione di indotto,  una seconda coppia resistente che frena il rotore- girante e  che deve essere superata dalla coppia motrice che alimenta la rotazione del generatore.

Questa nuova versione di generatore a ferro rotante propone
2 soluzioni per le  2 criticità che affliggono
 i classici generatori di questo tipo

A)  SOLUZIONE   DEL PROBLEMA POSTO DALL’ASPETTO CRITICO N. 1
Agevolazione della rotazione mediante compensazione con   sistema a repulsione magnetica
     (è l’oggetto rivendicato dal brevetto depositato dal sottoscritto e descritto come nuovo passo inventivo dal rapporto di ricerca EPO del 16/7/2014)

Nelllo  schema che segue è illustrato un generatore sul quale  sono  presenti dei magneti cosidetti repulsori implementati  sia sul rotore- girante che sulla piastra  fissa dei magneti induttori: Quando durante la rotazione del rotore-girante  le alette  sono attratte dai magneti induttori, contemporaneamente  i magneti repulsori del rotore-girante e quelli della piastra fissa sono forzatamente contrapposti dalla rotazione del  rotore indotta  dalla stessa attrazione dei magneti induttori sulle alette,  ed avendo detti magneti repulsori  affacciato gli uni verso gli altri lo stesso polo magnetico , essi si respingono. La forza attrattiva esercitata  pertanto dai magneti induttori sulle alette viene compensata dalla repulsione che si sprigiona tra i magneti repulsori della piastra fissa con i magneti repulsori del rotore-girante, compensando le forze che si innescano sul rotore.
Per far in modo che ciò  avvenga in qualsiasi fase della rotazione del rotore-girante,  tutti i magneti repulsori del rotore-girante e quelli della piastra fissa presentano esternamente affacciato lo stesso polo magnetico.
La rotazione del rotore-girante è pertanto compensata ed essa può  avvenire senza i rallentamenti dovuti all'attrazione dei magneti induttori sulle alette.

B):  SOLUZIONE   DEL PROBLEMA POSTO DALL’ASPETTO CRITICO N. 2

Smagnetizzazione delle alette  per eludere gli effetti della reazione  di indotto degli
      avvolgimenti di statore (deriva da una possibile implementazione del brevetto)

Per evitare che la reazione di indotto degli avvolgimenti di statore  freni la rotazione delle alette magnetizzate dal loro passaggio davanti ai magneti induttori,  si procede alla   smagnetizzazione delle alette  implementando sul loro   corpo   (o anche sul corpo del rotore in loro prossimità) :
“DEI  MAGNETI REPULSORI  APPOGGIATI SU DI ESSA  CON IL LORO LATO MAGNETICO DIVERSO DA QUELLO DEI MAGNETI INDUTTORI CHE LE MAGNETIZZANO”.
Se ad esempio un‘aletta passa davanti ad un magnete induttore che gli presenta affacciato un POLO NORD, su di essa deve essere stato implementato un magnete repulsore appoggiato su di essa  con polarità SUD in modo che i due campi magnetici diversi  che si innescano sull’aletta  si annullino a vicenda e l’aletta risulti smagnetizzata .
Tutte le alette sono smagnetizzate in tal modo, e affinchè ciò avvenga per qualsiasi aletta in qualsiasi punto della rotazione del rotore, si può disporre che   tutti i magneti induttori di un generatore presentino esternamente affacciato  verso gli avvolgimenti di statore  lo stesso polo magnetico, ad esempio NORD, e che tutti i magneti repulsori di rotore siano appoggiati sul corpo del rotore, nel punto di contatto ,  con polo magnetico SUD.

 In tal modo smagnetizzata,  ogni aletta  potrebbe  transitare davanti agli avvolgimenti  di statore  senza subire alterazione nella rotazione  poichè il campo magnetico prodotto  dalla reazione di indotto  degli  avvolgimenti , qualunque sia la sua entità,    non ne impedisce il transito in quanto l’aletta non ha carica magnetica.-

IMPLICAZIONI E NUOVE CRITICITA'  INDOTTE DALLE SOLUZIONI PROPOSTE

soluzione 1) Una perfetta equilibratura:
1) tra la forza  di attrazione esercitata complessivamente  dai magneti induttori sulle alette
2) e la forza repulsiva che si sprigiona complessivamente tra i magneti repulsori di rotore e i magneti repulsori di piastra
garantisce una  rotazione  regolare e senza sforzo del rotore e pertanto la soluzione 1)  non implica nuove criticità

soluzione 2) Elusione degli effetti frenanti  della reazione di indotto tramite smagnetizzazione delle alette
1) il campo magnetico prodotto dagli avvolgimenti statorici per reazione di indotto NON INTERFERISCE con l'eventuale campo
    magnetico presente sulle alette IN QUANTO TALE CAMPO PRESENTE SULLE ALETTE E' STATO SMAGNETIZZATO come prima detto.
    LA REAZIONE DI INDOTTO PERTANTO NON RAPPRESENTA "UNA BARRIERA MAGNETICA" DA SUPERARE DA PARTE
    DELLEALETTE

Pur tuttavia,

la soluzione n. 2 introduce una nuova criticità in quanto  il campo magnetico prodotto dalla reazione di indotto degli
    avvolgimenti statorici
ATTRAE LE ALETTE IN QUANTO ESSE, PUR SMAGNETIZZATE, SONO COMUNQUE FERROMAGNETICHE.
Tale attrazione si và ad aggiungere a quella già esercitata dai magneti induttori sulle alette
     la quale viene   annullata  dai magneti repulsori come prima detto.
Questa nuova attrazione sulle alette  può comunque  essere facilmente  controllata anch'essa dai  magneti repulsori ,
    dimensionandoli  adeguatamente in funzione del regime di rotazione del generatore e della reazione di indotto che si
suppone si  generi negli  avvolgimenti.

Infatti:

Ipotizzando , ad esempio, una rotazione a velocità  costante predeterminata  del generatore, sono note le seguenti componenti:
-  si è a conoscenza della forza di attrazione esercitata complessivamente  dai magneti induttori sulle alette
-  si è a conoscenza della forza repulsiva che deve sprigionarsi tra i magneti repulsori di piastra e quelli di rotore per compensare
    la suddetta attrazione dei magneti induttori sulle alette
-   si è a conoscenza sia del  grado  di  magnetizzazione  assunto dalle alette  per il transito davanti ai magneti induttori,  sia   pertanto del grado di
     magnetizzazione opposta che bisogna esercitare su di esse per smagnetizzarle (tramite i magneti repulsori di rotore come prima detto)
-  si è a conoscenza della forza di attrazione puramente magnetica che la reazione di indotto esercita sulle alette ferromagnetiche smagnetizzate

pertanto:

-   in funzioni di tali forze magnetiche conosciute , i magneti repulsori  possono essere dimensionati con  adeguata carica magnetica atta a garantire gli equilibri di forze attrattive-repulsive  tra le suddette parti al fine di ottenere,   alla  velocità di rotazione PREDETERMINATA voluta  del generatore, la rotazione senza sforzo del rotore
(soggetta solo al peso del rotore stesso  e alla sua inerzia a ruotare su se stesso)

- in caso di velocità non costante del generatore, ad esempio in caso di velocità superiore,  l'attrazione magnetica esercitata  dalla eccessiva
  reazione di indotto prodotta dagli avvolgimenti statorici  sulle alette ferromagnetiche  potrebbe frenarne la rotazione , inibendo pertanto la
  caratteristica distintiva di  questo tipo di generatore. In caso di velocità inferiori a quella predeterminata, la compensazione con i magneti repulsori
  potrebbe risultaresovradimensionata e frenare a sua volta il generatore. In questi casi si può procedere ad equilibrare le forze magnetiche in modo
  che il perfetto equilibrio delle forze attrattive e repulsive tra  dette parti si verifiche alla velocità di rotazione media del rotore

In definitiva si può riassumere che una perfetta equilibratura tra le forze attrattive e le forze repulsive che si innescano sul rotore, nonchè una perfetta smagnetizzazione delle alette ,  possono consentire alle alette stesse  di passare davanti ai magneti induttori e agli avvolgimenti di statore senza subire rallentamenti durante la rotazione del rotore,  e che pertanto per l'alimentazione del rotore non è richiesto uno sforzo per vincere la resistenza alla rotazione dovuta agli effetti della reazione di indotto degli avvolgimenti in quanto essa viene neutralizzata smagnetizzando le alette.

La presente tecnica di generazione di corrente elettrica pone l'interrogativo di come possa influire , o non influire affatto, la presenza di un carico fortemente resistivo come ad esempio una resistenza freno del  tipo di  quelle adottate negli impianti eolici.
Nella presente tecnica di generazione I MAGNETI INDUTTORI SONO FERMI, GLI AVVOLGIMENTI SONO FERMI, e le ALETTE
FERROMAGNETICHE CHE PRODUCONO LA VARIAZIONE DEI CAMPI MAGNEITICI SONO SMAGNETIZZATE COME PRIMA DETTO e non sono nè trattenute dai magneti induttori nè ostacolate dalla reazione di indotto (che non le rileva magnetizzate!)
C'è la possibilità che le resistenze di dumpload non funzionino, ma questo confermerebbe ulteriormente e forse sarebbe LA PROVA  PRATICA che il generatore può  funzionare indipendentemente dal carico e dalla reazione di indotto che si produce.- Si confermerebbe altresì che l'energia che deve essere applicata a questo generatore è solo quella che serve per la rotazione del rotore su se stesso in dipendenza solo del suo peso e della sua inerzia a ruotare .

LA QUANTITA' DI CORRENTE CHE PUO' GENERARE IL PRESENTE GENERATORE,  NONCHE' IL SUO EFFETTIVO FUNZIONAMENTO SECONDO LA PRESENTE IMPLEMENTAZIONE , VANNO   SPERIMENTATI CON PROTOTIPI.

Una possibile implementazione sperimentale EMPIRICA  del generatore per  verificarne l'effettivo  funzionamento  secondo lo schema funzionale  appena  descritto,  potrebbe essere:
(vedi anche  illustrazione  foto originali brevetto più  avanti)
-   diametro del generatore 400 mm
-   asse rotante del generatore  sostenuto da due cuscinetti a sfere
-   1 piastra porta magneti induttori
-   1 statore portaavvolgimenti
- 20 avvolgimenti singoli di statore ognuno da 150 gr. filo rame da 1,18  (nucleo  avvolgimenti in ferro o altro materiale ferromagnetico)
- 20 magneti induttori   (magneti neodimio  grado N.  50 diametro 30 mm spessore 15 mm  forza attrazione  magnetica 30 kg   )
- 20 magneti repulsori di piastra (magneti neodimio grado N. 50  diametro 30 mm spessore 15 mm  forza attrazione magnetica 30 kg   )
- 20 magneti repulsori di rotore (magneti neodimio grado N. 50 diametro 30 mm spessore 15 mm  forza attrazione  magnetica 30 kg   )
-  una girante con corpo centrale  in materiale antimagnetico e  20 ALETTE FERROMAGNETICHE, spessore alette 5 mm, larg. 30 mm
    (il corpo centrale antimagnetico consente di smagnetizzare le alette singolarmente e senza interferenze le une con le altre  )
-  la smagnetizzazione delle alette, ovvero della loro estremità che passa davanti ai magneti induttori,  prevede un esatto posizionamento
    dei magneti repulsori sulle alette , anche con distanziatori di  appoggio, sia magnetici che antimagnetici)
-  air gap alette-magneti induttori: 2 mm                 air gap alette-core avvolgimenti: 2mm
-   (air gap è  comunque variabile nel caso la smagnetizzazione della estremità  delle alette non risulti adeguata)

La distanza, air gap,  che separa i magneti induttori dagli avvolgimenti potrebbe sembrare eccessiva (9 mm)e la corrente che si otterrebbe potrebbe sembrare alquanto ridotta, ma il vantaggio che si ha dalla mancanza degli effetti frenanti  della reazione di indotto
compensano largamente tale handicap.
Anche a questa distanza di air gap dovrebbero essere ottenibili  buone potenze se si pensa  al fatto che in molti generatori
vengono ancora utilizzati magneti al neodimio di grado inferiore all ' N 40 , o anche vengono utilizzati i deboli magneti alla ferrite.

Si pensi peraltro al caso (di seguito meglio illustrato) di un tale generatore installato su un auto e la cui girante si sostituisca al  volano   connesso  albero motore  che ruota con un regime  rotatorio minimo  di almeno 1500 giri al minuto, circa 25 giri al secondo. Con tale velocità di rotazione della girante  si procurebberero 500 impulsi di corrente al secondo in  ognuno dei  20 avvolgimenti di statore   dai quali  forse si potrebbero attendere ragionevolmente   "almeno un 100 watt ad avvolgimento ?").

Maggiore sarà la velocità di rotazione della  girante-volano, maggiore sarà la corrente, come in qualsiasi generatore.

Ma in questo caso , questi 2 kw totali elettrici ipotetici  ottenibili  sarebbero  già stati   erogati  dal motore nel totale della  potenza meccanica già sprigionata  per far ruotare tutto l'apparato motore compreso  il volano-girante,  e pertato i 2 kw non graverebbero ulteriormente sul lavoro del motore ( a differenza dei comuni alternatori i quali, a causa della reazione di indotto, richiedono al motore una potenza meccanica supplementare  destinata al loro uso  esclusivo  per  convertirla  in energia elettrica )

CONCLUSIONI GENERICHE  SUL MODELLO DI GENERATORE PROPOSTO:

- Il presente generatore non  sarebbe  un'alternativa ai generatori tradizionali in quanto non è proposto   per migliorare il  rapporto di conversione tra l'energia meccanica applicata per la sua rotazione e l'energia elettrica che se ne ricava.

-  La presente invenzione può essere considerata come un sistema "parassita" di congegni  rotanti  "passivi",  ovvero di  congegni  a cui è stata applicata  energia meccanica per il solo movimento rotatorio passivo su se stessi e destinati a  null'altra funzione o lavoro.

- L'energia prodotta da questo generatore non può superare quella spesa per far ruotare su se stesso  il rotore-girante
  ( limite imposto dal principio di conservazione dell'energia)

POSSIBILE IMPIEGO  DEL GENERATORE

Può  trovare  impiego ottimale in  tutti i sistemi rotanti a  predeterminate velocità costanti  che adottano masse   rotanti  "passive" le quali possono assumere la forma di  rotori-giranti caratteristici  della presente invenzione. La rotazione di queste masse rotanti non risulterebbe alterata e pertanto non sarebbe richiesta ulteriore energia per la generazione di corrente elettrica.-

POSSIBILE IMPIEGO SUGLI AUTOVEICOLI O ANCHE NEL SISTEMA K.E.R.S ELETTRICO
Tra i possibili impieghi questo generatore può  essere utilizzato  al posto dei  volani delle auto per generare continuamente  energia elettrica dalla loro rotazione (vedi schema) in quanto può sostituirsi ad essi  conservandone  la funzione-volano e generando nel contempo   energia elettrica , e ciò  senza gravare ulteriormene sul lavoro del motore in quanto non essendo soggetto alla reazione di indotto, non richiede ulteriore sforzo  del motore.
Pochè i motori delle auto girano ad una velocità variabile, la presente invenzione può  essere dimensionata nei suoi componenti magnetici  per    un regime di rotazione medio del motore,   tale che l'eccessiva compensazione  o la preponderante reazione di indotto  come prima descritte , non aggravino di molto,  alle velocità fuori dalla media , lo sforzo  del motore.-

L'impiego di questo generatore nei sistemi eolici pone problemi di controllo dell'aerogeneratore  in quanto lo  schema adottato sembrerebbe non consentire l'utilizzo della tecnica di frenatura con  resistenze di dumpload come già accennato in precedenza.

- Si ringrazia  anticipatamente  chiunque voglia esprimere dei  pareri   sul funzionamento del presente modello di generatore

email :   statutpc@libero.it

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Il presente generatore è adatto per i sistemi di recupero dell'energia cinetica tipo KERS e ben si adatta ai volani  delle auto
in quanto la girante- volano  non subisce alterazione del proprio moto: vedi esempio che segue:

passo1:

passo 2

disegni originali del brevetto: