Generador electromagnético inmóvil

Presentación del tema: "Generador electromagnético inmóvil"— Transcripción de la presentación:

1 Generador electromagnético inmóvil
Por : José Sepúlveda basaez Mail: Fono:

2

3 Circuito

4 Circuito de control e interrupción

5 Descripción detallada del GEI
La figura 1 es una vista frontal elevada y parcial de un GEI en su primera versión. Este cuenta con un magneto permanente 12 para suministrar la entrada de lineas de flujo magnético que van desde el polo norte 14 del magneto 12 hacia afuera e ingresan al material del núcleo 16. El núcleo está configurado para formar una ruta magnética a la derecha 18 y otra a la izquierda 20 extendiéndose ambas externamente entre el polo norte 14 y el polo sur 22 del magneto 12. Descripción detallada del GEI El GEI funciona por medio de un circuito de control e interrupción 24, el cual alternadamente mueve corriente eléctrica a través de un devanado localizado a la derecha 26 y otro localizado a la izquierda 28. Estos dos devanados de entrada se extienden cada uno alrededor de una porción del material del núcleo 16. El devanado de entrada 26 envuelve una porción de la ruta magnética 18 y el devanado de entrada 28 envuelve una porción de la ruta magnética 20. Además de los devanados de entrada, en las rutas magnéticas 18 y 20 se encuentran también los devanados de salida 29 y 30 respectivamente cubriendo una porción de las mismas. De acuerdo a esto, el circuito de control e interrupción 24 y los devanados de entrada 26 y 28 son colocados de tal forma que cuando el devanado 26 es energizado, se crea un polo magnético norte en su extremo izquierdo 31, el cual es el extremo más cercano al polo norte 14 del magneto permanente 12. De la misma forma, cuando el devanado izquierdo de entrada 28 es energizado, se crea un polo magnético norte en su extremo derecho 32, el cual es también el extremo más cercano al polo norte 14 del magneto permanente 12. Así, cuando el devanado derecho de entrada 26 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza el mismo devanado de entrada derecho 26. Similarmente, cuando el devanado de entrada izquierdo 28 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza al mismo devanado izquierdo 28. De esta forma se hace evidente que haciendo pasar corriente por el devanado de entrada 26 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética derecha 18, causando que al menos una parte de este flujo se transfiera a la ruta magnética izquierda 20. Por otra parte, haciendo pasar corriente eléctrica por el devanado de entrada derecho 28 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética 20 causando con eso que al menos una parte de ese flujo se transfiera a la ruta magnética derecha 18. En tanto que en el ejemplo de la figura 1, los devanados de entrada 26 y 28 aparecen a cada lado del polo norte del magneto permanente 12, siendo acomodados a lo largo de una porción del núcleo 16 extendiéndose desde el polo norte del magneto permanente 12, se entiende que los devanados de entrada 26 y 28 podrían también fácilmente ser colocados alternativamente en cualquier costado del polo sur del magneto permanente 12, con los devanados de entrada 26 y 28 estando conectados para formar, cuando se energizaran, campos magnéticos que tuvieran los polos sur dirigidos hacia el polo sur del magneto permanente 12. De manera general, los devanados de entrada 26 y 28 son acomodados a lo largo del núcleo magnético a cualquier costado de un extremo del magneto permanente formando un primer polo, por ejemplo un polo norte, con los devanados de entrada estando acomodados para producir campos magnéticos de la misma polaridad que el primer polo que se dirija hacia el primer polo del magneto permanente. Enfatizando aún más el arreglo preferido del presente diseño del GEI, los devanados de entrada 26 y 28 nunca se alimentan con tanta corriente como para que se sature el material del núcleo 16. Llevar el núcleo hasta el punto de saturación significa que un subsecuente incremento en la corriente de entrada puede suceder sin que por ello se lleven a cabo los correspondientes cambios en el flujo magnético, y que por ello esa potencia de entrada sea desperdiciada. De esta forma el GEI tiene una ventaja real en términos de un uso eficiente de la energía de entrada por sobre el desarrollo llevado a cabo por Eduardo Villaseñor de Rivas[2] en el que una porción de ambos lados de la ruta magnética es llevada al estado de saturación para bloquear el flujo magnético. En el GEI el intercambio del flujo de la corriente dentro de los devanados de entrada 26 y 28 no necesita ser suficiente como para detener el flujo en alguna de las rutas 18 o 20 al tiempo que promueve el flujo en las otras rutas. El GEI funciona cambiando el patrón de flujo. No necesita ser completamente intercambiado de un lado hacia el otro. Los experimentos han determinado que esta configuración es superior, en términos de la eficiencia de usar potencia dentro de los devanados de entrada 26 y 28 para generar potencia eléctrica dentro de los devanados de salida 29 y 30, con respecto al método de acomodar los devanados de entrada y los circuitos que los alimentan de tal forma que el flujo del magneto permanente pase a través de los devanados de entrada conforme estos se energizan. Este arreglo propuesto provee una ventaja significativa con respecto a los métodos antes descritos, por ejemplo el trabajo de Frank B. Richardson[3], en el cual el flujo magnético se hace pasar a través de los devanados energizados. La configuración del presente diseño también tiene una ventaja por sobre configuraciones anteriores como las de Carlos Subieta Garrón[1] y la de Frank B. Richardson[3] en que el flujo magnético es alternado entre dos rutas magnéticas alternas 18 y 20 con un solo devanado de entrada 26 y 28 rodeando cada una de las rutas magnéticas alternas. Las configuraciones de Garrón y Richardson requieren cada una de dos devanados de entrada en cada uno de las rutas magnéticas de entrada. Esta ventaja del presente método es significativo tanto en la simplificación del arreglo como en el incremento de la eficiencia de la conversión de potencia. El devanado de salida 29 está eléctricamente conectado a un rectificador y filtro 33, teniendo una salida manejada a través de un regulador 34, el cual provee un voltaje de salida ajustable a través del uso de un potenciómetro 35. La salida del regulador lineal 34 es a su vez proveída como entrada para un circuito 36 de interrupción y sensado. Bajo condiciones de arranque, el circuito de sensado e interrupción 36 conecta el circuito 24 de control e interrupción a una fuente externa de potencia 38, la cual es, por ejemplo, una batería de arranque. Después de que el GEI haya apropiadamente arrancado, el circuito de sensado e interrupción 36 sensa que el voltaje disponible del regulador 34 ha alcanzado un predeterminado nivel, de modo que la entrada de potencia al circuito de control e interrupción 24 se cambia de la fuente externa de potencia 38 hacia la salida del regulador 34. Después de que sucede este cambio, el GEI continúa funcionando sin ninguna aplicación de energía externa. El devanado izquierdo de salida 30 está conectado eléctricamente a un rectificador y filtro 40, la salida del cual está conectada al regulador 42, y el voltaje del cual está ajustado por medio de un potenciómetro 43. La salida del regulador 42 es a su vez conectada a una carga externa 44. Generador electromagnético inmóvil (GEI) Parte IV ________________________________________ Introducción a la Parte IV En esta cuarta y última parte se describen algunas figuras para facilitar la comprensión del generador. Es importante notar que el GEI puede funcionar con mas de una configuración diferente. La figura 2 es una vista del diagrama esquemático de una primera versión del circuito de oscilación y control 24. Un oscilador 50 maneja el reloj de entrada de un flip-flop 54, con las salidas Q y Q' del flip-flop estando conectadas a través de los circuitos manejadores 56 y 58 para alimentar los FETS 60 y 62 de tal modo que los devanados 26 y 28 sean alimentados alternadamente. De acuerdo con un arreglo preferente, el voltaje V aplicado a los devanados 26 y 28 a través de los FETS 60 y 62 se deriva de la salida del circuito sensor y de oscilación La figura 3 es una vista gráfica de las señales que manejan las compuertas de los FETS 60 y 62 de la figura 2, con el voltaje de la señal que maneja la compuerta del FET 60 estando representado por la linea 64, y con el voltaje de la señal que maneja al FET 62 estando representada por la linea 66. Ambos devanados 26 y 28 son manejados con voltajes positivos. La figura 4 es una vista del diagrama esquemático de una segunda versión del circuito de control y oscilación 24. En esta versión, un oscilador 70 maneja el reloj de entrada de un flip-flop 72, con las salidas Q y Q' del flip-flop estando conectadas para servir de disparadores para los one-shots 74 y 76. Las salidas de los one-shots a su vez están conectados a través de los circuitos manejadores 78 y 80 para alimentar los FETS 82 y 84, de tal modo que los devanados de entrada 26 y 28 son manejados alternadamente con pulsos mas cortos en duración que las salidas Q y Q' del flip-flop La figura 5 es una representación gráfica de las señales que manejan las compuertas de los FETS 82 y 84 de la figura 4, con el voltaje de la señal que maneja la compuerta del FET 82 estando representada por la línea 86, y con el voltaje de la señal manejando la compuerta del FET 84 estando representada por la linea 88. Refiriéndonos nuevamente a la figura 1, la energía se genera en el devanado de salida derecho 29 únicamente cuando el nivel del flujo magnético está cambiando en la ruta magnética de la derecha 18, y en el devanado de salida izquierdo 30 únicamente cuando el nivel de flujo magnético cambia en la ruta magnética de la izquierda 20. Es por lo tanto deseable determinar, para una configuración específica de un generador magnético, el ancho del pulso que provea el más rápido y práctico cambio en el flujo magnético, además de suminstrar este ancho de pulso ya sea variando la frecuencia del oscilador 50 del aparato de la figura 2, de modo que este pulso sea suministrado con las señales mostradas en la figura 3, o variando la constante de tiempo de los one-shots 74 y 76 de la figura 4, para que este ancho de pulso sea suministrado por las señales mostradas en la figura 5 a una frecuencia de oscilación más baja. De este modo, los devanados de entrada no son dejados activos mas de lo necesario. Cuando cualquiera de los devanados se deja encendido mas tiempo del que es necesario para producir el cambio en la dirección del flujo, la energía se está desperdiciando en forma de calor dentro del devanado de entrada sin ninguna generación adicional de energía eléctrica en el correspondiente devanado de salida. Se han conducido un número de experimentos para determinar lo adecuado de un GEI construído como el generador 10 de la figura 1 para producir energía tanto para alimentar el oscilador como el control lógico, suministrando la energía a los devanados de entrada 26 y 28, y para alimentar una carga externa 44. En la configuración usada en este experimento, los devanados de entrada 26 y 28 tenían 40 vueltas de alambre calibre 18, y los devanados de salida 29 y 30 tenían 450 vueltas de alambre calibre 18. El magneto permanente 12 tenía una altura de 40 mm entre su polo norte y sur, en la dirección de la flecha 89, una anchura de 25.4 mm, en la dirección de la flecha 90, y en la otra dirección una profundidad de 38.1 mm. El núcleo 16 tenía una altura, en dirección de la flecha 89, de 90 mm, una anchura, en la dirección de la flecha 90 de 135 mm, y una profundidad de 70 mm. El núcleo 16 tenía un hoyo en el centro con una altura, en la dirección de la flecha 89, de 40 mm para que cupiera el magneto, y una anchura, en la dirección de la flecha 90, de 85 mm. El núcleo 16 estaba fabricado de dos mitades en forma de C unidas en las lineas 92, para dar cabida a los devanados de salida 29 y 30 y a los devanados de entrada 26 y 28 sobre el material del núcleo. El material del núcleo es una aleación magnética con base de hierro laminado distribuido por Honeywell con el nombre de Metglas Magnetic Alloy 2605SA1. El material magnético es una combinación de hierro, neodimio y boro. Los devanados de entrada 26 y 28 fueron alimentados a la frecuencia del oscilador de 87.5 KHz, la cual se determinó que producía una eficiencia óptima utilizando un circuito oscilador de control configurado como se muestra en la figura 2. Esta frecuencia tiene un período de microsegundos. El flip flop 54 está dispuesto, por ejemplo, para ser activado y reactivado con las subidas de la señal de entrada al reloj desde el oscilador, de modo que cada pulso que alimente cada uno de los FETS 60 o 62 tenga una duración de microsegundos, y de modo que los pulsos secuenciales que estén también separados de cada FET estén a su vez separados por microsegundos. Las figuras 6A-6H representan las señales eléctricas que simultáneamente ocurren dentro del aparato de la figura 1 y 2 durante la operación con un voltaje de entrada aplicado de 75 voltios. La figura 6A muestra una primera señal manejadora 100 alimentando al FET 60, el cual alimenta el devanado de entrada derecho 26. La figura 6B muestra una segunda señal manejadora 102 alimentando al FET 62, el cual alimenta el devanado de entrada izquierdo 28. Las figuras 6C y 6D muestran señales de voltaje y de corriente asociadas con la corriente que alimenta a los FETS 60 y 62 desde una batería. La figura 6C muestra el nivel 104 de voltaje V. Al tiempo que el voltaje nominal de la batería fué de 75 voltios, una señal transiente disminuyendo 106 se superimpone a este voltaje cada vez que uno de los FETS 60 o 62 se invierte para conducir. El patrón específico de esta señal transiente depende de la resistencia interna de la batería, al igual que de un número de características del GEI 10. De igual manera, la figura 6D muestra la corriente 106 fluyendo hacia ambos FETS 60 y 62 desde la batería. Debido a que las señales 104 y 106 muestran los efectos de la corriente fluyendo hacia ambos FETS 60 y 62, los picos transientes están separados microsegundos. Las figuras 6E-6H muestran los niveles de voltaje y corriente medidos en los devanados de salida 29 y 30. La figura 6E muestra una señal de voltaje de salida 108 del devanado de salida derecho 29, mientras que la figura 6F muestra una señal de voltaje de salida 110 del devanado de salida izquierdo 30. Por ejemplo, la señal de corriente de salida 116 del devanado de salida derecho 29 incluye un primer pico transiente 112 causado cuando un pulso de corriente en el devanado de entrada izquierdo 28 es encendido para dirigir el flujo magnético a través de la ruta magnética derecha 18, y un segundo pico transiente 114 causado cuando el devanado de entrada izquierdo 28 es apagado con el devanado de entrada derecho 26 encendido. La figura 6G muestra una señal de corriente de salida 116 del devanado de salida derecho 29, al tiempo que la figura 6H muestra una señal de corriente de salida 118 del devanado de salida izquierdo La figura 7 es una vista gráfica de la salida de potencia medida usando el GEI con ocho diferentes niveles de voltaje de entrada, variando desde 10V hasta 75V. Durante estas pruebas, la frecuencia del oscilador fué mantenida a 87.5 KHz. Los puntos de medición están representados por el número 120, mientras que la curva 122 fué generada por medio de análisis de regresión polinomial usando el ajuste de mínimos cuadrados. La figura 8 es una representación del coeficiente de desempeño, definido como el radio de la energía de salida contra la energía de entrada, para cada uno de los puntos de medición mostrados en la figura 7. En cada punto de medición, la energía de salida fué substancialmente mas alta que la energía de entrada. Las verdaderas mediciones de energía fueron computadas en cada punto usando niveles de corriente y de voltaje medidos, con los resultados siendo promediados a lo largo del período de la señal. Estas medidas estuvieron de acuerdo con las mediciones de energía RMS tomadas usando un osciloscopio digital Textronic THS730. Aún cuando el GEI fué capaz de operar a voltajes y corrientes mas altos sin llegar a saturarse, el voltaje de entrada fué limitado a 75 voltios debido a las limitantes usadas en el circuito de interrupción. Aquellos diestros en el arte relevante entenderán que los componentes para circuitos de interrupción que sean capaces de soportar voltajes mas elevados se encuentran disponibles en el mercado. Los datos experimentalmente medidos fueron extrapolados para describir la operación con un voltaje de entrada de 100 voltios, con la corriente de entrada siendo de 140 mA, y la potencia de entrada de 14 vatios, y con la resultante potencia de salida de 48 vatios para cada uno de los dos devanados de salida 29 y 30 con un promedio de corriente de 12 mA y un voltaje promedio de salida de 4000 voltios. Esto significa que para cada uno de los devanados de salida 29 y 30 el coeficiente de desempeño fué de Mientras que pudiera requerirse un voltaje de salida de 4000 voltios para algunas aplicaciones, el voltaje de salida puede variarse a través de un simple cambio en la configuración del GEI 10. El voltaje de salida es fácilmente reducido al reducir el número de vueltas en los devanados de salida. Si este número de vueltas decrece de 450 a 12, el voltaje de salida baja a voltios, con un resultante incremento en la corriente de salida a 0.5 amperios para cada devanado de salida 29 y 30. De esta forma, la corriente de salida y el voltaje del GEI pueden variarse al variar el número de vueltas de los devanados de salida 29 y 30 sin hacer cambios substanciales en la energía de salida, la cual es en lugar de ello determinada por la corriente de entrada, y la cual determina la cantidad de flujo magnético movido durante el proceso de conmutación. Los coeficientes de desempeño, todos los cuales son significativamente mas grandes que 1, graficados en la figura 8, indican que los niveles de salida medidos en cada uno de los devanados de salida 29 y 30 fueron substancialmente mas altos que los correspondientes niveles de potencia de entrada alimentando los devanados 26 y 28. Por lo tanto, al parecer el GEI puede ser construído en una forma autoactuante, como se discutió arriba en referencia a la figura 1. En el ejemplo de la figura 1, excepto por una breve aplicación de potencia desde una fuente externa de poder 38, para comenzar el proceso de generación, la potencia requerida para alimentar los devanados de entrada 26 y 28, se deriva enteramente de la fuerza desarrollada dentro del devanado de salida 29. Si la potencia generada en un solo devanado de salida 29 y 30 es mas que suficiente para manejar los devanados de entrada 26 y 28, una carga adicional 126 puede ser agregada para ser movida por la potencia generada en el devanado de salida 29. Por otra parte, cada uno de los devanados de salida 29 y 30 pueden ser usados para mover una porción de la potencia requerida por el devanado de entrada, por ejemplo con uno de los devanados de salida 26 y 28 proveyendo el voltaje V para el FET 60 (mostrado en la figura 2), mientras que el otro devanado de salida provee este mismo voltaje para el FET Con respecto a consideraciones termodinámicas, es notable el hecho de que cuando el GEI se encuentra en operación, constituye un sistema termodinámico abierto no en equilibrio. El sistema recibe energía estática del flujo magnético del magneto permanente. Debido a que el GEI es autointerrumpido sin ninguna entrada de energía adicional, la operación termodinámica del sistema es "un sistema abierto disipativo", recibiendo, recolectando y disipando energía de su entorno; en este caso, del flujo magnético almacenado dentro del magneto permanente. La operación continuada del GEI causa desmagnetización del magneto permanente. El uso de un material magnético que incluya elementos de tierras raras, tales como cobalto samario o algún material que incluya hierro, neodimio, y boro es preferible, dado que tales materiales magnéticos tienen una relativa larga vida en esta aplicación. De este modo, un GEI que opere de acuerdo a la presente invención no debería ser considerado como una máquina de movimiento perpetuo, sino como un sistema en el cual el flujo magnético irradiado por un magneto permanente es convertido en electricidad, la cual a su vez es usada tanto para energizar el aparato como para energizar una carga externa. La figura 9 es una vista seccional elevada de un GEI 130 construído de acuerdo a una segunda versión. Esta segunda versión es de manera general similar en construcción y operación al GEI 10, excepto que el núcleo magnético 132 del GEI 10 está construido en dos mitades unidas a lo largo de las lineas 134, permitiendo que cada uno de los devanados de salida 135 sean enrollados en una bobina de plástico 136 antes de que la bobina 136 se coloque sobre las patas 137 del núcleo 132. La figura 9 también muestra una disposición alternativa del devanado de entrada 138. En el ejemplo de la figura 1, ambos devanados de entrada 26 y 28 fueron colocados en la parte superior del núcleo magnético 16, con estos devanados 26 y 28 estando configurados para establecer campos magnéticos teniendo polos norte en sus extremos internos 31 y 32 de los devanados 26 y 28, estando así estos polos magnéticos norte lo más cercano posible al extremo 14 del magneto permanente 12 que consta de su polo magnético norte. En el ejemplo de la figura 9, un primer devanado de entrada 26 es como se describe arriba en referencia a la figura 1, pero el segundo devanado de entrada 138 está colocado adyacente al polo sur 140 del magneto permanente 12. Este devanado de entrada 138 está configurado para establecer un polo sur magnético en su extremo interno 142, de modo que, cuando se enciende el devanado de entrada 138, el flujo magnético del magneto permanente es alejado de la ruta magnética de la izquierda 20 y hacia la ruta magnética 18 de la derecha. Las figuras 10 y 11 muestran un GEI 150 construido de acuerdo a una primera versión del segundo arreglo del presente diseño, con la figura 10 siendo un vista superior, y la figura 11 siendo una vista frontal. Este GEI incluye un devanado de salida 152, y 153 en cada esquina, y un magneto permanente 154 que se extiende a lo largo de cada lado entre los devanados de salida. El núcleo magnético 156 incluye una placa superior 160 y un poste cuadrado 162 que van dentro de cada devanado de salida 152 y 153. Ambos, la placa superior 158 y la inferior 160 incluyen aberturas centrales Cada uno de los magnetos permanentes 154 está orientado con un polo igual, por ejemplo un polo norte, contra la parte superior de la placa 158. Ocho devanados de entrada 166 y 168 se colocan en posiciones alrededor de la placa superior 158 entre un devanado de salida 152 y 153 y un magneto permanente 154. Cada devanado de salida 166 y 168 se coloca de modo que forme un polo magnético en su extremo mas cercano al magneto permanente adyacente 154 de polaridad igual a los polos magnéticos de los magnetos 154 adyacentes a la placa superior 158. Así, los devanados de entrada 166 se encienden para desviar el flujo magnético de los magnetos permanentes 154 de los adyacentes devanados de salida 152, con este flujo siendo dirigido hacia las rutas magnéticas a través de los devanados de salida 153. Después, los devanados de entrada 168 se encienden para desviar el flujo magnético de los magnetos permanentes 154 de los devanados de salida 153, con este flujo siendo dirigido hacia las rutas magnéticas de los devanados de salida 152. De este modo, los devanados de entrada de un primer grupo de devanados de entrada 166 y un segundo grupo de devanados de entrada 168, siendo alternadamente energizados en la manera descrita arriba en referencia a la figura 1 para los devanados sencillos de entrada 26 y 28. Los devanados de salida producen corriente en un primer tren de pulsos que ocurren simultáneamente dentro de los devanados 152 y un segundo tren que ocurre simultáneamente dentro de los devanados Así, haciendo pasar corriente a través de los devanados de entrada 166 causa un incremento de flujo de los magnetos permanentes 154 dentro de los postes 162 que van a través de los devanados de salida 153 y a su vez un decremento en el flujo de los postes que van a través de los devanados de salida 152. Por otra parte, haciendo pasar corriente a través de los devanados 168 causa un decremento en el flujo de los magnetos permanentes 154 dentro de los postes 162 que se extienden a través de los devanados de salida 153 y un incremento en el flujo dentro de los postes 162 que pasan por el devanado Debido a que el ejemplo de las figuras 10 y 11 muestra todos los devanados de entrada 166 y 168 dispuestos a lo largo de la placa superior 158, se entiende que algunos de estos devanados de entrada pueden alternadamente ser colocados alrededor de la placa inferior 160, de la misma manera general que se muestra en la figura 9. La figura 12 es una vista superior de la segunda versión 170, la cual es similar a la primera versión, la cual ha sido discutida en relación a las figuras 10 y 11, excepto que la placa superior y la inferior son de forma anular y teniendo los magnetos 174 y los postes 176 una forma cilíndrica. Los devanados de entrada 180 se orientan y se encienden como se describe en las figuras 9 y 10. Mientras que el ejemplo de la figura 12 muestra cuatro magnetos permanentes, cuatro devanados de salida y ocho devanados de entrada, se entiende que los principios descritos arriba pueden ser aplicables a generadores electromagnéticos que tengan diferente número de elementos. Por ejemplo, podría construirse un aparato que tuviera dos magnetos permanentes, dos devanados de salida y cuantro devanados de entrada, o que tuviera seis magnetos permanentes, seis devanados de salida y doce devanados de entrada. El material usado para los núcleos magnéticos es peferentemente alguna aleación nanocristalina, y alternadamente una aleación amorfa. El material es pereferntmente laminado. Por ejemplo, el material del núcleo es de una aleación de boro-niobio-cobalto o una aleación magnética con base de hierro. De acuerdo al presente diseño el material magnético preferido incluye elementos de tierras raras. Por ejemplo, el material del magneto es un material de cobalto y samario, o una combinación de hierro, neodimio, y boro

6 Descripción detallada del GEI
El GEI funciona por medio de un circuito de control e interrupción 24, el cual alternadamente mueve corriente eléctrica a través de un devanado localizado a la derecha 26 y otro localizado a la izquierda 28. Estos dos devanados de entrada se extienden cada uno alrededor de una porción del material del núcleo 16. El devanado de entrada 26 envuelve una porción de la ruta magnética 18 y el devanado de entrada 28 envuelve una porción de la ruta magnética 20. Descripción detallada del GEI La figura 1 es una vista frontal elevada y parcial de un GEI en su primera versión. Este cuenta con un magneto permanente 12 para suministrar la entrada de lineas de flujo magnético que van desde el polo norte 14 del magneto 12 hacia afuera e ingresan al material del núcleo 16. El núcleo está configurado para formar una ruta magnética a la derecha 18 y otra a la izquierda 20 extendiéndose ambas externamente entre el polo norte 14 y el polo sur 22 del magneto El GEI funciona por medio de un circuito de control e interrupción 24, el cual alternadamente mueve corriente eléctrica a través de un devanado localizado a la derecha 26 y otro localizado a la izquierda 28. Estos dos devanados de entrada se extienden cada uno alrededor de una porción del material del núcleo 16. El devanado de entrada 26 envuelve una porción de la ruta magnética 18 y el devanado de entrada 28 envuelve una porción de la ruta magnética 20. Además de los devanados de entrada, en las rutas magnéticas 18 y 20 se encuentran también los devanados de salida 29 y 30 respectivamente cubriendo una porción de las mismas. De acuerdo a esto, el circuito de control e interrupción 24 y los devanados de entrada 26 y 28 son colocados de tal forma que cuando el devanado 26 es energizado, se crea un polo magnético norte en su extremo izquierdo 31, el cual es el extremo más cercano al polo norte 14 del magneto permanente 12. De la misma forma, cuando el devanado izquierdo de entrada 28 es energizado, se crea un polo magnético norte en su extremo derecho 32, el cual es también el extremo más cercano al polo norte 14 del magneto permanente 12. Así, cuando el devanado derecho de entrada 26 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza el mismo devanado de entrada derecho 26. Similarmente, cuando el devanado de entrada izquierdo 28 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza al mismo devanado izquierdo 28. De esta forma se hace evidente que haciendo pasar corriente por el devanado de entrada 26 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética derecha 18, causando que al menos una parte de este flujo se transfiera a la ruta magnética izquierda 20. Por otra parte, haciendo pasar corriente eléctrica por el devanado de entrada derecho 28 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética 20 causando con eso que al menos una parte de ese flujo se transfiera a la ruta magnética derecha 18. En tanto que en el ejemplo de la figura 1, los devanados de entrada 26 y 28 aparecen a cada lado del polo norte del magneto permanente 12, siendo acomodados a lo largo de una porción del núcleo 16 extendiéndose desde el polo norte del magneto permanente 12, se entiende que los devanados de entrada 26 y 28 podrían también fácilmente ser colocados alternativamente en cualquier costado del polo sur del magneto permanente 12, con los devanados de entrada 26 y 28 estando conectados para formar, cuando se energizaran, campos magnéticos que tuvieran los polos sur dirigidos hacia el polo sur del magneto permanente 12. De manera general, los devanados de entrada 26 y 28 son acomodados a lo largo del núcleo magnético a cualquier costado de un extremo del magneto permanente formando un primer polo, por ejemplo un polo norte, con los devanados de entrada estando acomodados para producir campos magnéticos de la misma polaridad que el primer polo que se dirija hacia el primer polo del magneto permanente. Enfatizando aún más el arreglo preferido del presente diseño del GEI, los devanados de entrada 26 y 28 nunca se alimentan con tanta corriente como para que se sature el material del núcleo 16. Llevar el núcleo hasta el punto de saturación significa que un subsecuente incremento en la corriente de entrada puede suceder sin que por ello se lleven a cabo los correspondientes cambios en el flujo magnético, y que por ello esa potencia de entrada sea desperdiciada. De esta forma el GEI tiene una ventaja real en términos de un uso eficiente de la energía de entrada por sobre el desarrollo llevado a cabo por Eduardo Villaseñor de Rivas[2] en el que una porción de ambos lados de la ruta magnética es llevada al estado de saturación para bloquear el flujo magnético. En el GEI el intercambio del flujo de la corriente dentro de los devanados de entrada 26 y 28 no necesita ser suficiente como para detener el flujo en alguna de las rutas 18 o 20 al tiempo que promueve el flujo en las otras rutas. El GEI funciona cambiando el patrón de flujo. No necesita ser completamente intercambiado de un lado hacia el otro. Los experimentos han determinado que esta configuración es superior, en términos de la eficiencia de usar potencia dentro de los devanados de entrada 26 y 28 para generar potencia eléctrica dentro de los devanados de salida 29 y 30, con respecto al método de acomodar los devanados de entrada y los circuitos que los alimentan de tal forma que el flujo del magneto permanente pase a través de los devanados de entrada conforme estos se energizan. Este arreglo propuesto provee una ventaja significativa con respecto a los métodos antes descritos, por ejemplo el trabajo de Frank B. Richardson[3], en el cual el flujo magnético se hace pasar a través de los devanados energizados. La configuración del presente diseño también tiene una ventaja por sobre configuraciones anteriores como las de Carlos Subieta Garrón[1] y la de Frank B. Richardson[3] en que el flujo magnético es alternado entre dos rutas magnéticas alternas 18 y 20 con un solo devanado de entrada 26 y 28 rodeando cada una de las rutas magnéticas alternas. Las configuraciones de Garrón y Richardson requieren cada una de dos devanados de entrada en cada uno de las rutas magnéticas de entrada. Esta ventaja del presente método es significativo tanto en la simplificación del arreglo como en el incremento de la eficiencia de la conversión de potencia. El devanado de salida 29 está eléctricamente conectado a un rectificador y filtro 33, teniendo una salida manejada a través de un regulador 34, el cual provee un voltaje de salida ajustable a través del uso de un potenciómetro 35. La salida del regulador lineal 34 es a su vez proveída como entrada para un circuito 36 de interrupción y sensado. Bajo condiciones de arranque, el circuito de sensado e interrupción 36 conecta el circuito 24 de control e interrupción a una fuente externa de potencia 38, la cual es, por ejemplo, una batería de arranque. Después de que el GEI haya apropiadamente arrancado, el circuito de sensado e interrupción 36 sensa que el voltaje disponible del regulador 34 ha alcanzado un predeterminado nivel, de modo que la entrada de potencia al circuito de control e interrupción 24 se cambia de la fuente externa de potencia 38 hacia la salida del regulador 34. Después de que sucede este cambio, el GEI continúa funcionando sin ninguna aplicación de energía externa. El devanado izquierdo de salida 30 está conectado eléctricamente a un rectificador y filtro 40, la salida del cual está conectada al regulador 42, y el voltaje del cual está ajustado por medio de un potenciómetro 43. La salida del regulador 42 es a su vez conectada a una carga externa 44. Generador electromagnético inmóvil (GEI) Parte IV ________________________________________ Introducción a la Parte IV En esta cuarta y última parte se describen algunas figuras para facilitar la comprensión del generador. Es importante notar que el GEI puede funcionar con mas de una configuración diferente. La figura 2 es una vista del diagrama esquemático de una primera versión del circuito de oscilación y control 24. Un oscilador 50 maneja el reloj de entrada de un flip-flop 54, con las salidas Q y Q' del flip-flop estando conectadas a través de los circuitos manejadores 56 y 58 para alimentar los FETS 60 y 62 de tal modo que los devanados 26 y 28 sean alimentados alternadamente. De acuerdo con un arreglo preferente, el voltaje V aplicado a los devanados 26 y 28 a través de los FETS 60 y 62 se deriva de la salida del circuito sensor y de oscilación La figura 3 es una vista gráfica de las señales que manejan las compuertas de los FETS 60 y 62 de la figura 2, con el voltaje de la señal que maneja la compuerta del FET 60 estando representado por la linea 64, y con el voltaje de la señal que maneja al FET 62 estando representada por la linea 66. Ambos devanados 26 y 28 son manejados con voltajes positivos. La figura 4 es una vista del diagrama esquemático de una segunda versión del circuito de control y oscilación 24. En esta versión, un oscilador 70 maneja el reloj de entrada de un flip-flop 72, con las salidas Q y Q' del flip-flop estando conectadas para servir de disparadores para los one-shots 74 y 76. Las salidas de los one-shots a su vez están conectados a través de los circuitos manejadores 78 y 80 para alimentar los FETS 82 y 84, de tal modo que los devanados de entrada 26 y 28 son manejados alternadamente con pulsos mas cortos en duración que las salidas Q y Q' del flip-flop La figura 5 es una representación gráfica de las señales que manejan las compuertas de los FETS 82 y 84 de la figura 4, con el voltaje de la señal que maneja la compuerta del FET 82 estando representada por la línea 86, y con el voltaje de la señal manejando la compuerta del FET 84 estando representada por la linea 88. Refiriéndonos nuevamente a la figura 1, la energía se genera en el devanado de salida derecho 29 únicamente cuando el nivel del flujo magnético está cambiando en la ruta magnética de la derecha 18, y en el devanado de salida izquierdo 30 únicamente cuando el nivel de flujo magnético cambia en la ruta magnética de la izquierda 20. Es por lo tanto deseable determinar, para una configuración específica de un generador magnético, el ancho del pulso que provea el más rápido y práctico cambio en el flujo magnético, además de suminstrar este ancho de pulso ya sea variando la frecuencia del oscilador 50 del aparato de la figura 2, de modo que este pulso sea suministrado con las señales mostradas en la figura 3, o variando la constante de tiempo de los one-shots 74 y 76 de la figura 4, para que este ancho de pulso sea suministrado por las señales mostradas en la figura 5 a una frecuencia de oscilación más baja. De este modo, los devanados de entrada no son dejados activos mas de lo necesario. Cuando cualquiera de los devanados se deja encendido mas tiempo del que es necesario para producir el cambio en la dirección del flujo, la energía se está desperdiciando en forma de calor dentro del devanado de entrada sin ninguna generación adicional de energía eléctrica en el correspondiente devanado de salida. Se han conducido un número de experimentos para determinar lo adecuado de un GEI construído como el generador 10 de la figura 1 para producir energía tanto para alimentar el oscilador como el control lógico, suministrando la energía a los devanados de entrada 26 y 28, y para alimentar una carga externa 44. En la configuración usada en este experimento, los devanados de entrada 26 y 28 tenían 40 vueltas de alambre calibre 18, y los devanados de salida 29 y 30 tenían 450 vueltas de alambre calibre 18. El magneto permanente 12 tenía una altura de 40 mm entre su polo norte y sur, en la dirección de la flecha 89, una anchura de 25.4 mm, en la dirección de la flecha 90, y en la otra dirección una profundidad de 38.1 mm. El núcleo 16 tenía una altura, en dirección de la flecha 89, de 90 mm, una anchura, en la dirección de la flecha 90 de 135 mm, y una profundidad de 70 mm. El núcleo 16 tenía un hoyo en el centro con una altura, en la dirección de la flecha 89, de 40 mm para que cupiera el magneto, y una anchura, en la dirección de la flecha 90, de 85 mm. El núcleo 16 estaba fabricado de dos mitades en forma de C unidas en las lineas 92, para dar cabida a los devanados de salida 29 y 30 y a los devanados de entrada 26 y 28 sobre el material del núcleo. El material del núcleo es una aleación magnética con base de hierro laminado distribuido por Honeywell con el nombre de Metglas Magnetic Alloy 2605SA1. El material magnético es una combinación de hierro, neodimio y boro. Los devanados de entrada 26 y 28 fueron alimentados a la frecuencia del oscilador de 87.5 KHz, la cual se determinó que producía una eficiencia óptima utilizando un circuito oscilador de control configurado como se muestra en la figura 2. Esta frecuencia tiene un período de microsegundos. El flip flop 54 está dispuesto, por ejemplo, para ser activado y reactivado con las subidas de la señal de entrada al reloj desde el oscilador, de modo que cada pulso que alimente cada uno de los FETS 60 o 62 tenga una duración de microsegundos, y de modo que los pulsos secuenciales que estén también separados de cada FET estén a su vez separados por microsegundos. Las figuras 6A-6H representan las señales eléctricas que simultáneamente ocurren dentro del aparato de la figura 1 y 2 durante la operación con un voltaje de entrada aplicado de 75 voltios. La figura 6A muestra una primera señal manejadora 100 alimentando al FET 60, el cual alimenta el devanado de entrada derecho 26. La figura 6B muestra una segunda señal manejadora 102 alimentando al FET 62, el cual alimenta el devanado de entrada izquierdo 28. Las figuras 6C y 6D muestran señales de voltaje y de corriente asociadas con la corriente que alimenta a los FETS 60 y 62 desde una batería. La figura 6C muestra el nivel 104 de voltaje V. Al tiempo que el voltaje nominal de la batería fué de 75 voltios, una señal transiente disminuyendo 106 se superimpone a este voltaje cada vez que uno de los FETS 60 o 62 se invierte para conducir. El patrón específico de esta señal transiente depende de la resistencia interna de la batería, al igual que de un número de características del GEI 10. De igual manera, la figura 6D muestra la corriente 106 fluyendo hacia ambos FETS 60 y 62 desde la batería. Debido a que las señales 104 y 106 muestran los efectos de la corriente fluyendo hacia ambos FETS 60 y 62, los picos transientes están separados microsegundos. Las figuras 6E-6H muestran los niveles de voltaje y corriente medidos en los devanados de salida 29 y 30. La figura 6E muestra una señal de voltaje de salida 108 del devanado de salida derecho 29, mientras que la figura 6F muestra una señal de voltaje de salida 110 del devanado de salida izquierdo 30. Por ejemplo, la señal de corriente de salida 116 del devanado de salida derecho 29 incluye un primer pico transiente 112 causado cuando un pulso de corriente en el devanado de entrada izquierdo 28 es encendido para dirigir el flujo magnético a través de la ruta magnética derecha 18, y un segundo pico transiente 114 causado cuando el devanado de entrada izquierdo 28 es apagado con el devanado de entrada derecho 26 encendido. La figura 6G muestra una señal de corriente de salida 116 del devanado de salida derecho 29, al tiempo que la figura 6H muestra una señal de corriente de salida 118 del devanado de salida izquierdo La figura 7 es una vista gráfica de la salida de potencia medida usando el GEI con ocho diferentes niveles de voltaje de entrada, variando desde 10V hasta 75V. Durante estas pruebas, la frecuencia del oscilador fué mantenida a 87.5 KHz. Los puntos de medición están representados por el número 120, mientras que la curva 122 fué generada por medio de análisis de regresión polinomial usando el ajuste de mínimos cuadrados. La figura 8 es una representación del coeficiente de desempeño, definido como el radio de la energía de salida contra la energía de entrada, para cada uno de los puntos de medición mostrados en la figura 7. En cada punto de medición, la energía de salida fué substancialmente mas alta que la energía de entrada. Las verdaderas mediciones de energía fueron computadas en cada punto usando niveles de corriente y de voltaje medidos, con los resultados siendo promediados a lo largo del período de la señal. Estas medidas estuvieron de acuerdo con las mediciones de energía RMS tomadas usando un osciloscopio digital Textronic THS730. Aún cuando el GEI fué capaz de operar a voltajes y corrientes mas altos sin llegar a saturarse, el voltaje de entrada fué limitado a 75 voltios debido a las limitantes usadas en el circuito de interrupción. Aquellos diestros en el arte relevante entenderán que los componentes para circuitos de interrupción que sean capaces de soportar voltajes mas elevados se encuentran disponibles en el mercado. Los datos experimentalmente medidos fueron extrapolados para describir la operación con un voltaje de entrada de 100 voltios, con la corriente de entrada siendo de 140 mA, y la potencia de entrada de 14 vatios, y con la resultante potencia de salida de 48 vatios para cada uno de los dos devanados de salida 29 y 30 con un promedio de corriente de 12 mA y un voltaje promedio de salida de 4000 voltios. Esto significa que para cada uno de los devanados de salida 29 y 30 el coeficiente de desempeño fué de Mientras que pudiera requerirse un voltaje de salida de 4000 voltios para algunas aplicaciones, el voltaje de salida puede variarse a través de un simple cambio en la configuración del GEI 10. El voltaje de salida es fácilmente reducido al reducir el número de vueltas en los devanados de salida. Si este número de vueltas decrece de 450 a 12, el voltaje de salida baja a voltios, con un resultante incremento en la corriente de salida a 0.5 amperios para cada devanado de salida 29 y 30. De esta forma, la corriente de salida y el voltaje del GEI pueden variarse al variar el número de vueltas de los devanados de salida 29 y 30 sin hacer cambios substanciales en la energía de salida, la cual es en lugar de ello determinada por la corriente de entrada, y la cual determina la cantidad de flujo magnético movido durante el proceso de conmutación. Los coeficientes de desempeño, todos los cuales son significativamente mas grandes que 1, graficados en la figura 8, indican que los niveles de salida medidos en cada uno de los devanados de salida 29 y 30 fueron substancialmente mas altos que los correspondientes niveles de potencia de entrada alimentando los devanados 26 y 28. Por lo tanto, al parecer el GEI puede ser construído en una forma autoactuante, como se discutió arriba en referencia a la figura 1. En el ejemplo de la figura 1, excepto por una breve aplicación de potencia desde una fuente externa de poder 38, para comenzar el proceso de generación, la potencia requerida para alimentar los devanados de entrada 26 y 28, se deriva enteramente de la fuerza desarrollada dentro del devanado de salida 29. Si la potencia generada en un solo devanado de salida 29 y 30 es mas que suficiente para manejar los devanados de entrada 26 y 28, una carga adicional 126 puede ser agregada para ser movida por la potencia generada en el devanado de salida 29. Por otra parte, cada uno de los devanados de salida 29 y 30 pueden ser usados para mover una porción de la potencia requerida por el devanado de entrada, por ejemplo con uno de los devanados de salida 26 y 28 proveyendo el voltaje V para el FET 60 (mostrado en la figura 2), mientras que el otro devanado de salida provee este mismo voltaje para el FET Con respecto a consideraciones termodinámicas, es notable el hecho de que cuando el GEI se encuentra en operación, constituye un sistema termodinámico abierto no en equilibrio. El sistema recibe energía estática del flujo magnético del magneto permanente. Debido a que el GEI es autointerrumpido sin ninguna entrada de energía adicional, la operación termodinámica del sistema es "un sistema abierto disipativo", recibiendo, recolectando y disipando energía de su entorno; en este caso, del flujo magnético almacenado dentro del magneto permanente. La operación continuada del GEI causa desmagnetización del magneto permanente. El uso de un material magnético que incluya elementos de tierras raras, tales como cobalto samario o algún material que incluya hierro, neodimio, y boro es preferible, dado que tales materiales magnéticos tienen una relativa larga vida en esta aplicación. De este modo, un GEI que opere de acuerdo a la presente invención no debería ser considerado como una máquina de movimiento perpetuo, sino como un sistema en el cual el flujo magnético irradiado por un magneto permanente es convertido en electricidad, la cual a su vez es usada tanto para energizar el aparato como para energizar una carga externa. La figura 9 es una vista seccional elevada de un GEI 130 construído de acuerdo a una segunda versión. Esta segunda versión es de manera general similar en construcción y operación al GEI 10, excepto que el núcleo magnético 132 del GEI 10 está construido en dos mitades unidas a lo largo de las lineas 134, permitiendo que cada uno de los devanados de salida 135 sean enrollados en una bobina de plástico 136 antes de que la bobina 136 se coloque sobre las patas 137 del núcleo 132. La figura 9 también muestra una disposición alternativa del devanado de entrada 138. En el ejemplo de la figura 1, ambos devanados de entrada 26 y 28 fueron colocados en la parte superior del núcleo magnético 16, con estos devanados 26 y 28 estando configurados para establecer campos magnéticos teniendo polos norte en sus extremos internos 31 y 32 de los devanados 26 y 28, estando así estos polos magnéticos norte lo más cercano posible al extremo 14 del magneto permanente 12 que consta de su polo magnético norte. En el ejemplo de la figura 9, un primer devanado de entrada 26 es como se describe arriba en referencia a la figura 1, pero el segundo devanado de entrada 138 está colocado adyacente al polo sur 140 del magneto permanente 12. Este devanado de entrada 138 está configurado para establecer un polo sur magnético en su extremo interno 142, de modo que, cuando se enciende el devanado de entrada 138, el flujo magnético del magneto permanente es alejado de la ruta magnética de la izquierda 20 y hacia la ruta magnética 18 de la derecha. Las figuras 10 y 11 muestran un GEI 150 construido de acuerdo a una primera versión del segundo arreglo del presente diseño, con la figura 10 siendo un vista superior, y la figura 11 siendo una vista frontal. Este GEI incluye un devanado de salida 152, y 153 en cada esquina, y un magneto permanente 154 que se extiende a lo largo de cada lado entre los devanados de salida. El núcleo magnético 156 incluye una placa superior 160 y un poste cuadrado 162 que van dentro de cada devanado de salida 152 y 153. Ambos, la placa superior 158 y la inferior 160 incluyen aberturas centrales Cada uno de los magnetos permanentes 154 está orientado con un polo igual, por ejemplo un polo norte, contra la parte superior de la placa 158. Ocho devanados de entrada 166 y 168 se colocan en posiciones alrededor de la placa superior 158 entre un devanado de salida 152 y 153 y un magneto permanente 154. Cada devanado de salida 166 y 168 se coloca de modo que forme un polo magnético en su extremo mas cercano al magneto permanente adyacente 154 de polaridad igual a los polos magnéticos de los magnetos 154 adyacentes a la placa superior 158. Así, los devanados de entrada 166 se encienden para desviar el flujo magnético de los magnetos permanentes 154 de los adyacentes devanados de salida 152, con este flujo siendo dirigido hacia las rutas magnéticas a través de los devanados de salida 153. Después, los devanados de entrada 168 se encienden para desviar el flujo magnético de los magnetos permanentes 154 de los devanados de salida 153, con este flujo siendo dirigido hacia las rutas magnéticas de los devanados de salida 152. De este modo, los devanados de entrada de un primer grupo de devanados de entrada 166 y un segundo grupo de devanados de entrada 168, siendo alternadamente energizados en la manera descrita arriba en referencia a la figura 1 para los devanados sencillos de entrada 26 y 28. Los devanados de salida producen corriente en un primer tren de pulsos que ocurren simultáneamente dentro de los devanados 152 y un segundo tren que ocurre simultáneamente dentro de los devanados Así, haciendo pasar corriente a través de los devanados de entrada 166 causa un incremento de flujo de los magnetos permanentes 154 dentro de los postes 162 que van a través de los devanados de salida 153 y a su vez un decremento en el flujo de los postes que van a través de los devanados de salida 152. Por otra parte, haciendo pasar corriente a través de los devanados 168 causa un decremento en el flujo de los magnetos permanentes 154 dentro de los postes 162 que se extienden a través de los devanados de salida 153 y un incremento en el flujo dentro de los postes 162 que pasan por el devanado Debido a que el ejemplo de las figuras 10 y 11 muestra todos los devanados de entrada 166 y 168 dispuestos a lo largo de la placa superior 158, se entiende que algunos de estos devanados de entrada pueden alternadamente ser colocados alrededor de la placa inferior 160, de la misma manera general que se muestra en la figura 9. La figura 12 es una vista superior de la segunda versión 170, la cual es similar a la primera versión, la cual ha sido discutida en relación a las figuras 10 y 11, excepto que la placa superior y la inferior son de forma anular y teniendo los magnetos 174 y los postes 176 una forma cilíndrica. Los devanados de entrada 180 se orientan y se encienden como se describe en las figuras 9 y 10. Mientras que el ejemplo de la figura 12 muestra cuatro magnetos permanentes, cuatro devanados de salida y ocho devanados de entrada, se entiende que los principios descritos arriba pueden ser aplicables a generadores electromagnéticos que tengan diferente número de elementos. Por ejemplo, podría construirse un aparato que tuviera dos magnetos permanentes, dos devanados de salida y cuantro devanados de entrada, o que tuviera seis magnetos permanentes, seis devanados de salida y doce devanados de entrada. El material usado para los núcleos magnéticos es peferentemente alguna aleación nanocristalina, y alternadamente una aleación amorfa. El material es pereferntmente laminado. Por ejemplo, el material del núcleo es de una aleación de boro-niobio-cobalto o una aleación magnética con base de hierro. De acuerdo al presente diseño el material magnético preferido incluye elementos de tierras raras. Por ejemplo, el material del magneto es un material de cobalto y samario, o una combinación de hierro, neodimio, y boro

7 Además de los devanados de entrada, en las rutas magnéticas 18 y 20 se encuentran también los devanados de salida 29 y 30 respectivamente cubriendo una porción de las mismas. De acuerdo a esto, el circuito de control e interrupción 24 y los devanados de entrada 26 y 28 son colocados de tal forma que cuando el devanado 26 es energizado, se crea un polo magnético norte en su extremo izquierdo 31, el cual es el extremo más cercano al polo norte 14 del magneto permanente 12.

8 Así, cuando el devanado derecho de entrada 26 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza el mismo devanado de entrada derecho 26. Similarmente, cuando el devanado de entrada izquierdo 28 es magnetizado, el flujo magnético del magneto permanente 12 es repelido y no alcanza al mismo devanado izquierdo 28. De esta forma se hace evidente que haciendo pasar corriente por el devanado de entrada 26 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética derecha 18, causando que al menos una parte de este flujo se transfiera a la ruta magnética izquierda 20. Por otra parte, haciendo pasar corriente eléctrica por el devanado de entrada derecho 28 se opone una concentración de flujo magnético desde el magneto 12 dentro de la ruta magnética 20 causando con eso que al menos una parte de ese flujo se transfiera a la ruta magnética derecha 18.

9 En tanto que en el ejemplo de la figura 1, los devanados de entrada 26 y 28 aparecen a cada lado del polo norte del magneto permanente 12, siendo acomodados a lo largo de una porción del núcleo 16 extendiéndose desde el polo norte del magneto permanente 12, se entiende que los devanados de entrada 26 y 28 podrían también fácilmente ser colocados alternativamente en cualquier costado del polo sur del magneto permanente 12, con los devanados de entrada 26 y 28 estando conectados para formar, cuando se energizaran, campos magnéticos que tuvieran los polos sur dirigidos hacia el polo sur del magneto permanente 12. De manera general, los devanados de entrada 26 y 28 son acomodados a lo largo del núcleo magnético a cualquier costado de un extremo del magneto permanente formando un primer polo, por ejemplo un polo norte, con los devanados de entrada estando acomodados para producir campos magnéticos de la misma polaridad que el primer polo que se dirija hacia el primer polo del magneto permanente.

10 Enfatizando aún más el arreglo preferido del presente diseño del GEI, los devanados de entrada 26 y 28 nunca se alimentan con tanta corriente como para que se sature el material del núcleo 16. Llevar el núcleo hasta el punto de saturación significa que un subsecuente incremento en la corriente de entrada puede suceder sin que por ello se lleven a cabo los correspondientes cambios en el flujo magnético, y que por ello esa potencia de entrada sea desperdiciada. De esta forma el GEI tiene una ventaja real en términos de un uso eficiente de la energía de entrada por sobre el desarrollo llevado a cabo por Eduardo Villaseñor de Rivas[2] en el que una porción de ambos lados de la ruta magnética es llevada al estado de saturación para bloquear el flujo magnético. En el GEI el intercambio del flujo de la corriente dentro de los devanados de entrada 26 y 28 no necesita ser suficiente como para detener el flujo en alguna de las rutas 18 o 20 al tiempo que promueve el flujo en las otras rutas. El GEI funciona cambiando el patrón de flujo. No necesita ser completamente intercambiado de un lado hacia el otro. Los experimentos han determinado que esta configuración es superior, en términos de la eficiencia de usar potencia dentro de los devanados de entrada 26 y 28 para generar potencia eléctrica dentro de los devanados de salida 29 y 30, con respecto al método de acomodar los devanados de entrada y los circuitos que los alimentan de tal forma que el flujo del magneto permanente pase a través de los devanados de entrada conforme estos se energizan. Este arreglo propuesto provee una ventaja significativa con respecto a los métodos antes descritos, por ejemplo el trabajo de Frank B. Richardson[3], en el cual el flujo magnético se hace pasar a través de los devanados energizados.

11 La configuración del presente diseño también tiene una ventaja por sobre configuraciones anteriores como las de Carlos Subieta Garrón[1] y la de Frank B. Richardson[3] en que el flujo magnético es alternado entre dos rutas magnéticas alternas 18 y 20 con un solo devanado de entrada 26 y 28 rodeando cada una de las rutas magnéticas alternas. Las configuraciones de Garrón y Richardson requieren cada una de dos devanados de entrada en cada uno de las rutas magnéticas de entrada. Esta ventaja del presente método es significativo tanto en la simplificación del arreglo como en el incremento de la eficiencia de la conversión de potencia. El devanado de salida 29 está eléctricamente conectado a un rectificador y filtro 33, teniendo una salida manejada a través de un regulador 34, el cual provee un voltaje de salida ajustable a través del uso de un potenciómetro 35. La salida del regulador lineal 34 es a su vez proveída como entrada para un circuito 36 de interrupción y sensado. Bajo condiciones de arranque, el circuito de sensado e interrupción 36 conecta el circuito 24 de control e interrupción a una fuente externa de potencia 38, la cual es, por ejemplo, una batería de arranque. Después de que el GEI haya apropiadamente arrancado, el circuito de sensado e interrupción 36 sensa que el voltaje disponible del regulador 34 ha alcanzado un predeterminado nivel, de modo que la entrada de potencia al circuito de control e interrupción 24 se cambia de la fuente externa de potencia 38 hacia la salida del regulador 34. Después de que sucede este cambio, el GEI continúa funcionando sin ninguna aplicación de energía externa. El devanado izquierdo de salida 30 está conectado eléctricamente a un rectificador y filtro 40, la salida del cual está conectada al regulador 42, y el voltaje del cual está ajustado por medio de un potenciómetro 43. La salida del regulador 42 es a su vez conectada a una carga externa 44.

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