BR102020010201A2

BR102020010201A2 - Generação elétrica a partir de motores de turbina

Info

Publication number: BR102020010201A2
Application number: BR102020010201-0A
Authority: BR
Inventors: Shengyi Liu
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2021-03-16
Also published as: JP2021061734A; EP3789598B1; US20210062672A1; CN112448505A; EP3789598A1; RU2020116519A; CA3081087A1; US10934880B1; JP7481952B2

Abstract

a presente invenção refere-se a um gerador elétrico disposto dentro de um motor que inclui um ímã permanente que emite um primeiro campo magnético e é disposto sobre um primeiro eixo; um primeiro enrolamento conectado a um segundo eixo de modo que o primeiro enrolamento fique posicionado dentro do primeiro campo magnético; um enrolamento de campo disposto sobre o segundo eixo para que o enrolamento de campo possa gerar um segundo campo magnético que gira à medida que primeiro eixo gira em relação ao segundo eixo; um segundo enrolamento disposto sobre o primeiro eixo, o segundo enrolamento sendo posicionado para receber o segundo campo magnético e prover um emissor ressonante com uma entrada de energia elétrica para gerar um terceiro campo magnético quando o primeiro eixo girar em relação ao segundo eixo; e um receptor ressonante disposto sobre um invólucro do motor, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma elétrica saída.

Description

GENERAÇÃO ELÉTRICA A PARTIR DE MOTORES DE TURBINA

ANTECEDENTES

[001] Os aspectos da presente invenção referem-se, em geral, à geração de energia elétrica a partir de motores de turbina. Mais particularmente, a presente invenção refere-se à conversão da energia mecânica de motores de turbina, como pode ser usada em aeronave e outros veículos, em energia elétrica e à transferência dessa energia para o veículo associado por meio de campos eletromagnéticos. Diversos veículos utilizam várias combinações de motores para prover empuxo motriz e controle de manobra para esses veículos. Por exemplo, a aeronave pode utilizar motores que incorporam uma turbina para energizar um jato ou uma hélice. Os motores de turbina incluem diversos componentes giratórios para prover empuxo motriz e compressão de ar/gás. Os geradores elétricos conectados aos componentes giratórios do motor de turbina podem extrair e converter a energia rotacional mecânica em energia elétrica que é usada para energizar vários sistemas de bordo do veículo associado. Devido às temperaturas, velocidades de rotação e fluxo de ar dentro do motor de turbina, os componentes físicos usados para extrair energia rotacional dos componentes giratórios do motor podem estar sujeitos a altas taxas de substituição devido ao desgaste das peças individuais e para evitar problemas de confiabilidade de outros componentes do motor. Além disso, devido à localização dos componentes de extração de energia nos motores de turbina, o reparo e a substituição podem ser difíceis ou demorados de realizar.

SUMÁRIO

[002] A presente invenção provê um sistema em um aspecto, o sistema incluindo: um ímã permanente que emite um primeiro campo magnético e é disposto sobre um primeiro eixo-carretel (“shaft spool”) de um motor de turbina; um primeiro enrolamento de armadura conectado a um segundo eixo-carretel do motor de turbina de modo que o primeiro enrolamento de armadura seja posicionado dentro do primeiro campo magnético; um enrolamento de campo principal disposto sobre o segundo eixo-carretel para que o enrolamento de campo principal possa gerar um segundo campo magnético que gira à medida que o primeiro eixo-carretel gira em relação ao segundo eixo-carretel; um segundo enrolamento de armadura disposto sobre o primeiro eixocarretel, o segundo enrolamento de armadura sendo posicionado para receber o segundo campo magnético e prover um emissor ressonante com uma entrada de energia elétrica de modo a gerar um terceiro campo magnético com pelo menos uma frequência predefinida quando o primeiro eixo-carretel girar em relação ao segundo eixo-carretel; e um receptor ressonante disposto sobre um invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.

[003] Em vários aspectos, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, o sistema do primeiro eixocarretel é um eixo de pressão mais alta, no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa, e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira. Em outros aspectos, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, o primeiro eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa, no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais alta, e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira.

[004] Em um aspecto, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, o sistema também inclui um retificador disposto sobre o segundo eixo-carretel entre o primeiro enrolamento de armadura e o enrolamento de campo principal que converte a corrente alternada multifásica do primeiro enrolamento de armadura, gerada pelo primeiro campo magnético em uma entrada de energia elétrica para o enrolamento de campo principal gerar o segundo campo magnético.

[005] Em um aspecto, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, o sistema também inclui um conversor de alta frequência disposto entre o segundo enrolamento de armadura e o emissor ressonante que provê a entrada de energia elétrica para o emissor ressonante em uma frequência mais alta do que o segundo campo magnético é recebido pelo segundo enrolamento de armadura. Em alguns desses aspectos, a frequência mais alta é maior que a diferença de velocidade rotacional entre o primeiro eixo-carretel e o segundo eixo-carretel e é baseada na eficiência de transferência de energia entre o emissor ressonante e o receptor ressonante.

[006] Em um aspecto, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, a saída de energia elétrica inclui uma pluralidade de fases elétricas baseada em um número de fases definido no segundo enrolamento de armadura.

[007] Em um aspecto, em combinação com qualquer sistema exemplar mencionado acima ou abaixo, o sistema também inclui uma unidade de controle de energia disposta no invólucro e conectada a um barramento de distribuição de energia de um veículo.

[008] A presente invenção provê um motor de turbina em um aspecto, o motor de turbina incluindo: um invólucro, definindo: uma entrada de ar em uma extremidade a montante; uma seção de compressão a jusante da entrada de ar; uma seção de combustão a jusante da seção de compressão; uma seção de turbina a jusante da seção de combustão; e um exaustor em uma extremidade a jusante; um primeiro eixo acoplado a um primeiro compressor da seção de compressão e a uma primeira turbina da seção de turbina, no qual o primeiro eixo é configurado para girar em uma primeira velocidade rotacional; um segundo eixo acoplado a um segundo compressor da seção de compressão e a uma segunda turbina da seção de turbina e que se estende de modo coaxial com o primeiro eixo, no qual o segundo eixo é configurado para girar em uma segunda velocidade rotacional; um primeiro enrolamento de armadura, conectado a um dentre o primeiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente, emitindo um primeiro campo magnético que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura em uma velocidade rotacional diferencial que corresponde a uma diferença entre a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente no primeiro enrolamento de armadura; um primeiro eletroímã, conectado ao primeiro enrolamento de armadura, configurado para emitir um segundo campo magnético quando energizado pela primeira corrente; um segundo enrolamento de armadura, conectado ao outro dentre o primeiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã na velocidade rotacional diferencial e para ter uma segunda corrente induzida sobre o segundo enrolamento de armadura pelo segundo campo magnético; um emissor ressonante, conectado ao segundo enrolamento de armadura, configurado para gerar um terceiro campo magnético com pelo menos uma frequência predefinida quando energizado pela segunda corrente; e um receptor ressonante disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.

[009] Em vários aspectos, em combinação com qualquer motor de turbina exemplar mencionado acima ou abaixo, o motor de turbina também inclui um terceiro eixo acoplado a um terceiro compressor da seção de compressão a jusante do primeiro compressor e do segundo compressor e a uma terceira turbina da seção de turbina a montante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é maior que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional. Em alguns desses aspectos, o motor de turbina também inclui um primeiro enrolamento de armadura secundário, conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente secundário, emitindo um primeiro campo magnético secundário que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário; um primeiro eletroímã secundário, conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário quando energizado pela primeira corrente secundária; um segundo enrolamento de armadura secundário, conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário; um emissor ressonante secundário, conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e um receptor ressonante secundário disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária. Em outros aspectos, em combinação com qualquer motor de turbina exemplar mencionado acima ou abaixo, o motor de turbina também inclui um terceiro eixo acoplado a um terceiro compressor da seção de compressão a montante do primeiro compressor e do segundo compressor e com uma terceira turbina da seção de turbina a jusante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é menor que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional. Em alguns desses aspectos, o motor de turbina também inclui um primeiro enrolamento de armadura secundário, conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente secundário, emitindo um primeiro campo magnético secundário que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário; um primeiro eletroímã secundário, conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário quando energizado pela primeira corrente secundária; um segundo enrolamento de armadura secundário, conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário; um emissor ressonante secundário, conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e um receptor ressonante secundário disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária.

[0010] Em um aspecto, em combinação com qualquer motor de turbina exemplar mencionado acima ou abaixo, o motor de turbina também inclui uma nacela, definindo uma câmara de fluxo de desvio no qual o invólucro é disposto; e um cabo de transferência, disposto na câmara de fluxo de desvio que se estende a partir do invólucro para conectar eletricamente o receptor ressonante a um barramento de distribuição de energia de um veículo. Em alguns desses aspectos, o motor de turbina também inclui uma unidade de controle de energia disposta dentro da câmara de fluxo de desvio fora do invólucro e que é eletricamente conectada entre o receptor ressonante e o cabo de transferência. Em alguns desses aspectos, o emissor ressonante também compreende: um enrolamento de armadura multifásico com um número predefinido de enrolamentos de fase, para emitir o terceiro campo magnético em um número de fases correspondente; e um conversor de alta frequência, localizado entre o enrolamento de armadura multifásico e o segundo enrolamento de armadura, configurado para duplicar a segunda corrente pelo menos para a frequência predefinida.

[0011] A presente invenção provê um método em um aspecto, o método incluindo: girar um ímã permanente, emitindo um primeiro campo magnético, fixado a um primeiro eixo de um motor de turbina em torno do primeiro eixo e em relação a um segundo eixo do motor de turbina para induzir uma corrente alternada multifásica em um primeiro enrolamento de armadura disposto sobre o segundo eixo do motor de turbina; energizar, por meio da corrente alternada multifásica, um primeiro eletroímã disposto sobre o segundo eixo para gerar um segundo campo magnético; induzir, por meio do segundo campo magnético, uma corrente direta monofásica em um segundo enrolamento de armadura disposto sobre o primeiro eixo, energizar, através da corrente direta monofásica, um emissor ressonante para gerar um terceiro campo magnético igual ou maior que uma frequência predefinida; e converter o terceiro campo magnético durante rotação por meio de um receptor ressonante disposto sobre um invólucro do motor de turbina em uma saída de energia elétrica.

[0012] Em um aspecto, o método acima também inclui transferir a saída de energia elétrica para um barramento elétrico de um veículo.

[0013] A presente invenção provê um método em um aspecto, o método incluindo: afixar, em uma região de interface entre um primeiro eixo e um segundo eixo de um motor de turbina, um ímã permanente no primeiro eixo; afixar um primeiro conjunto de eixos-carretéis, que inclui um primeiro enrolamento de armadura e um primeiro eletroímã, ao segundo eixo para dispor o primeiro enrolamento de armadura dentro de um primeiro campo magnético emitido pelo ímã permanente; afixar um segundo conjunto de eixos-carretéis, que inclui um segundo enrolamento de armadura e um emissor ressonante, ao primeiro eixo em relação ao primeiro conjunto de eixos-carretéis de modo que o segundo enrolamento de armadura seja posicionado em relação ao primeiro eletroímã para receber um segundo campo magnético quando girado em relação ao primeiro eletroímã; e afixar um receptor ressonante a uma superfície interna de um invólucro do motor de turbina em relação ao emissor ressonante para receber um terceiro campo magnético quando o emissor ressonante irradiar o terceiro campo magnético.

[0014] Em um aspecto do método acima, o segundo conjunto de eixos-carretéis inclui o ímã permanente, e o segundo eixo-carretel é um eixo-carretel de pressão mais baixa que se projeta a partir do primeiro eixo-carretel na região de interface.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Para que a maneira pela qual as características mencionadas acima possam ser compreendidas em detalhes, uma descrição mais minuciosa, brevemente resumida acima, pode ser obtida por referência aos aspectos exemplares, alguns dos quais são ilustrados nos desenhos em anexo.

[0016] As figuras 1A e 1B ilustram motores de turbina seccionados transversalmente que incluem um ou mais geradores elétricos, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0017] As figuras 2A e 2B ilustram vistas transversais dos componentes de um extrator elétrico, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0018] As figuras 3A e 3B ilustram vistas transversais dos componentes de um gerador elétrico e dos campos magnéticos gerados nos mesmos, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0019] A figura 4 é um diagrama de circuito dos componentes eletromagnéticos de um gerador elétrico, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0020] A figura 5 é um diagrama de circuito que detalha o emissor ressonante e o receptor ressonante, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0021] A figura 6 é um fluxograma de um método de construção para um gerador elétrico, de acordo com aspectos da presente invenção.

[0022] A figura 7 é um fluxograma de um método para a extração de energia elétrica a partir de um motor de turbina, de acordo com aspectos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0023] A presente invenção provê a extração e transferência de energia a partir dos componentes rotacionais de um motor de turbina por meio de componentes eletromagnéticos (EM) que não estão em contato físico uns com os outros, mas que extraem e convertem energia rotacional em energia elétrica por meio de uma série de campos magnéticos induzidos. Um ímã permanente afixado a um primeiro eixo no motor gira em relação a um primeiro enrolamento de armadura sobre um segundo eixo no motor para induzir uma corrente elétrica na primeira armadura quando os dois eixos giram um em relação ao outro enquanto o motor está em operação. Essa corrente induzida, por sua vez, energiza um eletroímã que induz uma corrente em um segundo enrolamento de armadura afixado ao primeiro eixo para energizar um ressonador de alta frequência que produz um terceiro campo magnético com uma alta frequência para induzir uma corrente nos circuitos de recebimento localizados em posições fixas sobre a caixa ou invólucro do motor para desse modo transferir energia para os sistemas elétricos do veículo.

[0024] Os componentes eletromagnéticos de transferência de energia são dispostos em simetria radial em torno do motor tendo contato com um único componente de geração de empuxo (por exemplo, um núcleo de carretel, um invólucro). Entreferros separam o ímã permanente e o primeiro enrolamento de armadura; o primeiro eletroímã e o segundo enrolamento de armadura; e o emissor ressonante e o receptor ressonante. Visto que nenhum dos componentes eletromagnéticos de transferência de energia estão em contato físico com mais do que um componente de geração de empuxo do motor ou de outro componente de transferência de energia conectado a um componente de geração de empuxo diferente, tal sistema pode sofrer menos desgaste e, consequentemente, menos taxas de substituição dos componentes de transferência de energia. Além disso, os componentes eletromagnéticos não transferem energia por meio de fios nem eixos dispostos no fluxo de ar do motor de turbina, e podem ser relativamente leves em comparação com as caixas de marcha e os eixos que transferem energia rotacional para um gerador externo, provendo desse modo maior eficiência mecânica e de consumo de combustível para o motor. Além disso, a eficiência de extração e transferência de energia por meio dos componentes eletromagnéticos de transferência de energia pode exceder a eficiência dos componentes mecânicos de transferência de energia, o que aumenta ainda mais a eficiência do motor.

[0025] Embora os exemplos providos na presente descrição ilustrem primariamente o uso do sistema de transferência de energia em motores de turbina de aeronave, o sistema de transferência de energia descrito neste documento também pode ser usado em conjunto com motores de turbina usados em carros, ônibus, trens, barcos e vários outros veículos.

[0026] As figuras 1A e 1B ilustram motores de turbina seccionados transversalmente 100 que incluem um ou mais geradores elétricos 110. O motor de turbina 100 inclui um invólucro 120 definindo uma entrada de ar 121 em uma extremidade a montante, uma seção de compressão 122 a jusante da entrada de ar 121, uma seção de combustão 123 a jusante da seção de compressão 122, uma seção de turbina 124 a jusante da seção de combustão 123 e um exaustor 125 em uma extremidade a jusante. Em vários aspectos, o invólucro 120 é incluído dentro de uma nacela 130 (também referida como um alojamento) e uma câmara de fluxo de desvio 131 é definida entre uma superfície externa do invólucro 120 e uma superfície interna da nacela 130 com um cabo de transferência 140 ligando os geradores elétricos 110 a um barramento de distribuição de energia 150 ou a outro mecanismo de transferência de energia de um veículo no qual o motor de turbina 100 é incluído.

[0027] O motor de turbina 100 da figura 1A inclui um primeiro eixocarretel 160A (em geral, eixo-carretel ou eixo 160) e um segundo eixocarretel 160B, enquanto o motor de turbina 100 da figura 1B inclui um primeiro eixo-carretel 160A, um segundo eixo-carretel 160B e um terceiro eixo-carretel 160C. As porções identificadas 160A, 160B, e/ou 160C referem-se em geral ao eixo 160. Cada eixo 160 estende-se de modo coaxial com os outros eixos 160, que giram durante a operação em diferentes taxas um em relação ao outro para acionar compressores associados 170A-B ou 170A-C (em geral, o compressor 170) e as turbinas 180A-B ou 180A-C (em geral, a turbina 180) em diferentes taxas. Por exemplo, um primeiro eixo-carretel 160A gira para causar a rotação de um primeiro compressor 170A e de uma primeira turbina 180A em uma primeira velocidade rotacional, enquanto um segundo eixo-carretel 160B gira para causar a rotação de um segundo compressor 170B e de uma segunda turbina 180B em uma segunda velocidade rotacional. De maneira similar, na figura 1B, um terceiro eixocarretel 160C gira para causar a rotação de um terceiro compressor 170C e de uma terceira turbina 180C em uma terceira velocidade rotacional, com as primeira, segunda e terceira velocidades rotacionais sendo todas diferentes uma da outra.

[0028] Os compressores 170 estão dispostos na seção de compressão 122 do invólucro 120 e cada um pode incluir diversas pás organizadas em uma ou mais fileiras. As turbinas 180 são dispostas na seção de turbina 124 do invólucro 120, e cada uma pode incluir diversas pás organizadas em uma ou mais fileiras. Embora não sejam ilustrados, vários mancais ou superfícies de baixa fricção podem ser posicionadas entre os eixos 160 para aprimorar as características rotacionais dos eixos 160 (por exemplo, para reduzir a fricção).

[0029] Conforme ilustrado na figura 1A, o primeiro eixo-carretel 160A é um eixo de baixa pressão em relação ao eixo de alta pressão do segundo eixo-carretel 160B. Como consequência, o primeiro compressor 170A é posicionado a montante do segundo compressor 170B e gira em uma velocidade rotacional mais baixa do que o segundo compressor 170B durante a operação do motor de turbina 100. De maneira similar, a primeira turbina 180A é posicionada a montante da segunda turbina 180B e gira em uma velocidade rotacional mais baixa do que a segunda turbina 180B durante a operação do motor de turbina 100.

[0030] Conforme ilustrado na figura 1B, o primeiro eixo-carretel 160A é um eixo de baixa pressão, o segundo eixo-carretel 160B é um eixo de pressão média e o terceiro eixo-carretel 160C é um eixo de alta pressão, um em relação ao outro. Como consequência, o primeiro compressor 170A é posicionado a montante do segundo compressor 170B, que é posicionado a montante do terceiro compressor 170C, com cada um operando em velocidades rotacionais mais baixas do que os compressores a jusante 170 durante a operação do motor de turbina 100. De maneira similar, a primeira turbina 180A é posicionada a montante da segunda turbina 180B, que é posicionada a montante da terceira turbina 180C, com cada turbina operando em velocidades rotacionais progressivamente mais baixas do que as turbinas a montante 180 durante a operação do motor de turbina 100.

[0031] Como consequência, uma primeira velocidade rotacional diferencial existe entre o primeiro eixo-carretel 160A e o segundo eixocarretel 160B (e quaisquer componentes fixado aos mesmos) durante a operação e na figura 1B, uma segunda velocidade rotacional diferencial (que pode ser igual ou diferente da primeira velocidade rotacional diferencial) existe entre o segundo eixo-carretel 160B e o terceiro eixocarretel 160C (e quaisquer componentes fixado aos mesmos).

[0032] Os geradores elétricos 110 incluem extratores elétricos 111 afixados aos eixos 160 e distribuidores elétricos 112 afixados ao invólucro 120. Os extratores elétricos 111 não estão fisicamente conectados aos distribuidores elétricos 112, mas sim separados por um espaço vago e ligados de maneira eletromagnética por um campo magnético gerado durante operação. Os extratores elétricos 111 são posicionados nas interfaces entre dois eixos 160 e aproveitam as diferentes velocidades rotacionais conferidas pelos diferentes eixos 160 para extrair energia elétrica. Conforme ilustrado na figura 1A, um extrator elétrico 111 é posicionado na interface entre o primeiro eixocarretel 160A e o segundo eixo-carretel 160B. Conforme ilustrado na figura 1B, um primeiro extrator elétrico 111A é posicionado na interface entre o primeiro eixo-carretel 160A e o segundo eixo-carretel 160B, e um segundo extrator elétrico 111B é posicionado na interface entre o segundo eixo-carretel 160B e o terceiro eixo-carretel 160C. Cada extrator elétrico 111 está associado com um distribuidor elétrico correspondente 112 afixado radialmente em torno de uma porção correspondente do invólucro 120 (por exemplo, um primeiro extrator elétrico 111A que corresponde a um primeiro distribuidor elétrico 112A, um segundo extrator elétrico 111B que corresponde a um segundo distribuidor elétrico 112B). Embora não ilustrado, em alguns aspectos em que um modelo com três eixos é usado, o motor de turbina 100 pode incluir apenas um gerador elétrico 110; omitindo o primeiro gerador elétrico 110A ou o segundo gerador elétrico 110B.

[0033] As figuras 2A e 2B ilustram vistas transversais dos componentes de um extrator elétrico 111. As figuras 2A e 2B podem ser compreendidas em conjunto com as figuras 3A e 3B, respectivamente, que ilustram vistas transversais dos componentes de um gerador elétrico 110 e campos magnéticos gerados nos mesmos, de acordo com aspectos da presente invenção. Os extratores elétricos 111 são posicionados na interface de dois eixos 160 e entre os compressores associados 170 do mesmo. Por exemplo, os extratores elétricos ilustrados 111 podem ser posicionados entre o primeiro compressor 170A e o segundo compressor 170B sobre o primeiro eixo-carretel 160A e o segundo eixocarretel 160B. Em outro exemplo, os extratores elétricos ilustrados 111 podem ser posicionados entre o segundo compressor 170B e o terceiro compressor 170C sobre o segundo eixo-carretel 160B e o terceiro eixocarretel 160C.

[0034] Em vários aspectos, os componentes ilustrados na figura 2A ou 2B podem pertencer a um único extrator elétrico 111 (como na figura 1A), ou a um dentre um extrator elétrico primário ou secundário 111 (como na figura 1B). Em aspectos que incluem múltiplos extratores elétricos 111, os componentes individuais podem ser dispostos tanto de acordo com a figura 2A e a figura 2B, quanto um de acordo com a figura 2A e um de acordo com a figura 2B. Conforme usado aqui, para diferenciar os componentes entre múltiplos geradores elétricos 110, os componentes de um gerador elétrico 110 podem ser distinguidos ao serem identificados como componentes “secundários”. Por exemplo, um primeiro extrator elétrico 111A inclui um ímã permanente primário 210 e um segundo extrator elétrico 111B inclui um ímã permanente secundário 210. Em outro exemplo, um primeiro extrator elétrico 111A inclui um primeiro eixo primário 160A e um segundo eixo primário 160B, e um segundo extrator elétrico 111B inclui um primeiro eixo secundário 160A (que pode ser o mesmo eixo 160 que o primeiro eixo primário 160A ou o segundo eixo primário 160B) e um segundo eixo secundário 160B (que pode ser o mesmo eixo 160 que o primeiro eixo primário 160A ou o segundo eixo primário 160B).

[0035] A figura 2A ilustra um primeiro arranjo de componentes 200A para um extrator elétrico 111, de acordo com aspectos da presente invenção, no qual um ímã permanente 210 é posicionado sobre um eixo de pressão mais alta 220A em uma interface entre dois eixos 220. O ímã permanente 210 pode incluir uma pluralidade de ímãs dispostos radialmente em torno do eixo de pressão mais alta 220A para emitir uma pluralidade de primeiros campos magnéticos 310, que são ilustrados em mais detalhes em relação à figura 3A.

[0036] Conforme ilustrado na figura 2A, um primeiro enrolamento de armadura 230 e um enrolamento de campo principal 240 (também referido como um primeiro eletroímã) são incluídos em um primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A (em geral, conjunto de eixos-carretéis 270; particularmente, conjunto de eixos-carretéis de alta pressão ou de pressão mais baixa 270) que está conectado ao eixo de pressão mais baixa 220B. O primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A posiciona o primeiro enrolamento de armadura 230 dentro de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310. O primeiro enrolamento de armadura 230 é disposto radialmente em torno, mas não em contato físico com o eixo de pressão mais alta 220A e o ímã permanente 210. Em vários aspectos, o primeiro enrolamento de armadura 230 produz uma primeira corrente (I1) como a corrente alternada multifásica, que é convertida em uma segunda corrente (I2) de uma corrente direta monofásica, que energiza um enrolamento de campo principal 240 para gerar um segundo campo magnético 320, o qual é ilustrado em mais detalhes em relação à figura 3A. O primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A posiciona o enrolamento de campo principal 240 fora de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310, e como consequência, o ímã permanente 210 fica posicionado fora de uma intensidade de campo predefinida do segundo campo magnético 320. Em vários aspectos, o circuito retificador é incluído entre o primeiro enrolamento de armadura 230 e o enrolamento de campo principal 240.

[0037] Conforme ilustrado na figura 2A, um segundo enrolamento de armadura 250 e um emissor ressonante 260 (também referido como um segundo eletroímã) são incluídos em um segundo conjunto de eixoscarretéis 270B que é conectado ao mesmo eixo de pressão mais alta 220A ao qual o ímã permanente 210 está conectado. Em vários aspectos, o emissor ressonante 260 pode ser posicionado a jusante do segundo enrolamento de armadura 250 ao longo do eixo geométrico dos eixos 220, ou pode ser posicionado entre o segundo enrolamento de armadura 250 e o receptor ressonante 340 para reduzir as exigências de espaço para dispor o extrator elétrico 111 ao longo dos eixos 220 entre os compressores 170. Em alguns aspectos, o ímã permanente 210 também é incluído no segundo conjunto de eixos-carretéis 270B, mas o ímã permanente 210 pode ser fixado separadamente ao eixo de pressão mais alta 220A em outros aspectos.

[0038] O segundo conjunto de eixos-carretéis 270B posiciona o segundo enrolamento de armadura 250 dentro de uma intensidade de campo predefinida do segundo campo magnético 320. O segundo enrolamento de armadura 250 é disposto radialmente em torno, mas não em contato físico com o eixo de pressão mais baixa 220B e o primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A. Em vários aspectos, o segundo enrolamento de armadura 250 produz uma terceira corrente (I3) como a corrente alternada multifásica, que energiza o emissor ressonante 260 para gerar um terceiro campo magnético 330, o qual é ilustrado em mais detalhes em relação à figura 3A. O segundo conjunto de eixos-carretéis 270B posiciona o emissor ressonante 260 fora de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310 e o segundo campo magnético 320 e, como consequência, o ímã permanente 210 e o primeiro enrolamento de armadura 230 ficam posicionados fora de uma intensidade de campo predefinida do terceiro campo magnético 330.

[0039] Conforme ilustrado na figura 3A, um receptor ressonante 340 de um distribuidor elétrico 112 é afixado a uma superfície interna do invólucro 120, e é posicionado em relação ao emissor ressonante 260 para receber pelo menos uma intensidade de campo predefinida do terceiro campo magnético 330. O receptor ressonante 340 é disposto com simetria radial em torno do invólucro 120, e é configurado para receber o terceiro campo magnético 330 para produzir uma quarta corrente alternada multifásica (I4) que pode ser provida para um barramento ou outro sistema de distribuição de energia elétrica de um veículo.

[0040] A figura 2B ilustra um segundo arranjo de componentes 200B para um extrator elétrico 111, de acordo com aspectos da presente invenção, no qual um ímã permanente 210 é posicionado sobre um eixo de pressão mais baixa 220B em uma interface entre dois eixos 220. O ímã permanente 210 pode incluir uma pluralidade de ímãs dispostos radialmente em torno do eixo de pressão mais baixa 220B para emitir uma pluralidade de primeiros campos magnéticos 310, que são ilustrados em mais detalhes em relação à figura 3B.

[0041] Conforme ilustrado na figura 2B, um primeiro enrolamento de armadura 230 e um enrolamento de campo principal 240 (também referido como um primeiro eletroímã) são incluídos em um primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A que está conectado ao eixo de pressão mais alta 220A. O primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A posiciona o primeiro enrolamento de armadura 230 dentro de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310. O primeiro enrolamento de armadura 230 é disposto radialmente em torno, mas não em contato físico com o eixo de pressão mais baixa 220B e o ímã permanente 210. Em vários aspectos, o primeiro enrolamento de armadura 230 produz uma primeira corrente (I1) como a corrente alternada multifásica, que é convertida em uma segunda corrente (I2) de uma corrente direta monofásica, que energiza um enrolamento de campo principal 240 para gerar um segundo campo magnético 320, o qual é ilustrado em mais detalhes em relação à figura 3B. O primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A posiciona o enrolamento de campo principal 240 fora de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310, e como consequência, o ímã permanente 210 fica posicionado fora de uma intensidade de campo predefinida do segundo campo magnético 320. Em vários aspectos, o circuito retificador é incluído entre o primeiro enrolamento de armadura 230 e o enrolamento de campo principal 240.

[0042] Conforme ilustrado na figura 2B, um segundo enrolamento de armadura 250 e um emissor ressonante 260 (também referido como um segundo eletroímã) são incluídos em um segundo conjunto de eixoscarretéis 270B que é conectado ao mesmo eixo de pressão mais baixa 220B ao qual o ímã permanente 210 está conectado. Em vários aspectos, o emissor ressonante 260 pode ser posicionado a montante do segundo enrolamento de armadura 250 ao longo do eixo geométrico dos eixos 220, ou pode ser posicionado entre o segundo enrolamento de armadura 250 e o receptor ressonante 340 para reduzir as exigências de espaço para dispor o extrator elétrico 111 ao longo de os eixos 220 entre os compressores 170. Em alguns aspectos, o ímã permanente 210 também é incluído no segundo conjunto de eixos-carretéis 270B, mas o ímã permanente 210 pode ser separadamente fixado ao eixo de pressão mais baixa 220B em outros aspectos.

[0043] O segundo conjunto de eixos-carretéis 270B posiciona o segundo enrolamento de armadura 250 dentro de uma intensidade de campo predefinida de segundo campo magnético 320. O segundo enrolamento de armadura 250 é disposto radialmente em torno, mas não em contato físico com o eixo de pressão mais alta 220A e o primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A. Em vários aspectos, o segundo enrolamento de armadura 250 produz uma terceira corrente (I3) como uma corrente alternada multifásica, que energiza o emissor ressonante 260 para gerar um terceiro campo magnético 330, o qual é ilustrado em mais detalhes em relação à figura 3B. O segundo conjunto de eixoscarretéis 270B posiciona o emissor ressonante 260 fora de uma intensidade de campo predefinida do primeiro campo magnético 310 e o segundo campo magnético 320, e como consequência, o ímã permanente 210 e o primeiro enrolamento de armadura 230 ficam posicionados fora de uma intensidade de campo predefinida do terceiro campo magnético 330.

[0044] Conforme ilustrado na figura 3B, um receptor ressonante 340 é afixado a uma superfície interna do invólucro 120, e é posicionado em relação ao emissor ressonante 260 para receber pelo menos uma intensidade de campo predefinida do terceiro campo magnético 330. O receptor ressonante 340 é disposto com simetria radial em torno do invólucro 120, e é configurado para receber o terceiro campo magnético 330 para produzir uma quarta corrente alternada multifásica (I4) que pode ser provida para um barramento ou outro sistema de distribuição de energia elétrica de um veículo.

[0045] Durante a operação do motor de turbina 100 no qual os componentes estão dispostos, as forças rotacionais conferidas pela combustão para produzir o empuxo fazem os eixos 160 e os componentes EM fixados girarem um em relação a um outro e ao invólucro estacionário 120. Devido ao diferencial nas velocidades rotacionais do eixo de pressão mais alta 160A e do eixo de pressão mais baixa 160B, o primeiro campo magnético 310 gira em relação ao primeiro enrolamento de armadura 230, o segundo campo magnético 320 gira em relação ao segundo enrolamento de armadura 250 e o terceiro campo magnético 330 gira em relação ao receptor (nominalmente estacionário) ressonante 340. Como consequência, a energia elétrica é extraída das forças rotacionais dos eixos 160 e distribuída entre os vários conjuntos por meio de campos magnéticos e não por meio de componentes mecânicos de transferência, engrenagens ou similares.

[0046] Os tamanhos e as posições relativos dos componentes acoplados de maneira eletromagnética nas figuras 2A, 2B, 3, e 3B foram ilustrados para facilitar a identificação e diferenciação do leitor. No entanto, em vários aspectos, o fabricante pode alterar os tamanhos, formatos e orientações relativos desses componentes com base nas propriedades físicas do motor de turbina 100 no qual os componentes são instalados (por exemplo, comprimento, circunferência, torque rotacional, temperatura operacional), as características energéticas desejadas para a energia extraída (por exemplo, número de fases da energia, níveis de tensão/corrente) e similares. Os comprimentos dos componentes ao longo do eixo geométrico dos eixos 220 são determinados pelo torque e/ou pelas exigências de potência nominal do veículo do motor de turbina 100, e os tamanhos e distâncias relativos de componentes individuais são dimensionados para otimizar a produção de torque a partir do motor de turbina 100 e a eficiência de transferência de energia no gerador elétrico 110 dentro dos limites físicos do motor de turbina 100. Portanto, um fabricante irá perceber que as figuras foram dimensionadas/formatadas apenas para exemplificar os conceitos de operação, e não para propósitos de implementação, os quais são ditados pelas exigências energéticas, exigências de empuxo e propriedades do material dos componentes.

[0047] Por exemplo, um fabricante pode projetar o ímã permanente 210 e o primeiro enrolamento de armadura 230 de modo a serem mais curtos do que as outras seções do gerador elétrico 110 para gerar e prover uma corrente de excitação em um nível relativamente baixo (por exemplo, uma corrente DC retificada em torno de 1-50 amperes (A)). O enrolamento de campo principal 240 conduz a corrente de excitação para produzir o segundo campo magnético 320 e para otimizar o torque no sistema, o fabricante pode projetar o enrolamento de campo principal 240 para que ele tenha um comprimento igual ao do segundo enrolamento de armadura 250, que por sua vez é dimensionado para ser o mais longo possível conforme a distribuição espacial dentro do motor de turbina 100. Por exemplo, o segundo enrolamento de armadura 250 pode estender-se por todo o comprimento disponível do conjunto de eixos-carretéis 270 (menos quaisquer componentes de suporte) no qual o segundo enrolamento de armadura 250 é instalado. De maneira similar, para otimizar as capacidades de transferência de energia do extrator elétrico 111, o circuito de emissor ressonante 260 pode ser dimensionado e posicionado de modo a sobrepor-se ao segundo enrolamento de armadura 250 para que o circuito de emissor ressonante 260 se estenda por todo o comprimento do extrator elétrico 111, e para que o comprimento e a posição do circuito receptor 340 sejam combinados para sobrepor o circuito de emissor ressonante 260.

[0048] A figura 4 é um diagrama de circuito 400 dos componentes EM de um gerador elétrico 110. O conjunto magnético 410 que inclui o ímã(s) permanente(s) 210 é disposto em contato magnético, mas não em contato físico, com um primeiro conjunto giratório 420 que inclui o primeiro enrolamento de armadura 230, um retificador 430 e o enrolamento de campo principal 240. Conforme usado aqui, o termo contato magnético descreve o estado no qual um campo magnético produzido por um ímã permanente ou um eletroímã possui pelo menos uma intensidade predefinida entre dois componentes. O retificador 430, que pode incluir uma pluralidade de diodos, é provido entre o primeiro enrolamento de armadura 230 e o enrolamento de campo principal 240 para converter a primeira corrente (I1) de uma saída de AC multifásica do primeiro enrolamento de armadura 230 em uma segunda corrente (I2) de uma entrada de DC monofásica para energizar o eletroímã do enrolamento de campo principal 240. O primeiro enrolamento de armadura 230 e o retificador 430 mostrados na figura 4 são providos como um exemplo de uma construção trifásica, mas em outros aspectos, mais ou menos de três fases podem ser usadas.

[0049] O primeiro conjunto giratório 420 é disposto em contato magnético, mas não em contato físico, com um segundo conjunto giratório 440 por meio do enrolamento de campo principal 240 e do segundo enrolamento de armadura 250. Um segundo campo magnético 320 produzido pelo enrolamento de campo principal 240, por meio da segunda corrente (I2), induz uma terceira corrente (I3) sobre o segundo enrolamento de armadura 250. O segundo enrolamento de armadura 250 é ilustrado na figura 4 provendo a terceira corrente (I3) para o emissor ressonante 260 em três fases, mas em outros aspectos, mais ou menos de três fases podem ser usadas.

[0050] O primeiro conjunto giratório 420 é conectado a um eixo 160 do motor de turbina 100, e o conjunto magnético 410 e segundo conjunto giratório 440 são conectados a um segundo eixo 160 do motor de turbina 100. Devido à diferença de velocidades rotacionais de cada eixo 160 quando o motor de turbina 100 está em operação, o primeiro conjunto giratório 420 gira na velocidade diferencial em relação ao conjunto magnético 410 e ao segundo conjunto giratório 440. Visto que o conjunto magnético 410 e o segundo conjunto giratório 440 são conectados ao mesmo eixo 160, o conjunto magnético 410 e o segundo conjunto giratório 440 são estacionários um em relação ao outro.

[0051] O segundo conjunto giratório 440 é disposto em contato magnético, mas não em contato físico, com um conjunto estacionário 450 por meio do emissor ressonante 260 e do receptor ressonante 340. O conjunto estacionário 450 é disposto sobre (ou através) o invólucro 120 do motor de turbina 100 e sendo assim, permanece estacionário em relação aos eixos giratórios 160 e aos componentes EM conectados aos mesmos. O conjunto estacionário 450 inclui o receptor ressonante 340 e uma unidade de controle de energia 350 (também referida como uma PCU) que conecta fisicamente o conjunto estacionário 450 a um barramento elétrico ou a outro sistema de distribuição de energia do veículo. O emissor ressonante 260 e o receptor ressonante 340, o qual são discutidos em mais detalhes em relação à figura 5, e respectivamente geram e recebem um campo magnético de alta frequência em uma frequência ressonante predefinida para produzir uma saída de energia para a unidade de controle de energia 350 e para o veículo.

[0052] A figura 5 é um diagrama de circuito 500 que detalha um exemplo trifásico do emissor ressonante 260 e do receptor ressonante 340, de acordo com aspectos da presente invenção. O segundo enrolamento de armadura 250 inclui uma pluralidade de enrolamentos receptores 510A-C (em geral, enrolamento receptor 510), com cada um produzindo uma fase de energia a partir do segundo campo magnético recebido 320. Nos aspectos em que se utiliza mais ou menos de três fases de energia, um número correspondente de enrolamentos receptores 510 é usado. A energia é conduzida a partir dos enrolamentos receptores 510 para um conversor de alta frequência 520, tais como, por exemplo, um ou mais transistores bipolares de porta isolada (IGBT), transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET), ou outros dispositivos de comutação controlada, para aumentar a frequência da energia e gerar o terceiro campo magnético 330 em uma frequência predefinida. A frequência predefinida é maior que a diferença entre as velocidades rotacionais dos eixos 220 aos quais o emissor ressonante 260 e outros componentes do extrator elétrico 111 são conectados, e é ajustada para a eficiência de transferência de energia ao longo do entreferro entre o emissor ressonante 260 e o receptor ressonante 340. Capacitores ressonantes 530A-C (em geral, capacitor ressonante 530) são dispostos sobre cada saída do conversor de alta frequência 520 para atuarem como filtros passa-alta para as diversas fases de energia usadas na geração do terceiro campo magnético 330 por um número correspondente de enrolamentos de fase 540A-C (em geral, enrolamento de fase 540).

[0053] Cada enrolamento de fase 540 recebe uma fase de energia de alta frequência e gera uma fase do terceiro campo magnético 330, o qual é recebido por um enrolamento receptor correspondente 550A-C (em geral, enrolamento receptor 550) da armadura multifásica do receptor ressonante 340. Cada enrolamento receptor 550 é conectado à unidade de controle de energia 350 por meio de um capacitor receptor correspondente 560A-C (em geral, capacitor receptor 560), que atua como um filtro passa-alta entre o enrolamento receptor associado 550 e a unidade de controle de energia 350. A unidade de controle de energia 350 pode converter a energia de AC para DC (ou de DC para AC), aumentar ou reduzir o número de fases da energia, estabelecer ou desfazer uma conexão elétrica com o barramento, aumentar ou diminuir a tensão da energia, aumentar ou diminuir a frequência da energia, e similares para condicionar a energia para consumo ou armazenamento pelo veículo.

[0054] Embora seja mostrado na figura 5 como um circuito LC (Indutivo e Capacitivo) em um arranjo em série, em outros aspectos, o circuito do emissor ressonante 260 e do receptor ressonante 340 pode incluir elementos RLC (Resistivos, Indutivos e Capacitivos) em outros arranjos que permitem uma ligação magnética ressonante entre o emissor ressonante 260 e o receptor ressonante 340 quando o emissor ressonante 260 está energizado. Outros exemplos incluem circuitos LC paralelos, circuitos RLC, circuitos ressonantes ativamente ajustados etc.

[0055] A figura 6 é um fluxograma de um método 600 de construção para um gerador elétrico 110, de acordo com aspectos da presente invenção. O método 600 pode ser executado durante a montagem inicial de um motor de turbina 100, durante um retroencaixe ou reparo de um motor de turbina 100, ou como uma operação de pré-montagem dos componentes de um motor de turbina 100.

[0056] O método 600 começa com o bloco 610, no qual um fabricante afixa um ímã permanente 210 a um primeiro eixo 220 de um motor de turbina 100. Em vários aspectos, o primeiro eixo 220 pode ser o eixocarretel de pressão mais baixa 220B ou o eixo-carretel de pressão mais alta 220A, e o ímã permanente 210 é posicionado em uma região do primeiro eixo 220 destinada a interligar-se com um segundo eixo 220 no motor de turbina 100.

[0057] Em vários aspectos, o bloco 610 pode ser repetido para permitir a um fabricante afixar um ímã permanente secundário 210 a um primeiro eixo secundário 220 (por exemplo, em um local diferente sobre um eixo 220 no gerador elétrico primário 110) para uso em um gerador elétrico secundário 110 em um motor de turbina com três eixos 100.

[0058] No bloco 620, um fabricante afixa um primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A ao segundo eixo 220 em uma região destinada a interligar-se com o primeiro eixo 220. Por exemplo, o fabricante afixa o primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A a um eixo-carretel de pressão mais baixa 220B quando o ímã permanente 210 está afixado ao eixocarretel de pressão mais alta 220A, mas afixa o primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A a um eixo-carretel de pressão mais alta 220A quando o ímã permanente 210 está afixado ao eixo-carretel de pressão mais baixa 220B. A região de interface entre os primeiro e segundo eixos define uma área na qual um dos eixos se estende a partir do outro e está livre de ventiladores ou pás dos compressores correspondentes 170.

[0059] Em vários aspectos, o bloco 620 pode ser repetido para permitir a um fabricante afixar um secundário primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A a um segundo eixo secundário 220 (por exemplo, um terceiro eixo-carretel 160C) para uso em um gerador elétrico secundário 110 de um motor de turbina com três eixos 100.

[0060] O primeiro conjunto de eixos-carretéis 270A inclui um primeiro enrolamento de armadura, o primeiro eletromagnético e espaçadores. Os espaçadores dispõem o primeiro enrolamento de armadura e o primeiro eletroímã para posicionar o primeiro enrolamento de armadura no primeiro campo magnético 310 e para separar o primeiro campo magnético 310 do segundo campo magnético 320 quando os eixos 160 girarem um em relação ao outro durante a operação do motor de turbina 100.

[0061] No bloco 630, um fabricante afixa um segundo conjunto de eixos-carretéis 270B ao primeiro eixo 220. O segundo conjunto de eixoscarretéis 270B inclui um segundo enrolamento de armadura, um segundo eletroímã e espaçadores. Os espaçadores posicionam o segundo enrolamento de armadura no segundo campo magnético 320 e dispõem o segundo enrolamento de armadura e segundo eletroímã para separar o terceiro campo magnético 330 do primeiro campo magnético 310 e do segundo campo magnético 320 quando os eixos 220 girarem um em relação ao outro durante a operação do motor de turbina 100. Em vários aspectos, o ímã permanente 210 é incluído como um componente do segundo conjunto de eixos-carretéis 270B e o bloco 610 é executado de forma simultânea com o bloco 630.

[0062] Em vários aspectos, o bloco 630 pode ser repetido para permitir a um fabricante afixar um secundário segundo conjunto de eixos-carretéis 270B a um primeiro eixo secundário 220 (por exemplo, um segundo eixo-carretel 160B) para uso em um gerador elétrico secundário 110 de um motor de turbina com três eixos 100.

[0063] No bloco 640, um fabricante afixa um receptor ressonante 340 a uma superfície interna do invólucro 120 do motor de turbina 100 em relação à região de interface entre os dois eixos 220 e onde o terceiro campo magnético 330 é produzido durante a operação do motor de turbina 100. Em vários aspectos em que se utiliza um modelo com três eixos, o bloco 640 pode ser repetido para permitir a um fabricante afixar um receptor ressonante secundário 340 a um local secundário sobre a superfície interna do invólucro 120, que corresponde à região de interface entre os dois eixos 220 usados pelo gerador elétrico secundário 110 e onde o terceiro campo magnético secundário 330 é produzido durante a operação do motor de turbina 100. O método 600 pode então ser concluído.

[0064] A figura 7 é um fluxograma de um método 700 para a extração de energia elétrica a partir de um motor de turbina 100, de acordo com aspectos da presente invenção. Conforme será compreendido, em um motor de turbina com três eixos 100, o método 700 pode ser executado duas vezes em paralelo – extração de energia elétrica a partir da rotação diferencial de um gerador elétrico primário 110 e de um gerador elétrico secundário 110 localizados sobre as interfaces entre diferentes pares de eixos 160.

[0065] O método 700 começa no bloco 710, onde um operador do motor de turbina 100 faz o ímã permanente 210 fixado a um primeiro eixo 160A de um motor de turbina 100 girar em relação a um segundo eixo 160B do motor de turbina 100. O operador pode causar a rotação relativa ao fazer o motor de turbina 100 produzir empuxo para um veículo; induzir energia rotacional sobre os eixos 160 pela combustão do combustível em uma câmara de combustão e efetuar a exaustão através de uma região turbina, fazendo as turbinas 180 girarem os eixos correspondentes 160. O ímã permanente 210, que pode fazer parte de uma série de ímãs permanentes 210 dispostos radialmente em torno do primeiro eixo 160A, emite um primeiro campo magnético 310. Quando girado, o primeiro campo magnético 310 induz uma primeira corrente (I1) em um primeiro enrolamento de armadura que está disposto sobre o segundo eixo 160B como uma corrente alternada multifásica.

[0066] Em vários aspectos, o “primeiro” eixo 160A pode referir-se a um dentre um eixo de alta pressão ou um eixo de baixa pressão em um motor de turbina com dois eixos 100, e o “segundo” eixo 160B pode referir-se ao outro eixo. De maneira similar, em um motor de turbina com três eixos 100, o “primeiro” eixo 160A pode referir-se a um eixo de alta pressão ou um eixo de baixa pressão, em cujo caso o “segundo” eixo 160B refere-se a um eixo de pressão média, ou o “primeiro” eixo 160A pode referir-se ao eixo de pressão média, em cujo caso o “segundo” eixo 160B pode referir-se ao eixo de alta pressão ou ao eixo de baixa pressão.

[0067] No bloco 720, a segunda corrente (I2) energiza um primeiro eletroímã (por exemplo, um enrolamento de campo principal 240) que é disposto sobre o segundo eixo 160B para gerar um segundo campo magnético 320.

[0068] No bloco 730, o segundo campo magnético 320 induz uma terceira corrente (I3) em um segundo enrolamento de armadura 250 disposto sobre o primeiro eixo 160A como uma corrente alternada multifásica.

[0069] No bloco 740, a terceira corrente (I3) energiza um segundo eletroímã (por exemplo, um emissor ressonante 260) para gerar um terceiro campo magnético 330 igual ou maior que uma frequência predefinida. Em vários aspectos, a frequência predefinida é adaptada para as características do motor de turbina 100, o que inclui, mas não se limita a: a distância entre o emissor ressonante 260 e o receptor ressonante 340, a localização relativa no espaço do terceiro campo magnético 330 em relação a outros campos magnéticos no gerador elétrico 110, a localização relativa de um gerador elétrico primário 110 em um gerador elétrico secundário 110, as velocidades rotacionais dos eixos, etc. Em vários aspectos, a frequência predefinida é definida em um valor alto (por exemplo, pelo menos 10 kHz) para reduzir desse modo as perdas durante a transferência sem fio de energia por meio do segundo eletroímã para o receptor ressonante 340.

[0070] No bloco 750, um receptor ressonante 340, que está disposto sobre uma superfície interna do invólucro 120, converte o terceiro campo magnético giratório 330 em uma saída de energia elétrica. Em vários aspectos, a saída de energia elétrica é uma quarta corrente (I4) provida como uma saída de energia elétrica de corrente alternada multifásica (AC), mas em outros aspectos, a saída elétrica pode ser uma corrente monofásica e/ou corrente direta (DC), dependendo das características de consumo de energia do veículo.

[0071] No bloco 760, o receptor ressonante 340 transfere a energia para um barramento elétrico para que ela seja usada e/ou armazenada pelo veículo. Em vários aspectos, o receptor ressonante 340 transfere uma saída de energia para o barramento por meio de uma unidade de controle de energia 350, a qual pode condicionar a energia, converter a energia de AC para DC (ou de DC para AC), reduzir ou aumenta o número de fases da energia, estabelece ou desfazer uma conexão elétrica com o barramento, aumentar ou diminuir a tensão da energia, aumentar ou diminuir a frequência da energia e similares.

[0072] O método 700 pode continuar durante o período em que o operador continuar girando os primeiro e segundo eixos.

[0073] Além disso, a descrição compreende exemplos de acordo com as seguintes cláusulas:

[0074] Cláusula 1. Um sistema, que compreende: um ímã permanente que emite um primeiro campo magnético e é disposto sobre um primeiro eixo-carretel de um motor de turbina; um primeiro enrolamento de armadura conectado a um segundo eixo-carretel do motor de turbina de modo que o primeiro enrolamento de armadura fique posicionado dentro do primeiro campo magnético; um enrolamento de campo principal disposto sobre o segundo eixo-carretel para que o enrolamento de campo principal possa gerar um segundo campo magnético que gira à medida que o primeiro eixo-carretel gira em relação ao segundo eixo-carretel; um segundo enrolamento de armadura disposto sobre o primeiro eixo-carretel, o segundo enrolamento de armadura sendo posicionado para receber o segundo campo magnético e prover um emissor ressonante com uma entrada de energia elétrica para gerar um terceiro campo magnético com pelo menos uma frequência predefinida quando o primeiro eixo-carretel girar em relação ao segundo eixo-carretel; e um receptor ressonante disposto sobre um invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.

[0075] Cláusula 2. Sistema de acordo com a cláusula 1, no qual o primeiro eixo-carretel é um eixo de pressão mais alta, no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira.

[0076] Cláusula 3. Sistema de acordo qualquer uma das cláusulas de 1 a 2, no qual o primeiro eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa, no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais alta, e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira.

[0077] Cláusula 4. Sistema de acordo qualquer uma das cláusulas de 1 a 3, que também compreende: um retificador disposto sobre o segundo eixo-carretel entre o primeiro enrolamento de armadura e o enrolamento de campo principal que converte a corrente alternada multifásica do primeiro enrolamento de armadura, gerada pelo primeiro campo magnético em uma entrada de energia elétrica para o enrolamento de campo principal gerar o segundo campo magnético.

[0078] Cláusula 5. Sistema de acordo qualquer uma das cláusulas de 1 a 4, que também compreende: um conversor de alta frequência disposto entre o segundo enrolamento de armadura e o emissor ressonante que provê a entrada de energia elétrica para o emissor ressonante em uma frequência mais alta do que o segundo campo magnético é recebido pelo segundo enrolamento de armadura,

[0079] no qual a frequência mais alta é maior que a diferença de velocidade rotacional entre o primeiro eixo-carretel e o segundo eixocarretel e é baseada na eficiência de transferência de energia entre o emissor ressonante e o receptor ressonante.

[0080] Cláusula 6. Sistema de acordo qualquer uma das cláusulas de 1 a 5, no qual a saída de energia elétrica inclui uma pluralidade de fases elétricas baseada em um número de fases definido no segundo enrolamento de armadura.

[0081] Cláusula 7. Sistema de acordo qualquer uma das cláusulas de 1 a 6, que também compreende uma unidade de controle de energia disposta no invólucro e conectada a um barramento de distribuição de energia de um veículo.

[0082] Cláusula 8. Um motor de turbina, que compreende: um invólucro, definindo: uma entrada de ar em uma extremidade a montante; uma seção de compressão a jusante da entrada de ar; uma seção de combustão a jusante da seção de compressão; uma seção de turbina a jusante da seção de combustão; e um exaustor em uma extremidade a jusante; um primeiro eixo acoplado a um primeiro compressor da seção de compressão e a uma primeira turbina da seção de turbina, no qual o primeiro eixo é configurado para girar em uma primeira velocidade rotacional; um segundo eixo acoplado a um segundo compressor da seção de compressão e a uma segunda turbina da seção de turbina e que se estende de modo coaxial com o primeiro eixo, no qual o segundo eixo é configurado para girar em uma segunda velocidade rotacional; um primeiro enrolamento de armadura, conectado a um dentre o primeiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente, emitindo um primeiro campo magnético que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura em uma velocidade rotacional diferencial que corresponde a uma diferença entre a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente no primeiro enrolamento de armadura; um primeiro eletroímã, conectado ao primeiro enrolamento de armadura, configurado para emitir um segundo campo magnético quando energizado pela primeira corrente; um segundo enrolamento de armadura, conectado ao outro dentre o primeiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã na velocidade rotacional diferencial e para ter uma segunda corrente induzida sobre o segundo enrolamento de armadura pelo segundo campo magnético; um emissor ressonante, conectado ao segundo enrolamento de armadura, configurado para gerar um terceiro campo magnético com pelo menos uma frequência predefinida quando energizado pela segunda corrente; e um receptor ressonante disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.

[0083] Cláusula 9. Motor de turbina de acordo com a cláusula 8, que também compreende: um terceiro eixo acoplado a um terceiro compressor da seção de compressão a jusante do primeiro compressor e do segundo compressor e a uma terceira turbina da seção de turbina a montante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é maior que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional.

[0084] Cláusula 10. Motor de turbina de acordo com a cláusula 9, que também compreende: um primeiro enrolamento de armadura secundário, conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente secundário, emitindo um primeiro campo magnético secundário que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário; um primeiro eletroímã secundário, conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário quando energizado pela primeira corrente secundária; um segundo enrolamento de armadura secundário, conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário; um emissor ressonante secundário, conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e um receptor ressonante secundário disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária.

[0085] Cláusula 11. Motor de turbina de acordo com a cláusula 8, que também compreende: um terceiro eixo acoplado a um terceiro compressor da seção de compressão a montante do primeiro compressor e do segundo compressor e com uma terceira turbina da seção de turbina a jusante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é menor que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional.

[0086] Cláusula 12. Motor de turbina de acordo com a cláusula 11, que também compreende: um primeiro enrolamento de armadura secundário, conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo; um ímã permanente secundário, emitindo um primeiro campo magnético secundário que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário; um primeiro eletroímã secundário, conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário quando energizado pela primeira corrente secundária; um segundo enrolamento de armadura secundário, conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário; um emissor ressonante secundário, conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e um receptor ressonante secundário disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária.

[0087] Cláusula 13. Motor de turbina de acordo com a cláusula 8, que também compreende: uma nacela, definindo uma câmara de fluxo de desvio no qual o invólucro é disposto; e um cabo de transferência, disposto na câmara de fluxo de desvio que se estende a partir do invólucro para conectar eletricamente o receptor ressonante a um barramento de distribuição de energia de um veículo.

[0088] Cláusula 14. Motor de turbina de acordo com a cláusula 13, que também compreende: uma unidade de controle de energia disposta dentro da câmara de fluxo de desvio fora do invólucro e que é eletricamente conectada entre o receptor ressonante e o cabo de transferência.

[0089] Cláusula 15. Motor de turbina de acordo com a cláusula 14, no qual o emissor ressonante também compreende: um enrolamento de armadura multifásico com um número predefinido de enrolamentos de fase, para emitir o terceiro campo magnético em um número de fases correspondente; e um conversor de alta frequência, localizado entre o enrolamento de armadura multifásico e o segundo enrolamento de armadura, configurado para duplicar a segunda corrente pelo menos para a frequência predefinida.

[0090] Cláusula 16. Um método, que compreende: girar um ímã permanente, emitindo um primeiro campo magnético, fixado a um primeiro eixo de um motor de turbina em torno do primeiro eixo e em relação a um segundo eixo do motor de turbina para induzir uma corrente alternada multifásica em um primeiro enrolamento de armadura disposto sobre o segundo eixo do motor de turbina; energizar, por meio da corrente alternada multifásica, um primeiro eletroímã disposto sobre o segundo eixo para gerar um segundo campo magnético; induzir, por meio do segundo campo magnético, uma corrente direta monofásica em um segundo enrolamento de armadura disposto sobre o primeiro eixo; energizar, através da corrente direta monofásica, um emissor ressonante para gerar um terceiro campo magnético igual ou maior que uma frequência predefinida; e converter o terceiro campo magnético durante rotação por meio de um receptor ressonante disposto sobre uma superfície interna de um invólucro do motor de turbina em uma saída de energia elétrica.

[0091] Cláusula 17. Método de acordo com a cláusula 16, que também compreende: transferir a saída de energia elétrica para um barramento elétrico de um veículo.

[0092] Cláusula 18. Um método, que compreende: afixar, em uma região de interface entre um primeiro eixo e um segundo eixo de um motor de turbina, um ímã permanente no primeiro eixo; afixar um primeiro conjunto de eixos-carretéis, que inclui um primeiro enrolamento de armadura e um primeiro eletroímã, ao segundo eixo para dispor o primeiro enrolamento de armadura dentro de um primeiro campo magnético emitido pelo ímã permanente; afixar um segundo conjunto de eixos-carretéis, que inclui um segundo enrolamento de armadura e um emissor ressonante, ao primeiro eixo-carretel em relação ao segundo conjunto de eixos-carretéis de modo que o segundo enrolamento de armadura seja posicionado em relação ao primeiro eletroímã para receber um segundo campo magnético quando girado em relação ao primeiro eletroímã; e afixar um receptor ressonante a uma superfície interna de um invólucro do motor de turbina em relação ao emissor ressonante para receber um terceiro campo magnético quando o emissor ressonante irradiar o terceiro campo magnético.

[0093] Cláusula 19. Método de acordo com a cláusula 18, no qual o segundo conjunto de eixos-carretéis inclui o ímã permanente e o segundo eixo é um eixo de pressão mais baixa que se projeta a partir do primeiro eixo na região de interface.

[0094] Na presente descrição, referência é feita a vários aspectos. No entanto, é válido observar que a presente invenção não se limita aos aspectos específicos que foram descritos. Em vez disso, qualquer combinação das características e elementos a seguir, estando ou não relacionados com diferentes aspectos, é contemplada para implementar e praticar os ensinamentos providos aqui. Além disso, quando os elementos dos aspectos são descritos na forma de “pelo menos um dentre A e B,” isso significa que os aspectos que incluem exclusivamente o elemento A, que incluem exclusivamente o elemento B e que incluem os elementos A e B são contemplados. Além disso, embora alguns aspectos possam apresentar vantagens em relação a outras soluções possíveis e/ou à técnica anterior, se uma vantagem particular é obtida ou não por um dado aspecto não é uma limitação da presente invenção. Desse modo, os aspectos, características e vantagens descritos aqui são meramente ilustrativos e não são considerados como elementos ou limitações das reivindicações em anexo, a menos que seja explicitamente mencionado em uma ou mais reivindicações. Do mesmo modo, referência feita ao termo “invenção” não deve ser interpretada como uma generalização de nenhum assunto inventivo descrito aqui nem deve ser considerado como um elemento ou limitação das reivindicações em anexo, a menos que seja explicitamente mencionado em uma ou mais reivindicações.

[0095] Conforme será compreendido por uma pessoa versada na técnica, os aspectos descritos aqui podem ser incorporados como um sistema, método ou produto do tipo programa de computador. Como consequência, os aspectos podem assumir a forma de um aspecto totalmente de hardware, um aspecto totalmente de software (que inclui firmware, software residente, microcódigo etc.) ou de um aspecto que combina aspectos de software e hardware, os quais podem ser todos referidos aqui de forma genérica como um “circuito,” “módulo” ou “sistema.” Além disso, os aspectos descritos aqui podem ter a forma de um produto do tipo programa de computador incorporado em um ou mais meios de armazenamento legível por computado que possui um código de programa legível por computador instalado em si.

[0096] Os aspectos da presente invenção foram descritos aqui com referência a ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco de métodos, aparelhos (sistemas) e produtos do tipo programa de computador de acordo com aspectos da presente invenção. É válido observar que cada bloco das ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco e combinações de blocos nas ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco, pode ser implementado por instruções de programa de computador. Essas instruções de programa de computador podem ser providas em um processador de um computador de propósito geral, um computador de propósito especial ou em outro aparelho de processamento de dados programáveis para produzir uma máquina, de modo que as instruções, que são executadas por meio do processador do computador ou de outro aparelho de processamento de dados programáveis, possam criar meios para implementar as funções/ações especificadas no(s) bloco(s) das ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco.

[0097] Esses instruções de programa de computador também podem ser armazenadas em um meio legível por computador capaz de fazer um computador, outro aparelho de processamento de dados programáveis, ou outro dispositivo para funcionar de uma maneira particular, para que as instruções armazenadas no meio legível por computador produzam um artigo de manufatura com instruções que implementam a função/ação especificada no(s) bloco(s) das ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco.

[0098] As instruções de programa de computador também podem ser carregadas em um computador, outro aparelho de processamento de dados programáveis, ou outro dispositivo para fazer com que uma série de etapas operacionais sejam executadas no computador, em outro aparelho programável ou em outro dispositivo para produzir um processo implementado por computador de modo que as instruções executadas no computador, em outro aparelho de processamento de dados programáveis ou em outro dispositivo forneçam processos para implementar as funções/ações especificadas no(s) bloco(s) das ilustrações de fluxograma e/ou diagramas em bloco.

[0099] As ilustrações de fluxograma e diagramas em bloco nas figuras ilustram a arquitetura, funcionalidade e operação de implementações possíveis de sistemas, métodos e produtos do tipo programa de computador de acordo com vários aspectos da presente invenção. Nesse sentido, cada bloco nas ilustrações de fluxograma ou diagramas em bloco pode representar um módulo, segmento, ou parte de um código, que compreende uma ou mais instruções executáveis para implementar uma ou mais funções lógicas especificadas. Também é válido notar que, em algumas implementações alternativas, as funções observadas no bloco podem ocorrer fora da ordem mostrada nas figuras. Por exemplo, dois blocos mostrados em sucessão podem, na verdade, ser executados de maneira substancialmente concomitante, ou às vezes os blocos podem ser executados na ordem inversa ou fora de ordem, dependendo da funcionalidade envolvida. Também é válido notar que cada bloco dos diagramas em bloco e/ou ilustrações de fluxograma, e combinações de blocos nos diagramas em bloco e/ou ilustrações de fluxograma, pode ser implementado por sistemas baseados em hardware de propósito especial que executam as funções ou ações especificadas, ou combinações de hardware de propósito especial e instruções de computador.

[00100] Embora a descrição supracitada tenha sido direcionada a alguns aspectos da presente invenção, outros aspectos podem ser concebidos sem desvio do escopo básico da mesma, o qual é determinado pelas reivindicações que se seguem.

Claims

Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende:
um ímã permanente (210) que emite um primeiro campo magnético (310) e é disposto sobre um primeiro eixo-carretel (160) de um motor de turbina (100);
um primeiro enrolamento de armadura (230) conectado a um segundo eixo-carretel (160) do motor de turbina de modo que o primeiro enrolamento de armadura fique posicionado dentro do primeiro campo magnético;
um enrolamento de campo principal (240) disposto sobre o segundo eixo-carretel para que o enrolamento de campo principal possa gerar um segundo campo magnético (320) que gira à medida que o primeiro eixo-carretel gira em relação ao segundo eixo-carretel;
um segundo enrolamento de armadura (250) disposto sobre o primeiro eixo-carretel, o segundo enrolamento de armadura sendo posicionado para receber o segundo campo magnético e prover um emissor ressonante (260) com uma entrada de energia elétrica para gerar um terceiro campo magnético (330) com pelo menos uma frequência predefinida quando o primeiro eixo-carretel girar em relação ao segundo eixo-carretel; e
um receptor ressonante (340) disposto sobre um invólucro (120) do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo-carretel é um eixo de pressão mais alta (220A), no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa (220B), e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira.
Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo-carretel é um eixo de pressão mais baixa (220B), no qual o segundo eixo-carretel é um eixo de pressão mais alta (220A), e no qual o eixo de pressão mais alta gira em uma primeira velocidade que é maior que uma segunda velocidade na qual o eixo de pressão mais baixa gira.
Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que também compreende:
um retificador (430) disposto sobre o segundo eixo-carretel entre o primeiro enrolamento de armadura e o enrolamento de campo principal que converte a corrente alternada multifásica do primeiro enrolamento de armadura, gerada pelo primeiro campo magnético em uma entrada de energia elétrica para o enrolamento de campo principal gerar o segundo campo magnético.
Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que também compreende:
um conversor de alta frequência (520) disposto entre o segundo enrolamento de armadura e o emissor ressonante que provê a entrada de energia elétrica para o emissor ressonante em uma frequência mais alta do que o segundo campo magnético é recebido pelo segundo enrolamento de armadura,
no qual a frequência mais alta é maior que a diferença de velocidade rotacional entre o primeiro eixo-carretel e o segundo eixocarretel e é baseada na eficiência de transferência de energia entre o emissor ressonante e o receptor ressonante.
Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a saída de energia elétrica inclui uma pluralidade de fases elétricas baseada em um número de fases definido no segundo enrolamento de armadura.
Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que também compreende uma unidade de controle de energia (350) disposta no invólucro e conectado a um barramento de distribuição de energia de um veículo.
Motor de turbina (100), caracterizado pelo fato de que compreende um invólucro (120), definindo:
uma entrada de ar (121) em uma extremidade a montante;
uma seção de compressão (122) a jusante da entrada de ar;
uma seção de combustão (123) a jusante da seção de compressão;
uma seção de turbina (124) a jusante da seção de combustão; e
um exaustor (125) em uma extremidade a jusante;
um primeiro eixo (160) acoplado a um primeiro compressor (170) da seção de compressão e com uma primeira turbina (180) da seção de turbina, no qual o primeiro eixo é configurado para girar em uma primeira velocidade rotacional;
um segundo eixo (160) acoplado a um segundo compressor (170) da seção de compressão e com uma segunda turbina (180) da seção de turbina e que se estende de modo coaxial com o primeiro eixo, no qual o segundo eixo é configurado para girar em uma segunda velocidade rotacional;
um primeiro enrolamento de armadura (230), conectado a um dentre o primeiro eixo e o segundo eixo;
um ímã permanente (210), emitindo um primeiro campo magnético (310) que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura em uma velocidade rotacional diferencial que corresponde a uma diferença entre a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente no primeiro enrolamento de armadura;
um primeiro eletroímã (240), conectado ao primeiro enrolamento de armadura, configurado para emitir um segundo campo magnético (320) quando energizado pela primeira corrente;
um segundo enrolamento de armadura (250), conectado ao outro dentre o primeiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã na velocidade rotacional diferencial e para ter uma segunda corrente induzida sobre o segundo enrolamento de armadura pelo segundo campo magnético;
um emissor ressonante (260), conectado ao segundo enrolamento de armadura, configurado para gerar um terceiro campo magnético (330) com pelo menos uma frequência predefinida quando energizado pela segunda corrente; e
um receptor ressonante (340) disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético e converter o terceiro campo magnético em uma saída de energia elétrica.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que também compreende:
um terceiro eixo (160C) acoplado a um terceiro compressor (170C) da seção de compressão a jusante do primeiro compressor e do segundo compressor e com uma terceira turbina (180C) da seção de turbina a montante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é maior que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que também compreende:
um primeiro enrolamento de armadura secundário (230), conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo;
um ímã permanente secundário (210), emitindo um primeiro campo magnético secundário (310) que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário;
um primeiro eletroímã secundário (240), conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário (320) quando energizado pela primeira corrente secundária;
um segundo enrolamento de armadura secundário (250), conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário;
um emissor ressonante secundário (260), conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário (330) com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e
um receptor ressonante secundário (340) disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que também compreende:
um terceiro eixo (160) acoplado a um terceiro compressor (170) da seção de compressão a montante do primeiro compressor e do segundo compressor e com uma terceira turbina (180) da seção de turbina a jusante da primeira turbina e da segunda turbina, no qual o terceiro eixo se estende de modo coaxial até o segundo eixo, e é configurado para girar em uma terceira velocidade rotacional que é menor que a primeira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 11 caracterizado pelo fato de que também compreende:
um primeiro enrolamento de armadura secundário (230), conectado a um dentre o terceiro eixo e o segundo eixo;
um ímã permanente secundário (210), emitindo um primeiro campo magnético secundário (310) que é configurado para girar em relação ao primeiro enrolamento de armadura secundário em uma velocidade rotacional diferencial secundária que corresponde a uma diferença secundária entre a terceira velocidade rotacional e a segunda velocidade rotacional e para induzir uma primeira corrente secundária no primeiro enrolamento de armadura secundário;
um primeiro eletroímã secundário (240), conectado ao primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para emitir um segundo campo magnético secundário (320) quando energizado pela primeira corrente secundária;
um segundo enrolamento de armadura secundário (250), conectado ao outro dentre o terceiro eixo e o segundo eixo que é diferente do primeiro enrolamento de armadura secundário, configurado para girar em relação ao primeiro eletroímã secundário na velocidade rotacional diferencial secundária e para ter uma segunda corrente secundária induzida sobre o segundo enrolamento de armadura secundário pelo segundo campo magnético secundário;
um emissor ressonante secundário (260), conectado ao segundo enrolamento de armadura secundário, configurado para gerar um terceiro campo magnético secundário (330) com pelo menos uma frequência predefinida secundária quando energizado pela segunda corrente secundária; e
um receptor ressonante secundário (340) disposto sobre o invólucro do motor de turbina, posicionado para receber o terceiro campo magnético secundário e converter o terceiro campo magnético secundário em uma saída de energia elétrica secundária.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que também compreende:
uma nacela (130), definindo uma câmara de fluxo de desvio (131) no qual o invólucro é disposto; e
um cabo de transferência (140), disposto na câmara de fluxo de desvio que se estende a partir do invólucro para conectar eletricamente o receptor ressonante a um barramento de distribuição de energia de um veículo
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que também compreende:
uma unidade de controle de energia (350) disposta dentro da câmara de fluxo de desvio fora do invólucro e que é eletricamente conectado entre o receptor ressonante e o cabo de transferência.
Motor de turbina de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o emissor ressonante também compreende:
um enrolamento de armadura multifásico com um número predefinido de enrolamentos de fase (540), para emitir o terceiro campo magnético em um número de fases correspondente; e
um conversor de alta frequência (520), localizado entre o enrolamento de armadura multifásico e o segundo enrolamento de armadura, configurado para duplicar a segunda corrente pelo menos para a frequência predefinida.