BR112014023183B1

BR112014023183B1 - Motor gerador elétrico; método de produção de tensão cc; e método de produzir um movimento radial de um eixo longitudinal

Info

Publication number: BR112014023183B1
Application number: BR112014023183-4A
Authority: BR
Inventors: Fred E. Hunstable
Original assignee: Linear Labs, Inc
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2021-09-08
Also published as: IN2014DN08335A; KR102150817B1; US20150001976A1; US9419483B2; US20180331593A1; US20220190661A1; AU2013235132B2; AU2013235132A1; EP2828962A2; JP2015511115A; KR20190131141A; CA2881979C; US9825496B2; CN104285366A; KR102048601B1; KR20140142295A; EP2828962B1; JP6223418B2; WO2013142629A2; US20130249343A1

Abstract

motor gerador elétrico; método de produção de tensão cc; e método de produzir um movimento radial de um eixo longitudinal. a presente revelação refere-se de modo geral a um motor/gerador elétrico novo e melhorado e, em particular, a um sistema e método melhorados para produzir um movimento giratório de um motor eletromagnético ou gerar uma potência elétrica de uma entrada de movimento giratório concentrando-se forças magnéticas devido a eletromagnetismo ou configurações geométricas.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício da data de depósito do Pedido de Patente Provisório no de Série U.S. 61/613.022, depositado em 20 de março de 2012, intitulado “An Improved Electric Motor Generator”, cuja revelação está incorporada no presente documento a título de referência para todas as finalidades. Este pedido se refere, ainda, a um Pedido U.S. intitulado “AN IMPROVED DC ELECTRIC MOTOR /GENERATOR WITH ENHANCED PERMANENT MAGNET FLUX DENSITIES” depositado em 20 de março de 2013, cuja revelação também está incorporada a título de referência para todas as finalidades.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A invenção refere-se, de modo geral, a um motor elétrico/gerador novo e melhorado e, em particular, a um sistema e método melhorados para produzir movimento giratório a partir de um motor eletromagnético ou gerar potência elétrica a partir de uma entrada de movimento giratório.

INFORMAÇÕES ANTECEDENTES

[003] Motores elétricos usam energia elétrica para produzir energia mecânica, muito tipicamente através da interação de campos magnéticos e condutores de transporte de corrente. A conversão de energia elétrica em energia mecânica por meios eletromagnéticos foi demonstrada pela primeira vez pelo cientista britânico Michael Faraday em 1821 e posteriormente quantificada através do trabalho de Hendrik Lorentz.

[004] Um campo magnético é gerado quando transportadores de carga elétrica tais como elétrons se movem através do espaço ou dentro de um condutor elétrico. Os formatos geométricos das linhas de fluxo magnético produzidos movendo-se transportadores de carga (corrente elétrica) são semelhantes aos formatos das linhas de fluxo em um campo eletroestático. O fluxo magnético passa através da maior parte dos metais com pouco ou nenhum efeito, com determinadas exceções, notavelmente ferro e níquel. Esses dois metais, e ligas e misturas que contém os mesmos, são conhecidos como materiais ferromagnéticos visto que concentram linhas magnéticas de fluxo. Áreas de maior resistência de campo ou concentração de fluxo são conhecidas como polos magnéticos.

[005] Em um motor elétrico tradicional, um núcleo central de material de transporte de corrente embalado firmemente cria polos magnéticos (conhecidos como o rotor) que roda ou gira em alta velocidade entre os polos fixos de um ímã (conhecidos como o estator) quando uma corrente elétrica é aplicada. O núcleo central é tipicamente acoplado a um eixo que também girará com o rotor. O eixo pode ser usado para acionar engrenagens e rodas em uma máquina rotatória e/ou converter movimento rotacional em uma linha reta.

[006] Geradores são normalmente baseados no princípio de indução eletromagnética, o qual foi descoberto por Michael Faraday em 1831. Faraday descobriu que quando um material de condução elétrica (tal como cobre) é movido através de um campo magnético (ou vice versa), uma corrente elétrica começará a fluir através daquele material. Esse efeito eletromagnético induz a tensão ou corrente elétrica aos condutores em movimento.

[007] Dispositivos de geração de corrente potência dispositivos tais como alternador rotatório/geradores e alternadores lineares dependem da descoberta de Faraday para produzir potência. De fato, geradores giratórios são essencialmente quantidades bastante grandes de fios girando ao redor do interior de ímãs bastante grandes. Nessa situação, as bobinas de fio são chamadas de armadura visto que estão se movendo com relação aos ímãs estacionários (que são chamados de estatores). Tipicamente, o componente móvel é chamado de armadura e os componentes estacionários são chamados de estator ou estatores.

[008] Motores e geradores usados atualmente produzem ou utilizam uma tensão sinusoidal variável com o tempo. Essa forma de onda é inerente à operação desses dispositivos.

[009] Na maior parte dos motores convencionais, tanto lineares quanto giratórios, uma potência suficiente da polaridade apropriada precisa ser pulsada no momento certo para suprir uma força oposta (ou de atração) em cada segmento de polo para produzir um torque particular. Em motores convencionais, em qualquer instante determinado apenas uma porção das peças de polo de bobina está ativamente suprindo torque.

[010] Com motores convencionais uma corrente elétrica pulsada de magnitude suficiente precisa ser aplicada para produzir um determinado torque/ cavalo-potência. A saída e eficiência de cavalo-potência é, então, uma função de projeto, potência de entrada elétrica mais perdas.

[011] Com geradores convencionais, uma corrente elétrica é produzida quando o rotor é girado. A potência gerada é uma função da resistência do fluxo, tamanho do condutor, número de peças de polo e velocidade em RPM. Entretanto, a saída é uma saída sinusoidal com as mesmas perdas conforme mostrado em motores elétricos convencionais.

[012] Um motor/gerador linear convencional, por outro lado, pode ser visualizado como um motor elétrico/gerador típico que foi cortado, aberto e desembalado. O "estator" é configurado na forma de um trilho de bobinas planas produzidas a partir de alumínio ou cobre e é conhecido como o "primário" de um motor linear. O "rotor" assume a forma de uma plataforma móvel conhecida como o "secundário". Quando a corrente é ligada, o secundário desliza após o primário apoiado e impulsionado por um campo magnético. Um gerador linear funcionada da mesma maneira, mas a potência mecânica fornece a força para mover o rotor ou secundário após os campos magnéticos.

[013] Em geradores e motores tradicionais, os campos magnéticos pulsados que variam com o tempo produzem efeitos indesejados e perdas, isto é, perdas por Histerese de Ferro, Força Eletromotriz Inversa, retorno indutor, correntes parasitas, correntes de arranque, ondulação de torque, perdas de calor, desbaste, perdas de escova, alto desgaste em projetos escovados, perdas de comutação e vibração magnética de ímãs permanentes. Em muitos casos, controladores complexos são usados no lugar de comutação mecânica para lidar com alguns desses efeitos.

[014] Em motores e geradores que utilizam ímãs permanentes é desejável aumentar as densidades de fluxo magnético para alcançar uma operação mais eficiente. A maior parte dos motores/geradores de ímã permanente usados atualmente dependem de ímãs permanentes tais como ímãs de Neodímio. Esses ímãs são os mais fortes dos materiais magnéticos produzidos pelo ser humano. Devido ao valor estratégico dos mesmos para indústria, e aos altos custos, é desejável aumentar as densidades de fluxo sem depender de uma inovação em composição de material desses ímãs ou da fabricação de tamanhos e formatos de ímã de propósito especial de alta densidade.

[015] Em motores ou geradores, alguma forma de energia aciona a rotação e/ou movimento do rotor. Conforme a energia se torna mais escassa e custosa, são necessários motores e geradores mais eficientes para reduzir os custos de energia.

SUMÁRIO

[016] Em reposta a esses e outros problemas, são apresentadas várias modalidades reveladas neste pedido, que incluem métodos e sistemas para aumentar a densidade de fluxo através da manipulação de ímã permanente. Especificamente, métodos e sistemas para aumentar a densidade de fluxo que utilizam tamanhos e formatos comercialmente disponíveis que podem ser escolhidos com base no custo mais baixo em vez de com base na densidade de fluxo. São descritos, ainda, métodos de produção de potência mecânica movendo-se uma/s bobina/s acoplada/s a um núcleo para o interior de um conjunto de ímã com uma densidade de fluxo aumentada ou produzindo-se uma potência de saída elétrica quando as bobinas são mecanicamente forçadas através do conjunto magnético com uma densidade de fluxo aumentada. Em determinados aspectos, dentro do cilindro magnético ou conjunto de ímã, linhas de fluxo magnético são criadas e aumentadas através da configuração de ímãs permanentes ou eletroímãs e são confinadas dentro do cilindro magnético ou do conjunto de ímã até sair em locais predeterminados locais.

[017] Em determinadas modalidades, há um aparelho ou reivindicações de sistema para produzir tensão, por exemplo, pode haver:

[018] Um sistema para gerar tensão CC elétrica caracterizado por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética que compreende uma pluralidade empilhada de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, um meio para acoplar o segmento de bobina a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina é movido na área de concentração, um meio para produzir uma tensão no segmento de bobina à medida que uma pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética é comprimida e um meio para remover a tensão do segmento de bobina.

[019] Pode haver, ainda, o sistema acima caracterizado adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética, um meio para acoplar o segmento de bobina adicional a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina adicional é movido na área de concentração adicional, um meio para produzir uma tensão adicional no segmento de bobina adicional à medida que uma pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética é comprimida e um meio para remover a tensão do segmento de bobina.

[020] Pode haver, ainda, os sistemas acima em que o sistema é caracterizado adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético adicional posicionado longitudinalmente fora do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional dentro do cilindro magnético adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, um meio para acoplar um segmento de bobina adicional posicionado dentro do cilindro adicional a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina adicional é movido na área de concentração adicional, um meio para produzir uma corrente adicional no segmento de bobina adicional à medida que uma pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional é comprimida e um meio para remover a tensão adicional do segmento de bobina adicional.

[021] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético adicional para criar uma segunda área de concentração magnética adicional que compreende uma segunda pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a segunda área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética adicional, um meio para acoplar um segundo segmento de bobina adicional posicionado dentro do cilindro adicional ao eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segundo segmento de bobina adicional é movido na segunda área de concentração adicional, um meio para produzir uma segunda tensão adicional no segundo segmento de bobina adicional à medida que uma pluralidade de forças de fluxo dentro da segunda área de concentração magnética adicional é comprimida e um meio para remover a segunda tensão adicional do segundo segmento de bobina adicional.

[022] Contudo, pode haver, ainda, um sistema ou reivindicações de aparelho para produzir potência mecânica, por exemplo, um sistema para produzir movimento radial de um eixo, sendo que o sistema é caracterizado por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética que compreende uma pluralidade empilhada de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, um meio para mover radialmente um segmento de bobina na área de concentração magnética, um meio para aplicar uma corrente ao segmento de bobina para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética, um meio para criar uma força magnética repulsiva no segmento de bobina para mover o segmento de bobina para fora da área de concentração magnética e um meio para acoplar o segmento de bobina a um eixo longitudinal de modo que conforme o segmento de bobina se move para fora da área de concentração, o eixo gira de maneira radial.

[023] Pode haver, ainda, o sistema acima caracterizado adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética, um meio para mover radialmente um segmento de bobina adicional na área de concentração magnética adicional, um meio para aplicar uma corrente adicional ao segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional, um meio para criar uma força magnética repulsiva adicional no segmento de bobina adicional para mover o segmento de bobina adicional para fora da área de concentração adicional e um meio para acoplar o segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que conforme o segmento de bobina adicional se move para fora da área de concentração adicional, o segmento de bobina adicional contribui para a rotação de eixo radial.

[024] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético adicional posicionado longitudinalmente fora do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, um meio para mover radialmente um segmento de bobina adicional na área de concentração magnética adicional, um meio para aplicar uma corrente adicional ao segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade adicional de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional, um meio para criar uma força magnética repulsiva adicional no segmento de bobina adicional para mover o segmento de bobina adicional para fora da área de concentração magnética adicional e um meio para acoplar o segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que conforme o segmento de bobina adicional move para fora da área de concentração adicional, o segmento de bobina adicional contribui para a rotação de eixo radial.

[025] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: um meio para concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético adicional para criar uma segunda área de concentração magnética adicional que compreende uma segunda pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a segunda área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética adicional, um meio para mover radialmente um segundo segmento de bobina adicional na segunda área de concentração magnética adicional, um meio para aplicar uma segunda corrente adicional ao segundo segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da segunda área de concentração magnética adicional, um meio para criar uma segunda força magnética repulsiva adicional no segundo segmento de bobina adicional para mover o segundo segmento de bobina adicional para fora da segunda área de concentração adicional e um meio para acoplar o segundo segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que à medida que o segundo segmento de bobina adicional se move para fora da segunda área de concentração adicional, o segundo segmento de bobina adicional contribua para a rotação de eixo radial.

[026] São revelados, ainda, meios de criação da área de concentração, que pode incluir os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: um meio para posicionar um imã longitudinal dentro do cilindro magnético de modo que o ímã longitudinal tenha um eixo geométrico longitudinal que é paralelo a um eixo geométrico longitudinal do eixo e que os polos do imã longitudinal sejam transversais ao eixo geométrico longitudinal do eixo, um meio para posicionar um primeiro imã transversal dentro do cilindro magnético de modo que os polos do primeiro imã transversal sejam paralelos ao eixo geométrico longitudinal do eixo, um meio para posicionar um segundo imã transversal dentro do cilindro magnético de modo que os polos do segundo imã transversal sejam paralelos ao eixo geométrico longitudinal do eixo, de modo que todos os polos magnéticos polarizados semelhantemente fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[027] Pode haver, ainda, o sistema acima caracterizado adicionalmente por: um primeiro imã posicionado dentro do cilindro magnético, um segundo imã posicionado dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro e do segundo imã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[028] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: em que o meio para concentrar é caracterizado adicionalmente por um terceiro imã posicionado dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente ao primeiro imã, do segundo imã e do terceiro imã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[029] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente pelo fato de que: o meio para concentrar é caracterizado adicionalmente por posicionar imãs adicionais dentro do cilindro magnético, de modo que polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro imã, do segundo imã e do terceiro imã e os imãs adicionais sejam posicionados de modo que os polos magnéticos polarizados de uma pluralidade de imãs adicionais fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[030] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente pelo fato de que o meio para concentrar é caracterizado adicionalmente por um imã eletromagnético posicionado dentro do cilindro magnético para produzir a área de concentração magnética.

[031] Pode haver, ainda, os sistemas acima caracterizados adicionalmente por: um primeiro imã posicionado dentro do cilindro magnético, um segundo imã posicionado dentro do cilindro magnético, um núcleo de ferro que acopla o primeiro imã ao segundo imã e posicionado entre o primeiro imã e o segundo imã, um material condutor embalado ao redor do núcleo de ferro e um meio para aplicar uma corrente ao material condutor para produzir uma área de concentração magnética.

[032] São reveladas, ainda, reivindicações de método para produzir tensão CC, tal como um método de produção de tensão CC, sendo que o método é caracterizado por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética que compreende uma pluralidade empilhada de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, acoplar o segmento de bobina a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina seja movido na área de concentração, produzir uma tensão no segmento de bobina à medida que a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética é comprimida e remover a tensão do segmento de bobina.

[033] Os métodos das reivindicações acima são caracterizados adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética, acoplar o segmento de bobina adicional a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina adicional seja movido na área de concentração adicional, produzir uma tensão adicional no segmento de bobina adicional à medida que a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética é comprimida e remover a tensão do segmento de bobina.

[034] Os métodos das reivindicações acima em que o método é caracterizado adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético adicional posicionado longitudinalmente fora do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional dentro do cilindro magnético adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, acoplar um segmento de bobina adicional posicionado dentro do cilindro adicional a um eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segmento de bobina adicional seja movido na área de concentração adicional, produzir uma tensão adicional no segmento de bobina adicional à medida que a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional é comprimida e remover a tensão adicional do segmento de bobina adicional.

[035] Os métodos das reivindicações acima são caracterizados adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético adicional para criar uma segunda área de concentração magnética adicional que compreende uma segunda pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a segunda área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética adicional, acoplar um segundo segmento de bobina adicional posicionado dentro do cilindro adicional ao eixo longitudinal de modo que, conforme o eixo longitudinal gira, o segundo segmento de bobina adicional seja movido na segunda área de concentração adicional, produzir uma segunda tensão adicional no segundo segmento de bobina adicional à medida que a pluralidade de forças de fluxo dentro da segunda área de concentração magnética adicional é comprimida e remover a segunda tensão adicional do segundo segmento de bobina adicional.

[036] Além disso, pode haver métodos para produzir CC potência mecânica tais como um método de produção de um movimento radial de um eixo, sendo que o método é caracterizado por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética que compreende uma pluralidade empilhada de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, mover radialmente um segmento de bobina na área de concentração magnética, aplicar uma corrente ao segmento de bobina para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética, criar uma força magnética repulsiva no segmento de bobina para mover o segmento de bobina para fora da área de concentração magnética e acoplar o segmento de bobina a um eixo longitudinal de modo que à medida que o segmento de bobina se move para fora da área de concentração, o eixo gire de maneira radial.

[037] Os métodos das reivindicações acima são caracterizados adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética, mover radialmente um segmento de bobina adicional na área de concentração magnética adicional, aplicar uma corrente adicional ao segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional, criar uma força magnética repulsiva adicional no segmento de bobina adicional para mover o segmento de bobina adicional para fora da área de concentração adicional e acoplar o segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que, à medida que o segmento de bobina adicional se move para fora da área de concentração adicional, o segmento de bobina adicional contribua para a rotação de eixo radial.

[038] Os métodos das reivindicações acima caracterizados adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial de um cilindro magnético adicional posicionado longitudinalmente fora do cilindro magnético para criar uma área de concentração magnética adicional que compreende uma pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente, mover radialmente um segmento de bobina adicional na área de concentração magnética adicional, aplicar uma corrente adicional ao segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade adicional de forças de fluxo dentro da área de concentração magnética adicional, criar uma força magnética repulsiva adicional no segmento de bobina adicional para mover o segmento de bobina adicional para fora da área de concentração magnética adicional, e acoplar o segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que as o segmento de bobina adicional moves para fora da área de concentração adicional, o segmento de bobina adicional contribui para a rotação de eixo radial.

[039] Os métodos das reivindicações acima são caracterizados adicionalmente por: concentrar forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente ao redor de uma porção circunferencial adicional do cilindro magnético adicional para criar uma segunda área de concentração magnética adicional que compreende uma segunda pluralidade empilhada adicional de forças de fluxo magnético polarizadas semelhantemente em que a segunda área de concentração magnética adicional é posicionada radialmente fora da área de concentração magnética adicional, mover radialmente um segundo segmento de bobina adicional na segunda área de concentração magnética adicional, aplicar uma segunda corrente adicional ao segundo segmento de bobina adicional para mudar a pluralidade de forças de fluxo dentro da segunda área de concentração magnética adicional, criar uma segunda força magnética repulsiva adicional no segundo segmento de bobina adicional para mover o segundo segmento de bobina adicional para fora da segunda área de concentração adicional e acoplar o segundo segmento de bobina adicional ao eixo longitudinal de modo que, à medida que o segundo segmento de bobina adicional se move para fora da segunda área de concentração adicional, o segundo segmento de bobina adicional contribui para a rotação de eixo radial.

[040] Conforme o supracitado pode haver, ainda, métodos de criação da área de concentração, tais como os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por: posicionar um imã longitudinal dentro do cilindro magnético, de modo que o ímã longitudinal tenha um eixo geométrico longitudinal que é paralelo a um eixo geométrico longitudinal do eixo e que os polos do imã longitudinal sejam transversais ao eixo geométrico longitudinal do eixo; posicionar um primeiro imã transversal dentro do cilindro magnético, de modo que os polos do primeiro imã transversal sejam paralelos ao eixo geométrico longitudinal do eixo; posicionar um segundo imã transversal dentro do cilindro magnético de modo que os polos do segundo imã transversal sejam paralelos ao eixo geométrico longitudinal do eixo, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente fiquem todos voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[041] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por: posicionar um primeiro imã dentro do cilindro magnético e posicionar um segundo imã dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro e do segundo imã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[042] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar um terceiro imã dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro imã, do segundo imã e do terceiro imã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[043] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar um quarto imã dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro imã, do segundo imã, do terceiro imã e do quarto imã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[044] Os métodos das reivindicações acima caracterizados adicionalmente pelo fato de que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar um quinto imã dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro imã, do segundo imã, do terceiro imã, do quarto imã e do quinto ímã fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[045] Os métodos das reivindicações acima caracterizados adicionalmente pelo fato de que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar imãs adicionais dentro do cilindro magnético, de modo que os polos magnéticos polarizados semelhantemente do primeiro imã e dos polos magnéticos polarizados de uma pluralidade de imãs adicionais fiquem voltados em direção a uma área para produzir a área de concentração magnética.

[046] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar um imã eletromagnético dentro do cilindro magnético para produzir a área de concentração magnética.

[047] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por: posicionar um primeiro imã dentro do cilindro magnético; posicionar um segundo imã dentro do cilindro magnético; posicionar um núcleo de ferro entre o primeiro imã e o segundo imã; posicionar um material condutor ao redor do núcleo de ferro; e aplicar uma corrente ao material condutor para produzir uma área de concentração magnética.

[048] Os métodos das reivindicações acima em que a concentração é caracterizada adicionalmente por posicionar um ou mais núcleos de ferro ou metais semelhantes dentro do cilindro magnético para auxiliar na produção da área de concentração magnética.

[049] Em determinados aspectos apresentados no presente documento, uma corrente CC não sinusoidal ou não pulsante é aplicada aos terminais de potência, o que produz uma força de Lorentz em cada comprimento do condutor de bobina. Essa força é aplicada continuamente ao longo de toda a rotação do cubo de rotor sem variações em amplitude ou interrupções na potência de saída. Não há peças de polo para fornecer repulsão ou atração magnética, portanto não qualquer ondulação de torque, inversões de polaridade ou interrupções da saída de potência enquanto os polos estão no processo de reversão, produzindo uma saída mais eficiente do que motores tradicionais.

[050] Quando determinados aspectos das modalidades reveladas são usados como um gerador, uma corrente CC não sinusoidal ou não pulsante é produzida nos terminais de potência. Uma força de Lorentz em cada comprimento do condutor de bobina e através de todas as bobinas induz um fluxo de corrente de saída. Essa saída é suprida continuamente ao longo de toda a rotação do cubo de rotor sem variações em amplitude, inversões de polaridade ou interrupções na potência de saída. Não há peças de polo para fornecer repulsão ou atração magnética que produza uma saída de corrente de modo mais eficiente que geradores tradicionais.

[051] Determinados aspectos da revelação reduzem ou eliminam os efeitos indesejados e perdas dos geradores e motores tradicionais discutidos acima, incluindo perdas por Histerese de Ferro, Força Eletromotriz Inversa, retorno indutor, correntes parasitas, correntes de arranque, ondulação de torque, perdas de calor, desbaste, perdas de escova, faísca, alto desgaste em projetos escovados, perdas de comutação e vibração magnética de ímãs permanentes.

[052] Esses e outros recursos e vantagens serão entendidos mais claramente a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com os desenhos anexos.

[053] É importante notar que os desenhos não são destinados a representar o único aspecto da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[054] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um cilindro magnético toroidal que ilustra porções "planas" representativas de trajetórias fluxo magnético dentro de e ao redor do cilindro com um núcleo de ferro.

[055] A Figura 2a é uma vista em corte parcial e isométrica de um cilindro magnético toroidal da Figura 1.

[056] A Figura 2b é uma vista parcial detalhada em corte do cilindro magnético toroidal da Figura 1a que ilustra as paredes de fluxo ou campos magnéticos planos gerados dentro do cilindro interior.

[057] A Figura 3 é uma vista isométrica conceitualizada de um conjunto de cubo de rotor.

[058] A Figura 4 é uma vista isométrica conceitualizada de um conjunto de cubo de rotor com uma bobina posicionada no conjunto de rotor.

[059] A Figura 5 é uma vista em corte lateral conceitualizada de um conjunto de motor elétrico/gerador que usa o conjunto de cubo de rotor que ilustra a configuração do conjunto de escova de anel de deslizamento único segmentado e terminais de potência.

[060] A Figura 6 é uma vista em corte longitudinal conceitualizada do conjunto de motor elétrico/gerador da Figura 5.

[061] A Figura 7 é uma vista em corte lateral que ilustra uma modalidade de um sistema de acoplamento entre uma porção das bobinas e os segmentos de anel de deslizamento que pode ser usado com o motor elétrico/gerador da Figura 5.

[062] A Figura 8a é uma vista isométrica de um anel magnético.

[063] A Figura 8b é uma vista isométrica detalhada de uma porção de uma modalidade alternativa de um anel magnético.

[064] A Figura 8c é uma vista isométrica detalhada de uma porção de uma modalidade alternativa de um anel magnético.

[065] A Figura 8d é uma vista isométrica detalhada de uma porção de uma modalidade alternativa de um anel magnético.

[066] Figura 9a é uma vista explodida isométrica de um conjunto de bobina cilíndrica magnética.

[067] A Figura 9b é uma vista isométrica do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 9a.

[068] A Figura 9c é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 9a posicionado dentro de um conjunto de motor/gerador.

[069] A Figura 9d é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 9a dentro do conjunto de motor/gerador da Figura 9c que mostra um sistema de escova acoplado eletricamente a várias bobinas do conjunto de bobina cilíndrica magnética.

[070] A Figura 10a é uma vista em corte de um conjunto de motor/gerador alternativo quando um segmento de bobina não está em um estado energizado.

[071] A Figura 10b é uma vista em corte do conjunto de motor/gerador da Figura 10a quando o segmento de bobina está em um estado energizado.

[072] A Figura 11a é uma vista isométrica de um conjunto de bobina cilíndrica magnética montado alternativo.

[073] A Figura 11b é uma vista isométrica longitudinal em corte do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 10a posicionado dentro de um conjunto de motor/gerador alternativo.

[074] A Figura 11c é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 10a dentro do conjunto de motor/gerador da Figura 10b.

[075] A Figura 11d é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado da Figura 10a dentro do conjunto de motor/gerador da Figura 10b que mostra um sistema de escova acoplado eletricamente a várias bobinas do conjunto de bobina cilíndrica magnética.

[076] A Figura 12 é uma vista em corte longitudinal de um conjunto de bobina cilíndrica magnética alternativo posicionado dentro de um conjunto de motor/gerador.

[077] As Figuras 13a e 13b ilustram um conjunto de ímã de eletroímã híbrido que pode ser usado no lugar de ímãs convencionais nos vários cilindros magnéticos discutidos dentro desta revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[078] Exemplos específicos de componentes, sinais, mensagens, protocolos e disposições são descritos abaixo para simplificar a presente revelação. Evidentemente, esses são meramente exemplos, e não são destinados a limitar a invenção do que é descrito nas reivindicações. Elementos bem conhecidos são apresentados sem uma descrição detalhada para não dificultar a presente invenção com detalhes desnecessários. Na maior parte, os detalhes desnecessários para obter um entendimento completo da presente invenção foram omitidos visto que tais detalhes são abrangidos pelas habilidades dos indivíduos de habilidade comum na técnica relevante. Detalhes relacionais a um conjunto de circuitos de controle, suprimentos de potência ou um conjunto de circuitos usado para energizar determinados componentes ou elementos descritos no presente documento são omitidos, visto que tais detalhes são abrangidos pela habilidade de indivíduos de habilidade comum na técnica relevante.

[079] Quando direções, tais como superior, inferior, topo, fundo, sentido horário ou sentido anti- horário são discutidos nesta revelação, tais direções são destinadas a suprir apenas direções de referência para as Figuras ilustradas e para a orientação de componentes nas Figuras. As direções não devem ser lidas como se representassem direções reais usadas em qualquer invenção ou uso real resultante. Sob nenhuma circunstância, tais direções devem ser lidas como se limitassem ou transmitisse qualquer significado às reivindicações.

[080] A maior parte dos motores e geradores usados atualmente requer ou produz uma tensão sinusoidal variável com o tempo chamada de Corrente Alternada (CA). Quando uma Corrente Contínua é utilizada é necessário primeiro inverter e pulsar a mesma para replicar uma forma de onda de CA para produzir a corrente ou saída mecânica desejada. Determinadas modalidades da presente invenção não produzem nem utilizam uma Corrente Alternada, mas em vez disso produz ou utiliza diretamente uma Corrente Contínua não sinusoidal sem a necessidade de retificação ou comutação. Isso resulta na eliminação de Perdas de Corrente Alternada e resulta em uma utilização mais eficiente de potência entrada ou de saída. Entretanto, determinados aspectos da invenção podem aceitar qualquer corrente A/D retificada e, assim, pode ser "cega" à colocação em fase de suprimento de potência de entrada. Assim, potência monofásica retificada simples, bifásica, trifásica, etc. são aceitáveis para potência de entrada dependendo da configuração.

[081] Voltando-se agora à Figura 1, há u vista em corte transversal de uma modalidade de um cilindro magnético toroidal 100 que ilustra trajetórias de fluxo magnético planas representativas 101 dentro de e ao redor do cilindro. Essas são ilustrações representativas; trajetórias de fluxo reais dependem do projeto de material e da configuração específica dos ímãs dentro do cilindro. O cilindro magnético 100 compreende uma parede de cilindro externa 102 e uma parede de cilindro interna 104. A parede de cilindro externa 102 e a parede de cilindro interna 104 podem ser produzidas com uma pluralidade de ímãs. Em uma vista em corte lateral, tal como ilustrado na Figura 1, é possível ver que a parede de cilindro externa 102 é constituída de uma pluralidade de ímãs 106, que compreende ímãs individuais, tais como os ímãs 106a, 106b, 106c, etc. Semelhantemente, a parede de cilindro interna 104 pode ser constituída de uma pluralidade de ímãs 108, que compreende os ímãs individuais 108a, 108b, etc. Deve-se notar que apenas uma polaridade dos ímãs é utilizada dentro (ou voltada para) do cilindro magnético ou conjunto de ímã.

[082] Em determinadas modalidades, pode haver um central núcleo de ferro 110 posicionado entre a parede externa 102 e a parede interna 104, entretanto outros materiais de núcleo podem ser usados quando considerações de projeto tais como resistência, redução de correntes parasitas, canais de esfriamento, etc. são consideradas.

[083] Em determinadas modalidades, a pluralidade de ímãs 106 e ímãs 108 pode ser produzida a partir de qualquer material magnético adequado, tal como: neodímio, ligas de Alnico, ímãs permanentes de cerâmica ou eletroímãs. Em determinadas modalidades, cada ímã 106a ou 108a na pluralidade respectiva de ímãs tem as dimensões de 2,54 cm x 2,54 cm x 2,54 cm (1” x 1” x 1”) O número exato de ímãs ou eletroímãs dependerá da resistência de campo magnético ou configuração mecânica requeridas. A modalidade ilustrada é apenas uma maneira de dispor os ímãs, com base em determinados ímãs comercialmente disponíveis. Outras disposições são possíveis - especialmente se os ímãs são fabricados para essa finalidade específica.

[084] Quando a pluralidade de ímãs 106 e 108 está disposta no interior da parede externa 102 e da parede interna 104 para formar o cilindro 100, as linhas de fluxo 101 formarão padrões particulares conforme reapresentado de uma maneira conceitual pelas linhas de fluxo ilustradas na Figura 1. O formato, direção e orientação reais das linhas de fluxo 101 dependem de fatores tais como o uso de um anel de contenção interno, configuração e composição de material. Por exemplo, a linha de fluxo 112a a partir do ímã 106a na parede externa tende a fluir a partir do polo norte do ímã de uma maneira perpendicular a partir da face do ímã ao redor do cilindro 100, e de volta através de uma extremidade aberta 114, então fluir através do núcleo de ferro 110 e de volta à face do ímã 106a que contém o polo sul. Semelhantemente, a linha de fluxo 112b a partir do ímã 106b na parede externa 102 tende a fluir a partir do polo norte do ímã de uma maneira perpendicular a partir da face do ímã ao redor do cilindro 100, e de volta através da extremidade aberta 114, então fluir através do núcleo de ferro 110 e de volta à face do ímã 106b que contém o polo sul. Embora apenas algumas linhas de fluxo 112 sejam ilustradas para fins de clareza, cada ímã sucessivo na pluralidade de ímãs produzirá linhas de fluxo semelhantes. Assim, as forças de fluxo magnético para cada ímã sucessivo na pluralidade de ímãs 106 tende a seguir essas linhas de fluxo ou padrões ilustrativos 112 para cada disco magnético sucessivo na pluralidade de ímãs 106 até que os ímãs nas extremidades abertas 114 ou 116 do cilindro magnético 100 sejam alcançados.

[085] Os ímãs no lado oposto do cilindro 100, tais como o ímã 106c, tendem a gerar linhas de fluxo 112c a partir do ímã 106c na parede externa 102 que tende a fluir a partir do polo norte do ímã de uma maneira perpendicular a partir da face do ímã ao redor do cilindro 100, e de volta através de uma extremidade aberta oposta 116, então fluir através do núcleo de ferro 110 e de volta à face do ímã 106c que contém o polo sul. Embora apenas algumas linhas de fluxo 112 no lado oposto do cilindro 100 sejam ilustradas para fins de clareza, cada ímã sucessivo na pluralidade de ímãs produzirá linhas de fluxo semelhantes.

[086] Em determinadas modalidades, a parede interna 104 produz, ainda, linhas de fluxo 118. Por exemplo, a linha de fluxo 118a a partir do ímã 108a na parede interna 104 tende a fluir a partir do polo norte de uma maneira perpendicular a partir da face do ímã, ao redor da parede interna 104 através do núcleo de ferro 110, e de volta através do centro radial da parede interna 104 à face do ímã 108a que contém o polo sul. Semelhantemente, a linha de fluxo 118b a partir do ímã 108b na parede interna 104 tende a fluir a partir do polo norte de uma maneira perpendicular a partir da face do ímã, ao redor da parede interna 104 através do núcleo de ferro 110, e de volta através do centro radial da parede interna 104, então de volta à face do ímã 108b que contém o polo sul.

[087] As forças de fluxo magnético para cada ímã sucessivo na pluralidade de ímãs 108 tende a seguir essas linhas de fluxo ou padrões ilustrativos 118 para cada ímã sucessivo na pluralidade de ímãs 108 até que as extremidades abertas 114 ou 116 do cilindro magnético 100 sejam alcançadas. Assim, o fluxo produzido pelos ímãs da parede interna 104 do cilindro 100 têm uma trajetória desobstruída para sair através do centro do cilindro e retornar ao polo oposto no exterior do cilindro.

[088] Em algumas modalidades, as linhas de fluxo magnético 112 e 118 tenderão a desenvolver um efeito de empilhamento e a configuração do cilindro magnético externo manipula as linhas de fluxo 101 dos ímãs no cilindro magnético 100 de modo que a maior parte ou todas as linhas de fluxo 110 flua para fora da extremidade abertas 114 e 116 do cilindro 100.

[089] Em configurações convencionais, os polos opostos dos ímãs são normalmente alinhados de modo longitudinal. Assim, as linhas de fluxo de campo "abraçarão" seguiram de modo próximo a superfície dos ímãs. Assim, durante o uso de um equipamento de utilização/geração de potência convencional, as folgas precisar ser normalmente extremamente apertadas a fim de ter a capacidade de agir nessas linhas de força. Alinhando-se polos magnéticos similares radialmente com relação ao centro 120 do cilindro 100, as linhas de fluxo magnético 112 e 118 tendem a empilhar à medida que passam através do centro do cilindro magnético 110 e são irradiadas perpendicularmente a partir da superfície dos ímãs. Essa configuração permite tolerâncias maiores entre as bobinas e o cilindro magnético 100.

[090] Em determinadas modalidades, o núcleo de ferro 110 está posicionado concentricamente ao redor do centro 120 do cilindro magnético 100 de modo que o núcleo de ferro seja radialmente equidistante da parede interna 104, gerando um padrão de fluxo representativo 101 conforme ilustrado na Figura 1. As linhas ou campos de fluxo são atraídas ao núcleo de ferro 110 e comprimidas à medida que se aproximam do núcleo de ferro. Os campos de fluxo podem, então, estabelecer o que pode ser visualizado como uma série de "paredes de fluxo" que circundam o núcleo de ferro que se estende ao longo do cilindro e dos pontos de saída.

[091] Voltando-se agora à Figura 2a, uma vista isométrica conceitual do cilindro magnético toroidal 100 é apresentada que tem o núcleo de ferro central 110 posicionado dentro do cilindro magnético. A Figura 2b é uma vista parcial detalhada do cilindro magnético toroidal 100 que ilustra as paredes de fluxo ou campos magnéticos planos 122 gerados dentro da cavidade interna 124 do cilindro magnético 100 em conjunto com o núcleo de ferro 110. Essas são ilustrações representativas; as paredes de fluxo reais 122 são dependentes da configuração e do projeto de material.

[092] O cilindro 100 conforme apresentado nas Figuras 1, 2a e 2b foi conceituado para ilustrar as linhas de fluxo básicas ou trajetórias de um cilindro magnético parcial com um núcleo de ferro localizado concentricamente em uma porção oca das paredes do mesmo. A partir de uma perspectiva prática, um núcleo ou conjunto de rotor pode posicionar o núcleo 110 dentro do cilindro magnético 100.

[093] Voltando-se agora à Figura 3, uma vista isométrica é apresentada de uma modalidade de um conjunto 130 que compreende um núcleo de ferro 132, um cubo de rotor 134 e o eixo 136. O núcleo de ferro 132 é semelhante ao núcleo 110 discutido acima. O núcleo de ferro 132 e o cubo de rotor 134 são presos a um eixo 136 com o uso de métodos de fixação convencionais conhecidos na técnica. Em determinadas modalidades, o cubo de rotor 134 pode ser composto de materiais não ferrosos, por exemplo, para eliminar a produção de correntes parasitas. Quando montada com o cilindro magnético 100, uma fenda transversal 162 (não mostrada na Figura 3) na parede interna 104 do cilindro magnético (não mostrado na Figura 3) permite que o núcleo 132 e uma porção do cubo de rotor 134 se estendam através da parede interna 104 do cilindro magnético 100 e para a cavidade interna 124 (Consulte a Figura 2b).

[094] Em determinadas modalidades, o fluxo de vazamento através da fenda transversal 162 pode ser reduzido ou eliminado incorporando-se uma série ou pluralidade de ímãs 138 em uma periferia do cubo de rotor 134. Uma pluralidade de ímãs 138 pode ser orientada semelhante aos ímãs de cilindro 106 do cilindro 100 (não mostrados na Figura 3). Em determinadas modalidades, uma pluralidade de ímãs 138 se moverá com o conjunto de rotor 130.

[095] Em outras modalidades, o núcleo de ferro 132 pode consistir em dois ou mais segmentos 140a e 140b que podem ser presos juntos para formar um anel completo ou núcleo. Essa configuração pode ter benefício de permitir que uma pluralidade de bobinas seja construída de formas convencionais e em seguida adicionada aos segmentos de anel.

[096] A Figura 4 ilustra uma vista isométrica do conjunto de rotor 130 em que o núcleo 132 compreende o segmento nuclear 140a e o segmento nuclear 140b. Uma única bobina 142a é posicionada ao redor do segmento nuclear 140a. Em determinadas modalidades, pode haver uma pluralidade de bobinas 142 conforme ilustrado na Figura 5.

[097] A Figura 5 é uma vista em corte transversal lateral de uma modalidade de um conjunto de motor elétrico/gerador 150 que incorpora o cilindro magnético 100 e o cubo de rotor 134. A Figura 6 é uma vista em corte transversal longitudinal do conjunto de motor elétrico/gerador 150. O conjunto de motor/gerador 150 pode usar os componentes semelhantes aos componentes discutidos acima, tais como o cilindro magnético 100 e o cubo de rotor 134. A Figura 7 é uma vista em corte transversal lateral de uma modalidade de um conjunto de motor elétrico/gerador 150 que ilustra detalhes adicionais em relação às trajetórias de corrente entre as bobinas individuais em uma pluralidade de bobinas 142. As bobinas ilustradas na Figura 7 são conectadas em série, mas qualquer combinação de conexões em série ou paralelas são possíveis. Os locais de escova adicionais podem ser adicionados dependendo dos critérios e necessidades de projeto.

[098] Na modalidade ilustrativa, o conjunto de motor/gerador 150 tem um eixo longitudinal 152. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 152 pode ser feito de um ferro ou um composto de ferrita com propriedades magnéticas semelhantes ao ferro. Em algumas modalidades, o composto de ferrita ou pó pode ser suspenso em um material viscoso, tal como um líquido isolante líquido isolante, um lubrificante, óleo de motor, gel ou óleo mineral.

[099] Em determinadas modalidades, pode haver um invólucro ou alojamento externo 154 que fornece apoio estrutural para o cilindro magnético 100 e o eixo longitudinal 152. Em determinadas modalidades, o alojamento 154 pode ser formado de qualquer material, liga, ou composto que tem a resistência estrutural exigida. Em determinadas modalidades, materiais não ferrosos podem ser usados. Em algumas modalidades, rolamentos externos 156 (Figura 6) podem ser usados para reduzir o atrito entre o eixo longitudinal 152 e o alojamento 154 ou uma estrutura de sustentação semelhante. Em determinadas modalidades, o alojamento 154 pode ser acoplado a uma base 158 para fornecer o apoio estrutural para o alojamento 154.

[0100] Conforme descrito com relação às Figuras 1a, 1b e 2, o cilindro magnético toroidal 100 pode compreender uma pluralidade de exterior ímãs 106 que forma a parede externa 102, uma pluralidade de interior ímãs 108 que forma a parede interna 104. Além disso, pode haver uma primeira parede lateral 170 e uma parede de lado oposto 172 que inclui uma pluralidade de exterior ímãs exteriores laterais 168 (consulte as Figuras 5 e 6).

[0101] Em determinadas modalidades, o núcleo 132 conforme discutido acima é posicionado concentricamente ao redor de um eixo geométrico longitudinal 176 e dentro da cavidade interna 124 do cilindro magnético 100. Conforme descrito acima, uma fenda transversal 162 formada dentro da parede interna 104 do cilindro magnético 100 permite que uma porção do cubo de rotor 134 seja posicionada dentro da cavidade interna 124. O cubo de rotor 134 também é acoplado ao núcleo 132 que também é posicionado dentro da cavidade interna 124 do cilindro magnético 100.

[0102] Uma pluralidade de bobinas 148, tal como a bobina 148a são posicionadas radialmente ao redor do núcleo 132 para formar um conjunto de bobina 182. Cada bobina individual 178a no conjunto de bobina 182 pode ser feita de um material condutor, tal como fio de cobre (ou uma liga semelhante) e pode ser construída com o uso de conjuntos de procedimentos de enrolamento convencionais conhecidos na técnica. Em determinadas modalidades, as bobinas individuais 178a podem ser essencialmente cilíndricas em formato sendo enroladas ao redor de um núcleo de bobina (não mostrado) que tem uma abertura central dimensionada para permitir que a bobina individual 178a seja presa ao núcleo 132.

[0103] Embora um número particular de bobinas na pluralidade de bobinas 142 seja ilustrado nas Figuras 5 e 7, dependendo dos requisitos de potência do conjunto de motor/gerador, qualquer número de bobinas pode ser usado para montar o conjunto de bobina 182.

[0104] Em determinadas modalidades, conforme ilustrado na Figura 6 e Figura 7, uma pluralidade de segmentos de anel de deslizamento 184 eletricamente conectam entre si as bobinas individuais 142a no conjunto de bobina 182 em série. Outras configurações de conexões de bobina, anéis de deslizamento e pontos de captação/injeção de escova podem ser utilizadas. Por exemplo, outras modalidades podem usar dois anéis de deslizamento não segmentados e as bobinas em conexão paralela entre si.

[0105] Em algumas modalidades, os segmentos de anel de deslizamento 184 estão em comunicação elétrica com uma fonte de corrente através de uma pluralidade de escovas 186 e 188 (Figura 6) que também pode ser posicionada dentro do invólucro 154 para fornecer corrente a uma pluralidade de bobinas 142 no conjunto de bobina 182. Em determinadas modalidades, a escova 186 pode ser uma escova positiva e a escova 188 pode ser a escova negativa. Em determinadas modalidades, um acoplamento indutivo também pode ser usado para transferir potência às bobinas ou vice versa.

[0106] Quando no "modo de motor", a potência elétrica é aplicada aos terminais de potência 190 e 192, determinadas bobinas na pluralidade de bobinas 142 se movem através do cilindro magnético 100 e apenas "veem" "paredes de fluxo" semelhantes às paredes de fluxo discutidas acima em referência à Figura 2b. A pluralidade de bobinas 142 não é substancialmente afetada pela direção de fluxo dentro do núcleo 132, assim a pluralidade de bobinas se move de acordo com a "regra da mão direita" ao longo do cilindro 100. Entretanto, durante o curto período de tempo em que determinadas bobinas de uma pluralidade de bobinas 142 estão fora do próprio cilindro magnético 100 e fazendo um percurso através do segmento aberto 194, é possível que as mesmas também contribuam para a produção do torque. Durante esse período de transição, o fluxo está agora deixando o núcleo 132 na trajetória do mesmo para as paredes externas do cilindro magnético 100 que está na direção oposta às forças de fluxo dentro do cilindro magnético, assim cada bobina na pluralidade de bobinas 142 precisa ser suprida de uma polaridade inversa para contribuir para o torque.

[0107] Na área de contato para a escova negativa 188, a corrente é dividida em duas trajetórias, uma trajetória é de volta através da pluralidade de bobinas dentro do próprio cilindro magnético 100, a outra trajetória é encaminhada através das bobinas posicionado no segmento aberto 194. Assim, as bobinas individuais na pluralidade de bobinas 142 são automaticamente dotadas da polaridade correta conforme ilustrado na Figura 7.

[0108] No modo de gerador, quando a pluralidade de bobinas 142 se move através do cilindro magnético 100 como resultado da rotação do eixo 152, as bobinas dentro do cilindro magnético veem apenas as "paredes de fluxo" (conforme discutido em referência à Figura 2b). As mesmas podem não ser afetadas pela direção do fluxo dentro do núcleo, assim as bobinas produzem potência ao longo do percurso através do cilindro magnético 100. Entretanto, durante o curto período de tempo em que estão fora do próprio cilindro 100 e fazendo um percurso através do segmento aberto 194, é possível que as bobinas também contribuam para a produção de potência. Durante esse período de transição quando as bobinas estão no segmento aberto 194, o fluxo está agora deixando o núcleo de ferro 132 na trajetória do mesmo para as paredes externas 102, 104, 170 e 172 do cilindro magnético 100 que está, entretanto, na direção oposta às forças de fluxo dentro do cilindro magnético. Assim, o conjunto de bobina 182 também pode produzir potência útil que pode ser utilizada dependendo das necessidades do projeto.

[0109] Se for desejado remover a bobina de segmento aberto do circuito, um retificador de díodo pode ser adicional a um lado de cada bobina para limitar o fluxo de corrente a uma direção específica.

[0110] Conforme é bem conhecido, quase todos os ímãs convencionais têm polos magnéticos. Polos magnéticos são tipicamente qualquer uma das duas regiões de um ímã, tipicamente chamados de norte e sul, em que o campo magnético ou densidade de fluxo é mais forte. As Figuras 8a a 8d ilustram as combinações de ímãs permanentes típicos que podem ser utilizados em cilindros ou anéis magnéticos ou para criar as densidades de fluxo concentradas de um polo magnético (tal como o polo norte ou o polo sul). Tais ímãs podem ser ímãs tradicionais, eletroímãs ou um eletroímã permanente híbrido discutido posteriormente neste pedido. Além disso, ferro, pó de ferro ou outro material magnético pode ser adicionado à área nuclear do cilindro para concentrações e densidades de fluxo magnético aumentadas (não mostrados).

[0111] Em vez de usar um cilindro magnético 100 conforme descrito acima, um anel magnético ou cilindro alternativo 200 pode ser produzido a partir de uma única fileira de ímãs, tal como ilustrado na Figura 8a. Conforme ilustrado na Figura 8a, todos os polos similares ou semelhantes (por exemplo, polo sul) da pluralidade de ímãs 202, tal como o ímã 202a, estão voltados para dentro. Tal anel magnético 200 pode ser usado em um motor ou gerador, mas a resistência do campo magnético ou a intensidade do campo de fluxo (e, portanto, o motor ou gerador) dependeria primariamente da resistência dos ímãs individuais 202a na pluralidade de ímãs 202.

[0112] A Figura 8b é uma ilustração isométrica de uma porção 210 de um anel magnético, em que cada porção 210 compreende um ímã 212 e um ímã 214. O posicionamento do ímã 212 e do ímã 214 de modo que um anel magnético tenha um formato de corte transversal de um "V" conforme ilustrado na Figura 8b e em que os polos estão voltados um para o outro aumenta a resistência do campo magnético ou a densidade de fluxo no gargalo mesmo que a resistência dos ímãs individuais permaneça a mesma. Para fins desta revelação, tal configuração pode ser conhecida como um conjunto de cilindro de ímã de "2x", em que o termo "x" indica o aumento aproximado da densidade de fluxo por área de superfície do ímã (e não necessariamente o número de ímãs usados). Tal configuração pode aumentar a densidade de fluxo aproximadamente duas vezes a área de saída de polo selecionada 211. O colapso ou compressão do "V" concentra ainda mais a densidade de fluxo, mas à custa de uma área de saída 211 menor.

[0113] A Figura 8c é uma ilustração isométrica de uma porção 220 de um anel magnético, em que cada porção 220 compreende um ímã 222, um ímã 224 e um ímã 226. O posicionamento do ímã 222, do ímã 224 e do ímã 226 de modo que um anel magnético tenha um formato de corte transversal de um "U" conforme ilustrado na Figura 8c e em que a face de polos similares de cada ímã está voltada para dentro aumenta a resistência do campo magnético ou a densidade de fluxo mesmo que a resistência dos ímãs individuais permaneça a mesma. Para fins desta revelação, tal configuração pode ser conhecida como um conjunto de cilindro de ímã conceitual de "3x". Tal configuração pode aumentar a densidade de fluxo aproximadamente três vezes na área de saída de polo 221 selecionada. O colapso ou compressão do "U" (isto é, o movimento do ímã 224 em direção ao ímã 222) concentra ainda mais a densidade de fluxo, mas à custa de uma área de saída 221 menor.

[0114] A Figura 8d é uma ilustração isométrica de uma porção 230 de um anel magnético, em que cada porção 230 compreende um ímã 232, um ímã 234, um ímã 236, um ímã 238 e um ímã 240 (não visíveis na Figura 8d). O posicionamento do ímã 232 oposto ao ímã 234 de modo que os polos similares dos mesmos estejam voltados um para o outro e o posicionamento do ímã 236 oposto a ímã 238 de modo que os polos similares dos mesmos estejam voltados um para o outro. Em outras palavras, todos os polos sul dos ímãs 236 a 238 estão voltados para dentro. Ademais, um ímã 240 é posicionado na face posterior do "tubo" formado pelos ímãs 232 a 238 para criar um formato de caixa aberta ou cubo conforme ilustrado na Figura 8d. Para fins desta revelação, tal configuração pode ser conhecida como um conjunto de cilindro de ímã conceitual de "5x". Tal configuração pode aumentar a densidade de fluxo em aproximadamente cinco vezes na área de saída de polo 231 selecionada. O colapso ou compressão da área de caixa (por exemplo, movendo-se os ímãs 236 em direção ao ímã 238) concentra ainda mais a densidade de fluxo, mas à custa de uma área de saída 231 menor.

[0115] Para fins de brevidade e clareza, uma descrição daqueles componentes ou partes que são idênticos ou semelhantes àqueles descritos acima não será repetida aqui. Deve ser feita referência aos parágrafos acima com a seguinte descrição para chegar a um entendimento completo das modalidades alternativas.

[0116] Voltando-se agora às Figuras 9a a 9f, é apresentada uma modalidade alternativa ou um projeto 3x que concentra o campo magnético ou linhas de fluxo para melhorar a eficiência do motor ou gerador. A Figura 9a é uma vista explodida isométrica de um conjunto de bobina cilíndrica magnética 300. A Figura 9b é uma vista isométrica do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 300. A Figura 9c é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 300 dentro de um conjunto de motor/gerador 350. A Figura 9d é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 300 dentro de um conjunto de motor/gerador 350 que mostra um sistema de escova acoplado eletricamente a várias bobinas do conjunto de bobina cilíndrica magnética. Embora quatro escovas por cilindro toroidal sejam mostradas, o número real de escovas depende de fatores de engenharia bem conhecidos, tal como desgaste e capacidade de transporte de corrente.

[0117] Voltando-se agora às Figuras 9a e 9b, há um conjunto de cilindro magnético nuclear toroidal de fluxo 300 aprimorado. Em alguns aspectos, muitos desses componentes do conjunto de cilindro 300 são montados utilizando-se os conceitos do cilindro magnético aprimorado conforme descrito acima. Observe que apenas um polo (isto é, o Norte ou o Sul) é usado e concentrado ao longo do comprimento e amplitude do cilindro magnético 300.

[0118] Em determinadas modalidades, um conjunto de bobina embalado por condutor 310 compreende um núcleo 312 que pode ser formado de ferro, compósito de pó de ferro ou outro material de núcleo magnético/não magnético. Um material condutor 314, tal como fio de cobre, é enrolado ao redor do núcleo 312 para formar uma ou mais bobinas. Assim, o conjunto de bobina 310 pode consistir em um ou mais segmentos de bobina. Especialmente em projetos sem escova, múltiplos segmentos de bobina permitem um controle de velocidade conectando-se seletivamente segmentos de bobina em combinações diferentes de conexões paralelas e em série sem mudar a tensão de suprimento do sistema. Para fins exemplificativos, determinadas modalidades do conjunto de bobina 310 pode compreender vinte e quatro ("24") segmentos de bobina que permitem múltiplas combinações possíveis de conexões em série/paralelas que resultam em múltiplas velocidades de saída ou potência de saída. Onde uma velocidade continuamente variável ou exigência de torque são requeridos, as tensões de entrada podem ser ajustadas em conformidade e se necessário, em combinação com um controle de etapa comutada ou de retransmissão simples das conexões em série/paralelas entre os segmentos de bobina. O conjunto de bobina 310 te geralmente um formato de anel que permite que um cilindro magnético longitudinal interno 315 deslize através da abertura central 316 do conjunto de bobina.

[0119] Conforme ilustrado, o cilindro magnético interno 315 compreende uma série ou pluralidade de ímãs 318 em que os polos nortes estão voltados radialmente para fora e transversais ao eixo geométrico longitudinal 302. Assim, quando montados os polos nortes da pluralidade de ímãs 318 estariam voltados para o núcleo 312 do conjunto de bobina 310. Um primeiro conjunto de anel magnético de extremidade lateral 320 é posicionado próximo ao conjunto de bobina 310. Em determinadas modalidades o primeiro conjunto de anel magnético lateral 320 compreende uma pluralidade de ímãs 322 disposto em um padrão radial em que os polos de cada ímã 322a na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de modo paralelo com um eixo geométrico longitudinal 302. Conforme ilustrado, os polos nortes da pluralidade de ímãs 322 estão voltados para dentro em direção ao núcleo 312 ou ao conjunto de bobina 310.

[0120] Em determinadas modalidades, um segundo conjunto de anel magnético de extremidade ou lateral 330 compreende uma pluralidade de ímãs 332 dispostos em um padrão radial em que os polos de cada ímã 332a na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de um modo paralelo com o eixo geométrico longitudinal 302. Conforme ilustrado, os polos nortes da pluralidade de ímãs 332 estão voltados para dentro em direção ao conjunto de bobina 310.

[0121] Quando montado, é evidente a partir da discussão referente às Figuras 8a a 8d, que o conjunto de bobina 300 usa um projeto de concentrado de fluxo 3x para concentrar os campos magnéticos ou a intensidade da força de fluxo.

[0122] A Figura 9c é uma vista em corte transversal longitudinal de uma modalidade de um conjunto de motor elétrico/gerador 350 que incorpora o cilindro magnético 300. O conjunto de motor/gerador 350 pode usar componentes semelhantes aos componentes discutidos acima, tais como o cilindro magnético 100 e o cubo de rotor 134.

[0123] Na modalidade ilustrativa, o conjunto de motor/gerador 350 tem um eixo longitudinal 352. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 352 pode ser produzido a partir de um composto de ferrita, aço ou ferro com propriedades magnéticas semelhantes ao ferro. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 352 pode incluir um pó ou composto de ferrita. Em algumas modalidades, o pó ou composto de ferrita pode ser suspendo em um material viscoso, tal como um líquido de isolamento, um lubrificante, óleo de motor, gel ou óleo mineral para reduzir ou eliminar as correntes parasitas e histerese magnética.

[0124] Em determinadas modalidades, pode haver um alojamento ou invólucro externo 354 que fornece apoio estrutural ao cilindro magnético 300 e o eixo longitudinal 352. Em determinadas modalidades, o alojamento 354 pode ser formado a partir de qualquer material, liga ou composto que tem a resistência estrutural requerida. Em determinadas modalidades, materiais não ferrosos podem ser usados. Em algumas modalidades, mancais externos (não mostrados) podem ser usados para reduzir o atrito entre o eixo longitudinal 352 e o alojamento 354 ou uma estrutura de apoio semelhante. Em determinadas modalidades, o alojamento 354 pode ser acoplado a uma base (não mostrada) para fornecer apoio estrutural ao alojamento 354.

[0125] Conforme ilustrado na Figura 9c, o cilindro magnético 300 pode ser um conjunto sem escova 3x pelo fato de que o conjunto de ímã (por exemplo, o cilindro longitudinal magnético 315, o primeiro anel magnético lateral 320 e o segundo anel magnético lateral 330) atua como o rotor com o conjunto de bobina toroidal 310 estacionário. Essa configuração tem a vantagem de usar segmentos de bobina cujos guias de condutor podem ser levados a um único local (não mostrado) que permite um controle de velocidade escalonado através da simples comutação de combinações em série/paralelas em combinação com a variação de entradas de tensão em que um controle sem etapa de saídas de motor/gerador é desejado. Um cubo de conexão 317 acopla o cilindro magnético 315 ao eixo 302 de uma maneira convencional.

[0126] A Figura 9d ilustra o cilindro magnético 300 como um conjunto de escova de “parede lateral” escovado concentrado 3x. Esse conjunto pode ser facilmente incorporado em um conjunto modular 500 ilustrado nas Figuras 11a a 11d abaixo. Em determinadas modalidades, o conjunto modular 500 pode ser um conjunto modular de parafuso que permite uma maior flexibilidade na seleção de saídas elétrica e mecânica diferentes sem grandes mudanças de projeto. As necessidades de engenharia e consideração de projeto determinarão os números máximos de conjuntos de cilindro magnético e bobinas.

[0127] Voltando-se agora às Figuras 10a e 10b, é apresentada uma modalidade alternativa ou um projeto 3x que concentra os campos magnéticos ou linhas de fluxo 401 para melhorar a eficiência de um motor ou gerador 450. A Figura 10a é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 400 dentro do conjunto de motor/gerador 450 em que um segmento de bobina 410a não está em um estado energizado. A Figura 10b é uma vista em corte longitudinal do conjunto de motor/gerador 450 quando o segmento de bobina 410a está em um estado energizado (isto é, a corrente/tensão está se movendo através do material condutor 414.

[0128] O conjunto de cilindro magnético nuclear toroidal de fluxo 400 aprimorado é semelhante ao conjunto de cilindro magnético de núcleo 300, exceto pelo fato de que o cilindro magnético paralelo interno 315 está posicionado no lado externo dos conjuntos de anel de ímãs laterais 420 e 430.

[0129] Em determinadas modalidades, um conjunto de bobina embalado por condutor 410 compreende um núcleo 412 que pode ser formado de ferro, compósito de pó de ferro ou outro material de núcleo magnético/não magnético semelhante ao núcleo 312 discutido acima. Um material condutor 414, similar ao material condutor 314, é embalado ao redor do núcleo 412 para formar uma ou mais bobinas ou segmentos de bobina tais como o segmento de bobina 410a. Assim, o conjunto de bobina 410 pode consistir em um ou mais segmentos de bobina conforme descrito acima em referência ao conjunto de bobina 310.

[0130] O conjunto de bobina 410 tem geralmente um formato de anel que permite que um cubo de conexão 417 acople o conjunto de bobina 410 a um eixo longitudinal 452. Em determinadas modalidades, o cubo de conexão pode ser acoplado aos anéis de deslizamento (não mostrados) ou buchas 419.

[0131] Conforme ilustrado, o cilindro magnético externo 415 compreende uma série ou pluralidade de ímãs 418 em que os polos nortes estão voltados radialmente para dentro em direção ao núcleo 412 e ao eixo geométrico longitudinal 402. Um primeiro conjunto de anel magnético lateral 420 é posicionado próximo ao conjunto de bobina 410. Em determinadas modalidades, o primeiro conjunto de anel magnético lateral 420 compreende uma pluralidade de ímãs 422 dispostos em um padrão radial em que os polos de cada ímã 422a na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de modo paralelo com um eixo geométrico longitudinal 402. Conforme ilustrado, os polos nortes da pluralidade de ímãs 422 estão voltados para dentro em direção ao núcleo 412.

[0132] Em determinadas modalidades, um conjunto de segundo anel magnético lateral 430 compreende uma pluralidade de ímãs 432 dispostos em um padrão radial em que os polos de cada ímã 432a na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de modo paralelo com o eixo geométrico longitudinal 402. Conforme ilustrado, os polos nortes da pluralidade de ímãs 432 estão voltados para dentro em direção ao núcleo 412.

[0133] Na modalidade ilustrativa, o conjunto de motor/gerador 450 tem um eixo longitudinal 452. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 452 pode ser semelhante ao eixo longitudinal 352 discutido acima.

[0134] Em determinadas modalidades, pode haver um alojamento ou invólucro externo 454 (semelhante ao alojamento 354 discutido acima) que fornece apoio estrutural para o conjunto de bobina 410 e o eixo longitudinal 452. Em algumas modalidades, mancais externos (não mostrados) podem ser usados para reduzir o atrito entre o eixo longitudinal 452 e o alojamento 454 ou uma estrutura de apoio semelhante.

[0135] Conforme ilustrado nas Figuras 10a e 10b, o cilindro magnético 400 pode ser um conjunto sem escova 3x pelo fato de que o conjunto de cilindro de ímã 400 (por exemplo, o anel magnético externo 414, o primeiro anel magnético lateral 420 e o segundo anel magnético lateral 430) atua como o estator com o conjunto de bobina toroidal 410 que atua como um rotor.

[0136] A Figura 10a ilustra as trajetórias de fluxo representativas em uma seção de conjunto de cilindro magnético 3x antes da energização das bobinas. Quando uma corrente é estabelecida no segmento de bobina 410a, as linhas de fluxo do ímã permanente 401 da Figura 10a são forçadas para fora do segmento de bobina 410a e são comprimidas no espaço restante entre os anéis magnéticos e o núcleo ou segmento de bobina 410a conforme ilustrado na Figura 10b. Uma força de Lorentz é, então, transmitida no rotor causando a rotação no caso de um motor e um fluxo de corrente induzido no caso de um gerador. A força transmitida ou a tensão/fluxo de corrente estabelecida é indicada pelos cálculos da força de Lorentz.

[0137] Em um motor, a força é igual à densidade de fluxo em Tesla vezes a amperagem vezes o comprimento do condutor em metros. Em um gerador, a tensão é igual à densidade de fluxo em Tesla vezes a velocidade vezes o comprimento do condutor em metros. Em todas as configurações apresentadas neste pedido esses cálculos básicos são utilizados.

[0138] Voltando-se agora às Figuras 11a a 11d, é apresentada uma modalidade modular alternativa em que cada módulo usa um projeto 3x que concentra o campo magnético ou as linhas de fluxo para melhorar a eficiência do motor ou do gerador. A Figura 11a é uma vista isométrica do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 500. A Figura 11b é uma vista isométrica longitudinal em corte do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 500 dentro de um conjunto de motor/gerador 550. A Figura 11c é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 500 dentro de um conjunto de motor/gerador 550. A Figura 11d é uma vista em corte longitudinal do conjunto de bobina cilíndrica magnética montado 500 dentro de um conjunto de motor/gerador 550 que mostra um sistema de escova exemplificativo acoplado eletricamente a várias bobinas do conjunto de bobina cilíndrica magnética.

[0139] Voltando-se agora às Figuras 11a e 11b, há um conjunto de cilindro magnético nuclear toroidal de fluxo 500 aprimorado. Em alguns aspectos, muitos desses componentes do conjunto de cilindro 500 são montados utilizando-se os conceitos de cilindro magnético aprimorado conforme descrito acima. O conjunto magnético 500 é essencialmente três cilindros magnéticos 100 (discutidos acima) montado de modo longitudinal como um único conjunto de cilindro (com determinadas polaridades invertidas, conforme explicado abaixo) e em um eixo comum.

[0140] Em determinadas modalidades, os conjuntos de bobina embalados por condutor 510a a 510c incluem os núcleos 512a a 512c semelhantes ao núcleo 312 discutido acima. Os núcleos 512a a 512c podem ser formados de ferro, compósito de pó de ferro ou outro material de núcleo magnético/não magnético. Os materiais condutores 514a a 514c, tais como fio de cobre, são embalados individualmente ao redor dos núcleos 512a, do núcleo 512b e do núcleo 512c para formar um ou mais segmentos de bobina para cada conjunto de bobina 512a a 512c. Conforme discutido acima, múltiplos segmentos de bobina em cada conjunto de bobina 510a a 510c permitem um controle de velocidade através da conexão seletiva de segmentos de bobina em diferentes combinações de conexões em série e paralelas sem mudar a tensão de suprimento do sistema.

[0141] Os conjuntos de bobina 510a a 510c têm geralmente um formato de anel que permite que cilindros magnéticos internos 514a a 514c sejam posicionados de modo anular com relação a um eixo geométrico longitudinal 502. Uma pluralidade de cubos, tais como o cubo 516a a 516c acopla um eixo longitudinal 552 aos cilindros magnéticos internos 515a a 515c.

[0142] Conforme ilustrado, cada um dos cilindros magnéticos internos 515a a 515c compreende uma série ou pluralidade de ímãs 518 posicionados de modo que os polos magnéticos dos mesmos sejam alinhados radialmente de modo perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 502. Um primeiro conjunto de anel magnético de extremidade 520 é posicionado próximo ao conjunto de bobina 510a. Em determinadas modalidades, o primeiro conjunto de anel magnético de extremidade 520 compreende uma pluralidade de ímãs 522 dispostos em um padrão radial em que os polos de cada ímã na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de um modo paralelo com um eixo geométrico longitudinal 502 (semelhante ao conjunto de anel 320 discutido acima). Conforme ilustrado, os polos nortes da pluralidade de ímãs 522 estão voltados para dentro em direção ao núcleo 512a.

[0143] Em determinadas modalidades, um segundo conjunto de anel magnético de extremidade 530 compreende uma pluralidade de ímãs 532 dispostos em um padrão radial em que os polos de cada ímã 532a na pluralidade de ímãs são geralmente alinhados de um modo paralelo com o eixo geométrico longitudinal 502. Conforme ilustrado, nas Figuras 11c e 11d, os polos nortes da pluralidade de ímãs 532 estão voltados para dentro em direção ao núcleo 512c.

[0144] Conforme ilustrado nas Figuras 11c e 11d, o cilindro magnético 500 pode incluir três "cilindros magnéticos" 500a, 500b e 500c espaçados de modo longitudinal uns dos outros e que compartilham o mesmo eixo 552 e eixo geométrico longitudinal 502. Na modalidade do cilindro magnético 500, os cilindros magnéticos individuais 500a, 500b e 500c alteram as polaridades magnéticas. Por exemplo, o polo norte do ímã 515a está voltado para fora em direção ao núcleo 512a. Entretanto, o polo norte do ímã 515b está voltado para dentro afastado do núcleo 512b. Semelhantemente, o polo norte do ímã 515c está voltado para fora em direção ao núcleo 512c. Esse padrão continuaria se mais cilindros magnéticos individuais fossem adicionais ao conjunto de cilindro magnético 500.

[0145] Em outras palavras, o espaço preenchido pelo núcleo 512a para o cilindro magnético individual 500a tem uma força magnética preenchida com uma polaridade de "polo norte" a partir do posicionamento dos ímãs 522, dos ímãs 515a e dos ímãs do anel magnético 524. Por outro lado, o espaço preenchido pelo núcleo 512b para o cilindro magnético individual 500b tem uma força magnética preenchida com uma polaridade de "polo sul" a partir do posicionamento dos ímãs do anel magnético 524, dos ímãs 515b e dos ímãs do anel magnético 526. O espaço preenchido pelo núcleo 512c para o cilindro magnético individual 500c tem uma força magnética preenchida com uma polaridade de "polo norte" a partir do posicionamento dos ímãs a partir do anel magnético 526, dos ímãs 515c e dos ímãs do anel magnético 532.

[0146] Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 552 pode ser produzido a partir de um composto de ferro, aço ou ferrita com propriedades magnéticas semelhantes ao ferro. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal 552 pode incluir um pó ou composto de ferrita. Em algumas modalidades, o pó ou composto de ferrita pode ser suspenso em um material viscoso, tal como um líquido de isolamento, um lubrificante, óleo de motor, gel ou óleo mineral para reduzir ou eliminar correntes parasitas e histerese magnética.

[0147] Em determinadas modalidades, pode haver um alojamento ou invólucro externo 554 que fornece apoio estrutural ao cilindro magnético 500 e o eixo longitudinal 552. Em determinadas modalidades, o alojamento 554 pode ser formado de qualquer material, liga ou composto que tem a resistência estrutural requerida. Em determinadas modalidades, materiais não ferrosos podem ser usados. Em algumas modalidades, mancais externos (não mostrados) podem ser usados para reduzis o atrito entre o eixo longitudinal 552 e o alojamento 554 ou uma estrutura de apoio semelhante. Em determinadas modalidades, o alojamento 554 pode ser acoplado a uma base (não mostrada) para fornecer apoio estrutural ao alojamento 554.

[0148] Nesse exemplo, os cilindros magnéticos 500a a 500c incluem um conjunto sem escova ou de concentração 3x pelo fato de que o conjunto de ímã (por exemplo, o anel magnético ou o cilindro 515, o primeiro anel magnético lateral 520 e o segundo anel magnético lateral 530) atua como o rotor com o conjunto de bobina toroidal 510 estacionário. Essa configuração tem a vantagem de usar segmentos de bobina cujos guias de condutor podem ser levados a um único local (não mostrado) que permite um controle de velocidade escalonado através da simples comutação de combinações em série/paralelas em combinação com entradas de tensão variadas em que um controle sem etapas das saídas de motor/gerador é desejado.

[0149] A Figura 12 é uma vista em corte longitudinal transversal de uma modalidade de um conjunto de motor elétrico/gerador 650 que incorpora um cilindro magnético de fluxo aprimorado 600. O conjunto de motor/gerador 650 pode usar componentes semelhantes aos componentes discutidos acima, tais como o conjunto de bobina 610. Em alguns aspectos, muitos desses componentes do conjunto de cilindro magnético 600 e do conjunto de motor/gerador 650 são montados utilizando-se os conceitos do cilindro magnético aprimorado conforme descrito acima.

[0150] Em determinadas modalidades, o conjunto de bobina embalado por condutor 610 compreende um núcleo 612 semelhante ao núcleo 312 discutido acima. Um material condutor 614, tal como fio de cobre, é embalado ao redor do núcleo 612 para formar um ou mais segmentos de bobina 610a. O conjunto de bobina 610 tem geralmente um formato de anel e pode ser acoplado a um cubo de conexão ou conjunto de anel de amarra 617 que pode, por sua vez, ser acoplado a um eixo 652.

[0151] Conforme ilustrado, o conjunto de cilindro magnético toroidal de fluxo aprimorado 600 compreende três cilindros magnéticos conformados em U 680, 682 e 684 em que face de extremidade aberta de cada cilindro conformado em U está voltada para o núcleo 612 ou o conjunto de bobina 610. Cada um dos cilindros magnéticos conformados em U é constituído de uma série ou pluralidade de ímãs 618 em que os polos nortes de cada ímã estão voltados para dentro em direção ao espaço em "U". Assim, quando montados, os polos nortes da pluralidade de ímãs 618 estão voltados para núcleo 612 para concentrar os campos magnéticos dos ímãs.

[0152] O conjunto de bobina 600 usa um projeto de concentrador de fluxo de 9x (três concentrações de 3x). Assim, o motor/gerador 650 montado tem uma concentração magnética de 9x e usa uma escova de CC típica 619 (embora quatro sejam mostradas, qualquer número pode ser usado dependendo dos fatores de engenharia) para transmitir ou coletar a corrente. Nessa modalidade particular, o conjunto de bobina toroidal 610 atua como o rotor que é conectado a um conjunto de anel de deslizamento 642. O conjunto de anel ou cilindro de ímã de 9x atua como o estator. A maior densidade de fluxo que atua nos condutores aumenta as saídas de Lorentz no modo de motor ou de gerador.

[0153] Na modalidade ilustrativa, o conjunto de motor/gerador 650 tem um eixo longitudinal 652, semelhante ao eixo 352 discutido acima.

[0154] Em determinadas modalidades, pode haver um alojamento ou invólucro externo 654 que fornece apoio estrutural ao cilindro magnético 600 e ao eixo longitudinal 652.

[0155] As Figuras 13a e 13b ilustram um conjunto de ímã de eletroímã híbrido 700 que pode ser incorporado em determinados aspectos dos cilindros magnéticos para concentrar os campos magnéticos. Além disso, núcleos de ferro ou materiais semelhantes também podem ser usados com os cilindros magnéticos para concentrar os campos magnéticos conforme descrito acima.

[0156] Em determinadas modalidades, o conjunto de ímã 700 compreende pelo menos dois ou mais ímãs permanentes 710 e 712 comercialmente disponíveis posicionados em qualquer uma das extremidades do núcleo de ferro 714. Na modalidade ilustrada, um formato de cilindro foi selecionado, mas qualquer formato pode ser construído em qualquer configuração adequada.

[0157] A Figura 13a ilustra linhas de fluxo conceituais 716 do conjunto de ímã híbrido 700. Um indivíduo versado na técnica pode ver que embora alguns dos domínios magnéticos alinhados contribuirão para a saída das linhas de fluxo 716 das faces de polo dos ímãs permanentes, entretanto, a maior parte "vazará" para fora das paredes laterais do núcleo 718.

[0158] A Figura 13b ilustra o conjunto de ímã híbrido 700 com um material condutor embalado de modo espiral 720 que transporta uma corrente. Conforme ilustrado, o condutor 720 confina e concentra todas as linhas de fluxo 716 para alinhar quaisquer domínios magnéticos não alinhados pelos ímãs permanentes. Essa adição permite a criação de saídas de fluxo magnético muito mais fortes níveis de volta de ampere mais baixos que bobinas de núcleo de ferro convencionais.

[0159] Assim, tais conjuntos de ímã "híbridos" também podem ser usados para auxiliar na concentração de linhas de força de fluxo nos cilindros magnéticos discutidos acima.

[0160] Em resumo, determinados aspectos das várias modalidades reveladas podem fornecer os seguintes benefícios:

[0161] Diferentemente de motor/geradores de controlador de PWM ou retificados por escova convencionais, as bobinas em aspectos desta invenção estão em contato contínuo com o campo do ímã permanente e, assim, produzem uma saída ou torque contínuo não variável.

[0162] Acionadores e controladores de PWM complexos, comutadores, etc. (e as perdas associadas) podem não ser requeridos visto que determinados aspectos da invenção produzem e utilizam diretamente uma corrente CC.

[0163] Se um controle de velocidade automático para uma determinada carga é requerido, uma indicação de posição complexa não é requerida. Uma indicação de RPM muito mais simples e um relacionamento de tensão/corrente variável é a única exigência.

[0164] Usando-se o conceito de cilindro magnético/ímã de único que utiliza ímãs permanentes, um campo magnético extremamente forte, de outra maneira inalcançável, é gerado sem consumir qualquer potência elétrica.

[0165] Embora um campo de Força Motriz Inversa seja produzido através de qualquer fluxo de corrente induzido, devido ao projeto de núcleo e cilindro de ímã não há qualquer impacto direto no movimento da bobina que impeça tal movimento.

[0166] Perdas por histerese de ferro são essencialmente eliminadas visto que apenas dois pontos no núcleo experimentam qualquer perda por histerese e, então, apenas duas vezes por revolução.

[0167] Perdas por corrente parasita são essencialmente eliminadas visto que o núcleo não se move perpendicular às linhas de fluxo

[0168] Desbaste também é essencialmente eliminado visto que as forças do núcleo são equilibradas e iguais em todas as direções.

[0169] Há pouca corrente de irrupção visto que não há necessidade de saturar grandes massas de ferro

[0170] 100% dos enrolamentos de cobre na bobina é utilizado para tirar vantagem das forças de Lorentz, assim não há qualquer enrolamento de cobre desperdiçado como em motores/geradores convencionais.

[0171] Retorno indutor a partir da forma de onda descendente e ascendente é eliminado.

[0172] Como outros motores de CC, a inversão de torque é simplesmente uma inversão de polaridades de entrada.

[0173] A descrição acima das modalidades da invenção foi apresentada para fins de ilustração e descrição. A mesma não se destina a ser exaustiva ou a limitar a invenção à forma precisa revelada. Muitas combinações, modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Modalidades não descritas que têm componentes intercambiados também são abrangidas pelo escopo da presente invenção. Pretende-se que o escopo da invenção seja limitado não por esta descrição detalhada, mas em vez disso pelas reivindicações anexas.

Claims

1. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, caracterizado por compreender: um cilindro toroidal magnético parcial (100) posicionado sobre um eixo longitudinal (176), o cilindro toroidal magnético parcial (100) compreendendo:uma parede exterior do cilindro magnético (102), um parede interior do cilindro magnético (104), uma primeira parede lateral magnética (170), uma segunda parede lateral magnética (172),em que a parede exterior do cilindro magnético (102), a parede interna do cilindro magnético (104), a primeira parede lateral magnética (170), e a segunda parede lateral magnética (172) estão posicionadas de modo a formar uma cavidade interior (124) e seus pólos magnéticos voltados para a cavidade interior (124),em que a parede exterior do cilindro magnético (102) tem uma massa magnética maior do que quer a primeira parede lateral magnética (170) ou a segunda parede lateral magnética (172),um conjunto de bobina (182) posicionado em torno do eixo longitudinal (176), o conjunto de bobina (182), incluindoum núcleo (110), (132), parcialmente posicionado nointerior da cavidade interior (124),uma pluralidade de bobinas radialmente posicionadas sobre o núcleo (110), (132), eem que o conjunto de bobina (182) gira em relação ao cilindro toroidal magnético parcial (100).

2. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, caracterizado por compreender: um cilindro toroidal magnético parcial (100) posicionada sobre um eixo longitudinal (176), cilindro toroidal magnético parcial (100) compreendendo:uma parede exterior do cilindro magnético (102), um parede interior do cilindro magnético (104), uma primeira parede lateral magnética (170), uma segunda parede lateral magnética (172), em que a parede exterior do cilindro magnético (102), a parede do cilindro magnético interna (104), a primeira parede lateral magnético (170), e a segunda parede lateral magnético (172) estão posicionadas de modo a formar uma cavidade interior (124) e tem a sua como pólos magnéticos voltados para o interior da cavidade (124),em que a parede exterior do cilindro magnético (102) tem uma massa magnética maior do que a primeira parede lateral magnética (170) ou da segunda parede lateral magnética (172),um conjunto de bobina (182) posicionado em torno do eixo longitudinal 176, o conjunto de bobina (182), incluindoum núcleo (110), (132), parcialmente posicionado no interior da cavidade interior (124), em que o núcleo (110), (132) na secção transversal tem um primeiro comprimento paralelo ao eixo longitudinal, que é maior do que um segundo comprimento do núcleo (110), (132)que é transversal ao eixo longitudinal,uma pluralidade de bobinas radialmente posicionadas sobre o núcleo(110), (132), eem que o conjunto de bobina (182) gira em relação ao cilindro magnético toroidal parcial (100).

3. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo núcleo (110), (132) na seção transversal ter um primeiro comprimento paralelo ao eixo longitudinal, que é maior do que um segundo comprimento do núcleo (110), (132) que é transversal ao eixo longitudinal.

4. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda um cubo de rotor (134) acoplando o núcleo (110), (132) a um eixo longitudinal (152), que está posicionado longitudinalmente ao longo do eixo longitudinal (176).

5. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda uma fenda transversal (162) definido no interior do cilindro magnético parcial (100) e uma pluralidade de imãs posicionados próximos à fenda transversal (162) para reduzir o fluxo de vazamento através da fenda transversal (162).

6. MOTOR GERADOR ELÉTRICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo cilindro toroidal magnético parcial (100) ter um comprimento de arco angular superior a 180 graus.

7. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE TENSÃO CC, sendo o método caracterizado por:formação de uma área de concentração magnética dentro de uma cavidade interna (124) definida por uma parede exterior do cilindro magnético (102), uma parede do cilindro magnético interna (104), uma primeira parede lateral magnética (170), e uma segunda parede lateral magnética (172), cada parede que tendo seus pólos magnéticos voltados para a cavidade interna (124) e a parede exterior do cilindro magnético (102) tem uma massa magnética maior do que a primeira parede lateral magnética (170) ou a segunda parede lateral magnética (172),posicionamento de uma porção de um núcleo (110), (132) na área de concentração magnética,o acoplamento de uma bobina (148) ao núcleo (110), (132), rotação de um eixo longitudinal (152) acoplado ao núcleo (110), (132) tal que, como o eixo longitudinal (152) gira, a bobina (148) é movida para a área de concentração magnética,produzindo uma tensão na bobina (148) que se move através da zona de concentração magnética,removendo a tensão da bobina(148).

8. MÉTODO DE PRODUZIR UM MOVIMENTO RADIAL DE UM EIXO LONGITUDINAL (152), sendo o método caracterizado por:Formação de uma área de concentração magnética dentro de uma cavidade interna (124) definida por uma parede exterior magnética cilindro (102), uma parede do cilindro magnético interna (104), uma primeira parede lateral magnético (170), e uma segunda parede lateral magnética (172) cada parede que tem a sua como pólos magnéticos voltados para o interior da cavidade (124) e o cilindro magnético exterior da parede (102) tem uma massa magnética maior do que quer a primeira parede lateral (170) magnético ou a segunda parede lateral (172) magnético, posicionamento de uma porção de um núcleo (110), (132) na área de concentração magnética, acoplamento de uma bobina (148) para o núcleo (110), (132,mover radialmente de uma bobina (148) para a área de concentração magnética,aplicação de uma corrente para a bobina (148), quando a bobina (148) está dentro da área de concentração magnética para criar uma força magnética reativa na bobina (148) para mover a bobina (148), eacoplamento da bobina (148) para um eixo longitudinal 152, tais como as que se move de bobina 148, o eixo longitudinal 152 roda de um modo radial.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo núcleo (110), (132) na seção transversal ter um primeiro comprimento paralelo ao eixo longitudinal, que é maior do que um segundo comprimento do centro (110), (132) que é transversal ao eixo longitudinal.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado por compreender adicionalmente a redução do fluxo de dispersão da área de concentração magnética por um posicionamento de uma pluralidade de ímãs próximos às fendas (162) adjacentes à cavidade interior (124).

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado por compreender ainda girar a bobina (148) no interior da área de concentração magnética, para, pelo menos, um comprimento de ângulo de 180 graus.