BR112018007810B1

BR112018007810B1 - Máquina elétrica, e método de produção de rotação eletromotiva elétrica

Info

Publication number: BR112018007810B1
Application number: BR112018007810-7A
Authority: BR
Inventors: Fred E. Hunstable
Original assignee: Linear Labs, LLC
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2022-12-13
Also published as: JP7246820B2; US20220115936A1; KR20180081499A; US20180278134A1; EP3365971A1; EP3365971A4; JP2021121169A; BR112018007810A2; EP3365971B1; AU2020289810B2; US11159076B2; AU2016342255A1; JP6893306B2; AU2020289810A1; US20230421033A1; AU2016342255B2; CN108377663A; CN108377663B; US11784546B2; WO2017070403A1

Abstract

MÁQUINA ELÉTRICA, E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE ROTAÇÃO ELETROMOTIVA ELÉTRICA. São apresentadas diversas realizações descritas no presente pedido, incluindo métodos e sistemas de disposição de ímãs permanentes para comutação de primeira configuração projetada para primeira saída de torque para segunda configuração projetada para segunda saída de torque.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório Norte-Americano com número de série 62/244.155, intitulado A Switchable Toroidal Electric Motor/Generator, depositado em 20 de outubro de 2015. Seu relatório descritivo é incorporado como referência para todos os propósitos.

[002] O presente pedido também é de propriedade comum com os pedidos de patente norte-americanos a seguir: pedido de patente provisório norte-americano com número de série 62/185.637, intitulado An Improved Multi-Tunnel Electric Motor/Generator, depositado em 28 de junho de 2015; pedido de patente provisório norte-americano com número de série 62/144.654, intitulado A Multi-Tunnel Electric Motor/Generator, depositado em quatro de abril de 2015; pedido de patente provisório norte-americano n° 62/055.615, intitulado An Improved DC Electric Motor/Generator with Enhanced Permanent Magnetic Flux Densities, depositado em 25 de setembro de 2014; pedido de patente provisório norte-americano com número de série 62/056.389,intitulado An Improved DC Electric Motor/Generator with Enhanced Permanent Magnetic Flux Densities, depositado em 26 de setembro de 2014; pedido norte-americano com número de série 13/848.048, intitulado An Improved DC Electric Motor/Generator with Enhanced Permanent Magnetic Flux Densities, depositado em 20 de março de 2013; que reivindica o benefício do Pedido Provisório Norte- Americano com número de série 61/613.022, depositado em 20 de março de 2012, cujos relatórios descritivos são incorporados ao presente como referência para todos os propósitos.

CAMPO DA INVENÇÃO

[003] A presente invenção refere-se, de forma geral, a um gerador/motor elétrico novo e aprimorado e, particularmente, a um método e sistema aprimorado de produção de movimento giratório por um motor eletromagnético ou geração de energia elétrica a partir de uma entrada de movimento giratório.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[004] Em muitos motores, existe a necessidade de alta saída de torque em velocidades ou tensões relativamente baixas e, em seguida, à medida que a velocidade aumenta, o torque pode ser reduzido. Em aplicações de veículos elétricos, operação sob baixa velocidade frequentemente exige operação de torque constante em velocidade menor que a base para movimentação de cargas pesadas ou atravessando terrenos ou inclinações acidentadas, como morros. Alto torque pode ser necessário, por exemplo, para coleta de lixo local, em que os caminhões movem-se lentamente de uma residência para outra, mas existe menos necessidade de alto torque quando o caminhão encontrar-se na estrada em velocidades mais altas. De forma similar, construção e tratores podem ter necessidade de alto torque durante movimentação e aragem da terra, mas baixo torque quando as máquinas se encontram em modo de transporte ou movendo-se ao longo de uma rua. Motores de transporte podem necessitar de alto torque quando são ligados e torque mais baixo após atingirem sua velocidade de operação.

[005] Em muitos casos, operação em alta velocidade exige duas ou três vezes a velocidade base para trafegar em rodovias niveladas ou locais industriais desenvolvidos. Nesse modo em alta velocidade, as necessidades de torque são baixas e deseja-se operação sob potência constante. Em operação sob potência constante, o torque disponível é inversamente proporcional à velocidade. Modo de potência constante em motor equipado com mecanismo que controla a força contraeletromotriz fornece operação que é similar à comutação de razões de marchas em transmissão, ou seja, velocidades mais altas são substituídas por torque mais baixo disponível.

[006] Existe, portanto, também a necessidade de motores que gerem alto torque em um modo e torque relativamente inferior, em outro modo, quando velocidades mais altas houverem sido atingidas. Pode-se utilizar um motor que seja capaz de comutar de modo de torque constante para modo de potência constante com velocidade que se estende além da velocidade base como transmissão variável magnética. Convencionalmente, isso pode ser realizado por meio de dispositivo de transmissão. Dispositivos de transmissão resultam, entretanto, em ineficiência e custos adicionais. O que é necessário é um motor que possa comutar entre configuração de alto torque e baixa velocidade e configuração de baixo torque e alta velocidade.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Em resposta a estes e outros problemas, são apresentadas diversas realizações descritas no presente pedido, incluindo métodos e sistemas de disposição de ímãs permanentes para comutar-se de primeira configuração projetada para primeira saída de torque para segunda configuração projetada para segunda saída de torque.

[008] Estas e outras características e vantagens serão mais claramente compreendidas a partir da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com as figuras anexas. É importante observar que as figuras não se destinam a representar os únicos aspectos da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[009] A Fig. 1 é uma vista de todos os componentes de uma realização de componente motor/gerador de acordo com certos aspectos da presente invenção.

[0010] A Fig. 2A é uma vista isométrica detalhada de um conjunto de disco magnético do componente de motor/gerador ilustrado na Fig. 1.

[0011] A Fig. 2B é uma vista isométrica detalhada de um conjunto de disco magnético ilustrado na Fig. 2A com certos componentes removidos por clareza.

[0012] As Figs. 3A a 3E são diversas ilustrações detalhadas de um conjunto de bobina e componentes do conjunto de bobina.

[0013] A Fig. 4A é uma vista isométrica de um cilindro toroidal magnético ou conjunto rotor.

[0014] A Fig. 4B é uma vista de todos os componentes do cilindro toroidal magnético da Fig. 4A e diversos componentes de um sistema de ferro traseiro.

[0015] A Fig. 5A é uma vista em perspectiva detalhada que ilustra uma realização de segmento de cilindro magnético.

[0016] A Fig. 5B é uma vista em perspectiva detalhada que ilustra uma realização alternativa de um segmento de cilindro magnético.

[0017] A Fig. 5C é uma vista em seção de um segmento de cilindro magnético que ilustra uma disposição de polos magnéticos.

[0018] A Fig. 5D é uma vista de todos os componentes de um cilindro magnético toroidal que ilustra a disposição de polo magnético da Fig. 5C.

[0019] A Fig. 5E é uma vista de todos os componentes do cilindro magnético toroidal que ilustra a disposição de polo magnético da Fig. 5F.

[0020] A Fig. 5F é uma vista em seção de um segmento de cilindro magnético que ilustra uma disposição alternativa de polos magnéticos.

[0021] A Fig. 5G é uma vista de todos os componentes de um cilindro magnético que ilustra a disposição de polo magnético da Fig. 5H.

[0022] A Fig. 5H é uma vista em seção de um segmento de cilindro magnético que ilustra uma disposição alternativa de polos magnéticos.

[0023] A Fig. 6 é uma vista isométrica detalhada de um segmento de cilindro magnético com forças eletromagnéticas impostas sobre o segmento.

[0024] As Figs. 7A, 7B e 7D são gráficos que ilustram o torque relativo ou tensões contraeletromotrizes das diversas disposições de polos magnéticos das Figs. 5C a 5H.

[0025] A Fig. 7C é um gráfico que ilustra o torque relativo entre duas configurações magnéticas.

[0026] As Figs. 8A a 8E são detalhes de vistas isométricas de um acionador de rotação que pode ser utilizado com diversas realizações da presente invenção.

[0027] A Fig. 9 é uma ilustração esquemática de um conjunto de bobina acoplado a um controlador.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028] Exemplos específicos de componentes, sinais, mensagens, protocolos e disposições são descritos abaixo para simplificar o presente relatório descritivo. Estes são, naturalmente, apenas exemplos e não se destinam a limitar a presente invenção contra o descrito nas reivindicações. Elementos bem conhecidos são apresentados sem descrição detalhada, a fim de não obscurecer a presente invenção em detalhes desnecessários. Em sua maioria, detalhes desnecessários para obter compreensão completa da presente invenção foram omitidos, já que esses detalhes encontram- se dentro dos conhecimentos dos técnicos comuns no assunto correspondente. Detalhes referentes a circuitos de controle convencionais, fontes de energia ou circuitos utilizados para alimentar certos componentes ou elementos descritos no presente são omitidos, pois esses detalhes encontram-se dentro dos conhecimentos dos técnicos comuns no assunto correspondente.

[0029] Quando direções, tais como superior, inferior, em cima, embaixo, sentido horário ou anti-horário forem discutidas na presente invenção, essas direções destinam-se apenas a fornecer direções de referência para as figuras ilustradas e para orientação de componentes nas figuras. As direções não deverão ser compreendidas como indicando direções reais utilizadas em qualquer invenção resultante ou uso real. Essas direções não deverão ser interpretadas, sob nenhuma circunstância, como limitando ou impondo qualquer significado às reivindicações.

[0030] A Fig. 1 é uma vista em perspectiva de todos os componentes de um componente motor/gerador 100 que ilustra um conjunto de disco magnético 400, um centro rotor 300 e primeiro mecanismo de acionamento 600, que, em certas realizações, pode ser adaptado para acoplar-se a um lado do conjunto de disco magnético 400. Em certas realizações, pode também haver um segundo mecanismo de acionamento 650 adaptado para acoplar-se ao lado externo oposto do conjunto de disco magnético 400.

[0031] O conjunto de disco magnético 400 compreende um circuito de ferro posterior 200 que rodeia e posiciona um cilindro magnético toroidal 430 (não exibido). O cilindro magnético toroidal 430 rodeia um conjunto de bobina 500 (não exibido). Como será explicado abaixo, em certas realizações, o centro rotor 300 sustenta diversos componentes do circuito de ferro posterior 200 e é acoplado a um eixo rotor 302.

[0032] A Fig. 2A é uma vista isométrica detalhada do conjunto de disco magnético 400. Conforme ilustrado na Fig. 2A, o circuito de ferro posterior 200 compreende o lado externo do conjunto de disco magnético 400. Em certas realizações, o circuito de ferro posterior pode ser compreendido de duas partes. Com relação à página, o circuito de ferro posterior pode compreender primeira parte ou superior 202 e segunda parte ou inferior 204. Em certas realizações, a primeira parte 202 do circuito de ferro posterior 200 compreende primeira parede cilíndrica 206 feita de material de ferro posterior. Para os propósitos do presente pedido, a expressão “ferro posterior” pode designar ferro ou material magnético mole, tal como qualquer liga ou composto ferroso, qualquer liga de ferro, níquel ou cobalto ou qualquer metal laminado que compreende folhas laminadas desse material.

[0033] Em certas realizações, a primeira parede de cilindro 206 pode ser acoplada a um anel ou parede lateral plana 208 que também é feita de material de ferro posterior. Como será explicado abaixo, em ainda outras realizações, a primeira parede de cilindro 206 pode girar ao longo de um ângulo previamente determinado com relação à parede plana 208. Em qualquer caso, a parede lateral 208 é adjacente à primeira parede cilíndrica 206.

[0034] A segunda parte do circuito de ferro posterior 204 compreende segunda parede cilíndrica 210, que, em certas realizações, pode ser acoplada a um segundo anel ou parede lateral plana 212. Como será explicado abaixo, em ainda outras realizações, a parede de cilindro exterior 210 pode girar ao longo de um ângulo previamente determinado com relação à parede plana 212.

[0035] Em certas realizações, pode ser definida uma ranhura 214 entre a parede cilíndrica 206 e a parede lateral plana 208 para permitir a passagem de fios de controle e/ou condutores elétricos ou adição de fixação mecânica e suporte. Em ainda outras realizações, pode haver ranhura ou lacuna similar definida entre a parede cilíndrica 206 e a parede cilíndrica 210 (não exibida na Fig. 2A).

[0036] A Fig. 2B é uma vista isométrica detalhada de uma realização do conjunto de disco magnético 400 com o circuito de ferro posterior removido para clareza. Conforme ilustrado e como será descrito abaixo, o circuito de ferro posterior posiciona e sustenta um cilindro magnético toroidal 430 que rodeia o conjunto de bobina 500.

[0037] A Fig. 3A é uma vista isométrica detalhada de uma realização do conjunto de bobina 500 com o cilindro magnético toroidal 430 removido por clareza. Em certas realizações, o conjunto de bobina 500 pode ser um estator, pois o conjunto de bobina pode ser estacionário. Em ainda outras realizações, o conjunto de bobina 500 pode agir como rotor, pois o conjunto de bobina pode girar. Além disso, as realizações ilustradas são apenas uma forma de configuração e sustentação do conjunto de bobina 500. Em outras realizações, o conjunto de bobina 500 pode ser sustentado por um anel de suporte que se estende através de uma ranhura central entre as paredes cilíndricas externas 206 e 210 (Fig. 2A) do conjunto de bobina para um abrigo ou invólucro externo. Em ainda outras realizações quando o conjunto de bobina 500 está funcionando como rotor, o conjunto de bobina pode ser sustentado por um anel de suporte que se estende através de uma ranhura central entre as paredes cilíndricas internas 207 e 211 do conjunto de bobina para o eixo. A configuração exata depende se o projeto decide se o conjunto de bobina deve ser o estator ou o rotor.

[0038] Geralmente, como é tipicamente utilizado na indústria, “rotor” pode ser aquela(s) parte(s) que contém(êm) ímãs permanentes (independentemente se o rotor é estacionário ou móvel). Na realização ilustrada, o conjunto de bobina 500 é uma parte de estator utilizado em conjunto com um ou mais rotores formados pelo cilindro magnético toroidal 430 (vide a Fig. 2B).

[0039] A Fig. 3B ilustra um suporte de conjunto de bobina 502 que compreende um núcleo de anel ou cilíndrico 504 acoplado a uma série de dentes 506 espaçados radialmente em volta do núcleo de anel com relação a um eixo axial ou longitudinal 401. Para fins de clareza, a Fig. 3B exibe uma parte de dentes 506 removidos de forma que o núcleo de anel 504 seja visível.

[0040] Em certas realizações, o núcleo de anel 504 pode ser feito de ferro, materiais magnéticos moles ou materiais de ferro posterior, de forma a agir como concentrador de força de fluxo magnético. Outros materiais centrais, entretanto, podem ser utilizados ao levar-se em conta considerações de projeto tais como resistência mecânica, redução de correntes parasitas, canais de resfriamento etc. Conforme discutido acima, materiais de ferro posterior podem ser ferro, liga de ferro, liga de aço laminado ou materiais de ímã moles. Em algumas realizações, o núcleo de anel 504 pode ser oco ou ter passagens definidas no seu interior para permitir resfriamento com ar ou líquidos.

[0041] Uma realização de dente individual 506a e uma pequena parte do núcleo de anel 504 são ilustradas na Fig. 3C. O dente 506a pode ser feito de material similar ao material que forma o núcleo 504, tal como ferro, aço laminado ou material magnético mole. Na realização ilustrada, cada dente 506a estende-se a partir do núcleo de anel 504 em direções radiais (por exemplo, horizontal) e longitudinais (por exemplo, vertical). Desta forma, cada dente 506a compreende uma parte externa 510 que se estende radialmente para longe do eixo longitudinal 401 (Fig. 3B), uma parte interna 512 que se estende radialmente em direção ao eixo longitudinal 401, uma parte superior 514 que se estende em direção longitudinal ou axial e uma parte inferior 516 que se estende na direção vertical ou longitudinal oposta. A parte ilustrada do núcleo de anel 504 é acoplada ao dente individual 506a e o sustenta.

[0042] Em certas realizações, uma barbatana externa 520 acopla-se a uma extremidade externa da parte vertical externa 510 e estende-se para fora a partir da posição vertical 510 em direções em circunferência (ou tangenciais) opostas com relação ao eixo longitudinal 401. De forma similar, uma barbatana interna 522 acopla- se a uma extremidade interna da parte interna 512 e estende-se para fora a partir da parte 512 em direções em circunferência (ou tangenciais) opostas. Conforme utilizado na presente invenção, a expressão “direção em circunferência” indica a direção tangencial ou rotacional em volta de um eixo, tal como o eixo 401 (vide a Fig. 3B).

[0043] Uma realização alternativa de dente individual 506’a e uma parte pequena do núcleo de anel 504 são ilustradas na Fig. 3D. O dente 506’a é similar ao dente 506a descrito acima com referência à Fig. 3C, exceto pelo dente 506’a, que também possui barbatanas horizontais ou radiais que se estendem a partir da parte superior 514 e da parte inferior 516. Especificamente, primeira barbatana horizontal ou superior 518 estende-se em direções em circunferência horizontais opostas a partir de uma extremidade da parte horizontal superior 514. De forma similar, segunda barbatana horizontal ou inferior 519 estende-se em direções em circunferência horizontais opostas a partir de uma extremidade da parte horizontal inferior 516. Em outras palavras, a barbatana horizontal superior 518 liga a parte superior da barbatana exterior 520 à parte superior da barbatana interior 522. De forma similar, a barbatana horizontal inferior 519 liga uma parte inferior da barbatana exterior 520 a uma parte inferior da barbatana interior 522. Do ponto de vista estrutural, a espessura das barbatanas 518 e 519 pode ser maior perto da junção com os membros horizontais correspondentes 514 e 516 e afilar-se à medida que as barbatanas estendem-se para longe das junções.

[0044] Dentes adjacentes 506 ou 506’ sustentados pelo anel central 504 formam ranhuras radiais 524 no interior da estrutura de suporte de conjunto de bobina 502, conforme ilustrado na Fig. 3A. A Fig. 3E (que omite uma parte dos dentes 506 por clareza) ilustra uma série de bobinas ou enrolamentos de bobina individuais 526 posicionados radialmente em volta do núcleo de anel 504 e dentro das ranhuras 524 formadas entre os dentes adjacentes 506 ou 506’. Por outro lado, a Fig. 3A ilustra um conjunto de bobina completo 500 que exibe todos os dentes individuais 506 e enrolamentos de bobina individuais 526 posicionados no interior das ranhuras individuais 524.

[0045] Cada bobina individual 526 do conjunto de bobina 500 pode ser feita de material condutor, tal como fio de cobre (ou liga similar) e pode ser construída utilizando métodos de enrolamento convencionais conhecidos na técnica. Em certas realizações, podem ser utilizados enrolamentos concentrados. Em certas realizações, as bobinas individuais 526 podem possuir formato essencialmente cilíndrico ou retangular que é enrolado em volta do núcleo de anel 504 que possui abertura central dimensionada para permitir que a bobina individual 526 seja fixada ao núcleo 504.

[0046] Posicionando-se as bobinas individuais 526 no interior das ranhuras 524 definidas pelos dentes 506 ou 506’, as bobinas são rodeadas pelas capacidades de sifão de calor mais substanciais dos dentes que, em certas realizações, podem incorporar passagens de resfriamento diretamente ao material que forma os dentes. Isso permite densidades de corrente mais altas que geometrias de motor convencionais. Além disso, o posicionamento da série de bobinas 526 no interior das ranhuras 524 e entre os dentes 506 reduz o espaço de ar entre as bobinas. Reduzindo-se o espaço de ar, o conjunto de bobina 500 pode contribuir com o torque geral produzido pelo motor ou gerador. Em certas realizações, as barbatanas laterais 518 e 519 (Fig. 3D), as barbatanas em circunferência 520 e 522 (Figs. 3C ou 3D) dos dentes 506a ou 506’a do conjunto de bobina reduzem o espaço de ar entre a estrutura da bobina para permitir o fluxo de forças de fluxo de uma barbatana para uma barbatana adjacente quando as bobinas são energizadas e o conjunto de bobina 500 começa a mover- se com relação ao túnel magnético.

[0047] O número de bobinas individuais 526 pode ser qualquer quantidade que se encaixe fisicamente no interior do volume desejado e de comprimento e tamanho de condutor que produza a saída mecânica ou elétrica desejada, conforme conhecido na técnica. Em ainda outras realizações, as bobinas 526 podem ser essencialmente uma bobina contínua, similar a um anel Gramme conhecido na técnica.

[0048] A Fig. 4A ilustra uma realização do cilindro toroidal magnético 430. Existe um primeiro lado ou superior ou parede radial de ímãs 402 (primeira parede lateral 402) posicionado em volta do eixo longitudinal 401. De forma similar, existe um segundo lado ou inferior, ou parede radial de ímãs 404 (segunda parede lateral 404), posicionado longitudinalmente longe da primeira parede lateral de ímãs 402. Uma parede cilíndrica externa ou anel longitudinal de ímãs 406 é posicionada longitudinalmente entre a primeira parede lateral 402 e a segunda parede radial de ímãs 404. Uma parede cilíndrica interna ou anel longitudinal de ímãs 408 também é posicionada longitudinalmente entre a primeira parede lateral 402 e a segunda parede radial de ímãs 404 e posicionada lateral ou radialmente no interior do anel de ímãs longitudinal externo 406. Quando montados, os ímãs que formam as paredes radiais 402-404 e as paredes longitudinais 408-406 formam o cilindro magnético toroidal 430, tal como ilustrado na Fig. 4A. Cada parede ou anel pode ser feito de uma série de ímãs. Na linguagem da indústria, cada parede magnética de ímãs permanentes é denominada “rotor”. O cilindro toroidal magnético “com quatro paredes” pode, portanto, ser conhecido como sistema magnético permanente com quatro rotores.

[0049] Em certas realizações, os ímãs que formam as paredes laterais ou radiais 402-404 e as paredes cilíndricas longitudinais 408-406 discutidas no presente podem ser feitas de qualquer material magnético apropriado, tal como neodímio, ligas Alnico, ímãs permanentes cerâmicos ou eletroímãs. A quantidade exata de ímãs ou eletroímãs dependerá da resistência de campo magnético ou configuração mecânica necessária. A realização ilustrada é apenas uma forma de disposição dos ímãs, com base em certos ímãs disponíveis comercialmente. Outras disposições são possíveis, especialmente se ímãs forem fabricados para este propósito específico.

[0050] Na realização ilustrada da Fig. 4A, pode haver ranhuras entre as paredes, tais como a ranhura 456 entre a parede longitudinal externa 406 e a primeira parede lateral ou lateral superior 402. Conforme discutido acima, em certas realizações, pode também haver ranhuras nas paredes, tais como uma ranhura que é definida na parede cilíndrica exterior 406 (não exibida). As ranhuras são projetadas para acomodar uma estrutura de suporte e/ou fios e condutores. A expressão “túnel magnético fechado”, da forma utilizada na presente invenção, designa o uso de uma disposição dos ímãs que formam o cilindro magnético toroidal parcial 430 que “força” ou “dobra” as forças de fluxo de um lado do túnel para o outro (ou em direção em circunferência) sem permitir, em primeiro lugar, a fuga das forças magnéticas através de uma ranhura grande. Desta forma, as larguras de ranhuras podem ser limitadas para evitar que forças de fluxo saiam através das ranhuras. Em outras realizações, ímãs adicionais podem ser inseridos nas ranhuras para manter as forças de fluxo canalizadas para uma direção previamente determinada ou em circunferência.

[0051] Conforme discutido acima, os ímãs que formam o cilindro magnético toroidal 430 são posicionados e sustentados pelo circuito de ferro posterior 200. A Fig. 4B é uma vista isométrica de todos os componentes do circuito de ferro posterior 200 e os ímãs que formam o cilindro magnético toroidal 430. Nesta realização, o circuito de ferro posterior 200 compreende primeira parte 202 e segunda parte 204. A primeira parte do circuito de ferro posterior 200 compreende a parede superior ou lateral 208, primeira parede externa em circunferência ou anel 206 e primeira parede interior ou anel 207. A segunda parte 204 do circuito de ferro posterior 200 compreende a parede lateral ou inferior 212, a segunda parede externa em circunferência ou anel 210 e segunda parede interior ou anel 211.

[0052] Nesta realização, cada anel ou parede externa 406a e 406b compreende uma série de ímãs curvas. Diversas ranhuras longitudinais internas 240a são definidas e espaçadas radialmente em volta de uma superfície interna 242a da primeira parede de cilindro externa 206 do circuito de ferro posterior 200. Os diversos ímãs externos que formam a primeira parte 406a da parede magnética externa 406 são dimensionados para encaixe dentro da série de ranhuras longitudinais internas 240a. De forma similar, diversas ranhuras longitudinais internas 240b são definidas e radialmente espaçadas em volta de uma superfície interna 242b da segunda parede de cilindro externa 210. Os diversos ímãs externos que formam a segunda parte 406b da parede magnética externa 406 são dimensionados para encaixe nas diversas ranhuras longitudinais internas 240b.

[0053] Cada parte de parede ou anel magnético interno 408a e 408b também compreende uma série de ímãs curvos. Diversas ranhuras longitudinais externas 244a são definidas e espaçadas radialmente em volta de uma superfície externa 246a da primeira parede cilíndrica interna 207 do circuito de ferro posterior 200. Os diversos ímãs internos que formam a primeira parte 408a da parede magnética interna 408 são dimensionados para encaixe nas diversas ranhuras longitudinais externas 244a. De forma similar, as diversas ranhuras longitudinais externas 244b são definidas e espaçadas radialmente em volta de uma superfície externa 246b da segunda parede cilíndrica interna 211. Os diversos ímãs internos que formam a segunda parte 408b da parede magnética interna 408 são dimensionados para encaixe nas diversas ranhuras longitudinais externas 244b.

[0054] As diversas ranhuras 240a, 240b, 244a e 244b são, portanto, projetadas para posicionar e sustentar estruturalmente os diversos ímãs que formam a parede magnética cilíndrica externa 406 e a parede magnética cilíndrica interna 408. De forma similar, ranhuras radiais 248 podem ser definidas em uma superfície frontal interior das paredes laterais planas 208 e 212 do circuito de ferro posterior 200. As ranhuras radiais 248 também são dimensionadas para acomodar e sustentar o anel de ímãs radiais 404 (e ímãs radiais 402). Em certas realizações, materiais adesivos conhecidos na técnica podem ser utilizados para acoplar de forma fixa os ímãs que formam o cilindro magnético toroidal 430 aos diversos elementos do circuito de ferro posterior 200.

[0055] A realização ilustrada na Fig. 4B utiliza duas paredes cilíndricas externas 206 e 210. Em outras realizações, as duas paredes cilíndricas externas 206 e 210 podem ser substituídas por uma única parede cilíndrica (não exibida). De forma similar, duas paredes cilíndricas internas 207 e 211 são ilustradas na Fig. 4b. Em certas realizações, entretanto, as paredes cilíndricas internas 207 e 211 podem ser substituídas por uma única parede interna cilíndrica (não exibida).

[0056] Em certas realizações, o cilindro magnético toroidal 430 pode ser dividido em uma série de segmentos radiais ou conforme conhecido na técnica como “polos”. Para fins de ilustração, o cilindro magnético toroidal 430 é dividido em 8 (oito) segmentos radiais, em que segmentos adjacentes possuem orientações de polaridade magnética alternadas. Pode-se utilizar, entretanto, qualquer quantidade de segmentos radiais, dependendo de exigências específicas de projeto para o motor ou o gerador.

[0057] Um desses segmentos radiais 440 é ilustrado na Fig. 5A. Cada segmento radial possui uma parede interior 408, uma parede exterior 406, primeira parede lateral ou superior 402 e segunda parede lateral ou inferior 404. Conforme ilustrado na Fig. 5A e discutido acima com referência à Fig. 4B, as paredes 406 e 408 podem ser adicionalmente divididas em duas ou mais partes axiais ou longitudinais. A parede externa 406 da Fig. 5A, por exemplo, compreende primeira parte ou parede 406a e segunda parte ou parede 406b. De forma similar, a parede interna 408 compreende primeira parte ou parede 408a e segunda parte ou parede 408b.

[0058] Por outro lado, o segmento radial 440’ da Fig. 5B ilustra uma realização que possui uma única parede exterior magnética 406 e uma única parede exterior magnética 408. Do ponto de vista eletromagnético, faz pouca diferença se as paredes axiais 406 e 408 do segmento radial 440 são formadas a partir de um único ímã curvo, conforme ilustrado na Fig. 5B, ou dois ou mais ímãs curvos, conforme ilustrado na Fig. 5A. Em certas realizações, entretanto, pode ser mais conveniente, do ponto de vista mecânico, utilizar o segmento radial 440, conforme ilustrado na Fig. 5A, ou o segmento radial 440’, conforme ilustrado na Fig. 5B.

Configuração de polos magnéticos NNNN:

[0059] Os ímãs individuais que formam as paredes magnéticas do segmento radial 440 possuem seus polos frontais às direções previamente determinadas que afetam o desempenho geral do cilindro magnético 400. Como ilustração, a Fig. 5C é uma vista em seção conceitual das paredes magnéticas de segmento radial 440’ que exibem a orientação de polo magnético dos ímãs que formam as diversas paredes do segmento radial. Na Fig. 5C, por exemplo, os polos magnéticos dos ímãs que formam a parede cilíndrica externa 406 e a parede cilíndrica interna 408 possuem seus polos magnéticos orientados ao longo de uma direção radial com relação ao eixo longitudinal 401 (Fig. 4A). Na ilustração da Fig. 5C, os polos magnéticos norte das paredes cilíndricas 406 e 408 apontam para o interior 442 do segmento radial 440. Consequentemente, os polos sul das paredes cilíndricas 406 e 408 apontam para longe do interior 442 do segmento radial 440. De forma similar, os ímãs que formam as paredes laterais 402 e 404 possuem seus polos magnéticos orientados ao longo da direção longitudinal ou axial, de tal forma que os seus polos norte também sejam frontais para o interior 442 do segmento radial 440. Para os propósitos da presente invenção, a configuração magnética ilustrada na Fig. 5C pode ser idealizada como configuração NNNN, pois todos os polos que apontam para o interior 442 do segmento radial possuem polaridade magnética norte.

[0060] Em certas realizações, um segmento radial adjacente possui seus polos magnéticos orientados em direção ou orientação oposta à do segmento radial 440. Em outras palavras, no segmento adjacente, os polos magnéticos dos ímãs que formam a parede cilíndrica externa 406 e a parede cilíndrica interna 408 possuem seus polos magnéticos orientados ao longo de uma direção radial que aponta para o eixo longitudinal 401 (Fig. 4A), de tal forma que seus polos magnéticos sul apontem para o interior 442 do segmento radial 440. De forma similar, os ímãs que formam as paredes laterais 402 e 404 possuem seus polos magnéticos orientados ao longo da direção axial ou longitudinal, de tal forma que os seus polos sul também fiquem de frente para o interior do segmento radial 440. Desta forma, um segmento radial adjacente pode possuir configuração de polo magnético SSSS porque todos os polos voltados para o lado interno possuem polaridade magnética sul.

[0061] A nomenclatura NNNN ou SSSS destina-se a indicar que todos os ímãs voltados para o lado interno possuem a mesma polaridade. Esta nomenclatura não deverá ser interpretada para limitar a presente invenção a quatro paredes que formam o segmento magnético. Embora o exemplo de realização ilustre um cilindro toroidal com quatro lados 430 em que a seção transversal possui quatro paredes, encontra-se dentro do escopo da presente invenção o uso de três, cinco, seis ou até mais segmentos de parede para formar um cilindro magnético toroidal ou formato similar.

[0062] Os segmentos radiais que formam o cilindro magnético toroidal 430 alternam sua orientação de polo magnético com cada segmento adjacente em volta do cilindro conforme ilustrado na Fig. 5D. A Fig. 5D é uma vista isométrica de todos os componentes do cilindro magnético toroidal 430 que exibe a parede lateral ou anel superior 402 e a parede cilíndrica externa 406 puxadas para longe da parede lateral inferior 404 e a parede cilíndrica interna 408, de forma que o leitor possa visualizar a orientação de polo magnético dos oito segmentos radiais 440 que formam esta realização do cilindro magnético toroidal 430.

[0063] O segmento radial isolado 440’ ilustrado na Fig. 5C pode ser formado, por exemplo, por um segmento de parede superior 462, um segmento de parede inferior 464, uma parede externa 466 e uma parede inferior 468 da Fig. 5D que são alinhados radial e axialmente para formar um segmento (conforme ilustrado na Fig. 6). Para os propósitos da presente invenção, “N” ou “S” é indicado sobre a face dos ímãs para exibir a orientação dos polos magnéticos de qualquer parede específica e segmento radial. Conforme indicado pela Fig. 5D, o lado “interno” da parede cilíndrica interior 468 possui um “N” definido sobre ele para indicar que o polo norte do(s) ímã(s) que forma(m) aquela parede é voltado para o interior do túnel (e em direção ao observador). A parte de parede inferior 464 também possui um “N” definido sobre ela para indicar que o polo norte está voltado para cima, em direção ao interior do cilindro magnético toroidal 430. Por outro lado, a parte de parede lateral superior 462 possui um “S” definido sobre ela para indicar que o polo sul do anel magnético é frontal para o observador - o que também indica que o seu polo norte está de costas para o observador e voltado para baixo, em direção ao interior do cilindro toroidal conforme ilustrado na Fig. 5C. De forma similar, a parte de parede externa 466 possui um “S” definido sobre ela para indicar que o polo sul da parede magnética é frontal para o observador - o que também indica que o seu polo norte está de costas para o observador, em direção ao lado interno do túnel.

[0064] Desta forma, caso uma seção fosse cortada através do segmento radial 440’, a orientação de polo magnético daquele segmento radial específico teria todos os polos norte (ou seja, configuração de polo magnético NNNN) voltados em direção ao interior do segmento conforme ilustrado na Fig. 5C. Por outro lado, os segmentos radiais imediatamente adjacentes aos segmentos radiais 440’ teriam todos os seus polos sul voltados em direção ao interior do segmento (ou seja, configuração de polo magnético SSSS).

[0065] Como será explicado abaixo, a configuração do cilindro magnético toroidal 430 indicado pela Fig. 5C e pela Fig. 5D é primeira configuração (ou configuração de polo magnético NNNN) que produz torque relativamente alto quando o cilindro magnético toroidal 430 é utilizado como parte do motor ou gerador.

Configuração de polo magnético NSNS:

[0066] Conforme descrito acima, os ímãs que formam o cilindro magnético toroidal 430 são posicionados e sustentados por diversos componentes do circuito de ferro posterior 200. Novamente com referência à Fig. 4B, a parede lateral superior 208 do circuito de ferro posterior 200 posiciona os ímãs que formam a parede magnética 402. A parede lateral inferior 212 posiciona os ímãs que formam a parede magnética 404. As paredes cilíndricas externas 206 e 210 posicionam os ímãs que formam a parede magnética exterior 406. As paredes cilíndricas internas 207 e 211 posicionam os ímãs que formam a parede magnética interna 408. Quando o primeiro acionador de rotação 600 (Fig. 1) girar a parede lateral superior 208 e o segundo acionador de rotação 650 (Fig. 1) girar a parede lateral inferior 212 em uníssono em volta do eixo 401 com relação ao inferior, sejam as paredes cilíndricas externas 206 e 210 e as paredes cilíndricas internas 207 e 211, os diversos ímãs que formam a parede lateral magnética superior 402 e a parede lateral magnética inferior 404 também serão girados (muito provavelmente, nessa realização, uma parede cilíndrica externa substituiria as duas paredes cilíndricas externas 206 e 210 da Fig. 4B ou as paredes cilíndricas externas 206 e 210 seriam unidas para formar uma parede; de forma similar, uma parede cilíndrica interna substituiria as duas paredes cilíndricas internas 207 e 211 da Fig. 4B).

[0067] Conforme indicado anteriormente, no exemplo de realização ilustrado nas figuras, existem oito segmentos magnéticos radiais 440 que formam o cilindro magnético toroidal 430 - que indica que a distância angular entre os centros dos segmentos magnéticos é de 45 graus. Na realização ilustrativa, portanto, caso a parede lateral superior 208 e a parede lateral inferior 212 girem a 45 graus com relação às paredes cilíndricas externas 206 e 210 e às paredes cilíndricas internas 207 e 211, as paredes laterais magnéticas 402 e 404 seguiriam e também girariam a 45 graus com relação aos ímãs que formam as paredes magnéticas interna e externa 408 e 406.

[0068] A Fig. 5E é uma vista isométrica detalhada de todos os documento do cilindro magnético toroidal 430, em que os ímãs que formam as paredes laterais superior e inferior 402 e 404 giraram a 45 graus em volta do eixo longitudinal 401 com relação aos ímãs que formam as paredes cilíndricas interna e externa 406 e 408 em segunda configuração magnética. A Fig. 5F é uma vista em seção do segmento radial 440 após a reação, que exibe o segmento radial em segunda configuração ou configuração de polo magnético “NSNS”.

[0069] Na Fig. 5F, os polos magnéticos dos ímãs que formam a parede cilíndrica externa 406 e a parede cilíndrica interna 408 possuem agora seus polos magnéticos orientados de tal forma que os seus polos magnéticos sul em direção ao interior 442 do segmento radial 440. Por outro lado, os polos magnéticos dos ímãs que formam a primeira parede lateral 402 e a parede lateral inferior 404 possuem seus polos magnéticos orientados de tal forma que os seus polos magnéticos norte apontem para o interior 442 do segmento radial 440. A segunda configuração é, portanto, configuração de polo magnético NSNS, pois faces interiores magnéticas adjacentes alternam-se entre ter seus polos sul apontando para o interior e seus polos norte apontando para o interior. Conforme indicado na Fig. 5E, segmentos radiais adjacentes teriam a orientação de polo magnético oposta à orientação ilustrada na Fig. 5F.

[0070] Conforme discutido abaixo, depois que os acionadores de rotação 600 e 650 girarem o cilindro toroidal magnético 430 para orientação magnética NSNS (conforme indicado pelas Figs. 5E e Fig. 5F), o cilindro toroidal magnético 430 produz torque inferior à primeira configuração magnética ou NNNN discutida acima com referência às Figs. 5D e 5C.

Configuração magnética NNSS:

[0071] Novamente com referência à Fig. 4B, caso a parede lateral superior 208 e as paredes cilíndricas 206 e 210 necessitassem girar em uníssono com relação à parede lateral inferior 212 e às paredes cilíndricas internas 207 e 211, elas necessariamente girariam a parede magnética lateral superior 402 e a parede cilíndrica magnética externa 406 com relação à parede magnética lateral inferior 404 e à parede cilíndrica magnética interna 408.

[0072] Nesta realização, o acionador de rotação 600 pode ser acoplado à parede lateral superior 208 e a parede lateral superior pode ser acoplada à parede cilíndrica externa 206 (muito provavelmente, nessa realização, uma parede cilíndrica externa substituiria as paredes cilíndricas externas 206 e 210 da Fig. 4B ou as paredes cilíndricas externas 206 e 210 seriam unidas para formar uma parede; de forma similar, uma parede cilíndrica interna substituiria as paredes cilíndricas internas 207 e 211 da Fig. 4B). À medida que gira o acionador de rotação 600, o acionador de rotação moverá em seguida a parede lateral superior 208, que, por sua vez, causa o movimento da parede cilíndrica externa 206/210 com relação à parede cilíndrica interna 207/211 e à parede lateral inferior 212. Alternativamente, o acionador de rotação 600 pode ser acoplado à parede lateral inferior 212 para produzir rotação relativa entre a parede lateral inferior e a parede cilíndrica interna 207/211 e a parede lateral superior 208 e a parede cilíndrica externa 206/210. Independentemente da colocação do acionador de rotação, o efeito é idêntico a se a rotação relativa produzir alteração da configuração de polos magnéticos. A orientação resultante é ilustrada na Fig. 5G.

[0073] A Fig. 5G é uma vista isométrica detalhada de todos os componentes do cilindro magnético toroidal 430 que ilustra uma configuração de polos magnéticos adicional à configuração de polos magnéticos ilustrada na Fig. 5D. A Fig. 5H é uma seção através do segmento cilíndrico 440’ que exibe essa segunda configuração de polo magnético em que os polos magnéticos dos ímãs que formam a parede cilíndrica externa 406 e o anel de parede axial superior 402 agora possuem seus polos magnéticos orientados de tal forma que os seus polos magnéticos sul apontem para o interior 442 do segmento radial 440. Por outro lado, os polos magnéticos dos ímãs que formam a parede de cilindro interno 408 e a parede lateral inferior 404 possuem seus polos magnéticos orientados de tal forma que seus polos magnéticos norte apontem para o interior 442 do segmento radial 440. Desta forma, essa terceira configuração magnética é configuração de polo magnético SSNN, pois duas faces magnéticas adjacentes possuem seus polos sul apontando para o interior e duas faces magnéticas adjacentes possuem seus polos norte apontando para o interior.

[0074] Como será explicado abaixo, a terceira configuração ou SSNN do cilindro magnético toroidal 430 indicado pela Fig. 5G e pela Fig. 5H produz torque inferior à configuração magnética NNNN. Comparação entre tipos de configuração magnética:

[0075] Voltando agora à Fig. 6, é ilustrado o segmento de cilindro magnético 440 com configuração magnética NNNN. Em outras palavras, todos os ímãs que formam as paredes do segmento de cilindro magnético 440 (parede lateral superior 402, parede cilíndrica externa 406, parede lateral inferior 404 e parede cilíndrica interna 408) possuem seus polos norte voltados para dentro, em direção ao interior do segmento de cilindro magnético. Como é bem conhecido, os polos magnéticos norte gerarão fluxo magnético. A direção do fluxo magnético na superfície interior dos ímãs é representada pelas setas 490a, 490b, 490c e 490d, todas as quais apontam para o interior do segmento 440.

[0076] Uma parte do conjunto de bobina 500 também é posicionada no interior do segmento de cilindro magnético (o restante do conjunto de bobina 500 foi removido por clareza). O conjunto de bobina 500 sustenta um enrolamento de bobina individual 526 conforme discutido acima. Em modo motor, introduz-se corrente no enrolamento de bobina 526. A corrente circula e assumirá direções axiais e radiais à medida que gira em volta da bobina 526. A direção da corrente é representada pelas setas 530a-530d. Como se sabe, quando uma corrente flui na presença de campo magnético, pode-se criar uma força de Laplace ou Lorentz. Segundo a regra da mão esquerda, a força é perpendicular à superfície formada pela corrente e campo magnético. Como os campos magnéticos gerados pelos ímãs permanentes também assumem direções axiais e radiais, espera-se que a força resultante se encontre em direção tangencial (o eixo tangencial é perpendicular à superfície formada pelos vetores radial e axial).

[0077] Para configuração magnética NNNN, a força de Lorentz pode ser representada pelas setas 540a, 540b, 540c e 540d. Em outras palavras, à medida que a corrente flui em volta de cada “perna” da bobina 526 em campo magnético causa força de Laplace ou Lorentz para aquela perna.

[0078] Os efeitos de saturação e ranhuras do conjunto de bobina podem alterar o cálculo da força exata, mas pode-se determinar medição relativa de força (e o torque resultante).

[0079] Em configuração magnética NNNN, por exemplo, a força de Lorentz total (“F”) que age sobre a bobina pode ser estimada pela fórmula a seguir:

em que: - I é a corrente que flui através da bobina 526; - B é a resistência do campo magnético que age sobre a corrente; - a representa fator de hibridização e refere-se à força de Laplace e força contraeletromotriz; - az é o fator de hibridização na direção axial ou longitudinal; - ar é o fator de hibridização na direção radial; - aΦ é o fator de hibridização na direção radial; - l1 é a largura da bobina com relação ao eixo de rotação (por exemplo, o comprimento vertical da bobina 526 da Fig. 6); e - l2 é a profundidade da bobina com relação ao eixo de rotação (por exemplo, o comprimento horizontal da bobina 526 da Fig. 6).

[0080] Nas equações acima, cada lado ou perna da bobina 526 contribui negativa ou positivamente e a contribuição de torque de cada perna varia em função do raio e em função da geometria. Cada perna de bobina possui, portanto, efeito aditivo ou subtrativo, dependendo da orientação e geometria do ímã.

[0081] Ao contrário da configuração magnética NNNN, a força média total para a configuração magnética NSNS pode ser expressa conforme segue:

[0082] Como se pode observar, a força da equação (1) acima é maior que a força da equação (2) que indica que a força total gerada pela orientação magnética NNNN é maior que a força total gerada pela configuração NSNS e, de outra forma, elas são iguais. Como o segmento de cilindro magnético 440 gira em volta do eixo longitudinal 401, o torque eletromagnético gerado por configuração magnética NNNN também é maior que o torque eletromagnético gerado pela configuração magnética NSNS.

[0083] Pode-se realizar modelagem de elementos finitos sobre um segmento radial para verificar a análise acima. Como é bem conhecido, a força eletromotora contrária ou força contraeletromotriz refere-se ao torque eletromagnético. Por meio de modelagem de elementos finitos, pode-se gerar um gráfico da força contraeletromotriz ao longo do tempo para o segmento radial 440 que possui configuração magnética NNNN e opera a 3000 rpm. Os resultados são ilustrados como Fig. 7A, que ilustra a tensão de força contraeletromotriz de corrente DC com núcleo estator composto magnético mole (por exemplo, núcleo 504) e uma única volta (por exemplo, um único condutor) para a bobina. Pode-se realizar análise similar para o segmento radial 440 que possui configuração NSNS. Estes resultados são ilustrados como Fig. 7B, que ilustra a tensão de força contraeletromotriz de corrente DC com um núcleo estator composto magnético mole e uma única volta para a bobina.

[0084] Conforme ilustrado, o torque eletromagnético gerado em configuração magnética NNNN é relativamente maior que o torque gerado em configuração NSNS. Na ausência de saturação magnética, a razão dos torques desenvolvidos pelas duas configurações magnéticas (sob excitação de estator idêntica) pode ser calculada de forma aproximada em função das dimensões de bobina fornecidas abaixo e exibidas graficamente como Fig. 7C:

em que: - TA é o torque de segmento radial que possui configuração de polo magnético NNNN; e - TC é o torque de segmento radial que possui configuração de polo magnético NSNS.

[0085] Notadamente, a força contraeletromotriz induzida nessas topologias segue a mesma tendência e, com seleção criteriosa das dimensões de bobina, pode-se introduzir queda significativa da tensão induzida para configuração NNNN que corresponde à queda de torque eletromagnético da mesma escala.

[0086] Pode-se realizar análise similar sobre o segmento magnético 440 que possui configuração magnética NNSS. Novamente, a força total gerada a partir da força de Lorentz em cada perna de bobina pode ser calculada de forma aproximada conforme segue:

[0087] Como se pode observar, a força calculada por meio da equação (1) acima é maior que a força calculada por meio da equação (4), o que indica que a força total gerada pela orientação magnética NNNN é maior que a força total gerada pela configuração NNSS, em que todo o demais é igual. Como o segmento de cilindro magnético 440 gira em volta do eixo longitudinal 401, o torque eletromagnético gerado por configuração magnética NNNN também é maior que o torque eletromagnético gerado pela configuração magnética NSNS.

[0088] Novamente, pode-se realizar Modelagem de Elementos Finitos sobre um segmento radial que possui configuração de polo magnético NNSS para verificar a análise acima. Por meio de modelagem de elementos finitos, pode-se gerar um gráfico da força contraeletromotriz para o segmento radial 440 que possui configuração magnética NNSS e é conduzida a 3000 rpm. Os resultados são ilustrados como Fig. 7D, que exibe a tensão de força contraeletromotriz induzida utilizando um núcleo composto magnético mole e um único número de voltas (por exemplo, um único condutor) para a bobina. Conforme ilustrado, o torque eletromagnético gerado em configuração magnética NNNN é relativamente maior que o torque gerado em configuração NNSS.

Enfraquecimento de campo:

[0089] Conforme demonstrado acima, configuração magnética NNNN produz torque maior que configuração magnética NNSS ou NSNS. Consequentemente, o campo magnético produzido pela configuração magnética NNSS ou NSNS é menor que o campo magnético produzido por configuração magnética NNNN sob as mesmas condições. Por meio de transição gradual de configuração magnética NNNN para configuração magnética NNSS ou NSNS, portanto, ocorre enfraquecimento do campo. À medida que o campo enfraquece, o torque é reduzido. À medida que o torque é reduzido, a velocidade de rotação do motor aumenta.

[0090] Em certas realizações, o motor em alto torque pode estar em modo de torque constante que resulta em velocidade base. Acima da velocidade base e até a velocidade máxima do motor, o motor opera em modo de potência constante. Em modo de potência constante, à medida que o torque é reduzido, a corrente aumenta, resultando em aumento da velocidade.

[0091] Para transição de NNNN para NSNS, por exemplo, caso os cilindros magnéticos internos e externos 406 e 408 girem com relação às paredes magnéticas laterais 402 e 404, este ângulo de rotação pode ser utilizado como variável controlada e as expressões a seguir podem ser empregadas para demonstrar enfraquecimento de campo:

[0092] A transição de configuração magnética NNNN para configuração magnética NSNS pode, portanto, enfraquecer o campo sem injeção de corrente de eixo d negativa conforme tipicamente utilizado no estado da técnica e, portanto, manter alta eficiência da região de potência constante. Também se pode observar que torque e velocidade podem apresentar tendências crescentes e decrescentes idênticas que podem resultar em potência constante.

[0093] A Fig. 8A ilustra uma realização de acionador de rotação. Na realização ilustrativa, um conjunto de bola e manga 602 é projetado para converter força longitudinal em força de rotação, que pode girar, portanto, uma placa de comutação ou partes do conjunto de ferro posterior 200. Conforme explicado acima, quando o conjunto de ferro posterior 200 girar, as paredes magnéticas ou rotores do cilindro toroidal magnético 430 também giram entre si, resultando em alteração da configuração de polos magnéticos.

[0094] Um aro de eixo 604 pode ser dimensionado para acoplamento deslizante ao eixo 302 do centro rotor 300 (Fig. 1), de forma que o eixo possa girar livremente quando o eixo for inserido no aro de eixo 604. Em certas realizações, o aro de eixo 604 acopla- se a uma alavanca de controle (não exibida) que aplica força longitudinal ao aro de eixo. Em certas realizações, o aro de eixo 604 pode acoplar-se a um mecanismo de orientação longitudinal (não exibido) para reter longitudinalmente o mecanismo de eixo. Quando a força longitudinal aplicada for suficientemente grande para superar o mecanismo de orientação, o aro de eixo move-se longitudinalmente em direção ao conjunto de disco magnético 400 (Fig. 1). À medida que o aro de eixo 604 move-se longitudinalmente, o aro de eixo exerce força longitudinal sobre um anel oscilante estacionário 606. O anel oscilante estacionário 606 é acoplado a quatro junções de bola 608a- 608d que se estendem lateralmente para fora a partir do corpo do anel oscilante.

[0095] Na realização ilustrativa, extremidades de quatro varas de ligação 610a-610d acoplam-se a junções de bola 608a- 608d. As extremidades opostas das quatro varas de ligação 610a-610d acoplam-se a um segundo conjunto de junções de bola 612a-612d. As junções de bola 612a-612d são acopladas a uma placa oscilante giratória 614 por meio de conexões de pinos giratórios 614a-614d.

[0096] Ao aplicar-se força longitudinal (por exemplo, força para baixo com relação à página) ao anel oscilante estacionário 606, o anel oscilante 606 impõe força às varas de ligação 610a-610d. A força longitudinal das varas de ligação causa rotação das extremidades opostas das varas de ligação, que, por sua vez, causarão a rotação das junções de bola 612a-612d e dos pinos giratórios 614a- 614b. A rotação das junções de bola 612a-612d e das conexões de pinos giratórios 614a-614d causam a rotação da placa oscilante 616, conforme ilustrado na Fig. 8B.

[0097] A Fig. 8B ilustra o conjunto de bola e manga em segunda posição ou que sofreu rotação. Os pinos 618 acoplados à placa oscilante 614 acoplam-se a placas oscilantes adicionais ou aos componentes do circuito de ferro posterior.

[0098] A Fig. 8C ilustra o conjunto de bola e manga 602 acoplado a um componente de ferro posterior, especificamente a parede lateral plana 212 (vide a Fig. 4B) e acoplado de forma deslizante ao eixo de rotor 302. Na realização ilustrada na Fig. 8C, a parede lateral 212 pode ser acoplada rigidamente à parede cilíndrica interna 211. Nesta realização, a parede cilíndrica interna 211 pode ser acoplada rigidamente à parede cilíndrica interna 207 para agir como uma parede. Em outras realizações, as paredes cilíndricas internas 207 e 211 podem ser substituídas por uma única parede. Em qualquer caso, quando a parede lateral 212 gira, as paredes de cilindro internas 211 e 207 (ou parede) giram em uníssono com a rotação da parede lateral 212.

[0099] A realização ilustrada na Fig. 8C ilustra rotação de configuração NNNN para configuração NNSS. Fazemos novamente referência às Figs. 5C e 5D para discussão da configuração NNNN e às Figs. 5G e 5H para discussão da configuração de NNSS. Conforme discutido acima, quando os componentes de ferro posterior giram, as paredes magnéticas (por exemplo, a parede lateral 404 e a parede cilíndrica magnética interna 408) também giram porque os ímãs são montados de forma fixa aos componentes de ferro posterior descritos acima. Quando o conjunto de bola e manga 602 girar, portanto, um polo magnético radial ou comprimento do segmento cilíndrico magnético (por exemplo, 45 graus para um motor de oito polos ou oito segmentos cilíndricos), a placa lateral 212 também girará, o que, por sua vez, causará rotação das paredes cilíndricas internas 211 e 207 com relação aos outros componentes de ferro posterior (por exemplo, a parede lateral 208 e as paredes de cilindro externo 206 e 210).

[00100] Seguir-se-á a rotação dos ímãs, causando rotação de primeira configuração ou NNNN ilustrada na Fig. 5D para segunda configuração ou NNSS conforme ilustrado na Fig. 5G. Em certas realizações, a fricção entre as junções do conjunto de bola e manga 602 pode manter rotação controlada da primeira configuração para segunda configuração. Em ainda outras realizações, pode-se utilizar um sistema de engrenagem 622 em conjunto com a placa oscilante giratória 616 para controlar a velocidade de rotação conforme ilustrado nas Figs. 8D e 8E. A Fig. 8D ilustra uma vista isométrica de uma realização do conjunto de bola e manga 602, em que a placa oscilante giratória 616 é acoplada ao sistema de engrenagem 622 para controlar mecanicamente a velocidade de rotação da placa oscilante giratória. A Fig. 8E é uma vista isométrica do sistema oscilante de outro ângulo.

[00101] Para limitar a rotação relativa geral, fendas curvas podem ser definidas nas placas giratórias ou paredes laterais 208 e 212, conforme ilustrado pelas ranhuras curvas 620 da Fig. 1. Ranhuras curvas 620 limitam a rotação total dos pinos 618 e, portanto, limitam a rotação total do conjunto de bola e manga 602.

[00102] A Fig. 9 é uma vista de todos os componentes que ilustra uma realização que utiliza os conjuntos de bola e manga 602 e 603 acoplados a componentes de ferro posterior, especificamente as paredes laterais planas 208 e 212, respectivamente (vide a Fig. 4B), e acoplados de forma deslizante ao eixo de rotor 302. A realização ilustrada na Fig. 9 é similar às realizações acima. Elementos idênticos ou similares, portanto, não serão repetidos no presente por razões de clareza. Na realização ilustrada na Fig. 9, as paredes laterais 208 e 212 podem girar independentemente das paredes cilíndricas externas 206 e 210 e as paredes cilíndricas internas 207 e 211 (não visíveis na Fig. 9).

[00103] Nesta realização, os conjuntos de bola e manga 602 e 603 são projetados para girar em uníssono. Consequentemente, as paredes laterais 208 e 212 girarão em uníssono com relação às paredes laterais internas 207 e 211 e às paredes laterais externas 206 e 210 (como anteriormente, as paredes laterais internas 207 e 211 são unidas entre si ou substituídas por uma única parede; de forma similar, as paredes laterais externas 206 e 210 são unidas entre si ou substituídas por uma única parede externa). A realização exibida na Fig. 9 ilustra rotação de configuração NNNN para configuração NSNS. Fazemos novamente referência às Figs. 5C e 5D para discussão da configuração NNNN e às Figs. 5D e 5F para discussão da configuração NSNS. Conforme discutido acima, quando os componentes de ferro posterior giram, as paredes magnéticas (por exemplo, as paredes laterais 404 e 402) também giram porque os ímãs são montados de forma fixa aos componentes de ferro posterior conforme descrito acima. Desta forma, quando o conjunto de bola e manga 602 girar através de um polo magnético radial ou comprimento de segmento cilíndrico magnético (por exemplo, 45 graus para motor com oito polos ou oito segmentos cilíndricos), a placa lateral 212 também girará (o que causa a rotação da parede lateral magnética 404 ou rotores ao longo do mesmo ângulo). Em uníssono, o conjunto de bola e manga 603 gira um comprimento de segmento radial, a placa lateral 208 também girará (causando a rotação da parede lateral magnética 402 ao longo do mesmo ângulo). Em certas realizações, pode- se utilizar um dispositivo de acoplamento para acoplar o centro rotor 300 às paredes cilíndricas externas 206 e 210, de forma que elas girem em uníssono e independentemente das placas laterais 208 e 212 ao longo da transição de configuração de polos magnéticos. A rotação das paredes magnéticas 402 e 404 (ou rotores) seguirá a rotação das paredes de ferro posterior 208 e 212, causando rotação de primeira configuração ou NNNN ilustrada nas Figs. 5C e 5D para segunda configuração ou NSNS conforme ilustrado nas Figs. 5E e 5F.

[00104] Os conjuntos de bola e manga descritos acima são apenas uma realização de um acionador de rotação que pode ser utilizado nas realizações descritas. Diversas outras opções podem ser utilizadas para comutar ou girar a configuração magnética. Pode- se também utilizar, por exemplo, um mecanismo que utiliza força centrífuga para fazer com que um posicionador pesado force as placas rotores para a nova posição. Quando a velocidade de rotação tornar- se suficientemente alta, o posicionador pesado será movido de posição interna, conforme ilustrado, para uma posição externa. O movimento para fora do posicionador pesado, por sua vez, causa rotação dos componentes de ferro posterior em quantidade previamente determinada. Quando a velocidade diminuir, um membro de orientação, tal como uma mola, permite que o posicionador pesado retorne à sua posição original.

[00105] Em outras realizações, pode-se utilizar aplicação de potência ou energia externa a uma placa de pressão para mover os componentes de ferro posterior entre si. Outras realizações podem utilizar um mecanismo que aplica uma força de frenagem mecânica para girar os componentes de ferro posterior entre si.

[00106] Outro acionador de rotação pode utilizar solenoides, aríetes hidráulicos ou pneumáticos para aplicar força aos componentes de ferro posterior por meio de ligação elétrica ou mecânica. Em todos os casos, os componentes de ferro posterior apropriados podem girar para nova posição com relação aos demais componentes de ferro posterior para criar nova configuração magnética. O grau de rotação pode depender da quantidade de polos ou túneis magnéticos selecionados em um motor específico. Um cilindro magnético toroidal com “dois polos” ou “dois segmentos cilíndricos”, por exemplo, necessitaria de rotação de 180 graus para comutar-se de primeira configuração para segunda configuração. Por outro lado, quatro polos necessitariam de rotação a 90 (noventa) graus. Seis polos necessitariam de rotação a 60 graus e assim por diante.

[00107] Nos diversos mecanismos de comutação, tais como a placa de energia, à medida que se aplica potência, força igual é transferida para as duas placas do rotor e impõe-se rotação. Em velocidade selecionada, a placa de pressão é aplicada a um lado de placa de rotor. Isso impõe arrasto sobre a placa, o que reduz sua velocidade. A velocidade da outra placa, entretanto, permanece constante, o que força alteração do alinhamento da placa. A ação de comutação continua a ocorrer até que se atinja parada e as placas de rotor acomodem-se em segunda configuração. Como a duração de transição é um intervalo relativamente curto, também é possível que a energia possa ser simplesmente desligada enquanto tem lugar a transição.

[00108] Mediante desaceleração, tem lugar a ação oposta. Novamente sob velocidade previamente selecionada, aplica-se a placa de pressão, que altera as paredes de ferro posterior de volta para a primeira configuração. Essa comutação ocorre porque o motor está agindo como gerador, aplicando arrasto sobre as placas. Pode-se também utilizar uma mola de retorno para auxiliar a transição de volta para a primeira configuração. Ao longo de toda a comutação, pode-se somente permitir o “disparo” das bobinas em momentos previamente programados para garantir que as bobinas apropriadas estejam produzindo energia nos momentos apropriados. Em diversas realizações, as bobinas podem também ser utilizadas como auxiliares no processo de comutação.

[00109] Em ainda outras realizações, pode-se utilizar um sistema de embreagem e frenagem de Foucault. Em certas realizações, todas as paredes de cilindros e laterais podem ser conectadas a um eixo comum. Uma embreagem ou mecanismo de desacoplamento pode separar o par selecionado de rotores ou paredes. Após o desacoplamento dos dois pares de rotores (por exemplo, paredes magnéticas 402 e 404 por meio das paredes magnéticas 208 e 212), freio de corrente parasita pode aplicar temporariamente torque de frenagem ao par de rotores selecionado (ou paredes magnéticas) para desalinhar ou girar os rotores com relação aos rotores acoplados. O freio de corrente parasita pode ser desenergizado em seguida após atingir-se o ângulo de rotação desejado. Em certas realizações, o ângulo de desalinhamento pode ser decidido de acordo com a velocidade de operação.

[00110] Ao desenergizar-se o freio de corrente parasita, os rotores (ou paredes magnéticas) podem ser colocados em conjunto ao longo do sistema de embreagem e a sincronização em configuração magnética modificada será restabelecida. O freio de corrente parasita pode ser formado por meio de disposição sem contato, em que o rotor de disco de segmento com bobinas de superfície será encaixado com os ímãs permanentes do rotor para criar torque de frenagem. A transição reversa pode ser realizada por meio de reversão da direção da corrente em freio de corrente parasita ou frenagem gradual da segunda configuração de polos magnéticos (por exemplo, configuração de polos magnéticos NSNS) para a primeira configuração de polos magnéticos (por exemplo, configuração de polos magnéticos NNNN).

[00111] A Fig. 10 é um desenho conceitual do conjunto de bobina 500 acoplado a uma série de sensores de efeito de Hall 592 que se encontram em comunicação elétrica com uma entrada de energia trifásica e controlador 590. Qualquer disposição de comutação convencional pode ser utilizado com o controlador 590, conforme conhecido na técnica.

[00112] Na realização ilustrativa, o conjunto de bobina ou estator 500 pode compreender 8 (oito) setores com unipolaridade que contêm 6 (seis) bobinas por setor magnético. As bobinas podem ser projetadas para permanecer continuamente energizadas ao longo de todos os 45 graus de movimento do setor.

[00113] Duas bobinas adjacentes podem ser agrupadas em série ou paralelo, dependendo de exigências de projeto, e ligadas às bobinas equivalentes em cada setor de unipolaridade. Para fins de clareza, apenas a fase “A” é ilustrada. As bobinas são ilustradas nesta realização, mas podem também ser utilizadas disposições de conexão delta e em estrela.

[00114] Cada fase é energizada com a polaridade apropriada à medida que entra no setor de unipolaridade. O sensor de Efeito Hall apropriado é ativado em seguida nessa alteração de polaridade, enviando um sinal para o controlador 590, que energiza a polaridade apropriada de entrada de energia para a Fase A e é imposta tensão de fornecimento contínua sobre o circuito ao longo de todo o movimento da bobina.

[00115] Quando o sensor de efeito de Hall detectar que a bobina está entrando no setor de unipolaridade consecutivo seguinte, inicia-se alteração de estado, quando as bobinas são novamente pulsadas com tensão contínua da polaridade apropriada.

[00116] Esta realização utiliza tensão variável nas entradas de energia para controlar a velocidade e o torque conforme apropriado e pode ser utilizada como outro método de controle do enfraquecimento de campo. Outras sequências de fases são possíveis com esta disposição. Poder-se-á conectar, por exemplo, uma fonte de seis fases a seis grupos de circuito, de forma a oferecer uma máquina com alto torque e múltiplos polos sem redisposição física dos condutores de fornecimento do motor. Software pode recombinar a ordem de pulso de bobina para sobrepor bobinas adjacentes de um grupo específico que oferece fornecimento trifásico.

[00117] O resumo do pedido é fornecido pela única razão de atender às normas que exigem resumo, que permitirá ao pesquisador determinar rapidamente o objeto da descrição técnica de qualquer patente emitida a partir do presente relatório descritivo. Ele é apresentado com a compreensão de que não será utilizado para interpretar nem limitar o escopo ou o significado das reivindicações.

[00118] Quaisquer vantagens e benefícios descritos podem não se aplicar a todas as realizações da presente invenção. Quando a palavra “meio” é mencionada em um elemento de reivindicação, o Depositante pretende que o elemento da reivindicação enquadre-se em 35 USC 112, parágrafo 6. Frequentemente, uma marca de uma ou mais palavras precede a palavra “meio”. A(s) palavra(s) que precede(m) a palavra “meio” é uma marca destinada a facilitar a referência de elementos de reivindicações e não se destina a conduzir limitação estrutural. Essas reivindicações de meios mais função destinam-se a cobrir não apenas as estruturas descritas no presente para desempenhar a função e seus equivalentes estruturais, mas também estruturas equivalentes. Embora pregos e parafusos possuam estruturas diferentes, por exemplo, eles são estruturas equivalentes, pois ambos desempenham a função de fixação. Reivindicações que não utilizam a palavra meios não se destinam a enquadrar-se em 35 USC 112, parágrafo 6.

[00119] A descrição acima das realizações da presente invenção foi apresentada para fins de ilustração e descrição. Ela não se destina a ser exaustiva, nem a limitar a presente invenção à forma precisa descrita. Muitas combinações, modificações e variações são possíveis à luz do ensinamento acima. Em certas realizações, por exemplo, cada um dos componentes e características descritas acima pode ser individual ou sequencialmente combinado com outros componentes ou características e ainda estar dentro do escopo da presente invenção. Realizações não descritas que possuem componentes intercambiados ainda se encontram dentro do escopo da presente invenção. Pretende-se que o escopo da presente invenção não seja limitado pela presente descrição detalhada, mas sim reivindicações.

Claims

1. MÁQUINA ELÉTRICA, caracterizada por compreender: - um eixo axial (401); - um túnel toroidal (430) posicionado em volta do eixo axial, em que o túnel toroidal é definido por: - um primeiro rotor longitudinal que compreende uma parede externa cilíndrica (406) que possui uma primeira série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na primeira série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta dos seus tuneis magnéticos adjacentes; - um segundo rotor longitudinal que encontra-se em posição oposta ao primeiro rotor longitudinal, em que o segundo rotor longitudinal compreende uma parede interna cilíndrica (408) que possui uma segunda série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na segunda série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta aos seus tuneis magnéticos adjacentes; um primeiro rotor axial posicionado em torno do eixo axial (401) e posicionado axialmente adjacente ao primeiro rotor longitudinal e ao segundo rotor longitudinal, em que o primeiro rotor axial compreende uma terceira pluralidade de polos magnéticos permanentes espaçados circunferencialmente em torno do eixo axial (401), em que cada polo magnético na terceira pluralidade de polos magnéticos permanentes voltados para o interior do túnel toroidal (430) e possui uma polaridade magnética oposta de seus túneis magnéticos adjacentes, em que o primeiro rotor axial é acoplado ao primeiro rotor longitudinal; um segundo rotor axial posicionado em torno do eixo axial (401) e posicionado axialmente adjacente ao primeiro rotor longitudinal e ao segundo rotor longitudinal e axialmente a partir do primeiro rotor axial, em que o segundo rotor axial compreende uma quarta pluralidade de polos magnéticos permanentes espaçados circunferencialmente em torno do eixo axial (401), em que cada polo magnético na quarta pluralidade de polos magnéticos permanentes está voltado para o interior do túnel toroidal (430) e tem uma polaridade magnética oposta de seus túneis magnéticos adjacentes; em que o túnel toroidal (430) é adaptado para girar de uma primeira configuração de polo magnético da máquina elétrica, em que os polos magnéticos são alinhados em ângulo para produzir primeiro nível de torque eletromagnético, para segunda configuração de polo magnético da máquina elétrica, em que os polos magnéticos são girados em ângulo para produzir segundo nível de torque eletromagnético; - primeiro acionador de rotação acoplado a pelo menos um dentre o primeiro rotor longitudinal e o primeiro rotor axial para rotação mecânica de uma parte do túnel toroidal (430) da primeira configuração de polo magnético para a segunda configuração de polo magnético; e - um conjunto de bobina (500) posicionado no interior do túnel toroidal.

2. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo primeiro rotor axial compreender primeira parede lateral (402) posicionada ao lado externo da parede cilíndrica e ao lado interno da parede cilíndrica e o segundo rotor axial compreender uma parede lateral oposta em posição adjacente ao lado externo da parede cilíndrica e ao lado interno da parede cilíndrica, axialmente distante da primeira parede lateral.

3. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela primeira configuração de polo magnético, as polaridades de polo magnético norte da primeira série de polos magnéticos permanentes, a segunda série de polos magnéticos permanentes, a terceira série de polos magnéticos permanentes e a quarta série de polos magnéticos permanentes serem todas axial e radialmente alinhadas para formar uma configuração de polos magnéticos NNNN.

4. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela segunda configuração de polos magnéticos, polaridades de polo magnético norte da primeira série de polos magnéticos permanentes e polaridades de polo magnético norte da segunda série de polos magnéticos permanentes oporem-se entre si e serem alinhadas radialmente às polaridades de polo magnético sul da terceira série de polos magnéticos permanentes e a quarta série de polos magnéticos permanentes para formar configuração de polos magnéticos NSNS.

5. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo primeiro acionador de rotação ser acoplado mecanicamente ao primeiro rotor axial, de tal forma que o primeiro rotor axial possa girar independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, ao longo de um ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polos magnéticos.

6. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por compreender adicionalmente um segundo acionador de rotação que é acoplado ao segundo rotor axial, de tal forma que o segundo rotor axial possa girar independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, ao longo do ângulo de rotação previamente determinado para a segunda configuração de polos magnéticos.

7. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo primeiro acionador de rotação ser acoplado mecanicamente ao primeiro rotor axial e ao segundo rotor axial, de tal forma que os primeiro e segundo rotores axiais possam girar independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, ao longo do ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polo magnético.

8. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela segunda configuração de polos magnéticos, polaridades de polo magnético norte da primeira série de polos magnéticos permanentes e as polaridades de polo magnético norte da terceira série de polos magnéticos permanentes serem axialmente adjacentes entre si e oporem-se às polaridades de polo magnético sul da segunda série de polos magnéticos permanentes e da quarta série de polos magnéticos permanentes para formar uma configuração de polo magnético NNSS.

9. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo primeiro acionador de rotação ser acoplado mecanicamente ao primeiro rotor longitudinal e ao primeiro rotor axial, de tal forma que os rotores possam girar independentemente do segundo rotor longitudinal e do quarto rotor da primeira configuração de polo magnético, por meio do ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polo magnético.

10. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE ROTAÇÃO ELETROMOTIVA ELÉTRICA, caracterizado por compreender: - posicionamento de túnel toroidal (430) em volta de um eixo axial (401), em que o túnel toroidal é definido por: - um primeiro rotor longitudinal que compreende uma parede externa cilíndrica (406) que possui uma primeira série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na primeira série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta aos seus polos magnéticos adjacentes; - um segundo rotor longitudinal que encontra-se em posição oposta ao primeiro rotor longitudinal, em que o segundo rotor longitudinal compreende uma parede interna cilíndrica (408) que possui um segunda série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na segunda série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta aos seus polos magnéticos adjacentes; - um primeiro rotor axial posicionado em volta do eixo axial (401) e em posição axialmente adjacente ao primeiro rotor longitudinal e segundo rotor longitudinal, em que o primeiro rotor longitudinal compreende uma primeira parede lateral que possui uma terceira série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na terceira série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta aos seus polos magnéticos adjacentes , em que o primeiro rotor axial é acoplado ao primeiro rotor longitudinal; e - um segundo rotor axial posicionado em volta do eixo axial (401) e em posição axial adjacente ao primeiro rotor longitudinal e segundo rotor longitudinal e axialmente do primeiro rotor axial, em que o segundo rotor axial compreende uma segunda parede lateral (404) que possui uma quarta série de polos magnéticos permanentes espaçados em circunferência em volta do eixo axial (401), em que cada polo magnético na quarta série de polos magnéticos permanentes fica de frente para o interior do túnel toroidal (430) e possui polaridade magnética oposta aos seus polos magnéticos adjacentes; - aplicação de corrente a um conjunto de bobina (500) posicionado no interior do túnel toroidal (430) para aplicar força eletromagnética aos rotores; e - rotação do primeiro rotor longitudinal e o primeiro rotor axial independentemente do segundo rotor longitudinal e do segundo rotor axial de uma primeira configuração de polos magnéticos da máquina elétrica, em que os polos magnéticos são alinhados em ângulo para produzir primeiro nível de torque eletromagnético, através de uma ângulo de rotação predeterminado para segunda configuração de polos magnéticos da máquina elétrica, em que os polos magnéticos giram em ângulo para produzir segundo nível de torque eletromagnético.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela primeira configuração de polos magnéticos, polaridades de polo magnético norte da primeira série de polos magnéticos permanentes, a segunda série de polos magnéticos permanentes, a terceira série de polos magnéticos permanentes e a quarta série de polos magnéticos permanentes serem todas axial e radialmente alinhadas para formar configuração de polos magnéticos NNNN.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela segunda configuração de polos magnéticos, polaridades de polos magnéticos da primeira série de polos magnéticos permanentes e as polaridades de polo magnético norte da segunda série de polos magnéticos permanentes oporem-se entre si e serem radialmente alinhadas às polaridades de polo magnético sul da terceira série de polos magnéticos permanentes e a quarta série de polos magnéticos permanentes para formar configuração de polos magnéticos NSNS.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela segunda configuração de polos magnéticos, polaridades de polo magnético norte da primeira série de polos magnéticos permanentes e as polaridades de polo magnético norte da terceira série de polos magnéticos permanentes serem axialmente adjacentes entre si e oporem-se às polaridades de polo magnético sul da segunda série de polos magnéticos permanentes e da quarta série de polos magnéticos permanentes para formar configuração de polos magnéticos NNSS.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela rotação de pelo menos um rotor que define o túnel toroidal (430) compreender adicionalmente rotação do primeiro rotor axial independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, por meio de ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polos magnéticos.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela rotação de pelo menos um rotor que define o túnel toroidal (430) compreender adicionalmente a rotação do segundo rotor axial independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, ao longo do ângulo de rotação previamente determinado para a segunda configuração de polos magnéticos.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela rotação de pelo menos um rotor que define o túnel toroidal (430) compreender adicionalmente a rotação do primeiro rotor axial e do segundo rotor axial, independentemente do primeiro rotor longitudinal e do segundo rotor longitudinal da primeira configuração de polos magnéticos, ao longo do ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polos magnéticos.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela rotação de pelo menos um rotor que define o túnel toroidal (430) compreender adicionalmente a rotação do primeiro rotor longitudinal e do primeiro rotor axial independentemente do segundo rotor longitudinal e do segundo rotor axial da primeira configuração de polo magnéticos, ao longo do ângulo de rotação previamente determinado, para a segunda configuração de polos magnéticos.