BR112019022747A2

BR112019022747A2 - Conjunto de embreagem magnética melhorada

Info

Publication number: BR112019022747A2
Application number: BR112019022747-4A
Authority: BR
Inventors: Shlakhetski Viktor; Mostovoy Alexander
Original assignee: Intellitech Pty Ltd.
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2020-05-12
Also published as: RU2020101277A3; RU2765979C2; WO2018234812A1; GB201709945D0; RU2020101277A; JP7149968B2; MX2019015100A; AU2018288022A1; GB2565267A; KR20200018489A; CN110945764B; AU2018288022B2; JP2020524972A; GB2565267A8; US20200136492A1; CN110945764A; CA3060425A1; EP3642945A1; IL271559A

Abstract

um conjunto de embreagem magnética compreende unidades de bobina espaçadas circunferencialmente, um rotor e uma unidade de controle elétrico para alimentar de modo controlável a corrente de energização para induzir campos eletromagnéticos em cada unidade de bobina, para iniciar a rotação do rotor. o rotor compreende um anel de acionamento para ser recebido no interior das unidades da bobina, um anel acionado concêntrico ao anel de acionamento e conectável a uma carga mecânica, pares de ímãs permanentes que consistem em um ímã de anel de acionamento e um ímã de anel acionado magneticamente acoplado ao ímã do anel de acionamento, e ímãs deslocados espaçados circunferencialmente fornecidos com o anel acionado cuja direção de magnetização é deslocada de forma angular em relação à direção de magnetização de um ímã de anel acionado adjacente. as linhas curvas do campo magnético de cada ímã deslocado são sobrepostas às linhas do campo magnético de um ímã de anel acionado adjacente, que estão se curvando em uma direção diferente para suprimir a geração de uma força eletromotriz parasita inversa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONJUNTO DE EMBREAGEM MAGNÉTICA MELHORADA.

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao campo de acoplamentos à base de ímã permanente. Mais particularmente, a invenção refere-se a um conjunto de embreagem magnética melhorada, projetado para controlar o movimento de dois anéis rotativos, sem qualquer conexão mecânica direta ou indireta entre eles, enquanto reduz o nível da força eletromotriz inversa gerada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Alguns acoplamentos magnéticos à base de ímã permanente para fornecer transferência de forças e torques sem desgaste e sem contato através de um espaço de ar entre dois anéis rotativos são conhecidos da técnica anterior. Cada anel carrega um conjunto de ímãs permanentes dispostos de modo que, em sua posição operacional, todos os pólos norte de um conjunto estejam em proximidade operacional com todos os pólos sul do outro conjunto. Um anel de acionamento e um anel acionado são, portanto, capazes de serem acoplados pela força dos ímãs permanentes e girar sincronicamente, produzir torque a partir de um elemento de tomada de força, como um eixo conectado ao anel acionado, e assim funcionar como uma embreagem magnética.

[003] Os inventores da presente invenção propuseram causar a rotação do anel de acionamento de uma embreagem magnética por meio de campos eletromagnéticos induzidos, por exemplo, como ensinado nos documentos WO 2013/140400 e GB 1605744.0 pela mesma Requerente, que são configurados para reduzir a força eletromotriz inversa parasita (EMF) resultante de variações no fluxo magnético que são induzidas quando os ímãs de um rotor estão em movimento.

[004] O documento WO 2013/140400 descreve um motor DC

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2/18 sem escova que compreende um rotor circular configurado com uma pluralidade de ímãs permanentes separados circunferencialmente e uma pluralidade de bobinas de estator circunferencialmente espaçadas e estacionárias que circundam a periferia do rotor e que são estruturadas com uma parte vazia através da qual os ímãs permanentes podem passar. Os campos eletromagnéticos são induzidos quando as bobinas do estator são energizadas e a rotação do rotor é iniciada quando um campo eletromagnético induzido interage com o campo magnético de cada ímã permanente. O rotor é conectado aos meios de transmissão de energia munidos de engrenagens.

[005] O documento GB 1605744.0 divulga um motor semelhante que tem um estator que compreende uma pluralidade de bobinas com uma estrutura em forma de U na vista superior e estrutura dupla em forma de C na vista lateral.

[006] Durante a rotação induzida eletromagneticamente do rotor que consiste nos anéis de acionamento e nos anéis acionados magneticamente acoplados, no entanto, o campo magnético de cada ímã permanente do anel acionado também interage com as bobinas do estator para produzir uma força eletromotriz inversa adicional de redução de torque, enquanto um ímã permanente do anel acionado estiver localizado externamente às bobinas do estator correspondentes a qualquer momento dado. Esta força eletromotriz inversa produzida adicionalmente neutraliza a redução na força eletromotriz inversa realizada pelo aparelho de WO 2013/140400 e GB 1605744.0.

[007] É um objetivo da presente invenção fornecer um conjunto de embreagem magnética cujo anel acionador é rotativo por meio de interação induzida eletromagneticamente com bobinas do estator, mas com força eletromotriz (EMF) inversa significativamente mais baixa do que os aparelhos da técnica anterior.

[008] Outros objetivos e vantagens da invenção se tornarão apaPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 9/57

3/18 rentes à medida que a descrição prossegue.

Sumário da Invenção

[009] A presente invenção fornece um conjunto de embreagem magnética, compreendendo uma pluralidade de unidades de bobinas de estator de núcleo de ar estacionárias e espaçadas circunferencialmente; um rotor que compreende um anel de acionamento adequadamente dimensionado de modo que uma pluralidade de partes circunferenciais correspondentes do mesmo seja recebida dentro de um interior de cada uma das referidas unidades de bobina a qualquer momento; um anel acionado que é concêntrico ao referido anel de acionamento e disposto externamente à referida pluralidade de unidades de bobina do estator e que é conectável a uma carga mecânica; uma pluralidade de pares de ímãs permanentes espaçados circunferencialmente, em que cada um dos referidos pares consiste em um primeiro ímã permanente fornecido com o referido anel acionador e um segundo ímã permanente fornecido com o referido anel acionado e em uma direção de magnetização oposta à do referido primeiro ímã permanente, para garantir que os referidos anéis de acionamento e acionado sejam capazes de serem acoplados magneticamente juntos e de girar sincronicamente; e uma pluralidade de unidades de ímã deslocadas, espaçadas circunferencialmente, fornecidas com o referido anel acionado, em que cada uma das referidas unidades deslocadas compreende pelo menos um ímã permanente cuja direção de magnetização é desviada de modo angular na direção de magnetização de um ímã de anel acionado adjacente; e uma unidade de controle elétrico configurada para fornecer de modo controlável a corrente de energização para induzir campos eletromagnéticos em cada uma das referidas unidades da bobina do estator, para interagir com um campo magnético de cada um dos ímãs permanentes do referido anel de acionamento para iniciar a rotação do referido rotor enquanto os ímãs permanentes do

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4/18 referido anel de acionamento são introduzidos sequencialmente no interior de cada uma das referidas bobinas do estator.

[0010] Cada um dos referidos ímãs deslocados é desviado o suficiente de modo angular para o referido ímã de anel acionado adjacente, de modo que as linhas de campo magnético curvadas de cada um dos referidos ímãs deslocados sejam sobrepostas com as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado adjacente que estão se curvando em uma direção diferente para suprimir a geração de uma força eletromotriz parasita inversa que normalmente resulta da interação entre as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado adjacente e o campo eletromagnético induzido de um correspondente das referidas unidades de bobina com núcleo de ar do estator.

[0011] Em um aspecto, cada um dos ímãs deslocados é alinhado radialmente com um correspondente das unidades da bobina do estator. Cada um dos ímãs deslocados pode ser radialmente separado por uma distância inferior a 5 mm de uma face adjacente da unidade de bobina do estator com a qual está alinhado radialmente, para participar da geração de torque.

[0012] Em um aspecto, o conjunto de embreagem magnética compreende ainda uma pluralidade de ímãs deslocados adicionais, espaçados circunferencialmente, que são espaçados radialmente a partir de uma das unidades correspondentes de bobina do estator, em que cada um dos referidos ímãs deslocados adicionais é desviado suficientemente de modo angular para um dado ímã de anel acionado de modo que as linhas curvas de campo magnético de cada um dos referidos ímãs deslocados adicionais sejam sobrepostas com as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado que estão se curvando em uma direção diferente para suprimir a geração de uma força eletromotriz inversa parasita devido à influência coletiva tanto do ímã

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5/18 deslocado como do ímã deslocado adicional.

Breve Descrição dos Desenhos

[0013] Nos desenhos:

[0014] A Figura 1 é uma vista esquemática em planta do conjunto de embreagem magnética da presente invenção, de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0015] A Figura 2 é uma vista em perspectiva do topo do conjunto de embreagem magnética da Figura 1, mostrada sem o anel externo enquanto ilustra uma placa inferior estacionária;

[0016] A Figura 3 é uma seção transversal vertical do anel interno do conjunto de embreagem magnética da Figura 1;

[0017] A Figura 4 é uma vista em perspectiva do topo do conjunto de embreagem magnética da Figura 1, mostrando uma conexão de tomada de força;

[0018] A Figura 5 é uma ilustração esquemática da arquitetura da unidade de controle elétrico para utilização em combinação com o conjunto de embreagem magnética da Figura 1, de acordo com uma concretização da invenção, mostrada sem o anel externo;

[0019] A Figura 6 é uma ampliação de uma parte do conjunto de embreagem magnética da Figura 1, mostrada sem os anéis interno e externo e ilustrando a proximidade entre um ímã deslocado e uma unidade de bobina do estator;

[0020] A Figura 7 é uma vista esquemática em planta do conjunto de embreagem magnética da Figura 1, mostrada sem as unidades de bobina do estator com núcleo de ar e em um estado dinâmico; e

[0021] A Figura 8 é uma vista esquemática em planta do conjunto de embreagem magnética, de acordo com outra concretização da invenção;

[0022] Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas

[0023] Como introdução, o conjunto de embreagem magnética da

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6/18 presente invenção inclui um rotor que compreende dois anéis giratórios concêntricos, um primeiro anel acionador e um segundo anel acionado que está conectado, e fornece energia para uma carga mecânica. Ambos os anéis carregam uma pluralidade de ímãs permanentes espaçados circunferencialmente, e os ímãs correspondentes dos anéis de acionamento e acionado são capazes de serem acoplados magneticamente juntos, sendo fornecidos com direções opostas de magnetização, a fim de girar sincronicamente.

[0024] Como referido neste documento, uma direção de magnetização é a direção do eixo de um ímã permanente que se estende entre seus pólos norte e sul, levando em consideração o arranjo N-S relativo.

[0025] Em oposição aos conjuntos de embreagem magnética da técnica anterior, pelos quais o anel de acionamento é conectado a um dispositivo mecânico que gera movimento, o rotor da presente invenção é feito rotar interagindo com uma pluralidade de bobinas de estator de núcleo de ar espaçadas circunferencialmente e estacionárias que circundam a periferia do anel de acionamento. Os campos eletromagnéticos são induzidos quando as bobinas do estator são energizadas, e um campo eletromagnético induzido interage com o campo magnético de cada ímã permanente do anel de acionamento da presente invenção para iniciar a rotação do rotor. O rotor continua a girar enquanto os ímãs permanentes do anel de acionamento são introduzidos sequencialmente no interior de cada bobina do estator, para produzir torque sem estar sujeito a perdas por atrito devido à conexão mecânica a um sistema de transmissão. Uma estrutura de motor exemplificativa que emprega as bobinas do estator é descrita no documento WO 2013/140400 pela mesma requerente.

[0026] Como descrito acima, o campo magnético de cada ímã permanente do anel acionado também interage sequencialmente com

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7/18 as bobinas do estator durante a rotação do rotor para produzir uma fonte adicional de força eletromotriz (EMF) inversa, além da força eletromotriz (EMF) inversa resultante da alteração no fluxo magnético resultante da interação dos ímãs permanentes rotativos do anel de acionamento com as bobinas do estator.

[0027] Tem sido descoberto agora, e é o objetivo da presente invenção, neutralizar a fonte adicional de força eletromotriz inversa (EMF) associada aos ímãs permanentes do anel acionado, dotando o anel acionado com um ímã deslocado, que é um ímã permanente que é deslocado de modo angular do ímã permanente que está acoplado magneticamente ao ímã permanente do anel de acionamento.

[0028] Agora é feita referência à Figura 1, que ilustra esquematicamente o conjunto de embreagem magnética da presente invenção em vista plana, geralmente indicada pelo número 15, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0029] O conjunto de embreagem magnética 15 compreende o anel interno 3 e o anel externo 6 espaçados radialmente, os quais são concêntricos e são coaxiais com o eixo central 15. Os ímãs permanentes espaçados circunferencialmente 1 são presos de modo fixo ao anel interno 3, ou de outro modo fornecidos com ele, e os ímãs permanentes 5 espaçados circunferencialmente são presos de modo fixo ao anel externo 6, ou de outro modo fornecidos com ele. Os ímãs permanentes 1 e 5 são orientados de modo que seu pólo sul-norte seja tangential à circunferência dos anéis. O número de ímãs permanentes espaçados circunferencialmente em cada anel pode variar, por exemplo, de 3 a 12 ímãs, dependendo do diâmetro do anel.

[0030] Um par que consiste em um ímã 1 do anel interno 3 e um ímã correspondente 5 do anel externo 6 é disposto com direções de magnetização opostas, para garantir que os dois anéis sejam acoplados magneticamente juntos e que eles girem sincronicamente. A orienPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 14/57

8/18 tação relativa dos pólos não é importante, se o pólo norte estiver apontando na direção da rotação ou o pólo sul estiver apontando na direção da rotação, desde que a direção de magnetização de um primeiro ímã de um par seja oposta à direção de magnetização de um segundo ímã do par.

[0031] Os pares de ímãs são mostrados para ser espaçados por uma distância circunferencial igual, mas será apreciado que a invenção também é aplicável quando eles são separados por um espaçamento circunferencial desigual.

[0032] O anel interno 3 é mostrado como sendo o anel de acionamento, pois sua periferia é circundada por uma pluralidade de unidades de bobina de estator de núcleo de ar estacionárias e espaçadas circunferencialmente 2, por exemplo, solenoides. Será apreciado, no entanto, que a invenção também é aplicável de modo que o anel externo 6 seja o anel de acionamento e a pluralidade de unidades da bobina do estator 2 circunde a periferia do anel externo 6. Quando a tensão é aplicada a uma unidade de bobina do estator 2, um campo eletromagnético é induzido e a rotação do rotor é iniciada quando o campo eletromagnético induzido interage com o campo magnético de um ímã permanente próximo 1 do anel interno 3, fazendo com que o ímã permanente seja atraído para a unidade da bobina ou repelido, dependendo da polaridade da tensão aplicada.

[0033] A pluralidade de unidades de bobina de estator de núcleo de ar estacionárias e espaçadas circunferencialmente 2 são dispostas com simetria radial em relação a um eixo central 7 do qual a energia pode ser extraída. O eixo, ou dimensão longa, de cada unidade de bobina do estator se estende radialmente ao longo de uma linha entre o eixo 7 e o anel externo 6. O núcleo de ar de cada unidade de bobina 2 tem uma dimensão radial maior que a do anel interno 3, para permitir a passagem do anel através da mesma quando um campo eletromagnéPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 15/57

9/18 tico é induzido. O número de unidades da bobina do estator 2 é geralmente, mas não necessariamente, igual ao número de ímãs permanentes magneticamente acoplados em um determinado anel.

[0034] Durante a energização controlada das unidades da bobina do estator 2, o anel interno de acionamento 3 é pressionado ao longo de um caminho circular que é coaxial com o eixo 7 por uma pluralidade de rolos espaçados circunferencialmente 4. Por exemplo, um rolo de redução de atrito 4 é posicionado entre cada unidade de bobina do estator 2 e o ímã permanente adjacente 1; no entanto, qualquer outra disposição de rolos, bobinas do estator e ímãs permanentes também é prevista.

[0035] Como mostrado na Figura 2, cada uma das unidades da bobina do estator 2 e dos rolos 4 é montada em uma placa inferior estacionária 9, que pode ser circular como ilustrado.

[0036] Os ímãs permanentes 1 são conectados e se estendem verticalmente a partir do anel interno 3, para facilitar a introdução sequencial no núcleo de ar das unidades de bobina do estator 2. Alternativamente, os ímãs permanentes 1 são fixos ou, embora fornecidos, com o anel interno 3 de outras maneiras adequadas. Embora seja mostrado que cada uma das unidades de bobina 2 do estator têm uma configuração retilínea, ou seja, com duas placas retangulares orientadas verticalmente que definem as extremidades circunferenciais correspondentes do compartimento e uma pluralidade de elementos de suporte orientados de modo diferente que interconectam as placas em torno às quais as bobinas para gerar um campo magnético são enroladas, para acomodar os ímãs permanentes retilíneos complementares 1 dentro do núcleo de ar de forma semelhante, outros formatos também estão dentro do escopo da invenção. Os ímãs permanentes 5 do anel externo podem ter a mesma seção transversal que os ímãs permanentes 1 do anel interno, ou qualquer outra seção transversal desePetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 16/57

10/18 jada, e também podem ser conectados e se estender verticalmente a partir do anel externo.

[0037] Alternativamente, os ímãs permanentes podem ser formados de modo integrado com o anel correspondente.

[0038] Uma seção transversal do anel interno 3 é ilustrada na Figura 3. Para reter o anel interno 3 a uma altura fixa acima da placa inferior 9, a superfície externa 14 do anel interno 3 é formada com uma reentrância contínua e formada radialmente para dentro 16, como um entalhe. A dimensão radial do anel interno 3 a partir do seu eixo central 19 até a parede externa do recesso 16 é igual ao espaçamento entre os rolos diametralmente opostos 4. Assim, a pressão radial aplicada pelos rolos 4 no anel interno 3, tanto quando o último está estacionário ou quando está em rotação, é suficiente para suportar o anel interno 3 acima da placa inferior 9. Como o anel externo é magneticamente acoplado ao anel interno 3, o anel externo também é retido a uma altura fixa acima da placa inferior 9, mesmo se a tensão de alimentação é terminada.

[0039] Como mostrado na Figura 4, uma pluralidade de raios 8 que se estendem radialmente conectam o anel externo 6 a um cubo 12 circundando e conectados ao eixo 7, para facilitar a tomada de força a partir do eixo 7. Outros elementos de transferência de força ou elementos de tomada de força também podem ser empregados.

[0040] O sistema elétrico para energizar de modo controlável as unidades de bobina do estator 22 e para desse modo acionar o anel interno 3 é esquematicamente ilustrado na Figura 5. As unidades de bobina do estator 32, que são mostradas como tendo uma configuração tubular, mas que também podem ser configuradas de outras formas são eletricamente conectadas a uma fonte de CC através de um sistema de comutadores 33, de preferência, mas não limitativamente, do tipo eletrônico, que determina, a cada instante, a polaridade e o níPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 17/57

11/18 vel da tensão aplicada a cada unidade de bobina do estator. Os comutadores são controlados por um componente, preferencialmente um microcontrolador 36 com software associado, que determina a cada instante a polaridade de CC aplicada a cada unidade de bobina 32 (por exemplo, invertendo a conexão de CC), bem como o nível de CC médio (por exemplo, aplicando a tensão de alimentação CC usando a modulação por largura de pulso (PWM)). A posição angular do anel interno 3 a cada instante é detectada por um sistema de sensores 34 (por exemplo, sensores ópticos ou sensores de efeito Hall). A saída do sensor é alimentada ao controlador, que opera os interruptores de acordo com o status do rotor (ou seja, posição angular, velocidade e aceleração).

[0041] Quando uma unidade de bobina 32 é energizada, os ímãs permanentes 1 próximos do anel interno se movem ao longo de um caminho circular. O ímã é puxado para o núcleo de ar da unidade de bobina energizada 32 ou empurrado para fora dele, dependendo da polaridade do comutador associado à unidade de bobina especificada, que determina a direção do fluxo da corrente nos enrolamentos e na orientação dos ímãs (N-S ou S-S). Por sua vez, o status do referido comutador é determinado a cada momento pelo controlador, com base na posição angular do rotor detectada pelos sensores. Sob a sequência de operação simultânea apropriada do sistema geral de interruptores, é possível obter uma rotação contínua e suave do anel interno em qualquer direção de rotação.

[0042] Com referência novamente à Figura 1, a força eletromotriz (EMF) parasita inversa é gerada devido à mudança no fluxo magnético resultante da introdução temporária de um ímã permanente 1 dentro do núcleo de ar de uma unidade de bobina do estator 2 durante a rotação. Uma fonte adicional de força eletromotriz (EMF) inversa resulta da interação do campo magnético associado a um dado ímã permaPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 18/57

12/18 nente 5 do anel externo 6 com o campo eletromagnético induzido associado a uma unidade de bobina do estator 2 externamente a qual o dado ímã permanente 5 é alocado instantaneamente. Embora o dado ímã permanente 5 esteja localizado externamente a uma unidade de bobina do estator 2, suas linhas de campo magnético curvando-se do pólo norte ao pólo sul passam pelo núcleo de ar e interagem com o campo eletromagnético induzido para gerar força eletromotriz (EMF) inversa adicional.

[0043] Esta força eletromotriz (EMF) inversa adicional pode vantajosamente ser minimizada ou totalmente eliminada, fornecendo ao anel externo 6 uma pluralidade de ímãs permanentes 10 deslocados espaçados circunferencialmente. Cada ímã deslocado 10, que pode ser alinhado radialmente com uma unidade de bobina do estator 2 correspondente, tem um ou mais ímãs individuais, por exemplo, três, como mostrado, cuja direção de magnetização é desviada de forma angular da direção de magnetização dos ímãs 1 e 5 que são acoplados magneticamente um ao outro. Como um ímã deslocado 10 é relativamente próximo a um ímã de anel acionado 5 magneticamente acoplado, as linhas de campo magnético do ímã deslocado 10 podem ser sobrepostas com as linhas de campo magnético do ímã de anel acionado 5 para suprimir o efeito da força eletromotriz (EMF) reversa adicional derivada do ímã do anel acionado 5.

[0044] ímãs de anel de acionamento 1, ímãs de anel acionado 5 e ímãs deslocados 10 podem ser conectados à estrutura de anel correspondente de modo a sobressair verticalmente a partir dela, para cima ou para baixo, ou, alternativamente, podem ser coplanares com a estrutura de anel correspondente enquanto estão posicionados entre dois espaçadores arqueados adjacentes. Os espaçadores ou a estrutura de anel contínua podem ser feitos de material ferromagnético, ou material de alta permeabilidade, como ferro, para reduzir uma mudanPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 19/57

13/18 ça no fluxo magnético resultante da interação do campo magnético dos ímãs em rotação e, em seguida, dos espaçadores com o campo eletromagnético induzido das bobinas do estator. Um dispositivo robótico dedicado pode ser empregado para posicionar com precisão os espaçadores ao longo da circunferência do rotor e para superar a força de repulsão induzida magneticamente.

[0045] A supressão superior da força eletromotriz (EMF) inversa pode ser realizada quando a direção de magnetização do ímã deslocado 10 é deslocada de forma angular em um ângulo de 90 graus a partir da direção de magnetização do ímã de anel acionado 5, como mostrado. Não obstante, a supressão da força eletromotriz (EMF) inversa surpreendentemente eficaz também é possível quando o ímã deslocado 10 é deslocado de modo angular em um ângulo inferior a 90 graus, por exemplo, entre 75-90 graus ou 45-75 graus, ou por um ângulo superior a 90 graus, por exemplo, 90-125 graus, a partir da direção de magnetização do ímã de anel acionado 5.

[0046] Os ímãs permanentes deslocados 10 também contribuem vantajosamente para a geração de torque adicional. Quando cada ímã de compensação 10 é radialmente separado por uma distância D inferior a 5 mm a partir da face radialmente externa 23 de uma unidade de bobina do estator 2 com a qual é instantaneamente alinhado radialmente, como mostrado na Figura 6, o campo magnético do ímã deslocado 10 é capaz de interagir com a parte do campo eletromagnético gerado pela unidade de bobina do estator 2 que se estende radialmente para fora a partir da face 23. Essa interação entre o campo magnético do ímã deslocado 10 e o campo eletromagnético gerado pela unidade da bobina do estator 2 é uma fonte de torque adicional que atua sobre o anel acionado.

[0047] Durante a rotação da embreagem magnética 15, como mostrado na Figura 7, um ímã permanente 5 do anel externo 6 fica cirPetição 870190110627, de 30/10/2019, pág. 20/57

14/18 cunferencialmente desalinhado do seu ímã permanente correspondente 1 do anel interno 3 com o qual é acoplado magneticamente, devido à influência da carga à qual o anel externo 6 está conectado. Este estado dinâmico contrasta com um estado estático quando a embreagem magnética 15 está em repouso e o ímã permanente 5 está alinhado circunferencialmente com o correspondente ímã permanente 1 ao qual está acoplado magneticamente.

[0048] Durante o alinhamento, a posição relativa dos imãs 1 e 5 vai se deslocar de uma forma quase-linear tangencialmente à circunferência dos anéis 5 e 6. Eventualmente, os ímãs 1 e 5 atingirão um deslocamento circunferencial h, como mostrado, o qual estabilizará e não mudará substancialmente. O deslocamento h dependerá da força oposta exercida pela carga. Sob condições adequadas, h aumentará diretamente proporcionalmente à força necessária para fazer o anel acionado externo 6 girar junto com o anel acionador interno 3.

[0049] Será apresentado que, na faixa de interesse, o deslocamento h é aproximadamente diretamente proporcional à transferência de força e, enquanto h não for demasiado grande, o anel de acionamento 3 poderá impulsionar o anel acionado 6, sem a ocorrência de qualquer contato físico entre os anéis 3 e 6. Quando a magnitude de h se aproxima da largura do espaço entre os ímãs 1 e 5, a força transferida cai. A força máxima que o anel de acionamento 3 poderá aplicar ao anel de acionamento 6 dependerá da força e da geometria dos ímãs permanentes, do número de ímãs assim como do espaço entre os dois anéis 3 e 6.

Exemplo 1

Supressão da Força Eletromotriz (EMF) Inversa

[0050] O efeito da supressão da força eletromotriz (EMF) inversa fornecida por um ímã deslocado foi estudada em aparelhos de teste compreendendo um conjunto de embreagem magnética de acordo

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15/18 com os ensinamentos da presente invenção, que tinha um rotor que compreende dois anéis concêntricos e radialmente espaçados acoplados magneticamente configurados de tal modo que o diâmetro do anel externo era de 400 mm. Foi empregada uma unidade de bobina do estator de núcleo de ar que circundava a periferia do anel interno. [0051] Uma bobina com uma resistência elétrica de 6 μΩ foi enrolada uniformemente por 20 voltas em torno dos elementos de suporte, interconectando duas placas orientadas verticalmente, que foram espaçadas em 50 mm e posicionadas nas extremidades circunferenciais correspondentes do encaixe da bobina do estator retilíneo, para definir uma indutância de 40 μΗ. O núcleo de ar foi dimensionado com um tamanho de 50 x 70 x 80 mm.

[0052] Seis ímãs permanentes espaçados de maneira uniforme, dimensionados cada um com um tamanho de 50 x 50 x 80 mm, foram unidos a cada anel, enquanto um ímã unido ao anel interno foi alinhado radialmente e magneticamente acoplado a um ímã correspondente anexado ao anel externo. Um ímã anexado ao anel externo foi espaçado radialmente a partir de um ímã correspondente anexado ao anel interno por uma distância de 22 mm.

[0053] A tensão foi alimentada à bobina em diferentes níveis discretos através do condutor conectado ao interruptor 37 (Figura 5) para fazer com que o rotor gire a uma velocidade correspondente, cujo valor foi medido por um sensor fotoelétrico e um osciloscópio e listado na Tabela I. A força eletromotriz (EMF) inversa (BEMF) gerada para cada velocidade correspondente foi medida e também listada na Tabela I.

Tabela I

BEMF sem Imãs Deslocados

RPM	BEMF (V)
500	0,23
1000	0,85
1500	1,55

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[0054] Seis ímãs permanentes adicionais, cada um dimensionado com um tamanho de 50 x 50 x 20 mm, foram então anexados ao anel externo, de modo a serem circunferencialmente separados por 30 graus do ímã correspondente magneticamente acoplado, e foram deslocados de modo angular na direção da magnetização dos ímãs unidos ao anel externo em 90 graus.

[0055] A tensão foi fornecida à bobina em diferentes níveis discretos para fazer com que o rotor fornecido com os ímãs deslocados adicionais girasse nas mesmas velocidades listadas na Tabela I. A força eletromotriz (EMF) inversa (BEMF) gerada para cada velocidade correspondente foi medida e listada na Tabela II Como demonstrado, a BEMF foi reduzida em um valor que varia de 22 a 26%.

Tabela II

BEMF com Imãs Deslocados

RPM	BEMF (V)
500	0,18
1000	0,63
1500	1,15

Exemplo 2

Geração de Torque Adicional

[0056] O efeito da geração de torque adicional fornecida por um ímã deslocado ao rotor foi estudado no mesmo aparelho de teste descrito no Exemplo 1.

[0057] A corrente foi alimentada à bobina através do condutor conectado ao interruptor 37 (Figura 5) em diferentes níveis discretos para fazer com que o rotor girasse na velocidade correspondente. O torque gerado pelo rotor fornecido sem os ímãs deslocados foi medido pelo Sensor de Torque Modelo 8645 fabricado por Burster Praezisionsmesstechnik Gmbh & Co., Gernsbach, Alemanha e listado na Tabela III para cada nível de corrente.

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[0058] Os seis ímãs deslocados foram então conectados ao anel externo, de modo que eles foram separados radialmente por uma distância que varia de 2-5 mm a partir da face radialmente externa da unidade de bobina única do estator, quando alinhados radialmente ao mesmo, após o qual os mesmos níveis discretos de corrente foram alimentados à bobina e o nível correspondente de torque gerado foi medido e listado na Tabela IV. Como demonstrado, o torque gerado como resultado do uso dos ímãs deslocados aumentou em um valor que varia de 9,3 a 11,5%.

Tabela III

Torque Gerado sem Imãs Deslocados

Corrente (A)	Torque (Nm)
100	21,0
200	41,8
400	86,0

Tabela IV

Torque Gerado com Imãs Deslocados

Corrente (A)	Torque (Nm)
100	23,0
200	46,6
400	94,0

[0059] A Figura 8 ilustra um conjunto de embreagem magnética 25 de acordo com outra concretização da invenção. O conjunto de embreagem magnética 25 é idêntico ao conjunto de embreagem magnética 15 da Figura 1, mas com a adição de outro conjunto de ímãs deslocados 20. Uma pluralidade de ímãs deslocados adicionais 20 são conectados ao cubo 12 circundando e conectados ao eixo central de modo que um ímã deslocado 20 esteja alinhado e ligeiramente espaçado a partir de uma unidade de bobina de estator correspondente 2. Assim a supressão da força eletromotriz (EMF) inversa, para um único

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18/18 ímã de anel acionado 5, é possível pela influência coletiva tanto do ímã deslocado 10 como do ímã deslocado 20.

[0060] ímãs deslocados adicionais 20 também podem ser configurados para serem separados radialmente por uma distância inferior a 5 mm da face radialmente para dentro de uma unidade de bobina do estator 2 com a qual está instantaneamente alinhado radialmente. O campo magnético de cada ímã deslocado adicional 20 é capaz de interagir com a parte do campo eletromagnético gerada por uma unidade de bobina do estator 2 que se estende externa e radialmente para dentro a partir da unidade de bobina do estator. Essa interação entre o campo magnético de um ímã deslocado adicional 20 e o campo eletromagnético gerado por uma unidade de bobina do estator 2 é uma fonte de torque adicional que atua sobre o anel acionado.

[0061] Embora algumas concretizações da invenção tenham sido descritas a título ilustrativo, será aparente que a invenção pode ser realizada com muitas modificações, variações e adaptações, e com o uso de numerosos equivalentes ou soluções alternativas que estão dentro do escopo de pessoas versadas na técnica, sem exceder o escopo das reivindicações.

Claims

1. Conjunto de embreagem magnética, caracterizado pelo fato de que compreende:

a) uma pluralidade de unidades de bobina de estator com núcleo de ar estacionárias e espaçadas circunferencialmente;

b) um rotor que compreende:

i. um anel de acionamento dimensionado adequadamente de modo que uma pluralidade de partes circunferenciais correspondentes do mesmo seja recebida dentro de um interior de cada uma das referidas unidades de bobina em qualquer dado momento ;

ii. um anel acionado que é concêntrico ao referido anel de acionamento e disposto externamente à referida pluralidade de unidades de bobina do estator e que é conectável a uma carga mecânica;

iii. uma pluralidade de pares de ímãs permanentes espaçados circunferencialmente, em que cada um dos referidos pares consiste em um primeiro ímã permanente fornecido com o referido anel de acionamento, e um segundo ímã permanente fornecido com o referido anel acionado e com uma direção de magnetização oposta à do referido primeiro ímã permanente, para garantir que os referidos anéis de acionamento e acionados sejam capazes de serem acoplados magneticamente juntos e de girar sincronicamente; e iv. uma pluralidade de unidades de ímãs deslocados espaçados circunferencialmente, fornecidos com o referido anel acionado, em que cada uma das referidas unidades deslocadas compreende pelo menos um ímã permanente cuja direção de magnetização é deslocada de modo angular à direção de magnetização de um ímã de anel acionado adjacente; e

c) uma unidade de controle elétrica configurada para alimentar de modo controlável a corrente de energização para induzir campos eletromagnéticos em cada uma das referidas unidades da bo-

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2/4 bina do estator, para interagir com um campo magnético de cada um dos ímãs permanentes do referido anel acionador para iniciar a rotação do referido rotor enquanto os ímãs permanentes do referido anel de acionamento são introduzidos sequencialmente no interior de cada uma das referidas bobinas do estator, em que cada um dos referidos ímãs deslocados é desviado suficientemente de modo angular ao referido ímã do anel acionado adjacente de modo que as linhas curvas de campo magnético de cada um dos referidos ímãs deslocados estejam sobrepostas com as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado adjacente que estão se curvando em uma direção diferente para suprimir a geração de uma força eletromotriz parasita inversa que normalmente resulta da interação entre as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado adjacente e o campo eletromagnético induzido de um correspondente das referidas unidades de bobina com núcleo de ar do estator.

2. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos ímãs deslocados está deslocado de modo angular ao ímã do anel acionado adjacente por um ângulo que varia de 45 a 125 graus.

3. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada um dos ímãs deslocados está deslocado de modo angular ao ímã do anel acionado adjacente por um ângulo substancialmente igual a 90 graus.

4. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos ímãs deslocados é alinhado radialmente com uma correspondente das unidades da bobina do estator.

5. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a

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3/4 reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada um dos ímãs deslocados está radialmente separado por uma distância inferior a 5 mm de uma face adjacente da unidade de bobina do estator com a qual está alinhado radialmente, para participar da geração de torque.

6. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das unidades da bobina do estator é disposta com simetria radial em relação a um eixo central do qual a energia é extraível.

7. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de ímãs deslocados adicionais espaçados circunferencialmente, que são espaçados radialmente a partir de uma das unidades correspondentes de bobina do estator, em que cada um dos referidos ímãs deslocados adicionais é desviado suficientemente de modo angular para um dado ímã de anel acionado de modo que as linhas curvas de campo magnético de cada um dos referidos ímãs deslocados adicionais sejam sobrepostas com as linhas de campo magnético do referido ímã de anel acionado que estão se curvando em uma direção diferente para suprimir a geração de uma força eletromotriz inversa parasita devido à influência coletiva tanto do ímã deslocado como do ímã deslocado adicional.

8. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de ímãs deslocados adicionais são conectados a um cubo circundando e conectados ao eixo central.

9. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os anéis de acionamento e acionado são coaxiais com o eixo central.

10. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma

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4/4 conexão de tomada de força que interliga o anel acionado e o eixo central.

11. Conjunto de embreagem magnética, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a conexão de tomada de força é configurada com uma pluralidade de elementos lineares espaçados circunferencialmente que se estendem radialmente a partir do anel acionado para o eixo central.