BR112020013323A2

BR112020013323A2 - motor elétrico

Info

Publication number: BR112020013323A2
Application number: BR112020013323-0A
Authority: BR
Inventors: Victor Shlakhetski; Alexander Mostovoy
Original assignee: Intellitech Pty Ltd.
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US20210067017A1; GB201722054D0; WO2019126843A1; IL275688A; MX2020006874A; RU2020124673A; EP3732775A1; RU2020124673A3; GB2571000B; EP3732775A4; CA3087095A1; KR20200103080A; US11462983B2; JP2021508227A; AU2018398745A1; CN111869066A; AU2023222855A1; GB201820900D0; GB2571000A

Abstract

A presente invenção refere-se a um motor elétrico que possui um rotor que inclui um ou mais ímãs permanentes dispostos em um modo como anel, em que polos similares de ímãs adjacentes faceiam uns aos outros, e ainda em que um mecanismo de engrenagem (por exemplo, um anel dentado) está configurado para transferir a rotação do rotor para um mecanismo de engrenagem externo. O motor pode também incluir um estator que compreende um ou mais solenoides e um conjunto de rolamento que inclui um elemento de rolamento rotativo integrado com o elemento dentado para acoplar com um conjunto de engrenagem e eixo. O elemento de rolamento rotativo e o elemento de engrenagem dentada integrado podem passar através de cavidades dos solenoides principais e prover um tamanho de cavidade mínimo, aperfeiçoando as eficiências de motor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MOTOR ELÉTRICO",

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELATIVOS

[0001] Este pedido reivindica prioridade para GB 1722054.2, depo- sitada em 28 de Dezembro de 2017, a totalidade da qual está aqui in- corporada por referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[0002] A presente descrição refere-se ao campo de motores elétri- cos.

ANTECEDENTES

[0003] Os motores elétricos do tipo rotacional são bem conhecidos, e têm sido amplamente utilizados por muitos anos para converter ener- gia elétrica para energia mecânica. Um motor elétrico típico pode ter um rotor e um estator.

[0004] A parte móvel do motor é tipicamente designada o rotor e pode incluir um eixo rotativo ou mecanismo similar para fornecer rotação para uma carga. A parte estacionária do motor é frequentemente desig- nada o estator, o qual tipicamente inclui enrolamentos de condutores e/ou ímãs permanentes. Em alguns motores, finas chapas metálicas (al- gumas vezes referidas como "laminações") podem estar dispostas no núcleo do estator, o que pode reduzir as perdas de energia que de outro modo resultariam se um núcleo sólido fosse utilizado.

[0005] Na maioria dos casos, os condutores serão dispostos sobre ou dentro do rotor para carregar correntes elétricas para interagir com o campo magnético do estator (por exemplo, onde o estator inclui um ou mais ímãs permanentes). A interação eletromagnética entre o rotor e o estator provê as forças que giram o eixo e operam sobre a carga. Em outra alternativa, o rotor pode incluir ímãs permanentes, enquanto o es- tator inclui condutores que carregam corrente. Em qualquer configura-

ção, os motores elétricos como aqueles geralmente acima descritos po- dem também ser utilizados em um modo funcional inverso para conver- ter energia mecânica em energia elétrica (isto é, como um gerador).

[0006] Certas estruturas de motor CC sem escovas não típicas são conhecidas na técnica. Por exemplo, a WO 2013/140400 ensina uma estrutura não típica de um motor CC sem escovas que pode incluir uma pluralidade de ímãs permanentes que está equiangularmente espaçada e/ou equirradialmente disposta ao longo de uma estrutura de rotor como anel circular e uma pluralidade de solenoides que está equiangular- mente espaçada e/ou equirradialmente disposta em posições estáticas. Cada um dos alojamentos de solenoide inclui uma seção de cavidade para a pluralidade de ímãs atravessar conforme o rotor como anel com a pluralidade de ímãs gira em torno de seu eixo. A WO 2013/140400 também ensina que a rotação do rotor é causada por um suprimento corrente CC variável e controlado para os solenoides, com a direção da corrente sendo oportunamente invertida com base no posicionamento relativo dos ímãs permanentes para os solenoides.

[0007] Como descrito na WO 2013/140400, o movimento dos ímãs com relação aos solenoides pode ser quase linear. Além disso, a WO 2013/140400 ensina que espaçadores de material de alta permeabili- dade (tal como ferro) podem estar posicionados entre cada dois ímãs permanentes adjacentes, por meio disto aumentando a densidade do campo magnético na região entre cada par de ímãs permanentes adja- centes (esta estrutura será aqui referida como estrutura de espaçadores de ímãs). O motor da WO 2013/140400 pode também incluir um ou mais sensores utilizados para determinar, durante a rotação do rotor, a posi- ção dos ímãs permanentes em relação aos solenoides, e um controlador para controlar o suprimento de corrente para os solenoides. Em uma modalidade da WO 2013/140400, o rotor pode estar mecanicamente co- nectado a um meio de transmissão de potência, tal como um elemento dentado.

[0008] Não obstante certos benefícios, o motor descrito na WO 2013/140400 sofre de certas inconveniências e desvantagens. Por exemplo, o motor da WO 2013/140400 diminui a capacidade de partir em situações onde a pluralidade de ímãs permanentes sobre o rotor está substancialmente alinhada na linha intermediária de seu respectivo solenoide (uma assim denominada "orientação morta"). Para levar em conta tal alinhamento, pode ser necessário incluir um mecanismo para iniciar a rotação do motor quando partindo em tais orientações mortas. É portanto um objeto da presente descrição ensinar vários mecanismos para dar partida no motor quando disposto em uma ou mais orientações mortas.

[0009] Outra desvantagem do motor descrito na WO 2013/140400 é que o anel dentado posicionado abaixo da estrutura de espaçadores de ímãs descrita pode tornar a estrutura como anel aqui descrita relati- vamente volumosa e grande. A WO 2013/140400 ensina, por exemplo, que o anel dentado deve passar através das cavidades dos solenoides, por meio disto requerendo que a cavidade no solenoide seja maior do que os ímãs permanentes sozinhos. Tais disposições necessitam um aumento indesejável no peso total (dos maiores solenoides e do anel dentado relativamente pesado) e um aumento indesejável no volume do motor total (resultando da necessidade de um tamanho de cavidade au- mentado). É portanto um objeto da presente descrição prover soluções para reduzir o volume e peso totais de motores CC sem escova geral- mente, incluindo o motor ensinado pela WO 2013/140400.

[0010] Ainda outra desvantagem exemplar do motor descrito na WO 2013/140400 é sua incapacidade de ser otimizado para qualquer funci- onalidade de economia de energia. Por exemplo, a WO 2013/140400 não ensina nenhum mecanismo para recarregar baterias e/ou armaze-

nar energia elétrica extra que possa ser produzida pelo motor. É por- tanto, é um objeto da presente descrição ensinar mecanismos e/ou mé- todos para gerenciar energia em um motor (tal como, por exemplo, o motor na WO 2013/140400), e para prover o recarregamento de baterias utilizando a energia não utilizada do motor.

[0011] É também um objeto da presente descrição prover um motor elétrico no qual a densidade de campo magnético em regiões entre quaisquer dois ímãs permanentes adjacentes possa ser mais alta do que a densidade magnética em uma região similar em outros motores (por exemplo, o motor descrito na WO 2013/140400), especificamente aqueles que não possuem nenhuma estrutura de espaçador de ímãs. Outros objetos e vantagens da presente descrição ficarão aparentes conforme a descrição prossegue.

SUMÁRIO

[0012] Está provido um motor elétrico de acordo com as reivindica- ções. Um motor elétrico compreende um rotor, um estator e um conjunto de rolamento. O estator compreende um ou mais solenoides principais, cada um compreendendo uma cavidade. O rotor compreende uma plu- ralidade de ímãs permanentes disposta em um modo como anel, em que polos similares de ímãs adjacentes faceiam uns aos outros. O rotor ainda compreende um mecanismo de engrenagem para interfacear com um mecanismo de engrenagem de eixo. O conjunto de rolamento com- preende um anel interno e externo com um ou mais rolamentos dispos- tos entre estes, em que o anel interno é estacionário e o anel externo é móvel em relação ao anel interno, e ainda em que o anel externo com- preende o mecanismo de engrenagem para interfacear com o meca- nismo de engrenagem de eixo. Os ímãs permanentes estão dispostos para passar através das cavidades dos solenoides principais.

[0013] Opcionalmente, o motor elétrico ainda compreende espaços de ar em regiões entre as extremidades de cada par de ímãs adjacen- tes, e cada um dos ditos ímãs permanentes é estreitado em sua extre- midade em uma forma de uma pirâmide ou cone truncado para causar a concentração do campo magnético em cada uma das ditas regiões, respectivamente.

[0014] Em modalidades, cada um dos um ou mais rolamentos tem uma forma esférica ou cilíndrica.

[0015] Em modalidades, os um ou mais rolamentos compreendem rolamentos de esferas ou rolamentos de rolos.

[0016] Em modalidades, o motor elétrico ainda compreende um ou mais solenoides de partida. Opcionalmente, os um ou mais solenoides de partida estão dispostos entre cada par de solenoides principais. Op- cionalmente, a rotação do rotor induz correntes elétricas nos um ou mais solenoides de partida. Opcionalmente, os um ou mais solenoides de partida podem ser seletivamente desacoplados do sistema de modo que correntes elétricas não são induzidas nos um ou mais solenoides de partida. Opcionalmente, uma largura física dos um ou mais solenoides de partida é menor do que os um ou mais solenoides principais. Opcio- nalmente, os um ou mais solenoides de partida cada um tem mais en- rolamentos em relação aos um ou mais solenoides principais.

[0017] Em modalidades, o anel externo passes através de cavida- des dos solenoides principais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] Figura 1 é uma vista em perspectiva de um motor da técnica anterior descrito na WO 2013/140400.

[0019] Figura 2 é uma vista explodida do motor da Figura 1.

[0020] Figura 3 é uma vista em perspectiva de um motor CC sem escovas de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0021] Figura 4A é uma vista em perspectiva de uma estrutura de conjunto de rolamento de um motor CC sem escovas de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0022] Figura 4B é uma vista em seção transversal da estrutura de conjunto de rolamento do motor CC sem escovas ilustrado na Figura 4A.

[0023] Figuras 5A-5C apresentam vistas em perspectiva de porções de um conjunto de rolamento de acordo com uma modalidade da pre- sente descrição. Figura 5D é uma vista em seção transversal do con- junto de rolamento ilustrado nas Figuras 5A-5C.

[0024] Figura 6 é uma vista em perspectiva de um motor CC sem escovas de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0025] Figura 7 apresenta um diagrama de blocos de um esquema de controle geral exemplar de uma modalidade exemplar do motor da presente descrição.

[0026] Figura 8A ilustra uma estrutura de controle geral de uma uni- dade de acionamento exemplar e unidade de acionamento de partida exemplar para o motor da presente descrição.

[0027] Figura 8B ilustra sinais de acionamento exemplares direcio- nados para os solenoides principais e os solenoides de partida de uma modalidade exemplar da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0028] Modalidades exemplares específicas do assunto inventivo serão agora descritas com referência aos desenhos acompanhantes. Este assunto inventivo pode, no entanto, ser incorporado em muitas di- ferentes formas e não deve ser considerado como limitado às modali- dades aqui apresentadas; ao invés, estas modalidades estão providas de modo que esta descrição será extensa e completa, e transmitirá to- talmente o escopo do assunto inventivo para aqueles versados na téc- nica. Nos desenhos, números iguais referem-se a elementos iguais. Será compreendido que quando um elemento é referido como sendo "conectado" ou "acoplado" a outro elemento, este pode ser diretamente conectado ou acoplado no outro elemento ou elementos intervenientes podem estar presentes. Como aqui utilizado, o termo "e/ou" inclui todas e quaisquer combinações de um ou mais dos itens listados associados.

[0029] Deve ser inicialmente compreendido que todas as caracterís- ticas aqui descritas podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto combinações onde pelo menos algumas de tais características e/ou etapas são mutuamente exclusivas.

[0030] Referindo agora à Figura 1, uma estrutura geral de um motor sem escova CC exemplar 100 conhecido na técnica anterior é apresen- tada; especificamente, o motor descrito na WO 2013/140400. A Figura 2 apresenta uma vista explodida exemplar do motor 100 ilustrado na Figura 1. Como ilustrado, o motor da técnica anterior 100 inclui um rotor como anel 110 e uma pluralidade de solenoides 120. Os solenoides 120 estão geralmente equirradialmente dispostos e/ou equiangularmente espaçados ao redor de um eixo central (não ilustrado) do rotor 110. Um anel dentado 130 fica ao longo do fundo do rotor 110 e está configurado para interagir com a engrenagem 135, a qual por sua vez está acoplada no eixo 138. O motor 100 também inclui rolamentos em forma de rolo 140 que são utilizados para tanto suportar o rotor 110 quanto geral- mente permitir uma rotação suave do rotor 110. O motor 100 pode estar posicionado sobre uma base de suporte, tal como por exemplo, a base

150.

[0031] Referindo agora à Figura 2, o rotor da técnica anterior 110 descrito na WO 2013/140400 inclui uma pluralidade de ímãs permanen- tes 115, e uma pluralidade de espaçadores 117 disposta entre os ímãs

115. Os espaçadores 117 são tipicamente feitos de um material de alta permeabilidade. O rotor 110 também inclui um anel superior 112 posici- onado acima dos ímãs permanentes 115 e espaçadores 117 que está em contato com rolamentos 140. O anel 112 por meio disto suporta o rotor 110 e provê uma rotação suave do rotor 110. O rotor 110 também inclui um anel de suporte de ímãs 180 sobre o qual os ímãs 115e os espaçadores 117 estão instalados. Solenoides 120 estão também pro- vidos.

[0032] Em geral, como ensinado em maiores detalhes na WO 2013/140400, o motor 100 opera suprindo corrente CC através de enro- lamentos de condutores nos solenoides 120. Os campos magnéticos induzidos pelas correntes que fluem através dos solenoides 120 intera- gem com os campos magnéticos dos ímãs 115. Para substancialmente eliminar ou grandemente reduzir a indução de contra-EMF nos condu- tores (o que reduz a corrente efetiva sendo acionada através dos con- dutores dos solenoides 120), um controlador no motor 100 temporiza a magnitude e direção da corrente através dos condutores em um modo tal que a corrente acionada é maximizada quando a contra-EMF indu- zida é mais baixa, e vice versa.

[0033] Abaixo do anel de suporte de ímãs, está um anel dentado 130 o qual transfere o momento de rotação do rotor 110 para a engre- nagem 135. O anel dentado 130 coopera com a engrenagem 135 para transferir potência do motor 100 geralmente para o eixo 138. Um anel de fundo 195 está provido para suportar a estrutura do rotor 110. A WO 2013/140400 ensina que cada um do anel superior 112, dos ímãs 115 e espaçadores 117, do anel de suporte de ímãs 180, do anel dentado 130, e do anel de fundo 195 estão cada um rigidamente conectados uns nos outros para girar juntos de modo que cada um passa através de cavida- des 124 dos solenoides 120.

[0034] Referindo agora à Figura 3, uma modalidade exemplar de um motor elétrico 300 de acordo com vários aspectos da presente descrição está apresentada. Em algumas modalidades, o motor 300 pode incluir um conjunto de estator 310 e um conjunto de rotor 320. O conjunto de estator 310 pode incluir um ou mais solenoides principais 312. Em algu- mas modalidades, os um ou mais solenoides principais 312 podem estar equiangularmente espaçados e/ou equirradialmente dispostos ao redor de um eixo geométrico central (não mostrado) do conjunto de rotor 320. Cada um dos um ou mais solenoides principais pode incluir uma cavi- dade 318, e pode também estar acoplado ou de outro modo associado com uma base de solenoide principal 314.

[0035] O conjunto de rotor 320 pode, em algumas modalidades, in- cluir um ou mais ímãs permanentes 325 (que têm uma polaridade N-S típica), e pode também incluir um elemento de anel dentado 328. O nú- mero de ímãs permanentes 325 pode (ou opcionalmente não pode) cor- responder ao número de solenoides principais 312. Em algumas moda- lidades, os um ou mais ímãs permanentes 325 e anel dentado 328 pas- sam através de cavidades 318 dos solenoides principais 312. Além disso, o anel dentado 328 do conjunto de rotor 320 pode ser utilizado para interagir com uma engrenagem 330, a qual pode opcionalmente estar rigidamente acoplada a um eixo principal 335. Note que qualquer outro mecanismo de acionamento aplicável pode também ser empre- gado, incluindo um sistema de acionamento de correia ou similares. Em algumas modalidades, o motor 300 pode estar suportado por uma base

350.

[0036] Ao contrário de alguns motores na técnica anterior (por exemplo, o motor decreto na WO 2013/140400), o motor 300 pode, em algumas modalidades, não ter espaçadores feitos de um material de alta permeabilidade disposto sobre o conjunto de rotor 320 entre os ímãs permanentes (por exemplo, pode não ter os espaçadores 117 da Figura 2), baseando-se ao invés em espaço livre somente. Eliminando a utili- zação de tais espaçadores (por exemplo, espaçadores 117) inclui o be- nefício de materiais e peso reduzidos, mas pode sacrificar certos bene- fícios de campo magnético que um material de alta permeabilidade pode prover, por exemplo, densidade de campo e homogeneidade aumenta- das.

[0037] Para compensar algumas ou todas ou qualquer perda em ca- racterísticas de campo magnético desejadas que resultam da elimina- ção de tais espaçadores (por exemplo, espaçadores 177), em algumas modalidades, os ímãs permanentes 325 podem ser estreitados em cada extremidade (por exemplo, extremidade truncada 326) na forma de, por exemplo, um cone ou pirâmide truncado (ou outra forma desejada e/ou efetiva) para opcionalmente aumentar uma ou mais da homogeneidade e densidade de campo magnético entre os ímãs permanentes adjacen- tes 325. Mais especificamente, tal forma de extremidade estreitada (por exemplo, extremidade 326) pode fazer com que o campo magnético en- tre os ímãs 325 seja mais denso e mais homogêneo geralmente sem precisar utilizar espaçadores de material de alta permeabilidade que po- dem desvantajosamente aumentar, por exemplo, o peso total do motor

300.

[0038] Em algumas modalidades, o motor 300 pode utilizar qualquer número de disposições de conjunto de rolamento. Por exemplo, a Figura 3 ilustra um conjunto de rolamento exemplar 360, e está discutido em maiores detalhes com referência às Figuras 5A-5C abaixo. Alternativa- mente, o motor 300 pode utilizar o conjunto de rolamento exemplar 460 apresentado com referência as Figuras 4A-4B.

[0039] Referindo primeiro à Figura 4A uma vista em perspectiva de uma modalidade do conjunto de rolamento 460 está apresentada, com uma vista em seção transversal da mesma apresentada na Figura 4B. O conjunto de rolamento 460 está apresentado ao lado da base opcional 350, bases de solenoide 314, e elemento de anel dentado 328. O con- junto de rolamento 460 pode incluir, em algumas modalidades, dois anéis coaxiais - um anel interno 462 e um anel externo 464 - com um ou mais rolamentos 466 dispostos entre estes. Em algumas modalidades, o anel interno 462 pode ser estacionário, enquanto o anel externo 464 pode ser móvel em relação ao anel interno 462 (apesar de que a dispo- sição oposta pode ser utilizada se desejado). Rolamentos 466 podem ser utilizados para facilitar o movimento do anel externo 464 em relação ao anel interno 462 (ou vice-versa) em um modo que minimiza o atrito. Por exemplo, os rolamentos 466 podem ser rolamentos esféricos de es- feras, rolamentos cilíndricos, ou qualquer outro conjunto de atrito relati- vamente baixo (Teflon, sistemas engraxados, etc.). Notadamente, ao contrário da modalidade mostrada na Figura 3 (e a modalidade similar aqui abaixo discutida com relação às, por exemplo, Figuras 5A-5D), o conjunto de rolamento 460 mostrado nas Figuras 4A e 4B pode incluir o elemento de anel dentado 328 como um elemento separado relativo ao anel externo 464.

[0040] Em algumas modalidades, o anel dentado 328 pode estar acoplado ao anel externo móvel 464 de modo que o anel dentado 328 e o restante do conjunto de rotor 320 (por exemplo, ímãs permanentes 325) podem ser livres para girar ao redor do eixo geométrico central (não mostrado) do rotor 320. Em algumas modalidades, como ilustrado, por exemplo na Figura 4B, os ímãs permanentes 325 podem estar su- portados pelo e/ou acoplados no anel de suporte de ímã 470. Em algu- mas modalidades, o conjunto de rolamento 460, incluindo o anel den- tado 328, anel de suporte de ímã 470, anel externo 464, anel interno 462 e rolamentos 466 podem ser feitos de materiais não ferrosos ou não magnéticos.

[0041] Como aqui acima notado, tanto na discussão do motor des- crito na WO 2013/140400 quanto com relação à discussão referente às Figuras 4A e 4B, o anel de suporte de ímã (180 (Figura 2) e 470 (Figura 4B)) e anel dentado (130 (Figuras 1 & 2) e 328 (Figuras 4A & 4B) podem ser elementos separados. Consequentemente, pode existir um aumento indesejável da cavidade (124/318) requerida em cada um dos solenoi- des principais (120/312) para acomodar o aumento em espaço inerente requerido para elementos separados simultaneamente atravessarem as cavidades (124/318), por meio disto em algumas modalidades necessi- tando um aumento indesejável do volume e/ou peso total do motor des- crito geralmente. O conjunto de rolamento pode ser utilizado com os vários elementos ilustrados na Figura 3 se desejado, e vice-versa.

[0042] Em uma modalidade alternativa, e referindo agora às Figuras 5A-5D, apresentações mais detalhadas do conjunto de rolamentos 360 primeiro ilustrado na Figura 3 estão apresentadas. Referindo primeiro à Figura 5A, o conjunto de rolamento 360 pode incluir um anel interno 362 e um anel externo 364, com rolamentos 366 dispostos entre estes. Van- tajosamente, o anel externo 364 pode também incluir o elemento de anel dentado 328 de modo que o anel externo 364 e o elemento de anel dentado 328 sejam integrados juntos em um único elemento. Como ilus- trado na, por exemplo, Figura 5B, o anel externo 364 e o anel dentado integrado 328 podem engrenar com a engrenagem 330, a qual por sua vez pode estar acoplada no eixo principal 335. Em algumas modalida- des, o anel interno 362 pode ser estacionário, e pode estar acoplado a uma ou mais montantes 385. Os montantes 385 podem estar opcional- mente presos na base 350.

[0043] Nas várias disposições aqui acima descritas, o anel externo 364 e o anel dentado integrado 328 podem requere menos volume e/ou menos peso no motor total 300 em relação a motores descritos na téc- nica anterior, e podem vantajosamente reduzir o tamanho necessário das uma ou mais cavidades 318. Na redução do tamanho necessário das cavidades 318, enrolamentos de um menor diâmetro podem ser uti- lizados nos solenoides principais 312, resultando em vários benefícios vantajosos, incluindo, por exemplo, forças eletromagnéticas relativa- mente aumentadas, uso reduzido de material, peso total reduzido, e ou- tros.

[0044] Referindo agora às Figuras 5C & 5D, componentes adicio- nais do rotor 320 estão apresentados. Especificamente, algumas moda- lidades do rotor 320 podem incluir ímãs permanentes 325 acoplados tanto no anel externo 364 quanto no elemento de anel dentado integrado

328. Em algumas modalidades, os ímãs 325 podem estar acoplados no anel externo 364 através, por exemplo, da base de ímã 370. Em opera- ção, forças do estator 310 podem atuar sobre os ímãs 325 para induzir a rotação no rotor 320, por meio disto fazendo com que o elemento de anel dentado 328 atue sobre a engrenagem 330, e transfira potência do motor 300 para o eixo principal 335. Em algumas modalidades, o anel externo 364 pode ser relativamente mais alto do que o anel interno 362 para evitar atrito, etc.

[0045] Como acima notado, uma desvantagem que pode estar as- sociada com motores como aqueles descritos na WO 2013/140400, por exemplo, é a possibilidade de ter que dar partida no motor em uma "ori- entação morta" onde cada linha simétrica de cada um ímã permanente (por exemplo, ímãs 325) coincide com uma linha longitudinal intermedi- ária de um respectivo solenoide principal 312. Em tal orientação, a força líquida transmitida pelo estator (por exemplo, estator 310) para o rotor (por exemplo, rotor 320) pode ser substancialmente zero.

[0046] Referindo agora à Figura 6, ainda outra modalidade da pre- sente descrição está apresentada que pode superar as desvantagens acima mencionadas. Mais especificamente, a Figura 6 ilustra uma mo- dalidade exemplar de um motor 600 substancialmente similar ao motor 300, mas o qual também inclui um ou mais solenoides de partida adici- onais 612 que podem suplementar os solenoides principais 312. Em al- gumas modalidades, o número de solenoides de partida 612 pode ser o mesmo que o número de solenoides principais 312, porém qualquer nú- mero de solenoides de partida 612 pode ser utilizado. Os solenoides de partida 612 podem, em algumas modalidades, estar dispostos entre cada um dos solenoides principais 312. Vantajosamente, a presente descrição que não requer os rolamentos de rolos 140 discutidos com referência à Figura 1. Consequentemente, os solenoides de partida 612 podem ser colocados, se desejado, dentro ou ao redor da área entre os solenoides principais 312.

[0047] Além disso, como os solenoides de partida 612 podem geral- mente ser utilizados para induzir uma rotação inicial no rotor (por exem- plo, rotor 320), ao invés de para primariamente acionar a rotação, os solenoides de partida 612 podem ser, se desejado, menores do que os solenoides principais 312 (apesar de que os solenoides de partida po- dem também ser do mesmo tamanho ou maiores do que os solenoides principais 312, se desejado).

[0048] Cada um dos solenoides principais 312 e solenoides de par- tida 612 podem estar enrolados com uma ou mais espiras de fio condu- tor. Em geral, qualquer número de espiras pode ser utilizado para cada ou ambos dois solenoides principais 312 e solenoides de partida 612. Em algumas modalidades, por exemplo, os solenoides de partida 612 podem utilizar mais espiras do que os solenoides principais 312, en- quanto que em outras modalidades, os solenoides principais 312 podem ter o mesmo número de espiras ou mais espiras do que os solenoides de partida 612. Em algumas modalidades, por exemplo, os solenoides principais 312 podem incluir 7-20 espiras, enquanto que os solenoides de partida podem incluir em ou aproximadamente de 300 espiras. Em algumas modalidades, como abaixo ainda discutido, os solenoides de partida 612 podem utilizar um número de espiras relativamente alto para melhor capturar energia do rotor 320 e converter a energia mecânica para energia elétrica.

[0049] Uma vez que o motor (por exemplo, motor 600) é ligado, não há geralmente mais uma necessidade para os solenoides de partida 612 ligarem o motor até a próxima vez que uma partida de motor seja ne- cessária. Os solenoides de partida 612 podem, no entanto, ser utilizados em algumas modalidades para outros propósitos benéficos fora da par- tida do motor. Por exemplo, é bem conhecido na técnica que um motor CC típico pode servir como um gerador quando invertido (por exemplo, quando as forças fornecidas sobre o eixo / rotor para gerar rotação in- duzem correntes nos rolamentos do estator). Consequentemente, quando não sendo utilizados para a sua função de partida de motor, os solenoides de partida 612 podem ser utilizados, em algumas modalida- des, para capturar energia do motor e, por exemplo, carregar uma ba- teria ou prover alguma outra função elétrica. Por exemplo, se o motor 600 foi utilizado em um veículo, o momento do veículo poderia ser utili- zado em algumas circunstâncias para acionar o rotor 320 e induzir cor- rentes nos solenoides de partida 612, a qual poderia ser utilizara para carregar uma ou mais baterias (por exemplo, uma bateria de reserva e/ou, em algumas circunstâncias, uma bateria primária). Vantajosa- mente, os solenoides de partida 612 podem ser opcionalmente acopla- dos e desacoplados para maximizar a eficiência e eliminar o arraste so- bre o sistema de motor que foi indesejado. Em um modo similar, um mecanismo de comutação para opcionalmente acoplar ou desacoplar os solenoides de partida 612 pode ser vantajosamente empregado para transmitir arraste sobre o motor 300 para servir a uma função de frena- gem.

[0050] Em geral, os solenoides principais 312 do motor 600 podem ser alimentados com uma voltagem substancialmente CC. Em algumas modalidades, a magnitude e/ou direção da voltagem CC é controlada por um ou mais controladores de modo que, em um modo como descrito na WO 2013/140400, quando o centro de cada ímã permanente 325 (isto é, a linha de simetria do ímã 325) passa abaixo da linha intermedi-

ária do respectivo solenoide principal 312, a direção da corrente é inver- tida. O controlador pode, em algumas modalidades, receber certas en- tradas de um ou mais sensores (por exemplo, sensores óticos ou sen- sores de efeito Hall) para determinar a orientação angular do rotor 320 para facilitar o controle da magnitude e direção de corrente CC acima mencionada. Outros fatores tais como rotações / minuto e/ou acelera- ção podem também ser medidos, calculados e/ou confiáveis para tal controle.

[0051] Será compreendido que os solenoides de partida 612 podem ser utilizados com as modalidades ilustradas, por exemplo, na Figura 6, e nas modalidades ilustradas nas Figuras 3, 4A-4B, e 5A-5D, além das Figuras 7 e 8A-8C.

[0052] Referindo agora à Figura 7, um diagrama de blocos de um esquema de controle de motor exemplar está apresentado. No diagrama de blocos, os seguintes elementos estão apresentados, com detalhes adicionais a seguir:

[0053] 720: Rotor;

[0054] 701: O grupo de solenoides principais;

[0055] 702: O grupo de solenoides de partida;

[0056] 703: Uma unidade de acionamento principal para suprir si- nais para os solenoides principais 701 com base me sinais de tempo que são recebidos do controlador básico 709;

[0057] 711, 712, 713, 714: Sensores nos solenoides principais 312 (ver, por exemplo, Figura 6), que são utilizados para detectar a posição angular dos ímãs permanentes (por exemplo, ímãs 325) sobre o rotor 720 com relação aos solenoides principais 701 (a saber, a "orientação angular");

[0058] 709: Controlador básico para prover sinais de tempo e dire- ção de corrente para a unidade de acionamento principal 703 e para uma unidade de acionamento de partida 702, respectivamente, além de outras funcionalidades de controle gerais que serão daqui em diante descritas;

[0059] 707: Uma bateria principal para operar o motor;

[0060] 708: Uma bateria de reserva e regulador de energia 710 para verificar o nível de voltagem na bateria de reserva, e quando a bateria de reserva for descoberta estar completa, para rotear a energia exces- siva da bateria de reserva para a bateria principal;

[0061] 704: Uma unidade de acionamento de partida para suprir si- nais para os solenoides de partida 702 com base em sinais de tempo que são recebidos do controlador básico 709;

[0062] 715: Um conversor de voltagem para converter uma volta- gem induzida recebida dos solenoides de partida 702 para voltagem CC, e para carregar a bateria de reserva 708 pela dita voltagem CC;

[0063] Em algumas modalidades, quando, por exemplo, é inicial- mente necessário ligar o motor descrito, o controlador básico 709 pode determinar a orientação angular do rotor com base em um ou mais sen- sores 711,712,713,e 714. Mais especificamente, em alguns exemplos, o controlador básico 709 pode verificar se os ímãs permanentes estão localizados dentro de um faixa predefinida de "orientação morta" ou não (o comprimento desta faixa pode ser, por exemplo, + 5% do compri- mento de cada ímã permanente). No caso negativo, o controlador bá- sico 709 pode conduzir sinais de tempo para a unidade de acionamento principal 703, a qual por sua vez pode suprir sinais de acionamento para os solenoides principais 701 os quais podem então iniciar a rotação do rotor (por exemplo, rotor 320). Estes sinais podem ser substancialmente sinais de modulação de largura de pulso (PWM) em que o tempo de tais sinais pode depender, por exemplo, da velocidade de rotação desejada. Tal sinal pode também ser qualquer outro tipo de sinal conhecido na técnica para acionar correntes CC. Tais sinais podem também ser con- trolados para comutar a sua direção corrente cada vez que a linha de simetria de cada um dos ímãs permanentes passa abaixo da linha inter- mediária do respectivo solenoide principal 701.

[0064] Se, no entanto, o controlador 709 determinar que a orienta- ção do rotor está dentro da dita faixa de "orientação morta", o controla- dor 709 pode comunicar sinais de tempo para a unidade de aciona- mento de partida 704, a qual por sua vez pode suprir sinais de aciona- mento para os solenoides de partida 702 para causar um acionamento inicial do rotor, a saber, para remover os ímãs permanentes do rotor fora da "orientação morta". Um curto período após o dito acionamento inicial sair da orientação morta, o controlador 709 pode direcionar os sinais de tempo de modo a conduzi-los para a unidade de acionamento principal 703 para causar, por exemplo, uma rotação normal do rotor por sinais que são supridos para os solenoides principais 701. Um regulador de energia 710 pode medir o nível de energia em uma ou mais baterias (por exemplo, bateria de reserva 710) e redistribuir tal energia como de- sejado (por exemplo, para uma bateria principal 707 quando a bateria de reserva 710 estiver completa, por exemplo).

[0065] Consequentemente, a Figura 7 ilustra em forma de diagrama de blocos como, entre outras coisas, o motor presentemente descrito pode ser iniciado, ou quando em uma "orientação morta" ou não. Ainda, o esquema ilustrado na Figura 7 demonstra como energia pode ser eco- nomizada acumulando energia dentro dos solenoides de partida e re- distribuindo-a como desejado para, por exemplo, carregar uma bateria. A estrutura da Figura 7 pode ser aplicada a cada uma das modalidades aqui ilustradas e descritas com relação às Figuras 3, 44-4B, 5A-5C, e 6.

[0066] Referindo agora às Figuras 8A e 8B, uma estrutura exemplar da unidade de acionamento 703 é apresentada, juntamente com a uni- dade de acionamento de solenoides de partida 704. Neste exemplo, é assumido na Figura 8A que seis (6) solenoides principais (por exemplo, 312 na Figura 6) são empregados, e na Figura 8B que seis solenoides de partida (por exemplo, 612 na Figura 6) são empregados. O diagrama associado com "SUB CONTROLLER 1" 709A ilustra uma estrutura exemplar da unidade de acionamento de solenoides principal 703. O diagrama associado com "SUB CONTROLER 2" 709B ilustra uma es- trutura exemplar da unidade de acionamento de solenoides de partida

704. Em algumas modalidades, cada par de solenoides adjacentes pode ser acionado através de um único circuito, apesar de que qualquer cir- cuito operável pode ser empregado como desejado. Com um único cir- cuito, no entanto, três tais circuitos podem ser providos na Figura 8A para os solenoides principais (isto é, "SUB CONTROLLER 1",709A), e separadamente para os solenoides de partida (isto é, "SUB CONTROL- LER 2",709B) na Figura 8B.

[0067] Como mostrado na Figura 8A, por exemplo, a direção de en- rolamento nos solenoides adjacentes de cada par é oposta uma com relação à outra. Com relação aos solenoides principais, inicialmente, os pares de comutadores Q1; Q4, Q5; Q8, e Q9; 012 podem ser fechados com base em respectivos sinais do "SUB CONTROLLER 1" 709A, re- sultando em um pulso de corrente de primeira direção (por exemplo, período A-C na Figura 8C) em cada par de solenoides (por exemplo, F1; F2, F3; F4, e F5; F6, respectivamente). Posteriormente, e com base em, por exemplo, a mudança de orientação do rotor como detectada pelos sensores 711-714, os ditos comutadores podem ser abertos por um curto período (por exemplo, período D-E na Figura 8C), permitindo uma estabilização interna da energia de cada um dos ditos pares, e posteri- ormente, os comutadores Q3; Q2, Q7; Q6, e Q11; Q10 podem ser fe- chados, resultando em um pulso de corrente de segunda direção (oposta à dita primeira direção) (por exemplo, período E-G na Figura 8C) em cada um do par de ditos solenoides. Posteriormente, todos os comutadores podem ser abertos (por exemplo, período H-I da Figura 8C) para permitir uma estabilização de energia interna de cada um dos ditos pares, e o mesmo procedimento pode então repetir. A operação da unidade de acionamento de solenoides de partida (Figura 8B) pode ser substancialmente a mesma que para a unidade de acionamento dos solenoides principais, mutatis mutandis. As modalidades aqui ilustradas com relação às Figuras 8A-8C são aplicáveis aos elementos descritos com relação às Figuras 3, 4A-4B, 5A-5C, e 6.

[0068] Deve ser notado que não há requisito para suprir corrente para todos os solenoides do estator em qualquer dado tempo. De modo a economizar a energia de bateria, e se a carga do motor for baixa, um suprimento de corrente para mesmo um único solenoide principal pode ser suficiente. Por outro lado, se a carga for muito alta, a corrente pode ser suprida simultaneamente para todos os solenoides principais, assim como para alguns ou a todos os solenoides de parida, é claro, em um modo oportuno. O controlador 709 pode incluir uma pluralidade de mo- dos de operação selecionáveis, para adequar às várias situações.

[0069] Apesar de algumas modalidades da invenção terem sido descritas por meio de ilustração, será aparente que a invenção pode ser executada na prática com muitas modificações, variações e adapta- ções, e com a utilização de numerosos equivalentes ou soluções alter- nativas que estão dentro do escopo da pessoa versadas na técnica, sem se afastar do espírito da invenção ou exceder o escopo das reivindica- ções.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Motor elétrico caracterizado pelo fato de que compreende um rotor e um estator: o estator compreendendo um ou mais solenoides principais, cada um compreendendo uma cavidade; o rotor compreendendo uma pluralidade de ímãs permanen- tes disposta em um modo como anel, em que polos similares de ímãs adjacentes faceiam uns aos outros; e ainda compreendendo um meca- nismo de engrenagem para interfacear com um mecanismo de engre- nagem de eixo; um conjunto de rolamento compreendendo um anel interno e externo com um ou mais rolamentos dispostos entre estes, em que o anel interno é estacionário e o anel externo é móvel em relação ao anel interno, e ainda em que o anel externo compreende o mecanismo de engrenagem para interfacear com o mecanismo de engrenagem de eixo; em que os ímãs permanentes estão dispostos para passar através das cavidades dos solenoides principais.

2. Motor elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de ainda compreender espaços de ar em regiões entre as extremidades de cada par de ímãs adjacentes, e cada um dos ditos ímãs permanentes é estreitado em sua extremidade em uma forma de uma pirâmide ou cone truncado para causar a concentração do campo magnético em cada uma das ditas regiões, respectivamente.

3. Motor elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de que cada um dos um ou mais rolamentos tem uma forma esférica ou cilíndrica.

4. Motor elétrico de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizado pelo fato de que os um ou mais ro- lamentos compreendem rolamentos de esferas ou rolamentos de rolos.

5. Motor elétrico de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais solenoides de partida.

6. Motor elétrico de acordo com a reivindicação 5, caracteri- zado pelo fato de que os um ou mais solenoides de partida estão dis- postos entre cada par de solenoides principais.

7. Motor elétrico de acordo com a reivindicação 5 ou 6, ca- racterizado pelo fato de que a rotação do rotor induz correntes elétricas nos um ou mais solenoides de partida.

8. Motor elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracteri- zado pelo fato de que os um ou mais solenoides de partida podem ser seletivamente desacoplados do sistema de modo que correntes elétri- cas não são induzidas nos um ou mais solenoides de partida.

9. Motor elétrico de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que uma largura física dos um ou mais solenoides de partida é menor do que os um ou mais solenoides principais.

10. Motor elétrico de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que os um ou mais solenoides de partida cada um tem mais enrolamentos em relação aos um ou mais solenoides principais.

11. Motor elétrico de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizado pelo fato que o anel externo passa através das cavidades dos solenoides principais.