BR202015007777U2 - mecanismo de lançamento eletromagnético - Google Patents

Abstract

resumo “mecanismo de lançamento eletromagnético – m.l.e.m.” compreendido por um sistema de lançamento, ou tração temporária, de objetos, direto ou indiretamente, através da utilização de forças eletromagnéticas e formado, referencialmente, por um sistema de disparo, um sistema de frenagem, uma fonte de energia eletromagnética e um sistema de controle e supervisão. dita fonte de energia eletromagnética (1) gera um campo magnético através da bobina de magnetização (11) montada num tubo de lançamento (7), que acelera um carro (8), que por sua vez, contém um sistema de engate (9), que fixa temporariamente o objeto a ser lançado e é solidário ao carro (8). considerando-se a aplicação descrita para a opção de propulsão em veículo de transporte terrestre, compreende ainda uma função de desmagnetização do carro, através da bobina de desmagnetização (12) para se reduzir os efeitos da histerese magnética e um sistema de frenagem, através das tampas de vedação (13) e (14) montadas nas extremidades do tubo de lançamento (7) e conseqüentemente, posicionadas a montante e a jusante do carro (8). todo mlem é controlado e supervisionado por um painel de comando (21).

Description

“MECANISMO DE LANÇAMENTO ELETROMAGNÉTICO” 1. O presente relatório trata de um modelo de utilidade para uma nova disposição construtiva introduzida em mecanismo de lançamento eletromagnético, que mais especificamente, refere-se à introdução do conceito da aplicação de forças eletromagnéticas em mecanismos de propulsão para lançamentos, ou tracionamento temporário, de veículos e objetos, permitindo a aceleração do referido veículo ou objeto de seu estado inercial até a velocidade desejada. 2. A demanda atual por propulsores movidos por novas fontes energéticas ditas limpas tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, seja pelo irreversível processo de esgotamento das fontes energéticas de natureza fóssil ou, a requisitos de sustentabilidade. Desde os primórdios da civilização, com a utilização da força animal ou mesmo ainda, com o ser humano dependendo somente de suas aptidões físicas para se deslocar, até os dias atuais, na aplicação massiva dos derivados de petróleo, bem como com 0 surgimento de novas tecnologias de propulsão para acionamento e tração, é incessante nossa busca por movimento. Isto posto, o estado da técnica contempla além das soluções triviais que consideram motores de combustão, ou sistemas movidos a vapor que nos acompanham desde a Revolução Industrial, e ainda aplicados em larga escala em sistemas híbridos de propulsão, modernas soluções com motores elétricos, alimentados por baterias, trilhos eletrificados ou cabos eletrificados e com fontes energéticas provenientes de sistemas eólicos, solares e até mesmo tecnologia nuclear. 3. Convém frisar que o conceito de eletromagnetismo também já faz parte dos sistemas de propulsões existentes, estando presente naturalmente na configuração construtiva dos motores elétricos, uma vez que a transformação de uma fonte elétrica em movimento rotativo provém naturalmente dos fenômenos eletromagnéticos, amplamente dominados pelo estado da técnica contemporânea. Fenômenos eletromagnéticos estão presentes, também, veículos de transporte público, neste caso, trens, que se utilizam dos efeitos eletromagnéticos para deslocar o referido veículo através de trilhos, também magnetizados, denominado comumente de levitação magnética. O conceito de propulsão adotado nesta solução varia da utilização de várias bobinas ao longo do trilho e que por sua vez, deslocam o veículo continuamente, ou da utilização de um gerador eletromagnético embarcado no próprio veículo e que, também, continuamente impulsiona o veículo, ou pela combinação dos dois conceitos, com trilhos e veículos continuamente gerando campos magnéticos, ora de repulsão, ora de atração, mas com a característica fundamental de continuamente impulsionar o veículo, concomitantemente ao seu deslocamento. 4. Neste aspecto reside a principal diferença do modelo de utilidade ora descrito para o Mecanismo de Lançamento Eletromagnético, por apresentar uma forma construtiva na qual o referido mecanismo lança, ou para uma melhor compreensão, catapulta, o veículo ou outro objeto, de seu estado inercial através da aceleração do referido corpo até que se atinja a velocidade necessária para seu deslocamento, e que, pela utilização de sua própria energia cinética sendo suficientemente acumulada, atinja-se o ponto de destino desejado, em contrapartida ao mecanismo de levitação magnética que continuamente desloca o objeto, seja a partir do próprio objeto, ou através dos trilhos, mas invariavelmente , atuando sobre o objeto deslocado. 5. Esta diferença construtiva traz benefícios substanciais para a sociedade na aplicação de um propulsor eletromagnético, pois combina a disponibilidade de uma fonte energética limpa com soluções de projeto de transporte mais simples e baratos em relação ao estado da técnica atual, pois é suficiente encerrar em um sistema relativamente compacto, todo o mecanismo necessário ao lançamento, dispensa a utilização de bobinas de magnetização ao longo de trilhos, bem como dispensa a necessidade de trilhos especiais para a levitação magnética, levitação esta dada por meio de campos eletromagnéticos ou criogenia, extremamente dispendiosos, permitindo a utilização de vias e trilhos já existentes nos centros urbanos. 6. Como dito, o presente modelo de utilidade traz uma abordagem evolutiva aos sistemas propulsores eletromagnéticos através do tracionamento temporário, permitindo que uma grande quantidade de energia seja liberada num curto espaço de tempo, e que pela energia cinética acumulada - energia econômica - o objeto movido atinja seu objetivo. Esta aplicação coloca, por exemplo, conceitos de transportes em novos patamares de sustentabilidade, e faz desta requisição de modelo de utilidade, única. Tem-se então com esta reivindicação, um inovador e estratégico complemento tecnológico para o conjunto de opções das fontes energéticas existentes e seus respectivos sistemas de propulsões, disponibilizando um meio de lançamento, que aplicado em transporte permitirá tração temporária, servindo de fonte geradora de movimento inicial dos veículos de transporte e retirando-o do seu estado inercial, podendo ser suficiente para completar um trajeto desejado, ou ser assistida durante o percurso por fontes complementares de tração, através dos diversos mecanismos de acionamentos já descritos anteriormente. 7. Sabidamente, a partida e aceleração dos sistemas de acionamentos e/ou trações, são, na grande maioria dos casos, as fases do processo de deslocamento de um objeto que consomem mais energia, pois necessitam muita energia para fazer uma grande massa, formada pela soma das massas do veículo, mais pessoas, mais sistemas de controle, etc., vencer o atrito entre as superfícies, partir de seu estado inercial e acelerar até que se atinja a velocidade de trabalho. 8. Desta forma, estão bastante evidenciadas as vantagens do mecanismo de lançamento eletromagnético que podem servir como fonte única de aceleração para um original sistema de transporte, através do lançamento de veículos catapultados de estação em estação, ou servir como força auxiliar de energia no momento de partida dos sistemas existentes. Tais vantagens estão expressas na redução de consumo de fontes energéticas, através da utilização de um sistema híbrido de energia magnética, somada a fontes complementares, tais como, energia eólica, solar, elétrica, magnética por levitação ou para os tradicionais sistemas movidos por combustíveis fósseis, benefício na redução de custos de construção e na diminuição dos espaços físicos necessários para a implantação dos projetos, por exemplo, iniciativas de transporte urbano, uma vez que os sistemas de disparos estarão posicionados nas próprias estações de embarque/desembarque, e vantagens claras com a possibilidade de combinar tecnologias e utilizar sistemas híbridos de fontes energéticas que passam a operar próximas de suas faixas ótimas de desempenho. 9. Outro benefício claro se refere a ampliar a vantagem competitiva militar para o sistema de defesa e soberania do país, pois o mecanismo de lançamento eletromagnético coloca os sistemas de lançamentos e tração temporária em novos patamares de potência e operacionalidade, permitindo que seus objetos lançados, ou tracionados, atinjam velocidades, distâncias, precisão e potências maiores que os mecanismos disponíveis atualmente, possibilitando que se amplie a utilização do conceito do mecanismo de lançamento eletromagnético para aplicações militares extremamente inovadoras e estratégicas, como por exemplo, posicionar na ponta de lança do referido sistema, satélites, planadores, veículos de reconhecimento e ataque, obuses e outros dispositivos de estratégia militar. É benefício militar do presente sistema, também, a fácil adaptabilidade para o que se deseja lançar, sendo possível com sistemas de trocas rápida, dada a configuração simples do sistema de tracionamento, lançar diferentes objetos a partir de uma mesma plataforma. Traz ainda a possibilidade de constituir plataformas móveis de lançamentos de dimensões reduzidas e operacionalmente compactas, que permitirão resposta rápida em operações militares e a militarização de regiões remotas, ampliando os recursos bélicos para defesa de fronteiras e áreas selvagens extensas. 10. Adicionalmente, pela simplicidade de carga e recarga dos objetos a serem lançados pelo mecanismo de lançamento eletromagnético, o municiamento no caso de uma aplicação bélica é muito rápido, permitindo um diferencial competitivo importante na quantidade de obuses lançados no mesmo espaço de tempo quando comparado a outros lançadores, fato este também sustentado pela menor quantidade de calor gerado por um processo eletromagnético em comparação aos sistemas de disparos com detonadores clássicos. 11. E finalmente, a reivindicação ora descrita permite uma possibilidade de se avançar ainda mais no desenvolvimento tecnológico do conceito do mecanismo de lançamento eletromagnético e através de sua miniaturização, desenvolver armas portáteis de grande capacidade de tiro, precisão de alvo e letalidade. 12. É, então, objeto do presente modelo de utilidade, prover uma disposição construtiva inserida em mecanismo de lançamento eletromagnético que contempla uma fonte de energia eletromagnética, um sistema de deslocamento, um sistema de frenagem e um sistema de controle e supervisão. 13. Dita fonte de energia eletromagnética é formada por uma fonte geradora de tensão adequada á massa que se queira acelerar, um banco de capacitores adequado a carga que se necessita aplicar, bobinas de indução ajustadas ao campo magnético que se queira gerar, painel de comando que controla e ajusta os parâmetros de processos relacionados ao mecanismo, especialmente corrente elétrica, tensão elétrica, condição de carga elétrica e temperatura dos capacitores e tempo de descarga elétrica, e ainda resistores e diodos. 14. Dito sistema de deslocamento contempla um cilindro sólido -doravante denominado carro - constituído por material com propriedades magnéticas adequadas a massa que se queira acelerar, um tubo -denominado túnel de lançamento - onde estará alojado o referido carro -provido de guias constituídas por materiais não magnetizáveis e de baixo atrito que permitirão um deslocamento orientado e deslizante do carro em seu interior e em torno ainda do referido túnel de lançamento encontram-se enroladas as bobinas de indução da fonte de energia eletromagnética. Fixado ao carro está o sistema de engate para lançamento, acionamento ou tracionamento, dependendo do conjunto que se queira acelerar, e que possui configuração de forma adequada ao que se queira fixar. Complementa ainda o sistema de deslocamento, o mecanismo de retorno do carro, que dependendo da aplicação onde ocorrerá o mecanismo de lançamento, poderá se dar por gravidade, repulsão/atração magnética ou sistemas de cabos tracionados por motores. É ainda parte integrante do sistema de acionamento, o conjunto de bobinas de indução posicionadas na região de frenagem do carro que permitirão, fundamentalmente, a desmagnetização do carro, através da inversão de pólos do campo magnético gerado na magnetização quando do processo de lançamento, dada o comportamento magnético de alguns materiais relacionados á histerese magnética, melhorando desta forma o desempenho de disparo do próximo lançamento, através da inversão da polarização e desorientando os campos magnéticos novamente. Esta desmagnetização poderá ocorrer tanto pelas bobinas de magnetização utilizadas no lançamento, fazendo-se apenas a inversão dos pólos magnéticos ou se ter bobinas específicas para este fim, sendo que a configuração a ser considerada dependerá fundamentalmente do tempo que se dispõem para carga dos capacitores, que é decorrência da aplicação do mecanismo de lançamento eletromagnético. 15. Dito sistema de frenagem corresponde á desaceleração do carro após seu lançamento e se refere a um conjunto de tampas localizadas nas extremidades do tubo de lançamento, e que serão deslocadas para fechar o tubo de lançamento nas duas extremidades, após o carro concluir o processo de lançamento e acionar um sensor de posição. Pelo conceito físico da mecânica dos fluídos, o volume de gases atmosféricos naturalmente contido no tubo de lançamento que estará á jusante do carro em deslocamento será comprimido e, não havendo área de escape dos referidos gases, atuará como uma mola pneumática, causando a desaceleração do carro. Da mesma forma, o volume de gases atmosféricos contido no interior do tubo de lançamento a montante do carro em deslocamento será expandido e, não havendo a entrada de gases, atuará como um succionador a vácuo, causando também a desaceleração do carro. 16. Finalmente, dito sistema de controle e supervisão faz o gerenciamento eletrônico do mecanismo de lançamento eletromagnético, isto é, dos parâmetros de processo do sistema, por exemplo, tensão elétrica, corrente elétrica, condições de carga e descarga dos capacitares através de luzes indicadoras, intensidade dos campos de magnetização de lançamento, posição da tampas de frenagem, sistema apto para disparo através de luzes indicadoras, continuidade elétrica das bobinas de indução, posição em que se localiza o carro e um quadro sinóptico com o desenho esquemático do mecanismo de lançamento eletromagnético, disponibilizado em tela computadorizada e que apresenta as condições de processo do mecanismo através de leds indicadores e mensagens orientativas. 17. Com intuito de se facilitar o entendimento, apresentaremos a elucidação para o caso do referido mecanismo aplicado a um sistema de transporte e que dispõem do sistema de frenagem e da bobina auxiliar de desmagnetização, o que engloba a configuração mais completa do mecanismo de lançamento eletromagnético, mas não limitado a este, estando o mecanismo apto a lançar veículos terrestres, aéreos, marítimos, objetos e dispositivos onde se deseja uma tração temporária, assistida ou não por sistema complementares de deslocamento. 18. Para que se permita uma visualização clara da nova disposição construtiva introduzida no referido mecanismo de lançamento eletromagnético, seguem acompanhados os desenhos ilustrativos em anexo, bem como a elucidação descrita abaixo: Breve descrição das Figuras A Figura 1 apresenta uma vista geral do mecanismo em posição de lançamento; A Figura 2 apresenta uma vista geral do mecanismo em posição de parada; A Figura 3 apresenta uma vista em corte do tubo de lançamento; Descrição Detaihada do Modeio de Utilidade Com base na Figura 1, tem-se a ilustração do mecanismo de lançamento eletromagnético, formado por fonte de energia eletromagnética (1), esta por sua vez, composta fundamentalmente por fonte de tensão elétrica (2), conjunto de resistores (3), banco de capacitares (4), diodos (5), chaves comutadoras (6), com elementos adequadamente dimensionados ao valor de campo magnético que se queira gerar, que por sua vez, dar-se-á em função do objeto que se queira lançar. A fonte de energia eletromagnética (1) por sua vez conecta-se com o sistema de deslocamento formado pelo tubo de lançamento (7), que contém o carro (8), e agregado neste, o sistema de engate (9), que será solidário e com configuração adequada ao objeto que se deseja lançar. No interior do tubo de lançamento encontram-se montadas as guias (10) para deslizamento longitudinal do referido carro (8) durante o disparo e recuo do mesmo. Montados no interior do tubo de lançamento estão as bobinas de magnetização (11) e desmagnetização (12), que são conectadas a fonte de energia eletromagnética (1). O modelo de utilidade ora descrito considera, mas não restringe a este, o lançamento de um veículo terrestre, através da geração de um pulso elétrico formado pela fonte de energia eletromagnética (1). Tal pulso é descarregado na bobina de magnetização (11), ou nas bobinas, dependendo da intensidade de campo magnético que se deseja gerar, magnetizando com grande intensidade e numa duração temporal da ordem de milissegundos o carro (8). Pelo correto dimensionamento da intensidade e direção das forças magnéticas, o carro (8) se deslocará deslizante pela guia (10) e solidário a este, o sistema de engate (9), que por sua vez, estará conectado temporariamente ao elemento que se deseja lançar, até que se atinja pela aceleração do conjunto, a velocidade de lançamento do mesmo. A energia cinética acumulada no lançamento permitirá se atingir o objetivo do deslocamento, seja uma estação de passageiros, ou um alvo qualquer. Dependendo da aplicação do mecanismo de lançamento eletromagnético, poderá ser utilizado um conjunto de bobinas de magnetização com diferentes intensidades de campos magnéticos, permitindo que a aceleração se dê gradualmente e de maneira mais confortável aos usuários do elemento a ser transportado, por exemplo, passageiros de um veículo para transporte coletivo. Ou, apenas uma bobina de magnetização de forte intensidade, para lançamento, por exemplo, de um avião militar a partir de uma embarcação, onde o requisito principal é a redução do tempo de lançamento e encurtamento do espaço para a base de lançamento.

Através da Figura 2, observa-se nesta aplicação de lançamento de um veículo para transporte terrestre, a necessidade de frenagem do carro (8), o que poderia não ser necessário se o propósito do mecanismo de lançamento eletromagnético fora, por exemplo, o lançamento de obuses militares, que substituiríam o carro (8) no interior do tubo de lançamento (7). Tem-se para esta função de frenagem do carro (8), um sistema de tampas do tubo de lançamento (7), onde referencialmente, dois sistemas de vedação são posicionados nas extremidades do tubo de lançamento (7), e formados pela tampa de vácuo (13) e tampa de pressão (14), ambas acionadas, nesta aplicação, por atuadores (15), pneumáticos, mecânicos ou hidráulicos, dependendo da força de vedação que se deseja, que por sua vez, são acionados por sensores mecânicos ou eletrônicos para identificação da posição do carro (8) no interior do tubo de lançamento (7), demandando, referencialmente, um sensor para carro na posição de lançamento (16), um sensor para carro destravado (17), ou seja, elemento a ser lançado já foi liberado pelo sistema de engate (9), e um sensor para carro frenado (18), indicando que o carro desacelerou e está na posição de recuo, e desta forma , indicando aos atuadores (15) sobre a necessidade de abertura ou fechamento das tampas de vedação (13)(14). Tal sistema de frenagem aqui descrito aproveita o próprio deslocamento de ar gerado pela aceleração do carro (8) para, uma vez vencida a etapa de aceleração com a correta velocidade de lançamento atingida, desacelerar e parar o carro (8). Isto ocorrerá pela identificação da posição do carro acionando o sensor de carro destravado (17), fazendo com que os cilindros (15) sejam acionados e efetuem o fechamento da tampa de vácuo (13) e tampa de pressão (14). Com 0 fechamento das tampas de vedação, o volume de gases no interior do tubo de lançamento que estará á jusante do carro em deslocamento será comprimido e, não havendo área de escape dos referidos gases, atuará como uma mola pneumática, causando a desaceleração do carro. Da mesma forma, o volume de gases no interior do tubo de lançamento localizado a montante do carro em deslocamento será expandido e, não havendo a entrada de gases, atuará como uma câmara a vácuo, causando também a desaceleração do carro. As referidas tampas de vedação, tanto a tampa de vácuo (13) como a de pressão (14) são construídas de forma a suportar impactos mecânicos do carro (8), pois o controle de frenagem e deslocamento do carro no interior do tubo de lançamento (7) não será preciso a ponto de colocar o carro (8) exatamente na posição correta de lançamento e frenagem, pela multiplicidade de variáveis do mecanismo, demandando desta forma que tais posicionamentos se dêem por batentes físicos, funções estas também agregadas às tampas de vedação. Após esta desaceleração até a parada total do carro (8) em sua posição de repouso, as tampas (13) e (14) são novamente comandadas para abertura, através do sensor de posição (18) para os cilindros (15). Observa-se claramente na Figura 1, que o sistema se encontra em posição apta para lançamento, com sua respectiva tampa de vácuo (13) e tampa de pressão (14) abertas, permitindo o livre deslocamento de ar no interior do tubo de lançamento (7) e não causando restrição ao deslocamento do carro (8) em seu respectivo interior. Após a frenagem completa e o carro em sua posição de repouso, referencialmente, encontra-se disposta uma bobina exclusiva para desmagnetização do carro, reduzindo os efeitos da histerese magnética fruto das propriedades dos materiais utilizados na fabricação dos carros e elementos do mecanismo, e desta forma, melhorando o desempenho do próximo lançamento. Todo o monitoramento do mecanismo de lançamento eletromagnético é realizado por uma central, aqui simplificada para painel de comando (21), que gerencia eletronicamente todas as condições do mecanismo e seus respectivos estágios, tais como, mas não limitados a estes, lançamento, frenagem e fonte de energia eletromagnética, monitorando parâmetros, tais como, mas não limitados a estes, tensão, corrente, campo magnético da bobina de magnetização e desmagnetização, continuidade elétrica do sistema, tempo de disparo, carga e temperatura dos capacitores, posição do carro, fixação do objeto a ser lançado, posição das tampas de vedação, além de disponibilizar um quadro sinótico (22) com fácil leitura visual das condições do mecanismo de lançamento eletromagnético através de leds indicativos e mensagens de condições do sistema posicionados sobre um desenho esquemático do mecanismo. É parte integrante do Painel de Comando também mostradores analógicos (23) das variáveis críticas (tensão elétrica, corrente elétrica, carga elétrica e temperatura dos capacitores), o sistema de emergência para desligamento total e interrupção do lançamento em qualquer um dos seus estágios através de um único comando manual, bem como a possibilidade de comandar manualmente toda a operação do mecanismo de lançamento eletromagnético. Isto permite redundância de controle, assegurando a segurança e operacionalidade do mecanismo de lançamento eletromagnético em condições críticas de operação. Na Figura 3 é possível observar mais detalhadamente, numa vista em corte, a concepção proposta para o sistema de deslocamento, composto pelo tubo de lançamento (7), a bobina de magnetização (11) montada no interior do tubo de lançamento, a guia (10) para auxiliar na orientação e deslocamento deslizante do carro, mas não limitada a esta, pois dependendo do material do tubo, a função da referida guia pode estar contida diretamente no tubo de lançamento, o carro (8), o sistema de engate (9). Nesta aplicação, o sistema de engate (9) percorre uma abertura existente no tubo de lançamento (7), de modo a se deslocar de forma orientada durante a aceleração e desaceleração, permitindo o lançamento e servindo de guia do carro (8).

REIVINDICAÇÕES

Claims (3)

1. “MECANISMO DE LANÇAMENTO ELETROMAGNÉTICO”, caracterizado por constituir um sistema de lançamento, ou tração temporária, através da aplicação de campos magnéticos diretamente ao elemento que se queira lançar, ou a um objeto solidário a este elemento, formado por sistema de deslocamento, sistema de frenagem, fonte de energia eletromagnética e painel de supervisão e comando, construído para atender aplicações em plataformas de lançamentos móveis, fixas, ou portáteis.

2. “MECANISMO DE LANÇAMENTO ELETROMAGNÉTICO” , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dito sistema de lançamento compreender um tubo de lançamento (7), que contém o carro (8), e agregado neste, o sistema de engate (9), que será solidário e com configuração adequada ao que se deseja lançar; no interior do tubo de lançamento encontram-se montadas as guias (10) para orientação e deslizamento longitudinal do referido carro (8), bem como as bobinas de magnetização (11) e desmagnetização (12), que são conectadas a fonte de energia eletromagnética (1).

3. “MECANISMO DE LANÇAMENTO ELETROMAGNÉTICO” , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dito sistema de frenagem compreender um sistema de tampas de vedação posicionadas nas extremidades do tubo de lançamento (7), e formado pela tampa de vácuo (13), que gera a câmara de vácuo, e tampa de pressão (14), que gera a mola pneumática, fazendo com que o próprio deslocamento de ar gerado pelo movimento do carro (8) no interior do tubo de lançamento crie restrições ao seu movimento , desacelerando o mesmo até sua parada; ambas as tampas acionadas, nesta aplicação, por atuadores (15), pneumáticos, mecânicos ou hidráulicos, dependendo da força de vedação que se deseja, que por sua vez, são acionados por sensores mecânicos ou eletrônicos para identificação da posição do carro (8), distribuídos ao longo do interior do tubo de lançamento (7), demandando, referencialmente e pelo menos, um sensor para carro na posição de lançamento (16), um sensor para carro destravado (17), ou seja, elemento a ser lançado já foi liberado pelo sistema de engate (9), e um sensor para carro frenado (18), indicando que o carro desacelerou e está na posição de recuo, e desta forma , indicando aos cilindros (15) sobre a necessidade de abertura ou fechamento da tampa de vácuo (13) e tampa de pressão (14).