BRPI0612210A2

BRPI0612210A2 - motor eletromagnético

Info

Publication number: BRPI0612210A2
Application number: BRPI0612210-8A
Authority: BR
Inventors: Gerald Beaulieu
Original assignee: Gerald Beaulieu
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2010-10-26
Also published as: EP1920141A1; WO2006108297A8; WO2006108297A1; ZA200801504B; CN101185228A; CA2645499A1; HK1115680A1; US7629713B2; MX2007012796A; RU2381612C2; RU2007142032A; CN101185228B; US20080079320A1

Abstract

MOTOR ELETROMAGNéTICO. Um motor eletromagnético (10) inclui um magneto permanente (30) conectado a um componente de pistão (18) de um motor (10), definindo uma trajetória de deslocamento reciprocante linear, e dois eletromagnetos (36, 38) conectados ao alojamento do cilindro (22) para periodicamente e alternadamente interagir com o magneto permanente 30. Os eletromagnetos (36, 38) sendo eletricamente conectados a uma fonte de energia para ativação seletiva. Os eletromagnetos (36, 38) magneticamente atraem o magneto permanente (30) ao longo de uma respectiva primeira porção (MA1, MA2) da trajetória de deslocamento, quando não ativado, e repelindo magneticamente o magneto permanente (30) ao longo de uma segunda porção (MI1, MRl, MI2, MR2) da trajetória de deslocamento, quando momentaneamente ativado por uma fonte de energia. O motor (1) pode incluir uma pluralidade de segundos magnetos permanentes (64) conectada ao virabrequim (24), definindo uma trajetória de deslocamento circular, e uma pluralidade de terceiros eletromagnetos (68) conectada a uma fonte de energia e montada no virabrequim (56) adjacente e radialmente externa à trajetória de deslocamento circular dos segundos magnetos permanentes (64) para periodicamente e sucessivamente interagir com estes.

Description

"MOTOR ELETROMAGNÉTICO"

Campo da Invenção

A presente invenção se relaciona a motoreseletromagnéticos para veículos, mais particularmente,a um motor eletromagnético a ser usado em motoreshíbridos, em conexão com motores de combustão interna,combinados com uma fonte de energia eletromagnética parareduzir o consumo de combustível e melhorar a eficiência.

Histórico da Invenção

É bem sabido na técnica que combinar uma fonte limpa ealternativa de energia com um motor de combustão internaconvencional em veículos prove os chamados motores"verdes" de fontes alternativas de energia não-poluentesou um motor híbrido que reduz o consumo de combustível,assim como a poluição global produzida por este motor.A maior parte dos motores híbridos geralmente combinaquer um motor elétrico, ou uma pluralidade de motoreselétricos ou um motor a hidrogênio, com um motor decombustão interna convencional (quer gasolina ou diesel),ambos motores operando quer independentes ou cooperativosdependendo da demanda de potência de momento.Este tipo de motor híbrido geralmente apresentao problema de requerer bloco, caixa de câmbio, e/oumecanismo propulsor próprios, que implica em adicionarpeso e complexidade ao projeto, que por sua vez adicionamcustos de fabricação e manutenção.

Muitos trabalhos se referem à adição de componenteseletromagnéticos a motores de combustão interna.Por exemplo:

- patente U.S. N0 3.747.649, entitulada:"Crankshaft Magneto System" ,

para Densow et al, de 24 de Julho de 1973;- atente U.S. N0 4.213.428, entitulada:

"Electromagnet Augmentation of Internai Combustion Engines",para Bradley, de 22 de Julho de 1980;

patente U.S. N0 4.317.058, entitulada:"Electro-Magnetic Reciprocating Engine",para Blalock, de 23 de Fevereiro de 1982;

patente U.S. N0 4.749.893, entitulada:"Magnetically Actuated Engine",para Reynolds, de 7 de Junho de 1988;

- patente U.S. N0 5.03 6.93 0, entitulada:

"Eleetromagnetieally Powered Engine Apparatus and Method",para Bisel et al, de 6 de Agosto de 1991;

patente U.S. N0 5.2 03.172, entitulada:"Eletromagnetically Powered Hydraulic Engine",para Simpson et al, de 2 0 de Abril de 1993;

patente U.S. N0 5.287.518 entitulada:"Engine Crankshaft Variable Reluctance Alternator",para Miller et al, de 15 de Fevereiro de 1994;patente U.S. N0 5.457.349 entitulada:"Reeiproeating Eletromagnetie Engine",para Gifford, de 10 de Outubro de 1995;

patente U.S. N0 5.2 87.518 entitulada:"Engine Crankshaft Variable Reluetanee Alternator",para Miller et al, de 15 de Fevereiro de 1994;

Mais especificamente, a patente U.S. N0 4.213.428descreve um magneto fixamente montado em um pistãocom seu eixo de polaridade disposto paralelo à direção demovimento do pistão para seletivamente e magneticamenteinteragir com uma bobina eletromagnética montada nocabeçote do motor, coaxialmente com o movimento do eixogeométrico magnético de movimento de um pistão. A bobinaeletromagnética é ativada eletricamente sincronizada como deslocamento do pistão nos diferentes tempos, provendoatração e repulsão magnética durante pelo menos umaporção pré-determinada do tempo de compressão (eexaustão) e expansão (e admissão) respectivamente. Emboratal arranjo eletromagnético aumente a eficiência do motoré quase impraticável colocar uma bobina eletromagnéticano cabeçote do motor devido à falta de espaço,especialmente quando se considera um motor multi-válvula(3, 4, 5 válvulas por cilindro). Ademais, o fato desempre haver um folga significativa entre a bobinaeletromagnética e o magneto permanente formando a câmarade combustão reduz significativamente a capacidade deusar eficientemente as forças eletromagnéticas, que sãotanto maiores quanto menor for a folga. Ademais, a menorfolga entre os dois ocorre somente quando se completa ociclo de dois tempos.

Outras patentes U.S. se referem a transformar um motor decombustão interna em motor eletromagnético, substituindoo cabeçote do motor assim como pistões, dai usandosomente uma polaridade de qualquer magneto permanente, outendo um arranjo eletromagnético operativamente conectadoao virabrequim do motor de para recuperar energia, oucontrolar (sincronizar) operação do sistema, com base naposição do virabrequim.

Nenhuma das patentes acima usa um sistema eletromagnéticoconectado a um motor de combustão interna existente paraaumentar sua eficiência de modo significativo.Similarmente, nenhuma das patentes acima mostra um motoreletromagnético que opera eficientemente por si mesmo,quer um motor do tipo reciprocante ou rotativo.Assim, há necessidade de um melhor motor eletromagnético.

Sumário da Invenção

Portanto, trata-se de um objetivo geral da presenteinvenção prover um melhor motor eletromagnético quesupere os problemas acima mencionados dos sistemasexistentes.

Uma vantagem da presente invenção é o fato de o motoreletromagnético quando usado em um motor híbrido usaro bloco de motor comum em conexão com um trem detransmissão e sistema de propulsão comum, assim sendomenor, mais leve, e menos complexo de produzir e manterque os motores híbridos existentes.

Uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético prover uso eficiente do sistemaeletromagnético.

Uma vantagem adicional da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético ter um sistema de potênciaeletromagnético em operação sincronizada, preferivelmenteeletronicamente, a posição do magneto permanente sendosincronizada com o eletromagneto e a temporização dostempos do motor de combustão interna.

Uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético usado como motor híbrido ter umsistema eletromagnético que pode ser operativamenteajustado ao motor de combustão interna, dependendo dasrespectivas condições de operação e demanda de potência.Uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético ter um sistema de potênciaeletromagnético que pode ser incorporado em um motor decombustão interna existente com pouquíssimasmodificações, para formar um motor híbrido.Uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético usado em um motor híbrido ter umsistema de potência eletromagnético que não alterao funcionamento do motor de combustão interna, porquesempre atua cooperativo com ele e nunca contra.Uma outra a vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético otimizar a eficiência do sistemade potência eletromagnético permitindo que magnetosinterativos estejam tão próximos quanto possível um dooutro, em uma configuração de quase-contato, usandoarranjos em relevo complementares nas superfíciesinterativas dos diversos magnetos.

Uma outra vantagem da presente invenção é fato de o motoreletromagnético usado em motores híbridos ter um sistemaeletromagnético adaptável à maioria dos motoresexistentes para melhorar a eficiência global, reduziro consumo de combustível e a emissão de poluentes.Uma vantagem adicional da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético, usado em motores híbridos,permitir uma recuperação de energia fora dos períodosativos, como durante frenagem e/ou compressão.Uma outra vantagem adicional da presente invençãoé o fato de o motor eletromagnético aproveitar a energiaprovida pelo surto de impacto de repulsão magnética,quando dois magnetos se encontrarem em uma configuraçãode quase-contato, instantes antes de se afastarem.Ainda uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético usado como motor híbrido, ter umsistema de potência eletromagnético, que opera durantetodos os tempos de um motor de combustão interna,incluindo motores de pistão reciprocante e/ou rotativos.

Uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético, tendo magnetos permanentes quese deslocam em movimento circular, prover interaçõesentre os magnetos em uma direção geralmente tangencialà trajetória circular dos magnetos permanentes, obtendouma melhor eficiência do motor.

Uma vantagem adicional da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético ter um sistema de potênciaeletromagnético que, de modo ótimo, usa ambas polaridadesmagnéticas do magneto permanente disposto linearmentetal como quando montado no pistão ou similar.Ainda uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético ter um sistema de potênciaeletromagnético que, de modo ótimo e simultâneo, usaambas polaridades magnéticas de um mesmo eletromagneto.Ainda uma outra vantagem da presente invenção é o fato deo motor eletromagnético ter um sistema de potênciaeletromagnético incluindo magnetos tendo uma grandesuperfície interativa em relação ao tamanho do pistão.

De acordo com um aspecto da presente invenção, provê-seum motor eletromagnético compreendendo: um magnetopermanente conectado a uma parte móvel do motor ligadaa um eixo de saída e definindo uma trajetória dedeslocamento móvel do magneto permanente; e um eletro-magneto conectado a uma parte fixa do motor, e umeletromagneto que interage, pelo menos periodicamente,operativamente com o magneto permanente, o eletromagnetosendo eletricamente conectável a uma fonte de energiapara ativação seletiva, o eletromagneto exercendo atraçãomagnética ao magneto permanente em uma primeira porção datrajetória, quando não-ativado, e exercendo repulsãomagnética ao magneto permanente em uma segunda porção datrajetória de deslocamento, quando ativado.

Em uma configuração, a trajetória de deslocamento móveldo magneto permanente é uma trajetória de deslocamentocircular, o eletromagneto sendo localizado adjacente eradialmente externo à trajetória de deslocamento circulardo magneto permanente para pelo menos periodicamenteoperativamente interagir com o mesmo, e a direção derepulsão sendo substancialmente tangencial à trajetóriade deslocamento circular.

Convenientemente, o magneto permanente inclui umapluralidade de magnetos permanentes substancialmentecircunferencialmente separados, o eletromagneto incluindouma pluralidade de eletromagnetos substancialmentecircunferencialmente igualmente separados, cada um doscitados magnetos permanentes interage periodicamenteoperativamente com eletromagnetos sucessivos.Tipicamente, a pluralidade de eletromagnetos émomentaneamente simultaneamente ativada por uma fonte.Convenientemente, o magneto permanente inclui umaprimeira superfície interativa para interação magnéticacom uma segunda superfície interativa do eletromagneto,a primeira superfície interativa tendo um primeiroarranjo em relevo, e a segunda superfície interativatendo um segundo arranjo em relevo, sendo que o segundoarranjo em relevo é um arranjo substancialmentecomplementar ao primeiro arranjo em relevo.

Tipicamente, o eletromagneto inclui um magneto permanentede atração conectado ao mesmo atraindo magneticamenteo magneto permanente em uma primeira porção da trajetóriade deslocamento circular. Convenientemente, a atraçãomagnética natural do magneto permanente ao eletromagnetodeve ser pelo menos cancelada por repulsãoeletromagnética do eletromagneto em uma segunda porção datrajetória de deslocamento circular, quando ativado pelafonte de energia.

Em uma configuração, a trajetória de deslocamento móveldo magneto permanente é uma trajetória reciprocantelinear definindo primeira e segunda posições limiteslongitudinais do magneto permanente, o eletromagnetosendo um primeiro eletromagneto posicionado adjacente àprimeira posição limite, o motor incluindo um segundoeletromagneto conectado à parte fixa do motor adjacenteà segunda posição limite e pelo menos periodicamenteoperativamente interagindo com o magneto permanente,o segundo eletromagneto sendo eletricamente conectável auma fonte de energia para ativação seletiva, os primeiroe segundo eletromagnetos sendo alternadamente emomentaneamente ativados, quando o magneto permanentechega respectivamente nas primeira e segunda posiçõeslimites. Convenientemente, o magneto permanente tempolaridades magnéticas opostas voltadas para os primeiro e segundo eletromagnetos.

Tipicamente, o magneto permanente tem primeira e segundasuperfícies interativas opostas voltadas respectivamentepara as terceira e quarta superfícies interativas dosprimeiro e segundo eletromagnetos para interaçãomagnética. As primeira e segunda superfícies tendo umprimeiro arranjo em relevo, e as terceira e quartasuperfícies um segundo arranjo em relevo, o segundoarranjo em relevo sendo substancialmente complementar aoprimeiro arranjo. Os primeiro e segundo arranjos emrelevo tipicamente incluindo seções transversaiscomplementares em forma de dente geralmente quadrados.Convenientemente, o motor adicionalmente inclui umterceiro eletromagneto conectado à parte fixa do motorlocalizada geralmente na posição média entre as primeirae segunda posições limites adjacentes e radialmenteexterno à periferia do magneto permanente para pelo menosperiodicamente operativamente interagir com o mesmo,o terceiro eletromagneto sendo eletricamente conectávelà fonte de energia para ativação seletiva do mesmo,o terceiro eletromagneto exercendo atração magnéticasobre o magneto permanente ao longo de uma terceiraporção da trajetória, quando não-ativado, e exercendorepulsão magnética sobre o magneto permanente ao longo deuma quarta porção da trajetória, quando ativado pelafonte de energia.

Tipicamente, o terceiro eletromagneto é eletricamente ereversivelmente conectável à fonte de energia para proverativação magnética reversa seletiva do mesmo.Tipicamente, o terceiro eletromagneto inclui um magnetopermanente de atração conectado ao mesmo para atraçãomagnética do magneto permanente ao longo da terceiraporção da trajetória de deslocamento reciprocante.Convenientemente, uma atração magnética natural domagneto permanente de atração no magneto permanentedeve ser pelo menos cancelado pela repulsãoeletromagnética exercida pelo terceiro eletromagnetoao longo da quarta porção da trajetória de deslocamentoreciprocante linear, quando ativado por uma fonte.Convenientemente, o motor adicionalmente inclui umabobina elétrica de recuperação geralmente entreas primeira e segunda posições adjacentes e radialmenteexterna à periferia do magneto permanente, parainteragir, pelo menos periodicamente, operativamente como mesmo, a bobina elétrica interagindo seletivamente emagneticamente com o magneto permanente ao longo de umaterceira porção da trajetória para retardar a velocidadedo magneto permanente que percorre a trajetória dedeslocamento, e gerar energia elétrica que pode serutilizada por um aparelho externo.

Em uma configuração, o motor adicionalmente inclui umcontrolador conecta os primeiro e segundo eletromagnetospara seletivamente controlar sua ativação por uma fonte.Em uma configuração, o magneto permanente é conectado aum pistão de um motor de combustão interna, e os primeiroe segundo eletromagnetos são conectados a um bloco demotor de combustão interna, formando um motor híbridoeletromagnético com o motor de combustão interna.Convenientemente, o motor adicionalmente inclui umcontrolador conectado aos primeiro e segundoeletromagnetos e a um computador para seletivamentecontrolar ativação dos primeiro e segundo eletromagnetospela fonte em sincronismo com o deslocamento do pistão.Outros objetivos e vantagens da invenção serão aparentesa partir de uma atenta leitura da descrição detalhadaa seguir em conexão com os desenhos anexos.

Descrição Resumida dos Desenhos

Aspectos e vantagens adicionais da presente invençãoserão mais bem entendidos com referência à descriçãoem conexão com as seguintes figuras, nas quaisreferências similares usadas em diferentes figurasrepresentam componentes similares. Onde:

a figura 1 é uma vista em corte transversal simplificadade um cilindro de motor eletromagnético, de acordo comuma configuração da presente invenção, em conexão comum motor de combustão interna existente;

as figuras 2a a 2f são vistas simplificadas similaresà figura 1, mostrando diferentes posições do magnetopermanente no pistão, ao longo de quase um ciclo completode dois tempos;

a figura 3 é um diagrama esquemático mostrando geração deenergia eletromagnética e combustão típica daconfiguração da figura 1, em um ciclo completo de4 tempos.

a figura 4a é uma vista em corte transversal ampliadada configuração da figura 1, mostrando um arranjo típicode campos magnéticos das duas bobinas eletromagnéticasfixas para interação com o magneto permanente móvel; ea figura 4b é uma vista similar à figura 4a, mostrandoum diferente arranjo dos diferentes campos magnéticos.

Descrição Detalhada das Configurações Preferidas

Com referência aos desenhos anexos das configuraçõespreferidas desta, salienta-se que os mesmos serão usadosapenas para efeito descritivo, sem nenhum modo limitara presente invenção.

Embora a descrição que se segue se relacione a um motorhíbrido eletromagnético, aqueles habilitados na técnicaoperar por si mesmo, sem ajuda de qualquer outro tipo demotor, sem considerar, no entanto, um eventual motor departida (starter) para iniciar o motor eletromagnético.Referindo-se à figura 1, onde é mostrada uma seçãosimplificada de um motor eletromagnético 10 de acordo comuma configuração da presente invenção em conexão com ummotor de combustão interna existente 12 para prover ummotor híbrido eletromagnético 11. O motor híbrido 11tipicamente inclui um motor de combustão internaconvencional 12, um motor a gasolina como mostrado nafigura 1, cujas partes preferivelmente são feitas demateriais não magnéticos, tal como alumínio, titânio, eligas ou compósitos ligeiramente modificados paraincorporar um sistema eletromagnético 14 para aumentara eficiência global do motor híbrido 11. Embora apenasum cilindro 16 do motor híbrido 11 seja mostrado aqui,deve ser entendido que todos cilindros do motor 12são igualmente modificados.

O cilindro 16 inclui um pistão 18 com movimento linear ereciprocante em um cilindro 2 0 de um bloco de motor 22ao longo de um eixo geométrico de movimento recíproco R.Convencionalmente, o pistão 18 é movelmente conectado aum virabrequim 24 ou eixo por uma biela conectante 26.Como bem conhecido, a força de atração e repulsãomagnéticas entre dois magnetos aumenta com a redução dadistância entre eles, a presente invenção garante que osmagnetos interativos ficam tão próximos quanto possível,no entanto, sem se tocarem fisicamente.

Portanto, cada cilindro 16 do motor híbrido 11 incluipelo menos um magneto permanente móvel 30, tal como,mas não se limitando a, tipos de magneto Neodimio-Ferro-Boro, e Alnico (Alumínio-Níquel-Cobalto) em função dascondições de operação, montados no pistão e afastados docabeçote 32, tipicamente sendo dispostos adjacentes àbase do pistão 34. Os primeiros magnetos de bobinaeletromagnética de topo 36 e os segundos magnetos debobina eletromagnética de base 3 8 fixos são montados nobloco de motor 22 para interagirem operativamente com osmagnetos permanentes móveis 30. 0 magneto permanente 30tem tipicamente a forma de disco anular e sendo afixadoà base do pistão 34 por um braço de ligação anular 40que conecta a superfície externa livre da base do pistão34. Os eletromagnetos de topo e base 36, 38 também tendouma forma anular apropriadamente interagem operativamentecom o magneto permanente 30 se localizam em uma condiçãode quase-contato com este, quando o pistão 18 se encontrana posição mais afastada e na posição mais próximaem relação ao virabrequim 24, ao longo de sua trajetórialinear de movimento. Deve ser notado que, quando o motoreletromagnético 10 não estiver sendo usado em conexão comum motor de combustão interna 12, o magneto permanente 3 0e os eletromagnetos 36, 3 8 obviamente podem ter a formade disco, ou qualquer forma não vazada, com o magnetopermanente 30 essencialmente formando o "pistão".

Os eletromagnetos 36, 38 são eletricamente conectados aum controlador 41 (em linhas tracejadas na figura 1) e auma fonte de energia elétrica (não mostrada) através deconectores respectivos 42, 44 para ativação seletiva dosmesmos, como será explicado em detalhes mais adiante.

As superfícies de topo 46 e base 48 do magneto permanente30 e as correspondentes superfícies interativas 50, 52dos eletromagnetos 36, 38 são tipicamentecooperativamente perfiladas em arranjos em relevocomplementares 54, 54a, em círculos geralmenteconcêntricos. Os arranjos em relevo 54, 54a aumentam aárea superficial global das superfícies 46, 48 50, 52 emelhoram a condição de controlar a folga para obter amenor folga possível para uma condição de quase-contatopara aumentar as forças magnéticas entre as superfíciesinterativas, para isto otimizando a direção do campomagnético e o concentrando (minimizando a dispersão) emdireção ao magneto interativo oposto e aumentando aextensão de movimento do pistão sobre a qual uma força deimpacto magnético entre as superfícies interativas possa exercida, quando se energiza o correspondente magneto5 36, 38, conquanto continua significativa e eficiente.

A folga é menor e mais fácil de controlar (em particular,quando se considera expansão térmica e característicassimilares dos materiais) para superfíciessubstancialmente radialmente relativas ao eixo geométricoR da direção de deslocamento recíproco do pistão 18.

Embora os arranjos em relevo 54, 54a sejam ilustradoscomo dentes geralmente quadrados qualquer outra formapode ser considerada sem desvio sem sair do escopo dapresente invenção tal como, mas não se limitando a,dentes em V, arredondado ou truncado, dentes quadrados,tipo dente de serra, tipo angulado, e similares.

O sistema eletromagnético 14 do motor híbrido 11, quetipicamente e adicionalmente inclui uma bobina elétricaenergizável 60 montada no bloco de motor 22, localizadasubstancialmente em uma posição média entre os doiseletromagnetos 36, 38, adjacente e radialmente externa àperiferia do magneto permanente 3 0 para interagiroperativamente com o mesmo. A bobina elétrica 60é eletricamente conectada ao controlador 41 e a uma fontede energia (não mostrada), via conector 62, para ativaçãoseletiva, como explicado em detalhes adiante.

Tipicamente, o eletromagneto 60 é geralmente tão largo(ao longo do eixo do cilindro) quanto a largura doprimeiro magneto permanente 30, para prover repulsõesde impacto mais eficientes.

Como mostrado na figura 1 (e não nas outras para efeitode clareza), extensões de bobina elétrica de recuperação61 são tipicamente localizadas em quaisquer lados dabobina elétrica 60, com nenhuma conexão elétrica entreelas, em direção aos dois eletromagnetos 36, 3 8 paragerar energia elétrica nos períodos de frenagem eperíodos durante tempo de compressão do motor, quando atransmissão for reduzida marchas mais baixas. Portanto,as extensões de bobina de recuperação tipicamente sãoeletricamente conectadas a uma bateria, a um aparelhoelétrico externo, ou similares (não mostrado), por umconector elétrico de bobina correspondente (não mostrado)e, preferivelmente, um computador 41. Alternativamente,a bobina elétrica 60, como as extensões de bobina 61,também pode ser usada para gerar energia elétrica duranteperíodos de frenagem e/ou nos períodos durante tempo decompressão, quando a transmissão é reduzida para umamarcha mais baixa.

Para baixar ainda mais o consumo de combustível do motorde combustão interna 11 ou aumentar sua eficiência,o sistema de potência eletromagnético 14 pode incluirpelo menos um, tipicamente vários (dois como mostrado)circunferencialmente igualmente espaçados (diametralmenteoposto nas figuras) , um segundo magneto permanente móvel64 tipicamente montado diretamente no virabrequim 24 viaum braço de magneto 66 ou similar para operativamente emagneticamente interagir com pelo menos um, tipicamenteuma pluralidade (dois como mostrado) ecircunferencialmente igualmente espaçados (diametralmenteopostos nas figuras) um terceiro magneto fixo de bobinaeletromagnética 68 montado no virabrequim 56 do bloco demotor 2 2 próximo à trajetória circular móvel dos segundosmagnetos 64. Como os primeiro e segundo magnetos 36, 38,os terceiros magnetos 68 podem estar submersos no óleo(não mostrado) na caixa do virabrequim 56 e eletricamenteconectados ao controlador 41 e a uma fonte (não mostrada)por conectores 7 0 para ativação seletiva. 0 tamanho dosmagnetos 64, 68, e suas localizações (virabrequim 24 ecaixa de virabrequim 56) podem variar dentro do escopo dapresente invenção.

Quando uma pluralidade de magnetos permanentes 64 eeletromagnetos 68 for usada, a quantidade de um tipo demagneto precisa ser um fator da quantidade do outro tipo.Também, quando houver uma pluralidade de eletromagnetos68 todos eles sendo tipicamente simultaneamente ativados,a menos, por exemplo, se houver o dobro de eletromagnetos68 em relação aos magnetos permanentes 64, quando, metadedos eletromagnetos que simultaneamente interagem com osrespectivos magnetos permanentes são alternadamente,simultaneamente e momentaneamente ativadas.

Tipicamente, as superfícies interativas 65, 69 dosrespectivos magnetos 64, 68 têm uma seção de arco paraficarem e se moverem tão próximos quanto possível um dooutro para uma eficiente interação eletromagnéticaperiódica. Similarmente aos outros magnetos 30, 36, 38,as superfícies curvadas 65, 67 têm arranjos em relevocircunferenciais complementares 54', 54a', tal comolingüetas e ranhuras orientadas circunferencialmente.

Embora os terceiros eletromagnetos 68 possam se localizarem qualquer posição em torno do virabrequim 24, os mesmostipicamente se encontram em posições que proporcionema maior força de repulsão aos magnetos 64 e geralmentetangencialmente à trajetória de deslocamento rotacionalda biela que conecta o virabrequim, quando o pistão 18se encontra em suas posições extremas em relação aovirabrequim, preferivelmente na posição mais distante eopcionalmente na posição mais próxima, quando a biela 2 6geralmente intersecta o eixo do virabrequim 24.Obviamente, os magnetos 64, 68 da região do virabrequimseriam os únicos presentes no caso de um motor rotativo,motores Wankel ou similares, em virtude da ausência dequaisquer componentes linearmente reciprocantes.

Embora não ilustrados nas figuras para efeito de clareza,poderia haver alguns orifícios de circulação de ar(não mostrados) se estendendo geralmente axialmenteatravés dos magnetos 30 e/ou aberturas (não mostradas)em sua periferia, na parede lateral do pistão ou em outralocalização adequada para fazer o ar fluir de/parao volume localizado entre o magneto 30 e o primeiroeletromagneto 36, sem exercer nenhuma carga de pressão dereação sobre o pistão, que pode impedir um funcionamentoadequado do motor híbrido 11.

Operação

Como nas figuras 1 e 4a, cada superfície de magneto 46,48, 50, 52, 65, 69 tipicamente tem a mesma polaridademagnética N, S (Norte e Sul; ou Positivo e Negativo)ao longo de toda a superfície, e cada magneto 30, 36, 38tem um eixo de polaridade magnética substancialmenteparalelo ao eixo reciprocante do pistão R, enquanto cadamagneto 64, 68 tem um eixo de polaridade magnéticasubstancialmente tangencial ao virabrequim 24 em torno deseu eixo. As superfícies 50, 52 dos dois eletromagnetos36, 38 apresentam polaridade somente quando energizadoseletricamente com a mesma polaridade da correspondentesuperfície interativa correspondente 46, 48, de modo quecada respectivo eletromagneto 36, 38 alternadamenterepele o magneto permanente 30, a partir de quandoo magneto 3 0 estiver na posição mais próxima em relaçãoao correspondente eletromagneto 36, 38 ou imediatamenteapós, para adicionalmente prover um movimento induzidopor impacto magnético não-significativo. Similarmente,as superfícies 69 dos eletromagnetos 68 apresentampolaridade, somente quando eletricamente energizadas coma mesma polaridade da respectiva superfície interativa 65de modo que cada um dos respectivos eletromagnetos 68periodicamente repila o respectivo magneto permanente 64a partir de quando o magneto 64 estiver na posição maispróxima (tangencialmente) em relação ao respectivoeletromagneto 68 ou imediatamente após, para prover ummovimento induzido de impacto magnético não-signif icativo ; a direção da repulsão sendo tangencialà trajetória de deslocamento circular ou perpendicularà direção radial do eixo de rotação do virabrequim 26.Posicionando apropriadamente os eletromagnetos 68, queinteragem com magnetos permanentes 64 que giram em tornode uma trajetória circular, é possível prover pulsos derepulsão sempre plenamente eficientes (em virtude dadireção longitudinal da força de repulsão) opostos aoseletromagnetos que provêem um pulso de repulsão quandoa biela 2 6 estiver geralmente alinhada com o eixo docilindro R, quando é menos eficiente. Para maioreficiência, o pulso de repulsão precisa ser providoquando o ângulo entre a biela 2 6 e o eixo R se encontraem seu valor máximo, como realizado na extensão possível,que é limitada à configuração física do sistemaeletromagnético 14, com o terceiro eletromagneto 60.

Somente para efeito de exemplo, a descrição de operaçãotípica a seguir ilustrada na figura 3 se refere a ummotor de quatro tempos a gasolina 12, mas cujo princípiopode ser aplicado a um motor de dois tempos a gasolina oudiesel e/ou a um motor rotativo (não mostrado) , ondesomente os magnetos 64, 68 podem ser usados.

Em operação, como mostrado em parte nas figuras 2a a 2f,o magneto permanente 3 0 faz um movimento reciprocantelinear entre dois eletromagnetos 36, 38 em cada tempo dopistão 16, enquanto os magnetos permanentes 64 giramcontinuamente entre os eletromagnetos 68. Na figura 2a,o pistão 16 na posição superior no começo do tempo deexpansão (potência) tempo "0" da figura 3, no qualas válvulas de admissão 80 e exaustão 82 estão fechadas,e a vela 84 (ou compressão em motores diesel) provêa ignição da mistura ar-combustível dentro da câmara decombustão 86. A potência da explosão ilustrada na pelopico C superior transversal C da figura 3 faz o pistão 16descer, e, quase ao mesmo tempo, os primeiro e segundoeletromagnetos 36, 68 são ligados para prover um impactode repulsão magnético geralmente instantâneo e a repulsãomagnética, ilustrada pelos picos quadrados MRl, MRl"da figura 3 respectivamente com os magnetos 30, 64montados no pistão 16 e virabrequim 24. A repulsãoeletromagnética MRl, MRl" tipicamente continua atéimediatamente antes de o magneto permanente 3 0 chegar naposição média entre os dois eletromagnetos 36, 38, quandosua eficiência começa se tornar inútil em relação àenergia de ativação requerida dos primeiro e terceiroeletromagnetos 36, 68, como mostrado na figura 2b.

Aproximadamente neste momento, o magneto permanente 30fica perto de sua posição média, e começa a sernaturalmente atraído pelo eletromagneto não-ativado 60por causa do material paramagnético neste, também chamadoefeito de atração magnética secundária, que é ilustradopelo pico transversal reverso inferior relativamentepequeno MAl' antes do tempo "0,5" da figura 3. Então,o magneto 3 0 chega na região de posição média onde amboseletromagnetos 36, 38 são desligados, como mostrado nafigura 2, enquanto o eletromagneto 30 fica ligado paraprover impactos repulsivos magnéticos geralmenteinstantâneos ilustrados pelo pico quadrado MIl' e picotransversal inferior MRl' da figura 3, respectivamente.

Como mostrado na figura 2D, quando os eletromagnetospermanentes 30, 64 se aproximam dos segundo e terceiroeletromagnetos desligados 38, 68, eles são naturalmentemagneticamente atraídos por causa do material para-magnético, também chamado efeito de atração magnéticasecundária ilustrado pelos respectivos picos transversaisreversos inferiores relativamente pequenos MAl, MAl"antes do tempo "1" da figura 3.

Na transição entre o tempo de exaustão (potência) eo tempo de exaustão que se segue no tempo "1" da figura3, os segundo e terceiro eletromagnetos 38, 68 sãoligados para prover um segundo impacto de repulsãomagnético geralmente instantâneo e uma segunda repulsãomagnética ilustrada pelos picos quadrados MI2, MI2" epicos transversais inferiores MR2, MR2" da figura 3respectivamente, para repelir os magnetos permanentes30, 64 montados no pistão 16 em direção ao primeiroeletromagneto 3 6 no virabrequim 24, como mostrado nafigura 2e com a mistura ar-combustível queimada saindo dacâmara de combustão 86 pela válvula de exaustão 82.

Imediatamente antes do tempo de chegada "1,5" da figura 3o magneto permanente 30 volta a fechar para sua posiçãomédia ficando naturalmente magneticamente atraída peloeletromagneto não-desligado 60, como ilustrado pelo picotransversal reverso inferior relativamente pequeno MA2'.Então o magneto 3 0 chega em sua posição média, quandoambos eletromagnetos 36, 38 estão desligados, enquantoo eletromagneto 60 é ligado com uma polaridade reversacomo no tempo "0,5" para prover impactos repulsivosmagnéticos geralmente instantâneos e repulsão magnética,ilustrada pelo pico quadrado MI2' e pico transversalinferior MR2' da figura 3, respectivamente.Imediatamente antes de completar o primeiro meio ciclo de 2 tempos no tempo "2" da figura 3, como mostradona figura 2f, quando os magnetos permanentes 30, 64voltam se aproximarem de seus respectivos primeiro eterceiro eletromagnetos 36, 68, eles são naturalmentemagneticamente atraídos por estes por causa do materialpara-magnético, também chamado efeito secundário deatração magnética, ilustrado por picos transversaisquadrados inferiores relativamente pequenos MA2, MA2"antes do tempo "2" da figura 3.

Para os tempos de admissão e compressão que ocorrem antesdos tempos "2" e "4" através dos tempos 2, 5 3 e 3, 5da figura 3, a operação do sistema de potênciaeletromagnético 14 é similar àquele explicado acima paraos primeiros dois tempos, nos quais as forças de repulsãoeletromagnéticas Mil, Mil", MRl, MRl", MIl', MRl', MI2,MI2" , MR2, MR2", MI2' , MR2' e as forças de atraçãomagnéticas MAl', MAl, MAl" MA2' , MA2, MA2" entre osmagnetos permanentes 30, 34 e os correspondenteseletromagnetos 36, 38, 60, 68 são respectivamentesubstituídos pelas forças eletromagnéticas de repulsãoMI3, MI3" , MR3, MR3 " , MI3 ' , MR3 ' , MI4, MI4", MR4, MR4"MI4', MR4' e as forças de atração magnéticas MA3 1 , MA3,MA3" , MA4' , MA4, MA4" ilustradas na figura 3. Todasas forças eletromagnéticas acima foram induzidas porpulsação elétrica periódica dos diferentes eletromagnetos36, 38, 60, 68 ao longo de cerca de poucos milisegundos(ou mesmo frações destes) para causar um consumo deenergia, enquanto os magnetos permanentes 30, 64 provêema todos a quantidade de energia magnética disponívelem função de sua posição relativa em relação aosrespectivos eletromagnetos periodicamente ligados. Estasforças magnéticas de atração e repulsão tipicamenteocorrem ao longo das primeira e segunda porções dacorrespondente trajetória do magneto permanente 30, 64,como dado esquematicamente na figura 3. Cada uma dasprimeira e segunda porções ao longo do mesmo ciclo dedeslocamento, depende da quantidade de magnetosexistentes ao longo de respectiva trajetória.

Como mencionado acima, a temporização de todas forçaseletromagnéticas é tipicamente sincronizada com o ciclode 4 tempos de um motor de combustão interna 12, quandoaplicável, via controlador eletrônico 41 ou similar.

Ademais, durante um período no qual nenhuma potênciaé requerida do motor híbrido 11, tal como em frenagem porfreio e/ou frenagem motor, os eletromagnetos permanecemdesligados para não consumir energia, que seria ademaiscontra-produtivo, porque atuaria contra frenagem motor, eo deslocamento reciprocante do magneto permanente 30, eo campo magnético próximo das extensões de bobinaelétrica 61 pode gerar energia elétrica que pode serusada diretamente ou armazenada.

Alternativas

Para aumentar atração magnética dos diferenteseletromagnetos 60, 68 quando desligados, oseletromagnetos 60, 68 tipicamente incluem um magnetopermanente de atração 60', 68' (em linhas tracejadas nasfiguras), por causa de sua plena eficiência com apenasmetade do deslocamento linear do magneto permanente 30,conectado ao mesmo tipicamente na parte de trás.

Com os magnetos de atração 60', 68', os respectivoseletromagnetos 60, 68 essencialmente se tornam extensõesdaqueles. De outro lado, quando eles são ligados,tipicamente os eletromagnetos 60, 68 são suficientementefortes para pelo menos cancelar ou superar o campomagnético de seu respectivo magneto de atração 60', 68'com magnitude similar ao correspondente magnetopermanente 30, 64, como se os magnetos de atração 60',68' não estivessem presentes e atraíssem oscorrespondentes das 30, 64, enquanto eles deveriamrepeli-los. Embora não mostrado, os magnetos permanentesde atração similares poderiam ser conectados aoseletromagnetos 36, 38, respectivamente.

A figura 4b mostra um modo alternativo de orientaras polaridades magnéticas do magneto permanente 30 eos eletromagnetos 36, 38, 60. Todos magnetos 30, 36, 38,60 podem ter sua circunferência subdividida em umapluralidade de um número par de segmentos de dimensõesgeralmente iguais, de polaridades alternadas N, S,tal como dois meio-anéis como no exemplo ilustrado.

A configuração permite que os eletromagnetos 36, 38tenham um desenho físico (eixo de campo magnético em U),de modo em que ambas polaridades magnéticas sejam usadaspara interagir magneticamente operativamente com umacorrespondente porção do magneto permanente 30, que podeser fabricado com uma direcionalidade relativamente altados campos magnéticos, para não haver nenhuma atraçãoeletromagnética entre magnetos/ eletromagnetos nãorespectivos, quando a repulsão eletromagnética é forçadaentre os respectivos magnetos/ eletromagnetos.

Como deve ser aparente àqueles habilitados na técnica,os magnetos 30, 64 e os eletromagnetos 36, 38, 60, 68podem ser colocados em outros locais, ainda respeitandoo escopo da invenção. Similarmente, magnetos e/oueletromagnetos adicionais poderão ser colocados em outroslocais, tal como no virabrequim 24, na caixa devirabrequim 56, eixo de transmissão, etc. aindarespeitando o escopo da presente invenção.

Adicionalmente, aqueles habilitados na técnica poderiamfacilmente devem facilmente entender que o sistema depotência eletromagnético da presente invenção poderia serusado em conexão com outros tipos de motores tal como,mas não se limitando a, motores de bielas linearmentemóveis, tais como motores Wiseman e motores Bourke,que permitem o uso de múltiplos magnetos permanentes quese movem entre correspondentes eletromagnetos, em virtudede usar bielas mais longas, e motores rotativos.Embora não preferido em virtude de implicar em um consumode energia relativamente alto, os eletromagnetos 36, 38,60, 68 eventualmente poderiam ser ligados seletivamenteem uma configuração de polaridade reversa, para atrairo correspondente magneto permanente 30, 64 que seaproxima dele, sempre que desejado, por exemplo, parasuprir uma quantidade adicional de potência.Embora o motor eletromagnético 10 da presente invençãotenha sido descrito com um certo grau de particularidade,deve ser entendido que a especificação foi dada somentepor meio de exemplo, e que a invenção não se limita aoscomponentes das configurações ilustradas e descritas,mas ao invés, incluindo as variações e modificaçõescontidas no escopo e espírito da invenção, como reivindicado.

Claims

1.- Motor eletromagnético, caracterizado pelo fato decompreender:um magneto permanente (30, 64) conectado a uma partemóvel (18, 66) de um motor (10) ligado a um eixo de saída(24) e definindo uma trajetória de deslocamento móveldo magneto permanente (30, 64); eum eletromagneto (38, 68) conectado a uma parte fixa(22) do motor (10), o eletromagneto (38, 68) pelo menosperiodicamente interagindo operativamente com o magnetopermanente (30, 64), o eletromagneto (38, 68) sendoeletricamente conectável a uma fonte de energia paraativação seletiva, o eletromagneto (36, 68) atraindomagneticamente o magneto permanente (30, 64) ao longo deuma primeira porção (MAl, MAl") da trajetória dedeslocamento quando não-ativado, e magneticamenterepelindo o magneto permanente (30, 64) ao longo de umasegunda porção (Mil, MRl, Mil", MRl") da trajetória dedeslocamento, quando ativado pela fonte de energia.

2.- Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a trajetória de deslocamentomóvel do magneto permanente (64) ser uma trajetória dedeslocamento circular, o eletromagneto (68) serlocalizado adjacente e radialmente externo à trajetóriade deslocamento circular do magneto permanente (64) parainteragir, pelo menos periodicamente, com o mesmo, ea direção de repulsão ser substancialmente tangencialà trajetória de deslocamento circular.

3.- Motor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o magneto permanente incluiruma pluralidade de magnetos permanentes (64)substancialmente circunferencialmente igualmenteseparados entre si, e o eletromagneto incluir umapluralidade de eletromagnetos (68) substancialmentecircunferencialmente separados entre si, cada um doscitados eletromagnetos (64) interagindo periodicamenteoperativamente com sucessivos eletromagnetos (68).

4. - Motor, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de a pluralidade deeletromagnetos (68) ser momentaneamente simultaneamenteativada pela fonte de energia.

5. - Motor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o magneto permanente (64)incluir uma primeira superfície interativa (65) parainteração magnética com a segunda superfície interativa(69) do eletromagneto (68), a primeira superfície ter umprimeiro arranjo em relevo (54'), e a segunda superfícieter um segundo arranjo em relevo (54a'), o segundoarranjo sendo um arranjo em relevo substancialmentecomplementar ao primeiro arranjo em relevo (54').

6. - Motor, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de os primeiro e segundo arranjosem relevo (54', 54a') incluírem lingüetas e ranhurascircunferenciais.

7. - Motor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o eletromagneto (68) incluirum magneto permanente de atração (68') conectado a si,para atrair magneticamente o magneto permanente (63)ao longo da primeira porção (MAl") da trajetória dedeslocamento circular.

8. - Motor, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de uma atração magnética naturaldo magneto permanente de atração (68') sobre o magnetopermanente (64) ser pelo menos cancelada por uma repulsãoeletromagnética do eletromagneto (68) ao longo da segundaporção (MIl", MRl") da trajetória de deslocamentocircular, quando ativado por uma fonte de energia.

9. - Motor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a trajetória de deslocamentomóvel do magneto permanente (30) ser uma trajetória dedeslocamento reciprocante linear, que define as primeirae segunda posições limites do magneto permanente (30) ,o eletromagneto ser um primeiro eletromagneto (36)posicionado adjacente à primeira posição limite, o motor(10) incluir um segundo eletromagneto (38) conectadoà parte fixa (22) do motor (10) adjacente à segundaposição limite, e pelo menos periodicamenteoperativamente interagindo com o eletromagneto (30) ,o segundo eletromagneto (38) ser eletricamente conectávelà fonte de energia para ativação seletiva, os primeiro esegundo eletromagnetos (36, 38) serem alternadamente emomentaneamente ativados, quando o magneto permanente(30) chegar nas primeira e segunda posições limites,respectivamente.

10.- Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de o magneto permanente (30) terpolaridades magnéticas opostas (N, S) faceando osprimeiro e segundo eletromagnetos (36, 38)respectivamente.

11.- Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de o magneto permanente (30) terprimeira e segunda superfícies interativas (46, 48)facenado respectivamente as terceira e quarta superfíciesinterativas (50, 52) dos primeiro e segundoeletromagnetos (36, 38) para interagir magneticamente comos mesmos, respectivamente, as primeira e segundasuperfícies (46, 48) terem um primeiro arranjo em relevo(54) e as terceira e quarta superfícies (50, 52) terem umsegundo arranjo em relevo (54a), o segundo arranjo sendosubstancialmente complementar ao primeiro arranjo (54).

12.- Motor, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de os primeiro e segundo arranjosem relevo (54, 54a) incluírem seções transversaiscomplementares em forma de dente geralmente quadrado.

13.- Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir umterceiro eletromagneto (60) conectado à parte fixa (22)do motor (10) localizado geralmente em uma posição médiaentre as primeira e segunda posições limites adjacentes eradialmente externas à periferia do magneto permanente(30), para pelo menos periodicamente operativamenteinteragir com estes, o terceiro eletromagneto (60) sendoeletricamente conectável à fonte de energia para ativaçãoseletiva, o terceiro eletromagneto (60) atraindomagneticamente o magneto permanente ao longo de umaterceira porção (MAl', MA2') da trajetória dedeslocamento quando não ativado e magneticamenterepelindo o magneto permanente ao longo de uma quartaporção (MIl', MRl', MI2', MR2') da trajetória dedeslocamento quando ativado por uma fonte de energia.

14. - Motor, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o terceiro eletromagneto (60)ser eletricamente e reversivelmente conectado à fonte deenergia para ativação magnética reversa seletiva deste.

15. - Motor, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de o terceiro eletromagneto (60)ser eletricamente conectável a uma fonte de energia paraativação alternada seletiva e ativação magnética reversa.

16. - Motor, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de o terceiro eletromagneto (60)incluir um magneto permanente atrativo (60') conectadoao mesmo, para atrair magneticamente o magneto permanente(30) ao longo da terceira porção (MAl', MA2')da trajetória de deslocamento reciprocante linear.

17. - Motor, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de uma atração magnética naturaldo magneto permanente atrativo (60') sobre o magnetopermanente (30) ser pelo menos cancelada por repulsãoeletromagnética do terceiro eletromagneto (60) ao longoda quarta porção (MIl', MRl', MAl', MA2') da trajetóriade deslocamento reciprocante linear, quando ativado pelafonte de energia.

18. - Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir umabobina elétrica de recuperação (61) localizada geralmenteentre as primeira e segunda posições limites adjacentes eradialmente externas à periferia do eletromagneto (30),para, pelo menos periodicamente, interagir operativamentecom o mesmo, a bobina elétrica (61) seletivamentemagneticamente interagindo com o magneto permanente (30)ao longo de uma terceira porção da trajetória dedeslocamento para retardar a velocidade do magnetopermanente (30) , que se move ao longo da trajetória dedeslocamento, gerando energia elétrica que é utilizávelpor uma aparelho externo conectado ao mesmo.

19.- Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir umcontrolador (41) conectado aos primeiro e segundoeletromagnetos (3 6, 38) . para seletivamente controlarativação dos mesmos por uma fonte de energia.

20.- Motor, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de o magneto permanente (30) serconectado a um pistão (18) de um motor de combustãointerna (12), e os primeiro e segundo eletromagnetos(36, 38) serem conectados a um bloco de motor (22) domotor de combustão interna (12), e o motor (10) formar ummotor híbrido eletromagnético (11) com o motor decombustão interna (12).

21.- Motor, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir umcontrolador (41) conectado aos primeiro e segundoeletromagnetos (36, 38) e a um computador de motor paraseletivamente controlar ativação dos primeiro e segundoeletromagnetos (36, 38) por uma fonte de energia,em sincronismo com o deslocamento do pistão (18).