BRPI0709521A2

BRPI0709521A2 - gerador elétrico

Info

Publication number: BRPI0709521A2
Application number: BRPI0709521-0A
Authority: BR
Inventors: Theodore C Annis; Patrick J Eberley
Original assignee: Transducing Energy Devices Llc
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2011-07-19
Also published as: WO2007121427A2; MX2008013414A; KR20090018914A; IL194854A0; CA2671742A1; EP2016598A2; AU2007237923A1; US20070242406A1; JP2009534015A; WO2007121427A3

Abstract

GERADOR ELéTRICO. Métodos e aparelho geram eletricidade pela operação de um circuito baseado em uma trajetória de fluxo magnético único. Um membro magnetizável provê a trajetória de fluxo. Uma ou mais bobinas eletricamente condutivas são enroladas ao redor do membro, e um aparelho comutador de relutância ou de fluxo é usado para controlar o fluxo. Quando operado, o aparelho comutador provoca uma inversão da polaridade (direção) do fluxo magnético do imã permanente através do membro, induzindo dessa forma corrente elétrica alternada em cada bobina. O aparelho comutador de fluxo pode ser sem movimento ou rotacional. Nas configurações sem movimento, dois ou quatro comutadores de relutância são operados tal que o fluxo magnético a partir de um ou mais imás permanentes estacionários seja invertido através do membro magnetizável. Em configurações alternativas, o aparelho comutador de fluxo compreende um corpo composto de materiais de materiais de alta permeabilidade e de baixa permeabilidade, tal que quando o corpo é girado, o fluxo a partir do imã é seqúencialmente invertido através do membro magnetizável.

Description

"GERADOR ELÉTRICO".

Campo da invenção

A presente invenção relaciona-se com métodos e aparelhosonde o fluxo magnético de um ou mais imãs permanentes érepetidamente invertido de polaridade (direção) atravésde uma trajetória ("loop") de fluxo único ao redor daqual está enrolada uma bobina ou bobinas condutoras com opropósito de induzir eletricidade nas bobinas.

Antecedentes da invenção

Os métodos eletromecânicos e eletromagnéticos envolvidosem geradores e alternadores elétricos de movimento sãobem conhecidos. Alternadores e geradores freqüentementeempregam imãs permanentes e usualmente têm um rotor e umestator e uma bobina e bobinas nos quais uma FEM (forçaeletromotriz) é induzida. A física envolvida paraproduzir eletricidade é descrita na equação de gerador V= í(v χ B) .dl.

Imãs permanentes produzidos de materiais que têm uma altacoercitividade, uma alta densidade de fluxo magnético,uma alta força magnética motriz (fmm), e nenhumadeterioração significativa de intensidade magnéticadurante o tempo são agora comuns. Exemplos incluem imãsde ferrita cerâmica (Fe2O3) ; samário cobalto (SmCo5) ;combinações de ferro, neodímio, e boro; e outros.

As trajetórias magnéticas para transformadores sãofreqüentemente construídas de materiais ferrososlaminados; os indutores freqüentemente empregam materiaisde ferrita, os quais são usados para operação defreqüência mais alta para ambos dispositivos. Materiaismagnéticos de alta performance para uso como astrajetórias magnéticas dentro de um circuito magnéticoestão agora disponíveis e são bem adequados para acomutação (rápida) de fluxo magnético com um mínimo decorrentes parasitas. Um exemplo é o material de núcleonanocristalino FINEMET® produzido pela Hitachi do Japão.

De acordo com Moskowitz, "Permanent Magnet Design andApplication Handbook" [Manual de projeto e aplicação deimãs permanentes] 1995, página 52, o fluxo magnético podeser imaginado como linhas de fluxo que sempre saem eentram nas superfícies de materiais ferromagnéticos emângulos retos, as quais nunca podem fazer curvas verdadeiras em ângulos retos, as quais viajam somente emtrajetórias retas ou curvas, que seguem a distância maiscurta, e as quais seguem a trajetória de relutância maisbaixa.

Um "comutador de relutância" é um dispositivo que podeaumentar ou diminuir significativamente (tipicamentediminuir) a relutância (resistência à força magnéticamotriz) de uma trajetória magnética de uma maneira diretae rápida e subseqüentemente restaurá-la a seu valororiginal (tipicamente mais baixo) de uma maneira direta e rápida. Um comutador de relutância tipicamente temcaracterísticas analógicas. Por meio de contraste, uminterruptor elétrico de desligar/ligar tipicamente temuma característica digital, uma vez que não existe"drenagem" de eletricidade. Com o corrente estado da técnica, comutadores de relutância têm drenagem de fluxomagnético. Os comutadores de relutância podem serimplementados mecanicamente, de modo a provocar ummovimento retentor para criar uma folga de ar, oueletricamente por vários meios, ou por outros meios. Um meio elétrico é aquele de usar bobinas de controleenroladas ao redor das trajetórias de fluxo. Um outromeio elétrico é a colocação dentro da trajetória de fluxode certas classes de materiais que mudam (tipicamenteaumentam) sua relutância com a aplicação de eletricidade.

Um outro meio elétrico é saturar uma região do materialdo comutador tal que a relutância aumente para aquela doar inserindo fios elétricos condutores no material comodescrito por Konrad e Brudny em "An Improved Method forVirtual Air Gap Length Computation" [Um método melhoradopara computação do comprimento virtual da folga de ar] ,em IEEE Transactions on Magnetics [Transações da IEEE emimãs], vol. 41, n° 10, outubro de 2005.A literatura de patentes descreve um número deconstruções que foram imaginadas para variar asquantidades de fluxo magnético em trajetórias de fluxoalternadas dividindo desproporcionadamente o fluxo apartir de um imã ou imãs permanentes estacionários entreou no meio de trajetórias de fluxo alternadasrepetidamente com o propósito de gerar eletricidade. Oaumento de fluxo em uma trajetória magnética e acorrespondente diminuição nas outras trajetórias provê abase para induzir eletricidade quando bobinas sãoenroladas ao redor das trajetórias. A física envolvidapara produzir eletricidade por estas construções édescrita pela equação de transformador V = -ídB/dt.ds.Uma variedade de meios de comutação de relutância foramempregados para fazer o fluxo ser aumentado/diminuídoatravés de uma particular trajetória alternativa com umacorrespondente diminuição/aumento na outra trajetória epara fazer isto repetidamente.

Um meio para comutar fluxo ao longo de trajetóriasalternadas entre os pólos opostos de um imã permanenteincluiu o princípio de transferência de fluxo descritopor R.J. Radusf Engineer's Digest, julho de 1963.Um resultado de prover trajetórias de fluxo alternadas degeometria e permeabilidade geralmente similares é que,sob condições particulares, a primeira trajetóriaalternada selecionada ou a trajetória selecionada para amaioria do fluxo permanecerá uma "trajetória preferida"em que ela reterá mais fluxo e a outra trajetória, adespeito das trajetórias terem relutâncias iguais. (Nãoexiste equalização automática do fluxo entre trajetóriassimilares) . Moskowitz, "Permanent Magnet Design andApplication Handbook" 1995, página 87, discute esteefeito com relação ao uso industrial de imãs permanentespara levantar e liberar ferro e aço ligando e (quase)desligando o imã permanente via comutação de relutânciaque consiste da pulsação elétrica de bobinas enroladas aoredor das trajetórias de fluxo magnético (os comutadoresde relutância).

Resultados experimentais com quatro barras retangularesde ferro (permeabilidade relativa = 1.000) colocadasjuntas em um quadrado com um imã permanente em barra (densidade de fluxo medida em um pólo = 5.000 Gauss)entre duas das barras opostas grosseiramente em umaposição central mostraram que a remoção e colocação deuma das barras de extremidade que é paralela ao imã debarra resultará em cerca de 80% do fluxo permanecer na barra que permaneceu em contato. Os resultadosadicionalmente mostraram que a trajetória preferida deveexperimentar um aumento de relutância de cerca de 10Xaquele da trajetória alternativa disponível antes que suacondição de fluxo desproporcionada se produza e se transfira para a trajetória alternativa.

A patente U.S. 6.246.561 de Flynn; a patente U.S.6.362.718 de Patrick e outros; e a patente U.S. 6.946.938de Pedersenf todas divulgam um método e aparelho paracomutar (dividir) a quantidade de fluxo magnético a partir de um imã ou imãs permanentes estacionários entree no meio de trajetórias alternadas com o propósito degerar eletricidade (e/ou força motriz). Eles provêem oaumento de fluxo magnético em uma trajetória com umacorrespondente diminuição na(s) outra (s) trajetória(s) .Sempre existem pelo menos duas trajetórias.

Sumário da invenção

A presente invenção relaciona-se com métodos e aparelhopara a produção de eletricidade através da operação de umcircuito baseado em uma trajetória ("loop") de fluxo único magnético. Um membro magnetizável prove atrajetória de fluxo. Uma ou mais bobinas eletricamentecondutivas são enroladas ao redor do membro, e umaparelho comutador de relutância ou de fluxo é usado paracontrolar o fluxo. Quando operado, o aparelho comutadorprovoca a reversão da polaridade (direção) do fluxomagnético do imã permanente através do membro, induzindodessa forma corrente elétrica alternada em cada bobina.De acordo com a invenção, o aparelho comutador de fluxomagnético pode ser sem movimento ou rotacional. Nasconfigurações sem movimento, quatro comutadores derelutância são operados por uma unidade de controle quefaz um primeiro par de comutadores abrir (aumentando arelutância), enquanto um outro par de comutadores fecha(diminuindo a relutância). 0 par inicial é então fechadoe o outro par é aberto, e assim por diante. Este ciclo 2χ 2 de abertura e fechamento se repete e, à medida que ofaz, o fluxo magnético a partir do(s) imã(s)permanente(s) estacionário(s) é invertido de polaridadeatravés do membro magnetizável, fazendo eletricidade sergerada nas bobinas condutoras. Uma configuraçãoalternativa sem movimento usa dois comutadores derelutância e duas folgas de ar ou outros materiais.

Em configurações alternativas, o aparelho comutador defluxo compreende um corpo composto de materiais de altapermeabilidade e baixa permeabilidade, tal que quando ocorpo é girado, o fluxo a partir do imã é seqüencialmenteinvertido através do membro magnetizável. Na configuraçãopreferida o corpo é cilíndrico tendo um eixo geométricocentral, e o corpo gira sobre o eixo geométrico. Ocilindro é composto de um material de alta permeabilidadeexceto pela seção de material de baixa permeabilidade quedividiu o cilindro em dois meios cilindros. Pelo menosuma bobina eletricamente condutiva é enrolada ao redor domembro magnetizável, tal que quando o corpo gira umacorrente elétrica é induzida na bobina. O corpo pode sergirado por forças mecânicas, eletromecânicas ou outras.

Um método para gerar corrente elétrica compreende asetapas de prover um membro magnetizável com uma bobinaeletricamente condutiva enrolada ao redor do mesmo, einverter seqüencialmente o fluxo de um imã permanenteatravés do membro, induzindo dessa forma correnteelétrica na bobina.

Descrição resumida dos desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático de um circuitomagnético de acordo com a invenção;

A figura 2 é uma vista em perspectiva de uma configuraçãoda invenção baseada em comutadores de fluxo magnético semmovimento;

A figura 3 é um desenho de detalhes de um comutador defluxo sem movimento de acordo com a invenção;A figura 4 é um desenho de detalhes de um comutador derelutância de acordo com a invenção;

A figura 5 é um desenho de detalhes de um comutador de fluxo sem movimento alternativo de acordo com a invençãoo qual utiliza folgas de ar ou outros materiais;A figura 6 é um diagrama esquemático de um sistema usandoum comutador de fluxo rotativo de acordo com a invenção;A figura 7 é um desenho de detalhes de um comutador defluxo rotativo de acordo com a invenção;

A figura 8 é um diagrama esquemático de um circuito deacordo com a invenção utilizando dois imãs permanentes euma trajetória de fluxo único;

A figura 9 mostra uma possível configuração física doaparelho com os componentes da figura 8, incluindo umaunidade de controle de comutador de relutância; eA figura 10 mostra um arranjo de geradores elétricosinterconectados de acordo com a invenção.

Descrição detalhada das configurações preferidas

A figura 1 é um diagrama esquemático de um circuitomagnético de acordo com a invenção utilizando umcomutador de fluxo sem movimento. O circuito inclui osseguintes componentes: um imã permanente 102, trajetóriade fluxo único 104, bobinas condutoras 106, 108, e quatrocomutadores de relutância 110, 112, 114, 116. Sob ocontrole da unidade 118, os comutadores de relutância110, 114 se abrem (aumentando a relutância), enquanto oscomutadores 112, 116 se fecham (diminuindo a relutância).Os comutadores de relutância 110, 114 então se fecham,enquanto os comutadores 112, 116 se abrem, e assim pordiante. Este ciclo 2 χ 2 de abertura e fechamento serepete e, à medida que faz isto, o fluxo magnético apartir do imã permanente estacionário 102 é invertido depolaridade através da trajetória de fluxo único 104,fazendo eletricidade ser gerada nas bobinas condutores106, 108.

Um formato eficiente de imã permanente 102 é um "C" noqual os pólos estão em próxima vizinhança entre si econtatam o comutador de fluxo. O fluxo único é carregadopor um membro magnetizável 100, também em um formato de"C" com extremidades que estão em vizinhança próximaentre si e também contatam o comutador de fluxo. Nesta eem outras configurações, o ciclo 2 χ 2 de comutação éexecutado simultaneamente. Como tal, o circuito decontrole 118 é preferivelmente implementado com umrelógio controlado por cristal alimentando contadoresdigitais, flip-flops, pacotes de portões, ou similares,para ajustar tempo de subida; tempo de queda, formação deanel e outros efeitos parasiticos. O estágio de saída docircuito de controle pode usar FET (comutadores de campo-efeito) para rotear formas de ondas analógicas oudigitais para os comutadores de relutância comorequerido.

A figura 2 é uma perspectiva de uma possível configuraçãodo aparelho usando os componentes da figura 1, mostrandosuas posições relativas entre si. Os comutadores derelutância 110, 112, 114, 116 podem ser implementadosdiferentemente, como descrito abaixo, mas usualmenteocuparão a mesma posição relativa dentro do aparelho. Afigura 3 é um desenho em detalhes do comutador de fluxosem movimento. Os segmentos de conexão 120, 122, 124, 126devem ser feitos de um material ferromagnético de altapermeabilidade. 0 volume central 128 pode ser um furopassante, provendo uma folga de ar, ou ele pode serenchido com vidro, cerâmica ou outro material de baixapermeabilidade. Um semicondutor ou outra estruturaexibindo um efeito Meissner pode ser usadoalternativamente.

Na configuração representada nas figuras 2 e 3, oscomutadores de relutância 110, 112, 114, 116 sãoimplementados com uma estrutura de estado sólidofacilitando a operação sem movimento. 0 comutador derelutância sem movimento correntemente preferido édescrito por Toshiyuki Ueno & Toshiro Higuchi, notrabalho "Investigation on Dynamic Properties of MagneticFlux Control Device composed of Lamination ofMagnetostrictive Material Piezoeletric Material"[Investigação sobre as propriedades dinâmicas de dispositivo de controle de fluxo magnético composto delaminação de material magnetostritivo e materialpiezelétrico], A Universidade de Tóquio 2004, atotalidade do qual é incorporada aqui por referência.Como mostrado na figura 4, este comutador é feito de umlaminado de GMM (Material Magnetostritivo Gigante 42),uma liga de TbDyFe, ligada em ambos os lados por ummaterial PZT (piezelétrico) 44, 46 ao qual eletricidade éaplicada. A aplicação de eletricidade ao PZT cria tensãono GMM, o que faz sua relutância aumentar.Outros arranjos são aplicáveis, incluindo aquelesdivulgados no pedido de patente pendente U.S. série n°2006/0012453, o conteúdo todo do qual é incorporado aquipor referência. Estes comutadores divulgados nestareferência são baseados nos efeitos magnetoelétricos (ME) de materiais de cristal líquido na forma de efeitosmagneto-restritivos e piezelétricos. As propriedades demateriais ME são descritas, por exemplo, em Ryu e outros,"Magnetoelectric Effect in Composites of

Magnetorestrictive and Piezoelectric Materials" [Efeitomagnetoelétrico em compostos de materiais magneto-restritivos e piezelétricos] , Journal of Electroceramics[Jornal de Eletrocerâmicas] , Vol. 8, 107-1 19 (2002),Filipov e outros, "Magnetoelectric Effects atPiezoresonance in Ferromagnetic-Ferroelectric LayeredComposites" [Efeitos magnetoelétricos na piezo-ressonância em compostos ferromagnéticos-ferroelétricosem camadas], Abstrato, American Physical Society Meeting[Reunião da Sociedade Física Americana] (março de 2003) eChang e outros, "Magneto-band of Stacked nanographiteRibbons" [Faixa magnética de fitas de nanografiteempilhadas], Abstrato, American Physical Society Meeting(março de 2003) . Os conteúdos inteiros de cada um destestrabalhos também são incorporados aqui.

Alternativas adicionais incluem materiais que podem serseqüencialmente aquecidos e deixados a resfriar (ouresfriados e deixados a aquecer ou aquecidos e resfriadosativamente) acima e abaixo da temperatura de Currie,modulando dessa forma a relutância. Gadolínio é umcandidato uma vez que seu ponto de Currie é próximo datemperatura ambiente. Supercondutores de alta temperaturasão outros candidatos, com o material sendo resfriado emuma câmara isolada a uma temperatura substancialmente emou próxima do ponto de Currie. Microondas ou outrasfontes de energia podem ser usadas em conjunção com aunidade de controle para efetuar esta comutação.

Dependendo de quão rigidamente os comutadores sãocontidos, vforquilhas' limitadoras de expansão adicionalpodem ou não ser necessárias ao redor do bloco mais bemvistas na figura 4.

A figura 5 é um desenho de detalhes de um comutador defluxo sem movimento alternativo de acordo com a invençãoque utiliza folgas de ar ou outros materiais. Estaconfiguração usa dois comutadores de relutância operadoseletricamente 110, 114, e duas folgas 113, 115, tal quequando os comutadores são ativados de uma maneiraprescrita, o fluxo a partir do imã 102 é bloqueado aolongo do segmento de comutação contendo os comutadores eforçado através dos segmentos contendo folga, invertendodessa forma o fluxo através do membro magnetizável 100.Com a ativação dos dois comutadores de relutância 110,114, o fluxo, procurando uma trajetória de relutânciasignificativamente mais baixa, salta de volta para atrajetória original contendo os comutadores de relutância(não desativados) , invertendo dessa forma o fluxo atravésdo membro 100. Note que os comutadores de fluxo tambémpodem ser eletromagnéticos para saturar as regiões locaisdo comutador tal que a relutância aumente para aquela doar (ou material da folga), criando uma folga virtual comodescrita por Konrad e Brudny nos Antecedentes dainvenção.

Mais particularmente, o aparelho de comutação de fluxo deacordo com esta configuração usa um imã permanente tendoum pólo norte vN' e um pólo sul 4S' em relação opostaatravés de uma folga definindo um volume. Um membromagnetizável com extremidades Ά' e xB' é suportado emrelação oposta através da folga compartilhando o volume,e um comutador de fluxo compreende um bloco estacionáriono volume tendo quatro lados 1-4, com dois lados opostosinterfaceados com N e S, respectivamente e com os outrosdois lados opostos sendo interfaceados com A e B,respectivamente. 0 bloco é composto de um materialmagnetizável segmentado por dois comutadores de fluxomagnético operados eletricamente e duas folgaspreenchidas com ar ou outro(s) material(is). Uma unidadede controle em comunicação elétrica com os comutadores defluxo é operativa para:

a) permitir passivamente uma trajetória de fluxo defaultatravés dos lados 1-2 e 3-4, então

b) estabelecer ativamente uma trajetória de fluxo atravésdos lados 2-3 e 1-4, e

c) repetir a) e b) em uma base seqüencial.

Como uma alternativa para um comutador de fluxo semmovimento, um comutador de fluxo rotativo pode ser usadopara implementar a seqüência de alternação 2 χ 2.Referindo-se às figuras 6 e 7, o cilindro 130 com folgade fluxo 132 é girado por um meio motriz 134. Isto faz asmetades do cilindro 130 fornecerem duas pontes de fluxomagnético concorrentes e separadas (isto é, uma condiçãode comutação de relutância "fechada"), nas quais uma dadaextremidade do membro magnetizável 136 é emparelhada comum dos pólos do imã permanente estacionário 138.Simultaneamente, a outra extremidade do portador detrajetória de fluxo único 13 6 é emparelhada com o pólooposto do imã permanente estacionário 13 8.

A figura 7 é uma vista de detalhes do cilindro. Cadarotação de 90° do cilindro faz as primeiras pontes defluxo se partirem (uma condição "aberta" de comutadoresde relutância) e um segundo conjunto de pontes de fluxoser criado no qual a dada extremidade do membro 13 6 formaponte com o pólo oposto do imã permanente estacionário138. Uma rotação completa do cilindro 130 provoca quatrode tais inversões. Cada inversão de fluxo dentro datrajetória de fluxo único 2 faz uma corrente elétrica serinduzida na(s) bobina(s) condutiva(s) 140, 142. Nestaconfiguração, é importante manter um espaçamento15 consistente, preciso, entre cada uma das "metades" docilindro (rotativo) 130 em relação aos pólos do imãpermanente 13 8 e as extremidades do portador detrajetória de fluxo 13 6 à medida que as pontes de fluxomagnético são providas pelo cilindro 130 à medida que elegira.

O cilindro rotativo 130 é feito de material de altapermeabilidade magnética que é dividido completamentepela folga de fluxo 132. Um material preferido é ummaterial nanocristalino tal como FINEMET® produzido pela Hitachi. A folga de fluxo 132 pode ser ar, vidro,cerâmica, ou qualquer material exibindo baixapermeabilidade magnética. Um supercondutor ou outraestrutura exibindo o efeito Meissner pode ser usadoalternativamente.

Um formato eficiente de membro magnetizável 136 é um "C"no qual suas extremidades opostas são curvadas com ummesmo raio que o cilindro 130 e estão na mais próximavizinhança possível do cilindro rotativo 130. 0 imãpermanente 13 8 também tem preferivelmente formato de C noqual os pólos opostos são curvados com um mesmo raio queo cilindro 130 e estão na mais próxima vizinhançapossível do cilindro rotativo 130. Considerações defabricação e montagem podem ditar outros formatos.Embora as configurações descritas até aqui utilizem umúnico imã permanente, outras configurações são possíveisde acordo com a invenção utilizando uma pluralidade de imãs permanentes embora gerando entretanto uma trajetóriade fluxo único. A figura 8 representa um circuitoutilizando dois imãs permanentes e uma trajetória defluxo único. A figura 9 mostra uma configuração físicapossível do aparelho baseado nos componentes da figura 8,incluindo uma unidade de controle de comutador derelutância 158.

Sob o controle da unidade 158, os comutadores derelutância 150, 152 se abrem (aumentando a relutância),enquanto os comutadores 154, 156 se fecham (diminuindo a relutância) . Os comutadores de relutância 150, 152 entãose fecham, enquanto os comutadores 154, 156 se abrem, eassim por diante. Este ciclo 2x2 de abertura efechamento se repete e, à medida que faz isto, o fluxomagnético a partir dos imãs permanentes estacionários 160, 162 é invertido de polaridade através do membromagnetizável, fazendo eletricidade ser gerada nas bobinascondutoras 166, 168.

Na implementação preferida desta configuração, os imãssão arranjados com seus pólos NeS invertidos. 0 membro magnetizável é disposto entre os dois imãs, e existemquatro comutadores de fluxo, SW1-SW4, dois entre cadaextremidade do membro e dos pólos de cada imã. Oscomutadores de relutância são implementados com asestruturas descritas acima com referência às figuras 1 a 3 .

Para particularidade acrescentada, assuma que o primeiroimã tem pólos norte e sul, Nl e SI, o segundo imã tempólos norte e sul, N2 e S2 e o membro tem duasextremidades Ae B. Assumindo que SWl esteja situado entre Nl e A, SW2 entre A e S2, SW3 esteja entre N2 e B,e SW3 entre B e SI, a circuitagem de controle operativapara ativar SWl e SW4, então ativa SW2 e SE3, e repeteeste processo em uma base seqüencial. Como com as outrasconfigurações descritas aqui, por razões de eficiência, acomutação é executada simultaneamente.

Em todas as configurações descritas aqui o material usadopara o(s) imã(s) permanente (s) pode ser ou um conjuntomagnético ou uma unidade magnetizada única. Os materiaispreferidos são imãs de ferrita cerâmica (Fe2O3) , cobaltosamário (SmCo5) , ou combinações de ferro, neodímio, eboro. A trajetória de fluxo único é carregada por ummaterial tendo uma alta permeabilidade magnética econstruído para minimizar correntes parasitas. Talmaterial pode ser um conjunto de ferro ou aço laminado ounúcleo de ferrita tal como usado em transformadores. Ummaterial preferido é um material nanocristalino tal comoFINEMET®. A bobina ou bobinas condutoras são enroladas aoredor do material carregando a trajetória de fluxo únicotantas voltas quantas requeridas para atender aosobjetivos de voltagem, corrente ou potência. Fiomagnético de cobre, isolado, standard, ordinário (fio demotor) é suficiente e aceitável. Materiaissupercondutores também podem ser usados. Pelo menos parteda eletricidade induzida nas bobinas condutoras pode serrealimentada na unidade de controle de comutação. Nestemodo de operação, pulsos de eletricidade de partida podemser providos a partir de uma bateria química ou solar,como requerido.

Embora nas configurações das figuras 2 e 6 o imã emateriais portadores de fluxo sejam elementos chatoscolocados em planos ortogonais com o material portador defluxo colocado fora do volume descrito pelo imã, atrajetória de fluxo pode ser disposta Λdentro' do volumedo imã ou configurada em um ângulo. A escala física doselementos também pode ser variada para tirar vantagem detécnicas de fabricação ou outras vantagens. A figura 10,por exemplo, mostra um arranjo de circuitos magnéticos,cada um tendo uma ou mais bobinas que podem estar emsérie, paralelo, ou combinações de série-paralelo,dependendo dos requisitos de voltagem ou corrente. Emcada caso os imãs podem ser colocados ou fabricadosusando técnicas comuns para a indústria demicroeletrônicos.' Se comutadores de fluxo mecânico sãousados eles podem ser fabricados usando técnicas tipoMEMs. Se comutadores sem movimento são usados, osmateriais podem ser colocados e/ou depositados. Astrajetórias são preferivelmente enroladas antecipadamentee então pegas e colocadas em posição como mostrado. Aconfiguração mostrada na figura 9 também está sujeita àminiaturização e replicação.

Claims

1. Gerador elétrico, caracterizado pelo fato decompreender:uma trajetória portadora do material de fluxo magnético;quatro comutadores de fluxo magnético espaçados entre siao longo do material criando dois conjuntos de pontos deconexão opostos para o material entre os comutadores;um imã conectado através de um conjunto dos pontos deconexão opostos, e um membro portador de fluxo conectadoatravés do outro conjunto dos pontos de conexão opostos,criando assim uma configuração de ponte;um elemento eletricamente condutivo enrolado ao redor domembro portador de fluxo; eum controlador operativo para ativar os comutadores defluxo de modo a inverter o fluxo a partir do imã nomembro portador de fluxo em uma base alternada, induzindodessa forma energia elétrica no elemento eletricamentecondutivo.

2. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de os comutadores de fluxo seremcomutadores de relutância de estado sólido, semmovimento.

3. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de os comutadores de fluxo seremcompostos de um Material Magnetostritivo Gigante (GMM) ematerial Piezelétrico (PZT).

4. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de:o imã formar uma primeira trajetória com uma extremidadenorte λΝ' e uma extremidade sul 'S' em relação opostaatravés de uma folga definindo um volume;o membro portador de fluxo formar uma segunda trajetóriacom as extremidades λΑ' e λΒ' em relação oposta atravésde uma folga compartilhando o mesmo volume; eo controlador ser operativo para ativar os comutadores defluxo de modo a:a) acoplar magneticamente N com AeS com B, entãob) acoplar magneticamente N com BeS com A, ec) repetir as etapas a) e b) em uma base seqüencial.

5. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de a trajetória portadora domaterial de fluxo magnético compreender:um bloco estacionário no volume tendo quatro lados, 1-4,com dois lados opostos interfaceados com N e S,respectivamente, e com os outros dois lados opostos sendointerfaceados com AeB, respectivamente, esendo que o controlador é operativo para:a) estabelecer uma trajetória de fluxo através dos lados- 1-2 e 3-4, entãob) estabelecer uma trajetória de fluxo através dos lados- 2-3 e 1-4, ec) repetir a) e b) em uma base seqüencial.

6. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de a trajetória portadora domaterial de fluxo magnético compreender:um bloco estacionário no volume tendo quatro lados, 1-4,com dois lados opostos interf aceados com N e S,respectivamente, e com os outros dois lados opostos sendointerf aceados com AeB, respectivamente, com dois doscomutadores sendo implementados como folgas de ar ououtro material; esendo que o controlador é operativo para:a) permitir passivamente uma trajetória de fluxo únicoatravés dos lados 1-2 e 3-4, entãob) estabelecer ativamente uma trajetória de fluxo atravésdos lados 2-3 e 1-4, ec) repetir a) e b) em uma base seqüencial.

7. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação. 4,caracterizado pelo fato de a trajetória portadora domaterial de fluxo magnético compreender um corpo compostode materiais de alta permeabilidade e baixapermeabilidade, tal que quando o corpo for girado, ofluxo a partir do imã seja seqüencialmente invertidoatravés do membro magnetizável em uma base alternada.

8. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de o corpo ser um cilindrocomposto de um material de alta permeabilidade exceto poruma seção de material de baixa permeabilidade que divideo cilindro em dois meios cilindros.

9. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de o corpo ser giradomecanicamente.

10. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o corpo ser giradoeletromecanicamente.

11. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção dacorrente elétrica induzida na bobina ser usada para operar os comutadores de fluxo.

12. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:primeiro e segundo imãs gerando fluxo magnético emdireções opostas; e uma pluralidade de comutadores de fluxo operativos parainverter o fluxo a partir dos imãs através do membroportador de fluxo em uma base alternada, induzindo dessaforma corrente elétrica no elemento eletricamentecondutivo.

13. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de:os imãs serem arranjados com seus pólos NeS invertidos;o membro portador de fluxo ser disposto entre os doisimãs; e os quatro comutadores de fluxo, SW1-SW4, serem arranjadoscom dois entre cada extremidade do membro portador defluxo e dos pólos de cada imã.

14. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de:o primeiro imã ter pólos norte e sul, Nl e SI;o segundo imã ter pólos norte e sul, N2 e S2;o membro ter duas extremidades AeB;SWl estar entre Nl e A;SW2 estar entre Ae S2;SW3 estar entre N2 e B;SW4 estar entre B e SI; eo controlador ser operativo para:a) ativar SWl e SW4, entãob) ativar SW2 e SW3, ec) repetir as etapas a) e b) em uma base alternada.

15. Gerador elétrico, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o imã ser um imã permanente.