MX2012009169A - Maquina alternativa magneticamente accionada y sistema de control de electroiman. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona una máquina alternativa magnéticamente controlada que tiene un sistema único de control de electroimán. La máquina está construida y está dispuesta para operar a partir de una fuente de energía almacenada, tal como baterías, para proporcionar tiempos de operación extendidos al controlar la energía suministrada a los electroimanes en una forma que controla la generación de calor dentro de las bobinas electromagnéticas, aumentando así la vida de la bobina. El sistema de control también es capaz de controlar la velocidad de la máquina y/o las salidas de par de torsión para hacer que la máquina sea versátil para una amplia variedad de usos. El sistema está construido y está dispuesto para ser utilizado en máquinas nuevas o pre-existentes de varias configuraciones y se puede utilizar en otras industrias o dispositivos que se benefician del uso de electroimanes.

Description

MAQUINA ALTERNATIVA MAGNETICAMENTE ACCIONADA Y SISTEMA DE CONTROL DE ELECTROIMAN CAMPO Esta invención generalmente se refiere a máquinas alternativas. Más específicamente, la invención es una máquina alternativa energizada magnéticamente y el sistema de control de electroimán adaptable para usarse en cualquier lugar donde se utilicen las máquinas de combustión interna.

ANTECEDENTES Las máquinas de combustión interna alternativas, por ejemplo máquinas de ciclo de Otto y Diesel son un factor mayor solo en cada aspecto de la vida aquí y en el exterior. Las máquinas de combustión interna alternativas facilitan nuestra forma de vida al proporcionarnos transporte, productos de consumidor, seguridad y asistencia médica, y generación de energía por nombrar solo algunos. Sin embargo, las máquinas de combustión interna alternativas sufren de desventajas, muchas de las cuales ya no serían aceptables si existiera una alternativa para el uso de estas máquinas. Requiere de combustible fósil, y sufren de muchas ineficiencias que causan que generen calor, ruido, vibración y productos secundarios tóxicos; todos de los cuales se toleran únicamente debido a que no tenemos alternativas económicamente adecuadas. Con la disminución en el suministro de combustibles fósiles y el aumento en gases atmosféricos dañinos, los gobiernos tienen un interés renovado en encontrar alternativas a la combustión interna.

Por ejemplo, algunas de las características de desperdicio de energía de máquinas de combustión interna incluyen fricción, combustión ineficiente, pérdida de calor desde la cámara de combustión, arrastre aerodinámico de aire que se mueve a través de la máquina, energía utilizada por equipo auxiliar como bombas de aceite y agua, y tiempo de válvula imperfecto. Otro problema que afecta las eficiencias de estas máquinas es que deben diseñarse para reducir emisiones que requieren compromisos en diseño. Como un resultado, la máquina promedio es aproximadamente 35% eficiente y debe mantenerse inactiva en los semáforos, desperdiciando un 17% adicional de la energía, lo que resulta en una eficiencia global del 18%. Esto significa que a proximadamente 82% de la energía que ponemos en nuestros vehículos en la forma de combustibles fósiles se desperdicia saliendo de la máquina en la forma de productos secundarios no útiles.

Se han hecho intentos al eliminar la necesidad de combustibles fósiles en máquinas alternativas durante décadas. Se han sugerido varios tipos de combustibles alternativos y configuraciones de máquina, algunos con más éxito que otros, pero en general la mayoría se ha encontrado con éxito muy limitado. Una de tales alternativas es bio-combustibles. Los bio-combustibles pueden derivarse de materiales de planta tales como maíz o caña de azúcar. Sin embargo, estos combustibles requieren tierra agrícola, tractores para plantar y cosechar, y destilerías para convertir la biomasa en combustible. Los bio-combustibles derivados de algas, basura, o desperdicio agrícola u otras fuentes podrían ayudar debido a que no requieren del uso de tierra agrícola pero parece siempre estar años adelantados de desarrollo comercial a gran escala. Incluso si se desarrollaron estos combustibles en una escala adecuada de uso, no existe un sistema adecuado para distribuir el combustible al público general. El sistema de distribución requeriría más años para desarrollo. Por lo tanto, la mayoría de los científicos están de acuerdo que si realmente desean desarrollar biomasa en energía, debemos convertirla en electricidad y no en combustible automotriz.

Otra categoría de diseños alternativos yace en electricidad y/o imanes para causar la reciprocidad de o movimiento de un pistón(es). Por ejemplo, la patente de E.U.A. No. 2,296,554 emitida para A.K. Hinchman. La invención de Hinchman se refiere a una máquina eléctrica de pistón de auto-cronometraje que describe un cilindro que incluye bobinas electromagnéticas primarias y secundarias que actúan en el pistón para causar que corresponda. Las bobinas se energizan en periodos apropiados por cronómetros de relé controlados o accionados por los movimientos del pistón.

La Patente de E.U.A. No. 3,939,367 emitida para Ramírez describe unidad mecánica accionada por imán y electroimán permanente que puede asegurarse a un ensamble de bloque para accionar al menos un pistón barra de conexión y el eje de transmisión que forma una parte del ensamble para obtener energía giratoria.

La Patente de E.U.A. No. 4,317,058 emitida para Blalock, describe una máquina alternativa electromagnética. La máquina electromagnética reemplaza los cilindros con material no ferromagnético y los pistones se reemplazan con imanes permanentes. Las cabezas de cilindro se reemplazan con electroimanes.

Una desventaja asociada con toda la técnica previa conocida se refiere a la operación de los electroimanes. Para hacer una máquina adecuada para usarse en las aplicaciones tales como un automóvil requiere electroimanes muy grandes. Los electroimanes grandes requieren un suministro de amperaje alto y/o electricidad de voltaje que debe encenderse y apagarse rápidamente para simular el encendido de pistones en una máquina alternativa. Esto ocasiona varios problemas, tales como arqueado entre los contactos, y resulta en falla prematura. Además, los electroimanes que operan en cargas de corriente altas durante periodos de tiempo extendidos generan una cantidad de calor considerable. El aumento en calor reduce significativamente eficiencia y frecuentemente resulta en falla de la bobina electromagnética. Además, los campos electromagnéticos generados por los electroimanes frecuentemente ocasionan problemas tales como interrupción de avalancha de cascada, en EMF inducido, picos y sujetadores de voltaje en otros sistemas de máquina, tal como el sistema de cronometraje.

De esa forma lo que se necesita en la técnica es una máquina alternativa magnéticamente operada tiene un sistema de control que atiende los problemas asociados con la técnica previa. La máquina magnéticamente operada debe ser confiable y económica de producir. La máquina magnéticamente operada debe construirse y disponerse para operar a partir de energía de batería. La máquina magnéticamente operada debe incluir un sistema de control que proporciona tiempos de operación extendidos al controlar la energía suministrada a los electroimanes en una forma que controla generación de calor para vida de bobina confiable y operación eficiente. El sistema utilizado para controlar la operación de los electroimanes también debe ser capaz de controlar velocidades de máquina y/o salidas de par de torsión. El sistema de control debe reducir o eliminar los problemas frecuentemente asociados con grandes campos magnéticos sin comprometer el desempeño de la máquina.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención proporciona una máquina alternativa magnéticamente controlada que tiene un sistema de control de electroimán para operación y control de la máquina. La máquina está construida y dispuesta para operar a partir fuentes de energía almacenada, tales como baterías, para proporcionar tiempos de operación extendidos al controlar la energía suministrada a los electroimanes en una forma que regula generación de calor dentro de las bobinas electromagnéticas sin sacrificar flujo magnético. El sistema de control también es capaz de controlar velocidad de máquina y/o salidas de par de torsión para hacer la máquina versátil para una gran variedad de aplicaciones. El sistema de control electromagnético y los componentes magnéticos se construyen y disponen para utilización en máquinas nuevas o pre-existentes y pueden utilizarse en otras industrias o dispositivos que se benefician del uso de electroimanes.

En general, una máquina tipo alternativa de combustión interna se utiliza al remover las cabezas de cilindro y al reemplazarlas con bobinas electromagnéticas. El pistón(es) se modifica para retener al menos uno y más, preferiblemente una pluralidad, de imanes permanentes. El sistema de cronometraje estándar también se remueve y se reemplaza con un sistema de fibra óptica que se comunica con un mecanismo de conmutación DC de alto voltaje para controlar el flujo de energía a los electroimanes en una forma que aisla el sistema de cronometraje de los impulsos magnéticos generados por la máquina. En una modalidad preferida, se suministra energía a los electroimanes a través de una serie de pulsos eléctricos que varían en duración para minimizar consumo de energía y maximiza el flujo magnético desarrollado por los electroimanes. Los pulsos de energía facilitan el suministro de diferentes pulsos eléctricos, de esa forma el flujo magnético, basado en ángulo de cigüeñal para maximizar suministro de torsión proporcionado por la máquina. El sistema de enfriamiento, si está presente, también puede removerse, así como el sistema de suministro de combustible.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar una máquina de pistón alternativa magnéticamente operada.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema de control para electroimanes que sea particularmente adecuado para máquinas de pistón alternativas.

Es incluso otro objeto de la presente invención proporcionar una máquina magnéticamente operada que utiliza una combinación de imanes permanentes y electroimanes.

Es incluso otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema de control de electroimán que controla la acumulación de calor dentro de los electroimanes.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un sistema de control de electroimán que proporcione al menos una señal eléctrica pulsada para a cada electroimán durante cada ventana de encendido.

Es incluso un objeto adicional de la presente invención proporcionar un sistema de control de electroimán que proporcione dos diferentes señales pulsadas a cada electroimán durante cada ventana de encendido.

Es incluso un objeto adicional de la presente invención proporcionar un sistema de control de electroimán que proporcione energía eléctrica pulsada de forma variada a electroimanes basándose en el ángulo de cigüeñal para maximizar el par de torsión producido por la máquina.

Es incluso un objeto adicional de la presente invención proporcionar una construcción de electroimán que tenga un material de núcleo único.

Otros objetos y ventajas de esta invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción tomada en conjunto con cualquiera de los dibujos anexos en donde se describen, a manera de ilustración y ejemplo, ciertas modalidades de esta invención. Cualquiera de los dibujos aquí contenidos constituye una parte de esta especificación e incluye modalidades ilustrativas de la presente invención e ¡lustran varios objetos y características de la misma.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista superior parcialmente en sección que ilustra una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista en perspectiva superior parcialmente en sección que ilustra un ensamble de pistón de la presente invención ; La Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra una modalidad de un ensamble de bobina de la presente invención; La Figura 4 es un esquema eléctrico de una modalidad de la presente invención; La Figura 5 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 6 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 7 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 8 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 9 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 10 es una vista parcial del esquema ilustrado en la Figura 4; La Figura 11 es un esquema eléctrico de un circuito de control de energía de una modalidad de la presente invención; La Figura 12 ilustra una modalidad del suministro de energía a las bobinas electromagnéticas cuando se utiliza el circuito de control de energía de la Figura 11.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Aunque la presente invención es susceptible de la modalidad en varias formas, se muestra en los dibujos y se describirá aquí en lo sucesivo una modalidad actualmente preferida, no obstante no limitante, con el entendimiento de que la presente descripción se va a considerar una ejemplificación de la presente invención y no pretende limitar la invención a las modalidades especificas ilustradas.

Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, se ilustra una máquina alternativa 10 magnéticamente operada. La máquina alternativa 10 magnéticamente operada incluye al menos un pistón 12 construido y dispuesto para corresponder a lo largo de una trayectoria substancialmente lineal ilustrada aquí como un cilindro 14. El pistón 12 incluye al menos uno, y preferiblemente una pluralidad de imanes permanentes 16 asegurados a éste. Los imanes están preferiblemente asegurados a una superficie superior del pistón 12 a través de un manguito no metálico 38. El manguito puede asegurarse a la superficie superior del pistón con sujetadores 40, y un miembro de correa 42 puede extenderse sobre los imanes para asegurar adicionalmente la posición de los imanes. El pistón 12 está asegurado sobre un eje a una barra de conexión 18 que está giratoriamente conectada a un cigüeñal 20 para convertir el movimiento alternativo del pistón en movimiento giratorio en el cigüeñal. Un ensamble de electroimán 22 se asegura más allá del extremo de la carrera de pistón 12 en una posición para reaccionar con los imanes de pistón permanentes 16 cuando se energizan en una forma controlada. Se utiliza un sistema de cronometraje/encendido para para verificar la rotación del cigüeñal para hacer que el ensamble de electroimán 22 genere un campo magnético en respuesta a la posición de cigüeñal. El ensamble de electroimán 22 y los imanes permanentes 16 están preferiblemente configurados para que una se cree una fuerza de impulso e ntre los bancos de bobina y los pistones. En una modalidad alternativa un banco puede empujarse electromagnéticamente mientras el banco opuesto está jalando e lectromagnéticamente. Se debe observar q ue aunque se ilustra una máquina horizontalmente opuesta, la presente invención puede utilizarse en cualquier configuración de máquina alternativa conocida en la técnica sin apartarse del alcance de la invención. Tales configuraciones de máquina incluyen, pero no están limitadas a, configuraciones V, configuraciones W, configuraciones en línea, configuraciones radiales y similares.

Haciendo referencia a la Figura 3, se ilustra una vista de sección parcial de una bobina electromagnética 22. La bobina incluye una bobina central 24 que tiene un par de tapas de extremo 34, 36; todas construidas de un material ferromagnético adecuado para crear un campo magnético. Las tapas de extremo 34, 36 generalmente proporcionan una barrera para prevenir movimiento de la bobina de alambre con respecto al núcleo durante operación. En una modalidad muy preferida, el núcleo está construido de un metal con alta permeabilidad magnética y baja coercividad y magnetoestricción que resulta en baja pérdida de histéresis. En una modalidad muy preferida, el material de núcleo es una aleación de níquel-hierro (aproximadamente 80% de níquel, 15 % de hierro más cobre, silicón y molibdeno). El material de núcleo debe templarse en un campo magnético que tiene una atmosfera de hidrogeno. El templado altera la estructura de cristal del material, alineando los granos y removiendo algunas impurezas, especialmente carbono que obstruye el movimiento libre de los límites de grano magnético. Un material de núcleo adecuado puede comprarse bajo el nombre de MU-SHIELD disponible de MuShield Company Inc. de Londonderry, NH. Enrollada alrededor del núcleo está una capa de barrera 26 de asilamiento de DuPont KAPTON. Una pluralidad de envolturas de cable 28 se extiende alrededor del núcleo 24 para crear el campo eléctrico. En una modalidad no limitante preferida se proporcionan aproximadamente 250 envolturas de cable de cobre calibre 8 envuelto en aislamiento de cinta KAPTON 28. Los extremos distales 30 y 32 del cable de bobina se extienden hacia afuera desde la bobina para fijación a los sistemas de cronometraje/encendido. Se debe observar que proporcionar más envolturas de cable proporcionará un campo magnético mayor cuando se energiza y menos envolturas proporcionarán un campo magnético menor como se conoce en la técnica.

Haciendo referencia a las Figuras 4-10, se ¡lustra un diagrama de cableado que muestra una modalidad del sistema de cronometraje/encendido 100. El sistema de cronometraje/encendido generalmente incluye un módulo de suministro de energía de bajo voltaje 102, un módulo de suministro de alto voltaje 104, un módulo de cronometraje 1 06, y un módulo de encendido 108. El módulo de suministro de energía de bajo voltaje 102 está compuesto de un inversor de energía 110 y una pluralidad de suministros de energía 112, 114, 116, 118 que tienen varios voltajes de salida para operación de los componentes electrónicos que forman los módulos de cronometraje y de encendido 106, 108 respectivamente. El inversor de energía 110 preferiblemente convierte un suministro de energía 12V DC 120 a 120V AC 122, filtrar y acondicionar la energía de 12V DC para tener una forma de onda de seno. La energía convertida 122 preferiblemente se suministra para cuatro suministros de energía: un primero 112 y un segundo 114 que convierte la energía 120V AC 122 a 15V DC 124, un tercero 116 que convierte la energía 120V AC a 12V DC 126, y un cuarto 118 que convierte la energía 120V AC a 5V DC 128. Debido a que el alto flujo de pulso magnético al que está sometido el sistema de cronometraje/encendido puede interferir con funciones de señalización y detección, el inversor 110 y suministros de energía 112-118 filtran redundantemente y acondicionan la energía para suministro a los otros componentes electrónicos. Esta construcción reduce ampliamente la posibilidad de anomalías de pico transitorio que podrían causar encendidos prematuros, cronometraje distorsionado, sobre corrientes, sobre voltaje o incluso interrupciones de avalancha que podrían causar que los componentes electrónicos fallen.

El sistema de alto voltaje (HVDC) 104 preferiblemente es una pluralidad de baterías 130 y capacitores 132. En una modalidad muy preferida la disposición de batería 130 comprende 10 baterías 12V DC 134 enganchadas en serie para proporcionar un total de energía 120V DC 136 a las bobinas electromagnéticas. La disposición de capacitores 132 preferiblemente comprende aproximadamente 12 capacitores 138 de 10,000 picofaradio. Los capacitores generalmente están construidos y dispuestos para nivelar la extracción en las baterías para proporcionar tiempos de operación extendidos, reducir acumulación de calor en las baterías 134 y proporcionar una señal de energía más nivelada a las bobinas. La polaridad positiva de la disposición de batería 140 se conecta a lado de línea de un polo individual a través del cual el interruptor actúa como el interruptor de energía principal 142 y puede energizar o cerrar todos los componentes suministrados de 120V DC a través del sistema HVDC. Desde el sitio de carga del interruptor de energía principal 142 la polaridad positiva de 120v DC se divide en dos patas de suministro HVDC 144, 146 separadas. Una primera pata 144 se conecta al recolector 149 del primer transistor bipolar de puerta aislado (IGBT) 148 que suministra energía al banco de bobina 1 150, que incluye bobinas 1 y 4 156, 158, mientras la segunda pata 146 se conecta al recolector 151 del segundo IGBT 152 que suministra energía al banco de bobina 2 124, incluyendo bobinas 2 y 3 160, 162.

En una modalidad preferida, los primeros y segundos IGBT 148, 152 son MITSUBISHI parte no. CM1200DC 34N y cada uno está clasificado en 1700 voltios 1200 amperes. Los primeros y los segundos IGBT 148, 152 están configurados para incluir y capacidad de conmutación doble (dos canales) y operar ya sea independientemente, en conjunto, o en un patrón alterno. Cuando dos IGBT s e utilizan, el Canal 1 164, 166 respectivamente de cada IGBT proporciona conmutación independiente de los bancos de bobina 1 y 2. También se debe observar que aunque la modalidad preferida incluye dos IGBT, pueden utilizarse más o menos IGBT sin apartarse del alcance de la invención. A partir del emisor de canal 1 164 del primer IGBT 148 la energía 120v DC pasa a través de diodo de bloqueo 168; y del emisor Canal 1 166 del segundo IGBT 152 la energía 120v DC pasa a través de un diodo de bloqueo 170. Los diodos 168 y 170 preferiblemente son diodos de energía, VISHAY parte no. SDIIOOC16 B-PUK, clasificada a 1400 amperes 1600 Voltios. El diodo 168 está conectado al banco de bobina 1 150, y el diodo 170 está conectado al banco de bobina 2 154. Los diodos 168 y 170 previenen c ualquier E F causado por una falla en diodos de retorno 172 ó 174 para alcanzar los primeros o segundos IGBT.

Aún haciendo referencia a las Figuras 4-10, los componentes principales del sistema de cronometraje 106 son dos sensores infrarrojos fotoeléctricos 176, 178 con forma de U RT-610-10. Los sensores infrarrojos 176, 178 cooperan con el disco de cronometraje 181 para proporcionar cronometraje con respecto a la posición del cigüeñal 20, y de esa forma los pistones 12 para comenzar a energizar el banco de bobina 1 150 o el banco de bobina 2 154 y cuando cerrar/desenergizar el banco de bobina 1 y/o el banco de bobina 2. De esta forma los sensores infrarrojos operan para especificar la duración para operación independiente de los bancos de bobina. Una señal digital de ENCENDIDO o APAGADO de bajo voltaje con respecto a duración especifica se envía a un modulador de energía de bajo voltaje y un controlador de pulso 180, 182 respectivo. En operación, cada sensor infrarrojo fotoeléctrico 176, 178 percibe rotación del cronometraje 181 que señala el modulador de energía respectivo y el controlador de pulso 180, 182 cuando enviar energía a un IGBT 148, 152 respectivo para energizar un banco de bobina 150, 154 respectivo. La señal es preferiblemente una señal 12v DC de una duración especifica a través de un cable blindado EMF al opto-acoplador 184, 186 de desviación verdadera (TB) respectivo. En una modalidad muy preferida, un RT-610-10, un Modulador de Energía y un Co¾ntrolador de Pulso y un opto-acoplador se proporcionan para cada banco de cilindros. Proporcionar moduladores de ancho de pulso (PWM) independientes a grupos opto-acoplador TB para cada banco de bobina aisla posibilidad de fallas de cascada y aumenta opciones para configuraciones de función de los bancos de bobina. Cada modulador de energía de bajo voltaje y controlador de pulso 180, 182 respectivo funciona para interconectar el sistema de cronometraje/encendido 106 con los IGBT ópticamente ínterconectados de fibra 148, 152. El modulador de energía y los controladores de pulso 180, 182 también convierten la señal digital de encendido/apagado estable recibida desde el módulo de cronometraje/encendido 106 a una señal que puede variar manualmente en ciclo de trabajo dentro del marco/duración de tiempo de señal enviado. El propósito es reducir calor producido por el alto voltaje DC/suministro de amperaje 104 a los componentes de conmutación IGBT y las bobinas de electroimán en su banco de bobina respectivo, para ser capaz de variar manualmente las revoluciones por minuto (RPM) del motor 10 al reducir el voltaje efectivo suministrado a las bobinas electromagnéticas 22 en su banco de bobina respectivo y para llevar eficiencia a la recolección de E F de regreso. Esto se realiza a través de un Modulador de Ancho de Pulso dentro del modulador de energía y controladores de pulso. En operación, cuando el componente de opto-acoplador TB 184, 186 recibe la señal digital de ENCENDIDO 12v DC protegida del sensor infrarrojo fotoeléctrico 176, 178 con forma de U RT-610-10 cierra un interruptor de opto-aislamiento 188, 190. Esta acción permite una señal 5v DC modulada.de ancho de pulso que se refleja en la duración de la señal enviada por el sensor infrarrojo 176, 178 fotoeléctrico RT-610-10 que está eléctricamente aislado del RT-610-10 en el sistema de cronometraje/encendido. El opto-aislamiento se utiliza para proteger una parte del sistema de otra, previniendo problemas causados por interrupción de avalanchas y cascada, EMF inducido, picos, y sujetadores d e voltaje. La señal 5 v DC de ancho de pulso energiza un transmisor de fibra óptica 192, 194 en el opto-acoplador TB, que convierte la señal de una señal eléctrica modulada de ancho pulsado a una señal de luz láser modulado de ancho pulsado. La señal digital de ENCENDIDO o APAGADO de luz láser modulada de ancho pulsado se envía a través de un cable de fibra óptica 196, 198 al controlador IGBT ópticamente interconectado por fibra 200, 202 que a su vez abrirá o cerrará el IGBT que controla la energía DC de alto voltaje. Se debe apreciar que debido a que las fibras ópticas son inmunes al ambiente de alto flujo magnético, convirtiendo la señal eléctrica pulsada a una señal pulsada láser mantiene atenuación muy baja y alta integridad de la señal para mantener la integridad de la señal para eliminar la necesidad de protección EMF y dar mayor latitud al rango de ancho de pulso que puede utilizarse. De esa forma, puede emplearse pulsación superior, permitiendo opciones de diseño de sistema con respecto EMF de regreso que es excluye por controladores IGBT por cable estándares.

Haciendo referencia al sistema de encendido 108, el controlador IGBT ópticamente interconectado fibra está construido y dispuesto para controlar la abertura y el cierre de las puertas IGBT, encendiendo o apagando de esa forma la energía HVDC a los bancos de bobina. La energía suministrada al controlador IGBT 200, 202 es una a 15v DC 0.5 amperes filtrada y condicionada a través de cables de par torcidos de protección 124 que se extienden desde los suministros de energía 112, 114. El controlador IGBT 200, 202 también está construido y dispuesto para incluir características que pueden incorporarse como controladores/sensores IC de salida de energía de torsión que permiten el cambio de un sistema de empuje-empuje entre los electroimanes y los imanes permanentes a un sistema que empuja un banco de bobina mientras la otra bobina jala (atrae) agregando de esa forma más par de t orsión a la carrera de energía. El cambio de un modo de empuje-empuje a un modo empuje-tracción puede realizarse al momento.

La conmutación DC de alto voltaje se realiza por dos transistores bipolares de puerta aislados de alto amperaje (IGBT) de alto voltaje 148, 152 que son preferiblemente HVIGBT MODULES MITSUBISHI parte no. CM1200DC 34N, cada uno clasificado en 1700 voltios 1200 amperes. Cada IGBT se controla por un tablero controlador 200, 202 que es una fibra ópticamente interconectada a un componente opto-acoplador TB 184, 186 respectivo localizado en el modulador de energía de bajo voltaje y el controlador de pulso. Cada IGBT abre energía a un banco de bobina o cilindro respectivo independientemente de otros IGBT que se utilizan. Cada banco de bobina electromagnética 150, 154 preferiblemente incluye un diodo de regreso 204, 206 a través de su conexión positiva o negativa. Se ha encontrado que VISHAY parte no. SDI500030L B-PUK se clasifica en diodos 1600A 3000V, y es adecuado para eliminar regreso. El regreso es el pico de voltaje repentino visto a través de la carga inductiva presentada por los bancos de bobina cuando su voltaje de suministro cambia abruptamente por la frecuencia pulsante y de conmutación de sistemas. De cada banco de bobina el DC de alto voltaje continua a través de otro diodo de aislamiento 208, 210, preferiblemente VISHAY parte no. SDI500030L B-PUK de 1600A 3000V. Los diodos aislantes 208, 210 se van a considerar componentes de legado; su función primaria es aislar los bancos de bobina magnética entre sí. Los diodos de aislamiento 208, 210 se conectan a un conductor común de cobre 212 que se conecta a la terminal negativa de la disposición de batería de suministro de energía DC 120V de alto voltaje.

Haciendo referencia a las Figuras 11 y 12, se ilustra una construcción de opto-aislante alternativa. En esta modalidad se incluye un circuito de cronómetro 222 y un potenciómetro 224. Con esta disposición, la ventana de encendido de los IGBT puede dividirse en más de una señal de pulso para permitir el control adicional sobre los electroimanes y el suministro de energía como se ilustra en la Figura 12. Esta configuración permite un impulso eléctrico inicial 226 seguido por un segundo pulso eléctrico 228. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que esta construcción permite el ciclo de trabajo de los electroimanes para adaptarse a una aplicación particular. Esta construcción también permite que el ciclo de trabajo de los electroimanes se altere basándose en las entradas de los sensores, tales como sensores de par de torsión, para reducir consumo de energía basándose en carga de máquina. Otras ventajas incluyen control sobre el par de torsión pico producido durante la ventana de encendido que p uede incluir un ciclo de trabajo inferior durante la primera porción de la ventana de encendido y un ciclo de trabajo superior durante la segunda porción de la ventana de encendido.

Se debe observar que aunque no se ilustra, los medios de generación de energía bien conocidos en la técnica pueden utilizarse para mantener el suministro de energía en las baterías. Tal medio de generación de energía puede incluir, pero no debe limitarse a, alternadores, generadores, imanes, interrupción dinámica, y similares. Los medios de generación de energía pueden operarse directamente desde la máquina mediante banda, árbol, engranajes, acoplamiento directo, unidad de fluido, etc. Alternativamente, los medios de generación de energía pueden estar indirectamente acoplados a la máquina tal como a través de interrupción dinámica, generadores de rueda, y máquinas d e combustión interna o externa auxiliares tal como en un híbrido. También se debe observar que la máquina de la presente invención puede operarse desde una red de energía convencional en un establecimiento estático eliminando consecuentemente la necesidad de las baterías.

Todas las patentes y publicaciones mencionadas en esta especificación son indicativas de los niveles de aquellos expertos a los que pertenece la invención. Todas las patentes y publicaciones se incorporan aquí por referencia al mismo alcance como si cada publicación individual se indicara específica e individualmente para incorporarse por referencia.

Se debe entender que aunque se ilustra cierta forma de la invención, no va a estar limitada la forma o la disposición específica aquí descrita y mostrada. Será evidente para aquellos expertos en la técnica que pueden hacer varios cambios sin apartarse del alcance de la invención y la invención no se va a considerar limitada a lo que se muestra y describe en la especificación y cualquier dibujo/figura aquí incluida.

Un experto en la técnica apreciará fácilmente que la presente invención está bien adaptada para llevar a cabo los objetos y obtener los fines y ventajas mencionadas, así como aquellos inherentes ahí. Las modalidades, métodos, procedimientos y técnicas aquí descritas son actualmente representativos de las modalidades preferidas, pretenden ser ilustrativos y no se pretenden como limitaciones en el alcance. Cambios ahí y otros usos se les ocurrirán a aquellos expertos en la técnica que están abarcados dentro del espíritu de la invención y se definen por el alcance de las reivindicaciones anexas. Aunque la invención ha sido descrita en conexión con modalidades preferidas específicas, se debe entender que la invención como se reclama no debe estar indebidamente limitada a tales modalidades especificas. De hecho, varias modificaciones de los modos descritos para llevar a cabo la invención que son obvias para aquellos expertos en la técnica pretenden estar dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1.- Una máquina alternativa magnéticamente operada que comprende: al menos un pistón construido y dispuesto para corresponder a lo largo de una trayectoria substancialmente lineal, dicho al menos un pistón incluyendo al menos un imán permanente asegurado a éste; un cigüeñal que tiene al menos un recorrido desviado para convertir el movimiento alternativo de dicho al menos un pistón en movimiento giratorio; una barra de conexión que tiene un primer extremo asegurado sobre un eje a dicho al menos un pistón y un segundo extremo conectado giratoriamente a dicho al menos un recorrido desviado de dicho cigüeñal; al menos un ensamble de electroimán asegurado a dicha máquina en una posición para reaccionar con dicho al menos un imán permanente cuando se energiza; un suministro de energía de bajo voltaje para suministrar energía de bajo voltaje a componentes electrónicos; un suministro de energía de corriente directa de alto voltaje; un sistema de cronometraje/encendido que incluye un módulo de cronometraje y un módulo de encendido, dicho módulo de cronometraje construido y dispuesto para utilizar dicho suministro de energía de bajo voltaje para verificar la rotación del cigüeñal, dicho módulo de cronometraje enviando una señal de bajo voltaje pulsada a dicho módulo de encendido para causar que una energía eléctrica de alto voltaje fluya desde dicho suministro de energía de alto voltaje a d icho al menos un ensamble de electroimán en una forma pulsada para generar un campo magnético en respuesta a dicha posición de cigüeñal que causa rotación de dicho cigüeñal.

2. - La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho módulo de encendido incluye al menos un tablero controlador ópticamente conectado a dicho módulo de cronometraje, dicho tablero controlador en comunicación eléctrica con al menos un transistor bipolar de puerta asilado, dicho transistor bipolar de puerta aislado construido y dispuesto para controlar la abertura y cierre de al menos una puerta conectando y desconectando de esa forma dicho suministro de energía de corriente directa de alto voltaje a dicho al menos un electroimán.

3. - La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicho al menos un transistor bipolar de puerta aislado incluye dos canales de conmutación que pueden ser operados ya sea independientemente en conjunto o en un patrón alterno.

4. - La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 3, en donde dicho sistema de encendido incluye al menos un diodo de regreso eléctricamente conectado a través de una conexión positiva y una negativa de dicho al menos un electroimán.

5.- La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho módulo de cronometraje incluye al menos un sensor infrarrojo fotoeléctrico, dicho al menos un sensor infrarrojo que estando construido y dispuesto para cooperar con un disco de cronometraje para proporcionar posición de rotación de dicho cigüeñal, dicho sensor fotoeléctrico genera una señal eléctrica estable para suministro a un modulador de energía y controlar de pulso.

6.- La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicho módulo de cronometraje incluye al menos un modulador de energía y un controlador de pulso en comunicación eléctrica con dicho sensor infrarrojo fotoeléctrico, dicho modulador de energía y controlador de pulso construidos y dispuestos para convertir dicha señal digital estable recibida desde dicho sensor infrarrojo fotoeléctrico a una señal que puede variar m anualmente en ciclo de trabajo dentro del marco de tiempo/duración de señal enviado.

7. - La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha trayectoria substancialmente lineal es un cilindro.

8. - La máquina alternativa magnéticamente operada de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho pistón incluye una pluralidad de imanes asegurados a éste, dichos imanes dispuestos para complementarse entre sí para crear un flujo magnético mayor que cada imán individual.

9.- Un sistema de cronometraje/encendido p ara la operación de un electroimán que comprende: un suministro de energía de bajo voltaje, dicho suministro de energía de bajo voltaje compuesto de un inversor de energía y uno o más suministros de energía, dichos suministros de energía teniendo al menos un voltaje de salida para la operación de componentes electrónicos que comprende un módulo de cronometraje y un módulo de encendido; un suministro de energía de corriente directa de alto voltaje incluye una pluralidad de baterías enganchadas en serie; un módulo de cronometraje construido y dispuesto para verificar el movimiento de un componente de maquinaria con respecto a otro componente de maquinaria por lo cual dicho módulo de cronometraje genera una señal de luz pulsada en respuesta a dicho movimiento, dicha señal de luz pulsada siendo transferida a un módulo de encendido; un módulo de encendido en comunicación óptica con dicho módulo de cronometraje, dicho módulo de encendido construido y dispuesto para recibir dicha señal de luz pulsada desde dicho módulo de cronometraje, dicho módulo de encendido construido y dispuesto para conectar dicho suministro de energía de corriente directa de alto voltaje a un electroimán en una forma pulsada que refleja dicha señal pulsada recibida desde dicho módulo de cronometraje.

10.- El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho módulo de cronometraje genera más de un pulso de luz predeterminado en respuesta a dicho movimiento entre dichos componentes de maquinaria para suministro a dicho sistema de encendido.

11. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho suministro de energía de alto voltaje incluye aproximadamente 10 baterías de 12 voltios fijadas juntas en serie para proporcionar un total de energía de corriente directa de 120 voltios.

12. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dicho suministro de energía de alto voltaje incluye una pluralidad de capacitores conectados entre dichas baterías y una bobina electromagnética para nivelar la extracción eléctrica de las baterías y proporcionar una señal de energía más nivelada a dicha bobina electromagnética.

13. - El sistem.a de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho sistema de encendido incluye al menos un tablero controlador ópticamente conectado a dicho módulo de cronometraje, dicho tablero controlador en comunicación eléctrica con al menos un transistor bipolar de puerta aislado, dicho transistor bipolar de puerta aislad construido y dispuesto para controlar la abertura y el cierre de al menos una puerta conectando y desconectando de esa forma dicho suministro de energía de corriente directa de alto voltaje a dicho al menos un electroimán.

14. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 13, en donde dicho al menos un transistor bipolar de puerta aislado incluye dos canales de conmutación que pueden operar ya sea independientemente en conjunto o en un patrón alterno.

15. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 14, en donde dicho sistema de encendido incluye al menos un diodo de regreso eléctricamente conectado a través de una conexión positiva y una negativa de dicho al menos un electroimán.

16. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho módulo de cronometraje incluye al menos un sensor infrarrojo fotoeléctrico, dicho al menos un sensor infrarrojo estando construido y dispuesto para cooperar con un disco de cronometraje para proporcionar la posición de rotación de dicho cigüeñal, dicho sensor fotoeléctrico genera una señal eléctrica estable para suministro a un modulador de energía y controlador de pulso.

17. - El sistema de cronometraje/encendido para operación de un electroimán de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho módulo de cronometraje incluye al menos un modulador de energía y un controlador de pulso en comunicación eléctrica con dicho sensor infrarrojo fotoeléctrico, dicho modulador de energía y controlador de pulso construido y dispuesto para convertir dicha señal digital estable recibida desde dicho sensor infrarrojo fotoeléctrico a una señal que puede variar manualmente en ciclo de servicio dentro del marco de tiempo/duración de señal enviado.

18.- Una construcción de bobina electromagnética particularmente adecuada para usarse en una máquina alternativa magnéticamente operada que comprende: una bobina construida de un material ferromagnético adecuado para crear un campo magnético, la bobina tiene un núcleo construido de un material que ha sido templado en un campo magnético con una atmosfera de hidrogeno para alterar la estructura de cristal del núcleo central al alinear los granos del material para proporcionar una alta permeabilidad magnética; un cable continuo que tiene propiedades eléctricamente conductivas que se extiende alrededor de dichos núcleo múltiples veces, dicho cable continuo revestido en un material aislante, los extremos distales de dicho cable continuo extendiéndose hacia afuera para conexión a una fuente de energía.

19. - La construcción de bobina electromagnética de acuerdo con la reivindicación 18, e n donde dicho material de núcleo es una aleación de níquel-hierro.

20. - La construcción de bobina electromagnética de acuerdo con la reivindicación 19, en donde dicho material de núcleo incluye aproximadamente 80% de níquel, 15% de hierro más rastros de cobre, silicón y molibdeno.

21. - La construcción de bobina electromagnética de acuerdo con la reivindicación 18, en donde dicho núcleo incluye un par de tapas de extremo que definen dicha bobina, dichas tapas de extremo tienen un diámetro mayor que dicho núcleo por lo cual el cable continuo se enrolla entre dichas tapas de extremo para proporcionar una barrera para prevenir el movimiento de bobina de cable continúo con respecto a dicho núcleo durante la operación de dicha bobina electromagnética.

22. - La construcción de bobina electromagnética de acuerdo con la reivindicación 18, en donde dicho cable continuo se extiende alrededor de dicho núcleo aproximadamente 250 veces y es aproximadamente un cable de cobre calibre 8.