WO2012113043A1

WO2012113043A1 - Gerador eletromagnético

Info

Publication number: WO2012113043A1
Application number: PCT/BR2011/000055
Authority: WO
Inventors: Eliseu Assis LOPES
Original assignee: Mrp Engenharia, Tecnologia E Serviços Ltda.
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30

Abstract

É descrito um gerador magnético (1) composto por um motor magnético (2) acoplado a uma máquina elétrica (3, 3'). O motor magnético (2) compreende um rotor (10) disposto, em rotação, sobre o dito eixo (7), com forma de estrela e apresentando uma pluralidade de projeções (10'), cada uma de ditas projeções (10') compreendendo, na sua extremidade radialmente externa, de um lado, uma reentrância e, do lado oposto, um imã permanente (11). O dito rotor (10) é encerrado no interior de um estator, na forma de um cinturão (12), o dito cinturão (12) sendo fixado na carcaça (5) e apresentando a forma de uma canaleta com abertura voltada para dentro, a qual é destinada a receber uma série de imãs permanentes (13), ditos imãs (13) dispostos lado a lado e de modo a cobrir toda a superfície interna da canaleta (12). A dita máquina elétrica (3, 3') compreende meios magnéticos fixos (15; 23, 24) e meios magnéticos móveis (14, 18; 21, 22), acionados pelo eixo (7), cuja rotação relativa produz uma força eletro motriz.

Description

Gerador eletromagnético

A presente invenção refere-se ao campo dos geradores eletromagnéticos e, em particular, aos geradores de energia elétrica compostos por um motor puramente magnético apto a gerar rotação em um eixo motor, o qual é acoplado a uma máquina elétrica, do tipo destinada a transformar a energia de rotação em energia elétrica.

O estado da arte conhece, desde a década de 1970, diversos motores magnéticos baseados na interação entre dois ou mais campos magnéticos gerados por imãs permanentes. A despeito dos mesmos terem sido e ainda estarem sendo erroneamente confundidos com moto contínuos, tal não prejudica a viabilidade de soluções baseadas no princípio de funcionamento dos motores puramente magnéticos, ou seja, motores que geram movimento a partir da interação entre dois ou mais campos magnéticos, campos estes gerados por imãs permanentes.

Dentre as referências conhecidas, o documento JP 7.163.132 descreve um motor magnético composto por um estator e um rotor, ambos apresentam uma pluralidade de imãs voltados frente a frente. Devida a interação (repulsão) entre os campos gerados pelo estator e pelo rotor, um eixo central é movimentado produzindo assim um torque passível de ser convertido, por exemplo, em energia elétrica ou em movimento.

O documento JP 5.137.315 descreve um gerador similar ao supra, porém é dotado de uma estrutura dupla, sendo um rotor superior e um estator inferior. Da mesma forma, a repulsão entre os campos gerados causa a movimentação do rotor e, portanto, um torque no eixo do rotor.

O documento PI 0601904 descreve uma solução aparentemente similar as anteriores. Porém, e como se pode verificar uma discrepância entre as figuras descritas e as apresentadas, não nos é permitido compreender efetivamente a disposição dos elementos componentes deste motor magnético.

Desta forma, o escopo da presente invenção é o de superar as soluções encontradas na arte, e em particular fornecendo um gerador eletromagnético capaz de gerar energia elétrica ou torque de alta eficiência em função de um volume total reduzido.

Mais especificamente, a presente invenção compreende um conjunto motor/gerador capaz de produzir energia e torque de alto valor através da interação (atração e/ou repulsão) entre campos magnéticos permanentes.

O objeto da presente invenção será melhor compreendido à luz das figuras em anexo, trazidas a título ilustrativo e não limitativo da invenção, nas quais:

- A figura 1 é uma vista em perspectiva explodida do gerador eletromagnético, de acordo com a presente invenção;

- A figura 2 é uma vista em secção transversal através do eixo longitudinal central do gerador eletromagnético da figura 1 ;

- A figura 3 é uma vista em corte segundo a linha A-A' da figura 2, e relativa a parte do motor magnético;

- A figura 4 é uma vista ampliada em relação a vista da figura 3;

- A figura 5 é uma vista em perspectiva explodida de uma forma alternativa de realização da máquina magnética; e

- A figura 6 é uma vista em secção transversal, através do eixo longitudinal central do gerador eletromagnético, incorporando a máquina elétrica de acordo com a figura 5.

Na forma de realização ilustrada nas figuras em anexo, o gerador eletromagnético 1 , conforme a figura 1 , é basicamente composto por uma carcaça externa 5, de forma cilíndrica, cujas laterais são fechadas através de respectivas tampas 6 em forma de disco, mediante, por exemplo, parafusos. No interior da carcaça 5, e ligando o centro das respectivas tampas 6, é disposto um eixo central 7 rotatório, sustentando e mantido em posição por respectivas buchas 8 fixadas em correspondentes sedes circulares conformadas na parte interna de ambas as tampas 6.

Tal como poderá ser melhor visualizado através da figura 2, o dito eixo central 7 apresenta um diâmetro basicamente contínuo, exceção feita a uma sua projeção 9 disposta próxima a extremidade esquerda do eixo, de acordo com a vista da figura 2.

À esquerda da projeção 9 do eixo 7, é montado o conjunto do motor magnético 2, enquanto que desde a dita projeção 9, e até a extremidade direita do eixo 7 (posição relativa a vista da figura 2), é montada o conjunto da máquina elétrica 3. A despeito do motor magnético e da máquina elétrica serem montados lado a lado dentro da carcaça 5, a vista da figura 1 explodida ilustra os componentes do motor magnético explodido à esquerda da dita carcaça 5 e os componentes da máquina elétrica a direita da dita carcaça 5, a fim de facilitar a compreensão do gerador 1 , objeto da presente invenção.

No tocante especificamente ao motor magnético, este compreende basicamente um rotor 10, destinado a girar de forma solidária com o eixo 7, sendo que a sua periferia externa é composta de vários imãs 1 1 , de iguais dimensões, fixados nas laterais das pontas do rotor. Internamente a carcaça 5, no mesmo alinhamento do rotor 10, encontra-se o cinturão 12 que é fixo a carcaça 5 e que por sua vez é composto de imãs 13, de iguais dimensões, dispostos equidistantes em sua periferia interna.

Mais especificamente, e tal como pode ser observado a partir das figuras 3 e 4, o rotor 10 apresenta uma forma de estrela com projeções 10' conformadas e regularmente separadas em ângulo, cada qual em relação às demais. Assim, e na forma de realização de exemplo ilustrada na figura 1 , o rotor 10 apresenta sete projeções, cada qual distanciada por 360/7 graus em relação a projeção adjacente. Cada uma de ditas projeções 10' apresenta um formato basicamente prismático, apresentando uma reentrância em uma de suas faces radiais e um imã 1 1 na face radial oposta.

Mais especificamente, e a despeito do rotor 10 ser confeccionado em material paramagnético ou diamagnético, nas faces opostas das projeções 10' do rotor 10 são previstas as reentrâncias destinadas a "quebrar" o campo magnético gerado pela face "interna" do imã 1 1 , bem como redirecionar o campo magnético gerado pela face "externa" do dito imã 1 1 , como será melhor explicado abaixo. Ademais, os materiais paramagnéticos são, por exemplo: alumínio, magnésio, sulfato de cobre entre outros e, os materiais diamagnéticos são, por exemplo: cobre, bismuto, prata, chumbo entre outros. Os materiais paramagnéticos têm a propriedade de serem fracamente atraídos por imãs por terem elétrons desemparelhados, os quais na presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir dessa forma um imã que tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor do campo magnético em pontos aleatórios, os materiais diamagnéticos são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus imãs elementares orientados no sentido contrário do campo magnético aplicado, estabelecendo dessa forma um campo magnético na substância que possui sentido contrário ao campo aplicado, tornando-se desse modo fortes isolantes magnéticos.

Por sua vez, cada um dos imãs 1 1 é fixado na face radial de cada uma das projeções 10' do rotor 10, sendo que tal fixação pode ser mecânica ou através de colagem. Há de se ressaltar que o método de fixação de cada imã 11 deve respeitar as características físico-químicas destes e portanto, por exemplo, deve ser evitado o uso de métodos que empreguem temperaturas elevadas.

A fixação dos imãs 1 1 deve ser feita de modo a que as suas respectivas faces "internas" sejam de mesma polaridade, por exemplo, negativa. Em outras palavras, a face aqui definida por "interna" corresponde à face de cada imã que ficará voltada contra a projeção 10', negativa neste exemplo, enquanto que as faces externas de todos os imãs, ou seja, as faces não fixadas nas respectivas projeções 10', devem também ser todas de mesma polaridade, e neste exemplo positivas. Note-se que as faces internas e externas podem ser diversas em relação ao exemplo supra, tal não afetando a funcionalidade do motor magnético 2.

Como resultado desta disposição dos imãs 1 1 e das projeções 10' do rotor 10, obtém-se um campo eletromagnético controlado e direcionado, o qual irá interagir com o campo magnético gerado no estator ou cinturão 12. O dito cinturão 12 compreende basicamente uma estrutura em forma de anel, de secção radial em forma de canaleta com abertura para dentro (ou seja, voltada contra o rotor 10). Dentro do cinturão 12 são dispostos diversos imãs 13, como dito, lado a lado. A magnetização destes imãs 13 é tal que a sua face interna, ou seja, a face voltada contra o rotor 10 apresenta a mesma polaridade que a das faces externas de cada um dos imãs 11. Desta forma, os campos gerados pelos imãs 1 1 do rotor 10 e 13 do estator/cinturão 12 interagem na forma de repulsão.

Como resultado desta interação, o rotor 10 gira ao redor do eixo 7 em sentido horário, conforme a posição ilustrada nas figuras 3 e 4. Ademais, e de modo a maximizar o movimento induzido no rotor 10, este deve ficar perfeitamente alinhado com o estator 1 1 , ou seja, coplanar.

Por fim, o rotor 10 ainda apresenta uma série de orifícios 19, os quais são destinados a acoplar, em rotação, o dito rotor 10 com o corpo protetor 8 da máquina elétrica 3.

No tocante especificamente à máquina elétrica 3, esta compreende basicamente um núcleo magnético 1 , destinado a girar solidariamente com o eixo 7, e dois estatores 15, solidários internamente a carcaça 5. Estes estatores 15 possuem um rebaixo 16 em suas laterais com a finalidade de servir de alojamento para o enrolamento de fios de cobre (não ilustrados) que serão responsáveis pela geração de corrente elétrica.

Nas laterais do núcleo magnético 14 encontram-se de cada lado do mesmo, discos 18 fundidos ou colados nestas laterais e solidários com o eixo 7 e com o núcleo magnético 14, com o objetivo de servir de isolante magnético.

O principio do funcionamento do motor magnético será melhor entendido se utilizarmos a figura 3, que é um corte A-A' e mostra a configuração dos imas 1 1 e dos imãs 13, anteriormente descritos.

O principio do funcionamento do motor magnético se da de forma continua considerando que se tem, a cada momento, uma força (de atração ou de repulsão, conforme a disposição dos imãs 1 1 em relação aos imãs 13) que resulta em uma força rotacional constante fazendo com que o eixo 7 gire de forma continua. No inicio, conforme pode ser observado através da figura 3, os imãs 1 1 estão equidistantes e solidários a periferia externa do rotor 10 e todos encontram-se montados, nesta forma exemplificativa de realização, de modo que os mesmos tenham o seu pólo negativo para o lado externo da periferia. Também na figura 3 podemos observar que os imãs 13, que foram montados e estão solidários a periferia interna da carcaça 5, tem seus pólos montados na sequência conforme visto na figura 3. Observando a figura 3, pode-se ver que a cada instante, algum imã 1 1 estará tendo uma força de repulsão de algum imã 13 por terem mesmos pólos, e assim sucessivamente em cada imã, o que ocasionará um pequeno movimento rotatório R do rotor 10 e consequentemente do eixo 7 acoplado ao mesmo. Este processo continuo de repulsão proporciona uma rotação R constante do rotor 10 e consequentemente do eixo 7, realizando assim um motor magnético de forma continua.

Por sua vez, o funcionamento da máquina eletromagnética 3 será melhor entendido em se observando a figura 4. Nesta, pode-se perceber que o eixo 7 é solidário ao núcleo magnético 14 e que este núcleo magnético 14 é composto de campos opostos no sentido longitudinal de sua construção. Já vimos anteriormente que este eixo 7 será girado de forma continua através do gerador eletromagnético 1 (através do movimento continuo de repulsão) e com isto fará girar o núcleo magnético 14 também de forma contínua, criando assim em cada parte da periferia deste núcleo, a cada instante, criação de campos magnéticos positivos e negativos, fazendo com que haja movimentação dos elétrons e consequentemente geração de energia elétrica, que serão absorvidos pelos fios de cobre existentes no rebaixo 16 dos estatores 15.

Em uma forma alternativa de realização da invenção, e tal como ilustrado através das figuras 5 e 6, a máquina elétrica 3' compreende, da esquerda para a direita de acordo com as ditas figuras 5 e 6, um espaçador 20 disposto sobre a projeção 9 do eixo 7, o dito corpo protetor móvel 21 , um par de estatores 22, 23 e um corpo protetor fixo 24, todos estes ficando dispostos ao redor do dito eixo 7.

Mais em particular, adjacente ao rotor 10 é disposto o espaçador, o qual se posiciona sobre a projeção 9 do eixo 7. O dito espaçador 20 ainda apresenta um par de reentrâncias 25 diagonalmente opostas e destinadas a permitir a passagem dos pinos de fixação (não ilustrados) os quais vinculam a rotação do protetor móvel 21 com a rotação do dito rotor 10.

Adjacente ao espaçador 20, e parcialmente disposto sobre a projeção 9 do eixo 7, encontra-se o estator móvel 21. Dito estator móvel 21 apresenta-se na forma de uma estrutura cilíndrica centralmente vazada e apresentando uma reentrância interna 26 destinada a receber o coletor móvel 22, bem como uma segunda reentrância 27 apta a receber o periférico 28.

De forma similar, o estator fixo 24 é uma estrutura cilíndrica, e que apresenta uma reentrância interna 29 (figura 6) apta a receber o estator fixo 23. Dito estator fixo 23 apresenta uma conformação exatamente igual a do coletor 22, ou seja, na forma de um disco apresentando ranhuras circunferenciais internas destinadas a receber os enrolamentos de uma ou mais bobinas (não ilustradas).

Mais em particular, tanto o estator móvel 21 quanto o estator fixo 24 são formados por imãs apresentando polarização transversal em relação ao eixo longitudinal 7 da carcaça 5. Como o coletor móvel 21 gira em relação ao estator fixo 24, observa-se uma alternância entre as interações magnéticas devido aos mesmos. Deste modo, ora os pólos do estator móvel 21 estão em atração e ora estão em repulsão sempre com relação ao estator fixo 24.

Como resultado da alternância supra, dentro da câmara 30 (vide especificamente a figura 6), definida entre o estator móvel 21 e o estator fixo 24 e dentro da qual estão alojados os coletores móvel 22 e fixo 23, ocorre uma variação do campo magnético resultante.

Por sua vez, os ditos coletores 22 e 23, exatamente iguais um ao outro, apresentam uma série de ranhuras circunferências dentro das quais são alojados os enrolamentos de respectivas bobinas (não ilustradas). Pode ser facilmente percebido na figura 5 que a porção inferior do coletor móvel 22 apresenta uma série de ranhuras radiais destinadas a saída dos fios que compõem as bobinas. Há de se ressaltar ainda que o número de espiras, a orientação de enrolamento e o número de bobinas a serem dispostas no coletor móvel 22 e no coletor fixo 23 é uma função das características de tensão/corrente a serem obtidas através da máquina elétrica 3'. Em particular, a captação da tensão/corrente produzida pela máquina elétrica 3' é feita através das bobinas que são enroladas nas ranhuras círcunferenciais do coletor fixo 24. Assim, pelas ditas ranhuras transversais interiores do coletor fixo 24 partem os fios que conectam eletricamente as respectivas bobinas a uma saída elétrica (não visível) existente na carcaça 5 do gerador 1 , através da qual o dito gerador magnético 1 pode alimentar uma série de dispositivos elétricos.

Ainda mais, e em uma forma preferencial de realização, os ditos coletores 22, 23 são feitos de ferrite, entre outros, de modo a concentrarem o campo gerado pela interação alternada entre os campos magnéticos do estator móvel 21 e do estator fixo 24.

Assim, e diversamente do quanto verificado em uma máquina elétrica convencional (campo magnético constante e imutável gerado por imas/bobinas estáticas, dentro do qual se móvel uma bobina), neste caso a máquina elétrica 3' compreende um campo mutável em função do tempo em uma bobina fixa, disposta no coletor fixo 23, sendo que os coletores 22, 23 atuam como coletores para o campo gerado pela interação entre o estator móvel 21 e o estator fixo 24.

Como resultado da solução supra, obtém-se um alto rendimento na conversão do movimento gerado pelo motor magnético 2 através da máquina elétrica 3'.

Ademais, outros fatores contribuem com o alto rendimento e a eficiência do gerador eletromagnético 1 em tela. Inicialmente, o formato da câmara 30 definida entre o estator móvel 21 e o estator fixo 24 contribui para a concentração do campo magnético gerado.

Além disto, a previsão dos periféricos 28 (um sobre cada um dos coletores 22 e 23, auxilia na concentração do campo magnético no vão entre os ditos coletores, ou seja, exatamente dentro da câmara 30. Como sabido, por serem tais periféricos 28 constituídos de material ferro magnético, estes atuam no sentido de concentrar as linhas de campo nos próprios, bem como nos coletores 22, 23. Desta forma uma eventual dispersão do campo magnético gerado pela interação dos imãs dos estatores 21 , 24 é evitada. Desta feita garante-se que a intensidade do fluxo magnético é máxima nos coletores e, portanto, na bobina.

O campo induzido na bobina (não ilustrada) é então convertido em força eletromotriz, representando dessa forma um diferencial de potencial nos terminais de conexão da máquina elétrica 3', e portanto do gerador 1.

Por fim, também importante é a presença do espaçador 20, destinado a reduzir as eventuais influências do campo magnético produzido pelo motor magnético 2 na região da máquina elétrica 3'.

Claims

Reivindicações

1. Gerador eletromagnético (1), do tipo composto por um motor magnético (2) acoplado a uma máquina elétrica (3, 3') através de um eixo (7), o dito gerador eletromagnético (1 ) compreendendo uma carcaça externa (5), de forma cilíndrica, cujas laterais são fechadas através de respectivas tampas (6) em forma de disco, sendo que, no interior da carcaça (5), e ligando o centro das respectivas tampas (6), é disposto um eixo central (7) rotatório, sustentando e mantido em posição por respectivas buchas (8) fixadas em correspondentes sedes circulares conformadas na parte interna de ambas as tampas (6), caracterizado pelo fato de que:

- o dito motor magnético (2) compreende um rotor (10) disposto, em rotação, sobre o dito eixo (7), com forma de estrela e apresentando uma pluralidade de projeçoes (10'), cada uma de ditas projeçoes (10') compreendendo, na sua extremidade radialmente externa, de um lado, uma reentrância e, do lado oposto, um imã permanente (1 1 ), o dito rotor (10) sendo encerrado no interior de um estator, na forma de um cinturão (12), o dito cinturão (12) sendo fixado na carcaça (5) e apresentando a forma de uma canaleta com abertura voltada para dentro, a qual é destinada a receber uma série de imãs permanentes (13), ditos imãs (13) dispostos lado a lado e de modo a cobrir toda a superfície interna da canaleta (12);

- a dita máquina elétrica (3, 3') compreendendo meios magnéticos fixos (15; 23, 24) e meios magnéticos móveis (14, 18; 21 , 22), acionados pelo eixo (7), cuja rotação relativa produz uma força eletro motriz.

2. Motor magnético (2), caracterizado pelo fato de compreender um rotor (10) disposto, em rotação, sobre o dito eixo (7), com forma de estrela e apresentando uma pluralidade de projeçoes (10'), cada uma de ditas projeçoes (10') compreendendo, na sua extremidade radialmente externa, de um lado, uma reentrância e, do lado oposto, um imã permanente (1 1 ), o dito rotor (10) sendo encerrado no interior de um estator, na forma de um cinturão (12), o dito cinturão (12) sendo fixado na carcaça (5) e apresentando a forma de uma canaleta com abertura voltada para dentro, a qual é destinada a receber uma série de imãs permanentes (13), ditos imãs (13) dispostos lado a lado e de modo a cobrir toda a superfície interna da canaleta (12).

3. Motor magnético, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito rotor (10) compreende sete projeçoes (10').

4. Motor magnético, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o rotor (10) é confeccionado em material paramagnético ou diamagnético.

5. Motor magnético, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os imãs (1 1) são imãs de neodímio.

6. Maquina elétrica (3'), caracterizada pelo fato de compreender um estator móvel (21 ), cooperante em rotação com o dito eixo (7), dito estator móvel (21 ) estando disposto frente a frente com um estator fixo (24), o dito conjunto definindo uma câmara (30) no interior da qual estão dispostos os coletores (22, 23), respectivamente móvel e fixo, os quais são fixados, respectivamente, nas respectivas reentrâncias internas (26, 29) dos estatores móvel (21 ) e fixo (24), e sendo que os ditos coletores (22, 23) apresentam uma série de ranhuras circunferências dentro das quais são alojados os enrolamentos de respectivas bobinas.

7. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os ditos estatores móvel (21 ) e fixo (22) apresentam respectivas reentrâncias (27) destinadas a alojar, cada qual, um periférico (28) destinado a concentrar o campo magnético nas bobinas dos coletores (22, 23).

8. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os ditos estatores (21 , 24) são formados por imãs permanentes de magnetização transversal em relação ao eixo (7).

9. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que de compreender ainda um espaçador (20) adjacente ao estator (21 ), no lado oposto ao da reentrância interna (26) que define a câmara (30).

10. Gerador eletromagnético (1 ), caracterizado pelo fato de compreender um motor magnético, de acordo com as reivindicações de 2 a 5, mecanicamente acoplado a uma máquina elétrica, de acordo com as reivindicações de 6