WO2013123566A1 - "mecanismo para adquirir força em um sentido a partir da força centrífuga de corpos giratórios - Google Patents

Abstract

Para se gerar força e movimento em uma direção sem se apoiar em um corpo externo, foi realizado um dispositivo para tirar força da força centrípeta, através de dois eixos giratórios com braços de livre contração para se aproximar e se distanciar do seu eixo, eixos estes rodando em sentido contrário e tendo aceleração em um dos hemisférios, com um choque magnético ou físico neste hemisfério.

Description

"Mecanismo para adquirir força em um sentido a partir da força centrífuga de corpos giratórios".

A presente invenção refere-se a um mecanismo que funciona como um motor para gerar força em um corpo a partir da força centrífuga usando para isso corpos giratórios. Tal invento funcionará como um motor e será comandado por microprocessamento. É um método para criar força em uma direção sem ter uma reação em sentido contrário.

O motor a ser apresentado usa um princípio de uso das leis da física e irá atuar como um motor de movimento, tendo a ajuda de microprocessamento, algo tão comum nos dias de hoje, para controlar a potência e a direção do movimento e da força. O mais importante no invento é o mecanismo de manipulação e uso das leis da física para conseguir tal feito.

Para conseguir isso, o presente invento se utiliza de pelo menos um motor com dois eixos giratórios. Este motor irá acelerar ou desacelerar conforme o ângulo ou posição em que o eixo se encontra. A fase de desaceleração será de remoção ou diminuição da força do motor.

O devido engenho poderá possuir um mecanismo magnético ou não. Na abordagem magnética existirá uma peça com um imã na ponta, sendo este imã natural ou artificial, que irá exercer a função de imã apenas em um determinado momento. O polo indesejável do campo magnético já estará isolado pela distância, como mostrarão as figuras. Neste modelo será desejada uma força em uma direção, sendo anulada e indesejada a força no sentido contrário, que inutilizaria o sistema. Esta seria a reação, indesejável neste sistema. Supondo que a direção da força desejada seja para cima, na direção vertical, e os ângulos de giro do motor sejam medidos pelo sistema trigonométrico geral, com o ângulo 0 na ponta direita, 90 em cima, 180 a esquerda, 270 para baixo e 360 no mesmo ponto do zero, a direção do movimento desejado seria o ponto 90 graus. Deste modo, a fase de aceleração centrípeta começaria no ponto 0 graus para o motor, podendo se estender no máximo até 180 graus e depois viria a fase de liberação de força, onde o motor ira girar pela inércia ou com menos força, já que no ângulo de 180 até 360 graus a força não é mais desejada. Como na parte de 0 a 180 graus haverá uma aceleração centrífuga e mais força, a força poderia não ter exatamente o ângulo desejado de 90 graus, sendo necessário para contornar o problema um eixo semelhante alinhado com o primeiro, funcionando da mesma forma mas girando no sentido contrário, por que a direção da força no ângulo 90 graus é desejada mas em outros ângulos não. Este sistema duplicado estará ligado a uma engrenagem inversora do sentido de giro. Adicionalmente um segundo motor com um segundo sistema equivalente pode ser desejado em algumas situações. O microprocessamento irá monitorar a direção da força e o quanto de energia será necessário em cada um dos sistemas. Estando o segundo eixo girando em sentido contrário através de uma engrenagem inversora, a força lateral será minimizada, ficando a força na direção de 90 graus, a desejada, a força resultante. O sistema ligado pela engrenagem inversora deve ter o seu braço iniciando no ângulo de 180 graus, e se mover em sentido contrário da primeira engrenagem, que começará com o braço no sentido de 0 graus.

Na abordagem magnética existirá um imã entre a região de 0 a 180 graus da circunferência chegando perto e fazendo fronteira com o imã giratório da ponta do motor. O imã fixo pode preencher todo o espaço de 0 a 180 graus ou não, e isto poderá variar de acordo com condições experimentais e com a intensidade desejada da força. Estes imãs terão poios semelhantes fazendo fronteira entre si, de modo a gerar repulsão. Esta repulsão irá fazer com que a força centrífuga gerada pelo motor seja repassada para cima, sendo o imã do braço do motor forçado para baixo, e agora, a parte mais importante do sistema. A força de repulsão do imã para baixo não será repassada ao eixo, por que este imã se ligará ao eixo através de uma peça com movimento livre, e esta peça pode se contrair sem repassar a força ao eixo do motor, o que seria a reação indesejada neste sistema. Caso existisse um eixo fixo ao invés da peça de movimento livre, a energia da repulsão seria repassada ao eixo, gerando a reação indesejada para a parte de baixo, anulando o propósito do sistema. A repulsão magnética irá servir para diminuir a força centrípeta repassando esta para cima, gerando a força na direção desejada e preparando o motor para a fase de desaceleração e inércia, que virá no ângulo de 180 até os 360 graus. Parte da força centrífuga é absorvida pela repulsão magnética, ficando a ponta da peça com o imã flutuando dentro do corpo que irá se beneficiar da força e do movimento. Neste ponto, a peça irá receber e força centrífuga de um lado e a força de repulsão magnética de outro. Esta ponta giratória do imã irá se parecer neste momento com um corpo livre dentro do corpo maior, que é o corpo que irá se beneficiar do movimento e da força gerada.

Como existem dois sistemas girando em sentido contrário, eles são feitos para se estabilizarem e desta forma eliminar as forças laterais, já que a força em comum entre os dois é aquela de sentido de 90 graus, e as forças laterais estarão em sentidos opostos, tendo esse segundo sistema semelhante uma força parecida mas não necessariamente igual a do primeiro eixo caso tenha um segundo motor ou força igual caso possua apenas uma engrenagem inversora. Pode existir uma imprecisão, como força na direção de 90,1 graus, este 01 graus não será problema dependendo o uso do sistema, mas caso seja o microprocessador estaria constantemente monitorando e diminuindo essa margem de imprecisão ou desvio e acionando um segundo motor com sistema semelhante caso seja necessário. Para uma precisão maior, mais de 2 sistemas semelhantes podem ser necessários.

Os imãs da fronteira podem ser naturais, como os baseados em neodímio ou elétricos, para aumentar ainda mais a sua força e podendo mudar de lugar e intensidade no sistema, caso seja necessário mudar a direção e intensidade da força. A fase de aceleração centrífuga e a fase inercial do sistema também poderiam mudar de lugar para criar esse sistema de freio ou uma força com outra direção ou sentido no sistema para mudar a direção do movimento. Com relação ao imã da peça livre, ele também poderá ser natural ou elétrico, ou uma combinação de ambos, e também poderá ser carregado em pontos diferentes da circunferência caso seja elétrico, para mudar a direção da força.

É importante citar que os motores em geral não possuem 100% de rendimento. Algum tipo de perda acontece em todos os motores. Com o motores de 4 tempos a combustão, por exemplo, mais de 50% da energia gasta não se transforma em trabalho útil. O conceito de motor quatro tempos é claro e inconfundível, e no entanto suas melhorias estão sendo feitas por mais de um século. Este motor também tem perdas e variações na potência desejada e no consumo de energia, gerando alguns tipos de possíveis ajustes.

Estando a peça livre dentro do braço do motor, ligado ao eixo, este braço é encarregado de não deixar a peça livre escapar. Este braço, como qualquer dispositivo mecânico, poderá se desgastar com o tempo. Uma corrente para ligar essa peça ao eixo pode ser desejada para ajudar a conter a força centrífuga para a peça não arrebentar. É importante perceber como uma corrente também deixa a peça livre correr livremente para a parte de baixo. A corrente se contrai sem armazenar energia mecânica. A corrente pode ser útil para segurar a força centrífuga, mas não é de vital importância.

Quanto ao tipo motor ou potência, esse fator poderá variar de acordo com a força pretendida. Existem os motores elétricos comuns, os motores de passo e os servomotores que podem acelerar em algum ponto. Os motores de passo são conhecidos por terem precisão para reconhecer em qual ângulo o braço do motor se encontra em determinado momento e acelerar ou não, ou até parar. Mas muitas vezes não tem tanta força, mas mesmo assim podem ser suficientes em alguns casos. São indicados para casos em que tenham que andar até um determinado ângulo e "parar". No nosso caso, o giro será constante, com uma fase de plena aceleração e outra de menos força ou inércia. Um motor elétrico comum também pode ser usado, desde que se coloque algo a mais. Essa parte a mais pode ser um ponto de contato que ligue um circuito que aumente a potência elétrica assim que o braço passar por um determinado ponto, o ponto de aceleração desejada, que a princípio é o ponto de 0 graus, ou o início da circunferência. Dentro do motor elétrico existe uma peça chamada escova, que é responsável pelo contato e pela passagem de corrente elétrica. Pode existir uma peça semelhante a essa no eixo do motor, com pontos de contato apenas para o aumento da energia elétrica no ponto de aceleração.

É importante que entre a passagem pelo ponto de aumento e potência e o real recebimento de potência e a existência da aceleração centrífuga pode existir um período de tempo mínimo, que varie conforme a própria rotação do motor. Neste caso, o ponto de contato pode ser antes do grau 0. Vários pontos de contato na circunferência inteira ou no eixo do motor podem ser estabelecidos para ativar circuitos que irão gerar o contato de aumento de potência. Caso se queira mudar a direção da força, esse ponto de contato para aceleração mudará. Igualmente, vários pontos de contato podem ser colocados para se carregar o solenóide, que é o imã artificial. Esses pontos de contato podem ter cargas elétricas que variam de acordo com a força repulsiva desejada. Quanto aos imãs elétricos de fronteira, também podem variar sua carga elétrica para variar a força de repulsão magnética. Podem existir vários imãs de fronteira elétricos(solenóides) ligados para exercer força em direções diferentes caso se queira mudar a direção da força criada pelo sistema.

A presente patente refere-se também a uma abordagem sem a presença de campo magnético para gerar a repulsão entre a ponta do braço giratório e a parte de cima. Esta abordagem envolve atrito, possivelmente barulho e desgaste maior de peças, mas é possível já que a parte de cima pode chocar-se contra uma superfície, e sendo a peça de cima do braço com movimento livre, a peça irá se deslocar para baixo sem repassar a maior parte da energia ao eixo, passando consequentemente a energia centrífuga para cima, sendo que da mesma forma existirá um hemisfério de aceleração, o de cima, com uma força centrífuga maior. A superfície de cima onde existirá o atrito pode ser apenas um afundamento da circunferência, de modo que o choque seja suave e não repentino, para minimizar o barulho e facilitar o atrito, que também será facilitado por uma roda giratória que irá girar lateralmente repassando a força para cima, já que o movimento lateral não é o que interessa, e sim a força unilateral que será enviada para cima, sendo que as forças laterais indesejadas serão anuladas pela estrutura análoga girando ao lado em sentido contrário, da mesma forma que na estrutura com repulsão magnética. Também poderá existir uma estrutura com um choque maior conforme mostrado na figura, sendo que as condições experimentais e os objetivos finais irão avaliar qual estrutura é mais adequada, sendo a abordagem com repulsão magnética a mais silenciosa e com menos desgaste de peças, mas que no entanto exige uma complexidade e um custo de fabricação maior devido a existência da parte magnética, com os imãs naturais ou artificiais, gerados através de corrente elétrica, solenóides e pontos de contato para acionamento dos imãs elétricos.

A existência de freios para parar a intensidade do movimento do motor pode ser desejada, sendo que talvez apenas o efeito da inércia e do atrito natural do eixo não sejam suficientes para que o motor gire com menos força e velocidade no hemisfério de baixo. O próprio atrito da peça de movimento livre no caso da colisão mecânica irá tirar movimento do braço do sistema, ou no caso da repulsão desta peça caso tenha campo magnético, a peça de movimento livre sendo forçada para baixo já poderá tirar movimento desse sistema. Mais precisamente, um freio no eixo do motor provavelmente deve ser colocado em algum ponto próximo de 180 graus, a ser decidido através de condições experimentais e da potência desejada.

A forma de aceleração em um dos hemisférios pode ser conseguida de mais de uma forma, sendo que análises de desempenho são desejadas neste caso. Como esse tipo de aceleração já existe hoje, não sendo novidade e portanto não sendo o objeto de requisição desta patente, iremos tratar esse tópico de forma simples, já que isso é conseguido hoje. Além dos motores elétricos, é também possível o uso de um motor a combustão com uma engrenagem que somente tenha pontos de contato no hemisfério desejado, ligado a uma engrenagem de giro constante no motor principal.

Na figura 1 temos o modelo com o lado direito e esquerdo girando em sentido contrário, para eliminação de forças laterais, sendo que a flecha número 3 indica o local de início de aceleração, a flecha número 2 indica o hemisfério onde a velocidade deve ser menor sendo que a desaceleração pode ser no fim do hemisfério superior, o número 4 mostra o braço com a peça de movimento livre presa a uma corrente que não armazena energia mecânica como um amortecedor, no caso com um imã que irá ter repulsão com o polo de cima, forçando esta peça para baixo e fazendo o imã de cima sentir repulsão e ser jogado para cima.

Na figura 2 temos o mesmo exemplo sem imã ou força magnética. No caso ele apresenta o hemisfério de aceleração com um abaixamento para choque com a peça de movimento livre, que tem uma roda que irá girar para minimizar os atritos laterais e jogar a energia mecânica para cima de uma forma mais eficiente. Da mesma forma, a peça irá se contrair. O número 5 indica a roda giratória de colisão.

Na figura 3, a diferença é que a superfície de colisão não é redonda e sim elíptica, com a flecha 3 indicando da mesma forma o local de aceleração, a flecha de número 2 o hemisfério de desaceleração e no caso do número 6, a peça irá se contrair deslizando por uma corrediça e irá se juntar ou ficar bem próxima ao eixo, sendo que com uma parte da peça encima do eixo de giro a força centrífuga para fora será bem menor, por que esta varia em função do raio de giro com a fórmula F={ M * V²)/ R , onde os parâmetros são a força gerada, a massa do corpo ligado ao braço, a velocidade de giro e o raio. De acordo com a mesma fórmula, é possível ver que se no hemisfério inferior a velocidade do giro for menor, a força também será menor, e se o braço for encolhido para dentro de modo que a massa fique encima do eixo, ou com uma parte da massa antes do eixo e outra parte da massa depois da eixo, praticamente não haverá força centrífuga, por que o braço irá praticamente fazer parte do eixo. Isso é desejado na figura 3, onde o braço se comprime e apenas uma pequena parte da massa fica para fora gerando força centrífuga, para que na hora da aceleração o braço se estique novamente.

Nesta figura 3 o centro do braço não precisa se localizar exatamente no centro da elipse, e nem esta elipse precisa ser uma elipse matemática perfeita, podendo variar o tipo de elipse de acordo com os objetivos e condições experimentais. No início da fase de aceleração a roda do braço não precisa encostar na elipse, encostando depois quando já estiver acelerado, para passar a energia.

Entre algumas variações de acordo com condições experimentais é possível citar o afundamento da circunferência para a região do choque, largura do braço, tamanho da aceleração no hemisfério de aceleração, potência da frenagem ou inércia no hemisfério de giro mais fraco e tipo de motor elétrico ou a combustão para gerar o giro, já que a potência e gasto de energia desejados podem variar.

Claims

Reivindicações

1 - Estrutura de motor com giro mais rápido em um dos

hemisférios , ou em alguma parte do sistema esférico, caracterizada por permitir choque de um braço em uma parte da circunferência e de gerar força em todo o corpo externo ligado a ele.

2 - Peça de movimento livre do braço giratório presa com corrediça ou corrente caracterizada por poder se contrair e se juntar ao eixo, ficando até mesmo com uma parte atrás do eixo, diminuindo ou acabando com a força centrípeta na medida do desejado, através de uma superfície de contato circular ou elíptica e com a distancia ao centro variável da ponta do braço.

3 - Estrutura similar caracterizada por girar em sentido oposto para minimizar ou anular as forças laterais indesejáveis, estrutura essa com engrenagem inversora ou outro motor similar ao primeiro.

4 - Estrutura magnética caracterizada por gerar repulsão na peça de movimento livre e na parte superior da esfera, na abordagem magnética.

5 - Estrutura para choque da peça de movimento livre de forma arredondada ou elíptica, caracterizada por permitir choque ao redor da circunferência, de modo que a proximidade da peça de movimento livre com o eixo varie e desta forma varie também a força centrípeta, que tem um tamanho proporcional ao raio de giro,

6 - Sistemas similares ao principal controlados por microprocessamento caracterizados por se desligarem e ligarem em momentos onde a imprecisão da direção da força é detectada, para gerar um sentido mais preciso para a força.