BRPI0708888A2 - circuito magnético, veìculo capaz de se fixar magneticamente a um substrato magneticamente atrativo e componente de suporte - Google Patents

Abstract

CIRCUITO MAGNéTICO, VEìCULO CAPAZ DE SE FIXAR MAGNETICAMENTE A UM SUBSTRATO MAGNETICAMENTE ATRATIVO E COMPONENTE DE SUPORTE. Circuito magnético que tem (a) uma fonte de fluxo magnético que inclui um eletroimã ou um ou mais ímãs permanentes, (b) pelo menos dois corpos de extensão de pólo polarizáveis opostamente associados com a fonte de fluxo magnético, os corpos sendo disco, roda, rolo ou conformado de maneira similar com uma superficie circunferencial externa e mantidos rotativos em torno de respectivos eixos de rotação, e (c) um corpo contador que tem propriedades ferromagnéticas que é disposto para cooperar com os corpos de extensão de pólo rotativos de modo a prover um trajeto de fluxo externo para o fluxo magnético quando em contato ou proximidade magnética com a superficie circunferencial dos corpos de extensão de pólo, que se caracteriza pelo fato de que a fonte de fluxo magnético é mantida estacionária em relação aos corpos de extensão de pólo rotativos.

Description

"CIRCUITO MAGNÉTICO, VEÍCULO CAPAZ DE SE FIXARMAGNETICAMENTE A UM SUBSTRATO MAGNETICAMENTEATRATIVO E COMPONENTE DE SUPORTE"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao campo de magnetismo, emparticular ao uso de força magnética para atrair um objeto a outro enquantopermite movimento dos objetos um em relação ao outro em um estadomagneticamente fixado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Existem inúmeras situações e aplicações onde é desejável e/ounecessário segurar ou suportar um objeto em outro ou sobre outro objetoenquanto permite a liberdade de movimento translacional ou rotacional dessesobjetos um em relação ao outro.

No campo manipulação de material, por exemplo,transportadores de rolos são usados para transportar placa metálica e peçasmagnéticas a trabalhar de um local para outro. Forças de gravidade invocadaspara assegurar que as peças a trabalhar permaneçam sobre os rolos detransportador (alguns dos quais podem ser acionados e outros sendo rolosloucos) quando aquelas são transportadas, e, assim, tais sistemas detransportador, na maioria das vezes, terão trajetos de transporte de rolosestendendo-se substancialmente em um plano horizontal comum, a menos queestruturas de sustentação adicionais, dedicadas, sejam empregadas emrestringir as peças a trabalhar a partir de se elevarem de onde rolos estão aolongo de seções de trajeto inclinadas.

Em aplicações de transporte em linhas suspensas emambientes fechados, por exemplo, grandes armazéns, é conhecido instalartrilhos suspensos, nos quais são seguros carrinhos com rodas, a partir dosquais, por sua vez, podem ser suspensos estruturas de cabeçotes de guindaste,pinças de preensão e dispositivos de fixação similares. Força de gravidade éinvocada para reter as rodas de carrinho ranhuradas em engate com e no topodos trilhos suspensos e suportes laterais provêm segurança adicional contradesalojamento lateral a partir dos trilhos.

No campo da construção de altos edifícios, é conhecido provertrilhos que se estendem verticalmente, os quais provêm guiagem paraplataformas de trabalho que são suspensas para movimento vertical do topodo edifício para a execução de trabalho de manutenção, tal como limpeza dejanelas, etc. As plataformas incorporam mecanismos de pinça de preensão, osquais engatam com ajuste devido à forma sobre os trilhos, para restringirmovimento horizontal (por exemplo, vibração transversal), enquanto sãomantidos verticalmente móveis ao longo do trilho.

No campo de robótica, em particular no uso de veículoscontrolados remotamente, é conhecido incorporar em plataforma autônomaprovida com rodas, ou veículos auto-rastreados, uma multiplicidade de tiposdiferentes de ferramentas e implementos, por meio dos quais tarefasespecíficas podem ser realizadas remotamente por um operador. Por exemplo,braços de pinça de preensão podem ser estendidos a partir de tais veículospara recuperar amostras em ambientes de difícil acesso ou hostis. Enquantoque revestimento de roda e pista que melhoram a fricção pode ser usado paraaumentar a aderência do veículo à superfície a fim de permitir que o veículosuba ou desça ao longo de inclinações escalonadas, existem limites para adeclividade do trajeto de deslocamento que tal veículo pode seguramentepercorrer sem se inclinar ou deslizar de uma maneira descontrolada.

A presente invenção foi concebida levando em consideraçãoaplicações tais como aquelas listadas acima, e em particular a um ou maisambientes de aplicação onde (a) materiais ferromagnéticos requeremencaminhamento ou transporte, (b) a incorporação de ou presença deestruturas ferromagnéticas permitiria o uso de ímãs como uma fonte de forçapara segurar objetos uns nos outros em maneira deslocável, (c) forçasgravitacionais são ausentes para prover o engate com travamento devido àforça de um objeto móvel sobre um substrato de material ferromagnéticodedicado ou superfície de suporte, ou (d), na verdade, a presença de forçasgravitacionais necessitaria a construção de ou a provisão de suporteespecializado, guia ou outras estruturas ou medidas de retenção para permitirque um veículo, quer autopropulsionado quer ao contrário, se mova ao longode superfícies escalonadamente inclinadas, verticais, e até mesmo emsuspensão inclinadas ou horizontais (por exemplo, teto), que têm propriedadesferromagnéticas. Todavia, a invenção exposta abaixo e seus princípiossubjacentes encontram aplicações mais amplas, também substituindo soluçõesque atualmente não empregam força magnética para atingir o acoplamento deobjeto.

No uso de particulares ímãs permanentes para segurar objetosuns nos outros, é conhecido que a força de atração magnética é uma função dotipo e quantidade de material magnético ativo empregado, da face de trabalhodo ímã, de trajetos de ar ou de outros trajetos de fuga magnética no circuito defluxo magnético abrangendo o material magnético ativo e no corpo que estásendo submetido à força de atração magnética, das propriedades de materialferromagnético do corpo atraído (isto é, sua permeabilidade relativa e limitesde saturação magnética), e da orientação do vetor de força normal entreobjetos atraídos em relação ao vetor de força de gravidade. A força dedeslocamento requerida será então uma função da força de atração efetiva edo coeficiente de fricção definido entre as superfícies de objetos.

Em outros termos, os fatores físicos e geométricos, bem comoelementos energéticos funcionais dos circuitos magnéticos fechados (oucarregados), criados entre um primeiro objeto (por exemplo, um objetoportando um ímã permanente) e um segundo objeto (por exemplo, placaferromagnética) determinará finalmente quão fortemente os objetos sãoatraídos para um outro, e se estes objetos podem ser deslocados uns emrelação aos outros enquanto permanecem fixados uns aos outros.

Quanto mais fortemente as superfícies planares de objetos são'forçadas' para junto por uma força de atração magnética, tanto mais difícil édeslocá-las uma em relação à outra, enquanto permanecem fixadas umas àsoutras, por exercer uma força perpendicular ao vetor de força de atração, paraqualquer dado coeficiente de fricção que se aplica à conjugação de materiaisdos dois objetos. É também reconhecida que superfícies magneticamenteatrativas podem ter coeficientes de fricção muito altos, e este conhecimentoencontrou expressão em uma ampla faixa de soluções técnicas, tal comodispositivos de fixação magnéticos, ascensores magnéticos, mandrismagnéticos, etc., onde objetos ferromagnéticos devem ser firmemente seguroscontra deslocamento (assumindo condição operacional normal) em umaestrutura de suporte que incorpora materiais magnéticos ativos.

Na pesquisa para permitir que objetos magneticamenteacoplados se movam mais facilmente uns em relação aos outros, as assimchamadas rodas magnéticas foram planejadas para aplicações industriaisselecionadas, por exemplo, robôs de soldagem e inspeção autopropulsionados.

Em sua concretização mais simples, uma roda magnética podeser composta de um disco sólido de material magnético permanente, porexemplo, um ímã de neodímio-ferro-boro em forma de disco, magnetizado deforma que faces de extremidade axialmente opostas do ímã têm diferentepolaridade (aqui denominado axialmente magnetizado). Um tal disco, cada,pode ser seguro em extremidades de terminal opostas de um membro de eixonão magnetizáveis, o qual, por sua vez, pode ser montado em um chassi ouarmação de veículo, pelo que os discos podem engatar com sua superfícieperiférica sobre uma superfície de substrato magneticamente ativa e rolarsobre tal superfície em um estado magneticamente fixado; compare, porexemplo, a patente US 6.886.651 (Slocum et al.), coluna 12, linhas 44seguintes. Cada disco (ou roda) irá gerar um campo magnético de laço pelomenos parcialmente fechado estendendo-se para dentro do substrato sobre oqual ele repousa, criando uma forte força atrativa entre o disco e substrato.

Slocum também revela uma roda magnética um pouco maiselaborada, embora simples, consistindo de um elemento de núcleo magnéticoaxialmente magnetizado, em forma de disco, ensanduichado entre doismembros de disco magneticamente atrativos (feitos de aço macio, permalloyou estruturas laminadas compreendendo tais materiais magnetizáveis, mas,em contraste, magneticamente passivos) tendo um diâmetro que é algo maiorque o núcleo magnético de modo que somente os membros de disco podem,com suas superfícies periféricas, entrar em contato com a superfíciemagneticamente atrativa sobre a qual a roda deve magneticamente engatar. Osmembros de disco representam assim peças de extensão de pólo queconcentram o fluxo magnético que se origina no elemento de núcleomagnético e provêem um trajeto de baixa relutância para tal fluxo,melhorando assim a força atrativa entre cada unidade de roda e superfície desuporte magneticamente atrativa em comparação com a forma deconcretização de roda sem discos de extensão de pólo.

As rodas magnéticas de Slocum são incorporadas em carrinhosautopropulsionados que formam parte de um sistema de transporte dematerial, em que tais carrinhos podem se deslocar ao longo de superfíciesmagneticamente atrativas que podem incluir um teto, paredes verticais einclinadas.

A Patente US 5.809.099 revela um robô submarino para subirparedes, guiado a laser, para uso na inspeção de vasos de pressão de reator,robô este que inclui uma superestrutura de veículo, autopropulsionada, queincorpora quatro rodas magnéticas usadas para prover a necessária força deatração para permitir que o veículo se desloque ao longo de uma superfícieinterna ferromagnética do vaso de reator. Cada roda consiste de um ímãpermanente em forma de anel, suportado sobre um eixo de árvore nãomagnético para rotação com a mesma, dois discos de aço de diâmetroligeiramente maior que o ímã sendo magneticamente fixadas e seguras emfaces axiais opostas do ímã anular, isto é, os discos provêm peçasmagnetizadas de extensão de pólo bem como a superfície de engate periféricada unidade de roda, similar à roda de Slocum descrita acima.

A Patente US 5.853.655 descreve um carrinho guiado por rodamagnética para soldagem e corte automatizados de substratosferromagnéticos, tais como tubos, placas de aço, em que as rodas magnéticasconsistem de uma pluralidade de (por exemplo, três) ímãs em forma de anel,axialmente magnetizados, ensanduichados entre discos de aço doce em formade anel intercalados (por exemplo, cinco) de um diâmetro que é maior que odos ímãs. Os discos empilhados são montados e seguros contra rotação sobreuma luva de aço inoxidável, a qual, por sua vez, será recebida sobre um eixodo carrinho. Novamente, cada unidade de roda tem uma pluralidade de pólosN e S, cujo campo magnético se estende para dentro do substratoferromagnético, criando assim em cada roda um trajeto de fluxo magnéticofechado segurando as rodas na superfície de substrato.

Outros documentos de patente da técnica anterior são tambémconhecidos para tratar de aspetos e metodologias que buscam abordardeficiências específicas que as rodas magnéticas "básicas" podem exibir emcertos campos de aplicação.

Assim, por exemplo, a Patente US 3.690.393 (Guy) daria aimpressão de pretender abordar o problema acima mencionado, quesuperfícies magneticamente atrativas podem ter coeficientes de fricção muitoaltos, os quais, em certas aplicações, podem ser prejudiciais. Guy descreveum veículo tendo uma armação sobre a qual é montado um motor primário(por exemplo, motor elétrico) que é acoplado por meio de apropriada pormeio de engrenamento apropriado com um eixo vivo (ou de tração) no qualum par de conjuntos de roda é seguros a fim de propelir o veículo. Em umaforma de realização, um dos conjuntos de roda não acionados consiste de umapluralidade de discos magnéticos anulares polarizados axialmente seguros unsnos outros para formar uma roda de rolo cilíndrico cuja superfície (periférica)externa é revestida com uma fina camada de um material anti-fricção, nãopolarizável, tal como PTFE (politetrafluoretileno), que minimiza arraste sobreo conjunto de roda quando a armação de veículo é propelida.

Guy também descreve um conjunto de roda magnética, no qualuma concha cilíndrica não magnética encerra uma bobina eletromagnética emtorno de um elemento de núcleo interno montado sobre o eixo da roda pararotação com o mesmo. Discos de pólo magnetizáveis são arranjados nasextremidades axiais do membro de concha, e energia elétrica pode serfornecida à bobina magnética através de contatos de arraste seguros em umdos discos de pólo. Na energização da bobina eletromagnética, os discos depólo serão polarizados com polaridades opostas. Os rebordos anulares dosdiscos de pólo são novamente revestidos com um material de baixa fricção,não magnetizável, para o contato rolante com a superfície magnetizável dasuperfície de substrato sobre a qual o veículo é destinado a se deslocar.

Em contraste, a Patente US 2.694.164 (Geppelt) revela rodasmagnéticas de um tipo usado em conjunção com carrinhos de soldagem emaçarico de corte que são auto-propelidos sobre superfícies ferromagnéticas.

As unidades de roda magnética consistem de uma luva de eixo de um materialnão magnetizável recebida em um ímã permanente anular-cilíndrico que émagnetizado em sua direção axial, dois membros de roda cilindricamente emforma de taça de material de aço macio têm seus flanges anulares estendendo-se um em direção ao outro e para o engate estreito apertado com lados opostosde um disco espaçador não magnético que circunda o ímã aproximadamenteno centro de seu comprimento axial. As faces de extremidade axial do ímãcontatam novamente as faces internas respectivamente confrontantes dosmembros de roda em forma de taça, tal como para permitir a transferência defluxo magnético do ímã para as rodas em direção à sua superfície periférica, odisco espaçador servindo para assegurar que o desacoplamento magnético dasduas rodas, pelo que estas assumirão polaridades opostas de acordo com ocampo magnético gerado pelo ímã permanente da roda. Geppelt esboça que adiminuição em espessura de parede dos flanges em taça anular em direção aodisco espaçador (em comparação com a forma de realização da técnicaanterior com espessura de flange de taça uniforme) aumenta a força atrativaque pode ser exercida entre a roda magnética e o substrato no qual ela se fixa.

Em termos práticos, e à luz da descrição acima de construçõesde roda magnética da técnica anterior, um desafio técnico ainda existe emplanejar métodos e arranjos de transferência de fluxo magnético desde umímã, como uma fonte de força magnética para fixar um objeto em outro,através de uma estrutura de roda em um corpo magneticamente atrativo, parasatisfazer a capacidade de suporte de carta operacional ou exigências deretenção.

Em um aspeto mais, seria desejável prover um veículo que usaenergia magnética para segurar tal veículo sobre uma superfície de substratomagnética e no qual o mecanismo de transferência de fluxo magnéticopermitirá maior flexibilidade com respeito ao acoplamento e desacoplamentomagnéticos do veículo a partir da superfície de substrato.

Em outro aspecto mais limitado, seria desejável prover umaestrutura de suporte magnética por meio de dispositivos, dos quais um objetoferromagnético pode ser transportado entre locais em uma maneira segura eem que no final de tal operação de transporte o objeto pode ser seguramente efacilmente desengatado da estrutura de suporte.

Em outro aspecto, seria desejável prover um componente depinça de preensão magnética que pode ser atuado a fim de segurar um objetona mesma enquanto permite a liberdade de movimento do objeto a fim deconduzir usinagem ou outras operações no objeto.O termo 'ferromagnético' quando usado aqui é destinado paracobrir não somente metais e ligas, mas também materiais compósitos que,quando sujeitos a um campo magnético externo, se tornarão magnetizados esujeitos a forças a forças de magnetização.

Outros aspectos da invenção se tornarão aparentes abaixo apartir da seguinte descrição de formas de realização preferidas da mesma.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em termos amplos, a presente invenção pode ser definidacomo residindo em um circuito magnético que tem (a) uma fonte de fluxomagnético que inclui um eletroímã ou um ou mais ímãs permanentes, (b) pelomenos dois corpos de extensão de pólo polarizáveis opostamente associadoscom a fonte de fluxo magnético, os corpos sendo disco, roda, rolo ouconformado de maneira similar com uma superfície circunferencial externa emantidos rotativos em torno de eixos respectivos de rotação, e (c) um corpocontador ferromagnético que é disposto para cooperar com os corpos deextensão de pólo de modo a prover um trajeto de fluxo externo para o fluxomagnético quando em contato ou proximidade magnética com a superfíciecircunferencial dos corpos de extensão de pólo, que é caracterizado pelo fatode que a fonte de fluxo magnético é mantida estacionária em relação aoscorpos de extensão de pólo rotativos.

Em comparação com o que pode ser denominado circuitos deroda magnética 'tradicionais1, utilizadas em fixar um objeto em outro, comoaqueles descritos acima, a presente invenção fisicamente desacopla a fonte oucomponente magnético ativo (por exemplo, eletroímã, ímã permanentecomutável, ou ímã permanente convencional) a partir das peças de extensãode pólo em forma de disco, rolo, roda ou similares, em que as peças deextensão de pólo permanecem livres para girar em torno de seus respectivoseixos de rotação, mas a fonte de fluxo magnético associada permaneceestacionária, ela não gira com as peças de extensão de pólo.Preferivelmente, o desacoplamento físico será acompanhadopor meio da separação espacial da fonte de fluxo a partir das peças deextensão de pólo rotativas, por exemplo, pela manutenção de um pequenointervalo de ar entre estes componentes, ver também abaixo. O termo'pequeno' dependerá da aplicação específica e pode ser, por exemplo, 0,1 mm(ou menor) até poucos milímetros.

Vis a vis, as rodas magnéticas da técnica anterior acimadescrita, a massa associada com a fonte de fluxo magnético não é mais sujeitaà rotação com a roda, reduzindo assim os momentos de inércia na própriaestrutura de roda, com todas das vantagens concomitantes que tal massareduzida de roda trás consigo. O desacoplamento físico das rodas a partir dafonte de fluxo magnético também permite uma maior flexibilidade emprojetar ou configurar a fonte de fluxo propriamente dita.

Igualmente, onde a fonte de fluxo magnético de uma unidade de roda magnética é um eletroímã, tal como descrito na Patente US 3.690.393ou 6.886.651, o desacoplamento físico da fonte de fluxo magnético a partir derodas giratórias de acordo com a invenção simplifica o mecanismo/arranjorequerido para transferir energia elétrica para a bobina magnética, dado que aúltima permanece estacionária e não existe necessidade de escovas ou sapatasde pólo de resto requeridas para transferir eletricidade através das peças depólo (ou de outra maneira) para a armadura de bobina eletromagnéticarotativa.

Independentemente do tipo de fonte de fluxo magnéticoutilizada, a transferência de fluxo magnético da fonte para os membros deextensão de pólo rotativos será efetuada através de um espaço de trabalho' quepode ser ar ou poderia concebivelmente ser um fluido diferente limitadodentro do volume presente entre unidade de fonte de fluxo e rodas de pólo, ofluido então preferencialmente provendo um trajeto de baixa relutânciamagnética, isto é, um fluido magnetizável que tem uma relutância magnéticarelativa que é menor que a do ar.

Será também notado que, em contraste com as rodasmagnéticas da técnica anterior, cada das quais compreende pelo menos umpar de pólos N-S, a invenção pode prover formas de realização e arranjos nosquais cada membro de extensão de pólo rotativo assume somente umapolaridade, isto é, ou a polaridade S ou a N, de modo que o trajeto de fluxomagnético fechado abrangerá a transferência de fluxo de um membro deextensão de pólo através do corpo contador ferromagnético, o qual provê umtrajeto de fluxo magnético de baixa relutância, e para dentro do outro membrode extensão de pólo. Em outras palavras, dois de tais membros de extensão depólo rotativos são necessários e suficientes para um circuito de transferênciade fluxo fechado.

A seguir, para facilidade de compreensão, e a menos que eleapareça diferentemente no contexto específico, o termo 'roda' será usado paraabranger todos os tipos de corpos de extensão de pólo rotativos, tais comodiscos de aço macio unitários, rolos cilíndricos, polias e outras estruturas quegeralmente compreendem um rebordo e cubo unidos por uma estrutura deconexão radial, por exemplo, raios de roda, seção contínua de face, etc., e quesão capazes de girar em torno de um eixo geométrico estacionário (axial) eque servem para suportar um veículo ou peça a trabalhar para o movimentotranslacional ou rotacional na rotação do rebordo;

Em um aspecto mais específico, a presente invenção provê umveículo capaz de se fixar magneticamente em um substrato magneticamenteatrativo, incluindo um corpo de veículo no qual são suportados pelo menosdois membros de roda e pelo menos um ímã de dipolo, em que os membros deroda incluem material magneticamente passivo, mas polarizável, em que osmembros de roda e o(s) ímã(s) de dipolo são espacialmente localizados sobreo corpo de veículo em uma maneira em que os membros de roda provêmelementos de extensão de pólo rotativos, polarizáveis opostamente, do(s)ímã(s) de dipolo de resto estacionário(s), pelo que o apoio dos membros deroda sobre a superfície do substrato cria um circuito magnético fechadoabrangendo o ímã de dipolo, membros de roda de peça de dipolo e substrato.

Em um aspeto específico alternativo da invenção, é providauma estrutura de suporte capaz de reter magneticamente fixo a ela, em umamaneira de resto transacionalmente ou rotacionalmente deslocável, umsubstrato magneticamente atrativo, incluindo a corpo de suporte no qual sãomontados pelo menos dois membros de roda ou rolo dispostos para rotaçãoem torno de eixos respectivos, e pelo menos um ímã de dipolo montado nocorpo de suporte separado dos membros de roda ou rolo, em que os membrosde roda ou rolo incluem material magneticamente passivo, mas polarizável, esão espacialmente localizados sobre a estrutura de suporte em uma maneiraem que os membros de roda ou rolo provêm elementos de extensão de pólorotativos, polarizáveis opostamente, do ímã de dipolo de resto estacionário(s),pelo que colocar um substrato ferromagnético em contato de superfície com asuperfície periférica de ambos os membros de roda ou rolo cria um circuitomagnético fechado abrangendo os ímã(s) de dipolo, membros de roda ou rolode extensão de pólo e substrato.

Em essência, enquanto o primeiro aspecto é dirigido em proveruma implementação veicular do conceito mais amplo que é subjacente àinvenção, por exemplo, provendo formas de realização de veículoexternamente ou auto-propelidos capazes de movimento ao longo de paredesinclinadas ou verticais, por exemplo, o segundo aspecto é destinado a cobriraplicações onde as rodas ou membros de rolo juntamente com o corpo desuporte permanecem estacionários, tal como em um aparelho transportadorpara o transporte de objetos ferromagnéticos, tais como placas de aço, aolongo de uma pluralidade de membros de rolo magneticamente polarizáveisdispostos ao longo de uma pista de trajeto de transporte, ou aplicações onde ocorpo de suporte é ele próprio suportado ou montado em outro componente,por exemplo, braço robótico, para permitir desta maneira que os membros deroda de pólo engatem magneticamente novamente e segurem no mesmo umobjeto ferromagnético ou uma peça a trabalhar.

Será também apreciado que, enquanto é praticável empregarímãs permanentes convencionais (isto é, tais que sempre exibem um campomagnético externo) como a fonte de magnetização das rodas de extensão depólo, o conceito básico que é subjacente à presente invenção éparticularmente condutor em direção à implementação de realizaçõesveiculares e outras que utilizam estrutura de ímã permanente comutável, taiscomo reveladas nas Patentes US 6.707.360 e 7.012.495. Tais unidades de ímãpermanente comutável combinam as vantagens de eletroímãs e ímãspermanentes convencionais sem suas respectivas desvantagens principais,mais precisamente a necessidade de uma fonte de energia elétrica para acionarum eletroímã e a não variabilidade de saída de fluxo magnético de ímãspermanentes, isto é, um ímã permanente comutável não requer uma fonte deenergia elétrica e pode ser comutado para exibir um campo magnético externoentre forte e fraco (praticamente zero) e valores entre estes extremos. Paramais detalhes, faça referência às ditas Patentes US, cujos conteúdos são aquiincorporados a titulo de referência cruzada.

O uso de unidades magnéticas que são capazes de prover umfluxo magnético variável, tais como ditas unidades de ímã permanentecomutável e eletroímãs, provê um importante aspecto adicional da invençãoem que a variabilidade da força de atração magnética permite aplicação eformas de concretização de máquina onde uma peça ferromagnética atrabalhar pode ser seletivamente engatada por meio dos elementos deextensão de pólo rotativos, magneticamente segura nos mesmos paramanipulação espacial na ativação da fonte de fluxo magnético, e finalmenteliberado do mesmo na desativação do ímã.

Antes de retornar para os aspectos e campos de aplicaçãoadicionais da presente invenção, bem como característicos adicionais quepodem encontrar inclusão em formas de realização preferidas dos amplosconceitos inventivos acima, referência deve ser feita às figurasacompanhantes la, Ib e lc, as quais representam ilustrações altamenteesquemáticas que ajudarão na compreensão de princípios básicos que sãosubjacentes à presente invenção. Deve ser entendido que as explanaçõesabaixo se baseiam em aproximações, idealizações e simplificações dosfenômenos relativamente em parte complexos observados e presentes emcircuito magnéticos.

Retornando primeiramente para a figura la, esta ilustra o quedeve ser aqui denominado como uma unidade de roda magnética 10,consistindo de duas rodas em forma de disco 12, 14 e um ímã permanente dedipolo em forma de barra (ou cilíndrico) 16. Estes componentes representamuma unidade básica que pode ser construída, modificada e incorporada eminúmeras aplicações da invenção, como explicado abaixo.

O ímã 16 será um ímã altamente coercivo, isto é, um ímã deterra rara capaz de induzir altas densidades de fluxo magnético através dosintervalos de ar (principalmente) através de suas faces de extremidade axial16a, 16b, e gera uma força de atração (força de atração magnética) em umcorpo ferromagnético em direção às faces de extremidade axial, comoexplicado acima.

Os discos 12, 14 têm uma superfície de contato circunferencial13a e duas faces axiais 13b e 13c, e são feitos inteiramente de aço macioferromagnético.

Os discos 12, 14 são respectivamente localizados opostos auma face de extremidade axial 16a, 16b do ímã 16, mantendo um pequenointervalo de ar fixo (não ilustrado na figura 1), de forma que cada disco provêuma extensão de pólo polarizada opostamente para o respectivo pólo NeS20, 22 do ímã 16. Além disto, os discos 12, 14 são suportados em membros deeixo não ilustrados em torno de um eixo geométrico de rotação comum 18para permitir a rotação dos mesmos, isto é, os discos podem ser denominadoscomo peças de 'roda' de extensão de pólo que giram livremente, as quais deresto mantêm uma relação espacial fixa com o ímã de dipolo 16, o eixo derotação sendo paralelo ou coincidente com o eixo geométrico demagnetização N-S do dipolo.

Transferência de fluxo magnético do ímã 16 para os discos 12,14 terá lugar através dos pequenos intervalos de ar entre os ladosconfrontantes 13b dos discos e dos pólos 20, 22 do ímã 16. Os intervalos sãodestinados a minimizar perdas por fricção na interface entre o ímã 16 e aspeças de pólo 12, 14, mas poderiam ser substituídos por mancais de rolosmagnetizáveis que provêm o contato físico direto entre os discos 12, 14 e sfaces de extremidade axial do ímã e, desta maneira, melhor transferência defluxo entre ímã e discos de pólo 12, 14.

Quando a superfície de um substrato ferromagnético, porexemplo, a placa de aço 24, é colocada em contato com a superfície periférica13a de ambos os discos de pólo 12, 14 da unidade de roda magnética 10, umcircuito magnético fechado será criado, em que um enlace de fluxo magnéticofechado compreenderá um trajeto interno para o ímã 16 e os discos deextensão de pólo 14, 16, e um trajeto externo para a unidade 10 entre osdiscos de extensão de pólo 14, 16 e o substrato ferromagnético 24. Isto é, ocampo magnético externo se estende dentro do substrato 24, e isto éesquematicamente ilustrado em 26 na figura la, e todo o trajeto de fluxo deenlace fechado em 27 na figura lb.

A unidade de roda magnética 10 será atraída e permanecefortemente segura ao substrato 24, a despeito da atual área de contato físicaentre os discos 12, 14 e a placa de aço 24 ser essencialmente limitada para umuma linha que mede a soma das espessuras (isto é, larguras) do disco 12, 14.A natureza de rotação ou giro livre das rodas de disco 12, 14 permite odeslocamento translacional da unidade 10 sobre a superfície do substrato 24por meio da aplicação de uma força muito pequena, transversal à força deatração magnética, que fixa a unidade de roda 10 ao substrato 24. A exigênciade pequena força provém do coeficiente de resistência ao rolamentorelativamente baixa aplicável aos discos de aço rolando sobre um substrato deaço, que é de magnitudes menores que os coeficientes de fricção estática e acinética, aplicáveis à mesma combinação de par de materiais, mas onde asrodas de pólo 12, 14 são mantidas em um estado imobilizado com respeito aoímã 16 e à superfície sobre a qual tais rodas estáticas iriam de resto deslizar.

Pareceria contra-intuitivo o fato de que, a despeito da presençade intervalos de ar entre fonte de fluxo magnético 16 discos de pólo rotativos12, 14, e uma área de contato muito pequena entre discos de peça de pólo 12,14 e substrato 24, a unidade de roda magnética 10 irá permanecerseguramente fixada no substrato. Uma unidade de roda magnética de protótipo 10 que incorpora o princípio ilustrado na figura 1 com a fonte defluxo magnético permanente sendo um ímã de terra rara NdFeB tendo uma'área de fonte de fluxo' de 50 mm χ 40 mm (isto é, área de seção transversalda fonte de fluxo magnético normal ao eixo geométrico de polarização doímã) capaz de fornecer 1,2 Tesla de densidade de fluxo magnético, com doisdiscos de aço macio (tendo um nível de saturação de densidade de fluxomagnético de aproximadamente 2 Tesla) com uma dimensão de 25 mm delargura χ 90 mm de diâmetro e mantendo um intervalo de ar em direção aoímã permanente de aproximadamente 1 a 2 mm é capaz de fixar uma placa deaço magnética de aço de 35 mm de espessura e suportar uma cargaequivalente a uma 'força de estado inicial de arranque ' superior a 1200Newton.

Como notado, a atual zona ou área de contato físico entresubstrato 24 e discos de pólo (rotativos) 12, 14 é muito pequena (em teoria,uma linha, dado que a deformação, isto é, 'achatamento' dos discos de açomacio sob carga é desprezível).

Foi notado que na vizinhança da área de contato físico existemas chamadas 'áreas de pólo virtuais', onde transferência de fluxo perceptíveltem lugar através do ar, isto é, (a) da superfície periférica dos discos de pólode qualquer lado da zona de contato em direção à superfície de substrato e (b)de ambas as faces do disco, próximas à zona de contato e à superfície desubstrato. No presente contexto, tais intervalos de ar não representam e nãodevem ser equivocados como trajetos de fuga indesejados, ao contrário, a áreade contato magnético efetivo entre discos e substrato é ampliada, e os assimchamados pólos virtuais provêm um dispositivos de transferência de fluxoadicional (embora e valores de densidade mais baixos) dos discos 12, 14 parao substrato 24, adicionando-se assim à capacidade de tração total disponívelpara segurar a unidade 10 sobre o substrato 24 (ou vice-versa). Estasextensões de área de pólo virtual são esquematicamente ilustradas em 30a,30be31ae31bna figura Ib e na fig. lc, e contribuem em manter um circuitomagnético fechado de qualidade suficiente na interface entre substrato eunidade de roda magnética 10 para que a força de atração exercida permaneçaalta, como exemplificado acima.

A figura Ic ilustra um modelo de linha de campo magnéticocom valores medidos de densidade de fluxo em dois discos de pólo 12, 14 deaço macio, de 90 mm de diâmetro χ 25 mm de espessura, tendo um nível desaturação de densidade magnética de 2 Tesla, os quais são polarizados compolaridades opostas e que são em ar em relação espaçada sobre um substratomagnético 24. Pode ser visto que em qualquer lado da zona de contatoessencialmente linear 28 entre as rodas de pólo 12, 14 e o substrato 24, umadensidade de fluxo de 2 Tesla irá reduzir drasticamente (isto é, as extensõesde pólo virtual exibem densidades de fluxo reduzidas), em que a umadistância linear de 10 mm, a densidade de fluxo é reduzida paraaproximadamente 15% do valor na área de contato físico, e aproximadamente5% a uma distância de 20 mm.

A transferência de fluxo do ímã 16 para dentro do substrato 24será assim influenciada - e limitada - por meio de (a) a forma e dimensões dainterface da fonte de fluxo magnético (por exemplo, o componente defornecimento de fluxo em um dispositivo de ímã permanente comutável oueletroímã) no intervalo em direção aos discos de pólo, (b) 'fuga magnética'nas interfaces de intervalo de ar entre os discos de extensão de pólo passivos12, 14 e fonte de fluxo magnético 16, (c) restrições de geometria e forma dosdiscos que podem não ser capazes de 'suportar' (isto é, portar e fornecer) amesma densidade de fluxo na dada intensidade de campo que o ímã 16 gera,(d) a natureza dos pólos virtuais até quando estes não puderem suportar amesma densidade de fluxo na dada intensidade de campo que o materialferromagnético dos discos 12, 14 pode suportar, e (e) o comprimento detrajeto magnético total entre fonte de fluxo e substrato ferromagnético,recordando que a força de atração magnética pelos dispositivos, dos quaisqualquer corpo ferromagnético atraído para uma fonte de fluxo magnético,variará matematicamente com o quadrado de densidade de fluxo magnéticoprovido pela fonte e linearmente com a área de contato entre a fonte e o corpofixado.

Por exemplo, uma unidade de roda magnética 10 usandodiâmetro relativamente maior dos discos de pólo 12, 14 que aqueles descritosacima, por exemplo, 3 vezes, terão um trajeto magnético total maior (devidoao diâmetro aumentado de discos) e a força magnética na área de contato seráentão menor e as áreas de pólo virtual serão menores (e, em situaçõesextremas, virtualmente não existentes).

O tamanho, forma de extensão geométrica atuais dos pólosvirtuais não são fixos, mas podem variar com o trabalho atual e condições deaplicação. Falando geralmente, quanto maiores as zonas de pólo virtualpuderem ser feitas, mais transferência de fluxo magnético pode ter lugar navizinhança da interface de disco-substrato. Uma consideração importante é,por conseguinte, a necessidade de evitar ou minimizar perdas de força demagnetização.

Conseqüentemente, de acordo com outro aspeto que ésubjacente à presente invenção, as rodas de pólo serão de uma tal forma edimensões para fornecer (a) transferência de fluxo otimizada desde a fonte defluxo magnético para as rodas de pólo rotativas e (b) prover pólos virtuais deárea relativamente maior, para permitir assim transferência de fluxo otimizadatambém fora da zona de contato físico direto entre discos de pólo e superfíciede substrato, enquanto (c) mantém suficiente força de atração magnética emdireção ao substrato; um ponto importante é evitar, até quanto praticamentepossível, perdas em força de magnetização em cada interface.

Tendo notado as dificuldades com respeito à definição precisadas zonas de pólo virtual, assumindo um trajeto de fluxo magnético de fugaentre intervalo-ar idealizado entre ímã fonte de fluxo (por exemplo, ímãpermanente) e rodas de pólo rotativas, é possível conjugar o tamanho da áreade diâmetro-seção transversal da roda ou pólos de rolo de forma tão melhorquanto a construção permitir para o tamanho da área de fonte de fluxomagnético, isto é, a seção transversal de um pólo no ímã de dipoloperpendicular ao seu eixo geométrico de magnetização. Tal medida iráproduzir uma força de magnetização otimizada, isto é, maior, na interface detrabalho dos discos (isto e, intervalo de ar) com o substrato em comparaçãocom casos onde as dimensões geométricas da roda ou rolo são escolhidasarbitrariamente ou sem observação das considerações de transferência defluxo magnético.

Por exemplo, e todos outros parâmetros sendo iguais, rodas ourolos em forma de taça que são dispostas para envolver com seu rebordoanular ma parte determinável do pólo respectivamente associado do ímã dedipolo e manter um pequeno intervalo de ar entre a face de disco interna daroda em direção à face de extremidade axial do ímã de dipolo, exibem umamaior área total para transferência de fluxo para dentro e para fora de tal rodaque uma simples roda em forma de disco, planar, onde a área de transferênciade fluxo é limitada à área de superfície voltada para a face de extremidadeaxial do ímã de dipolo. Alguém poderia dizer que rodas em forma de taçapodem 'capturar' uma porção maior do fluxo que emana do ímã que, ausente aporção de rebordo anular da taça que circunda parte da fonte de fluxomagnético, seria perdida como fluxo de 'extravio', e o uso de tal fluxoadicionalmente capturado para gerar uma força de atração magnética maiorem direção a um substrato ferromagnético que extensão de pólo 'configuradaem forma de disco plano'.

A profundidade atual da porção de rebordo da roda ou rolo emforma de taça dependerá da natureza da fonte de fluxo magnético sendoempregada, e, em particular, do membro de 'saída' de fluxo magnético dodispositivo de fornecimento do fluxo magnético. Em essência, a profundidadede taça representará um compromisso entre considerações de transferência defluxo máxima (otimizada onde a profundidade de porção de rebordo anular étal como para se estender e cobrir todo o comprimento do respectivo pólo deímã Norte/Sul) e a desejada força de magnetização (isto é, a força de atraçãomagnética) que será menor na configuração de rebordo otimizada detransferência de fluxo. Um tamanho relativo, empiricamente determinado, dorebordo anular, com respeito à sua cobertura da fonte de fluxo, é providoabaixo em conexão com uma forma de concretização específica da invenção.

Para conservar a força de magnetização da fonte de fluxo dealta coercividade, é também desejável minimizar o volume das rodas deextensão de pólo de material ferromagnético passivo. Observado somente apartir de um ponto de vista de buscar otimizar a transferência de fluxo, ummáximo de volume teoricamente necessário é dado onde a seção transversalefetiva da fonte de fluxo é igual à seção transversal diametral da roda divididapor qualquer aplicável fator de compressão/concentração de fluxo (o último édeterminado pela capacidade de transporte de densidade de fluxo específica esaída de densidade de fonte de fluxo. Por exemplo, se uma fonte de fluxopode prover uma densidade de fluxo magnético de 1,2 Tesla e é capaz degerar uma força de magnetização suficiente para induzir no aço doce umadensidade de fluxo de 2 Tesla, o fator de compressão é aproximadamente1,6). O máximo prático será menor por causa do comprimento de trajetomagnético total e perdas de intervalo fluxo/roda.

Voltando então para características adicionais vantajosas quepodem ser incorporadas em diferentes formas de concretização dos conceitosamplos acima descritos.

Na utilização de um convencional ímã não comutável oupreferivelmente um arranjo de ímã permanente comutável como a fonte defluxo magnético, será apreciado que o material magneticamente ativo podeser alojado ou de resto disposto para cooperar com outras peças de póloestacionárias adicionais aos elementos de extensão de pólo rotativos (isto é,rodas), em cujo caso o fluxo se originará no material ativo e será tornado'disponível' através das outras peças de pólo estacionárias que serão dispostasem estreita proximidade confrontante às rodas de pólo rotativas. A formaespecífica das peças de pólo estacionárias também influenciará as capacidadesde transferência de fluxo e tem um efeito sobre a força de magnetizaçãomáxima disponível, pois os pólos representam uma 'carga' para o campomagnético gerado pelo material magnético ativo (isto é, a fonte de fluxo)

Nas formas de realização preferidas das acima descritasunidades de roda magnética 10, uso é feito de um dispositivo de ímãpermanente comutável revelado na referida Patente US 7.012.495, tiposdiferentes dos quais podem ser obtidos de Magswitch Technology WorldwidePty Ltd (Austrália) ou suas subsidiárias. Nestas unidades de fonte de fluxo, omaterial magnético ativo é constituído de dois cilindros de ímã permanente dedipolo, polarizados diametralmente opostamente, empilhados dentro de umacâmara cilíndrica de uma carcaça de peça de dois pólos, tal como parapermitir rotação dos discos de ímã um em relação ao outro, possibilitandoassim que as respectivas seções de pólo NeS semicirculares dos discos deímã sejam colocados em e fora de alinhamento axial um com o outro. As duaspeças de pólo ferromagnéticas (passivas) da carcaça são magneticamenteseparadas ou isoladas ao longo de duas bordas de contato que se estendemaxialmente, em que, quando os respectivos pólos NeS dos discos de ímãempilhados são girados para alinhamento total, o diâmetro que separa ospólos NeS dos discos de ímã irão se estender entre as bordas de contato dacarcaça, causando assim com que uma das peças de pólo seja polarizada eprovendo uma extensão de pólo do pólo Nea outra extensão de pólo do póloS.

Tal unidade de ímã de dipolo comutável pode então constituira fonte de fluxo magnético 16 na figura la, em que a transferência de fluxopara dentro dos discos de pólo rotativos 12, 14 terá lugar a partir dos discos deímã através das peças de pólo de carcaça e através do intervalo de ar entrepeças de pólo de carcaça e as rodas de pólo posicionadas em proximidadeconfrontante com relação às duas peças de pólo da carcaça, respectivamente.A espessura de parede e formato exterior da carcaça de peça de pólo podemser escolhidos para prover uma unidade de fonte de fluxo tendo um campomagnético constante ou aproximadamente constante em torno da periferia dacarcaça, e a orientação espacial da carcaça da unidade com respeito às rodasde pólo rotativas pode ser determinada, quando requerido. A escolhaespecífica de unidade de ímã permanente comutável pode ser feita por meioda referência à informação disponível de Magswitch Technology Worldwide,na dependência de exigências de suporte de carga.

Como notado acima, é concebível ter as superfíciesconfrontantes das rodas de pólo e unidade de fonte de fluxo magnéticorevestidas com um material de baixa fricção e prover a presença de mancaisde rolo de aço macio nas interfaces unidade-rodas de pólo. Emimplementações práticas é, todavia, tecnicamente prático manter tolerânciasde intervalo de ar muito pequenas entre os componentes móveis e osestacionários, enquanto não significantemente não afetandosignificativamente a transferência de fluxo magnético através do intervalo de ar.

Igualmente, aplicações são concebíveis onde as rodas de pólosão montadas para permitir a livre rotação em torno de um eixo enquantopermite o deslocamento em direção e em afastamento às faces de extremidadeaxial do ímã, de modo que elas podem ser seletivamente colocadas em e forade engate friccional com as mesmas, pelo que uma integral embreagem e/oufreio podem ser implementados na unidade de roda magnética propriamentedito.

Como já notado, implementações veiculares e estacionárias dainvenção podem incorporar rodas ou rolos de pólo acionados ou loucos. Asuperfície circunferencial das rodas e rolos pode ter um revestimento quemelhora ou reduz o coeficiente de fricção, quando requerido, para melhorar atração ou reduzir a fricção na interface de roda - substrato, dependendo de seas rodas são rodas de tração ou rodas loucas.

Os materiais de revestimento podem incluir borrachas emfilme fino, preferivelmente que incorporam partículas ferromagnéticas,matizes, pós, etc., para aumentar o valor de permeabilidade magnética relativade tal revestimento para reduzir as perdas de transferência de fluxo enquanto émantido o melhor coeficiente de fricção que tal revestimento emborrachadoprovê. A superfície de contato de roda pode ter diferentes 'texturas', porexemplo, lisa para baixa tração ou perfilada para a elevada "mordedura" paramaior tração. O revestimento pode também incluir processos e o uso desubstâncias visadas para aumentar a dureza total da superfície de roda ou rolo,por exemplo, nitreto de titânio, para atingir mais capacidade de deslizamento(superfície lisa) ou maior fricção (superfície texturizada). Revestimentos quereduzem ruídos são igualmente concebíveis, enquanto que filmes derevestimento visados para prevenir que matéria estranha adira sobre asuperfície periférica de roda / rolo são particularmente vantajosos em camposde aplicação 'sujos' tais como em operações de manuseio de placas de aço, ouso de unidades de roda magnética em veículos empregados como aplicaçõesremotas de pintura controlada, brasagem, soldagem e outras aplicações.

Um dispositivo que incorpora uma ou mais unidades de rodamagnética do tipo geralmente discutido acima, pode vantajosamenteincorporar dispositivos de acionamento, tais como um motor, dispostos paratransferir torque para pelo menos um dos membros de roda ou rolo (peça depólo). O torque disponível nos membros de roda ou rolo pode então ser usadopara comunicar propulsão para um objeto em contato com as rodas (porexemplo, transportando placa de metal), auto-propelindo um veículo queincorpora a(s) unidade(s) de roda magnética, ou onde o torque transferido éum torque 'negativo' destinado a reduzir a velocidade de rotação das rodasonde tais são feitas com que girem por meio de uma força externa,desacelerando ou frenando um objeto que está em contato friccional com asrodas.

Os membros de roda de extensão de pólo podem ser feitosvantajosamente de aço macio ou doce ou de outros materiais passivosferromagnéticos. Um projeto de roda vantajoso pode consistir de um materialcompósito consistindo de um material plástico ou matriz de borracha, no qualé disperso uma quantidade considerável de pó de material ferromagnéticopara finalidades de transporte de fluxo. A deformabilidade da roda deextensão de pólo em sua interface com o substrato sobre o qual ela se apóiasob carga magnética irá ampliar a zona de contato onde a transferência defluxo tem lugar diretamente entre o membro de roda e substrato, tambémprovendo aumentado engate friccional com ela.

Será apreciado, que a superfície periférica externa das rodas ourolos de peça de pólo pode ser lisa, texturizada, corrugada ou provida comoutros tipos de projeções, por exemplo, dentes de roda dentada. A escolha daspropriedades de superfície de roda pode ser de maneira a cooperar com umasuperfície complementarmente preparada do substrato, com a qual a unidadede roda magnética irá interagir. Por exemplo, em uma caixa de engrenagensde roda de fricção e variável arranjo de acionamento de relação incorporandouma ou mais de unidades de roda magnética tendo rodas de pólo ou roloslisas, não corrugadas, a funcionalidade de deslizamento inerente que taisprovêm quando o rolamento sobre outro objeto de superfície lisa pode serusado para minimizar condições de sobrecarga quando a transferência detorque é reduzida devido ao deslizamento. Evidentemente, onde deslizamentona transferência de torque entre rodas ou rolos de pólo e substrato não édesejável, o travamento devido à forma complementar à roda ou rolo de póloou outras superfícies de substrato pode ser empregado, por exemplo,superfícies que têm dentes de engrenagem.

Uma forma de realização particularmente útil da invenção seráem uma aplicação veicular, que inclui dispositivos para auto-propelir oveículo sobre a superfície de substrato, independentemente de ou dispositivospara auto-propelir incluem um arranjo para transferir torque que coopera comas rodas ou rolos de pólo para o último para efetuar a transferência de torquepara uma superfície de solo ou de parede, ou se a unidade de propulsão éindependente da(s) unidade(s) de roda magnética presentes) em um talveículo, por exemplo, um acionamento de roda de tração separado.

O arranjo de transferência de torque pode ser planejado para seadequar ao dado campo de aplicação, e pode incluir um ou mais de umacionamento por correia, um acionamento por roda dentada, um acionamentopor corrente ou um acionamento de engrenagem sem fim ou combinações dosmesmos.

Uma opção preferida para um arranjo de transferência detorque inclui um ou mais rolos de fricção dispostos para transmitir torque porengate com uma circunferência externa de pelo menos um dos membros deroda ou rolo de pólo. Os rolos de fricção podem ser seletivamente colocadosem e fora de engate com e novamente solicitados os membros de roda usandoum mecanismo separado, mas, vantajosamente, os rolos de fricção poderiamincorporar materiais ferromagnéticos arranjados operativamente para solicitaros rolos para, e manter contato com, o(s) membro(s) de roda através de forçamagnética.

Em ainda uma outra implementação de dispositivo veicular,auto-propelido, da presente invenção, dispositivos podem ser providos pararestringir movimento rotacional dos membros de roda ou rolo de pólo emsomente uma direção, por exemplo, de modo que as rodas podem girar ou nosentido horário ou no sentido anti-horário, mas não em ambos. Esta medidaaumenta a eficiência de tração em situações de deslizamento por meio daremoção das características de giro livre bidirecional de resto presentes emeixos de roda normais.

Também, é vantajoso prover mecanismos ou implementosvisados para prevenir a rolagem em retrocesso de um veículo que empregauma ou mais unidades de roda que têm membros de roda de propulsão (isto é,transmitindo torque) que sobem ao longo de superfícies escalonadamenteinclinadas ou superfícies verticais, enquanto permanece magneticamentefixados às mesmas. Uma implementação vê a provisão de patim ou blocos defreio que são seletivamente móveis para um local entre o(s) membro(s) e rodae superfície de substrato imediatamente atrás da roda(s) de área de contato -superfície de substrato, para prover deste modo uma ação de calço prevenindoo rolamento para trás da(s) roda(s).

Um outro mecanismo de prevenção contra rolagem para tráspode ser constituído por uma armação de paralisação do tipo de gangorra, emque um membro de armação substancialmente em forma de u ou de suporte émontado para rotação em torno, mas de resto seguro em um eixo comum paraambas as rodas de pólo, de modo que os dois braço de alavanca paralelos daarmação podem ser girados para entrar com suas extremidades terminaisrespectivas em engate ou contato forçado com a superfície de substrato sobrea qual as rodas são magneticamente fixadas. Os braços de alavanca podem,eles próprios, ser constituídos por seções de barra dobrada, por exemplo,braços de dobra em L, pivotados na interseção das porções de braço anguladono eixo, provendo deste modo um arranjo de alavanca de tração em que aforça de frenagem é um fator com efeito de força de alavanca da força deatração magnética provida pelo conjunto de roda propriamente dito.

Em uma forma de realização veicular que incorpora quatro oumais rodas de pólo, em que um dispositivo de ímã permanente comutável éassociado com um par de rodas, a provisão de um mecanismo apropriado quepermite a ligação e desligamento seletivo (ou variação da saída de intensidadede campo magnético) dos ímãs comutáveis individuais provê um número devantagens. Tais 'ativação e desativação magnética' seletivas de pares de rodasindividuais não somente facilitarão o desengate operacional do veículo apartir do substrato, como também irão facilitar que o veículo seja capaz desubir sobre obstáculos do tipo de degrau ou transições entre uma superfíciehorizontal e uma superfície escalonadamente inclinada ou vertical, na medidaem que o par de rodas dianteiro atingindo um tal local de troca de percursopode ser 'desmagnetizado', desta maneira para torná-las magneticamenteinoperantes, pelo que elas podem então subir a partir da superfície inicial eengatar a superfície inclinada, depois do que elas podem ser 're-magnetizáveis' e permitir que o veículo atravesse a transição para a superfícieinclinada. O par de rodas posicionado na traseira será comutadocorrespondentemente quando ele também atinge a descontinuidade.Os campos de aplicação veicular da invenção incluem robôsmovimentáveis, os quais podem ser magneticamente fixados em substratosferromagnéticos (isto é, estruturas e objetos), como cascos de navio, cascos desubmarino, tubulações (internas e externas). Tais robôs podem portar umavariedade de componentes, tais como câmeras, todos tipos de sensoresempregados na detecção de falhas em uma estrutura ou realizar outras tarefas,por exemplo, transportar um cabo através de uma tubulação, limpar umatubulação, etc. etc. Por exemplo, a inspeção submarina óptica e estrutural docasco de um casco de submarino em movimento e submerso pode serrealizada usando um robô controlado remotamente tendo um corpoaerodinâmico no qual é recebido um número apropriado de magnitude derodas do tipo geral discutido acima, que permite com que o robô permaneçafixado seguramente ao casco enquanto está sendo propulsionado ao longo deum trajeto de inspeção desejado.

A pessoa especializada irá ainda apreciar que sistemas desensores, equipamento de controle de movimento, ou para operaçãocontrolada remotamente ou para a operação controlada a bordo usandoequipamento de processamento de sinal, eletrônicos de gestão de motor efonte de energia, e outro tipo de equipamento de gestão de veículo, podem seracomodados na estrutura de suporte de veículo de um veículo auto-propelido,quando requerido pelo ambiente de aplicação específico do veículo.

A pessoa especializada também estaria ciente de diferentestipos de sistemas de eixo e chassis de veículo que poderiam ser empregadosna criação de um veículo que incorpora a invenção.

Outras características e outros aspectos da invenção serãonotados também a partir da seguinte descrição de um número deimplementações e formas de concretização preferidas da invenção, comreferência ao desenho acompanhante. Deve ser notado, todavia, que ainvenção não é restrita aos campos de aplicação indicados acima e pode serimplementada em diferentes formas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As figuras la, lb, e Ic são ilustrações esquemáticasgrandemente simplificadas de conceitos básicos que são subjacentes àpresente invenção;

as figuras 2a a 2c são ilustrações esquemáticas deconfigurações diferentes de arranjos de roda de pólo rotativos usados comconfigurações de ímã diferentes, em que a figura 2a também ilustra um rolode fricção ferromagnético usado para comunicar (ou receber) torque a partirdas rodas de pólo rotativas;

as figuras 3a a 3c são ilustrações esquemáticas de implementose dispositivos nos quais a presente invenção pode ser incorporada.

a figura 4a, 4b e 4c são ilustrações esquemáticas, por meio dasquais é ilustrado como otimizar geometrias de peça de pólo rotativa comrespeito à escolhida fonte de fluxo magnético em uma unidade de rodamagnética como a da figura 2a; e

a figura 5 é uma ilustração esquemática de um arranjo defrenagem de unidade de roda magnética que transforma alguma da força deatração magnética disponível em uma força de frenagem.

DESCRIÇÃO OF FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

Uma unidade de roda magnética básica como ilustrada nasfiguras Iae 1 b já foi descrita acima. Tais unidades podem ser incorporadasem inúmeras e diferentes máquinas e componentes. Deve ser notado que omaterial magnético ativo (isto é, ímãs permanentes) ou outra fonte de fluxomagnético (por exemplo, eletroímã) pode ser recebido em uma carcaçadedicada; assim, a forma atual da unidade de fluxo magnético 16 nas figuras 1e 2 é somente ilustrativa e não representativa da forma atual de tais unidades.

Como pode ser melhor entendido pela referência às figuras 2aa 2c, dependendo do número de, e tipos específicos de, ímãs de dipoloempregado como fonte de fluxo magnético, unidades de roda magnética tendodiferentes números e arranjos de roda de pólo são possíveis.

A figura 2a ilustra uma unidade de configuração de roda duplaque utiliza um único ímã 16 e duas rodas de pólo rotativas 14, 16, comopreviamente descrito com referência à figura 1 a.

A figura 2b ilustra um arranjo com dois pares de rodas de pólo12', 14', um par no pólo N e um no pólo S do ímã bipolar 16', isto é, umaunidade de roda magnética com quatro rodas 10' com única fonte de fluxomagnético 16'.

A figura 2c, em contraste, ilustra uma unidade de rodamagnética de quatro rodas 10" com duas fontes de fluxo magnético espaçadas16" (que podem mas não precisam ser idênticas com respeito às qualidades defornecimento de densidade de fluxo magnético), em que cada ímã 16" éassociado com um par de rodas polares 12", 14". Pode ser notado que os eixosde magnetização estendendo-se entre os pólos NeS dos dois ímãs 16" sãoorientados em direções opostas um ao outro, mas este não precisa ser o casoem formas de realização práticas de tal unidade 10".

As linhas 17, 17' e 17" nas figuras 2a a 2c, respectivamente,ilustram em uma maneira bruta, mas configurativãmente correta a trajetos detransferência de fluxo externos que estarão presentes no substrato 24 (sendorepresentado por meio de uma placa de aço) que respectivamente existe entreas rodas de pólo polarizadas das diferentes unidades 10, 10' e 10". Dado que apermeabilidade magnética do substrato ferromagnético é por magnitudes maisalta que aquela do ambiente circundante, seja ele ar ou outro fluido comoágua, e assumindo que as propriedades de substrato são de forma quenenhuma saturação de fluxo tem lugar durante transferência de fluxo paradentro do substrato, não se poderia observar qualquer campo magnético forada vizinhança imediata da área de contato entre rodas de pólo e substrato(faça referência acima com relação a áreas de extensão de pólo virtuais) e ocircuito magnético fechado composto das rodas de pólo, substrato edispositivo de fonte de fluxo magnético.

As unidades de roda magnética 10 (ou 10' ou 10") podem serembutidas e incorporadas em uma multiplicidade de aparelhos e dispositivospara uma variedade de aplicações.

Voltando primeiro novamente para a figura 2a, elaesquematicamente ilustra uma metodologia de efetuar transferência de torqueou para as ou a partir das rodas de pólo 12, 14 da unidade 10, por meio dedispositivos de uma barra de rolo ferromagnético 35 cujo eixo de rotação 36ao longo do comprimento axial do rolo é posicionado para se estenderparalelo ao eixo de rotação 18 do par de rodas polares. A barra de rolo 35 temuma superfície periférica externa lisa e é retida por meio de qualquermecanismo apropriado (não ilustrado) de forma que ela está em, ou pode sercolocada com sua superfície externa em e fora de engate friccional sobre asuperfície periférica lisa 13a de ambas as rodas 12, 14. Esta arquitetura básicapode então ser empregada para efetuar transferência de torque, ou positivapara finalidades de propulsão ou negativa para finalidades de frenagem deobjeto. Por exemplo, a rotação da barra de rolo 35, como indicada pela seta37, por exemplo, por meio do acoplamento do rolo com o eixo de saída de ummotor elétrico, irá comunicar rotação orientada de forma contrária para asrodas 12, 14, como indicado pela seta 38, que, por sua vez, irá então oupermitir que toda a unidade 10 se mova em maneira translatórica sobre umsubstrato mantido estacionário 24, como indicado pela setas 39, ou onde aunidade 10 é de resto segura contra movimento, comunica movimento parasobre um substrato de resto não seguro 24, como indicado pelas setas 40 emuma direção oposta a 39.

No uso de uma barra de rolo magnético 35, apropriadamentedimensionada, é possível 'utilizar' parte da energia magnética provida pormeio da fonte de fluxo magnético 16 da unidade 10 para manter o rolo 35 emcontato friccional e magnético com os membros de roda 12, 14 enquanto amaior parte do fluxo magnético disponível é utilizada para segurar a unidade10 sobre o substrato 24. Serão então também apreciado que onde a fonte defluxo magnético 16 é um dispositivo de ímã permanente comutável ou umeletroímã, transferência de torque variável pode ser efetuada, na dependênciada quantidade de fluxo transferida para o rolo 35 (e substrato) através demembros de pólo de roda 12, 14, e do coeficiente de fricção que então iráestar presente entre as superfícies de contato das rodas 12, 14 e rolo 35. Aarquitetura ilustrada na figura 2a provê uma funcionalidade inerente a torquede deslizamento que pode reduzir a transferência de torque entre a unidade 10e o substrato 24 em condições que podem de resto conduzir a uma sobrecarga.

Um campo de aplicação mais específico para unidades de rodamagnética incluem sistemas de transportador por rolos em várias formas,como em transportadores de placa metálica em linhas suspensas, dos quais éesquematicamente ilustrado na figura 3 a. Uma pluralidade de unidades derodas magnéticas de duas rodas 100a a IOOg que incorporam o conceitodescrito com referência à figura 2a (mas com uma diferente arquitetura detransmissão de torque) é suspensa em um trilho de teto 150 com distânciapredeterminada uma da outra ao longo da extensão ou percurso dedeslocamento definido pelo trilho 150. Cada unidade 100a a IOOg inclui umpar de rodas de pólo acomodado dentro de uma apropriada carcaça do tipo degôndola na qual é recebido um ímã comutável que provê fluxo magnéticopara os respectivos de rodas. Um motor apropriado é usado para comunicarrotação seletiva para as rodas de pólo das unidades. Uma placa de aço 140pode ser transportada ao longo do percurso de deslocamento A, mantidamagneticamente fixada sucessivamente nas unidades 100a a IOOg.Alternativamente, as unidades 100a a g poderiam ser unidades com 4 rodas,como ilustrado na figura 2b ou 2c, em cujo caso um par de rodas seriaacionado e um par poderia ser rodas de pólo loucas magnéticas. Em aindauma alternativa, o trilho de guia 150 poderia ser substituído por uma cinta decorrente ou linha de transportador similar sobre a qual as unidades 100a aIOOg podem ser seguras; as unidades 100a a IOOg poderiam, então, todas,compreender rodas de pólo loucas, dado que a locomoção é provida por meiodo acionamento por corrente propriamente dito.

A figura 3 b ilustra uma aplicação na qual uma unidade de rodamagnética de 4 rodas 200 que incorpora o conceito ilustrado na figura 2cserve como um torno magnético para segurar liberavelmente uma peça detrabalho ferromagnética tubular 224 cuja superfície externa deve ser revestidacom pó por meio do aparelho atomizador 260. As rodas de pólo 212, 214,212' (e a contra-parte não ilustrada do quarto membro de roda) sãorespectivamente seguras para rotação em torno dos parafusos de eixo 213 e213' montados em e dentro de um corpo de suporte em forma de caixa 232.Os dois ímãs (não mostrados) respectivamente associados com os pares derodas polares 212, 214 (212') são montados dentro do corpo de suporte 232em uma tal maneira que o eixo de pólo N-S magnético de cada ímã comutávelcoincide axialmente com o eixo de rotação beb1 dos pares de rodas polaresrespectivamente associados. O número de referência 250 serve para denotarum membro de suporte por meio de dispositivos, dos quais a unidade de tornomagnético 200 pode ser segura em uma estrutura de suporte, a qualpropriamente poderia ser um braço articulado que permitiria que a unidade detorno 200 fosse orientada no espaço, quando desejado.

Embora seja praticável incorporar uma unidade de motor a fimde acionar uma ou mais das rodas de pólo da unidade 200, a forma derealização ilustrada simplesmente serve para reter magneticamente a peça atrabalhar 240 seguramente no espaço enquanto é permitida sua rotação, comoindicado por meio da seta 252, em torno de seu eixo longitudinal.

Este mesmo dispositivo 200 poderia ser usado paramagneticamente reter duas seções de tubo tubulares em relação de contato deextremidade com extremidade, permitindo assim que outras operações sejamrealizadas, tal como soldagem de topo das seções de tubo.

A figura 3 c ilustra em vista em perspectiva esquemática umprotótipo auto-propelido de um Carrinho Magnético (veículo) 300, o qualessencialmente consiste de duas unidades de ímã permanente 316 idênticas,que pode ser comutadas independentemente, geralmente do tipo básicodescrito na Patente US 7.012.495, dois pares de rodas polares configuradasem forma de taça 312. 314 respectivamente associados com as fontes de fluxomagnético 316, um motor primário na forma de um motor elétrico 320, umfornecimento de energia, não ilustrado, para o motor, por exemplo, pacote debateria, um arranjo de trem de acionamento 318 para transferir torque domotor 320 para todas as quatro das rodas de pólo 312, 314, um sistema decontrole de veículo a bordo 322, como seria empregado em quaisquerveículos controlados sem fio remotamente ou veículos controlados porcomputador a bordo, e um corpo de veículo do tipo de caixa de sapato 324sobre o qual todos dos componentes acima mencionados são montados. Asrodas de pólo individuais 312, 314, as quais são cilindricamente em forma detaça como detalhado nas figuras 4a e 4b, são apoiadas em respectivoselementos de eixo 326 fixados nas paredes laterais do corpo de veículo 324. Oarranjo de trem de acionamento 318 inclui um sistema de correia e polia queacopla cineticamente todas as quatro rodas 312, 314 com um eixo deengrenagem acionado suportado no corpo 324 cuja roda dentada engrena comum eixo de parafuso helicoidal acoplado com um eixo de saída do motorelétrico 320. Os números de referência 328 e 329 servem para denotar braçosde alavanca utilizados para comutação dos ímãs 316 entre seus respectivosestados ativados, nos quais um forte campo magnético externo é emitido epresente, e um estado desativado, no qual os ímãs 316 são "desligados" enenhum campo magnético externo está presente.

Como pode ser melhor apreciado com referência às figuras 4ato 4c, que mostram uma representação isométrica simplificada de umaunidade de fonte magnética individual 316 com seus associados pares derodas polares 312, 314, e vistas superior e frontal ao longo das setas IVb eIVc na figura 4a, as unidades de fonte de fluxo magnético 316, que sãorespectivamente seguras dentro do corpo de veículo 324 em um local fixoentre cada associado dos pares de rodas polares 312, 314, são posicionadas deforma que o eixo magnético N-S de cada unidade de ímã 316 (no estadoativado) se estende coaxialmente com os eixos de roda 318. Cada unidade 316se estende com suas duas respectivas extremidades axiais para dentro doespaço vazio cilíndrico 328 definido dentro do flange de rebordo anular 330das rodas 312, 314 ou para estar em relação de confrontação com a seçãocontínua de disco terminal 332 das rodas 312, 314. Um intervalo de ar muitopequeno 334 é mantido entre as duas peças de extensão de pólo estacionárias336, 338 que formam a carcaça das unidade 316 na qual são recebido os doiscilindros de ímã permanente polarizados diametralmente 340, 342 queprovêm a fonte de fluxo magnético permanente ativa, mas comutável, dasunidade 316 (compare acima a Patente US 7.012.495).

Um veículo de protótipo de acordo com a figura 3 c (usando aunidade da figura 4a) foi construído, usando quatro rodas de pólo em formade taça tendo um diâmetro externo de 90 mm, uma espessura de parede derebordo de 25 mm, uma espessura de seção contínua de disco de 25 mm(definindo assim uma área de seção transversal de transferência de fluxo de1375 mm , ver a figura 4a, em 344) e feito de um aço macio tendo um limitede saturação magnético de fluxo de aproximadamente 2 Tesla. A superfícieperiférica das taças não era revestida e usinada para um acabamento lisoquando observado por olho desarmado.

As unidades de fonte de fluxo magnético compreendem, cada,uma unidade de ímã permanente comutável do tipo M5040 comercializadopor Magswitch Technology Worldwide e capaz de fornecer (em condições decircuito descarregado) 1,2 Tesla na superfície de pólo estacionário relevanteempregada na transferência de fluxo, em que a área de fluxo magnético domaterial magnético ativo (isto é, os dois ímãs cilíndricos empilhados) totaliza2000 mm (ver a figura 4a em 346).

A escolha da fonte de fluxo magnético (disponível), isto é,ímãs M5040, que fornece o formato do campo magnético gerado no estado"ligado" é similar aos ímãs de pólo largo com distribuição de campomagnético não uniforme, influencia também seu arranjo espacial com respeitoàs rodas em forma de taça bem como a dimensão (na direção axial dosmembros de roda) que a parede de rebordo da roda deve ter para atingir umatransferência de fluxo otimizada e força de atração gerada por força de campomagnético. Porque os membros de pólo de roda constituem uma carga comrespeito à força magnética disponível, a profundidade da porção de rebordo éescolhida de modo que ela cobre (envolve) o ímã M540 até um local onde aintensidade de campo magnético, medida ao longo de uma linha que correperpendicular à linha de separação de diâmetro de pólos N-S éaproximadamente 0,7 do valor de campo máximo, ver a figura 4c, que éaproximadamente 12,5 mm na configuração escolhida.

O peso total do veículo incluindo todos componentes do tremde acionamento e componentes de controle, corpo de veículo e umcomponente de soldagem montado sobre o mesmo foi registrado como sendoem torno de 12 kg (uma única unidade de roda magnética consistindo de fontede fluxo magnético 316 e pólos de roda em forma de taça 312, 314 pesaaproximadamente 3 kg).

Experimentos de suporte de carga conduzidos com o veículo300 demonstraram que a força de estado inicial de arranque requerida paralevantar verticalmente o veículo enquanto está em fixação magnética sobreuma placa de aço limpa horizontal é de aproximadamente 2400 N, e o veículofoi capaz de gerar uma força de tração de aproximadamente 400 N sobre umsubstrato de placa de aço limpa.

A eficiência de transferência de fluxo entre o materialmagnético ativo das unidades de fluxo comutável 316 e o substrato foideterminada ser aproximadamente 50%.

Experimentos foram conduzidos, os quais sugerem que ocarrinho auto-propelido de quatro rodas, como descrito, é capaz de transportarseguramente uma carga útil adicional que é igual a seu próprio peso ao longode uma placa de aço inclinada verticalmente.

Será então apreciado que tais carrinhos podem ser usados parasuportar todos os tipos de instrumentos e componentes que podem serseguramente transportados ao longo de superfícies ferromagnéticas verticais eaté mesmo em suspensão, ou podem ser incorporados em ouras estruturas querequerem segura fixação em uma estrutura ferromagnética, de maneiradeslocável.

Por exemplo, unidades de roda magnética comutáveis, comoilustradas, podem ser incorporadas em todos os tipos de plataformas detrabalho que são suspensas a partir de cima para executar manutenção ououtro trabalho sobre superfícies ferromagnéticas inclinadas verticalmente, porexemplo, um casco de navio, provendo assim um meio de fixar seguramentemagneticamente a plataforma no casco de navio sem inibir movimento paracima e para baixo da plataforma.

Voltando finalmente para figura 5, ela ilustraesquematicamente um dispositivo de elevação de roda magnética 500 queincorpora uma unidade de roda magnética 510 de tipo similar àquela ilustradae descrita com referência às figuras 4a to 4c, com dimensões similares comoreferidas acima, que adicionalmente incorpora uma armação de paralisação demovimento 520 que pode ser seletivamente pivotada para dentro e para forade contato com o substrato sobre o qual a unidade 510 é fixada paradeslocamento. A armação 520 é um suporte substancialmente em forma de Utendo dois braços paralelos 522 e 524 que incorporam uma dobra 525 aolongo de seu comprimento e um braço de manuseio transversal 526 em umaextremidade oposta às extremidades terminais livres 521 e 523 dos braços522, 524.

A armação 520 é montada para rotação em torno do, mas deresto segura, no eixo comum 528 de ambas as rodas de pólo 512, 514 deforma que os dois braços de alavanca paralelos da armação podem ser giradospara entrar com suas respectivas extremidades terminais 512 e 523 em contatoforçado com a superfície de substrato 530 sobre a qual as rodas de extensãode pólo 512, 514 são magneticamente fixadas.

As geometrias de braço de alavanca, em particular a relação decomprimento L2 entre as extremidades livres dos braços 522 e 524 e o pontode pivotamento em 528 e o comprimento Ll entre o ponto de pivotamento em528 e a seção de barra transversal 529, onde força 532 pode ser exercida a fimde girar a armação 520, determinarão o efeito de força de alavanca entre aforça 533 que pode ser aplicada no ponto de contato das extremidades livresdos braços 522, 524 com o substrato e a força de reação 534 que é providapela força de atração magnética exercida entre as rodas 512, 514 e substrato.

O princípio do dispositivo 500 pode ser empregado emdispositivos destinados a subir uma parede ferromagnética vertical, ondedeslizamento para trás devido a coeficientes de fricção entre rodas e substratoé insuficiente para segurar forças de tração positiva. Será apreciado que odispositivo de paralisação pode também ser usado contra o deslizamento parafrente, pois o padrão de movimento relevante da unidade e o local de contatocom o solo do dispositivo de paralisação à frente ou atrás das rodas de póloirão ditar a funcionalidade do dispositivo de paralisação.

Claims (19)

1. Circuito magnético tendo (a) uma fonte de fluxo magnéticoque inclui um eletroímã ou um ou mais ímãs permanentes, (b) pelo menosdois corpos de extensão de pólo polarizáveis opostamente associados com afonte de fluxo magnético, os corpos sendo disco, roda, rolo ou conformado demaneira similar com uma superfície circunferencial externa e mantidosrotativos em torno de respectivos eixos de rotação, e (c) um corpo contadorque tem propriedades ferromagnéticas que é disposto para cooperar com oscorpos de extensão de pólo rotativos de modo a prover um trajeto de fluxoexterno para o fluxo magnético quando em contato ou proximidade magnéticacom a superfície circunferencial dos corpos de extensão de pólo, que écaracterizado pelo fato de que a fonte de fluxo magnético é mantidaestacionária em relação aos corpos de extensão de pólo rotativos.

2. Veículo capaz de se fixar magneticamente a um substratomagneticamente atrativo, caracterizado pelo fato de que inclui um corpo deveículo no qual são suportados pelo menos dois membros de roda e pelomenos um ímã que exibe um pólo N e um S, em que os membros de rodaincluem material magneticamente passivo mas polarizável, em que osmembros de roda e o(s) imã(s) são espacialmente localizados sobre o corpo deveículo de uma maneira em que os membros de roda provêem elementos deextensão de pólo rotativos, polarizáveis opostamente dos pólos NeS do(s)ímã(s) de resto estacionário(s), pelo que o apoio dos membros de roda sobre asuperfície de um substrato magneticamente atrativo cria um circuitomagnético fechado englobando o ímã, os membros de roda de extensão depólo e o substrato.

3. Componente de suporte, caracterizado pelo fato de ser capazde reter magneticamente fixo a ele, de uma maneira de resto deslocável, umcorpo magneticamente atrativo, incluindo uma estrutura de suporte na qualsão montados pelo menos dois membros de roda ou rolo dispostos pararotação em torno de eixos respectivos, e pelo menos um ímã que exibe umpólo NeS montado no corpo de suporte separado dos membros de roda ourolo, em que os membros de roda incluem material magneticamente passivomas polarizável, e em que os membros de roda ou rolo são espacialmentelocalizados sobre a estrutura de suporte de uma maneira em que ps membrosde roda provêem elementos de extensão de pólo rotativos, polarizáveisopostamente dos pólos N e S do ímã de dipolo de resto estacionário, pelo quecolocar um substrato magneticamente atrativo em contato de superfície com asuperfície periférica dos membros de roda cria um circuito magnético fechadoenglobando o ímã, os membros de roda de pólo ou rolo e o substrato.

4. Veículo ou componente de suporte de acordo com areivindicação 2 ou 3, respectivamente, caracterizado pelo fato de que o pelomenos um ímã é suportado de modo a manter um intervalo de ar para osmembros de extensão de pólo de roda ou rolo.

5. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 2 ou-3, respectivamente, caracterizado pelo fato de que inclui ainda dispositivos deacionamento disposto para transferir torque para pelo menos um dos membrosde roda ou rolo.

6. Veículo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que inclui ainda dispositivos para auto-propelir o veículo sobre asuperfície de substrato.

7. Veículo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que os dispositivos para auto-propelir incluem um arranjo paratransferir torque para pelo menos um dos membros de roda a partir de ummotor a bordo.

8. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que os dispositivos de acionamento incluem um deum acionamento por correia, um acionamento por roda dentada, umacionamento por corrente ou um acionamento de engrenagem sem fim oucombinações dos mesmos.

9. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que os dispositivos de acionamento incluem queum ou mais rolos de fricção dispostos para transmitir ou receber torque porengate com uma circunferência externa de pelo menos um dos membros deroda.

10. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que os rolos de fricção incorporam materiaisferromagnéticos dispostos operativamente para solicitar os rolos para, emanter contato com, o(s) membro(s) de roda através de força magnética.

11. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que os dispositivos de acionamento incluem umadisposição ou caixa de engrenagem.

12. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 2ou 3, respectivamente, caracterizado pelo fato de que um ímã de dipolo éprevisto por par de membros de roda ou rolo.

13. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que o ímã de dipolo é um dispositivo de ímãpermanente comutável disposto para gerar um campo magnético externo quepode ser variado entre uma saída de densidade de fluxo máxima em umestado completamente ligado ou ativo e uma saída de densidade de fluxomínima praticamente desprezível produziu em um estado completamentedesligado ou desativado.

14. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ímã permanente comutávelinclui um de um comutador de balancim para variar e selecionar entre estadoscompletamente ligado e completamente desligado e um comutador deincremento para ajustar e fixar uma saída de fluxo magnético entrecompletamente ligada e completamente desligada.

15. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que os membros de roda ou rolo são em forma detaça em seção transversal, e em que o ímã de dipolo estende-se com um deseus pólos para dentro da roda ou rolo em forma de taça.

16. Veículo ou componente de acordo com a reivindicação 13ou 14, caracterizado pelo fato de que tem pelo menos quatro de ditas rodas ourolos dispostos em pares, em que um de dito dispositivo de ímã permanentecomutável está presente por cada um de dito par de membros de roda ou rolo,e incluindo ainda um dispositivo para comutar discretamente os doisdispositivos de ímã permanente independentemente ou conjuntamente

17. Circuito magnético de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os corpos de extensão de pólo rotativos têmforma de roda e têm uma forma de seção transversal e dimensões para (a)minimizar perdas de transferência de fluxo desde a fonte de fluxo magnéticopara as rodas de pólo rotativas, (b) prover pólos virtuais de área relativamentemaior para deste modo maximizar transferência de fluxo fora da zona decontato físico direto entre rodas de extensão de pólo e a superfície desubstrato, e (c) manter um valor predeterminado de força de atraçãomagnética em direção ao substrato.

18. Circuito magnético de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que as rodas de extensão de pólo são corposcilindricamente em forma de taça tendo uma porção de flange anular tendoum comprimento axial que é uma função da intensidade de campo magnéticoda fonte de fluxo magnético

19. Circuito magnético de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que as rodas de extensão de pólo em forma de taçatêm um comprimento axial suficiente para cobrir a fonte de fluxo magnético auma extensão onde a fonte de fluxo exibe aproximadamente 70% de suaintensidade de campo máxima.