BRPI1002015A2

BRPI1002015A2 - reciprocating axial electric motor

Info

Publication number: BRPI1002015A2
Authority: BR
Inventors: Moreira De Vasconcelos Francisco Alberony Jr
Original assignee: Moreira De Vasconcelos Francisco Alberony Jr
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2012-01-24

Abstract

MOTOR ELéTRICO AXIAL ALTERNATIVO. Motor Elétrico Axial Alternativo, constituído por um eletroímã fixo posicionado entre dois ímãs permanentes móveis, com faces de pólos iguais contrapostas, alinhados axialmente, atrelados a dois suportes unidos por meio de hastes, formando um conjunto, com um dos suportes acoplado a um mancal que aciona uma biela que transmite o movimento alternativo dos ímãs permanentes a um virabrequim e o transtorma em movimento rotativo que gira o eixo do motor para realização de trabalho útil, quando fornecida ao eletroímã uma corrente elétrica variável em intensidade e sinal. Ao se fornecer a corrente elétrica o eletroímã atrai um dos ímãs permanentes e repele o outro, fazendo que o conjunto dos suportes dos ímãs se desloque para um lado. Ao se inverter o sinal da corrente elétrica, o eletroímã passa a repelir o ímã permanente que atraía e atrair o ímã permanente que repelia, fazendo que os suportes se desloquem para o lado oposto e assim por diante, descrevendo um movimento alternativo na direção dos eixos do eletroímã e dos ímãs permanentes, onde a intensidade do campo magnético é maior.ALTERNATIVE AXIAL ELECTRIC MOTOR. Alternative Axial Electric Motor, consisting of a fixed electromagnet positioned between two permanent movable magnets, with opposite polar faces, aligned axially, linked to two supports joined by means of rods, forming a set, with one of the supports coupled to a bearing that it activates a connecting rod that transmits the alternative movement of the permanent magnets to a crankshaft and the rotating movement transformer that turns the motor shaft to perform useful work, when the electromagnet is supplied with a variable electric current in intensity and signal. When the electric current is supplied, the electromagnet attracts one of the permanent magnets and repels the other, causing the set of magnet supports to move to one side. When the electric current signal is inverted, the electromagnet starts repelling the permanent magnet it attracts and attracts the permanent magnet it repels, causing the supports to move to the opposite side and so on, describing an alternative movement in the direction of the axes the electromagnet and the permanent magnets, where the intensity of the magnetic field is greater.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVODESCRIPTIVE REPORT

MOTOR ELÉTRICO AXIAL ALTERNATIVO. A presente patente refere-se ao Motor Elétrico Axial Alternativo, constituído por um eletroímã fixo posicionado entre dois ímãs permanentes móveis com faces de pólos iguais contrapostas, todos alinhados axialmente. Os ímãs permanentes são atrelados a dois suportes unidos por meio de hastes, formando um conjunto, sendo um dos suportes acoplado a um mancai que aciona uma biela que transmite o movimento alternativo dos ímãs permanentes a um virabrequim e o transforma em movimento rotativo que gira o eixo do motor para realização de trabalho útil.ALTERNATIVE AXIAL ELECTRIC MOTOR. The present invention relates to the Alternate Axial Electric Motor, consisting of a fixed electromagnet positioned between two moving permanent magnets with faces of equal opposite poles, all axially aligned. The permanent magnets are attached to two brackets joined by rods, forming a set, one of the supports being coupled to a bearing that drives a connecting rod that transmits the alternate movement of the permanent magnets to a crankshaft and turns it into a rotating movement that rotates the shaft. motor shaft to perform useful work.

Este motor funciona pela força obtida do campo magnético resultante das interações entre o eletroímã fixo e os dois ímãs permanentes móveis, todos axialmente alinhados. O eletroímã é fixado entre dois ímãs permanentes móveis dispostos com faces de pólos iguais contrapostas, os quais descrevem um movimento de sentido alternativo na direção axial desses componentes, ao se submeter o eletroímã a uma corrente elétrica variável em sinal e em intensidade, por meio da ação de um comutador de escovas ou de um controlador digital sem escovas.This motor operates by the force obtained from the magnetic field resulting from the interactions between the fixed electromagnet and the two moving permanent magnets, all axially aligned. The electromagnet is fixed between two moving permanent magnets arranged with faces of equal opposite poles, which describe an alternate direction movement in the axial direction of these components by subjecting the electromagnet to a variable electric current in signal and intensity by means of a brush switch or digital brushless controller.

Em um eletroímã, a corrente elétrica passa pelos fios de uma bobina enrolada em torno de um núcleo ferromagnético, gerando um campo magnético cuja polaridade pode ser invertida mediante a inversão do sinal da corrente elétrica.In an electromagnet, the electric current passes through the wires of a coil wrapped around a ferromagnetic core, generating a magnetic field whose polarity can be reversed by reversing the electric current signal.

No Motor Elétrico Axial Alternativo, objeto da presente patente, a bobina do eletroímã é submetida a uma corrente elétrica que pode variar de intensidade e de sinal, através da utilização de um comutador de escovas ou de um controlador digital sem escovas, gerando no eletroímã um campo magnético também variável em intensidade e sinal, capaz de inverter os pólos norte e sul. Esse eletroímã fixo é posicionado entre dois ímãs permanentes móveis com faces de pólos iguais contrapostas, todos alinhados pelos eixos. Ao se fornecer corrente elétrica para o eletroímã gera-se nele um campo magnético, fazendo com que o eletroímã repila um dos ímãs permanentes e atraia o outro, ocasionando o deslocamento dos ímãs permanentes na direção da face do eletroímã que atraía um deles. Ao se inverter a corrente elétrica, o eletroímã muda a polaridade de seu campo magnético e passa a repelir o ímã permanente que atraía e a atrair o ímã permanente que repelia, deslocando os ímãs permanentes para o lado oposto e assim por diante, descrevendo um movimento alternativo na direção dos eixos do eletroímã e dos ímãs permanentes, onde o campo magnético é mais intenso. O movimento alternativo assim controlado é transformado em movimento rotativo através da conexão de um dos suportes dos ímãs permanentes a uma biela, que transforma o movimento alternativo em rotativo através de uma árvore de manivelas ou virabrequim, gerando trabalho útil. A variação da velocidade na mudança do sinal bem como a variação da intensidade da corrente elétrica aplicada ao eletroímã, determinadas pelo comutador de escovas ou pelo controlador digital, controlam a frequencia dos movimentos alternativos dos ímãs permanentes, permitindo que se possa variar a velocidade e a potência do motor.In the Alternate Axial Electric Motor, object of the present invention, the electromagnet coil is subjected to an electric current that can vary in intensity and signal through the use of a brush switch or a digital brushless controller, generating in the electromagnet a magnetic field also variable in intensity and signal, able to invert the north and south poles. This fixed electromagnet is positioned between two moving permanent magnets with opposite opposite pole faces, all aligned with the axes. Providing electric current to the electromagnet generates a magnetic field, causing the electromagnet to repel one of the permanent magnets and attract the other, causing the permanent magnets to move toward the face of the electromagnet that attracted one of them. By reversing the electric current, the electromagnet shifts the polarity of its magnetic field and repels the permanent magnet it attracts and attracts the permanent magnet it repels, shifting the permanent magnets to the opposite side and so on, describing a movement. alternative in the direction of the electromagnet axes and permanent magnets, where the magnetic field is more intense. The reciprocating movement thus controlled is turned into rotary motion by connecting one of the permanent magnet holders to a connecting rod, which turns the reciprocating motion into rotary motion through a crankshaft or crankshaft, generating useful work. The variation in the speed of change of the signal as well as the variation in the intensity of the electric current applied to the electromagnet, determined by the brush switch or the digital controller, control the frequency of the alternating permanent magnet movements, allowing the speed and the variation of motor power.

Os motores elétricos rotativos convencionais em sua maioria funcionam devido ao campo magnético existente entre eletroímãs ^ ímãs permanentes, ou somente entre eletroímãs, mas a interação entre os campos magnéticos gerados nesses componentes ocorre tangenciamente, pois a aproximação dos eletroímãs se faz lateralmente, não sendo possível aproveitar o campo magnético na direção de sua maior intensidade, a direção axial. Nesses motores os componentes eletromagnéticos são dispostos em um rotor e em um estator, e ao se aplicar corrente elétrica ocorre atração entre eles, gerando movimento rotativo no sentido de atração dos componentes. No momento em que os componentes estão mais próximos se inverte a corrente elétrica e ocorre repulsão entre os componentes, fazendo com que o movimento rotativo prossiga, agora no sentido da repulsão dos componentes e assim por diante, completando seu ciclo, em movimento de rotação. A força magnética gerada nesses motores não pode ser aproveitada ao máximo, por não ser na direção axial e assim não atuar no sentido de maior intensidade do campo magnético.Conventional rotary electric motors mostly function due to the magnetic field existing between permanent magnets, or only between electromagnets, but the interaction between the magnetic fields generated in these components occurs tangentially, because the approximation of the electromagnets is done laterally, not being possible. harness the magnetic field in the direction of its highest intensity, the axial direction. In these motors the electromagnetic components are arranged in a rotor and a stator, and when electric current is applied, attraction occurs between them, generating rotational movement in the direction of attraction of the components. The moment the components are closer, the electric current is reversed and repulsion occurs between the components, causing the rotary motion to proceed, now towards the repulsion of the components and so on, completing their cycle, in rotational motion. The magnetic force generated in these motors cannot be fully utilized, as it is not in the axial direction and thus does not act in the direction of the highest intensity of the magnetic field.

As linhas de campo entre dois ímãs ou eletroímãs são mais concentradas axialmente, na direção dos eixos desses componentes, sendo mais intenso o campo magnético nessa direção. Assim, a corrente elétrica aplicada a um eletroímã é melhor aproveitada se este estiver axialmente alinhado com o ímã ou eletroímã com o qual interage, mais do que quando o posicionamento é tangencial, como ocorre na maioria dos motores elétricos rotativos convencionais. A atração e a repulsão magnética nos motores rotativos não ocorre no sentido de maior concentração das linhas de campo, onde a intensidade do campo magnético é maior.The field lines between two magnets or electromagnets are more axially concentrated in the direction of the axes of these components, the magnetic field in that direction being more intense. Thus, the electric current applied to an electromagnet is best utilized if it is axially aligned with the magnet or electromagnet with which it interacts, rather than when positioning is tangential, as with most conventional rotary electric motors. The attraction and magnetic repulsion in rotary motors does not occur in the sense of higher concentration of field lines, where the intensity of the magnetic field is higher.

O Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente, tem a vantagem de aproveitar o campo magnético na direção de sua maior intensidade, otimizando a energia elétrica aplicada. Esta característica fundamental de funcionar aproveitando o campo magnético na direção de sua maior intensidade proporciona maior economia de energia elétrica. O Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente possui ainda uma outra característica fundamental, a de prescindir de energia elétrica para seu funcionamento durante metade do seu ciclo.The Alternative Axial Electric Motor object of the present patent has the advantage of taking advantage of the magnetic field towards its highest intensity, optimizing the applied electric energy. This fundamental feature of operating by harnessing the magnetic field in the direction of its highest intensity provides greater electricity savings. The Alternate Axial Electric Motor object of the present patent has yet another fundamental feature, that of dispensing electricity for its operation during half of its cycle.

Quando a energia elétrica é aplicada ao eletroímã, um de seus pólos repele o pólo de mesmo sinal do ímã permanente e o outro pólo do eletroímã, de sinal oposto, atrai o outro ímã permanente, ocasionando o deslocamento dos ímãs permanentes. Como as forças de atração e repulsão magnética são inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre os pólos dos ímãs e do eletroímã, ao se iniciar o movimento de deslocamento a força predominante é a de repulsão, provocada pela interação entre pólos iguais do ímã permanente e do eletroímã. Quando os ímãs chegam na metade do seu deslocamento, as forças de repulsão e de atração se igualam, em equilíbrio instável, que é vencido pela inércia do movimento dos ímãs. A partir da metade do deslocamento dos ímãs a força de atração passa a predominar, exponencialmente. Ocorre que, ao contrário da força de repulsão, que necessita da corrente elétrica para que um pólo do eletroímã repila o pólo de mesmo sinal de um dos ímãs permanentes, a força de atração decorre naturalmente da aproximação entre o ímã permanente e o eletroímã descarregado, independente de polaridade, independente do fornecimento de energia elétrica, como ocorre naturalmente com qualquer material ferromagnético que é atraído por um ímã permanente. Assim, a partir da metade do deslocamento dos ímãs permanentes não há fornecimento de energia para o sistema, e até que um dos ímãs permanentes atinja a distância mínima da face do eletroímã, por atração natural, quando então é fornecida energia com sinal invertido, de modo a ocorrer a repulsão entre os pólos do ímã permanente e do eletroímã, iguais nesse momento, continuando o ciclo. Consequentemente, na metade do ciclo de funcionamento do Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente não há necessidade do emprego de energia elétrica, proporcionando maior economia.When electrical power is applied to the electromagnet, one of its poles repels the same-sign pole of the permanent magnet and the other pole of the opposite-magnet electromagnet attracts the other permanent magnet, causing the permanent magnets to shift. Since the forces of attraction and magnetic repulsion are inversely proportional to the square of the distance between the poles of the magnets and the electromagnet, when the displacement movement begins, the predominant force is the repulsion, caused by the interaction between equal poles of the permanent magnet and the magnet. electromagnet. When the magnets reach halfway, the forces of repulsion and attraction equal, in unstable equilibrium, which is overcome by the inertia of the movement of the magnets. Halfway through the displacement of the magnets, the force of attraction starts to predominate exponentially. It turns out that, unlike the repulsive force, which requires the electric current for an electromagnet pole to repel the same signal pole of one of the permanent magnets, the attractive force naturally comes from the approximation between the permanent magnet and the discharged electromagnet, polarity independent, independent of the power supply, as naturally occurs with any ferromagnetic material that is attracted to a permanent magnet. Thus, from half the displacement of the permanent magnets there is no power supply to the system, and until one of the permanent magnets reaches the minimum distance from the face of the electromagnet by natural attraction, when then inverted signal energy is supplied from so that repulsion occurs between the permanent magnet and electromagnet poles, equal at that moment, continuing the cycle. Consequently, in the middle of the operation cycle of the Alternative Axial Electric Motor, object of the present patent, there is no need for the use of electric energy, providing greater economy.

Inobstante os motores convencionais apresentarem menores perdas mecânicas em virtude de o seu movimento ser rotativo, o motor elétrico axial alternativo apresenta maior eficiência energética global, uma vez que os ganhos decorrentes do máximo aproveitamento do campo magnético na direção axial são maiores que as perdas mecânicas inerentes ao movimento alternativo. Concorre também para a maior eficiência energética o fato de que a metade do ciclo do Motor Elétrico Axial Alternativo ocorre sem gasto de energia elétrica, apenas em função do magnetismo próprio dos ímãs permanentes, que naturalmente atraem o eletroímã descarregado. A maior eficiência eletromagnética supera as perdas mecânicas, comparativamente aos motores elétricos convencionais.Although conventional motors have lower mechanical losses due to their rotational motion, the alternative axial electric motor has greater overall energy efficiency, since the gains from maximum utilization of the magnetic field in the axial direction are greater than the inherent mechanical losses. to alternative motion. Also contributing to the higher energy efficiency is the fact that half of the cycle of the Alternate Axial Electric Motor occurs without the use of electric energy, only due to the magnetism of the permanent magnets, which naturally attract the discharged electromagnet. Higher electromagnetic efficiency outweighs mechanical losses compared to conventional electric motors.

O Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente também funciona como gerador de energia elétrica quando seu eixo é movido por uma força externa. A rotação do motor faz com que os ímãs permanentes se movam em torno do eletroímã descarregado, e seus campos magnéticos geram nos fios da bobina do eletroímã uma corrente elétrica que pode ser aproveitada, como ocorre em um gerador de energia elétrica.The Alternate Axial Electric Motor object of the present invention also functions as an electric power generator when its axis is driven by an external force. The rotation of the motor causes the permanent magnets to move around the discharged electromagnet, and their magnetic fields generate in the electromagnet coil wires an electrical current that can be harnessed, as occurs in an electric power generator.

O Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente funciona de acordo com o esquematizado na Fig. 1, apresentado de forma simplificada para facilitar a compreensão, sem o comutador de escovas ou o controlador digital sem escovas, excludentes entre si, nem fiação elétrica, uma vez que são elementos comuns de motores elétricos convencionais e fogem do âmbito de proteção da presente patente.The Alternate Axial Electric Motor object of the present invention operates as shown in Fig. 1, presented in a simplified manner for ease of understanding without the brush switch or digital brushless controller, mutually exclusive, or electrical wiring, as they are common elements of conventional electric motors and are outside the scope of protection of this patent.

O eletroímã (1) fixado à carcaça (4) é posicionado entre os dois ímãs permanentes (3), fixados cada um ao suporte (2), com as faces de pólos iguais contrapostas, todos alinhados axialmente.The electromagnet (1) attached to the housing (4) is positioned between the two permanent magnets (3), each attached to the support (2), with the opposing equal pole faces all axially aligned.

Os suportes (2) dos ímãs são fixados a cada um dos lados das hastes (5) que perpassam a carcaça (4), formando um conjunto, sendo um deles solidário ao mancai móvel (6) ligado a uma biela (7) que transmite o movimento alternativo do conjunto dos ímãs permanentes (3) ao virabrequim (8) e o transforma em movimento rotativo que gira o eixo do motor (9), suportado pelo mancai do eixo (10) fixado à carcaça (4), para realização de trabalho útil.The magnet holders (2) are attached to each side of the rods (5) which run through the housing (4), forming an assembly, one of which is integral with the movable bearing (6) connected to a connecting rod (7) which transmits the reciprocating movement of the permanent magnet assembly (3) to the crankshaft (8) and turning it into a rotary movement rotating the motor shaft (9) supported by the shaft bearing (10) attached to the housing (4) for performing useful work.

Ao se fornecer corrente elétrica proveniente de uma fonte externa para o eletroímã (1) este repele um dos ímãs permanentes (3) e atrai o outro, fazendo com que os ímãs permanentes (3) se desloquem na direção axial no sentido da face do eletroímã (1) e do ímã (3) que se atraem. Ao chegar na metade do deslocamento dos ímãs permanentes as forças de repulsão e de atração se igualam, em equilíbrio instável, e a energia elétrica deixa de ser fornecida ao eletroímã (1), mas os ímãs permanentes (3) continuam em movimento devido à inércia do sistema, sendo um deles predominantemente atraído pelo eletroímã (1) mesmo que descarregado, por causa do magnetismo natural do ímã permanente (3), até que este atinja a distância mínima da face do eletroímã (1), quando então é fornecida ao eletroímã (1) energia elétrica com sinal invertido, de modo a ocorrer a repulsão entre os pólos do ímã permanente (3) e do eletroímã (1), iguais nesse momento, continuando o ciclo, fazendo que o ímã permanente (3) se desloque na direção axial no sentido oposto, e assim por diante, descrevendo um movimento alternativo na direção dos eixos do eletroímã (1) e dos ímãs permanentes (3), o qual é transformado em movimento rotativo por meio da uma biela (7) que o transmite ao virabrequim (8), que gira o eixo do motor (9).Supplying electric current from an external source to the electromagnet (1) repels one of the permanent magnets (3) and attracts the other, causing the permanent magnets (3) to move axially toward the electromagnet face. (1) and magnet (3) that attract. At halfway displacement of the permanent magnets, the repulsion and attraction forces are equal in unstable equilibrium, and electrical energy is no longer supplied to the electromagnet (1), but the permanent magnets (3) continue to move due to inertia. one of them being predominantly attracted to the electromagnet (1) even when discharged because of the natural magnetism of the permanent magnet (3) until it reaches the minimum distance from the face of the electromagnet (1), when it is then supplied to the electromagnet (1) inverted signal electric power, so that repulsion occurs between the permanent magnet (3) and electromagnet (1) poles, equal at this moment, continuing the cycle, causing the permanent magnet (3) to move in the axial direction in the opposite direction, and so on, describing an alternate movement in the direction of the axes of the electromagnet (1) and the permanent magnets (3), which is transformed into rotary motion by means of a bi- it (7) which transmits it to the crankshaft (8), which rotates the motor shaft (9).

O Motor Elétrico Axial Alternativo objeto da presente patente pode ser fabricado com os mais diversos tipos de materiais, dimensões e capacidades, pode funcionar com as mais variadas fontes de energia elétrica, pode ser utilizado em módulos de múltiplas unidades, dispostas em linha, em ângulos, contrapostos, radialmente etc., bem como pode ser empregado em qualquer tipo de utilização industrial, comercial ou residencial, utilizado em veículos automotivos de passageiros ou de carga para transporte terrestre, marítimo, fluvial, lacustre, aéreo etc., sem que saia do âmbito de proteção da presente patente.The Alternate Axial Electric Motor object of the present invention can be manufactured with different types of materials, dimensions and capacities, can work with the most varied sources of electric energy, can be used in multiple units modules, arranged in line, at angles. , counterparts, radially, etc., and may be used in any type of industrial, commercial or residential use, used in passenger or cargo vehicles for land, sea, river, lake, air, etc., without leaving the scope of protection of this patent.

Claims

1. Alternative Axial Electric Motor, characterized by a fixed electromagnet positioned between two movable permanent magnets with opposite opposite pole faces, all axially aligned, the permanent magnets being attached to two opposite supports, joined by rods forming a movable assembly. wherein one of the brackets is coupled to a bearing that drives a connecting rod that transmits the axial reciprocating movement of the permanent magnets to a crankshaft that transforms reciprocating motion into rotary motion and rotates the motor shaft for useful work when applied in the electromagnet a variable electric current in signal and intensity;

Alternative Axial Electric Motor according to Claim 1, characterized in that it axially applies the force of the magnetic field resulting from the interactions of the fixed electromagnet and the two moving permanent magnets, when the electromagnet is supplied with a variable electrical current in signal and intensity;

Alternative Axial Electric Motor according to Claims 1 and 2, characterized in that it takes advantage of the maximum intensity of the magnetic field resulting from the interactions of the fixed electromagnet and the two moving permanent magnets in the axial direction when an electric current is applied to the electromagnet. variable in signal and intensity;

Alternative Axial Electric Motor according to Claims 1, 2 and 3, characterized by the alternating direction movement of the permanent magnets in the axial direction of the alignment of the electromagnet and permanent magnets, resulting from the magnetic field generated by the interactions of the fixed electromagnet. and of the two moving permanent magnets, by applying to the electromagnet a variable electric current in signal and intensity;

Alternative Axial Electric Motor according to Claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that it uses only the natural magnetism of the permanent magnets to attract the electromagnet from half of each stroke of the axial reciprocating motion of the permanent magnets;

Alternative Axial Electric Motor according to Claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that no electrical energy is used in the electromagnet from half of each stroke of the axial reciprocating motion of the permanent magnets;

Alternative Axial Electric Motor according to Claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that it uses electric energy in the electromagnet to generate the magnetic repulsive force only at the beginning and to half of each alternative stroke. displacement of permanent magnets.