(74) Mandatário: (54) Epígrafe: MOTOR DE CONVERSÃO DE ENERGIA MAGNÉTICA EM CINÉTICA

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1 (11) Número de Publicação: PT A (51) Classificação Internacional: F16C 3/04 ( ) F16J 10/00 ( ) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (45) Data e BPI da concessão: / (73) Titular(es): INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO GALTEC/GAPI DO IST, AVENIDA ROVISCO PAIS LISBOA PT (72) Inventor(es): ALFREDO AUGUSTO DO ROSÁRIO SOTA PT (74) Mandatário: (54) Epígrafe: MOTOR DE CONVERSÃO DE ENERGIA MAGNÉTICA EM CINÉTICA (57) Resumo: Este invento foi desenvolvido para resolver o problema dos motores que funcionam unicamente com recurso a ímans, sendo que o maior problema é conseguir a conversão da energia magnética em cinética de forma eficiente. Muitas arquitecturas de motores têm vindo a ser desenvolvidas de forma a converter a energia magnética dos ímans, devido a atracção/repulsão, em energia cinética, arquitecturas estas que se diferenciam pela forma como os ímans interagem uns com os outros e é com base numa nova forma de interacção que o motor de conversão de energia magnética em cinética (Fig.1) foi criado, sendo este constituído por um motor modular que converte a energia magnética devido a atracção/repulsão entre os pólos dos pistões (19) e os do rotor (4) em energia cinética, sendo que depois o movimento de rotação gerado pelo rotor (4) pode ser transmitido, por exemplo, a um gerador de energia eléctrica que será acoplado ao motor através do eixo (26). A energia cinética é gerada pelo facto de os pistões estarem confinados a um movimento longitudinal dentro dos cilindros (20), sendo que aqui os pistões só se podem mover de forma ascendente ou descendente, de acordo com uma atracção ou repulsão. Estando os pistões ligados a cambotas (1, 2, 3 e restante), estes movimentos serão transmitidos as mesmas. Dado que as cambotas estão ligadas ao rotor (4), por meio de correias de transmissão (12, 13, 14 e 15), a rotação das cambotas irá ser transmitida ao rotor, tendo este um volante do motor (25) que permite estabilizar o movimento de rotação, fazendo com que a atracção/repulsão que deu origem a este estado/posição se altere e crie um novo estado/posição, sendo que desta forma há uma conversão de energia magnética em cinética.

2 Resumo Motor de conversão de energia magnética em cinética Este invento foi desenvolvido para resolver o problema dos motores que funcionam unicamente com recurso a ímans, sendo que o maior problema é conseguir a conversão da energia magnética em cinética de forma eficiente. Muitas arquitecturas de motores têm vindo a ser desenvolvidas de forma a converter a energia magnética dos ímans, devido a atracção/repulsão, em energia cinética, arquitecturas estas que se diferenciam pela forma como os ímans interagem uns com os outros e é com base numa nova forma de interacção que o motor de conversão de energia magnética em cinética (Fig.1) foi criado, sendo este constituído por um motor modular que converte a energia magnética devido a atracção/repulsão entre os pólos dos pistões (19) e os do rotor (4) em energia cinética, sendo que depois o movimento de rotação gerado pelo rotor (4) pode ser transmitido, por exemplo, a um gerador de energia eléctrica que será acoplado ao motor através do eixo (26). A energia cinética é gerada pelo facto de os pistões estarem confinados a um movimento longitudinal dentro dos cilindros (ZO), sendo que aqui os pistões só se podem mover de forma ascendente ou descendente, de acordo com uma atracção ou repulsão. Estando os pistões ligados a cambotas (1, 2, 3 e restante), estes movimentos serão transmitidos as mesmas. Dado que as cambotas estão ligadas ao rotor (4), por meio de correias de transmissão (12, 13, 14 e 15), a rotação das cambotas irá ser transmitida ao rotor, tendo este um volante do motor (25) que permite estabilizar o movimento de rotação, fazendo com que a atracção/repulsão que deu origem a este estado/posição se altere e crie um novo estado/posição, sendo que desta forma há uma conversão de energia magnética em cinética.

3 Motor de conversão de energia magnética em cinética 1. Contextualização do invento Os motores existentes actualmente ou são movidos por energia eléctrica ou por algum tipo de combustível, foi com base no modo de funcionamento do motor de combustão interna a quatro tempos que foi criado o presente invento. Muitas tentativas têm sido feitas para criarem-se sistemas que tranforman a energia magnética dos ímans, devido a atracção/repulsão, em energia cinética que por sua vez será usada de diversas formas, sendo a mais comum a produção de energia eléctrica. De salientar que estas buscas se focam em sistemas que não usam nenhum outro recurso energético para além da atracção/repulsão entre os ímans. Este invento segue a mesma linha de pensamento e vem apresentar uma nova arquitectura e acrecentar algumas características que visam converter a energia magnética devido a atracção/repulsão, em energia cinetica. Actualmente os ímans têm vindo a sofrer uma grande evolução o que tem permitido a produção de ímans das mais diversas formas, com várias intensidades e direcções de magnetização. Os ímans mais fortes no mercado são feitos de Neodímio-Ferro-Boro (NdFeB), e são exactamente estes, ou outros com características semelhantes, utilizados neste invento. 2. Estado da arte Dentro da área de utilizações de ímans para a geração de energia eléctrica, muitos inventos têm sido desenvolvidos, através de uma pesquisa das características do presente invento foram encontrados os seguintes registos que seguem a

4 mesma linha de acção: IT , US , GB , US Todos os registos acima indicados ainda que tendo por base a utilização de ímans, cilindros e pistões, incluem também electroímans o que é suficiente para os diferenciar do presente invento porque neste pretende-se a criação de um sistema que não use fontes de energia externa, dentro de trabalhos com esta exigência foi encontrado o registo DE A1, tendo este registo características muito semelhantes as do presente invento, mas tendo tambem por sua vez muitas lacunas que serão colmatadas com este invento. De salientar que o invento registado faz um aproveitamento ineficiente da energia magnética ao gerar corrente eléctrica por indução através de espiras que se encontram a volta dos cilindros, sendo que no presente invento se usa o movimento de rotação, gerado pelo motor e transmitido ao eixo do rotor, para mover um gerador de energia eléctrica que será acoplado ao mesmo. De se notar tambem que as arquitecturas reivindicadas nesse mesmo registo são todas de uma estrutura em que os vários rotores estão a volta de uma cambota comum, sendo a ligação feita através de correias. O presente invento apresenta uma arquitectura que tem várias cambotas em torno de um único rotor, estando ligadas a este por meio de correias de transmissão. O presente invento tambem tem como característica o facto de ser modular, o que vem permitir o acoplamento de várias unidades iguais para se obter uma melhor performance. 3. Descrição pormenorizada do invento O motor de conversão de energia magnética (Fig.1) em cinética funciona com dezasseis ímans permantes incrustados num rotor (4)) estando oito deles com o pólo Sul (17) para o exterior da superfície do rotor e os restantes oito com o pólo Norte (18), sendo todo o espaço entre os mesmos considerada 2

5 zona Neutra (sem ímans). Estes ímans vão interagir com os dezasseis que estão incrustados nos pistões (19), estando estes por sua vez todos com o pólo Norte voltado para a parte exterior do pistão (Fig.3.a). Os dezasseis pistões (Fig.1) estão confinados ao espaço dos dezasseis cilindros (20), tendo como grau de liberdade o movimento longitudinal dentro dos mesmos, movimento este que gera nas quatro cambotas (1, 2, 3 e restante), tendo cada uma delas quatro contrapesos (21), a rotação destas que por sua vez transferem este movimento as quatro rodas dentadas (8, 9, 10 e restante) que estão ligadas a roda dentada (11) do eixo do rotor (4) através de 4 correias de transmissão (12, 13, 14 e 15), tambem ligado a este rotor está um volante do motor (25) que permite estabilizar o movimento de rotação. Podem ainda ser fixados mais quatro volantes do motor a cada uma das cambotas (Fig.2) (2.a, 2.b, 2.c e 2.d). O funcionamento deste motor baseia-se no mesmo principio dos motores de combustão interna, mas ao invés dos pistões serem movidos Por combustões, são movidos Por atrações/repulsões entre os vários ímans. De acordo com a (Fig.5) e com o grau de liberdade que os pistões têm dentro dos cilindros, definem-se quatro posições de funcionamento para os mesmos: A - Posição de máxima repulsão (quanto o pólo Norte do pistão e repelido pelo pólo Norte do rotor); B - Posição de mínima repulsão (quanto o pólo Norte do pistão já praticamente se afastou do rotor e não existe interacção entre este e o rotor, estado o rotor na posição Neutra ou seja, zona sem ímans); C - Posição máxima de atracção (quanto o pólo Norte do pistão é atraído pelo pólo Sul do rotor); D - Posição mínima de atracção (quanto o pólo Norte do pistão está o mais próximo do rotor e não existe interacção entre este e o rotor, estando o rotor na posição Neutra ou seja, zona sem ímans). Na (Fig.5) vemos quatro cortes transversais (I, 11, 111, IV) deste motor, cada um destes cortes irá conter as várias 3

6 combinações de interacção possíveis (A, B, C ou D) e é o perfeito ajuste destas combinações que irá fazer com que o motor funcione. Uma possível combinação é para o corte I as posições, vistas no sentido horário, ACAC, corte 11- BDBD, corte I11 - CACA, corte IV - DBDB. Na posição A (Fig.5) (Posição de máxima repulsão) o pólo Norte do pistão interactua com o pólo Norte do rotor o que faz com que haja uma repulsão entre ambos, durante essa repulsão, a roda dentada (8) (Fig.l) move-se e com isso o rotor (4) tambem através da correia de transmissão (12) devido a rotação da cambota (1). Na posição B (Posição de mínima repulsão) o pólo Norte do pistão interactua com a zona Neutra do rotor, este segundo passo è originado pelo primeiro, aquando da repulsão A o pistão movimenta-se e simultaneamente o rotor roda, movimento este apoiado pelos contrapesos (21), ficando o pistão a interagir com a zona Neutra do rotor. Na posição C (Fig.4)( Posição máxima de atracção), o pólo Norte do pistão interactua com o pólo Sul do rotor o que faz com que haja uma atracção entre ambos, durante essa atracção, a roda dentada (9)(Fig. 1) move-se e com isso o rotor (4) tambem através da correia de transmissão (15) devido a rotação da cambota (2). Na posição D (Posição mínima de atracção) o pólo Norte do pistão interactua com a zona Neutra do rotor, este quarto passo è originado pelo anterior, atracção C, o pistão movimenta-se e simultaneamente o rotor roda, movimento este apoiado pelos contrapesos (21), ficando o pistão a interagir com a zona Neutra do rotor. As quatro posições A, B, C e D serão executadas pelos pistões que estão ligados as cambotas (1, 2, 3 e restante) (Fig.l), podendo estas posições serem distribuídas pelo motor de forma a perfazer os quatro cortes transversais da (Fig. 5). A posição C è uma posição crítica devido ao facto de o pistão que ficar nesta posição ter de passar da posição de atracção C para a D, onde já não interage com o rotor, mas 4

7 essa passagem não se pode dar sem o apoio das outras posições A, B e C executadas pelos outros pistões, caso contrário o rotor não rodaria porque o rotor e o pistão procuram manter-se na posição de atracção C. Num total de 16 posições, haverá sempre 4 posições criticas C, mas estas não apresentaram qualquer resistência dado que por sua vez elas serão acompanhadas por 12 posições estáveis A, B e D. Todas estas posições irão interagir umas com as outras e todas com o rotor (4). A perfeita conjugação destas posições irá permitir que a energia magnética devido a atracção/repulsão entre os ímans dos pistões e os do rotor sejam transformados em energia cinética através da rotação das cambotas/rodas dentadas/rotor. Todos os movimentos dos pistões irão ser transmitidos a uma roda dentada. Existe uma roda dentada (8, 9, 10 e restante) por cada cambota (1, 2, 3 e restante), tendo cada uma destas um grupo de quatro pistões o que faz no total quatro rodas dentadas que por sua vez estão ligadas a roda dentada do rotor (11) através de quatro correias de transmissão (12, 13, 14 e 15). A estrutura do motor é toda de material não magnético para que não haja interacções entre os ímans e a mesma. O contrapeso (Fig.3.b) terá nele fixado chumbo, ou outro material pesado e não magnetizável. Todos os ímans são feitos de Neodímio-Ferro-Boro (NdFeB) ou outro material que permita fortes magnetizações. Os ímans dos pistões estão magnetizados (Fig.4.a) e imbutidos nos mesmos de forma a que a parte do pólo Norte fique de fora (Fig.3.a). Os ímans do rotor são magnetizados de modo a que oito deles tenham o pólo Norte (Fig.4.b) na parte convexa e os restantes oito, pólo Sul (Fig.4.c). Todos os pistões são fixados, nas posições A, B, C ou D, as cambotas. Sendo que estas são por sua vez mantidas presas num momento inicial de forma a permitir que o rotor seja 5

8 inserido na estrutura sem que os pistões saiam das suas posições. O rotor será inserido na estrutura numa posição semelhante a que vemos na g l ), sendo este tambem mantido preso para que não rode devido a interação com os pistões. Depois de tanto os pistões como o rotor estarem nas suas posições, as correias de transmissão serão colocadas e com isso o motor poderá ser lançado, bastando para isso, ao soltar as carrbotas e o rotor, forçar este último a rodar num sentido a escolha, horário ou anti-horário. 5. Aplicações Através da conjugação das posições A, B, C e D dos pistões, obtém-se no fim um movimento de rotação no rotor, movimento este que pode ser usado, bastando para isso acopolar, por exemplo, um gerador de corrente eléctrica ao eixo (26)(Fig. 1) tendo em conta que os ímans de Neodímio- Ferro-Boro (NdFeB) são considerados superímans, possuido eles uma grande força de atracção/repulsão obtém-se como resultado final um torque suficientemente grande para tirar da inércia um gerador de corrente eléctrica e pô-lo a funcionar. 6.Vantagens O facto de o motor existir como unidade modular vai permitir que ao eixo (26)(Fig. 1) sejam acopladas tantas unidades quanto necessárias para se obter um movimento de rotação mais estável. Para além das configurações de colocação dos ímans já definidas, tanto no rotor como nos pistões, outras configurações são possíveis. Ao motor pode ser acoplado um gerador de energia eléctrica ou outro tipo de máquina que venha a usar o movimento de rotação gerado pelo motor.

9 ~ndice de figuras Fig.1 (Motor de conversão de energia magnética em cinetica) 1, 2 e 3 - Cambotas, sendo que a quarta cambota está num plano escondido e a referência a esta é feita como sendo a cambota 'restante". 4 - Rotor (Representa a estrutura do rotor com os dezasseis ímans incrustados, oito com o pólo sul para o exterior e oito com o pólo norte) 5, 6 e 7 - Rolamento, sendo que o quarto rolamento está num plano escondido. 8, 9 e 10 - Roda dentada, sendo que a quarta roda dentada está num plano escondido e a referência a esta é feita como sendo a roda dentada 'restante" Roda dentada do rotor 12/13, 14 e 15 - Correias de transmissão 16 e 26 - Eixo do rotor 17 e 18 - Pólo Sul/Norte (Serve para referenciar os oito pólos Sul e Norte) 19 - Pistão (Serve para referenciar os dezasseis pistões) 20 - Cilindro (Serve para referenciar os dezasseis cilindros) 21 - Contrapeso (Serve para referenciar dezasseis pistões) 22 - Biela 23 e 24 - Cobertura do motor 25 - Volante do motor Fig.2 (Vista frontal do motor com todos os volantes do motor colocados) 2.a, 2.b, 2.c, 2.d - Volante do motor 2.e - Volante do motor (correspondente ao 25 da Fig.1) Fig.3 (Vistas detalhadas do pistão e contapeso) 3.a - Pistão com íman embutido

10 3.b - Contrapeso com massa ajustável/fixável Fig.4 (Vista das formas dos ímans e respectivas direcções de magnetização) 4.a - Íman do do pistão 4.b - Íman do rotor (Pólo Norte para fora) 4.c - Íman do rotor (Pólo Sul para fora) Fig. 5 I, 11, I11 e IV - Cortes transversais do motor com as seguintes posições: A - Posição de máxima repulsão B - Posição de mínima repulsão C - Posição máxima de atracção D - Posição mínima de atracção Lisboa, 26 de Maio de 2009.

11 Reivindicações 1. Motor de conversão de energia magnética em cinética, caracterizado por ter como arquitectura uma estrutura em que quatro cambotas (1, 2, 3 e restante), com quatro contrapesos (21), ligadas a quatro pistões (19) que se movem em quatro cilindros (20), estão em volta de um rotor (4) e ligadas a roda dentada (11) do eixo deste com as quatro rodas dentadas (8, 9, 10 e restante) de cada uma das cambotas através de quatro correias de transmissão (12, 13, 14 e 15). 2. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser constituído em material leve não magnetizável e funcionando com trinta e dois ímans permantes, sendo: a) dezasseis ímans incrustados no rotor (4) em que oito têm o pólo Norte para o exterior da superfície do rotor e oito têm o pólo Sul para o exterior da superfície do rotor e e o espaçarnento entre os ímans é zona Neutra, (sem ímans); b) dezasseis ímans incrustados nos pistões (19) estando todos com o pólo Norte para o exterior dos pistões (3.a) e confinados ao espaço dos dezasseis cilindros (20) tendo como grau de liberdade o movimento longitudinal dentro dos mesmos; C) OS ímans do rotor vão interagir com os ímans dos pistões, e o movimento longitudinal dos pistões dentro dos cilindros vai gerar nas quatro cambotas (1, 2, 3 e restante), tendo cada uma delas quatro contrapesos (21), a rotação destas que por sua vez transferem este movimento as quatro rodas dentadas (8, 9, 10 e restante) que estão ligadas a roda dentada (11) do eixo do rotor (4) através de

12 quatro correias de transmissão (12, 13, 14 e 15), tambem ligado a este rotor está um volante do motor (25) que permite estabilizar o movimento de rotação; c) Todos os contrapesos têm uma massa de chumbo ou outro material pesado e não magnetizável fixado aos mesmos (3.b); d) Todos os ímans são de Neodímio-Ferro-Boro (NdFeB) ou outro material que crie ímans muito fortes; e) Definem-se quatro posições de funcionamento: A - Posição de máxima repulsão (quanto o pólo Norte do pistão é repelido pelo pólo Norte do rotor); B - Posição de minima repulsão (quanto o pólo Norte do pistão já praticamente se afastou do rotor e não existe interacção entre este e o rotor, estado o rotor na posição Neutra ou seja, zona sem ímans); C - Posição máxima de atracção (quanto o pólo Norte do pistão é atraído pelo pólo Sul do rotor); D - Posição minima de atracção (quanto o pólo Norte do pistão está o mais próximo do rotor e não existe interacção entre este e o rotor, estando o rotor na posição Neutra ou seja, zona sem ímans). 3. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ao eixo (26) do rotor (4) poder ser acoplado um gerador de corrente eléctrica ou qualquer outra máquina que venha a usar o movimento rotacional originado pelo motor. 4. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o motor de conversão de energia magnética em cinética ser uma unidade modular e permitir que possam ser acoplados ao eixo (26) do rotor (4) outras unidades iguais para que desta forma seja possível criar um maior número de combinações das posições A, B, C, D ou outras.

13 5. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por colocar os pistons inicialmente em posições diferentes daquelas definidas como A, B, C ou D. 6. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por colocar ímans com os pólos dispostos de outras formas diferentes. 7. Motor de conversão de energia magnética em cinética, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por colocar para além do volante (25), um volante do motor (2.a), (2.b), (2.c), (2.d) no eixo (1, 2, 3 e restante) de cada uma das cambotas. Lisboa, 27 de Maio de 2009.

14 Fig. 1

15 Fig. 2

16 Fig. 4

17 Fig. 5 S - Pólo Sul o - Neuíro(zona sem imans)