BR202019022592U2

BR202019022592U2 - purely magnetic tesla motor

Info

Publication number: BR202019022592U2
Application number: BR202019022592-6U
Authority: BR
Inventors: Guilherme Hitoshi Kaneko; Paulo Vinicius Trevizoli; Flavio Clareth Colman; Wagner Andre Dos Santos Conceição; Cleber Santiago Alves; Alexandre Magnus De Carvalho; Alisson Cocci De Souza; Beatriz Moura Gargaro; Jean Rodrigo Bocca; Fernando Rodrigo Moro; Gabriel Hiroshi Kubota; Gabriel Castilho Pupim; Vinícius Cabral De Oliveira
Original assignee: Universidade Estadual De Maringá
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-05-11

Abstract

O presente modelo de utilidade, intitulado Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, enquadra-se no campo técnico da transformação, mais precisamente destinado a transformação de energia magnética em energia mecânica que permite uma acentuada troca térmica entre material magnético e fluido de operação conferindo uma rápida transição de estado magnético, provomendo assim aumento da frequência de trabalho do motor. Essa máquina consiste de um circuito magnético em duplo C que provê, dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, trocadores de calor com leito poroso de material magnético em diferentes ordenamentos magnéticos, com troca térmica por conveção forçada devido a passagem de fluido (ora quente, ora frio) que altera as propriedades magnéticas do material, fazendo com que este seja atraído ou não pelo campo magnético promovendo um movimento alternado pelo deslocamento em guias lineares. O movimento linear é transformado em movimento rotacional por meio de uma mecanismo de catraca e pode produzir potência mecânica ou energia elétrica utilizando como fonte de calor a energia solar ou um sistema cogeração ao se aproveitar de rejeitos térmicos industriais, ou seja, é capaz de operar sem a emissão de carbono para a atmosfera.

The present utility model, entitled Purely Magnetic Tesla-Type Motor, fits into the technical field of transformation, more precisely intended for the transformation of magnetic energy into mechanical energy that allows a marked thermal exchange between magnetic material and operating fluid, providing a rapid transition of magnetic state, thus increasing the working frequency of the motor. This machine consists of a double C magnetic circuit that provides two identical magnetic poles with high field strength, heat exchangers with a porous bed of magnetic material in different magnetic orderings, with thermal exchange by forced convection due to the passage of fluid (now hot, sometimes cold) that alters the magnetic properties of the material, making it be attracted or not by the magnetic field, promoting an alternating movement by displacement in linear guides. The linear movement is transformed into rotational movement by means of a ratchet mechanism and can produce mechanical power or electrical energy using solar energy or a cogeneration system as a heat source by taking advantage of industrial thermal waste, that is, it is capable of operating without emitting carbon to the atmosphere.

Description

PURELY MAGNETIC TESLA TYPE ENGINE

TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[01] O presente modelo de utilidade, intitulado “MOTOR DO TIPO TESLA PURAMENTE MAGNÉTICO”, enquadra-se no campo técnico da transformação, mais precisamente da transformação de energia magnética em energia mecânica.[01] The present utility model, entitled “PURELY MAGNETIC TESLA TYPE ENGINE”, fits into the technical field of transformation, more precisely the transformation of magnetic energy into mechanical energy.

INTRODUCTION

[02] Energia é um insumo primordial para o desenvolvimento socioeconômico de uma nação. Devido ao crescimento populacional e fatores econômicos, a demanda por energia vem aumentando nos últimos anos (WORLD ENERGY COUNCIL, 2016; INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2018). Esse aumento da demanda é ainda mais expressivo quando se observam os dados referentes aos países emergentes ou não membros da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD). Em projeções para as próximas décadas, o consumo de energia pode aumentar na casa dos 64% até 2040 (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2018).[02] Energy is a key input for the socioeconomic development of a nation. Due to population growth and economic factors, the demand for energy has been increasing in recent years (WORLD ENERGY COUNCIL, 2016; INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2018). This increase in demand is even more expressive when looking at data referring to emerging countries or non-members of the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD). In projections for the next decades, energy consumption may increase by around 64% by 2040 (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2018).

[03] Para suprir o rápido crescimento da demanda, é trivial a escolha por fontes de energia bem estabelecidas, baratas e de fácil acesso. Em outras palavras, dá-se preferência ao uso de combustíveis fósseis para a produção primária de energia, o que culmina no aumento das emissões de gases de efeito estufa e demais poluentes. Além disso, as fontes fósseis não são renováveis e estão sujeitas à instabilidades políticas o que, de tempos em tempos, resultam no aumento nos preços dos combustíveis. Esse cenário, associado às projeções do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) quanto às potenciais mudanças climáticas causadas pela produção excessiva de CO2 (IPCC, 2018), motiva a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias alternativas para produção de energia, as quais podem ser mais eficientes e menos poluentes.[03] To meet the rapid growth in demand, it is trivial to choose well-established, cheap and easily accessible energy sources. In other words, preference is given to the use of fossil fuels for primary energy production, which culminates in increased emissions of greenhouse gases and other pollutants. Furthermore, fossil sources are non-renewable and are subject to political instabilities which, from time to time, result in higher fuel prices. This scenario, associated with the projections of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) regarding potential climate changes caused by excessive production of CO2 (IPCC, 2018), motivates the research and development of alternative technologies for energy production, which can be more efficient and less polluting.

[04] Além disso, uma grande parte da energia térmica gerada a partir da queima de qualquer combustível, fóssil ou renovável, é desperdiçada ao ser liberada para a atmosfera na forma de energia térmica de baixa temperatura. O aproveitamento dessa energia desperdiçada e a sua conversão em outra forma de energia (mecânica ou elétrica), tem sido amplamente pesquisada e diversos sistemas têm sido desenvolvidos. Dentre eles, destacam- se o ciclo de Rankine Orgânico (ORC: Organic Rankine Cycle), ciclo Kalina, conversão por meio do efeito termoelétrico, motores a base de materiais com mudança de fase (PCM: Phase Change Material engine system) e, como proposto no modelo de utilidade descrito neste relatório, motores termomagnéticos.[04] Furthermore, a large part of the thermal energy generated from the burning of any fuel, fossil or renewable, is wasted when released into the atmosphere in the form of low temperature thermal energy. The use of this wasted energy and its conversion into another form of energy (mechanical or electrical) has been widely researched and several systems have been developed. Among them, stand out the Organic Rankine Cycle (ORC: Organic Rankine Cycle), Kalina cycle, conversion through thermoelectric effect, materials-based motors with phase change (PCM: Phase Change Material engine system) and, as proposed in the utility model described in this report, thermomagnetic motors.

[05] Com o intuito de solucionar as baixas frequências encontradas para os motores termomagnéticos existentes, o modelo de utilidade desenvolvido possui um circuito magnético diferenciado, que propicia regiões otimizadas de concentração de campo e sistema com alta taxa de transferência de calor entre material magnético e fluido, o que proporciona uma maior rapidez para se atingir a transição de fase magnética do material e consequentemente, uma atração pelo ímã permanente, o que dá origem ao movimento linear no motor.[05] In order to solve the low frequencies found for existing thermomagnetic motors, the utility model developed has a differentiated magnetic circuit, which provides optimized regions of field concentration and a system with high heat transfer rate between magnetic material and fluid, which provides greater speed to reach the magnetic phase transition of the material and, consequently, an attraction by the permanent magnet, which gives rise to linear movement in the motor.

[06] Além disso, o modelo de utilidade descreve um equipamento que pode produzir potência mecânica ou energia elétrica utilizando como fonte de calor a energia solar ou um sistema cogeração ao se aproveitar de rejeitos térmicos industriais. Ou seja, é capaz de operar sem a emissão de carbono para a atmosfera.[06] In addition, the utility model describes an equipment that can produce mechanical power or electrical energy using solar energy as a heat source or a cogeneration system when taking advantage of industrial thermal waste. In other words, it is capable of operating without emitting carbon to the atmosphere.

[07] A partir de um equipamento com características peculiares, nomeado aqui como MOTOR DO TIPO TESLA PURAMENTE MAGNÉTICO, desenvolveu-se a pesquisa para verificação de sua eficácia, assim como o projeto do equipamento.[07] From an equipment with peculiar characteristics, named here as PURELY MAGNETIC TESLA TYPE ENGINE, the research was developed to verify its effectiveness, as well as the equipment design.

[08] A primeira etapa desta pesquisa diz respeito ao projeto e construção de um circuito magnético a base de ímãs permanentes do tipo duplo C composto por diversos blocos de ímãs permanentes à base de NdFeB. Este tipo de circuito possui duas regiões de alto campo, o que viabilizou a construção de um motor puramente magnético. O projeto do circuito foi desenvolvido por meio de modelos e simulações 2D e 3D.[08] The first stage of this research concerns the design and construction of a magnetic circuit based on permanent magnets of the double C type, composed of several blocks of permanent magnets based on NdFeB. This type of circuit has two high field regions, which enabled the construction of a purely magnetic motor. The circuit design was developed through 2D and 3D models and simulations.

[09] A segunda etapa contemplou o projeto e construção do motor, constando os trocadores de calor magnéticos, o sistema de bombeamento, a seleção e compra dos equipamentos e instrumentação necessários para o seu funcionamento e caracterização. Na sequência, o motor foi construído, e posteriormente, o diagrama de forças estáticas do motor foi caracterizado. Por fim, foram realizados ensaios dinâmicos preliminares, em que mediu-se sua frequência de operação em função de parâmetros operacionais fixos, como temperaturas nas fontes térmicas e vazão.[09] The second stage included the design and construction of the engine, including the magnetic heat exchangers, the pumping system, the selection and purchase of equipment and instrumentation necessary for its operation and characterization. Afterwards, the engine was built, and later, the static forces diagram of the engine was characterized. Finally, preliminary dynamic tests were performed, in which its operating frequency was measured as a function of fixed operating parameters, such as temperatures in thermal sources and flow.

[010] A etapa de dimensionamento dos elementos do equipamento garante um funcionamento adequado do mesmo, possibilitando estabelecer a viabilidade técnica e econômica do Motor do tipo Tesla Puramente Magnético.[010] The sizing step of the equipment elements ensures its proper functioning, making it possible to establish the technical and economic feasibility of the Purely Magnetic Tesla Motor.

TECHNICAL STATUS

[011] Buscas de anterioridade realizadas revelam a existência de documentos de patentes com o propósito de transformação de energia magnética em energia mecânica. Entretanto eles foram avaliados quanto a diferença de projeto com relação ao modelo de utilidade proposto.[011] Priority searches carried out reveal the existence of patent documents with the purpose of transforming magnetic energy into mechanical energy. However, they were evaluated for the design difference in relation to the proposed utility model.

[012] O documento US380100 (PYROMAGNETIC MOTOR) descreve um motor piromagnético que faz uso de uma fonte de calor originária de uma fornalha, ou seja, os gases oriundos da queima de material na grelha circulam pela armadura, que possui um corpo cilíndrico e é formada por tubos que se estendem pela armadura constituída de placas finas. Com o contato dos tubos e das placas, a temperatura de transição magnética é atingida, fazendo com que ocorra o movimento de rotação devido à atração ou ausência de atração por um ímã permanente, ou como registrado no documento, de preferência um eletroímã.[012] The document US380100 (PYROMAGNETIC MOTOR) describes a pyromagnetic motor that makes use of a heat source originating from a furnace, that is, the gases from the burning of material in the grid circulate through the armature, which has a cylindrical body and is formed by tubes that extend through the armature made up of thin plates. With the contact of the tubes and plates, the magnetic transition temperature is reached, causing the rotational movement to occur due to the attraction or absence of attraction by a permanent magnet, or as recorded in the document, preferably an electromagnet.

[013] As diferenças entre o modelo aqui denominado Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético e o dispositivo descrito em US380100 estão no circuito magnético. O circuito proposto pelo Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético é composto por um arranjo de ímãs em duplo C, que fornecem dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo e permitem um motor puramente magnético, por trocadores de calor cilíndricos os quais estão em diferentes ordenamentos magnéticos, além de contar com um leito de partículas magnéticas que conferem uma rápida transição de fases, ou Temperatura de Curie. Ao se alcançar essa temperatura de transição magnética, os trocadores se deslocam ao longo de uma guia linear devido à atração pelo campo magnético, conferindo movimento ao motor, enquanto que no dispositivo descrito em US380100 o circuito magnético é formado por uma armadura de placas finas em formato cilíndrico e tubos que funcionam como trocadores de calor. Além disso, o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético pode gerar energia mecância sem produção de carbono.[013] The differences between the model here called Pure Magnetic Tesla Type Motor and the device described in US380100 are in the magnetic circuit. The circuit proposed by the Purely Magnetic Tesla Type Motor is composed of an arrangement of double C magnets, which provide two identical magnetic poles with high field strength and allow a purely magnetic motor, by cylindrical heat exchangers which are in different orderings magnetic particles, in addition to having a bed of magnetic particles that provide a fast phase transition, or Curie temperature. Upon reaching this magnetic transition temperature, the exchangers move along a linear guide due to the attraction of the magnetic field, giving movement to the motor, while in the device described in US380100 the magnetic circuit is formed by a thin plate armature in cylindrical shape and tubes that act as heat exchangers. In addition, the Pure Magnetic Tesla Type Motor can generate mechanical energy without carbon production.

[014] Em relação ao documento estadunidense US396121 (THERMO MAGNETIC MOTOR), de autoria de Nikola Tesla, são apresentados arranjos simples de um motor termomagnético cujo funcionamento é baseado na transição de fase magnética de um material ferromagnético. O motor termomagnético em US396121 mostra que, empregando-se uma fonte de calor H para aquecer o material ferromagnético, e colocando-a entre uma fonte de campo magnético N e a armadura A, seria possível gerar movimento alternado ou rotacional através da transição de fase magnética deste material. Com isso, Tesla apresentou uma solução qualitativa para a obtenção de trabalho através da transição de fase magnética, utilizando ferro como material de trabalho. Além desta concepção, outras utilizando-se de uma mola como elemento de acionamento do motor são envidenciadas em US396121.[014] Regarding the US document US396121 (THERMO MAGNETIC MOTOR), authored by Nikola Tesla, simple arrangements of a thermomagnetic motor whose operation is based on the magnetic phase transition of a ferromagnetic material are presented. The thermomagnetic motor in US396121 shows that by employing a heat source H to heat the ferromagnetic material, and placing it between a magnetic field source N and armature A, it would be possible to generate alternating or rotational motion through phase transition of this material. With this, Tesla presented a qualitative solution for obtaining work through the magnetic phase transition, using iron as the working material. In addition to this design, others using a spring as the motor drive element are listed in US396121.

[015] As diferenças se encontram já fundamentalmente no conceito dos motores. Em US396121, utiliza-se do ferro como material magnético, que possui temperatura de Curie próxima dos 700 ºC. O uso de temperaturas elevadas, no entanto, acarreta danos aos ímãs permanentes, além de ser necessário o fornecimento de uma grande quantidade de calor para garantir funcionamento do motor. O material utilizado no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético pode ser qualquer material com transição de fases, sendo este material processado na forma de microesferas acomadadas como um leito poroso nos trocadores de calor.[015] The differences are already fundamentally found in the concept of the engines. In US396121, iron is used as a magnetic material, which has a Curie temperature close to 700°C. The use of high temperatures, however, causes damage to the permanent magnets, in addition to the need to supply a large amount of heat to ensure engine operation. The material used in the Pure Magnetic Tesla Type Motor can be any material with phase transition, this material being processed in the form of microspheres accomodated as a porous bed in heat exchangers.

[016] A concepção de arranjo de ímãs em duplo C do Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético permite um motor puramente magnético, não sendo necessária a utilização de mola para auxílio na produção de movimento. Os ímãs utilizados no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético são de de NdFeB, ou seja, de alta energia. Na busca de anterioridade foi encontrado o documento US1839165 (THERMOMAGNETICALLY OPERATED DEVICE), de um motor com movimento contínuo em somente uma direção, que possui um anel de material magnético que é pinado e, portanto, livre para rotacionar. Foi projetado para que uma parcela de sua circunferência esteja sob influência de um campo magnético provido por um ímã permanente. Uma fonte de calor é aplicada ao anel próxima ao ímã, e com a transição magnética do material passa ter uma atração magnética muito menor quando comparada a seção mais fria do anel. Esta diferença entre as forças de atração magnéticas proporcionam movimento de rotação ao motor. Quando essa porção aquecida se desloca para longe da fonte de calor, resfria-se e volta a possuir propriedades magnéticas que a faz ser novamente atraída pelo campo magnético. Também apresenta-se um sistema para simular um arranjo piromagnético, que compreende uma fonte de luz, um disco de vidro com uma superfície irregular cobrindo diretamente a fonte de luz, um pino para permitir rotação do disco de vidro que tem o seu lado convexo para cima, um anel contínuo de liga de ferro-níquel contendo 30-40% de níquel ligado à circunferência do disco de vidro, e um ímã permanente com um dos seus polos adjacente a uma porção do anel. Possui também uma bobina localizada no campo do ímã e adjacente ao anel, e meios para fornecer corrente à bobina para que o anel seja aquecido o suficiente para perder as suas propriedades magnéticas e o referido disco de vidro ser rotacionado devido à atração entre o ímã e a porção mais fria do anel.[016] The design of an arrangement of magnets in double C of the Purely Magnetic Tesla Type Motor allows a purely magnetic motor, not requiring the use of a spring to aid in the production of movement. The magnets used in the Pure Magnetic Tesla Type Motor are NdFeB, that is, high energy. In the search for antecedence, the document US1839165 (THERMOMAGNETICALLY OPERATED DEVICE) was found, of a motor with continuous movement in only one direction, which has a ring of magnetic material that is pinned and, therefore, free to rotate. It is designed so that a portion of its circumference is under the influence of a magnetic field provided by a permanent magnet. A heat source is applied to the ring close to the magnet, and with the magnetic transition the material has a much smaller magnetic attraction when compared to the cooler section of the ring. This difference between the magnetic attraction forces provide rotational movement to the motor. When this heated portion moves away from the heat source, it cools down and regains magnetic properties that make it attracted again by the magnetic field. A system for simulating a pyromagnetic arrangement is also presented, comprising a light source, a glass disk with an irregular surface directly covering the light source, a pin to allow rotation of the glass disk that has its convex side to above, a continuous iron-nickel alloy ring containing 30-40% nickel bonded to the circumference of the glass disk, and a permanent magnet with one of its poles adjacent to a portion of the ring. It also has a coil located in the field of the magnet and adjacent to the ring, and means to supply current to the coil so that the ring is heated enough to lose its magnetic properties and said glass disk is rotated due to the attraction between the magnet and the coldest portion of the ring.

[017] As diferenças já se iniciam com relação aos processos de aquecimento do material magnético, uma vez que em US1839165 são simuladas condições parecidas com a de um motor piromagnético pela adaptação de um sistema com disco de vidro e uma lâmpada. Já no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético o aquecimento do material magnético é obtido ao se passar água quente pelo leito poroso constituído de material magnético. Também se encontram diferenças no sistema de refrigeração do material magnético para recuperação de suas propriedades magnéticas. Em US1839165 considera-se um regime natural de queda de temperatura do anel magnético pelo deslocamento para uma região distante da fonte de calor, enquanto que, no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, a queda de temperatura no material magnético ocorre devido ao fluxo de água gelada em contanto direto com o leito de partículas, o que possibilita uma rápida transição magnética.[017] The differences already start in relation to the heating processes of the magnetic material, since in US1839165 conditions similar to that of a pyromagnetic motor are simulated by the adaptation of a system with a glass disk and a lamp. In the Pure Magnetic Tesla Type Motor, the heating of the magnetic material is obtained by passing hot water through the porous bed made of magnetic material. Differences are also found in the magnetic material's cooling system to recover its magnetic properties. In US1839165 it is considered a natural temperature drop regime of the magnetic ring by displacement to a region distant from the heat source, while in the Pure Magnetic Tesla Type Motor, the temperature drop in the magnetic material occurs due to the flow of water chilled in direct contact with the bed of particles, which enables a fast magnetic transition.

[018] O pedido US3445740 (STEP-BY-STEP THERMO-MAGNETC MOTOR) descreve um motor termomagnético de múltiplas posições, com seu rotor compreendendo uma estrutura que fornece um grupo de polos salientes. Os polos salientes são ímãs permanentes, que estão associados a um grupo cilíndrico de membros do estator magnetizáveis, cada um constituído de uma liga cuja permeabilidade magnética diminui com o aquecimento. Quando todos os membros do estator estão à temperatura ambiente, o rotor fica com cada um dos seus polos associados individualmente a um dos membros do estator. Cada membro do estator associado é flanqueado por dois membros inativos do estator. Ao se aquecer simultaneamente todos os membros do estator, o rotor fica destravado e livre para se mover em qualquer direção. O rotor tem barras radiais estendidas perperdiculares entre si. Energia térmica ou elétrica são conferidas as barras do estator. O rotor e o estator são montados coaxialmente.[018] The application US3445740 (STEP-BY-STEP THERMO-MAGNETC MOTOR) describes a thermomagnetic motor of multiple positions, with its rotor comprising a structure that provides a group of protruding poles. The salient poles are permanent magnets, which are associated with a cylindrical group of magnetizable stator members, each consisting of an alloy whose magnetic permeability decreases with heating. When all stator members are at room temperature, the rotor has each of its poles individually associated with one of the stator members. Each associated stator member is flanked by two inactive stator members. By simultaneously heating all stator members, the rotor is unlocked and free to move in any direction. The rotor has radial bars extending perpendicular to each other. Thermal or electrical energy is checked on the stator bars. The rotor and stator are mounted coaxially.

[019] As diferenças apresentadas são que, em US3445740, o movimento é gerado devido ao aquecimento das barras metálicas por energia elétrica e o rotor, que possui polos salientes, acaba por não desenvolver atração magnética por esta barra aquecida (paramagnética), se deslocando para a barra adjacente “inativa” com temperatura mais baixa (ferromagnética). No Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético o movimento linear é gerado pela atração dos trocadores de calor em diferentes ordenamentos magnéticos, cada qual pelo seu respectivo polo magnético. Além disso, o circuito magnético em US3445740 é formado por um rotor com polos salientes, barramentos de material magnético e aquecimento por meio de energia elétrica, enquanto que, no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, tem-se um circuito magnético composto por ímãs permanentes de NdFeB em configuração de duplo C.[019] The differences presented are that, in US3445740, the movement is generated due to heating of the metal bars by electrical energy and the rotor, which has protruding poles, ends up not developing magnetic attraction for this heated bar (paramagnetic), moving to the adjacent “inactive” bar with lower temperature (ferromagnetic). In the Pure Magnetic Tesla Motor, the linear movement is generated by the attraction of heat exchangers in different magnetic orderings, each one by its respective magnetic pole. In addition, the magnetic circuit in US3445740 is formed by a rotor with protruding poles, magnetic material bars and heating by means of electrical energy, while, in the Pure Magnetic Tesla Type Motor, there is a magnetic circuit composed of permanent magnets of NdFeB in double C configuration.

[020] Já em US3743866 (ROTARY CURE POINT MAGNETIC ENGINE), é descrito um motor magnético rotativo que utiliza gadolínio, um material com transição magnética ao redor da temperatura ambiente, para distorcer as linhas de fluxo do campo magnético e assim causar movimento relativo entre um rotor e um estator. Ímãs são montados no rotor e no estator, e o gadolínio é disposto na forma de lâminas espaçadas entre os polos de certos ímãs com canais formados entre estas lâminas para direcionar o fluxo de um fluido refrigerante. Um circuito elétrico é utilizado para induzir uma corrente elétrica intermitentemente através das lâminas aumentando a temperatura até a transição magnética deixando estas de serem atraídas pelo imã e conferindo início do movimento. Posteriormente, o circuito elétrico é aberto para permitir que o fluido refrigerante esfrie as lâminas abaixo da Temperatura de Curie, de modo que as linhas de fluxo sejam capturadas pelos dispositivos de distorção de fluxo.[020] In US3743866 (ROTARY CURE POINT MAGNETIC ENGINE), a rotary magnetic motor is described that uses gadolinium, a material with a magnetic transition around the ambient temperature, to distort the flux lines of the magnetic field and thus cause relative movement between a rotor and a stator. Magnets are mounted on the rotor and stator, and the gadolinium is arranged in the form of blades spaced between the poles of certain magnets with channels formed between these blades to direct the flow of a coolant. An electrical circuit is used to induce an electrical current intermittently through the blades, increasing the temperature until the magnetic transition, which stops being attracted by the magnet and gives the beginning of the movement. Subsequently, the electrical circuit is opened to allow the coolant to cool the blades below the Curie Temperature so that the flow lines are captured by the flow distortion devices.

[021] As máquinas diferem nos conceitos de motor. Em US3743866, há lâminas de gadolínio com aquecimento por circuito elétrico e atração por ímãs permanentes dispostos ao redor do rotor e do estator. Já no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, emprega-se um circuito magnético com configuração de ímã em duplo C, com dois polos magnéticos idênticos, que promovem a atração do material magnético quando resfriado por um fluxo de água gelada, e redução da atração magnética quando um fluxo de água quente passa através do leito poroso deste material, fazendo com que os trocadores de calor em diferentes ordenamentos magnéticos se desloquem ao longo da guia linear.[021] Machines differ in engine concepts. In US3743866, there are gadolinium blades with electrical circuit heating and attraction by permanent magnets arranged around the rotor and stator. In the Purely Magnetic Tesla Type Motor, a magnetic circuit with a double C magnet configuration is used, with two identical magnetic poles, which promote the attraction of the magnetic material when cooled by a flow of ice water, and reduction of the magnetic attraction when a flow of hot water passes through the porous bed of this material, causing heat exchangers in different magnetic orderings to move along the linear guide.

[022] Também encontrou-se na busca de anterioridade o documento US 4730137 (ENERGY CONVERSION SYSTEM), que apresenta uma máquina para transformação da energia magnética em energia mecânica. O motor compreende duas estruturas, um rotor (isolante de fibra de vidro ou material epoxi) e um suporte fixo. O material magnético é acoplado ao rotor que é montado sobre um eixo com rolamento. O material tem forma de aro, sendo que este pode ser contínuo ou espaçado ao redor do rotor. O ímã é montado no suporte fixo, e tem um polo norte localizado próximo a superfície do rotor, de modo que o material magnético rotacione com a proximidade do pólo magnético. O aquecimento (uma chama, energia solar com auxílio de lentes) é realizado localmente no material de modo que se dê origem a uma diminuição da atração magnética que irá conferir rotação na estrutura móvel devido a atração da porção de material magnético da região resfriada, produzindo assim o momento. O material magnético passa por um trocador de calor e perde temperatura, passando a ser novamente atraído pelo ímã.[022] The document US 4730137 (ENERGY CONVERSION SYSTEM) was also found in the previous search, which presents a machine for transforming magnetic energy into mechanical energy. The motor comprises two structures, a rotor (insulating fiberglass or epoxy material) and a fixed support. The magnetic material is coupled to the rotor which is mounted on a bearing shaft. The material is hoop-shaped, which can be continuous or spaced around the rotor. The magnet is mounted on the fixed support, and has a north pole located near the rotor surface so that the magnetic material rotates in proximity to the magnetic pole. The heating (a flame, solar energy with the aid of lenses) is carried out locally on the material so that it gives rise to a decrease in the magnetic attraction that will give rotation to the mobile structure due to the attraction of the portion of magnetic material in the cooled region, producing so the moment. The magnetic material goes through a heat exchanger and loses temperature, becoming again attracted by the magnet.

[023] As diferenças se encontram nas idéias de motor. Em US4730137, é apresentado um material magnético em forma de aro fixado ao rotor. O aquecimento localizado promove o seu movimento devido a ausência de atração magnética da porção quente. Posteriormente, ele alcança um trocador de calor estacionário, que diminui a temperatura do aro de material magnético, fazendo com que este seja novamente atraído pelo ímã permanente. No caso do Motor do tipo Tesla Puramente Magnético, há um arranjo de ímãs permanentes de NdFeB em duplo C, e dois trocadores de calor de leito poroso compostos por material magnético em diferentes ordenamentos magnéticos, com troca térmica por conveção forçada devido à passagem de líquido (ora frio, ora quente) que altera as propriedades magnéticas do material, fazendo com que este seja atraído ou não pelo seu respectivo polo magnético, conferindo um movimento alternado.[023] The differences are found in the engine ideas. US4730137 discloses a magnetic material in the form of a ring attached to the rotor. Localized heating promotes its movement due to the lack of magnetic attraction of the hot portion. Afterwards, it reaches a stationary heat exchanger, which lowers the temperature of the magnetic material rim, causing it to be attracted again by the permanent magnet. In the case of the Purely Magnetic Tesla Motor, there is an arrangement of NdFeB permanent magnets in double C, and two porous bed heat exchangers composed of magnetic material in different magnetic orderings, with thermal exchange by forced convection due to the passage of liquid (sometimes cold, sometimes hot) that alters the magnetic properties of the material, making it be attracted or not by its respective magnetic pole, providing an alternate movement.

[024] Nas buscas de anterioridade, também foi encontrado o documento US008242662B2 (SPECIAL THERMO MAGNETIC MOTOR DEVICE), que descreve um dispositivo que é composto por uma base, um sistema de aquecimento para aquecer as pastilhas magnéticas acima da temperatura de Curie, um sistema magnético com uma base e uma barra de curto circuito, um conjunto de disco rotativo com as pastilhas magnéticas e um eixo com saída para diferentes tipos de mecanismos para transformação do movimento rotativo em linear.[024] In prior searches, the document US008242662B2 (SPECIAL THERMO MAGNETIC MOTOR DEVICE) was also found, which describes a device that is composed of a base, a heating system to heat the magnetic chips above the Curie temperature, a system magnetic with a base and a short circuit bar, a rotating disk assembly with the magnetic pads and an output shaft for different types of mechanisms for transforming the rotary motion into linear motion.

[025] A diferença se apresenta no conceito das máquinas. Em US00824266B2, tem-se um aquecimento localizado por chamas de pastilhas magnéticas acopladas a um disco. Com o aquecimento do material magnético, este passa a ser paramagnético deixando de ser atraído pelo ímã, dando origem ao movimento devido à atração das pastilhas em temperaturas mais baixas (ferromagnéticas). A redução de temperatura e conseguinte restituição das propriedades magnéticas ocorre devido ao deslocamento para posições distantes da fonte de calor. Já no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, a troca térmica é realizada de forma forçada pelo escoamento de fluido que entra em contato direto com um leito de micropartículas de material magnético. A configuração dos ímãs também é diferente, pois no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético tem-se uma configuração em duplo C, que provê dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, enquanto que, em US00824266B2, apenas uma região de polo magnético se desenvolve.[025] The difference is presented in the concept of machines. In US00824266B2 there is localized heating by flames from magnetic chips coupled to a disk. With the heating of the magnetic material, it becomes paramagnetic and is no longer attracted by the magnet, giving rise to movement due to the attraction of the pellets at lower temperatures (ferromagnetic). The temperature reduction and consequent restoration of magnetic properties occur due to displacement to positions distant from the heat source. In the Purely Magnetic Tesla Type Motor, the thermal exchange is carried out in a forced manner by the flow of fluid that comes into direct contact with a bed of microparticles of magnetic material. The configuration of the magnets is also different, as in the Pure Magnetic Tesla Type Motor there is a double C configuration, which provides two identical magnetic poles with high field strength, whereas in US00824266B2 only one magnetic pole region is develops.

[026] Também se envidenciou na busca por anterioridades o documento US008304957B2 (THERMOMAGNETIC GENERATOR DEVICE AND ENERGY CONVERTING METHOD), que trata de um gerador para converter energia térmica em energia elétrica. O circuito magnético inclui pelo menos uma porção composta de um material magnético. Um dispositivo para variação de temperatura modifica a temperatura na porção de material magnético para assim alterar a relutância do circuito magnético. Uma bobina é montanda ao redor do circuito magnético, e a energia elétrica é induzida em resposta a um fluxo magnético variável no circuito magnético.[026] The document US008304957B2 (THERMOMAGNETIC GENERATOR DEVICE AND ENERGY CONVERTING METHOD), which deals with a generator to convert thermal energy into electrical energy, was also evident in the search for antecedents. The magnetic circuit includes at least a portion composed of a magnetic material. A temperature variation device modifies the temperature in the portion of magnetic material to thereby change the reluctance of the magnetic circuit. A coil is mounted around the magnetic circuit, and electrical energy is induced in response to a changing magnetic flux in the magnetic circuit.

[027] As diferenças se encontram já no príncipio fundamental. Em US008304957B2, a geração de energia elétrica é feita de forma direta, sendo que esta é conseguida como uma resposta da alteração da relutância magnética do circuito devido ao aquecimento do material magnético. Já para o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, há a conversão de energia magnética em energia mecânica, com energia mecânica proveniente do deslocamento linear dos trocadores de calor em diferentes ordenamentos magnéticos, devido à atração das partículas que compõe o leito, cada qual interagindo com o seu respectivo polo magnético.[027] The differences are already found in the fundamental principle. In US008304957B2, the generation of electrical energy is done directly, which is achieved as a response to the change in the circuit's magnetic reluctance due to the heating of the magnetic material. For the Purely Magnetic Tesla Type Motor, there is the conversion of magnetic energy into mechanical energy, with mechanical energy from the linear displacement of the heat exchangers in different magnetic ordering, due to the attraction of the particles that make up the bed, each interacting with its respective magnetic pole.

[028] Em US008754569B2 (THERMO-MAGNETIC POWER GENERATION SYSTEM), outro documento encontrado durante as buscas de anterioridade, se apresenta um dispositivo gerador de energia constituído de um componente termomagnético e um sistema de circulação de água quente e fria que são reaproveitadas pelo sistema.[028] In US008754569B2 (THERMO-MAGNETIC POWER GENERATION SYSTEM), another document found during prior searches, presents an energy generating device consisting of a thermomagnetic component and a hot and cold water circulation system that are reused by the system .

[029] As diferenças são encontradas já no conceito de motor Em US008754569B2, existem porções de um material termomagnético, blocos sólidos que serão alternadamente aquecidos ou resfriados pelos líquidos provenientes das fontes quente ou fria. Desta forma, as regiões possuem diferentes temperaturas de trabalho e o escoamento do líquido ocorre por canais presentes nos segmentos magnéticos. Para US008754569B2, as fontes dos campos magnéticos são ímãs permanentes, solenóides ou conjunto destes. Este dispositivo aparece com o conceito de partes de um cilindro. No caso do Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, tem-se geração de energia mecânica por meio de movimento alternado no motor devido à transição magnética do material magnético poroso presente nos trocadores de calor pelo contato direto do fluido escoado de forma forçada por uma bomba. Para o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, o campo magnético é provido por uma configuração de ímãs em duplo C.[029] The differences are already found in the motor concept In US008754569B2, there are portions of a thermomagnetic material, solid blocks that will be alternately heated or cooled by liquids from hot or cold sources. Thus, the regions have different working temperatures and the liquid flow occurs through channels present in the magnetic segments. For US008754569B2, the sources of magnetic fields are permanent magnets, solenoids or sets thereof. This device comes up with the concept of parts of a cylinder. In the case of the Purely Magnetic Tesla Motor, there is mechanical energy generation through alternating movement in the motor due to the magnetic transition of the porous magnetic material present in the heat exchangers by the direct contact of the fluid forcedly drained by a pump. For the Pure Magnetic Tesla Type Motor, the magnetic field is provided by a double C magnet configuration.

[030] Ainda na busca de anterioridades, encontrou-se o documento BR102012012824-1 A2 (DISPOSITIVO TERMOMAGNÉTICO ROTATIVO E USO DO MESMO), que consiste basicamente de ímãs em forma de paralelepípedos retangulares que são fixados a uma mesa cilíndrica móvel (tenta formar um Halbach cilíndrico), que por sua vez é acoplada a um eixo. Este conjunto de ímãs e eixo formam o rotor do motor termomagnético. Além disso, é composto por placas magnéticas que formam setores cilíndricos separados por 120º e ficam estacionárias, formando o estator do motor. O rotor é constituído de 6 placas de material magnético em forma de setor circular e com canais internos para circulação do fluido de trabalho. O motor pode ser construído com múltiplas camadas internas e externas de arranjos de ímãs.[030] Still in the search for antecedents, the document BR102012012824-1 A2 (ROTATING THERMOMAGNETIC DEVICE AND USE OF IT) was found, which basically consists of magnets in the form of rectangular parallelepipeds that are fixed to a mobile cylindrical table (try to form a cylindrical Halbach), which in turn is coupled to a shaft. This set of magnets and shaft form the rotor of the thermomagnetic motor. Furthermore, it is composed of magnetic plates that form cylindrical sectors separated by 120º and remain stationary, forming the motor stator. The rotor is made up of 6 plates of magnetic material in the shape of a circular sector and with internal channels for the circulation of the working fluid. The motor can be constructed with multiple inner and outer layers of magnet arrays.

[031] A diferença encontra-se basicamente em suas concepções, visto que em BR102012012824-1 A2, tem-se uma mesa cilíndrica móvel composta por placas magnéticas com setores cilíndricos e o fluido passa por estas placas por meio de canais. O estator é formado por placas magnéticas estacionárias com 120º de defasagem. Por sua vez, no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, está presente o deslocamento linear, em um guia, dos dois trocadores de calor, sendo estes recipentes cilíndricos com leitos porosos de partículas magnéticas. Outra diferença é notada no arranjo dos ímãs, pois em BR102012012824-1 A2 tem-se um arranjo Halbach cilíndrico, enquanto que, no Motor Magnético do Tipo Tesla, este arranjo é em duplo C.[031] The difference lies basically in their designs, since in BR102012012824-1 A2, there is a mobile cylindrical table composed of magnetic plates with cylindrical sectors and the fluid passes through these plates through channels. The stator is formed by stationary magnetic plates with a 120º phase shift. In turn, in the Pure Magnetic Tesla Type Motor, there is a linear displacement, in a guide, of the two heat exchangers, these being cylindrical containers with porous beds of magnetic particles. Another difference is noticed in the arrangement of magnets, as in BR102012012824-1 A2 there is a cylindrical Halbach arrangement, while in the Tesla Type Magnetic Motor this arrangement is in double C.

[032] Na busca por anterioridades, encontrou-se o documento BR102012012822-5 A2 (DISPOSITIVO TERMOMAGNÉTICO RECIPROCATIVO LINEAR E USO DO MESMO), que consiste basicamente em placas trocadoras de calor, que são mantidas estacionárias juntamente com ímãs que são fixados em uma mesa que possui movimento relativo linear em relação às placas trocadoras de calor. As placas possuem cavidades ou canais internos para a troca térmica e funcionam como trocadores de calor entre o fluido e o material das placas. Também está presente um mecanismo de biela-manivela ao final para conversão do movimento linear em rotacional, preso a mesa, e a manivela tem a função de volante de inércia. Os ímãs permanentes tem configuração de Halbach linear e atuam sobre as placas estacionárias de material magnético que promovem movimentação reciprocativa dos ímãs acoplados à mesa linear.[032] In the search for antecedents, the document BR102012012822-5 A2 (LINEAR RECIPROCATIVE THERMOMAGNETIC DEVICE AND USE OF THE SAME) was found, which basically consists of heat exchanger plates, which are kept stationary along with magnets that are fixed on a table which has linear relative motion in relation to the heat exchanger plates. The plates have internal cavities or channels for thermal exchange and function as heat exchangers between the fluid and the material in the plates. Also present is a connecting rod-crank mechanism at the end for converting linear to rotational movement, attached to the table, and the crank has the function of inertia flywheel. The permanent magnets have a linear Halbach configuration and act on the stationary plates of magnetic material that promote reciprocal movement of the magnets coupled to the linear table.

[033] A diferença primordial está presente no conceito do motor. Em BR102012012822-5 A2, o trocador de calor é composto por material magnético em forma de placas com canais para passagem do fluido de operação. O sistema de troca térmica é estacionário, enquanto que a mesa desloca linearmente com o conjunto de ímãs em configuração Halbach linear e a transformação de movimento linear em rotativo é efetuado por um mecanismo biela-manivela. Já no Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, o conjunto de imãs está em configuração de duplo C, estacionário, preso à estrutura, enquanto que o fluido de operação passa através do leito de partícula que compõe o sistema de trocadores de calor com formato cilíndrico em diferentes ordenamentos magnéticos que se deslocam em guias lineares. No Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético, a conversão do movimento linear em rotativo é efetuada por meio de um sistema denominado catraca.[033] The primary difference is present in the engine concept. In BR102012012822-5 A2, the heat exchanger is composed of magnetic material in the form of plates with channels for the passage of the operating fluid. The heat exchange system is stationary, while the table moves linearly with the set of magnets in linear Halbach configuration and the transformation from linear to rotary movement is carried out by a connecting rod-crank mechanism. In the Purely Magnetic Tesla-Type Motor, the set of magnets is in a double-C configuration, stationary, attached to the structure, while the operating fluid passes through the particle bed that makes up the cylindrical-shaped heat exchanger system. different magnetic orderings that move in linear guides. In the Pure Magnetic Tesla Type Motor, the conversion of linear motion into rotary motion is carried out through a system called a ratchet.

[034] A busca por anterioridade também revelou referências não patentárias. Os trabalhos de STAUSS, H. (1959) e ELLIOTT, J. (1959) apresentam um gerador termomagnético que pode ser representado por uma amostra ou "corpo de trabalho" entre os pólos de um ímã permanente. O corpo é magnetizado e desmagnetizado alternadamente por um ciclo de aquecimento/ resfriamento operando ao redor da temperatura Curie. A mudança resultante no fluxo dá origem a uma tensão em uma bobina enrolada ao redor do corpo. Esses autores já tinham a disposição ímãs permanentes com melhores propriedades, como ligas de Alnico, e utilizaram o gadolínio como material magnético. As diferenças entre o revelado pelos autores e o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético residem no fato que o gerador termomagnético possui a concepção simples de um gerador de energia com uma bobina enrolada ao material magnético com aquecimento e resfriamento deste para alteração da relutância magnética para geração de tensão, equanto que, o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético possui um circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso. Assim, o modelo proposto tem como vantagem o aumento da frequência de operação pela utilização de trocadores de calor magnético de leito poroso. Circuito Magnético com dois polos idênticos com alta intensidade de campo.[034] The search for prior art also revealed non-patent references. The works of STAUSS, H. (1959) and ELLIOTT, J. (1959) present a thermomagnetic generator that can be represented by a sample or "working body" between the poles of a permanent magnet. The body is alternately magnetized and demagnetized by a heating/cooling cycle operating around the Curie temperature. The resulting change in flux gives rise to tension in a coil wrapped around the body. These authors already had available permanent magnets with better properties, such as Alnico alloys, and used gadolinium as a magnetic material. The differences between what the authors revealed and the Purely Magnetic Tesla Type Motor reside in the fact that the thermomagnetic generator has the simple conception of an energy generator with a coil wound to the magnetic material with heating and cooling of this to change the magnetic reluctance for generation of voltage, while the Pure Magnetic Tesla Motor has an optimized magnetic circuit of the Pure Magnetic Tesla Motor, in the high heat exchange rates coming from the porous bed magnetic heat exchanger. Thus, the proposed model has the advantage of increasing the operating frequency by using porous bed magnetic heat exchangers. Magnetic circuit with two identical poles with high field strength.

[035] O trabalho de MURAKAMI, K.; NEMOTO, M. (1972) apresenta um aparelho constituído de um rotor e um estator, da mesma forma que um motor elétrico comum. O rotor é feito de placa de resina acrílica e seu raio é de 250 mm. Na circunferência do rotor, 65 peças magnéticas sensíveis à temperatura (2 x 4,5 x 20 mm) são montadas com pinos de latão finos. A temperatura Curie de peças magnéticas é de aproximadamente 50ºC. Em quatro das peças magnéticas sensíveis à temperatura, dispostas em intervalos iguais, termopares foram fixados e a medição de temperatura do rotor foi realizada. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[035] The work of MURAKAMI, K.; NEMOTO, M. (1972) presents a device consisting of a rotor and a stator, in the same way as a common electric motor. The rotor is made of acrylic resin plate and its radius is 250 mm. On the circumference of the rotor, 65 temperature-sensitive magnetic pieces (2 x 4.5 x 20 mm) are mounted with thin brass pins. The Curie temperature of magnetic parts is approximately 50ºC. In four of the temperature-sensitive magnetic pieces, arranged at equal intervals, thermocouples were attached and the rotor temperature measurement was performed. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[036] KARLE, A. (2001) modelou e simulou o funcionamento de uma roda de Curie utilizando Alnico como ímã permanente e uma liga de 30% de NiFe (comercialmente conhecida como termoflux) como material magnético, a qual possui Tc em torno de 90ºC. A proposta de Karle ainda incluía o uso da radiação solar como fonte de calor quente. O motor projetado foi considerado inviável economicamente, visto que tanto a energia mecânica produzida como a eficiência encontrada foram baixas. Assim, seria necessário um motor de grandes dimensões para produzir valores de potência mecânica úteis, o que aumentaria os custos desta máquina. O trabalho proposto foi numérico. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[036] KARLE, A. (2001) modeled and simulated the functioning of a Curie wheel using Alnico as permanent magnet and a 30% NiFe alloy (commercially known as thermoflux) as magnetic material, which has Tc around 90°C. Karle's proposal also included the use of solar radiation as a source of hot heat. The designed engine was considered economically unfeasible, since both the mechanical energy produced and the efficiency found were low. Thus, a large engine would be needed to produce useful mechanical power values, which would increase the costs of this machine. The proposed work was numerical. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[037] Os autores TAKAHASHI, Y.; YAMAMOTO, K.; NISHIKAWA, M. (2006) novamente com base na roda de Curie, modelaram e construíram um motor que possuía três ímãs permanentes de NdFeB ao redor do seu rotor. Neste sistema, água nas temperaturas de 95ºC e 11ºC foram utilizadas nas fontes quente e fria, respectivamente. Os autores conseguiram gerar uma potência líquida de 3,7 W operando a uma frequência de 0,4 rps. A potência total produzida foi de 5,4 W, entretanto 1,7 W se perdia devido à atrito e frenagem eletromagnética no Rotor. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[037] The authors TAKAHASHI, Y.; YAMAMOTO, K.; NISHIKAWA, M. (2006) again based on the Curie wheel, they modeled and built a motor that had three permanent NdFeB magnets around its rotor. In this system, water at temperatures of 95ºC and 11ºC were used in hot and cold sources, respectively. The authors managed to generate a net power of 3.7 W operating at a frequency of 0.4 rps. The total power produced was 5.4 W, however 1.7 W was lost due to friction and electromagnetic braking on the rotor. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[038] UJIHARA, M.; CARMAN, G.; LEE, D. (2007) construiram um pequeno motor de tesla (dimensões de 20x20x60mm) com retorno por mola, o qual utilizava Gd como material magnético e ímãs de NdFeB. O autor concluiu que o motor proposto poderia funcionar com um gradiente de temperatura de 10 K entre as fontes quente e fria. A comparação deste motor com um gerador termoelétrico, que utilizava o efeito Seebeck e podia gerar energia a partir de um gradiente de temperatura na faixa < 100 K para um mesmo gradiente de temperatura, o autor concluiu por meio de simulações que o motor de Tesla proposto conseguiria uma eficiência consideravelmente maior que os geradores termoelétricos, produzindo entre 18,5 e 36,1 mW/cm2 frente aos 12 mW/cm2 do sistema termoelétrico. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência, produção de energia sem geração de carbono com motor puramente magnético.[038] UJIHARA, M.; CARMAN, G.; LEE, D. (2007) built a small tesla motor (20x20x60mm dimensions) with spring return, which used Gd as magnetic material and NdFeB magnets. The author concluded that the proposed engine could work with a 10 K temperature gradient between hot and cold sources. Comparing this engine with a thermoelectric generator, which used the Seebeck effect and could generate energy from a temperature gradient in the range < 100 K for the same temperature gradient, the author concluded through simulations that the proposed Tesla engine would achieve a considerably higher efficiency than thermoelectric generators, producing between 18.5 and 36.1 mW/cm2 compared to the 12 mW/cm2 of the thermoelectric system. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency, production without carbon generation with a purely magnetic motor.

[039] O artigo escrito por IWASAKI, N.; KITAMURA, H.; KITAMURA, M.; NAKATSUGAWA, J.; WNOMOTO, Y. (2013) relata os resultados do projeto de miniaturização de um motor síncrono de ímã permanente, para o qual é utilizada uma técnica de projeto baseada na análise de acoplamento de campo termomagnético. Este artigo relata os resultados do projeto de miniaturização de um motor síncrono de ímã permanente, para o qual é utilizada uma técnica de projeto baseada na análise de acoplamento de campo termomagnético. Motor composto de um rotor e um estator, o rotor com imãs permanentes e o estator com passagem de fluxo de fluido quente ou frio por espaços presentes na geometria do estator. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência, produção de energia sem geração de carbono.[039] The article written by IWASAKI, N.; KITAMURA, H.; KITAMURA, M.; NAKATSUGAWA, J.; WNOMOTO, Y. (2013) reports the results of the miniaturization project of a permanent magnet synchronous motor, for which a design technique based on the analysis of thermomagnetic field coupling is used. This article reports the results of the miniaturization design of a permanent magnet synchronous motor, for which a design technique based on the analysis of thermomagnetic field coupling is used. Motor composed of a rotor and a stator, the rotor with permanent magnets and the stator with passage of hot or cold fluid flow through spaces present in the stator's geometry. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency, production of energy without carbon generation.

[040] FERREIRA, L. D. R.; BESSA, C. V .X.; GAMA, S. DA SILVA (2014) fizeram o estudo de diferentes trocadores de calor estacionários com utilização de microcanais. Diferentes arranjos são simulados pelo autor por meio de ferramenta CFD. A diferença primordial com o artigo está na utilização de leito poroso conferindo taxas de troca térmica superiores a qualquer arranjo de trocador com microcanais.[040] FERREIRA, L.D.R.; BESSA, C.V.X.; GAMA, S. DA SILVA (2014) studied different stationary heat exchangers using microchannels. Different arrangements are simulated by the author using the CFD tool. The main difference with the article lies in the use of a porous bed, providing heat exchange rates superior to any microchannel exchanger arrangement.

[041] ALVES, C. S.; COLMAN, F. C.; FOLEISS, G. L.; SZPAK, W.; VIEIRA, G. T. F. (2013) e ALVES, C. S., COLMAN, F. C., FOLEISS, G. L., SZPAK, W., VIEIRA, G. T. F., BENTO, A. C. (2014) modelaram e simularam o funcionamento de um motor de Curie utilizando energia solar como fonte de calor. Os autores também projetaram os componentes do motor, determinando a geometria necessária para focalização dos raios solares. A simulação do funcionamento foi realizada considerando três materiais diferentes: a liga FeNi 30%, o elemento gadolínio (Gd) e a liga MnAs. A análise do desempenho foi feita comparando os resultados obtidos com essesmateriais, sendo observada uma potência maior utilizando MnAs como material do rotor. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[041] ALVES, C.S.; COLMAN, F.C.; FOLEISS, G.L.; SZPAK, W.; VIEIRA, GTF (2013) and ALVES, CS, COLMAN, FC, FOLEISS, GL, SZPAK, W., VIEIRA, GTF, BENTO, AC (2014) modeled and simulated the operation of a Curie engine using solar energy as a source of heat. The authors also designed the engine's components, determining the geometry needed to focus the sun's rays. The operation simulation was performed considering three different materials: the FeNi 30% alloy, the gadolinium element (Gd) and the MnAs alloy. The performance analysis was done comparing the results obtained with these materials, being observed a higher power using MnAs as the rotor material. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[042] Os autores TRAPANESE, M.; CIPRIANI, G.; DI DIO, V.; FRAZNITTA, V.; VIOLA, A. (2015) estudaram a otimização de uma roda de Curie por meio de CFD. O rotor da máquina foi construído inserindo-se dentro do tubo, uma liga Gd. Os pontos quentes e frios foram obtidos usando ar quente e frio. O estator apresentava os imãs produzindo o campo magnético. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[042] The authors TRAPANESE, M.; CIPRIANI, G.; DIDIO, V.; FRAZNITTA, V.; VIOLA, A. (2015) studied the optimization of a Curie wheel using CFD. The machine's rotor was built by inserting a Gd alloy into the tube. Hot and cold spots were obtained using hot and cold air. The stator had the magnets producing the magnetic field. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[043] IWASAKI, N.; KITAMURA, H.; KITAMURA, M..; ENOMOTO, Y. (2016) fizeram o projeto de um motor de engrenagem magnético usando análise termomagnética acoplada. Como a perda de ferro aumenta à medida que a velocidade do motor se eleva, os valores de projeto equilibram o aumento na densidade de torque com a redução de perda de ferro do núcleo. O motor corresponde a um arranjo simples de rotor e estator, com engrenagem magnética acoplada. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[043] IWASAKI, N.; KITAMURA, H.; KITAMURA, M..; ENOMOTO, Y. (2016) designed a magnetic gear motor using coupled thermomagnetic analysis. As iron loss increases as motor speed increases, the design values balance the increase in torque density with the reduction in core iron loss. The motor corresponds to a simple rotor and stator arrangement, with magnetic gear coupled. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

[044] Por sua vez, BESSA, C. V .X.; FERREIRA, L. D. R; HORIKAWA, O.; MONTEIRO, J. C. B.; GAMA, S. (2017) fizeram o estudo numérico da histerese térmica em motores termomagnéticos. Concluíram que essa histerese térmica aumenta a separação entre as curvas de aquecimento e resfriamento no diagrama de temperatura-entropia. Como consequência, os motores termomagnéticos que utilizam materiais magnéticos com grande histerese térmica mostram um trabalho específico maior do que os motores que utilizam materiais com histerese térmica estreita ou nula. Se a histerese for grande, uma quantidade significativa de energia térmica é acumulada no material antes da transição ferromagnética para a paramagnética, e parte dessa energia térmica é convertida em trabalho. Neste caso, o armazenamento de alta energia térmica implica uma alta produção de trabalho. A grande histerese térmica também permite a aplicação de motores termomagnéticos em condições de maiores diferenças de temperatura, com maior densidade energética sem afetar a eficiência relativa à eficiência de Carnot quando comparada com motores usando transições magnéticas de segunda ordem e materiais estreitos de histerese térmica. Trabalho teórico sem apresentação de um conceito de motor. O Motor Puramente Magnético trabalha com qualquer material magnético com transição de priimiera ou segunda ordem.[044] In turn, BESSA, C.V.X.; FERREIRA, L.D.R; HORIKAWA, O.; MONTEIRO, J.C.B.; GAMA, S. (2017) performed the numerical study of thermal hysteresis in thermomagnetic motors. They concluded that this thermal hysteresis increases the separation between the heating and cooling curves in the temperature-entropy diagram. As a consequence, thermomagnetic motors that use magnetic materials with large thermal hysteresis show a higher specific work than motors that use materials with narrow or zero thermal hysteresis. If the hysteresis is large, a significant amount of thermal energy is accumulated in the material before the ferromagnetic to paramagnetic transition, and some of this thermal energy is converted into work. In this case, the storage of high thermal energy implies a high production of work. Large thermal hysteresis also allows the application of thermomagnetic motors under conditions of greater temperature differences, with higher energy density without affecting the efficiency relative to Carnot efficiency when compared to motors using second order magnetic transitions and narrow thermal hysteresis materials. Theoretical work without presenting an engine concept. The Pure Magnetic Motor works with any magnetic material with first or second order transition.

[045] Trabalho em congresso solicitado pela patente BR 102012 012822-5 A2 (DISPOSITIVO TERMOMAGNÉTICO RECIPROCATIVO LINEAR E USO DO MESMO) que cita fonte térmica quente como a luz solar e a fria, ar como temperatura ambiente. Material magnético é o Gadolínio e o imã de NdFeB. As diferenças se encontram no Circuito magnético otimizado do Motor de Tesla Puramente Magnético, que produz dois polos magnéticos idênticos com alta intensidade de campo, na troca de calor com altas taxas provenientes do trocador de calor magnético com leito poroso conferindo um aumento na frequência.[045] Work in congress requested by patent BR 102012 012822-5 A2 (LINEAR RECIPROCATIVE THERMOMAGNETIC DEVICE AND USE OF THE SAME) which mentions hot thermal sources such as sunlight and cold, air as room temperature. Magnetic material is Gadolinium and NdFeB magnet. The differences are found in the optimized Magnetic Circuit of the Purely Magnetic Tesla Motor, which produces two identical magnetic poles with high field strength, in the heat exchange at high rates from the porous bed magnetic heat exchanger providing an increase in frequency.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

[046] De uma maneira geral, o Motor do Tipo Tesla Puramente Magnético apresenta vantagens com relação aos inventos anteriores, pois permite uma acentuada troca térmica entre material magnético e fluido de operação, o que confere uma rápida transição de estado magnético, promovendo assim altas frequências ao motor. Além disso, possui a capacidade de reaproveitamento do fluido de trabalho, cada qual, retornando ao seu respectivo tanque de armazenamento. O aquecimento do fluido de trabalho da fonte quente pode ser efetuado por qualquer fonte térmica de rejeito industrial.[046] In general, the Purely Magnetic Tesla Type Motor has advantages over previous inventions, as it allows a marked thermal exchange between magnetic material and operating fluid, which provides a fast transition of magnetic state, thus promoting high frequencies to the motor. In addition, it has the ability to reuse the working fluid, each one returning to its respective storage tank. The heating of the working fluid from the hot source can be carried out by any thermal source of industrial waste.

[047] A proposta do Motor do tipo Tesla Puramente Magnético é permitir que a energia magnética seja transformada em energia mecânica.[047] The proposal of the Purely Magnetic Tesla Motor is to allow the magnetic energy to be transformed into mechanical energy.

[048] Desta forma, esta invenção permite:

• transformação de energia por meio de um motor puramente magnético, sem a presença de molas, ou da gravidade no auxiílio do movimento;
• a utilização de dois polos idênticos com alta intensidade de campo magnético;
• alta taxa de transferência de calor entre material magnético (leito poroso) e fluido de operação;
• transformação do movimento linear em movimento rotativo pelo mecanismo de catraca;
• propiciar altas frequências de trabalho do motor.

[048] Thus, this invention allows:

• energy transformation by means of a purely magnetic motor, without the presence of springs, or gravity to assist the movement;
• the use of two identical poles with high magnetic field strength;
• high heat transfer rate between magnetic material (porous bed) and operating fluid;
• transformation of linear movement into rotary movement by the ratchet mechanism;
• provide high engine working frequencies.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[049] Para melhor compreensão do objeto da presente solicitação de patente de modelo de utilidade, far-se-ão referências aos desenhos anexos, em que:

• A FIGURA 1 mostra o desenho esquemático do motor termomagnético e seus componentes;
• A FIGURA 2 evidencia o Acoplador;
• A FIGURA 3 ilustra os componentes do trocador de calor magnético;
• A FIGURA 4 exibe o Circuito magnético em duplo C e seus componentes;
• A FIGURA 5 mostra uma vista explodida do motor magnético sem o acoplamento do mecanismo de conversão de movimento;
• A FIGURA 6 ilustra o mecanismo para transformação de movimento linear em rotacional;
• A FIGURA 7 mostra o motor magnético com seu mecanismo de conversão de movimento linear em rotacional.

[049] For a better understanding of the object of this utility model patent application, references will be made to the attached drawings, in which:

• FIGURE 1 shows the schematic drawing of the thermomagnetic motor and its components;
• FIGURE 2 highlights the Coupler;
• FIGURE 3 illustrates the components of the magnetic heat exchanger;
• FIGURE 4 shows the Double C Magnetic Circuit and its components;
• FIGURE 5 shows an exploded view of the magnetic motor without the motion conversion mechanism coupling;
• FIGURE 6 illustrates the mechanism for transforming linear into rotational motion;
• FIGURE 7 shows the magnetic motor with its linear-to-rotational motion conversion mechanism.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[050] O texto que segue elucida a fase de projeto do equipamento, dividido entre Principais Componentes do Motor/Funcionamento e Desenvolvimento do Equipamento.[050] The following text elucidates the equipment design phase, divided into Main Engine Components/Functioning and Equipment Development.

[051] O motor termomagnético possui como principais componentes o circuito magnético (2), o trocador de calor composto pelo material magnético (chamado de trocador de calor magnético ou TCM) (3), bombas (17), uma fonte (18) e um sumidouro de calor (19) e instrumentos de medição: transdutor de vazão (20), termopares (21), solenoides (22) e sensores de posição (23). A fonte de calor (18) pode utilizar a energia solar ou um sistema cogeração ao se aproveitar de rejeitos térmicos industriais, com gases de combustão ou rejeito de vapor com temperaturas de operação de até 150 ºC. Já o sumidouro de calor (19) pode operar com qualquer fluido de trabalho com temperaturas entre 0 e 40 ºC. Ambos os fluidos de trabalho circulam através dos trocadores de calor magnéticos (3) por meio das bombas (17) do sistema de bombeamento (17), (FIGURA 1).[051] The thermomagnetic motor has as its main components the magnetic circuit (2), the heat exchanger composed of the magnetic material (called a magnetic heat exchanger or TCM) (3), pumps (17), a source (18) and a heat sink (19) and measuring instruments: flow transducer (20), thermocouples (21), solenoids (22) and position sensors (23). The heat source (18) can use solar energy or a cogeneration system to take advantage of industrial thermal waste, with combustion gases or steam waste with operating temperatures of up to 150 ºC. The heat sink (19) can operate with any working fluid with temperatures between 0 and 40 ºC. Both working fluids circulate through the magnetic heat exchangers (3) via the pumps (17) of the pumping system (17), (FIGURE 1).

[052] O sistema de bombeamento tem a vazão regulada por um by-pass. As bombas (17) estão conectadas ao sistema de distribuição dos escoamentos quente e frio. O sistema de distribuição é composto por válvulas solenoides (22) acionadas por sensores de posição (23). Tais sensores enviam um sinal aos solenoides indicando se o respectivo TCM (3) está na região de campo baixo ou alto, e assim direciona o escoamento frio ou quente, respectivamente. Desta forma, o conjunto de sensores de posição e solenoides é o que garante o sincronismo entre o ciclo magnético e os escoamentos. A instrumentação é basicamente composta por termopares (21), alocados em diferentes pontos do motor. A vazão é medida por dois transdutores de vazão volumétrica (20). Os transdutores de vazão são posicionados na saída das bombas de circulação. Por meio do uso do by-pass, pode-se variar a vazão volumétrica utilizada no motor, a qual será prontamente mensurada pelos transdutores de vazão (FIGURA 1). Por fim, são utilizadas células de carga para avaliar a força produzida pelo motor. O sistema de aquisição de dados é composto por um microcontrolador (hardware) e por um software. O sistema realiza a leitura dos dados de temperatura dos termopares (21), vazão volumétrica dos transdutores de vazão (20) e posição (23) dos TCMs (3) e desta forma controla a entrada e saída dos fluxos quente e frio a partir do fechamento e abertura de válvulas solenoide a ele conectadas. Este sistema também é responsável por interpretar os resultados obtidos pelas células de carga convertendo os sinais elétricos em força (FIGURA 1).[052] The pumping system has a flow rate regulated by a bypass. The pumps (17) are connected to the hot and cold flow distribution system. The distribution system is composed of solenoid valves (22) activated by position sensors (23). Such sensors send a signal to the solenoids indicating whether the respective TCM (3) is in the low or high field region, and thus direct the cold or hot flow, respectively. In this way, the set of position sensors and solenoids is what guarantees the synchronism between the magnetic cycle and the flows. The instrumentation is basically composed of thermocouples (21), placed at different points of the engine. Flow is measured by two volumetric flow transducers (20). Flow transducers are positioned at the outlet of the circulation pumps. Through the use of the by-pass, the volumetric flow used in the motor can be varied, which will be readily measured by the flow transducers (FIGURE 1). Finally, load cells are used to assess the force produced by the engine. The data acquisition system is composed of a microcontroller (hardware) and a software. The system reads the temperature data of the thermocouples (21), volumetric flow of the flow transducers (20) and position (23) of the TCMs (3) and thus controls the entry and exit of hot and cold flows from the closing and opening of solenoid valves connected to it. This system is also responsible for interpreting the results obtained by the load cells converting electrical signals into force (FIGURE 1).

[053] A etapa de Desenvolvimento do Equipamento será dividida nos seus componentes principais:

1. Trocador de calor magnético (TCM);
2. Sistema de bombeamento;
3. Circuito Magnético.

[053] The Equipment Development stage will be divided into its main components:

1. Magnetic heat exchanger (TCM);
2. Pumping system;
3. Magnetic Circuit.

[054] O trocador de calor magnético (3), numa analogia com um motor convencional, atua como um pistão. O TCM (3) é um meio poroso composto pelo material magnético processado em microesferas alocado em uma carcaça. Um meio poroso com baixa porosidade, em geral, possui elevada área superficial de transferência de calor, o que aumenta as taxas de transferência de calor, e consequentemente, a frequência de operação do motor.[054] The magnetic heat exchanger (3), in an analogy with a conventional engine, acts like a piston. The TCM (3) is a porous medium composed of magnetic material processed into microspheres and placed in a housing. A porous medium with low porosity, in general, has a high heat transfer surface area, which increases the heat transfer rates, and consequently, the motor operating frequency.

[055] No trocador de calor, é utilizado um leito fixo de esferas compactadas de qualquer material magnético com transição de fases de primeira ou segunda ordem, com temperatura de Curie entre 20 e 80ºC. As esferas possuem diâmetro menor que 1000 microns e são empacotadas em um tubo de fibra de vidro G10. O leito é mantido compactado por meio do uso de acopladores (24) garantindo uma porosidade entre 36 e 37%, (FIGURA 2).[055] In the heat exchanger, a fixed bed of compacted spheres of any magnetic material with first or second order phase transition is used, with Curie temperature between 20 and 80ºC. The spheres are less than 1000 microns in diameter and are packaged in a G10 fiberglass tube. The bed is kept compacted through the use of couplers (24) ensuring a porosity between 36 and 37% (FIGURE 2).

[056] A conexão entre os acopladores (24) e a tubulação que distribui os escoamentos quente e frio é feita por engates rápidos. Um adaptador em U (25), de aço inóx, conecta a estrutura do trocador de calor magnético (TCM) às guias lineares. Esta última garante que o TCM, ao interagir com o campo aplicado, se movimente apenas ao longo do eixo-x, com baixo atrito, e não se desloque nas demais direções. Caso o TCM tenha um deslocamento mesmo que pequeno, no eixo-y, isso pode resultar em obstruções ao movimento linear no eixo-x, ou o TCM pode entrar em contato com uma das faces do polo magnético e gerar atrito. A estrutura do trocador de calor inclui os adaptadores em U (25) nas extremidades para a fixação nas guias lineares, o tubo de G10 (26) onde são empacotadas as esferas de material magnético, acopladores (24) e os engates rápidos (27), (FIGURA 3).[056] The connection between the couplers (24) and the piping that distributes the hot and cold flows is made by quick couplings. A stainless steel U-adapter (25) connects the magnetic heat exchanger (TCM) frame to the linear guides. The latter ensures that the TCM, when interacting with the applied field, moves only along the x-axis, with low friction, and does not move in other directions. If the TCM has even a small displacement on the y-axis, this could result in obstructions to linear movement on the x-axis, or the TCM could contact one of the magnetic pole faces and generate friction. The structure of the heat exchanger includes the U-adapters (25) at the ends for attachment to the linear guides, the G10 tube (26) where the magnetic material balls, couplers (24) and the quick couplings (27) are packaged , (FIGURE 3).

[057] O sistema de bombeamento para o aquecimento e resfriamento do TCM (3) é composto por mangueiras com isolamento térmico de borracha elastomérica, conexões de engate rápido e as válvulas solenoides.[057] The pumping system for heating and cooling the TCM (3) is composed of hoses with thermal insulation of elastomeric rubber, quick coupling connections and solenoid valves.

[058] O projeto e procedimento de montagem do circuito magnético foram adaptados do trabalho de Schafer (SCHAFER, B. Development of a magnetocaloric test apparatus. Dissertação (Mestrado) - Universität der Bundeswehr München, Neubiberg, Agosto 2016.). O circuito magnético projetado tem a configuração de duplo C, e trata-se de uma associação de blocos de ímãs permanentes de NdFeB (28), onde as flechas brancas indicam a direção da remanência. Para fechar o circuito e guiar as linhas de fluxo magnético entre os dois polos magnéticos, um material ferromagnético mole com alta permeabilidade relativa (μr), como Fe, FeCo ou Ligas de aço, é utilizado. (29). As regiões de materiais paramagnéticos (30) tem função estrutural (FIGURA 4).[058] The design and assembly procedure of the magnetic circuit were adapted from the work of Schafer (SCHAFER, B. Development of a magnetocaloric test apparatus. Dissertation (Masters) - Universität der Bundeswehr München, Neubiberg, August 2016.). The designed magnetic circuit has a double C configuration, and it is an association of blocks of NdFeB permanent magnets (28), where the white arrows indicate the direction of remanence. To close the circuit and guide the lines of magnetic flux between the two magnetic poles, a soft ferromagnetic material with high relative permeability (μr), such as Fe, FeCo or steel alloys, is used. (29). The regions of paramagnetic materials (30) have a structural function (FIGURE 4).

[059] O presente modelo utiliza três diferentes tipos de blocos de ímãs permanentes, os quais são empregados com diferentes propósitos, e são nomeados conforme segue:

• Ímãs Principais;
• Concentradores Laterais;
• Concentradores frontais.

[059] The present model uses three different types of permanent magnet blocks, which are used for different purposes, and are named as follows:

• Main Magnets;
• Side concentrators;
• Front hubs.

[060] Os Ímãs Principais são posicionados no centro do polo magnético e são os responsáveis por gerar o campo magnético em uma direção principal e em um volume específico. Os ímãs concentradores (laterais e frontais) são utilizados para reduzir os efeitos de borda, e assim, garantir um campo magnético mais intenso e homogêneo no volume de campo gerado.[060] The Main Magnets are positioned in the center of the magnetic pole and are responsible for generating the magnetic field in a main direction and in a specific volume. Concentrating magnets (side and front) are used to reduce edge effects, and thus ensure a more intense and homogeneous magnetic field in the generated field volume.

[061] No projeto final do circuito magnético em duplo C, é possível verificar os furos e outros detalhes estruturais. Uma característica interessante incluída no projeto do circuito magnético (2) é a possibilidade de mudar o gap magnético usando parafusos de ajuste (31). Enquanto os ímãs da base inferior (32) são fixos, a base superior (1) pode ser movida para cima e para baixo, e consequentemente variando a intensidade do fluxo magnético. O sistema de trocadores de calor magnético (3) se desloca em guias lineares (4) devido à atração pelo campo gerado no circuito magnético (2), (FIGURA 5).[061] In the final design of the double-C magnetic circuit, it is possible to check the holes and other structural details. An interesting feature included in the design of the magnetic circuit (2) is the possibility to change the magnetic gap using adjustment screws (31). While the magnets of the lower base (32) are fixed, the upper base (1) can be moved up and down, and consequently varying the intensity of the magnetic flux. The magnetic heat exchanger system (3) moves in linear guides (4) due to the attraction by the field generated in the magnetic circuit (2), (FIGURE 5).

[062] Para a transformação do movimento linear em rotacional para a produção de momento, utitliza–se um mecanismo de catraca, ajustado sobre uma base (5). Fixado a esta base, estão localizados dois suportes niveladores (6) para os mancais (7), por onde passam o eixo (8). Os mancais são sustentados por meio de uma bucha (13). O movimento é gerado em função do mecanismo, que possui uma estrutura que se move linearmente, constituída de chapa lateral (9), de uma barra alongada (10) que esta conecatada a Barra curta (11) e a Trava (12). Os rolamentos (14) são utilizados para acoplar a barra longa ao cilindro atuador (15). O movimento linear então é convertido em rotacional pelo contato das travas (12) com os dentes da engrenagem (16), (FIGURA 6).[062] For the transformation of the linear movement into rotational for the production of moment, a ratchet mechanism is used, adjusted on a base (5). Fixed to this base, two leveling supports (6) are located for the bearings (7), through which the shaft (8) passes. The bearings are supported by means of a bush (13). The movement is generated as a function of the mechanism, which has a structure that moves linearly, consisting of a side plate (9), an elongated bar (10) that is connected to the short bar (11) and the lock (12). Bearings (14) are used to couple the long bar to the actuator cylinder (15). The linear movement is then converted to rotational by the contact of the locks (12) with the gear teeth (16), (FIGURE 6).

[063] O conjunto completo, motor e seu mecanismo (FIGURA 7), é capaz de transformar energia magnética em momento, aproveitando-se da acentuada troca térmica entre material magnético e fluido de operação, que confere uma rápida transição de estado magnético, provomendo assim um aumento na frequência do motor.[063] The complete assembly, motor and its mechanism (FIGURE 7), is capable of transforming magnetic energy in a moment, taking advantage of the accentuated thermal exchange between magnetic material and operating fluid, which provides a fast transition of magnetic state, promoting thus an increase in motor frequency.

Claims

PURELY MAGNETIC TESLA TYPE MOTOR, characterized by being constituted by (1) upper base, (2) magnetic circuit, (3) magnetic heat exchanger, (4) linear guides, (5) base of the movement conversion mechanism, ( 6) leveling supports, (7) roller bearings, (8) shaft, (9) side plate, (10) elongated bar, (11) short bar, (12) mechanism lock, (13) bush, (14) bearing, (15) actuator cylinder, (16) gear, (17) pump, (18) heat source, (19) heat sink, (20) flow transducer, (21) thermocouples, (22) solenoids, ( 23) position sensors, (24) couplers, (25) U-adapters, (26) G10 glass tube, (27) quick coupling, (28) permanent magnets, (29) soft ferromagnetic material, (30) paramagnetic material , (31) magnetic gap adjustment screws, (32) fixed base.