ES3030722B2

ES3030722B2 - Four-piston magnetic motor based on permanent magnets arranged on a plane in a square configuration

Info

Publication number: ES3030722B2
Application number: ES202331091A
Authority: ES
Inventors: Mesa Cristobal Urbano
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-12-28
Filing date: 2023-12-28
Publication date: 2025-10-31
Anticipated expiration: 2043-12-28
Also published as: ES3030722A1; WO2025141234A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado Four-piston magnetic motor based on permanent magnets arranged on a plane in a square configuration

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema generador de energía mecánica basado en el uso de un conjunto de imanes permanentes y de pistones que se desplazan alternativamente por dentro de sus correspondientes cilindros, en una configuración geométrica específica en la que se optimiza el aprovechamiento de las fuerzas de atracción y repulsión magnéticas generadas. The following invention, as expressed in the statement of this descriptive memorandum, refers to a mechanical energy generating system based on the use of a set of permanent magnets and pistons that move alternately inside their corresponding cylinders, in a specific geometric configuration in which the use of the generated magnetic attraction and repulsion forces is optimized.

El sistema que se preconiza resulta de especial aplicación en motores alternativos por repulsión magnética que encuentran su campo de aplicación tanto en la industria mecánica como en la de generación de energía eléctrica. The system being advocated is particularly applicable to reciprocating motors by magnetic repulsion, which find their field of application in both the mechanical industry and the generation of electrical power.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

A modo de introducción al estado de la técnica en cuanto al uso de imanes permanentes para la generación de un par mecánico y por tanto de energía, es por todos conocido que al acercar dos imanes con sus polaridades en un mismo plano por sus polos iguales se repelen, mientras que si los acercamos en el mismo plano por sus polos opuestos se atraerán con la misma fuerza que antes se repelían. Así mismo, estos mismos imanes cuando se encuentran unidos por sus polos opuestos, podríamos separarlos girando uno de ellos sobre su eje, utilizando una fuerza que sería igual a la fuerza que los atrae con la particularidad de que cuando hayamos girado 180°, los imanes estarán en la posición de repulsión, provocando la separación de estos. As an introduction to the state of the art regarding the use of permanent magnets for generating mechanical torque and therefore energy, it is well known that when two magnets are brought together with their polarities in the same plane, their like poles repel each other, while if they are brought together with their opposite poles in the same plane, they attract each other with the same force as before. Likewise, these same magnets, when joined by their opposite poles, can be separated by rotating one of them on its axis, using a force equal to the force that attracts them. The difference is that after a 180° rotation, the magnets will be in the repulsive position, causing them to separate.

Cuando continuemos con los 180° restantes del giro, esta vez no será necesario ningún esfuerzo puesto que los imanes estarán lo suficientemente distantes como para que sus campos magnéticos no se interfieran y volverán a situarse en la posición inicial de atracción completando así un ciclo natural que se denomina ciclo magnético tal y como se muestra en la Figura 1. When we continue with the remaining 180° of the rotation, this time no effort will be necessary since the magnets will be far enough apart that their magnetic fields will not interfere with each other and will return to their initial position of attraction, thus completing a natural cycle called the magnetic cycle, as shown in Figure 1.

Si fuera posible desarrollar una configuración que permitiera aprovechar este ciclo magnético para impulsar un motor al que se derivara el balance positivo de las fuerzas que se generan en dicho ciclo, como consecuencia de la diferencia de fuerzas entre las sucesivas fuerzas de repulsión y atracción generadas entre dos imanes permanentes alineados, menos la que es necesario aportar para llevar a cabo el giro de uno de los imanes permanentes a fin de garantizar el referido ciclo magnéticos. If it were possible to develop a configuration that would allow this magnetic cycle to be used to drive a motor to which the positive balance of the forces generated in said cycle would be derived, as a consequence of the difference in forces between the successive repulsion and attraction forces generated between two aligned permanent magnets, minus the force that is necessary to carry out the rotation of one of the permanent magnets in order to guarantee the aforementioned magnetic cycle.

Atendiendo a las invenciones presentes en el estado de la técnica donde se aborde la problemática descrita, identificadas por número de publicación o identificación y fecha de publicación, respectivamente, se identifica el documento DE102016007879A1 (FURCHERT HANS-JÜRGEN), 01.12.2016, donde se divulga un cigüeñal formado por varios pistones unidos al cigüeñal por sus bielas que les permiten realizar un movimiento de subida y bajada por el interior de sus respectivos cilindros, haciendo girar al cigüeñal, también cuenta con lo que se podría asociar a un estator que tiene varios imanes permanentes sujetos a un árbol y que permite el giro de los imanes. El movimiento o giro de los imanes, produce una transmisión a un árbol vinculado a varios engranajes troncocónicos, en la configuración propuesta los materiales son no metálicos salvo los imanes. Considering the inventions in the prior art that address the described problem, identified by publication number and publication date, respectively, document DE102016007879A1 (FURCHERT HANS-JÜRGEN), 01.12.2016, is identified. This document discloses a crankshaft consisting of several pistons connected to the crankshaft by connecting rods, allowing them to move up and down within their respective cylinders, thus rotating the crankshaft. It also includes what could be considered a stator, which has several permanent magnets attached to a shaft, enabling the magnets to rotate. The movement or rotation of the magnets transmits power to a shaft connected to several bevel gears. In the proposed configuration, the materials are non-metallic, except for the magnets.

Luego a modo de conclusión, la "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado”, aporta respecto al estado de la técnica, una mejora en el rendimiento energético de los motores magnéticos según una configuración geométrica y una sincronización de movimientos hasta ahora desconocida y fácilmente escalable para adaptarlo a las diferentes aplicaciones requeridas. Then, in conclusion, the "Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in a configuration on a plane in which they form a square" provides, with respect to the state of the art, an improvement in the energy performance of magnetic motors according to a geometric configuration and a synchronization of movements that was previously unknown and easily scalable to adapt it to the different applications required.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

A modo de explicación de la invención, el "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado” se lleva a cabo teniendo en cuenta la siguiente configuración: By way of explanation of the invention, the "Magnetic four-piston motor based on permanent magnets in a configuration on a plane in which they form a square" is carried out taking into account the following configuration:

A. Cuatro imanes permanentes alineados por cada uno de los cuatro pistones magnéticos con la polaridades sobre un plano horizontal común en el que forman un cuadrado, de forma que líneas del campo magnético de cada par de imanes enfrentados se encuentran en planos paralelos entre sí y perpendiculares al eje del imán que gira, y donde cada pistón magnético contiene un imán permanente en cada uno de sus dos extremos que únicamente se desplaza linealmente por dentro de su cilindro hasta su final de carrera de aproximación a su correspondiente imán permanente que sólo gira situado en cada uno de sus dos extremos, mientras que el imán permanente que sólo gira de un extremo está vinculado a un eje provisto de movimiento angular, y el imán permanente que sólo gira situado en el extremo opuesto es a su vez el extremo de un eje provisto también de movimiento angular, aunque en configuración de cigüeñal. A. Four permanent magnets aligned by each of the four magnetic pistons with the polarities on a common horizontal plane in which they form a square, such that the magnetic field lines of each pair of facing magnets are in planes parallel to each other and perpendicular to the axis of the rotating magnet, and where each magnetic piston contains a permanent magnet at each of its two ends that only moves linearly inside its cylinder until its end of the approach stroke to its corresponding rotating permanent magnet located at each of its two ends, while the rotating permanent magnet at one end is linked to a shaft provided with angular motion, and the rotating permanent magnet located at the opposite end is in turn the end of a shaft also provided with angular motion, although in a crankshaft configuration.

B. Cuatro mecanismos de biela de vinculación entre el movimiento lineal de cada pistón magnético y el movimiento angular solidario de su correspondiente eje perpendicular en configuración de cigüeñal por cada uno de los cuatro vértices del cuadrado, según cuatro ejes en configuración de cigüeñal paralelos dos a dos entre las dos diagonales del cuadrado, aunque con sus muñequillas desfasadas 180° entre ellas. B. Four connecting rod mechanisms linking the linear motion of each magnetic piston and the angular motion of its corresponding perpendicular axis in crankshaft configuration for each of the four vertices of the square, according to four axes in crankshaft configuration parallel two by two between the two diagonals of the square, although with their wrist pins offset by 180° from each other.

C. Ocho ruedas dentadas alojadas en los extremos de sendas prolongaciones exteriores de cada uno de los cuatro ejes, en las que se ubican cuatro correas de transmisión dispuestas en paralelo y por fuera de los cuatro lados del cuadrado, a fin de llevar a cabo uniones solidarias e independientes entre dos ejes paralelos por el mismo extremo, según un primer eje que únicamente proporciona a su imán permanente el movimiento angular, más otro segundo eje en configuración de cigüeñal. C. Eight toothed wheels housed at the ends of two outer extensions of each of the four shafts, in which four transmission belts are located arranged in parallel and outside the four sides of the square, in order to carry out solid and independent unions between two parallel shafts at the same end, according to a first shaft that only provides its permanent magnet with angular movement, plus another second shaft in crankshaft configuration.

Luego, para iniciar el ciclo magnético se requiere impulso inicial exterior provocado por un actuador que traslada el giro a través de su correspondiente cigüeñal al movimiento lineal de dos pistones magnéticos situados en una diagonal del cuadrado, activando un movimiento angular en el mismo sentido por cada uno de los cuatro pares de ejes que rotan de forma solidaria, basado en el movimiento angular de dos imanes permanentes enfrentados por cada uno de los cuatro ejes respecto a su correspondiente pistón magnético intermedio, que en función de su posiciones angulares relativas, generan por cada uno de los dos extremos del correspondiente pistón magnético, un ciclo sincronizado de fuerza de repulsión, distancia a la que se anula la interacción magnética y fuerza de atracción, que libera una energía mecánica procedente del movimiento lineal de cada pistón magnético trasladada, mediante el mecanismos de biela, al eje perpendicular en configuración de cigüeñal. Then, to start the magnetic cycle, an initial external impulse is required, caused by an actuator that transfers the rotation through its corresponding crankshaft to the linear movement of two magnetic pistons located on a diagonal of the square, activating an angular movement in the same direction for each of the four pairs of shafts that rotate together, based on the angular movement of two permanent magnets facing each other on each of the four shafts with respect to their corresponding intermediate magnetic piston, which, depending on their relative angular positions, generate for each of the two ends of the corresponding magnetic piston, a synchronized cycle of repulsive force, distance at which the magnetic interaction is canceled and attractive force, which releases mechanical energy from the linear movement of each magnetic piston transferred, through the connecting rod mechanism, to the perpendicular axis in the crankshaft configuration.

Evidentemente, se puede adaptar el modelo descrito a las potencias requeridas en cada aplicación, haciendo uso de tantas unidades como sean necesarias, teniendo en cuenta que las conexiones entre módulos han de llevarse a cabo de forma que a un módulo se le conecta a sus ejes otro módulo en la posición alternativa entre los dos finales de carrera posibles. Obviously, the described model can be adapted to the power required in each application, using as many units as necessary, taking into account that the connections between modules must be carried out in such a way that one module is connected to its axes by another module in the alternative position between the two possible limit switches.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred embodiment thereof, a set of drawings is included as an integral part of said description, in which, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

Figura 1.- Muestra una ilustración de la evolución del ciclo magnético. Figure 1.- Shows an illustration of the evolution of the magnetic cycle.

Figura 2.- Muestra una planta principal del "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado” en un final de carrera. Figure 2.- Shows a main plan of the "Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in configuration on a plane in which they form a square" at the end of a stroke.

Figura 3.- Muestra una planta principal del "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado” en final de carrera alternativo. Figure 3.- Shows a main plan of the "Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in configuration on a plane in which they form a square" in alternative end-of-stroke.

Figura 4.- Muestra una planta principal del "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado” en cuatro módulos combinados. Figure 4.- Shows a main plan of the "Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in configuration on a plane in which they form a square" in four combined modules.

En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes: The following constituent elements can be highlighted in the aforementioned figures:

1. Imanes permanentes. 1. Permanent magnets.

2. Cilindros por cuyo interior se desplazan linealmente los dos imanes permanentes que constituyen cada uno de los cuatro pistones magnéticos. 2. Cylinders through which the two permanent magnets that make up each of the four magnetic pistons move linearly.

3. Eje provisto de movimiento angular 3. Axis provided with angular movement

4. Eje provisto de movimiento angular en configuración de cigüeñal. 4. Shaft provided with angular movement in crankshaft configuration.

5. Biela de vinculación entre el movimiento lineal de cada pistón magnético y el movimiento angular solidario. 5. Connecting rod between the linear movement of each magnetic piston and the integral angular movement.

6. Muñequillas. 6. Dolls.

7. Ruedas dentadas. 7. Gears.

8. Correas de transmisión. 8. Transmission belts.

EJEMPLO DE REALIZACIÓN PREFERENTEEXAMPLE OF PREFERRED REALIZATION

A modo de ejemplo de realización preferente se puede hacer uso del "Motor de cuatro pistones magnéticos a base de imanes permanentes en configuración sobre un plano en el que forman un cuadrado” tal y como se muestra en las Figuras 2-3, para la obtención de un par motor en el movimiento de un torno de fabricación de los habitualmente utilizados en la industria metal mecánica. As an example of a preferred embodiment, the "Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in a configuration on a plane in which they form a square" can be used, as shown in Figures 2-3, to obtain a motor torque in the movement of a lathe of the type commonly used in the metalworking industry.

A tal fin se trata de que, por cada uno de los cuatro pistones magnéticos, el movimiento angular de los imanes que solo giran vinculados a su correspondiente eje, provoquen la atracción, anulación de fuerzas y repulsión de los imanes permanente que como consecuencia se desplazan linealmente por dentro de su correspondiente cilindro sin movimiento angular alguno, hasta completar el ciclo magnético de la Figura 1. Más concretamente, en la Figura 2-3, se muestran los cuatro imanes permanentes (1) alineados por cada uno de los cuatro pistones magnéticos con las polaridades sobre un plano horizontal común en el que forman un cuadrado, donde las líneas de campo magnético de cada par de imanes enfrentados se encuentran en planos paralelos entre sí y perpendiculares al eje del imán que gira. Así mismo, también se muestra como cada pistón magnético contiene un imán permanente en cada uno de sus dos extremos que únicamente se desplaza linealmente por dentro de su cilindro hasta su final de carrera de aproximación a su correspondiente imán permanente que sólo gira, situado en cada uno de sus dos extremos. To this end, the angular movement of the magnets rotating around their respective axes of each of the four magnetic pistons causes attraction, cancellation of forces, and repulsion of the permanent magnets. As a result, these permanent magnets move linearly within their corresponding cylinders without any angular movement, completing the magnetic cycle shown in Figure 1. More specifically, Figure 2-3 shows the four permanent magnets (1) aligned by each of the four magnetic pistons, with their polarities on a common horizontal plane, forming a square. In this square, the magnetic field lines of each pair of opposing magnets lie in planes parallel to each other and perpendicular to the axis of the rotating magnet. The figure also shows how each magnetic piston contains a permanent magnet at each of its two ends, which moves linearly within its cylinder until it reaches the end of its stroke, approaching its corresponding rotating permanent magnet located at each end.

Continuando con la descripción, también se muestran los cuatro mecanismos de biela (5) de vinculación entre el movimiento lineal de cada pistón magnético entre sendos cilindros (2) y el movimiento angular solidario de su correspondiente eje perpendicular en configuración de cigüeñal (4) por cada uno de los cuatro vértices del cuadrado, según cuatro ejes en configuración de cigüeñal (4) paralelos dos a dos entre las dos diagonales del cuadrado, aunque con sus muñequillas (6) desfasadas 180° entre ellas. Continuing with the description, the four connecting rod mechanisms (5) are also shown, linking the linear movement of each magnetic piston between two cylinders (2) and the angular movement of its corresponding perpendicular axis in crankshaft configuration (4) for each of the four vertices of the square, according to four axes in crankshaft configuration (4) parallel two by two between the two diagonals of the square, although with their wrist pins (6) offset by 180° from each other.

Por último, también se muestran las ocho ruedas dentadas (7) alojadas en los extremos de sendas prolongaciones exteriores de cada uno de los cuatro ejes, en las que se ubican cuatro correas de transmisión (8) dispuestas en paralelo y por fuera de los cuatro lados del cuadrado. Finally, the eight gears (7) housed at the ends of two outer extensions of each of the four shafts are also shown, in which four transmission belts (8) are located, arranged in parallel and outside the four sides of the square.

Evidentemente, la sección transversal de los cilindros (2) debe tener la misma forma que los soportes en los que se alojan cada imán permanente (1) de los que se desplazan linealmente convenientemente orientado por cada uno de los dos extremos de cada pistón magnético, al objeto de no facilitar que estos giren sobre su propio eje, permitiendo solo el desplazamiento longitudinal. Obviously, the cross-section of the cylinders (2) must have the same shape as the supports in which each permanent magnet (1) is housed, which are moved linearly, conveniently oriented by each of the two ends of each magnetic piston, in order to prevent them from rotating on their own axis, allowing only longitudinal displacement.

Así mismo, todos los elementos utilizados salvo los propios imanes permanentes (1) se deben fabricar en un material no conductor de la electricidad, por ejemplo, en material plástico de buena resistencia mecánica y bajo coeficiente de rozamiento. Likewise, all elements used except the permanent magnets themselves (1) must be made of a non-conductive material, for example, plastic material with good mechanical strength and low coefficient of friction.

Luego, a partir de un impulso inicial exterior provocado por un actuador, los ocho ejes provistos de movimiento angular descritos (3-4) se mueven de forma sincronizada como reacción a la fuerza que se genera en los pistones magnéticos que se trasladan a los correspondientes ejes provistos de movimiento angular en configuración de cigüeñal (4) que a su vez arrastran solidariamente a un eje paralelo y situado en el mismo lado del cuadrado (3), alterando la posición angular del imán permanente (1) que contiene, según dos posiciones alternativas entre finales de carrera alternos tal y como se muestra en las Figuras 2-3. Then, starting from an initial external impulse caused by an actuator, the eight shafts provided with angular movement described (3-4) move in a synchronized manner as a reaction to the force generated in the magnetic pistons that are transferred to the corresponding shafts provided with angular movement in crankshaft configuration (4) which in turn pull together a parallel shaft located on the same side of the square (3), altering the angular position of the permanent magnet (1) that it contains, according to two alternative positions between alternating end-stroke points as shown in Figures 2-3.

Por último, es importante indicar cómo se puede reproducir el modelo descrito al objeto de adaptarlo a las potencias requeridas en tantas unidades como se estimen convenientes, para ello, únicamente, se ha de tener en cuenta que a un módulo se le conecta a sus ejes otro módulo en la posición alternativa entre los dos finales de carrera posibles tal y como se muestra en la Figura 4, adaptando la configuración de módulos a las necesidades de potencia requerida en cada caso y mejorando los rendimientos al reducir las necesidades de elementos que añaden fricción como poleas y correas de transmisión. Finally, it is important to indicate how the described model can be reproduced in order to adapt it to the required power in as many units as deemed necessary. To do this, it is only necessary to consider that one module is connected to its axes by another module in the alternative position between the two possible limit switches, as shown in Figure 4, adapting the module configuration to the power requirements in each case and improving performance by reducing the need for elements that add friction, such as pulleys and transmission belts.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención, su carácter modular y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales empleados, dimensiones, configuración geométrica propuesta y/o soluciones técnicas serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. It is not considered necessary to elaborate further on this description for any expert in the field to understand the scope of the invention, its modular nature, and the advantages derived therefrom. The materials used, dimensions, proposed geometric configuration, and/or technical solutions may be subject to variation, provided that this does not alter the essential nature of the invention.

Claims

1. - Four-piston magnetic motor based on permanent magnets in a configuration on a plane in which they form a square, characterized by being carried out by the combination of the following elements;

A. Four permanent magnets aligned by each of the four magnetic pistons, with the polarities on a common horizontal plane in which they form a square, such that the magnetic field lines of each pair of facing magnets are in planes parallel to each other and perpendicular to the axis of the rotating magnet, and where each magnetic piston contains a permanent magnet at each of its two ends that only moves linearly inside its cylinder until its end of approach to its corresponding rotating permanent magnet located at each of its two ends, where the rotating permanent magnet at one end is linked to a shaft provided with angular motion, while the rotating permanent magnet located at the opposite end is in turn the end of a shaft also provided with angular motion, although in a crankshaft configuration.

B. Four connecting rod mechanisms linking the linear motion of each magnetic piston and the angular motion of its corresponding perpendicular axis in crankshaft configuration for each of the four vertices of the square, according to four axes in crankshaft configuration parallel two by two between the two diagonals of the square, although with their wrist pins offset by 180° from each other.

C. Eight toothed wheels housed at the ends of two outer extensions of each of the four shafts, on which four transmission belts are located, arranged in parallel and outside the four sides of the square, in order to carry out solid and independent connections between parallel shafts at the same end, according to a first shaft that only provides its permanent magnet with angular movement, plus another second shaft in a crankshaft configuration.

2. - A four-piston magnetic motor based on permanent magnets in a configuration on a plane in which they form a square according to claim 1, which adapts to the power required in each application by combining the described model in as many units as necessary, characterized in that the connections between modules must be carried out in such a way that one module is connected to its axes by another module in the alternative position between the two possible limit switches.