Rotor-stator Magnetic Toy Description With Variations

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MAGNET FORCE MACHINE 2 ROTOR – STATOR configuration ABSTRACT RESUMO Magnet Force Machine for motion power output and/or electrical power production too in Rotor-Stator mechanical configuration, composed at least by: one Rotor containing magnets inside and close his periphery, and one Stator/lateral actuator containing magnets inside his periphery in less number than Rotor, and when arranged in the same axle, the contained magnets are in front of each one, repelling face to face. Máquina de força magnética para produção de força motriz e/ou energia eléctrica de configuração mecânica Rotor-Stator, composta pelo menos por: um rotor que contém ímanes alojados no seu interior, e um stator / actuador lateral que também contém imanes alojados no seu interior, e ambos colocados paralelamente sobre os próprios eixos que são coincidentes.

1st MODEL: BASIC CONFIGURATION 1º MODELO: CONFIGURAÇÃO BASE The Rotor is a cylindrical drum, and turns around his own axis. The magnets which are contained in the Rotor, are placed inside the periphery and around all circumference, with minimum clearance between, and arranged in a special geometric configuration. This configuration has like a progressive ramp, and the magnets are placed in this manner: All same poles of each magnet are oriented to the same side of the Rotor, begins placing the first magnet next one face of Rotor, and consecutively next placed at least one millimetre axially (parallel at drum axle) displaced from the last, until to complete the periphery of Rotor/drum. The target is to obtain lateral/axial progression from the first to the last. The internal figure of magnets is like a ring, with a little displacement in extremities to opposed sides parallel to his own axle. Similar to a bolt pressure lock spring, to complete the round, or caracole upstairs (exaggerated!). O rotor exteriormente tem aspecto cilíndrico, e roda sobre o seu próprio eixo. Os ímanes contidos no rotor estão colocados em cavidades junto à periferia de toda a circunferência, dispostos em configuração geométrica especial com o mínimo de distância possível entre si, e de modo a fazer uma rampa progressiva, da seguinte maneira: A colocação faz-se com todos os pólos magnéticos iguais colocados para um dos lados do rotor; inicia-se a colocação interna junto duma das faces e vão-se colocando todos os outros, progressivamente com pelo menos um milímetro de desfasamento lateral (axial ou paralelo ao eixo) em relação ao anterior, até completar a distância até ao primeiro. Obtém-se assim uma progressão lateral / axial, desde o primeiro até ao último. A figura geral interna é a de um anel partido e com as extremidades desfasadas uma da outra progressivamente através da periferia circular; ou para melhor visualização deve ter-se em conta uma configuração semelhante mas menos progressiva a uma escadaria em caracol até perfazer uma volta. The Stator/drum is cylindrical, with the same diameter than Rotor, doesn’t turns around his own axle, and only is permitted lateral displacement by external means. The

2 magnets, in less number than Rotor, are placed around periphery too, but all at same distance from face with all poles oriented to the same side, to produce repulsion force when confronted with Rotor. Turning monement become from these repulsion. But it was a problem: the magnetic gate brake the system. O stator também tem aspecto cilíndrico, é do mesmo diâmetro que o rotor, não roda sobre o seu próprio eixo mas apenas se desloca axial / lateralmente por meios de força exterior aplicada, e os ímanes estão também colocados em cavidades no seu interior com os pólos iguais virados para o mesmo lado e de modo a fazer força de repulsão em relação aos que estão colocados no stator quando estão confrontados. Os ímanes contidos no stator são em número inferior aos do rotor, e estão colocados nas cavidades à mesma distância do centro que os do rotor e também á mesma distância da face no stator, ao contrário da colocação no rotor, de modo a que coincidam frontalmente com estes para provocar o efeito de “repulsão magnética”, e gerar movimento. To surpass the magnetic gate problem inside Rotor, the first 3, 4, 5 or 6 magnets (depends from system size and quantity) placed at minimum gap from Stator when are face to face, must be arranged progressively in a angle, and this angle corresponds at radial gap or displacement needed in Stator magnets to surpass the gate. At same time is used the attraction from the opposite pole of each angled magnet for acceleration. After continues with repulsion until complete the tour. And this process repeats in each turn to surpass the magnetic gate. The first magnet closest to Stator has more angle than the consecutives. Angle progression decreases until achieve parallelism with the other magnets. Para ultrapassar o problema da “porta magnética” no rotor, os primeiros 3, 4, 5 ou 6 (ou mais, dependendo do tamanho e quantidade) ímanes colocados nas cavidades a menos distância do stator / actuador quando confrontados, devem estar inclinados num determinado ângulo, de forma progressiva, e esse ângulo corresponde ao afastamento radial que teria que ser feita entre os ímanes do rotor e os do stator para ultrapassarem a porta magnética durante o movimento de rotação. Portanto é necessária mais inclinação no 1º íman do rotor que está mais aproximado ao stator, e menos nos seguintes, até chegar ao paralelismo necessário para continuar o progressivo movimento de repulsão provocado pela interacção do stator no rotor. As cavidades de alojamento são mais inclinadas no início, e menos inclinadas no final da “porta magnética”. Initial angle in first magnets is arranged in a form to use the attraction complementary forces of the other poles of each angled magnets. These attraction forces are greater in the first magnet and decreases consecutively according the angles and the gap between Rotor and Stator. O ângulo de inclinação inicial tem em conta o aproveitamento complementar das forças de atracção do outro lado de cada íman. Esta força de atracção é mais forte inicialmente no primeiro íman, vai diminuindo nos seguintes, e é complementada com a força de repulsão por duas maneiras em simultâneo: a diminuição progressiva do ângulo inicial no desfasamento e o afastamento progressivo dos ímanes alojados no rotor em relação ao stator. This is the most simply technical solution to surpass the “magnetic gate” in this rotorstator configuration with lateral progressive alignment magnets contained in rotor: The decreased progression in initial angle, the small attraction force performed by the opposed pole, more accented in the beginning and is progressive decrease.

3 Esta é a solução técnica mais simples para ultrapassar a “porta magnética” na configuração rotor-stator com alinhamento lateral progressivo dos ímanes no rotor: O desfasamento de ângulo inicial, a ligeira força de atracção feita pelo outro pólo do íman, conjugado com a maior inclinação no início e a sua diminuição progressiva.

BASIC WORK FUNCIONAMENTO BASE Rotor turns around his own axle; Stator is fixed and only has lateral displacement, and with decrease of gap between, repulsion forces creates movement in Rotor. O rotor roda sobre o próprio eixo, e o stator está fixo e apenas tem movimento axial / lateral de modo a que com a aproximação das forças de repulsão criadas entre os dois provoquem que o rotor comece o seu movimento. With decreased gap, more intense is the repulsion force and more speed is achieved in Rotor. For variation of these two parameters in this magnetic motor only is necessary make lateral displacement in Stator. Quanto menor for a distância entre os dois, mais intensa será força de repulsão e maior será também a velocidade de rotação e a força do rotor. Para modificar estes parâmetros no motor magnético, apenas é necessário deslocar lateralmente o stator. The system is able to run continuously through undefined time, or the magnets maintain energized, ever the Stator is placed at necessary gap to assure repulsion forces for movement. Pode-se colocar o sistema em funcionamento continuado e constante, por tempo indeterminado, pelo menos enquanto houver energia nos ímanes, desde que o stator esteja colocado a uma distância suficiente em que haja repulsão e que provoque o movimento contínuo do rotor. From the magnet capacity in preserving his forces for a long time (decades...), this motor can be able to produce rotational motion through a long time without any energy input. Devido à elevadíssima capacidade dos ímanes conservarem a sua força magnética por longos períodos de tempo (longas décadas), podemos ter a funcionar este motor magnético por muito tempo sem que seja necessário introduzir-lhe qualquer fonte de alimentação. ALTERNATIVE ALTERNATIVA Other alternative possible is fixing the rotor(s) and obtain rotational motion in lateral actuator(s), or stator(s) Em alternativa também se pode fixar o rotor e obter o movimento no(s) actuador(es) lateral(ais), (ex stators).

4 DUPLICATIONS DUPLICAÇÕES

To increase the rotational force in Rotor is possible make a symmetrical duplication in system, expanding the size of Rotor and maintaining only one piece. By this way the rotational motion is made by the two lateral Stators/actuators, one in each side. Para aumentar a força do rotor pode-se duplicar simetricamente o sistema, devendo o rotor continuar a ser uma só peça onde estão alojados em cavidades e no seu interior as duas fileiras de ímanes, e ao qual é induzido o movimento por meio da interacção dos dois stators adjacentes que lhe induzem o movimento, um de cada lado. To increase even more the rotational force, is possible to link some systems, by duplication in tandem or ever in the same axle, or in different axles with motion connected and synchronized between. Para aumentar ainda mais a força pode-se também colocar vários sistemas base ou mesmo duplicados em tandem sobre o mesmo eixo ou em diferentes eixos mas com o movimento ligado e sincronizado entre si.

GENERAL PURPOSE APROVEITAMENTO This magnet motor configuration can be able to provide his total capacity: rotational motion and/or electricity production. O motor magnético pode ser aproveitado na totalidade, tanto para produzir força motriz como energia eléctrica. For rotational motion production can be used the axle if is properly fixed at rotor, or the external side of rotor if the proper means are fixed, like non-magnetic wheel for belts or gears. Para a produção de força motriz tanto pode ser utilizado o próprio eixo se estiver devidamente fixo ao rotor ou a parte exterior se lhe forem colocados os meios para tal, por roda dentada ou ‘polie’ para correia, de modo a que possa transmitir para o exterior o movimento por ele produzido. For electricity production, must be placed coils around rotor, which through his own rotation results in electrical energy output. Para a produção de energia eléctrica, podem ser colocadas bobines radialmente na periferia do rotor, de modo a que o próprio movimento provoque a emulsão de corrente nas bobines com a consequente produção de electricidade. In symmetrical duplication of basic system, and derived from magnetic intensity confluence in central zone of rotor, and if used for electricity production, the electrical output is greater due by this intensity confluence. Na duplicação simétrica do sistema base, e devido á confluência e á intensidade do campo magnético na zona central do rotor, quando for utilizado para a produção de electricidade, a energia produzida é maior causada pela grande intensidade do campo magnético na zona de confluência integrada no próprio rotor.

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TOTAL CAPACITY WORK APROVEITAMENTO DA CAPACIDADE TOTAL This magnetic motor can perform the maximum capacity through the production of rotary motion at his own axle and electricity through coils placed around rotor at same time too. O motor magnético pode também servir para aproveitar as duas situações de funcionamento ao mesmo tempo: a produção de força motriz no próprio eixo, e produção de electricidade através das bobines colocadas na periferia do rotor.

VARIATIONS IN CONFIGURATION VARIAÇÕES NA CONFIGURAÇÃO Apart from Basic model characterized by lateral progressivity magnets placement to surpass the magnetic gate, other model configurations can be applied, and they are variations to perform the work in the same basic rotor, but without the necessary initial deflection angle in magnets. Além de manter a progressividade pela disposição lateral dos ímanes, para ultrapassar a “porta magnética” aplicam-se outras configurações noutros modelos que são variantes do mesmo mecanismo base: O ROTOR

2nd MODEL – Characterized by: magnets contained in rotor have different “gauss” values, progressively, for decrease at maximum the magnetic gate resistance, and at same time increase the repulsion force in the middle of the magnetic track. 2º MODELO – Caracterizado por: os ímanes contidos no rotor terem diferenciação do valor de <>, de modo a eliminar ao máximo a força de resistência da “porta magnética”, e ao mesmo tempo aumentar a força de repulsão no perímetro de actuação situado entre as duas extremidades de deflexão lateral.

3rd MODEL – Characterized by: magnets contained in rotor have differentiations in his size/mass, to obtain the same effect with “gauss” differentiations. 3º MODELO – Caracterizado por: os ímanes contidos no rotor terem diferenciação do tamanho (massa) para fazer o efeito igual ao da diferenciação em <> .

4th MODEL – Characterized by: having a Stator/lateral actuator activated by mechanical means, with eccentric, for the correct radial gap necessary to surpass the magnetic gate zone. 4º MODELO – Caracterizado por: o Stator / actuador lateral ser activado por meios mecânicos, com ressalto, para o correcto afastamento na zona da “porta magnética” do rotor.

5th MODEL – Characterized by: actuator magnets performs a circular and radial movement related with Rotor, by mechanical means, eccentric and non-circular bevel

6 gears, in order to have a variable velocity motion in approach and when go out, for correct magnetic gate surpass. 5º MODELO – Caracterizado por: os ímanes actuadores terem movimento circular radial de afastamento em relação ao rotor por meio mecânicos com rodas dentadas sincronizadas entre si, excêntricas, e de formato não circular, para fazerem a velocidade de aproximação e afastamento variáveis, e ultrapassar a “porta magnética” do rotor.

6th MODEL – Characterized by: the necessary radial gap in actuator magnets during the magnetic gate is performed by circular mechanical means synchronized with rotor, and these means performs his own work by steps with long stop phase; they are the “Geneva” gears or “Maltese Cross” gears. [The target is changing the rotational peripheral constant speed in a non constant speed and motion by steps with a stop, according with the necessities]

6º MODELO – Caracterizado por: o afastamento radial dos ímanes contidos no stator / actuador, ser feito por meios mecânicos e de movimento circular, com a utilização de engrenagens sincronizadas com o rotor, do tipo “Geneva” ou “Cruz de Malta”; que se caracterizam por fazerem o movimento circular por fases, devidamente sincronizado, e com paragem durante uma pré-determinada fase da rotação do rotor principal. [Objectivo: a transformação do movimento rotacional periférico constante do actuador que contém ímanes, em movimento periférico por fases alternado com tempos de paragem durante a rotação, de acordo com as necessidades]

7th MODEL – Characterized by: the use of magnetic shield materials in the magnetic track transition zone in order to minimize / erase the magnetic gate problem. 7º MODELO – Caracterizado por: utilizar material com propriedades de escudo magnético na zona de transição no rotor, de maneira a diminuir / eliminar o efeito da “porta magnética”

8th MODEL – Characterized by: the use of one “reluctant” electro-magnet placed in stator to surpass the magnetic gate. These “reluctant” electro-magnets when activated erase the force of repelling magnets, make null the magnetic force. [“reluctant”: has the property to make null the magnetic forces to zero, when is placed or linked with a permanent magnet] 8º MODELO – Caracterizado por: utilizar um “electroíman relutante” colocado no stator, para ultrapassar a “porta magnética” do rotor. [relutante: tem a capacidade de anular as propriedades de atracção ou repulsão ao valor zero quando actuado electricamente]

9th MODEL – Characterized by: the use of “mechanical switch magnets” ON/OFF. These magnets placed in stator are actuated only by mechanical means synchronized with rotor, to make null is own magnetic force when acts near the rotor’s magnetic gate. After surpassing the magnetic gate the switch is turned on again. [ These ON/OFF mechanical switch magnets are from common production in industry, the most specialized company is placed in Australia]

9º MODELO – Caracterizado por: ter colocados no actuador / stator, ímanesinterruptores ON/OFF. Estes ímanes colocados no stator são actuados internamente por meios mecânicos sincronizados com o rotor, de modo a anular a sua força magnética gerada para o exterior quando se aproximam da “porta magnética” do rotor, e facilitar a passagem nesta zona. Após a passagem são novamente ligados. [ estes ímanes-interruptores de produção comum, provenientes dum fabricante Australiano especializado]

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DRAWINGS DESCRIÇÃO DESENHOS Figure 1: Rotor Drum and Stator/Actuator in lateral view, with great gap between and weak repulsion force. Figª 1: Rotor e Stator / Actuador em disposição lateral, com grande afastamento de modo a provocar pouca força de repulsão entre si. Figure 2: Rotor Drum and Stator/Actuator in lateral view, with small gap between and strong repulsion force, to obtain a great torque force output and high rotational speed. Figª 2: Rotor e Stator / Actuador em disposição lateral, com pouco afastamento de modo a provocar grande força de repulsão entre si, para obtenção de elevada força e velocidade de rotação. Figure 3: Rotor. Superior planned view of the lateral and progressive deflexion in “magnetic gate” zone. Magnets from 1 to 16. Figª 3: Rotor. Vista superior planificada com representação da deflexão lateral progressiva na zona da “porta magnética”. Ímanes identificados com os nºs 1 a 16. Figure 4: Rotor. A –B lateral section view, where is represented the lateral progressive deflection in magnets placed in “magnetic gate” zone, and the progression of magnets placed inside Rotor/Drum periphery’s. Figª 4: Rotor. Vista do corte lateral A-B, onde está representada a deflexão lateral progressiva dos ímanes na zona da “porta magnética”, e também o desfasamento lateral progressivo dos ímanes ao longo da periferia do rotor. Figure 5: Rotor. Superior view of Rotor without the deflection angle in magnetic gate zone. Magnets are covered by magnetic shield material in magnetic gate zone. Figª 5: Rotor. Vista superior planificada sem deflexão lateral, e com ímanes protegidos por material com características de escudo magnético na zona correspondente à “porta magnética”. Figure 6: Rotor. A – B section view, shields in magnets and progression in magnets placed around periphery’s Rotor. Figª 6: Rotor. Vista do corte lateral A-B, dos ímanes protegidos por material com características de escudo magnético e também do desfasamento progressivo dos ímanes na periferia do rotor. Figure 7: Rotor. Planned view of periphery’s magnets progression. Figª 7: Rotor. Representação planificada da progressividade dos ímanes colocados na zona periférica do rotor. Figure 8: Rotor. Planned view of periphery’s magnet progression and the angle deflection in magnetic gate zone. Figª 8: Rotor. Representação planificada da progressividade dos ímanes colocados na zona periférica do rotor, e da deflexão lateral na zona correspondente à “porta magnética”.

8 Figure 9: Rotor. C –D section front view corresponding to figure 8, who is represented the lateral deflection angle in magnetic gate zone and all progression of magnets contained in Rotor’s periphery. Figª 9: Rotor. Vista frontal do corte C-D respeitante à planificação da figª 8, onde se representa a progressividade lateral dos ímanes colocados na zona da “porta magnética” e o desfasamento progressivo ao longo da periferia do rotor. Figure 10: Stator. Superior view, with placement of repelling magnet actuators. Figª 10: Stator. Vista superior, onde estão representados a colocação dos ímanes actuadores. Figure 11: Stator. Angled view, with placement of repelling magnet actuators. Figª 11: Stator. Vista em perspectiva, onde estão representados a colocação dos ímanes actuadores. Figure 12: Rotor with 5 steps Geneva Wheel actuator. In this variation model, the magnets contained in Rotor corresponds with figures 5 and 6 models, without magnetic shielding. Magnets placed in Geneva wheel repulses Rotor’s magnets and induce movement. Pin located near magnetic gate turns the Actuator/Geneva wheel, and next magnet continues performing repulsion in Rotor. Figª 12: Rotor com actuador do tipo Roda de Geneva de 5 passos. Nesta configuração os ímanes contidos no rotor correspondem ao modelo das figuras 5 e 6, sem escudo magnético, e os ímanes contidos no actuador, por meio da interacção de repulsão, provocam o movimento no rotor. O pino fixo ao rotor colocado junto à zona da “porta magnética” faz girar o Actuador um passo de modo a este girar, e o íman seguinte continuar a fazer a força de repulsão sobre o rotor. Figure 13: Rotor with 4 steps actuator, Geneva Wheel or Maltese Cross type. Working principles are the same of figure 12. Figª 13: Rotor com actuador do tipo roda de Geneva ou Cruz de Malta com 4 passos. O funcionamento é idêntico ao modelo da figura 12.

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