ES2932758A1 - PISTÓN ELECTROMAGNÉTICO, MOTOR QUE COMPRENDE DICHO PISTÓN Y PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE DICHO MOTOR (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

Abstract

Pistón electromagnético, motor que comprende dicho pistón y procedimiento de control de dicho motor. La presente invención describe un pistón cuyo movimiento a lo largo del eje de un cilindro se produce mediante interacción electromagnética, transformando así la energía eléctrica en mecánica. Dicho pistón (5, 6) comprende un primer prisma (1) recto cuyo interior está parcialmente hueco y que está dispuesto a lo largo de un eje (3, 4) longitudinal, un segundo prisma (2) recto alojado en el hueco definido por el primer prisma (1) y alineado con el eje (3, 4) longitudinal, y una bobina (7, 8) de hilo de material conductor devanada alrededor del segundo prisma (2). También son objeto de la invención el motor que comprende estos pistones (5, 6), las máquinas o vehículos cuyo movimiento se produce por el funcionamiento de dicho motor y el procedimiento de control de dicho motor. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

PISTÓN ELECTROMAGNÉTICO, MOTOR QUE COMPRENDE DICHO PISTÓN Y ELECTROMAGNETIC PISTON, MOTOR COMPRISING SAID PISTON AND

PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE DICHO MOTORCONTROL PROCEDURE OF SAID ENGINE

CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION

La presente invención se encuentra, en general, en el campo de la mecánica, y más concretamente en el de las máquinas dinamoeléctricas.The present invention is found, in general, in the field of mechanics, and more specifically in that of dynamoelectric machines.

Concretamente, se describe un pistón cuyo movimiento a lo largo del eje de un cilindro se produce mediante interacción electromagnética, transformando así energía eléctrica en mecánica.Specifically, a piston is described whose movement along the axis of a cylinder is produced by electromagnetic interaction, thus transforming electrical energy into mechanical energy.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Los motores eléctricos llevan entre nosotros desde finales del siglo XIX por lo tanto la cantidad de ideas, prototipos y patentes que han surgido durante estos años es enorme, aunque el solicitante no ha encontrado documentos que describan el pistón objeto de la presente invención.Electric motors have been with us since the end of the 19th century, therefore the number of ideas, prototypes and patents that have emerged during these years is enormous, although the applicant has not found documents that describe the piston that is the object of the present invention.

A continuación, se relacionan los documentos que el solicitante considera más cercanos a la invención, junto con una breve descripción con las diferencias básicas respecto a la presente invención:The documents that the applicant considers closest to the invention are listed below, together with a brief description of the basic differences with respect to the present invention:

En [ES2000067], "Motor alternativo electromagnético”, se describe un pistón constituido por un imán permanente, y un cilindro provisto de dos electroimanes, en su parte superior y en su parte inferior, cuyos campos, al ser energizados alternativamente, actúan sobre el pistón, repeliéndolo en uno u otro sentido a lo largo del eje longitudinal del cilindro, a diferencia del pistón que se propone, en el que atracción y repulsión la genera el propio pistón (o los pistones entre sí en una realización particular) no con el bloque motor.In [ES2000067], "Electromagnetic reciprocating motor", a piston made up of a permanent magnet is described, and a cylinder provided with two electromagnets, in its upper part and in its lower part, whose fields, when energized alternately, act on the motor. piston, repelling it in one direction or another along the longitudinal axis of the cylinder, unlike the proposed piston, in which attraction and repulsion are generated by the piston itself (or the pistons together in a particular embodiment) not with the engine block.

En [MXJL06000055 A], "Cabezal electromagnético lineal para aplicaciones en motores de pistones o émbolo”, se describe el uso de un núcleo con una alta permeabilidad magnética de forma que, al introducirse en el seno de las bobinas fijas del bloque motor, cree una variación de flujo magnético contraria a su movimiento, y por tanto lo impulsa en sentido opuesto al que intentaba trasladarse, obteniendo así un movimiento lineal impulsado por las bobinas estáticas. El principio físico empleado en este modelo es diferente al que se propone en esta invención.In [MXJL06000055 A], "Linear electromagnetic head for applications in piston or plunger motors", the use of a core with high magnetic permeability is described so that, when inserted within the fixed coils of the motor block, creates a variation of magnetic flux contrary to its movement, and therefore drives it in the opposite direction to which it was trying to move, thus obtaining a linear movement driven by the static coils. The physical principle used in this model is different from the one proposed in this invention.

Por su parte, la invención descrita en [US8151745] tiene como finalidad hacer una hibridación entre la combustión que se produzca dentro del bloque, encargada de impulsar el/los pistones, y la transformación de dicho movimiento en energía eléctrica. Esta transformación se logra usando parte de los pistones como imanes permanentes, y colocando bobinas que rodeen el cilindro por cuyo interior se va a desplazar el pistón, de tal forma que al moverse por el cilindro induce una fuerza electromotriz en las bobinas generando energía que se puede aprovechar para otras finalidades, incluida el impulso electromagnético de los pistones. Además, el sistema propuesto en la patente [US4631455], titulada "Method and apparatus for converting a conventional internal combustion engine into a high speed electric motor and generator”, se centra en la electrificación del pistón de un motor de combustión convencional y propone un sistema de accionamiento electromagnético del pistón similar a la solicitud [MXJL06000055 A], mencionada anteriormente.For its part, the invention described in [US8151745] has the purpose of hybridizing the combustion that occurs inside the block, responsible for driving the piston(s), and the transformation of said movement into electrical energy. This transformation is achieved using part of the pistons as permanent magnets, and placing coils that surround the cylinder through which the piston is going to move, in such a way that when moving through the cylinder it induces an electromotive force in the coils, generating energy that is it can be used for other purposes, including the electromagnetic impulse of the pistons. In addition, the system proposed in the patent [US4631455], entitled "Method and apparatus for converting a conventional internal combustion engine into a high speed electric motor and generator", focuses on the electrification of the piston of a conventional combustion engine and proposes a electromagnetic drive system of the piston similar to the application [MXJL06000055 A], mentioned above.

Por otra parte, en [SumitDhangar, AjinkyaKorane, DurgeshBarve, (2015), "Magnetic Piston Operated Engine”, IJARSE, 4(6)] se detallan cuáles son las características y requerimientos físicos para producir movimiento usando el pistón con un imán permanente añadido en su cara superior. El funcionamiento es similar al explicado en la solicitud [MXJL06000055 A].On the other hand, [SumitDhangar, AjinkyaKorane, DurgeshBarve, (2015), "Magnetic Piston Operated Engine”, IJARSE, 4(6)] details the characteristics and physical requirements to produce movement using the piston with an added permanent magnet on its upper face.The operation is similar to that explained in the application [MXJL06000055 A].

Finalmente, en [Selvakumar, T., S. Karthik, and S. Arun Kumar. "Modern Electric Engine for Future Cars". International Conference on Power, Energy, Control and Transmission Systems (ICPECTS). IEEE, 2018] se propone un motor híbrido, con dos modos de operación: combustión y eléctrico. En este motor, la cámara en la que se alojan las bobinas que general el movimiento electromagnético es compartido con la cámara de combustión, lo que requiere una configuración muy resistente para resistir ni las presiones y las altas temperaturas que genera un motor de explosión y conseguir la estanqueidad necesaria. La presente invención también describe un conjunto que comprende un cilindro y al menos un pistón, cuya configuración es diferente, que está diseñado para confinar el campo magnético y para aumentar la eficiencia del motor, empleando materiales de alta permeabilidad y alta saturación, los cuales no tendrían que resistir ni las presiones ni las altas temperaturas por qué soportar de un motor hibrido combustión-eléctrico como el que propone en el artículo de Selvakumar. Finally, in [Selvakumar, T., S. Karthik, and S. Arun Kumar. "Modern Electric Engine for Future Cars". International Conference on Power, Energy, Control and Transmission Systems (ICPECTS). IEEE, 2018] a hybrid motor is proposed, with two modes of operation: combustion and electric. In this engine, the chamber in which the coils that generate the electromagnetic movement are housed is shared with the combustion chamber, which requires a very resistant configuration to withstand the pressures and high temperatures generated by an internal combustion engine and achieve the necessary tightness. The present invention also describes an assembly comprising a cylinder and at least one piston, whose configuration is different, which is designed to confine the magnetic field and to increase the efficiency of the motor, using high permeability and high saturation materials, which do not They would not have to withstand either the pressures or the high temperatures why endure a hybrid combustion-electric motor like the one proposed in Selvakumar's article.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓNBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención describe un pistón, referido de aquí en adelante también como "pistón de la invención”, con una configuración adaptada a partir de un pistón convencional para que en su interior se almacene una bobina de material conductor eléctrico (por ejemplo, cobre). Al alimentar la bobina (aplicando una corriente de cierta intensidad y polarización), se induce un campo magnético en el núcleo magnético de dicho pistón, generando movimientos de atracción y repulsión magnética, y el consiguiente desplazamiento del pistón a lo largo del eje longitudinal del cilindro en el que se aloja.The present invention describes a piston, hereinafter also referred to as "piston of the invention", with a configuration adapted from a conventional piston so that a coil of electrically conductive material (for example, copper) is stored inside it. By feeding the coil (applying a current of a certain intensity and polarization), a magnetic field is induced in the magnetic core of said piston, generating magnetic attraction and repulsion movements, and the consequent displacement of the piston along the longitudinal axis of the piston. cylinder in which it is housed.

Ventajosamente, el pistón de la invención comprende:Advantageously, the piston of the invention comprises:

- Un primer prisma recto cuyo interior está parcialmente hueco y que está dispuesto a lo largo de un eje longitudinal; estando dicho primer prisma fabricado de material de alta permeabilidad magnética y alta saturación.- A first straight prism whose interior is partially hollow and which is arranged along a longitudinal axis; said first prism being made of material with high magnetic permeability and high saturation.

- Un segundo prisma recto fabricado de material de alta permeabilidad magnética y alta saturación, estando dicho segundo prisma alojado en el hueco definido por el primer prisma y alineado con el eje longitudinal.- A second straight prism made of material with high magnetic permeability and high saturation, said second prism being housed in the hole defined by the first prism and aligned with the longitudinal axis.

- Una bobina de hilo de material conductor devanada alrededor del segundo prisma (2). - A coil of wire of conductive material wound around the second prism (2).

- Medios de alimentación conectados a la bobina y adaptados para proporcionar una señal eléctrica a dicha bobina, donde dicha señal eléctrica controla la intensidad y la polarización de la corriente que circula en la bobina.- Power supply means connected to the coil and adapted to provide an electrical signal to said coil, wherein said electrical signal controls the intensity and polarization of the current flowing in the coil.

En realizaciones particulares del pistón de la invención, el segundo prisma es macizo. In particular embodiments of the piston of the invention, the second prism is solid.

En otras realizaciones particulares del pistón de la invención, el material de alta permeabilidad magnética y alta saturación con el que se fabrican los prismas comprende un material ferromagnético, preferentemente seleccionado del grupo formado por: hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono y cerámica de ferrita.In other particular embodiments of the piston of the invention, the material with high magnetic permeability and high saturation with which the prisms are manufactured comprises a ferromagnetic material, preferably selected from the group consisting of: iron, silicon steel, amorphous steel, carbon steel and ceramic ferrite.

En realizaciones preferentes del pistón de la invención, tanto el primer prisma como el segundo prisma son cilindros rectos. En realizaciones aún más preferentes del pistón de la invención, donde las dimensiones de los cilindros rectos están comprendidas entre los siguientes valores: el radio exterior del primer cilindro está comprendido en el intervalo [32.5, 325] mm, el radio interior del primer cilindro está comprendido en el intervalo [30, 300] mm, la altura del primer cilindro pertenece al intervalo [55, 1450] mm, el radio exterior del segundo cilindro pertenece al intervalo [15, 150] mm y la altura del segundo cilindro está comprendida en el intervalo [30, 1200] mm.In preferred embodiments of the piston of the invention, both the first prism and the second prism are right cylinders. In even more preferred embodiments of the piston of the invention, where the dimensions of the straight cylinders are between the following values: the outer radius of the first cylinder is within the interval [32.5, 325] mm, the inner radius of the first cylinder is included in the interval [30, 300] mm, the height of the first cylinder is in the interval [55, 1450] mm, the outer radius of the second cylinder is in the interval [15, 150] mm, and the height of the second cylinder is in the interval [ 30, 1200] mm.

Un segundo objeto de la invención (más adelante también referido como "conjunto cilindro-pistón de la invención”) corresponde a un dispositivo para su uso en un motor, caracterizado por que comprende uno o más pistones, como los descritos anteriormente, alineados a lo largo del eje longitudinal; un tercer prisma recto y hueco que aloja a los uno o más pistones y que está alineado con el eje longitudinal de dichos pistones, donde dicho tercer prisma dispone de unas dimensiones aptas para que los pistones puedan desplazarse en su interior a lo largo de dicho eje longitudinal; y un sistema de control configurado para controlar la alimentación eléctrica de los pistones y configurar selectivamente la intensidad y polarización de la corriente eléctrica que circula por las bobinas, donde la variación de dicha corriente eléctrica provoca movimientos de atracción y repulsión magnética entre dichos pistones.A second object of the invention (hereinafter also referred to as the "cylinder-piston assembly of the invention") corresponds to a device for use in an engine, characterized in that it comprises one or more pistons, such as those described above, aligned along the along the longitudinal axis; a third straight and hollow prism that houses the one or more pistons and which is aligned with the longitudinal axis of said pistons, where said third prism has dimensions suitable for the pistons to move inside at along said longitudinal axis; and a control system configured to control the electrical supply of the pistons and selectively configure the intensity and polarization of the electrical current that circulates through the coils, where the variation of said electrical current causes movements of attraction and magnetic repulsion between these pistons.

En realizaciones preferentes del dispositivo para su uso en un motor, el tercer prisma es un cilindro.In preferred embodiments of the device for use in an engine, the third prism is a cylinder.

En realizaciones preferentes del dispositivo para su uso en un motor, este comprende dos pistones como los descritos anteriormente y una biela. En dichas realizaciones, al menos uno de los pistones comprende medios de interconexión (por ejemplo, un bulón) para su conexión a dicha biela. En realizaciones aún más preferentes del dispositivo para su uso en un motor, uno de los pistones es un pistón fijo que está fijado a una de las bases del prisma de alojamiento recto y hueco que lo contiene en su interior, mientras que el segundo pistón es un pistón móvil que comprende medios de interconexión para conectarlo a la biela.In preferred embodiments of the device for use in an engine, it comprises two pistons as described above and a connecting rod. In said embodiments, at least one of the pistons comprises interconnection means (eg a gudgeon pin) for its connection to said connecting rod. In even more preferred embodiments of the device for use in an engine, one of the pistons is a fixed piston that is fixed to one of the bases of the straight and hollow housing prism that contains it inside, while the second piston is a mobile piston comprising interconnection means for connecting it to the connecting rod.

En realizaciones preferentes del dispositivo para su uso en un motor, el tercer prisma, los pistones y los segundos prismas forman un conjunto conexo y están conectados físicamente al menos por un punto de contacto. Así, dicho dispositivo está configurado como un sistema magnético cerrado, de forma que mantenga el confinamiento y el campo magnético en su interior. En realizaciones aún más preferentes, el tercer prisma que contiene los uno o más pistones comprende un material de alta permeabilidad magnética y alta saturación. Por ejemplo, dicho material es ferromagnético, concretamente uno de los siguientes: hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono o cerámica de ferrita. In preferred embodiments of the device for use in an engine, the third prism, the pistons and the second prisms form a connected assembly and are physically connected by at least one point of contact. Thus, said device is configured as a closed magnetic system, in such a way that it maintains the confinement and the magnetic field inside it. In even more preferred embodiments, the third prism that contains the one or more pistons comprises a material with high magnetic permeability and high saturation. For example, said material is ferromagnetic, specifically one of the following: iron, silicon steel, amorphous steel, carbon steel, or ferrite ceramic.

Un tercer objeto de la invención corresponde a un nuevo motor eléctrico que comprende el pistón de la invención o el dispositivo para su uso en un motor. A pesar de que estudios previos indicaban que los motores de este tipo tienen una baja eficiencia (véase el motor divulgado en [SumitDhangar, AjinkyaKorane, DurgeshBarve], mencionado anteriormente en la sección de antecedentes), los autores de la presente invención han ideado un motor cuya principal característica es la gran fuerza que es capaz de desarrollar y el par motor al transformar el movimiento de lineal a rotativo, de forma que dicho motor puede ser utilizado en general, en cualquier sector: automoción, industria, maquinaria pesada, sector naval, etc.A third object of the invention corresponds to a new electric motor comprising the piston of the invention or the device for its use in a motor. Despite previous studies indicating that motors of this type have low efficiency (see the motor disclosed in [SumitDhangar, AjinkyaKorane, DurgeshBarve], mentioned above in the background section), the present inventors have devised a motor whose main characteristic is the great force that it is capable of developing and the motor torque when transforming the movement from linear to rotary, so that said motor can be used in general, in any sector: automotive, industry, heavy machinery, naval sector, etc

En algunas realizaciones preferentes del motor de la invención, los medios de alimentación comprenden una fuente de corriente continua conectada a la bobina del pistón fijo y una fuente de corriente alterna conectada a la bobina del pistón móvil. Además, el motor comprende un bloque motor, que comprende a los pistones, y está adaptado para mantener la posición relativa entre el tercer prisma y el eje del cigüeñal. El cigüeñal está conectado a la biela, esta última encargada de transformar el movimiento lineal de los pistones en un movimiento de rotación en el cigüeñal. El motor también comprende un volante de inercia conectado al cigüeñal, estando adaptado dicho cigüeñal para transmitir el movimiento de rotación a un volante de inercia.In some preferred embodiments of the motor of the invention, the power supply means comprise a direct current source connected to the coil of the fixed piston and an alternating current source connected to the coil of the mobile piston. Furthermore, the engine comprises an engine block, which includes the pistons, and is adapted to maintain the relative position between the third prism and the axis of the crankshaft. The crankshaft is connected to the connecting rod, the latter in charge of transforming the linear movement of the pistons into a rotational movement in the crankshaft. The engine also comprises a flywheel connected to the crankshaft, said crankshaft being adapted to transmit rotational motion to a flywheel.

Un cuarto objeto de la invención comprende un procedimiento para controlar el movimiento de dos pistones comprendidos en un dispositivo para su uso en un motor, que comprende estos pasos:A fourth object of the invention comprises a method for controlling the movement of two pistons included in a device for use in an engine, which comprises these steps:

- Mediante los medios de alimentación, aplicar una corriente eléctrica a las bobinas de cada pistón.- By means of the feeding means, applying an electrical current to the coils of each piston.

- Mediante el sistema de control, aplicar una señal eléctrica para controlar la intensidad y la polarización de la corriente eléctrica suministrada a dichas bobinas en función de la distancia de separación y la dirección de movimiento relativo entre dichos pistones, y así inducir interacciones magnéticas entre los pistones para controlar el movimiento de dichos pistones.- Through the control system, apply an electrical signal to control the intensity and polarization of the electrical current supplied to said coils as a function of the separation distance and the direction of relative movement between said pistons, and thus induce magnetic interactions between the pistons to control the movement of said pistons.

En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, el funcionamiento del sistema de control comprende la realización de los siguientes pasos:In preferred embodiments of the method of the invention, the operation of the control system comprises carrying out the following steps:

- Definir una pluralidad de valores umbrales 1 a 4 en función de la eficiencia y geometría del dispositivo. - Define a plurality of threshold values 1 to 4 depending on the efficiency and geometry of the device.

- Medir la distancia de separación de los pistones y la dirección del movimiento relativo entre dichos pistones.- Measure the distance between the pistons and the direction of relative movement between said pistons.

- Según la dirección del movimiento relativo entre los pistones (según si los pistones (5, 6) se están acercando o alejando entre sí), escoger alternativamente uno de los siguientes cursos de acción:- Depending on the direction of relative movement between the pistons (according to whether the pistons (5, 6) are moving towards or away from each other), alternatively choose one of the following courses of action:

a) Si los pistones se están alejando entre sí:a) If the pistons are moving away from each other:

- Si la distancia de separación de los pistones alcanza un valor umbral 1, se envía mediante el sistema de control una señal eléctrica a cada pistón de forma que la intensidad que circule por sus bobinas provoque la repulsión magnética entre dichos pistones.- If the distance between the pistons reaches a threshold value of 1, an electrical signal is sent by the control system to each piston so that the current flowing through its coils causes magnetic repulsion between said pistons.

- Si la separación de los pistones alcanza un valor umbral 2, se envía mediante el sistema de control una orden de desconexión de la señal eléctrica de alimentación de las bobinas.- If the separation of the pistons reaches a threshold value of 2, the control system sends an order to disconnect the electrical signal for coil power.

b) Si los pistones se están acercando entre sí:b) If the pistons are getting closer to each other:

- Si la distancia de separación de los pistones alcanza un valor umbral 3, se envía mediante el sistema de control una señal eléctrica a cada pistón de forma que la intensidad que circule por sus bobinas provoque la atracción magnética entre dichos pistones.- If the distance between the pistons reaches a threshold value of 3, an electrical signal is sent by the control system to each piston so that the current flowing through its coils causes magnetic attraction between said pistons.

- Si la separación de los pistones alcanza un valor umbral 4, se envía mediante el sistema de control una orden de desconexión de la señal eléctrica de alimentación de las bobinas.- If the separation of the pistons reaches a threshold value of 4, an order to disconnect the electric signal for coil power is sent by the control system.

Un quinto objeto de la invención corresponde a una máquina o vehículo accionado total o parcialmente por el motor de la invención. En comparación con otros motores eléctricos rotativos, los modelos teóricos y simulaciones estiman que este nuevo modelo de motor eléctrico es capaz de desarrollar más fuerza en su movimiento lineal, y, por lo tanto, más par de torsión en un movimiento rotativo que los motores eléctricos actuales. Por tanto, el motor obtenido con el pistón de la presente invención puede ser usado como maquinaria industrial para levantar y/o mover cargas, también para mover vehículos de grandes dimensiones como por ejemplo tractores, monstertrucks, vehículos militares, embarcaciones de gran tamaño o aeronaves que usen motores de pistones en general. A fifth object of the invention corresponds to a machine or vehicle totally or partially driven by the engine of the invention. Compared to other rotary electric motors, theoretical models and simulations estimate that this new model of electric motor is capable of developing more force in its linear motion, and therefore more torque in rotary motion, than electric motors. current. Therefore, the engine obtained with the piston of the present invention can be used as industrial machinery to lift and/or move loads, also to move large vehicles such as tractors, monster trucks, military vehicles, large vessels or aircraft. that use piston engines in general.

A modo de ejemplo, las embarcaciones de transporte y carga, y cruceros de gran envergadura, actualmente, no usan motores eléctricos para moverse, emitiendo una cantidad ingente de moléculas contaminantes a la atmósfera. Uno de los principales problemas por los que no se produce la electrificación, es porque serían necesarias baterías muy pesadas y costosas para almacenar toda la energía necesaria, pero reducir el consumo energético derivado de la movilidad de la embarcación puede favorecer que sea viable electrificar estas embarcaciones. El motor que se describe en esta invención, al desarrollar más par motor, puede mover una mayor cantidad de agua a través de las hélices y producir una mayor fuerza de empuje. Mejorando el empuje se reduce el consumo de las baterías, mejorando así la viabilidad.As an example, transport and cargo vessels, and large cruise ships, currently do not use electric motors to move, emitting a huge amount of polluting molecules into the atmosphere. One of the main problems why electrification does not occur is because very heavy and expensive batteries would be necessary to store all the necessary energy, but reducing the energy consumption derived from the mobility of the vessel can make it possible to electrify these vessels. . The engine described in this invention, by developing more torque, can move more water through the propellers and produce more thrust. Improving the thrust reduces the consumption of the batteries, thus improving the viability.

Este argumento también es válido para helicópteros o aeronaves que son propulsadas por combustibles fósiles y conviene que sean capaces de usar otro tipo de motores para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.This argument is also valid for helicopters or aircraft that are propelled by fossil fuels and should be able to use other types of engines to reduce greenhouse gas emissions.

En el aspecto mecánico, el modelo propuesto elimina complejidades de los motores mecánicos de combustión de pistones como por ejemplo la necesidad de caja de cambios, válvulas, así como sus elementos derivados, y, sobre todo, no requiere que el sistema pistón - cilindro sea estanco.In the mechanical aspect, the proposed model eliminates the complexities of mechanical piston combustion engines, such as the need for a gearbox, valves, as well as their derivative elements, and, above all, it does not require the piston-cylinder system to be watertight.

Cabe destacar una ventaja comercial muy relevante respecto a motores que se describen, que comprenden el pistón de la invención, y es que se favorece el proceso de electrificación. Esto se debe a que, al ser también un motor de pistones, y al permitir conservar el mecanismo de biela-cigüeñal típico de los motores de combustión interna, se puede aprovechar gran parte de los mecanismos posteriores al bloque motor que permiten la transmisión del movimiento hacia las ruedas, hélices o cualquier elemento motriz. Este hecho supone un ahorro de muchos costes en los procesos de fabricación ya que se pueden adaptar parte de los procesos industriales a este nuevo tipo de motor eléctrico en vez de crearlos desde cero.It is worth noting a very relevant commercial advantage with respect to the engines that are described, which include the piston of the invention, and that is that the electrification process is favored. This is due to the fact that, as it is also a piston engine, and by allowing the con-rod-crankshaft mechanism typical of internal combustion engines to be preserved, it is possible to take advantage of a large part of the mechanisms subsequent to the engine block that allow the transmission of movement towards the wheels, propellers or any motor element. This fact supposes a saving of many costs in the manufacturing processes since part of the industrial processes can be adapted to this new type of electric motor instead of creating them from scratch.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representan diversos aspectos de la presente invención.In order to complete the description and to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of figures is presented in which, with an illustrative and non-limiting nature, various aspects of the present invention are represented.

La Figura 1 ilustra un esquema del pistón de la invención, que comprende: representa un prisma (1) recto parcialmente hueco, un prisma (2) recto macizo actuando como núcleo magnético. El primer prisma (1) tiene un eje (3) longitudinal, y el segundo prisma (2) también tiene un segundo eje (4) longitudinal. Ambos ejes (3, 4) coinciden, de modo que los prismas (1,2) están alineados.Figure 1 illustrates a diagram of the piston of the invention, comprising: represents a partially hollow straight prism (1), a solid straight prism (2) acting as magnetic core. The first prism (1) has a longitudinal axis (3), and the second prism (2) also has a second longitudinal axis (4). Both axes (3, 4) coincide, so that the prisms (1,2) are aligned.

La Figura 2 representa una sección lateral de una realización preferente del motor de la invención.Figure 2 represents a side section of a preferred embodiment of the motor of the invention.

La Figura 3 muestra un ejemplo de pistón (5, 6), conformado por prismas (1, 2, 2’) y bobinas (7, 8).Figure 3 shows an example of a piston (5, 6), made up of prisms (1, 2, 2') and coils (7, 8).

La Figura 4 ilustra un corte del modelo tridimensional del motor electromagnético.Figure 4 illustrates a cutaway of the three-dimensional model of the electromagnetic motor.

En la Figura 5, panel izquierdo, se observan las líneas del campo magnético generado por las bobinas (7, 8); mientras que en el panel derecho se muestra un mapa escalar que representa la magnitud del campo magnético. Se adjunta una escala de colores para estimar el valor del campo en cada punto. La interacción magnética de ambos pistones (5, 6) es una fuerza repulsiva aplicada sobre el pistón (6) móvil (inferior).In Figure 5, left panel, the lines of the magnetic field generated by the coils (7, 8) are observed; while the right panel shows a scalar map that represents the magnitude of the magnetic field. A color scale is attached to estimate the value of the field at each point. The magnetic interaction of both pistons (5, 6) is a repulsive force applied on the movable (lower) piston (6).

La Figura 6 muestra la fuerza de repulsión entre pistones (5, 6) simulada para una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 6 shows the simulated repulsive force between pistons (5, 6) for a magnetomotive force of T = 100 [Av].

La Figura 7 ilustra la fuerza repulsiva generada por las bobinas (7, 8) para una fuerza magnetomotriz de T = 22000 [Av].Figure 7 illustrates the repulsive force generated by the coils (7, 8) for a magnetomotive force of T = 22000 [Av].

La Figura 8 (panel izquierdo) representa las líneas de campo magnético generadas por las bobinas (7, 8) cuando la corriente circula en el mismo sentido en ambos pistones (5, 6). El panel derecho corresponde al mapa escalar que representa el campo magnético cuando estamos en el caso atractivo entre pistones. Se ha aplicado una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 8 (left panel) represents the magnetic field lines generated by the coils (7, 8) when the current flows in the same direction in both pistons (5, 6). The right panel corresponds to the scalar map that represents the magnetic field when we are in the attractive case between pistons. A magnetomotive force of T = 100 [Av] has been applied.

La Figura 9 muestra las líneas de campo magnético en el caso atractivo a una distancia de 50 mm entre los núcleos magnéticos.Figure 9 shows the magnetic field lines in the attractive case at a distance of 50 mm between the magnetic nuclei.

La Figura 10 representa la fuerza de atracción experimentada por el pistón (6) móvil en varios puntos del recorrido para una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 10 represents the force of attraction experienced by the mobile piston (6) at various points of its travel for a magnetomotive force of T = 100 [Av].

La Figura 11 ilustra el circuito magnético equivalente del motor de la invención, en el caso de hipótesis geométrica.Figure 11 illustrates the equivalent magnetic circuit of the motor of the invention, in the case of geometric hypotheses.

La Figura 12 corresponde al circuito simplificado en el caso repulsivo entre pistones (5, 6). Figure 12 corresponds to the simplified circuit in the repulsive case between pistons (5, 6).

La Figura 13 representa una simplificación del circuito para la reluctancia equivalente. Figure 13 represents a simplification of the circuit for the equivalent reluctance.

La Figura 14 muestra una comparación entre la fuerza teórica obtenida a partir del método geométrico y la fuerza simulada para el caso de repulsión con una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 14 shows a comparison between the theoretical force obtained from the geometric method and the simulated force for the repulsion case with a magnetomotive force of T = 100 [Av].

La Figura 15 representa el circuito planteado para el modelo de variable simulada en el caso atractivo entre pistones (5, 6).Figure 15 represents the circuit proposed for the simulated variable model in the attractive case between pistons (5, 6).

La Figura 16 corresponde al circuito magnético para el método de la variable simulada de la Figura 15 analizado por mallas.Figure 16 corresponds to the magnetic circuit for the simulated variable method of Figure 15 analyzed by meshes.

La Figura 17 ilustra una comparación entre la fuerza teórica del método de la variable y la fuerza simuladas para el caso de repulsión con una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 17 illustrates a comparison between the theoretical force from the variable method and the simulated force for the repulsive case with a magnetomotive force of T = 100 [Av].

Referencias numéricas utilizadas en los dibujos:Numerical references used in the drawings:

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basada en las Figuras 1-17 del presente documento.A detailed description of the invention referring to different preferred embodiments thereof is set forth below, based on Figures 1-17 of this document.

DefinicionesDefinitions

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.Throughout the description and claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will emerge in part from the description and in part from the practice of the invention.

Además, en el ámbito de la presente invención, se entenderá la abreviatura “AV” o “Av”, indistintamente, como “Amperio por vuelta”, que será la unidad en la que se medirá la fuerza magnetomotriz.In addition, within the scope of the present invention, the abbreviation "AV" or "Av" will be understood interchangeably as "Ampere per turn", which will be the unit in which the magnetomotive force will be measured.

En el contexto de la presente invención, cuando se hace referencia a “intensidad” o “intensidad de la corriente eléctrica” se entenderá que se refiere al módulo del vector intensidad eléctrica. Además, el término “polarización” de la corriente eléctrica se referirá a la dirección y sentido de dicho vector intensidad.In the context of the present invention, when reference is made to "intensity" or "electrical current intensity" it will be understood that it refers to the magnitude of the electric current vector. In addition, the term "polarization" of the electric current will refer to the direction and meaning of said intensity vector.

El término “prisma” (1, 2, 2’, 9) se referirá a un cuerpo geométrico formado por dos caras planas poligonales, paralelas e iguales (bases), y tantos paralelogramos a modo de caras laterales como lados tiene cada base. En el ámbito de esta invención, el término “prisma recto” engloba, en una realización particular, y preferente, al cilindro, considerando que un cilindro es un prisma en el que el número de lados tiende a infinito, con el objetivo de no perder generalidad en la geometría. En los prismas (1, 2, 2’, 9) se definirá un eje (3) longitudinal como un eje perpendicular a las bases de dichos prismas (1, 2, 2’, 9).The term "prism" (1, 2, 2', 9) will refer to a geometric body formed by two polygonal flat faces, parallel and equal (bases), and as many parallelograms as lateral faces as each base has sides. Within the scope of this invention, the term "right prism" encompasses, in a particular and preferred embodiment, the cylinder, considering that a cylinder is a prism in which the number of sides tends to infinity, in order not to lose generality in geometry. In the prisms (1, 2, 2', 9) a longitudinal axis (3) will be defined as an axis perpendicular to the bases of said prisms (1, 2, 2', 9).

A lo largo de la especificación de la presente invención, se entenderá que un material tiene alta saturación cuando su campo magnético B satura a un valor Bsat s 0.5 T. Por otro lado, el material tendrá alta permeabilidad cuando su permeabilidad magnética relativa (^r) sea muy superior a 1, y más preferentemente, cuando su permeabilidad magnética relativa verifique ^r s 2000. Throughout the specification of the present invention, it will be understood that a material has high saturation when its magnetic field B saturates at a value Bsat s 0.5 T. On the other hand, the material will have high permeability when its relative magnetic permeability (^r ) is much higher than 1, and more preferably, when its relative magnetic permeability verifies ^rs 2000.

Pistón de la invencióninvention piston

En un primer aspecto, la invención describe un pistón (5, 6), en adelante "pistón de la invención”.In a first aspect, the invention describes a piston (5, 6), hereinafter "piston of the invention".

En su concepción más general (véase Figura 1), el pistón de la invención comprende: - Un primer prisma (1) recto, cuyo interior está parcialmente hueco.In its most general conception (see Figure 1), the piston of the invention comprises: - A first straight prism (1), the interior of which is partially hollow.

- Un segundo prisma (2) (también referido como núcleo de aquí en adelante) recto, preferiblemente macizo, cuya base tiene unas dimensiones inferiores a las dimensiones interiores del primer prisma, y que está alojado en el hueco interior definido por el primer prisma, de forma sus ejes (3, 4) longitudinales coinciden. Los prismas (1, 2) deben ser rectos para que se puedan desplazar a lo largo de los ejes (3, 4) longitudinales.- A second prism (2) (also referred to as the core hereinafter) straight, preferably solid, whose base has dimensions smaller than the internal dimensions of the first prism, and which is housed in the internal hollow defined by the first prism, so their longitudinal axes (3, 4) coincide. The prisms (1, 2) must be straight so that they can move along the longitudinal axes (3, 4).

- Una bobina (7, 8) de hilo de material conductor devanada alrededor del segundo prisma (2).- A coil (7, 8) of wire of conductive material wound around the second prism (2).

Esta estructura de pistón de la invención puede emplearse tanto en un pistón (5) fijo como en un pistón (6) móvil, como se detallará más adelante.This piston structure of the invention can be used both in a fixed piston (5) and in a mobile piston (6), as will be detailed later.

En una realización preferente del pistón de la invención, la bobina (7, 8) de hilo de material conductor comprende una bobina de hilo de cobre esmaltado.In a preferred embodiment of the piston of the invention, the coil (7, 8) of conductive material wire comprises a coil of enameled copper wire.

En una realización particular, el segundo prisma (2) está unido al primer prisma (1), y una bobina (7, 8) de hilo de cobre esmaltado va devanada alrededor de dicho segundo prisma (2).In a particular embodiment, the second prism (2) is attached to the first prism (1), and a coil (7, 8) of enameled copper wire is wound around said second prism (2).

En una realización preferente, los prismas (1, 2, 2’) que comprende el pistón (5, 6) de la invención están fabricados en un material de alta permeabilidad y alta saturación, preferentemente, con un material ferromagnético como hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono o cerámica de ferrita. En otras realizaciones se pueden emplear otros materiales de propiedades magnéticas equivalentes, los cuales se considerarán de alta saturación cuando su campo magnético B sature a un valor Bsat^ 0.5 T y alta permeabilidad magnética cuando su permeabilidad magnética cumpla: ^r s 2000.In a preferred embodiment, the prisms (1, 2, 2') comprising the piston (5, 6) of the invention are made of a material with high permeability and high saturation, preferably with a ferromagnetic material such as iron, stainless steel, silicon, amorphous steel, carbon steel or ferrite ceramic. In other embodiments, other materials with equivalent magnetic properties can be used, which will be considered high saturation when their magnetic field B saturates to a value Bsat^ 0.5 T and high magnetic permeability when their magnetic permeability meets: ^r s 2000.

En una realización preferente, en la que los prismas (1, 2) rectos son cilindros, el pistón (5, 6) de la invención se caracteriza por que las dimensiones de los cilindros están comprendidas entre los siguientes valores: In a preferred embodiment, in which the straight prisms (1, 2) are cylinders, the piston (5, 6) of the invention is characterized in that the dimensions of the cylinders are between the following values:

R1 = Radio exterior del primer cilindro, correspondiente al pistón fijo (5), comprendido en el intervalo [32.5, 325] [mm].R1 = External radius of the first cylinder, corresponding to the fixed piston (5), included in the interval [32.5, 325] [mm].

r1 = Radio interior del primer cilindro comprendido en el intervalo [30, 300] [mm].r1 = Inside radius of the first cylinder included in the interval [30, 300] [mm].

H1 = Altura del primer cilindro, comprendida en el intervalo [55, 1450] [mm].H1 = Height of the first cylinder, included in the interval [55, 1450] [mm].

R2 = Radio exterior del segundo cilindro, correspondiente al pistón móvil (6), comprendido en el intervalo [15, 150] [mm].R2 = External radius of the second cylinder, corresponding to the mobile piston (6), included in the interval [15, 150] [mm].

H2 = Altura del segundo cilindro, comprendida en el intervalo [30, 1200] [mm].H2 = Height of the second cylinder, included in the interval [30, 1200] [mm].

Conjunto Cilindro-Pistón de la invenciónCylinder-Piston set of the invention

También es objeto de la presente invención un dispositivo que comprende un tercer prisma (9) (preferentemente un cilindro) para su uso en un motor en el que se aloja al menos un pistón de la invención, el adelante "conjunto cilindro-pistón de la invención”. Dicho tercer prisma (9) es al menos parcialmente hueco y está adaptado para alojar los pistones (5, 6) de la invención. El hueco del tercer prisma (9) es elongado a lo largo del eje (3, 4) longitudinal de los pistones (5, 6) alojados en el mismo. Dicho hueco dispone de unas dimensiones aptas para que se desplacen, a lo largo de dicho eje (3, 4) longitudinal (definido como la dirección perpendicular a las bases de dicho prisma de alojamiento), dos pistones (5, 6) de la invención, al menos uno de los cuales comprende medios de interconexión para conectarlo a una biela (11); y medios de alimentación de los pistones (5, 6). Los ejes (3, 4) longitudinales del prisma de alojamiento y de los prismas (1,2) de los pistones (5, 6) son coincidentes. Los medios de alimentación están configurados para hacer que a través de los pistones (5, 6) circulen corrientes en el mismo o diferente sentido, provocando así movimientos de atracción y repulsión entre dichos pistones (5, 6).Another object of the present invention is a device comprising a third prism (9) (preferably a cylinder) for use in an engine in which at least one piston of the invention is housed, the so-called "cylinder-piston assembly of the invention". Said third prism (9) is at least partially hollow and is adapted to house the pistons (5, 6) of the invention. The hollow of the third prism (9) is elongated along the axis (3, 4) longitudinal of the pistons (5, 6) housed therein Said hole has dimensions suitable for them to move along said longitudinal axis (3, 4) (defined as the direction perpendicular to the bases of said prism housing), two pistons (5, 6) of the invention, at least one of which comprises interconnection means to connect it to a connecting rod (11), and means for feeding the pistons (5, 6). 3, 4) longitudinals of the housing prism and of the prisms (1,2) of the pistons (5, 6) are coincident entities. The feeding means are configured to cause currents to flow through the pistons (5, 6) in the same or different directions, thus causing movements of attraction and repulsion between said pistons (5, 6).

Una realización preferente del conjunto cilindro-pistón de la invención comprende un pistón (5) móvil y un pistón (6) fijo que está fijado a una de las bases del tercer prisma (9) recto hueco que aloja a dichos pistones (5, 6) contiene en su interior. El conjunto cilindro-pistón comprende unas bobinas (7, 8) que se devanan sobre el segundo prisma (2) y que están alimentadas por una señal de corriente eléctrica de intensidad y polarización determinadas. Preferiblemente, el pistón (6) móvil comprende medios de interconexión (por ejemplo, un bulón) para conectarlo a una biela (11). A preferred embodiment of the cylinder-piston assembly of the invention comprises a mobile piston (5) and a fixed piston (6) that is fixed to one of the bases of the third hollow straight prism (9) that houses said pistons (5, 6). ) contains within it. The cylinder-piston assembly comprises coils (7, 8) that are wound on the second prism (2) and that are fed by an electric current signal of determined intensity and polarization. Preferably, the mobile piston (6) comprises interconnection means (for example, a bolt) to connect it to a connecting rod (11).

En una realización preferente, el conjunto cilindro-pistón de la invención está configurado como un sistema magnético cerrado, comprendiendo los medios necesarios para mantener el confinamiento y el campo magnético. Estos medios comprenden tanto la selección adecuada de materiales (preferiblemente materiales ferromagnéticos) y una configuración geométrica adecuada (el tercer prisma (9) y pistones (5, 6) deben formar un conjunto conexo, es decir, tienen que estar físicamente en contacto por algún punto. In a preferred embodiment, the cylinder-piston assembly of the invention is configured as a closed magnetic system, comprising the necessary means to maintain confinement and the magnetic field. These means comprise both the appropriate selection of materials (preferably ferromagnetic materials) and an adequate geometric configuration (the third prism (9) and pistons (5, 6) must form a connected set, that is, they must be physically in contact by some spot.

En una realización preferente del conjunto cilindro-pistón de la invención, el tercer prisma (9) también está fabricado en un material que exhibe alta permeabilidad magnética y alta saturación, preferiblemente un material ferromagnético y aún más preferiblemente, uno escogido de entre los siguientes: hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono o cerámica de ferrita. El material o materiales que componen el tercer prisma (9) pueden ser diferentes de los que componen los prismas (1, 2).In a preferred embodiment of the cylinder-piston assembly of the invention, the third prism (9) is also made of a material that exhibits high magnetic permeability and high saturation, preferably a ferromagnetic material and even more preferably, one chosen from among the following: iron, silicon steel, amorphous steel, carbon steel or ferrite ceramic. The material or materials that make up the third prism (9) may be different from those that make up the prisms (1, 2).

Motor de la invenciónInvention Engine

También es objeto de la presente invención un motor, en adelante "motor de la invención” que comprende menos un pistón (5, 6) de la invención, o al menos un conjunto cilindro-pistón de la invención. Preferentemente, el motor comprende dos pistones (5, 6) de la invención, y aún más preferentemente, el motor comprende un conjunto cilindro-pistón de la invención en el que se alojan dos pistones (5, 6) de la invención. Tal y como se observa en la Figura 2, una realización particular de dicho motor comprende los siguientes elementos: un pistón (5) fijo, un pistón (6) móvil, bobinas (7, 8) o devanados, un tercer prisma (9) (preferentemente un cilindro), una biela (11), un cigüeñal (12) que se mueve en torno a un eje (12’), un volante (13) de inercia y cables (14, 14’) de alimentación. Cada uno de los pistones (5, 6) comprende una bobina (7, 8).An object of the present invention is also an engine, hereinafter "engine of the invention" that comprises at least one piston (5, 6) of the invention, or at least one cylinder-piston assembly of the invention. Preferably, the engine comprises two pistons (5, 6) of the invention, and even more preferably, the engine comprises a cylinder-piston assembly of the invention in which two pistons (5, 6) of the invention are housed, as can be seen in Figure 2, a particular embodiment of said motor comprises the following elements: a fixed piston (5), a mobile piston (6), coils (7, 8) or windings, a third prism (9) (preferably a cylinder), a connecting rod (11), a crankshaft (12) that moves around an axis (12'), a flywheel (13) and power cables (14, 14'), each of the pistons (5, 6) it comprises a coil (7, 8).

Procedimiento de control de la invenciónControl procedure of the invention

Otro objeto de la invención es un procedimiento, en adelante "procedimiento de control de la invención”, para controlar el movimiento de dos pistones (5, 6) en el interior un conjunto cilindro-pistón de la invención, que comprende la utilización de un sistema de control para la conexión y desconexión de los medios de alimentación que suministran corriente eléctrica a las bobinas (7, 8) de cada pistón (5, 6). Así se produce un cambio de polaridad en función de la separación entre los pistones y su dirección de movimiento. Another object of the invention is a procedure, hereinafter "control procedure of the invention", to control the movement of two pistons (5, 6) inside a cylinder-piston assembly of the invention, which comprises the use of a control system for the connection and disconnection of the feeding means that supply electrical current to the coils (7, 8) of each piston (5, 6), thus producing a change of polarity depending on the separation between the pistons and your direction of movement.

En una realización particular del procedimiento de control de la invención, este comprende: definir una pluralidad de valores umbrales; y medir la separación de los pistones (5, 6) de la invención y la dirección de su movimiento.In a particular embodiment of the control procedure of the invention, it comprises: defining a plurality of threshold values; and measuring the spacing of the pistons (5, 6) of the invention and the direction of their movement.

Los valores umbrales están predeterminados en función del dispositivo; y son parámetros fijos que se determinan para optimizar la eficiencia del motor y otros parámetros de funcionamiento (su ciclo de trabajo, la potencia calorífica disipada por el dispositivo, vida útil deseada, etc.). Los valores umbrales dependerán del diseño y dimensiones del conjunto cilindro-pistón, así como de la carrera (distancia que recorre el pistón (5, 6) dentro del cilindro). Para ello se puede utilizar procedimientos mediante simulación (empleando técnicas de aprendizaje automático), o ensayos reales en banco de trabajo.Threshold values are predetermined based on the device; and they are fixed parameters that are determined to optimize the efficiency of the motor and other operating parameters (its duty cycle, the heat power dissipated by the device, desired useful life, etc.). The threshold values will depend on the design and dimensions of the cylinder-piston assembly, as well as the stroke (distance that the piston (5, 6) travels inside the cylinder). For this, procedures can be used through simulation (using machine learning techniques), or real tests on a workbench.

Sistema de control de la invención para determinar el sentido de las corrientes Control system of the invention to determine the direction of the currents

Otro objeto de la invención es un sistema, en adelante "sistema de control de la invención” para determinar la polarización (sentido) de las corrientes que circulan por las bobinas (7, 8) en función de la posición de los pistones (5, 6) comprendidos en un mismo conjunto cilindro-pistón de la invención que comprende: medios, eléctricos o mecánicos, para ejecutar el procedimiento de control de la invención y un sistema de control (activación) de las bobinas (7, 8) configurados para activar o desactivar las bobinas (7, 8) en función de la posición de los pistones (5, 6), la dirección de movimiento de los pistones (5, 6) y la distancia entre dichos pistones (5, 6); y medios de alimentación de las bobinas (7, 8). El término "activar” o "desactivar” las bobinas hace referencia a que circule o no corriente eléctrica en las mismas. Con "dirección de movimiento” se hace referencia a si los pistones (5, 6) se están acercando o alejando entre sí.Another object of the invention is a system, hereinafter "control system of the invention" to determine the polarization (direction) of the currents that flow through the coils (7, 8) depending on the position of the pistons (5, 6) included in the same cylinder-piston assembly of the invention comprising: means, electrical or mechanical, to execute the control procedure of the invention and a control system (activation) of the coils (7, 8) configured to activate or deactivate the coils (7, 8) depending on the position of the pistons (5, 6), the direction of movement of the pistons (5, 6) and the distance between said pistons (5, 6); and means of supply of the coils (7, 8). The term "activate" or "deactivate" the coils refers to whether or not electric current circulates in them. With "direction of movement" reference is made to whether the pistons (5, 6) are getting closer to or further away from each other.

Una realización particular del sistema de control de la invención comprende uno o más interruptores o conmutadores magnéticos, y/o uno o más sensores de infrarrojos. En otras realizaciones, el sistema de control de la invención comprende además un ordenador de control u otro dispositivo electrónico (microprocesador, etc.) capaz de ejecutar una serie de instrucciones lógicas. Por ejemplo, el ordenador de control permite activar o desactivar los medios de alimentación eléctrica de las bobinas (7, 8), o modificar la intensidad y polarización de las corrientes que circulan por dichas bobinas (7, 8) en función de la distancia entre pistones (5, 6) medida con los interruptores magnéticos o los sensores de infrarrojos. El ordenador de control, por tanto, comprende medios de comunicación (cableada o inalámbricamente) para comunicarse con estos interruptores magnéticos, sensores de infrarrojos o dispositivos análogos.A particular embodiment of the control system of the invention comprises one or more magnetic switches or switches, and/or one or more infrared sensors. In other embodiments, the control system of the invention further comprises a control computer or other electronic device (microprocessor, etc.) capable of executing a series of logical instructions. For example, the control computer makes it possible to activate or deactivate the electrical supply means of the coils (7, 8), or to modify the intensity and polarization of the currents that circulate through said coils (7, 8) depending on the distance between them. pistons (5, 6) measured with magnetic switches or infrared sensors. The control computer, therefore, comprises communication means (wired or wireless) to communicate with these magnetic switches, infrared sensors or similar devices.

Máquinas de la invencióninvention machines

La invención también tiene por objeto una máquina, por ejemplo, una máquina industrial o un vehículo, accionada total o parcialmente por el motor de la invención, que además comprenden un sistema de control de la invención para controlar el funcionamiento de dicho motor.The invention also relates to a machine, for example, an industrial machine or a vehicle, totally or partially driven by the motor of the invention, which also comprises a control system of the invention to control the operation of said motor.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.The following examples and drawings are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. Furthermore, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein.

Ejemplo de motor de la invenciónExample of engine of the invention

En un primer ejemplo, se describe un motor de un solo tercer prisma o cilindro (Figura 2). En el interior del cilindro (también mencionado como recubrimiento), hay dos pistones (5, 6) de la invención, uno fijo y otro móvil. La interacción entre ellos es la que genera el movimiento, asemejándose a la interacción de dos imanes.In a first example, an engine with a single third prism or cylinder is described (Figure 2). Inside the cylinder (also referred to as a lining), there are two pistons (5, 6) of the invention, one fixed and the other mobile. The interaction between them is what generates the movement, resembling the interaction of two magnets.

En este motor se ha adaptado la forma del pistón (5, 6) convencional para que en su interior almacene una bobina (7) de hilo de material conductor, por ejemplo, cobre. Cada pistón comprende una bobina (7, 8). Dichas bobinas (7, 8) están alimentadas por medios de alimentación que comprenden fuentes de alimentación eléctrica: en el caso del pistón (5) fijo, se emplea una fuente (regulable o no mediante el sistema control) de corriente continua, mientras que en el caso del pistón (6) móvil se utiliza una fuente (regulable o no) de corriente alterna para su alimentación. En otras realizaciones, las bobinas pueden alimentarse independientemente con cualquier tipo de fuente continua o alterna.In this motor, the shape of the conventional piston (5, 6) has been adapted so that inside it stores a coil (7) of wire made of conductive material, for example, copper. Each piston comprises a coil (7, 8). Said coils (7, 8) are fed by means of feeding that comprise electrical power sources: in the case of the fixed piston (5), a source (adjustable or not by means of the control system) of direct current is used, while in In the case of the mobile piston (6), an alternating current source (adjustable or not) is used for its power supply. In other embodiments, the coils can be independently powered from any type of DC or AC source.

Al alimentar las bobinas (7, 8), se induce un campo magnético en los segundos prismas (2) o núcleos magnéticos, de tal forma que todo el conjunto puede ser tratado por la teoría de los circuitos magnéticos. Se emplea una fuente de corriente alterna en el pistón (6) móvil para poder cambiar la polaridad del campo inducido, de forma que haya atracción y repulsión de forma controlada.By feeding the coils (7, 8), a magnetic field is induced in the second prisms (2) or magnetic cores, in such a way that the whole set can be treated by the theory of magnetic circuits. An alternating current source is used in the piston (6) mobile to be able to change the polarity of the induced field, so that there is attraction and repulsion in a controlled manner.

En cuanto a la parte mecánica, se han empleado elementos usuales de un motor de combustión interna convencional. La invención comprende un tercer prisma (9) (preferiblemente un cilindro), también referido como recubrimiento o armazón, que contiene a los pistones (5, 6). Además, el motor de la invención comprende una biela (11) que transforma el movimiento lineal de los pistones (5, 6) en un movimiento de rotación en el cigüeñal (12) respecto a un eje (12’) de dicho cigüeñal. El cigüeñal (12) está diseñado para combinar el par generado por diversos terceros prismas (cilindros) y transmitir el movimiento de rotación a un volante (13) de inercia. Por último, el motor de la invención también comprende un volante (13) de inercia se encarga de amortiguar las vibraciones generadas por el motor y acumular energía cinética, y así amortiguar los impulsos de potencia generados por los pistones (5, 6) del motor. Las bobinas (7, 8) están conectadas a sendos cables (14, 14’) de alimentación a través de los cuales se envían señales eléctricas. Dichas señales eléctricas, generadas por el sistema de control, controlan la activación o desactivación de dichas bobinas (7, 8), así como la corriente y polarización que circula por ellas. Por ejemplo, los medios de control comprenden interruptores o conmutadores analógicos o digitales, o bien sensores infrarrojos. Los medios de control (activación) están adaptados para regular la corriente proporcionada por los medios de alimentación eléctrica, mediante el envío de instrucciones para aplicar ciertas corrientes o detener la alimentación eléctrica de las bobinas (7, 8).Regarding the mechanical part, usual elements of a conventional internal combustion engine have been used. The invention comprises a third prism (9) (preferably a cylinder), also referred to as a shell or frame, which contains the pistons (5, 6). In addition, the engine of the invention comprises a connecting rod (11) that transforms the linear movement of the pistons (5, 6) into a rotation movement in the crankshaft (12) with respect to an axis (12') of said crankshaft. The crankshaft (12) is designed to combine the torque generated by various third prisms (cylinders) and transmit the rotational movement to a flywheel (13) of inertia. Finally, the engine of the invention also comprises a flywheel (13) that is responsible for damping the vibrations generated by the engine and accumulating kinetic energy, and thus damping the power impulses generated by the pistons (5, 6) of the engine. . The coils (7, 8) are connected to separate power cables (14, 14') through which electrical signals are sent. Said electrical signals, generated by the control system, control the activation or deactivation of said coils (7, 8), as well as the current and polarization that circulates through them. For example, the control means comprise analog or digital switches or switches, or infrared sensors. The control (activation) means are adapted to regulate the current provided by the power supply means, by sending instructions to apply certain currents or stop the power supply to the coils (7, 8).

Ejemplo de pistón de la invenciónExample of piston of the invention

El pistón (5, 6) de la invención está conformado por dos piezas metálicas una en forma de disco y otra con forma de cilindro alargado que se encargarán de soportar la bobina (7) , tal y como se muestra en la Figura 3.The piston (5, 6) of the invention is made up of two metallic pieces, one in the shape of a disc and the other in the shape of an elongated cylinder that will be in charge of supporting the coil (7), as shown in Figure 3.

Todos los elementos conforman el pistón (5, 6), que es el encargado de transmitir el movimiento producido por la interacción electromagnética al cigüeñal (12), provocando así un movimiento circular que puede ser aprovechado por el volante (13) de inercia. All the elements make up the piston (5, 6), which is responsible for transmitting the movement produced by the electromagnetic interaction to the crankshaft (12), thus causing a circular movement that can be used by the flywheel (13) of inertia.

Ejemplo del conjunto cilindro-pistón de la invenciónExample of the cylinder-piston assembly of the invention

El bloque motor, recubrimiento o armazón, se refiere al armazón que contiene a los pistones (5, 6). La existencia del bloque motor en el motor de la invención contribuye a un camino magnético cerrado para favorecer el confinamiento del campo magnético y su propagación en las regiones de espacio que interesen, y así optimizar la fuerza de interacción entre los pistones (5, 6).The engine block, coating or frame, refers to the frame that contains the pistons (5, 6). The existence of the engine block in the engine of the invention contributes to a closed magnetic path to favor the confinement of the magnetic field and its propagation in the regions of space that are of interest, and thus optimize the interaction force between the pistons (5, 6). .

La interacción electromagnética se produce entre dos pistones (5, 6) situados uno encima de otro de tal forma que las partes superiores de los núcleos estén enfrentadas entre sí (véase la Figura 4). La unión de las piezas anteriores da como resultado el conjunto cilindro-pistón ubicado en el motor electromagnético sobre el que se realizarán las simulaciones que se detallan más adelante.The electromagnetic interaction occurs between two pistons (5, 6) located one above the other in such a way that the upper parts of the cores are facing each other (see Figure 4). The union of the previous pieces results in the cylinder-piston assembly located in the electromagnetic motor on which the simulations detailed later will be carried out.

Simulación electromagnética y cálculo de fuerza (CAE)Electromagnetic simulation and force calculation (CAE)

Para llevar a cabo las simulaciones de interacción magnética en el motor de la invención se ha empleado el programa Ansys. El objetivo de estas simulaciones es obtener resultados simulados que consideraremos como "reales” a la hora de compararlos con los resultados obtenidos teóricamente.To carry out the simulations of magnetic interaction in the motor of the invention, the Ansys program has been used. The objective of these simulations is to obtain simulated results that we will consider as "real" when comparing them with the results obtained theoretically.

Simulación 1: Interacción repulsiva con Simulation 1: Repulsive interaction with T you = 100 [Av]= 100 [Av]

En esta primera simulación se plantea el escenario en que la interacción entre los pistones (5, 6) del motor de la invención es repulsiva, eso quiere decir que el sentido en el que circulan las corrientes por cada una de sus bobinas (7, 8) es opuesto. Esto implicará que el campo magnético inducido en cada uno de los segundos prismas (2, 2’) o núcleos magnéticos de uno y otro pistón (5, 6) serán también opuestos.In this first simulation, the scenario in which the interaction between the pistons (5, 6) of the motor of the invention is repulsive is posed, which means that the direction in which the currents circulate through each of its coils (7, 8 ) is opposite. This will imply that the magnetic field induced in each of the second prisms (2, 2') or magnetic cores of one and the other piston (5, 6) will also be opposite.

Los parámetros iniciales de esta simulación son:The initial parameters of this simulation are:

- Distancia entre pistones (mx): se varía en el rango [0, 100] mm con un incremento de mm.- Distance between pistons (mx): it varies in the range [0, 100] mm with an increment of mm.

- Fuerza electromotriz de la bobina del pistón (6) móvil: 100 [Av] (valor fijo).- Electromotive force of the mobile piston coil (6): 100 [Av] (fixed value).

- Fuerza electromotriz de la bobina del pistón (5) fijo: 100 [Av] (valor fijo).- Electromotive force of the coil of the piston (5) fixed: 100 [Av] (fixed value).

Las variables que se analizan en la simulación son: el campo magnético generado por las bobinas (7), el flujo magnético producido por las bobinas (7) y la fuerza que sufre el pistón móvil (6). The variables that are analyzed in the simulation are: the magnetic field generated by the coils (7), the magnetic flux produced by the coils (7) and the force suffered by the mobile piston (6).

Para el caso del campo magnético, las simulaciones (véase la Figura 5) muestran que el campo magnético B resultante es completamente simétrico, así que bastará con analizar uno de los pistones (5, 6) para entender la fenomenología de esta simulación.In the case of the magnetic field, the simulations (see Figure 5) show that the resulting magnetic field B is completely symmetric, so it will suffice to analyze one of the pistons (5, 6) to understand the phenomenology of this simulation.

El campo generado por cada bobina (7, 8) es homogéneo en el interior del segundo prisma (2, 2’) y al salir de este, se bifurca en dos sentidos hacia el tercer prisma (9) que funciona como recubrimiento y alojamiento de los pistones (5, 6). Esto ocurre porque las líneas de campo no pueden cortarse. Las líneas de campo recorren el recubrimiento y llegan hasta la base de cada pistón (5, 6) cerrando así el circuito magnético.The field generated by each coil (7, 8) is homogeneous inside the second prism (2, 2') and when leaving it, it branches in two directions towards the third prism (9) that works as a cover and housing for the pistons (5, 6). This occurs because the field lines cannot be intersected. The field lines run through the coating and reach the base of each piston (5, 6), thus closing the magnetic circuit.

Analizando los valores del campo en cada punto se observan cosas interesantes. Como era previsible, el campo en el interior del segundo prisma (núcleo) será mayor que en el resto del motor. Además, aparecen en las esquinas del núcleo y en el centro superior del mismo, zonas donde el campo no es homogéneo, esto se debe al efecto borde ya que el campo se curva de forma brusca en esos puntos. En el resto de los puntos analizados, el campo magnético es bastante inferior. Cabe destacar que el valor en el tercer prisma (9) es bastante menor que en otros puntos ya que el entrehierro (10) hace que el flujo magnético se reduzca mucho en este punto, y además, el campo magnético tiene que bifurcarse, lo que se traduce en una menor magnitud del mismo.Analyzing the field values at each point, interesting things can be observed. As expected, the field inside the second prism (core) will be greater than in the rest of the engine. In addition, areas where the field is not homogeneous appear in the corners of the nucleus and in its upper center, this is due to the edge effect since the field curves sharply at those points. In the rest of the analyzed points, the magnetic field is much lower. It should be noted that the value in the third prism (9) is much lower than in other points since the air gap (10) causes the magnetic flux to be greatly reduced at this point, and also, the magnetic field has to bifurcate, which translates into a smaller magnitude.

Para calcular el flujo magnético se emplea el programa de simulación Ansys para dibujar una superficie en el interior del segundo prisma (2, 2’), como la que se muestra en la Figura 5B, donde la operación realizada para obtener el flujo magnético O es:To calculate the magnetic flux, the Ansys simulation program is used to draw a surface inside the second prism (2, 2'), like the one shown in Figure 5B, where the operation performed to obtain the magnetic flux O is :

donde B es el campo magnético B y dS es un diferencial de superficie normal a cada punto del campo magnético B.where B is the magnetic field B and dS is a differential surface normal to each point in the magnetic field B.

El flujo magnético O obtenido es constante a lo largo de todo el circuito magnético, ya que el flujo que pasa por la superficie que atraviesa el segundo prisma (2) es el mismo que el flujo que atraviesa el tercer prisma (9) que sirve de recubrimiento.The magnetic flux O obtained is constant throughout the entire magnetic circuit, since the flux that passes through the surface that crosses the second prism (2) is the same as the flux that crosses the third prism (9) that serves as covering.

Por último, se ha analizado la fuerza que sufre el pistón (6) móvil por la interacción magnética entre los dos pistones (5, 6). El cálculo de esta fuerza repulsiva, para 100 [Av], se ha obtenido como función de la distancia entre pistones (5, 6) tal y como se muestra en la Figura 6. Aunque la fuerza está en mili newtons [mN] y puede parecer una fuerza insignificante, hay que tener en cuenta que los valores del número de vueltas de las bobinas (N) y la corriente (I) también son muy pequeños. Se han elegido estos valores para trabajar en el régimen lineal del ciclo de histéresis, ya que en esta zona la permeabilidad relativa (^r) del material se puede considerar como constante. Esto es útil a la hora de hacer cálculos teóricos y compararlos con los resultados simulados. Hay que mencionar también que cuanto mayor es la distancia entre los imanes la fuerza que sufre el pistón irá decreciendo.Finally, the force suffered by the mobile piston (6) due to the interaction magnetic between the two pistons (5, 6). The calculation of this repulsive force, for 100 [Av], has been obtained as a function of the distance between pistons (5, 6) as shown in Figure 6. Although the force is in millinewtons [mN] and can may seem like a negligible force, it must be taken into account that the values of the number of turns of the coils (N) and the current (I) are also very small. These values have been chosen to work in the linear regime of the hysteresis cycle, since in this zone the relative permeability (^r) of the material can be considered as constant. This is useful when making theoretical calculations and comparing them with simulated results. It should also be mentioned that the greater the distance between the magnets, the force suffered by the piston will decrease.

Simulación 2: Interacción repulsiva con Simulation 2: Repulsive interaction with T you = 22000 [Av]= 22000 [Av]

En esta simulación se ha considerado el caso máximo de corriente que se puede aplicar al circuito magnético para ver cuanta sería la fuerza máxima que se puede desarrollar dada la geometría del diseño. Para ello se ha considerado que se está aplicando una fuerza magnetomotriz de ^=22000 [Av], que sería el equivalente a hacer pasar una corriente de 25 [A] por una bobina (7) de 880 vueltas. Esto es un valor enorme y ni siquiera podría estar en funcionamiento por más de unos segundos por la gran cantidad de calor que el sistema tendría que disipar, pero servirá para establecer una cota superior.In this simulation, the maximum case of current that can be applied to the magnetic circuit has been considered to see how much would be the maximum force that can be developed given the geometry of the design. For this, it has been considered that a magnetomotive force of ^=22000 [Av] is being applied, which would be the equivalent of passing a current of 25 [A] through a coil (7) of 880 turns. This is a huge value and it couldn't even run for more than a few seconds because of the huge amount of heat the system would have to dissipate, but it will help set an upper bound.

El valor del campo magnético calculado será de B= 2.14 [T] en el interior del núcleo magnético. Tal y como se muestra en la Figura 7, la máxima fuerza generada Fmax= 1094.69 [N], un valor bastante más notable que el generado en la anterior simulación y que resulta más que suficiente para generar un movimiento de vaivén que mueva un vehículo. El valor del campo magnético B se encuentra en la región de saturación del material para su ciclo de histéresis, eso quiere decir que podemos movernos a través de esa curva hasta buscar el valor máximo del campo magnético B antes de entrar en saturación. De esta manera, aplicando menos corriente podríamos obtener un valor del campo magnético B muy parecido.The value of the calculated magnetic field will be B= 2.14 [T] inside the magnetic core. As shown in Figure 7, the maximum force generated Fmax= 1094.69 [N], a much more notable value than the one generated in the previous simulation and which is more than enough to generate a to-and-fro movement that moves a vehicle. The value of the magnetic field B is in the saturation region of the material for its hysteresis cycle, which means that we can move through that curve until we find the maximum value of the magnetic field B before entering saturation. In this way, by applying less current we could obtain a very similar value of the magnetic field B.

También cabe mencionar que esta es la fuerza que sería capaz de desarrollar un único pistón (5, 6). Normalmente, los motores de combustión interna tradicionales tienen cuatro pistones funcionando de manera sincronizada. Por tanto, si queremos desarrollar el mismo valor de la fuerza, podríamos conseguirlo con cuatro pistones (5, 6) y aplicando una cuarta parte de la intensidad. It is also worth mentioning that this is the force that a single piston would be capable of developing (5, 6). Typically, traditional internal combustion engines have four pistons working in a synchronized manner. Therefore, if we want to develop the same value of force, we could achieve it with four pistons (5, 6) and applying a quarter of the intensity.

Simulación 3: Interacción atractiva con Simulation 3: Attractive interaction with T you = 22000 [Av]= 22000 [Av]

La otra interacción que se puede encontrar entre los pistones (5, 6) es cuando las corrientes que circulan por las bobinas (7, 8) lo hacen en el mismo sentido. En ese caso los campos magnéticos inducidos en los segundos prismas (2, 2’) de cada una de las bobinas (7, 8) no se enfrentan entre sí, sino que se refuerzan el uno al otro, como se muestra en los ejemplos de las Figuras 8 y 9.The other interaction that can be found between the pistons (5, 6) is when the currents that flow through the coils (7, 8) do so in the same direction. In this case, the induced magnetic fields in the second prisms (2, 2') of each of the coils (7, 8) do not face each other, but reinforce each other, as shown in the examples of Figures 8 and 9.

Se ha empleado una distancia mínima entre pistones (5, 6) en la simulación de la Figura 8 porque es cuando mejor se aprecia el efecto atractivo y la suma de las contribuciones de ambos segundos prismas (2, 2’) o núcleos magnéticos. Como se puede observar el campo magnético es más homogéneo que cuando lo comparamos con el caso repulsivo. A minimum distance between pistons (5, 6) has been used in the simulation of Figure 8 because it is when the attractive effect and the sum of the contributions of both second prisms (2, 2') or magnetic nuclei are best appreciated. As can be seen, the magnetic field is more homogeneous than when we compare it with the repulsive case.

A pesar de que el entrehierro (10) tiene una reluctancia mucho más alta que el tercer prisma (9) o que los segundos prismas (2, 2’), el flujo tiene la intensidad suficiente para pasar a través de él sin cambiar en exceso su trayectoria. Es cierto que justo en el entrehierro (10) se puede observar una tendencia del campo a evitar tomar el camino más corto, ya que busca el camino que menos energía le cueste atravesar, por eso vemos ese efecto de curvatura en el centro.Although the air gap (10) has a much higher reluctance than the third prism (9) or the second prisms (2, 2'), the flux is strong enough to pass through it without changing too much. his trajectory. It is true that right in the air gap (10) a tendency of the field to avoid taking the shortest path can be observed, since it looks for the path that costs the least energy to traverse, which is why we see this curvature effect in the center.

Otra característica que cabe mencionar es que, si nos fijamos en la curva de fuerza magnética que experimenta el pistón (6) móvil (el inferior de acuerdo con la Figura 9), los valores en cada punto del recorrido son aproximadamente el doble que en el caso repulsivo. Esto confirma lo expuesto anteriormente ambos segundos prismas (2, 2’) contribuyen en la generación de flujo.Another characteristic that should be mentioned is that, if we look at the magnetic force curve experienced by the mobile piston (6) (the lower one according to Figure 9), the values at each point of the journey are approximately double that at the icky case. This confirms what was previously stated, both second prisms (2, 2') contribute to the generation of flow.

La Figura 10 representa la fuerza de atracción experimentada por el pistón (6) móvil en varios puntos del recorrido para una fuerza magnetomotriz de T = 100 [Av].Figure 10 represents the force of attraction experienced by the mobile piston (6) at various points of its travel for a magnetomotive force of T = 100 [Av].

Obtención de resultados teóricos y comparativa con los resultados simulados Obtaining theoretical and comparative results with simulated results

Vamos a plantear dos formas distintas de obtener las variables fundamentales del motor, en concreto el flujo magnético y la fuerza que experimenta el pistón (6) móvil o pistón inferior representado en las Figuras. En la primera de ellas se obtendrá estas variables a partir de las reluctancias del circuito magnético, que dependen solo de la geometría del motor. La segunda será a partir de una variable simulada, es decir, tomar una variable de la simulación y considerarla como teórica. We are going to propose two different ways of obtaining the fundamental variables of the motor, specifically the magnetic flux and the force experienced by the mobile piston (6) or lower piston represented in the Figures. In the first one, these variables will be obtained from the reluctances of the magnetic circuit, which depend only on the geometry of the motor. The second will be based on a simulated variable, that is, take a variable from the simulation and consider it as theoretical.

Modelo 1: Cálculos teóricos a partir de hipótesis geométricasModel 1: Theoretical calculations from geometric hypotheses

El motor de la invención puede describirse como un circuito magnético equivalente. Esto es posible ya que todos los elementos que componen el motor son susceptibles al flujo magnético, por tener una permeabilidad magnética relativa (^r) mayor que cero. En el caso del entrehierro (10) consideraremos que su permeabilidad relativa es similar a la del aire, ^r»1.The motor of the invention can be described as a magnetic equivalent circuit. This is possible since all the elements that make up the motor are susceptible to magnetic flux, because they have a relative magnetic permeability (^r) greater than zero. In the case of the air gap (10) we will consider that its relative permeability is similar to that of air, ^r»1.

Como se puede representar el motor de la invención como un circuito magnético, se puede analizar según las leyes circuitales, por lo tanto, conociendo las reluctancias (R) que componen el circuito, podemos conocer con mucha exactitud el resto de las variables. Los objetivos que se pretenden alcanzar con este modelo son los siguientes: Since the motor of the invention can be represented as a magnetic circuit, it can be analyzed according to the circuit laws, therefore, knowing the reluctances (R) that make up the circuit, we can know the rest of the variables very accurately. The objectives to be achieved with this model are the following:

- Definir un circuito equivalente para el motor.- Define an equivalent circuit for the motor.

- Calcular las reluctancias que componen el circuito a partir de la geometría del motor. - Calculate the reluctances that make up the circuit from the geometry of the motor.

- Estudiar la reluctancia del entrehierro (10) según varía la distancia entre los pistones. - Study the reluctance of the air gap (10) as the distance between the pistons varies.

- Usando leyes circuitales, resolver el circuito, para el caso repulsivo.- Using circuital laws, solve the circuit, for the repulsive case.

- Comparar los resultados obtenidos con los simulados.- Compare the results obtained with the simulated ones.

Tal y como comentábamos en la simulación atractiva el flujo que obtendremos es el doble que, para el caso repulsivo, y que esto se debe a que es la suma de la contribución de los dos pistones. Tomando esa hipótesis como cierta, únicamente vamos a analizar uno de los pistones, sabiendo que el valor final será la mitad del total.As we mentioned in the attractive simulation, the flux that we will obtain is double that for the repulsive case, and this is due to the fact that it is the sum of the contribution of the two pistons. Taking this hypothesis as true, we are only going to analyze one of the pistons, knowing that the final value will be half of the total.

Viendo las líneas de campo en el entrehierro (10) en el caso repulsivo (véase nuevamente la FIG. 5),Viewing the field lines in the air gap (10) in the repulsive case (see again FIG. 5),

podemos considerar que el espacio se divide en cuatro ci lindros (cilindro superior, inferior, derecho e izquierdo) perpendiculares entre sí que son atravesados por las líneas de campo. La visualización es abstracta, pero a nivel circuital es sencillo. El circuito magnético equivalente del motor que se plantea mediante la hipótesis geométrica puede observarse en la Figura 11, en donde las resistencias equivalen a reluctancias de un circuito magnético, y las fuentes de tensión (V1, V2) a fuerzas magnetomotrices de cada una de las bobinas (7, 8): V1 se corresponde a la bobina inferior (la del pistón (6) móvil) y V2 a la bobina superior (la del pistón (5) fijo). Las reluctancias de dicho circuito corresponden a los siguientes elementos: ^1 (segundo prisma (2) del pistón (5) fijo o pistón superior), ^ (entrehierro (10) del cilindro superior), ^3 (entrehierro (10) del cilindro izquierdo), ^4 (entrehierro (10) del cilindro derecho), ^5 (entrehierro (10) del cilindro inferior), % (segundo prisma (2’) magnético del pistón (6) móvil o pistón inferior), y recubrimiento (£7, % , % y ^10).We can consider that space is divided into four cylinders (upper, lower, right and left cylinder) perpendicular to each other that are traversed by field lines. The visualization is abstract, but at the circuit level it is simple. The equivalent magnetic circuit of the motor that is proposed by means of the geometric hypothesis can be seen in Figure 11, where the resistances are equivalent to reluctances of a magnetic circuit, and the voltage sources (V1, V2) to magnetomotive forces of each one of the coils (7, 8): V1 corresponds to the lower coil (the one with the mobile piston (6)) and V2 to the upper coil (the one with the fixed piston (5). The reluctances of said circuit correspond to the following elements: ^1 (second prism (2) of the fixed piston (5) or upper piston), ^ (air gap (10) of the upper cylinder), ^3 (air gap (10) of the left cylinder), ^4 (air gap (10) of the right cylinder), ^5 (air gap (10) of the lower cylinder), % (second magnetic prism (2') of the mobile piston (6) or lower piston), and coating (£7, % , % and ^10).

Como podemos observar el circuito es realmente complejo, y vemos que intervienen los dos pistones (5, 6) en él, si bien solo analizaremos uno de ellos. Afortunadamente, podemos simplificar mucho este circuito si tenemos en cuenta la siguiente consideración: Mr, aire =1 y Mr, hierro =1250, por lo que se comprueba que la permeabilidad magnética relativa del hierro es mucho mayor que la del aire. Si tenemos en cuenta que la permeabilidad magnética relativa y la reluctancia son magnitudes inversamente proporcionales, podemos concluir que âire >> fierro.As we can see, the circuit is really complex, and we see that the two pistons (5, 6) are involved in it, although we will only analyze one of them. Fortunately, we can greatly simplify this circuit if we take into account the following consideration: Mr, air =1 and Mr, iron =1250, so it is found that the relative magnetic permeability of iron is much greater than that of air. If we take into account that the relative magnetic permeability and the reluctance are inversely proportional magnitudes, we can conclude that âire >> iron.

Aplicando las consideraciones anteriores, se puede simplificar el circuito magnético tal y como se muestra en la Figura 12, de forma que el problema anterior se reduce al cálculo de las cuatro reluctancias de dicha Figura que representan respectivamente: el entrehierro (10) del cilindro inferior (^ 4), el entrehierro (10) del cilindro izquierdo (R2), el entrehierro (10) del cilindro derecho (R3) y el entrehierro (10) del cilindro izquierdo :R4). Dado que solo nos quedan reluctancias en el entrehierro (10) eso quiere decir que sus valores dependen fundamentalmente de la distancia entre los pistones (5, 6).Applying the previous considerations, the magnetic circuit can be simplified as shown in Figure 12, so that the previous problem is reduced to the calculation of the four reluctances of said Figure that respectively represent: the air gap (10) of the lower cylinder (^ 4), the air gap (10) of the left cylinder (R2), the air gap (10) of the right cylinder (R3) and the air gap (10) of the left cylinder :R4). Since we only have reluctances left in the air gap (10), this means that their values depend fundamentally on the distance between the pistons (5, 6).

El cálculo de cada una de las reluctancias se muestra a continuación.The calculation of each of the reluctances is shown below.

Cálculo de la reluctancia cilindrica inferior del entrehierro ^Calculation of the lower cylindrical reluctance of the air gap ^

La reluctancia se calcula como:The reluctance is calculated as:

donde mx es la distancia entre pistones, aire = 1, la permeabilidad magnética del vacio ^0 = 4n • 10~7

y el área A es un área circular de radio r, y por tanto, su superficie es A = n r 2.where mx is the distance between pistons, air = 1, the magnetic permeability of the vacuum ^0 = 4n • 10~7

and the area A is a circular area of radius r, and therefore its surface is A = nr 2.

Tabla 1: Cálculo de la Reluctancia 1.Table 1: Calculation of Reluctance 1.

Cálculo de la reluctancia cilindrica superior del entrehierro R?Calculation of the upper cylindrical reluctance of the air gap R?

Como la geometría de esta reluctancia es igual a la anterior, podemos decir que:Since the geometry of this reluctance is the same as the previous one, we can say that:

Rx — R 2Rx — R 2

Cálculo de la reluctancia cilíndrica derecha del entrehierro R,Calculation of the right cylindrical reluctance of the air gap R,

La reluctancia se calcula de manera con la misma fórmula empleada en el cálculo de Rx, pero el radio de este cilindro dependerá de mx de la siguiente forma: r= mx/2.The reluctance is calculated using the same formula used in the calculation of Rx, but the radius of this cylinder will depend on mx as follows: r= mx/2.

Tabla 2: Cálculo de la Reluctancia 3.Table 2: Calculation of Reluctance 3.

Cálculo de la reluctancia cilíndrica derecha del entrehierro R¿Calculation of the right cylindrical reluctance of the air gap R¿

Como la geometría de esta reluctancia es igual a la anterior, podemos decir que:Since the geometry of this reluctance is the same as the previous one, we can say that:

R 3 — R4R3—R4

Cálculo de la reluctancia equivalente R rCalculation of the equivalent reluctance R r

Las reluctancias R2, R3 y R4 están en paralelo, por lo tanto, podemos calcular la reluctancia equivalente R T como:The reluctances R2, R3 and R4 are in parallel, therefore we can calculate the equivalent reluctance RT as:

El cálculo de estas reluctancias se resume en la Tabla 3.The calculation of these reluctances is summarized in Table 3.

Tabla 3: Cálculo de la Reluctancia equivalente.Table 3: Calculation of the equivalent Reluctance.

Si nos fijamos en el circuito de la Figura 12, las reluctancias R2, R 3 y R4 se encuentran en paralelo, y todas ellas a su vez están en serie con la reluctancia R4, según la siguiente relación:If we look at the circuit in Figure 12, the reluctances R2, R 3 and R4 are in parallel, and all of them in turn are in series with the reluctance R4, according to the following relationship:

Y el circuito quedará simplificado (véase Figura 13), de forma que calcular el flujo magnético ya es completamente trivial, dado que imponemos que la fuerza magnetomotriz se obtiene con la fórmula de la fuerza magnetomotriz R=NI, siendo N el número de vueltas de la bobina e I la intensidad de la corriente eléctrica que circula por la misma. En el caso simulado, I = 1 [A] y N = 100 [vueltas], por lo que R= 100 [Av]. El flujo magnético O lo podemos obtener a partir de la ley de Hopkinson:And the circuit will be simplified (see Figure 13), so that calculating the magnetic flux is already completely trivial, since we impose that the magnetomotive force is obtained with the formula of the magnetomotive force R=NI, where N is the number of turns of the coil and I the intensity of the electric current that circulates through it. In the simulated case, I = 1 [A] and N = 100 [turns], so R= 100 [Av]. The magnetic flux O can be obtained from Hopkinson's law:

Este flujo podemos considerarlo el flujo total O^t (Tabla 4).This flow can be considered the total flow O ^t (Table 4).

Tabla 4: Cálculo del flujo magnético total generado en el circuito magnéticoTable 4: Calculation of the total magnetic flux generated in the magnetic circuit

equivalente.equivalent.

Una vez obtenido el flujo magnético podemos ca cular el resto de as variables del sistema, como la autoinducción (L), la energía magnética (Wm) y por último la fuerza magnética (Fm), todas estas variables se calculan para un recorrido, que representa una distancia entre pistones (mx) determinada:Once the magnetic flux is obtained, we can calculate the rest of the variables of the system, such as the self-induction (L), the magnetic energy ( Wm) and finally the magnetic force ( Fm), all these variables are calculated for a path, which represents a determined distance between pistons (mx):

Estas fórmulas solo son válidas cuando la intensidad I es constante.These formulas are only valid when the intensity I is constant.

Cálculo de la fuerza magnética del circuito equivalente Calculation of the magnetic force of the equivalent circuit Fm.fm.

La fuerza magnética se obtiene mediante el siguiente cálculo:The magnetic force is obtained by the following calculation:

_ 1OT_ 1OT

Fm = 2 mFM = 2m

Aplicando la ecuación anterior, en la Tabla 5 se obtiene la fuerza magnética obtenida en el circuito del motor.Applying the previous equation, in Table 5 the magnetic force obtained in the motor circuit is obtained.

Tabla 5: Cálculo de la fuerza magnética generada en el circuito equivalenteTable 5: Calculation of the magnetic force generated in the equivalent circuit

En general podemos observar que teniendo el flujo podemos obtener la fuerza magnética que se ejerce sobre el pistón (6) móvil. Pero esta no es la energía total que experimentará el pistón (6), ya que la fuerza total será el doble de la energía magnética:In general we can observe that having the flow we can obtain the magnetic force that is exerted on the mobile piston (6). But this is not the total energy that the piston (6) will experience, since the total force will be twice the magnetic energy:

Aunque esta sería la fuerza producida por un solo pistón (6), pero como habíamos establecido en la hipótesis inicial, la interacción es entre los dos pistones (5, 6) y sus fuerzas tendrán el mismo módulo.Although this would be the force produced by a single piston (6), but as we had established in the initial hypothesis, the interaction is between the two pistons (5, 6) and their forces will have the same module.

F^t = 2 • F F ^t = 2 • F

Ya tenemos todos los elementos necesarios para hacer la comparación entre la fuerza teórica (FT), obtenida por el método de las distintas hipótesis geométricas, y la fuerza simulada (Fs), la cual se muestra en la Tabla 6, junto con los errores relativos.We already have all the necessary elements to make the comparison between the theoretical force ( FT ), obtained by the method of the different geometric hypotheses, and the simulated force ( F s ), which is shown in Table 6, together with the errors. relative.

Tabla 6: Comparación entre la fuerza teórica y la fuerza simulada en el caso de la hipótesis geométrica.Table 6: Comparison between the theoretical force and the simulated force in the case of the geometric hypothesis.

Como se observa también en los resultados mostrados en la Figura 14, donde se comparan la fuerza magnética teórica y la simulada, el error relativo se incrementa conforme más nos alejamos de la mediana, que corresponde a un recorrido de mx= 50 [mm], o lo que es lo mismo, cuando el pistón (6) móvil se encuentra en el punto medio del recorrido. Cuando los pistones (5, 6) están prácticamente pegados, el error relativo aumenta porque estamos haciendo tender la distancia mx prácticamente a cero.As can also be seen in the results shown in Figure 14, where the theoretical and simulated magnetic force are compared, the relative error increases as we move further away from the median, which corresponds to a path of mx= 50 [mm], or what is the same, when the mobile piston (6) is at the midpoint of the journey. When the pistons (5, 6) are practically stuck together, the relative error increases because we are making the mx distance tend to practically zero.

Modelo 2: Cálculos teóricos con una variable simuladaModel 2: Theoretical calculations with a dummy variable

Este método sigue una metodología distinta al anterior y las hipótesis planteadas cambian totalmente. En la hipótesis geométrica, los pistones (5, 6) se consideraban como dos elementos independientes, y que solo había que tenerlos en cuenta cuando calculábamos la contribución total a la fuerza magnética. Por el contrario, en el modelo de variable simulada, se asume que los pistones interactúan entre sí e influyen en el circuito magnético. Planteamos un nuevo circuito magnético (tal y como se ilustra en la Figura 15), en el que nuevamente las resistencias equivalen a reluctancias de un circuito magnético, y las fuentes de tensión a fuerzas magnetomotrices.This method follows a different methodology from the previous one and the hypotheses proposed change completely. In the geometric hypothesis, the pistons (5, 6) were considered as two independent elements, and only had to be taken into account when calculating the total contribution to the magnetic force. On the contrary, in the simulated variable model, it is assumed that the pistons interact with each other and influence the magnetic circuit. We propose a new magnetic circuit (as illustrated in Figure 15), in which again the resistances are equivalent to reluctances of a magnetic circuit, and the voltage sources to magnetomotive forces.

En el circuito de la Figura 15 se agrupan todas las reluctancias que intervienen en el camino magnético de cada pistón (5, 6), siendo R¡ el conjunto de reluctancias asociadas al pistón (6) móvil y Rs el conjunto de reluctancias asociadas al pistón (5) fijo. Además, introducimos una nueva reluctancia denominada reluctancia mutua para tener en cuenta fenómenos asociados a la inductancia mutua. En el apartado anterior no hacía falta introducirla porque estaría intrínsecamente calculada si obtenemos los flujos que circulan por cada rama.In the circuit of Figure 15, all the reluctances that intervene in the magnetic path of each piston (5, 6) are grouped, where R¡ is the set of reluctances associated with the mobile piston (6) and Rs is the set of reluctances associated with the piston. (5) fixed. In addition, we introduce a new reluctance called mutual reluctance to take into account phenomena associated with mutual inductance. In the previous section it was not necessary to introduce it because it would be intrinsically calculated if we obtain the flows that circulate through each branch.

Este método no solo cambia en la presentación de un nuevo circuito sino en qué hipótesis planteamos para el estudio del mismo. Como calcular con exactitud las reluctancias del sistema acabó siendo complejo, lo que hacemos es obtener la información a partir de otra variable circuital, en concreto del flujo magnético. This method not only changes in the presentation of a new circuit but also in what hypotheses we propose for the study of it. Since accurately calculating the reluctances of the system ended up being complex, what we do is obtain the information from another circuit variable, specifically the magnetic flux.

El flujo es una variable que se puede obtener con facilidad cuando simulamos el funcionamiento de nuestro motor, por ello, en este método vamos a considerar que los valores del flujo magnético en el interior del núcleo de los pistones (5, 6) son valores obtenidos teóricamente. Tomando este valor vamos a resolver el circuito planteado y finalmente calcularemos la fuerza magnética que es capaz de desarrollar.The flux is a variable that can be easily obtained when we simulate the operation of our motor, therefore, in this method we are going to consider that the values of the magnetic flux inside the core of the pistons (5, 6) are values obtained theoretically. Taking this value we are going to solve the proposed circuit and finally we will calculate the magnetic force that it is capable of developing.

A continuación, se muestran en la Tabla 7 los valores de los flujos magnéticos obtenidos mediante simulación, en el caso repulsivo cuando T = 100 [Av]. Estos flujos son las variables simuladas que consideramos teóricamente válidas.Next, Table 7 shows the values of the magnetic fluxes obtained by simulation, in the repulsive case when T = 100 [Av]. These flows are the simulated variables that we consider theoretically valid.

Tabla 7: Flujos magnéticos simulados en los núcleos de los pistones (5, 6) en función para cada punto del recorrido.Table 7: Simulated magnetic fluxes in the cores of the pistons (5, 6) as a function for each point of the journey.

Las ecuaciones de malla para este circuito serán:The mesh equations for this circuit will be:

Si añadimos las siguientes ecuaciones de ligadura obtenemos que:If we add the following binding equations we obtain that:

®! = ®;®! = ®;

®² = ®^S ® ² = ® ^S

®/ ~ ®^S ®/ ~ ® ^S

Por lo tanto, el término ( * - 02) se anula, dando como resultado las siguientes relaciones:Therefore, the term ( * - 02) vanishes, resulting in the following relationships:

Malla 2 T = ^ 502 Mesh 2 T = ^502

Eso quiere decir que en el caso repulsivo no tendremos inductancia mutua y el flujo que atraviesa esa reluctancia es nulo. Esto coincide con la hipótesis formulada en el apartado anterior de que cada pistón tenía su circuito magnético asociado y que eran independientes el uno del otro.This means that in the repulsive case we will not have mutual inductance and the flux through that reluctance is null. This coincides with the hypothesis formulated in the previous section that each piston had its associated magnetic circuit and that they were independent of each other.

Recordamos que todo lo mencionado anteriormente es para el caso repulsivo y que todo este análisis cambiará para el caso atractivo.We remember that everything mentioned above is for the repulsive case and that all this analysis will change for the attractive case.

Podríamos calcular el valor de cada reluctancia, pero ese dato no es relevante para obtener nuestro objetivo, que es obtener la fuerza magnética. Según las ecuaciones:We could calculate the value of each reluctance, but this data is not relevant to obtain our objective, which is to obtain the magnetic force. According to the equations:

dWm = Td0 ; Wm = i ? * ; / = [ ^ ] |=cte dWm = Td0 ; Wm = i ? * ; / = [ ^ ] |=cont

podemos calcular la fuerza, asumiendo I como constante (I=cte), como:we can calculate the force, assuming I as a constant (I=cte), as:

Esto quiere decir que si somos capaces de expresar el flujo como una función de la posición podremos calcular la fuerza, todo ello asumiendo I constante. Para ello lo que haremos será hacer una regresión polinómica de la función <*,, obteniendo el siguiente polinomio, O(x) = -0.0164x3 - 0.0002x2 - 3 • 10_5x 7 • 10_5, cuya derivada es:This means that if we are able to express the flow as a function of the position we will be able to calculate the force, all assuming I constant. To do this, what we will do is make a polynomial regression of the function <*,, obtaining the following polynomial, O(x) = -0.0164x3 - 0.0002x2 - 3 • 10_5x 7 • 10_5, whose derivative is:

= -0.0492x2 - 0.0004x - 3 • 10_5. Calcularemos la fuerza generada por el pistón (6) móvil a partir de esta derivada y de los puntos seleccionados en el recorrido (mx), tal y como se recoge en la Tabla 8.= -0.0492x2 - 0.0004x - 3 • 10_5. We will calculate the force generated by the mobile piston (6) from this derivative and from the selected points in the path (mx), as shown in Table 8.

Tabla 8: Fuerza generada por el pistón (6) móvil para ciertos valores del recorrido mx.Table 8: Force generated by the mobile piston (6) for certain values of the max travel.

Se puede repetir el proceso para el pistón (5) fijo (pistón superior), su curva de regresión está determinada por el polinomio: O(x) = -0.015x3 - 0.0002x2 - 4 • 10_5x 7 • 10_5, cuya derivada es: dx = -0.045x2 - 0.0004x - 4 • 10_5. Calcularemos la fuerza a partir de esta derivada y de los puntos seleccionados en el recorrido, tal y como se resume en la Tabla 9.The process can be repeated for the fixed piston (5) (upper piston), its regression curve is determined by the polynomial: O(x) = -0.015x3 - 0.0002x2 - 4 • 10_5x 7 • 10_5, whose derivative is: dx = -0.045x2 - 0.0004x - 4 • 10_5. We will calculate the force from this derivative and from the selected points in the path, as summarized in Table 9.

Tabla 9: Fuerza generada por el pistón (5) fijo para ciertos valores del recorrido mx.Table 9: Force generated by the fixed piston (5) for certain values of the max.

De forma que la fuerza total FT que se ejerce será la suma de dos fuerzas: la fuerza F¡ generada por el pistón móvil (6) o pistón inferior, y la fuerza Fs generada por el pistón (5) fijo o superior, y por lo tanto, FT = F¡ Fs.So that the total force FT that is exerted will be the sum of two forces: the force F¡ generated by the mobile piston (6) or lower piston, and the force Fs generated by the fixed or upper piston (5), and by Therefore, FT = F¡ F s.

Ya que tenemos el valor de la fuerza total FT, estamos en disposición de hacer la comparación entre la fuerza teórica y la fuerza simulada (Figura 17). De la misma forma que antes podemos ver el error relativo en la siguiente Tabla 10.Since we have the value of the total force F T, we are in a position to make the comparison between the theoretical force and the simulated force (Figure 17). In the same way as before we can see the relative error in the following Table 10.

Tabla 10: Fuerza total obtenida por el método de la variable simulada.Table 10: Total force obtained by the dummy variable method.

Como podemos observar el error relativo es más bajo conforme nos alejamos de la posición en la que los pistones están más pegados (mx tendiendo a 0), complicando los cálculos para algunas variables que dependen de la posición.As we can see, the relative error is lower as we move away from the position in which the pistons are closer together (mx tending to 0), complicating the calculations for some variables that depend on the position.

El error relativo es mucho más bajo que el calculado por el anterior modelo de hipótesis geométricas, aportando así más solidez a la hora de hacer futuras iteraciones del proyecto. Pero lo realmente importante es que los órdenes de magnitud son iguales entre la fuerza teórica y la simulada, probando así que este modelo es útil y viable. The relative error is much lower than that calculated by the previous geometric hypothesis model, thus providing more solidity when making future iterations of the project. But what is really important is that the orders of magnitude are equal between the theoretical and the simulated force, thus proving that this model is useful and viable.

Tabla 11: Comparación entre la fuerza teórica y la fuerza simulada en el caso de la variable simulada.Table 11: Comparison between the theoretical force and the simulated force in the case of the simulated variable.

Conclusionesconclusions

El objetivo de este documento ha sido demostrar que un modelo de motor eléctrico basado en un sistema de electroimanes, actuando como pistones (5, 6), es viable en una primera aproximación teórica. Este objetivo se ha cumplido satisfactoriamente tal y como muestran los resultados, al proporcionar valores de intensidad, y por lo tanto, de potencia, usuales en la industria es posible desarrollar mucha fuerza de torsión. Esta es la principal ventaja competitiva y demuestra su polivalencia para muchos sectores: industrial, agrónomo, aeronáutico, automovilismo, etc. The objective of this document has been to demonstrate that an electric motor model based on a system of electromagnets, acting as pistons (5, 6), is viable in a first theoretical approach. This objective has been satisfactorily fulfilled as the results show, by providing intensity values, and therefore power, usual in the industry, it is possible to develop a lot of torque. This is the main competitive advantage and demonstrates its versatility for many sectors: industrial, agricultural, aeronautical, motoring, etc.

El proceso de diseño por ordenador (CAD), y simulación de la invención, no solo ha dado forma y validez a las hipótesis de partida, sino que ha ahorrado costes de iteración en la construcción (CAM) del prototipo final. Los resultados obtenidos para la comparación de los modelos teóricos y simulaciones y la simulación del camino magnético demuestran que el funcionamiento del motor es posible. The computer design (CAD) process and simulation of the invention have not only given form and validity to the initial hypotheses, but have also saved iteration costs in the construction (CAM) of the final prototype. The results obtained for the comparison of the theoretical models and simulations and the simulation of the magnetic path show that the operation of the motor is possible.

Claims (14)

REIVINDICACIONES 1. - Pistón (5, 6) para motor caracterizado por que comprende:1. - Piston (5, 6) for an engine characterized by comprising: - un primer prisma (1) recto cuyo interior está parcialmente hueco y que está dispuesto a lo largo de un eje (3, 4) longitudinal; estando dicho primer prisma (1) fabricado de material de alta permeabilidad magnética y alta saturación;- a first straight prism (1) whose interior is partially hollow and which is arranged along a longitudinal axis (3, 4); said first prism (1) being made of material with high magnetic permeability and high saturation; - un segundo prisma (2) recto fabricado de material de alta permeabilidad magnética y alta saturación, estando dicho segundo prisma (2) alojado en el hueco definido por el primer prisma (1) y alineado con el eje (3, 4) longitudinal;- a second straight prism (2) made of material with high magnetic permeability and high saturation, said second prism (2) being housed in the hole defined by the first prism (1) and aligned with the longitudinal axis (3, 4); - una bobina (7, 8) de hilo de material conductor devanada alrededor del segundo prisma (2); y- a coil (7, 8) of wire of conductive material wound around the second prism (2); and - medios de alimentación conectados a la bobina (7, 8) y adaptados para proporcionar una señal eléctrica a dicha bobina (7, 8), donde dicha señal eléctrica controla la intensidad y la polarización de la corriente que circula en la bobina (7, 8).- power supply means connected to the coil (7, 8) and adapted to provide an electrical signal to said coil (7, 8), wherein said electrical signal controls the intensity and polarization of the current flowing in the coil (7, 8). 8). 2. - Pistón (5, 6) para motor, según la reivindicación anterior, caracterizado por que el material de alta permeabilidad magnética y alta saturación con el que se fabrican los prismas (1,2) comprende un material ferromagnético, preferentemente seleccionado del grupo formado por: hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono y cerámica de ferrita.2. - Piston (5, 6) for a motor, according to the preceding claim, characterized in that the material with high magnetic permeability and high saturation with which the prisms (1,2) are manufactured comprises a ferromagnetic material, preferably selected from the group formed by: iron, silicon steel, amorphous steel, carbon steel and ceramic ferrite. 3.- Pistón (5, 6) para motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los prismas (1,2) rectos son cilindros rectos.3. Piston (5, 6) for an engine, according to any of the preceding claims, characterized in that the straight prisms (1, 2) are straight cylinders. 4.- Pistón (5, 6) para motor, según reivindicación anterior, donde las dimensiones de los cilindros están comprendidas entre los siguientes valores: el radio exterior del primer cilindro está comprendido en el intervalo [32.5, 325] mm, el radio interior del primer cilindro está comprendido en el intervalo [30, 300] mm, la altura del primer cilindro pertenece al intervalo [55, 1450] mm, el radio exterior del segundo cilindro pertenece al intervalo [15, 150] mm y la altura del segundo cilindro está comprendida en el intervalo [30, 1200] mm. 4.- Piston (5, 6) for an engine, according to the previous claim, where the dimensions of the cylinders are between the following values: the outer radius of the first cylinder is within the interval [32.5, 325] mm, the inner radius of the first cylinder is in the interval [30, 300] mm, the height of the first cylinder is in the interval [55, 1450] mm, the outer radius of the second cylinder is in the interval [15, 150] mm, and the height of the second cylinder is in the interval [30, 1200] mm. 5.- Dispositivo para su uso en un motor, caracterizado por que comprende:5.- Device for use in an engine, characterized in that it comprises: - uno o más pistones (5, 6) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, alineados a lo largo del eje longitudinal (3, 4);- one or more pistons (5, 6) according to any of the previous claims, aligned along the longitudinal axis (3, 4); - un tercer prisma (9) recto y hueco que aloja a los pistones (5, 6) y que está alineado con el eje (3, 4) longitudinal de dichos pistones (5, 6), donde dicho tercer prisma (9) dispone de unas dimensiones aptas para que los pistones (5, 6) puedan desplazarse en su interior a lo largo de dicho eje (3, 4) longitudinal; y- a third straight and hollow prism (9) that houses the pistons (5, 6) and that is aligned with the longitudinal axis (3, 4) of said pistons (5, 6), where said third prism (9) has of suitable dimensions so that the pistons (5, 6) can move inside it along said longitudinal axis (3, 4); and - sistema de control configurados para controlar la alimentación eléctrica de los pistones (5, 6) y configurar selectivamente la intensidad y polarización de la corriente eléctrica que circula por las bobinas (7, 8), donde la variación de dicha corriente eléctrica provoca movimientos de atracción y repulsión magnética entre dichos pistones (5, 6).- Control system configured to control the electrical supply of the pistons (5, 6) and selectively configure the intensity and polarization of the electrical current that circulates through the coils (7, 8), where the variation of said electrical current causes movements of magnetic attraction and repulsion between said pistons (5, 6). 6.- Dispositivo para su uso en un motor, según la reivindicación anterior, que comprende dos pistones (5, 6) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4; que comprende una biela (11) y donde al menos uno de los pistones (5, 6) comprende medios de interconexión para su conexión a dicha biela (11).6. Device for use in an engine, according to the preceding claim, comprising two pistons (5, 6) according to any of claims 1-4; comprising a connecting rod (11) and where at least one of the pistons (5, 6) comprises interconnection means for its connection to said connecting rod (11). 7.- Dispositivo para su uso en un motor según la reivindicación anterior, caracterizado por que uno de los pistones es un pistón (5) fijo que está fijado a una de las bases del tercer prisma (9) recto y hueco que lo contiene en su interior, mientras que el segundo pistón es un pistón (6) móvil que comprende medios de interconexión para conectarlo a la biela (11).7. Device for use in an engine according to the preceding claim, characterized in that one of the pistons is a fixed piston (5) that is fixed to one of the bases of the third straight and hollow prism (9) that contains it in its interior, while the second piston is a mobile piston (6) comprising interconnection means to connect it to the connecting rod (11). 8.- Dispositivo para su uso en un motor según cualquiera de las reivindicaciones 5-7, donde el tercer prisma (9) y los pistones (5, 6) forman un conjunto conexo y están conectados físicamente al menos por un punto de contacto, estando dicho dispositivo configurado como un sistema magnético cerrado, de forma que mantenga el confinamiento y el campo magnético en su interior.8. Device for use in an engine according to any of claims 5-7, where the third prism (9) and the pistons (5, 6) form a connected set and are physically connected at least by one point of contact, said device being configured as a closed magnetic system, in such a way that it maintains the confinement and the magnetic field inside it. 9.- Dispositivo para su uso en un motor según cualquiera de las reivindicaciones 5-8, donde el tercer prisma (9) comprende un material de alta permeabilidad magnética y alta saturación, preferentemente al menos un material ferromagnético seleccionado del conjunto formado por: hierro, acero de silicio, acero amorfo, acero al carbono o cerámica de ferrita.9. Device for use in an engine according to any of claims 5-8, wherein the third prism (9) comprises a material with high magnetic permeability and high saturation, preferably at least one ferromagnetic material selected from the group consisting of: iron, silicon steel, amorphous steel, carbon steel or ferrite ceramic. 10.- Motor que comprende al menos un pistón (5, 6) según cualquiera de las reivindicaciones 1- 4 o un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5-9.10. Engine comprising at least one piston (5, 6) according to any of claims 1-4 or a device according to any of claims 5-9. 11.- Motor según la reivindicación anterior que comprende:11. Engine according to the previous claim comprising: - el dispositivo de las reivindicaciones 7-9, donde los medios de alimentación comprenden una o varias fuentes de corriente continua o alterna conectadas a las bobinas (7, 8);- the device of claims 7-9, wherein the power supply means comprise one or more sources of direct or alternating current connected to the coils (7, 8); - un bloque motor, que comprende a los pistones (5, 6), y está adaptado para mantener la posición relativa entre el tercer prisma (9) y el eje (12’) del cigüeñal (12);- a motor block, which includes the pistons (5, 6), and is adapted to maintain the relative position between the third prism (9) and the axis (12') of the crankshaft (12); - un cigüeñal (12) conectado a la biela (11), estando adaptada dicha biela (11) para transformar el movimiento lineal de los pistones (5, 6) en un movimiento de rotación en el cigüeñal (12); y- a crankshaft (12) connected to the connecting rod (11), said connecting rod (11) being adapted to transform the linear movement of the pistons (5, 6) into a rotational movement in the crankshaft (12); and - un volante de inercia (13) conectado al cigüeñal (12), estando adaptado dicho cigüeñal (12) para transmitir el movimiento de rotación a dicho volante de inercia (13).- a flywheel (13) connected to the crankshaft (12), said crankshaft (12) being adapted to transmit the rotational movement to said flywheel (13). 12.- Procedimiento para controlar el movimiento de dos pistones (5, 6) comprendidos en un dispositivo según reivindicaciones 7-9, que comprende:12. Procedure for controlling the movement of two pistons (5, 6) included in a device according to claims 7-9, comprising: - mediante los medios de alimentación, aplicar una corriente eléctrica a las bobinas (7, 8) de cada pistón (5, 6); y- by means of the supply means, applying an electrical current to the coils (7, 8) of each piston (5, 6); and - mediante el sistema de control, aplicar una señal eléctrica para controlar la intensidad y la polarización de la corriente eléctrica suministrada a dichas bobinas (7, 8) en función de la distancia de separación y la dirección de movimiento relativo entre dichos pistones (5, 6), y así inducir interacciones magnéticas entre los pistones para controlar el movimiento de dichos pistones (5, 6). - by means of the control system, applying an electrical signal to control the intensity and polarization of the electrical current supplied to said coils (7, 8) as a function of the separation distance and the direction of relative movement between said pistons (5, 6), and thus induce magnetic interactions between the pistons to control the movement of said pistons (5, 6). 13.- Procedimiento según reivindicación anterior, donde el funcionamiento del sistema de control comprende la realización de los siguientes pasos:13.- Procedure according to previous claim, where the operation of the control system comprises carrying out the following steps: - definir una pluralidad de valores umbrales 1a 4 en función de la eficiencia y geometría del dispositivo;- defining a plurality of threshold values 1 to 4 as a function of the efficiency and geometry of the device; - medir la distancia de separación de los pistones (5, 6) y la dirección del movimiento relativo entre dichos pistones (5, 6);- measuring the separation distance of the pistons (5, 6) and the direction of relative movement between said pistons (5, 6); - según la dirección del movimiento relativo entre los pistones (5, 6), escoger alternativamente uno de los siguientes cursos de acción:- depending on the direction of relative movement between the pistons (5, 6), alternatively choose one of the following courses of action: a) si los pistones (5, 6) se están alejando entre sí:a) if the pistons (5, 6) are moving away from each other: - si la distancia de separación de los pistones (5, 6) alcanza un valor umbral 1, se envía mediante el sistema de control una señal eléctrica a cada pistón (5, 6) de forma que la intensidad que circule por sus bobinas (7, 8) provoque la repulsión magnética entre dichos pistones (5, 6);- If the distance between the pistons (5, 6) reaches a threshold value of 1, an electrical signal is sent by the control system to each piston (5, 6) so that the current flowing through its coils (7 , 8) cause magnetic repulsion between said pistons (5, 6); - si la separación de los pistones (5, 6) alcanza un valor umbral 2, se envía mediante el sistema de control una orden de desconexión de la señal eléctrica de alimentación de las bobinas (7, 8);- if the spacing of the pistons (5, 6) reaches a threshold value 2, an order to disconnect the electric signal for feeding the coils (7, 8) is sent by the control system; b) si los pistones (5, 6) se están acercando entre sí:b) if the pistons (5, 6) are getting closer to each other: - si la distancia de separación de los pistones (5, 6) alcanza un valor umbral 3, se envía mediante el sistema de control una señal eléctrica a cada pistón (5, 6) de forma que la intensidad que circule por sus bobinas (7, 8) provoque la atracción magnética entre dichos pistones (5, 6);- If the separation distance of the pistons (5, 6) reaches a threshold value 3, an electrical signal is sent by the control system to each piston (5, 6) so that the current flowing through its coils (7 , 8) causes magnetic attraction between said pistons (5, 6); - si la separación de los pistones (5, 6) alcanza un valor umbral 4, se envía mediante el sistema de control una orden de desconexión de la señal eléctrica de alimentación de las bobinas (7, 8).- If the spacing of the pistons (5, 6) reaches a threshold value 4, a disconnection order for the electric signal feeding the coils (7, 8) is sent by the control system. 14.- Máquina o vehículo que son accionados total o parcialmente por el motor según las reivindicaciones 10-11. 14. Machine or vehicle that is fully or partially driven by the engine according to claims 10-11.