專(zhuān)利名稱(chēng)：用于運(yùn)載工具的穩(wěn)定功率源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于供應(yīng)功率給運(yùn)載工具和/或穩(wěn)定運(yùn)載工具的 裝置，更具體地，涉及用于供應(yīng)電功率給運(yùn)載工具(例如航空器)和/ 或穩(wěn)定運(yùn)載工具的裝置。
背景技術(shù)：
運(yùn)載工具(包括汽車(chē)、貨車(chē)、輪船和航空器)從一個(gè)或多個(gè)各種主 功率源獲取功率。典型的主功率源包括發(fā)熱源(例如，燃?xì)夂筒裼桶l(fā)動(dòng) 機(jī))和電源(例如發(fā)電機(jī)、電池和燃料電池)。這些功率源中的一些可 能是效率低下的，或者可能會(huì)產(chǎn)生不希望的碳?xì)涓碑a(chǎn)品，或者可能會(huì)受 限于特定的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括所附權(quán)利要求給出的特征和/或以下特征中的 一個(gè)或多 個(gè)，如下的這些特征可以單獨(dú)地或者以任意組合方式構(gòu)成可專(zhuān)利的主 題
根據(jù)一個(gè)方面，提供電功率給運(yùn)載工具的裝置包括環(huán)形環(huán)(toroidal ring)。所述環(huán)形環(huán)位于殼體的環(huán)形腔內(nèi)?！菲澬圆牧?例如永久性固態(tài)磁 體或磁粉)與所述環(huán)形環(huán)聯(lián)接。推進(jìn)繞組與殼體聯(lián)接。所述推進(jìn)繞組可 以實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)電磁體。所述推進(jìn)繞組-故構(gòu)造成當(dāng)^皮激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生交 變磁場(chǎng)，從而使得環(huán)形環(huán)在環(huán)形腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。懸浮繞組也可以與殼體聯(lián)接。 所述懸浮繞組被構(gòu)造成通過(guò)排斥和/或吸引所述磁性材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而 使得環(huán)形環(huán)在環(huán)形腔內(nèi)懸浮。懸浮繞組可以實(shí)施為 一個(gè)或多個(gè)電磁體和 /或由導(dǎo)電材料、絞合線(litzwire)或類(lèi)似物的層疊段制成的導(dǎo)電導(dǎo)軌。即，在一些實(shí)施例中，懸浮繞組是被動(dòng)的，通過(guò)由跨過(guò)懸浮繞組的磁性 材料的一部分的旋轉(zhuǎn)生成的感應(yīng)電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而懸浮環(huán)形環(huán)。
一旦環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)，環(huán)形環(huán)提供穩(wěn)定效應(yīng)給運(yùn)載工具。此外， 一旦環(huán) 形環(huán)以最小操作速度旋轉(zhuǎn)，推進(jìn)繞組可以用于與磁性材料協(xié)作形成發(fā)電 機(jī)。即，由跨過(guò)推進(jìn)繞組的磁性材料產(chǎn)生的磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)在推進(jìn)繞組中產(chǎn) 生電流。推進(jìn)繞組和懸浮繞組(在一些實(shí)施例中)可以經(jīng)由控制電路產(chǎn) 生的激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)。激勵(lì)信號(hào)可以為直流或交流信號(hào)。控制電路從外部 功率源或從由環(huán)形環(huán)自身供應(yīng)的功率(即，當(dāng)用作發(fā)電機(jī)時(shí))產(chǎn)生激勵(lì) 信號(hào)。例如，外部功率源可聯(lián)接到控制電路，并用于初始時(shí)懸浮環(huán)形環(huán) 且將環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的操作旋轉(zhuǎn)速度。該預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度可以包括 任何旋轉(zhuǎn)速度值。 一旦環(huán)形環(huán)處于預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度，外部功率源可以 去除或從控制電路斷開(kāi)?？刂齐娐酚谑强墒褂糜森h(huán)形環(huán)產(chǎn)生的電功率 (即，通過(guò)磁性材料和推進(jìn)繞組的協(xié)作)來(lái)供應(yīng)電功率給其它電路(例 如儀器、傳感器和其它電磁體)或其它設(shè)備(例如馬達(dá)、致動(dòng)器或其它 原動(dòng)機(jī))從而產(chǎn)生機(jī)械功等。
在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或更多的環(huán)形環(huán)可以豎直地定位在彼此的上 方。例如，殼體可以包括兩個(gè)環(huán)形腔。第一環(huán)形腔位于第二環(huán)形腔豎直 上方。環(huán)形環(huán)在每個(gè)腔內(nèi)被定位成，使得一個(gè)環(huán)形環(huán)位于另一個(gè)環(huán)形環(huán) 的豎直上方。推進(jìn)和懸浮繞組可與殼體聯(lián)接，從而在每個(gè)環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生 懸浮磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)使得每個(gè)環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)。在諸如航空器和 其它運(yùn)載工具的一些應(yīng)用中，這些環(huán)形環(huán)以相反的方向和幾乎相同的速 度旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生最小的凈角動(dòng)量。替代性地或附加地，環(huán)形環(huán)可以相同 或相反的方向但不同的速度旋轉(zhuǎn)，以提供穩(wěn)定效應(yīng)給航空器?？刂齐娐?產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)以控制繞組的功能。
根據(jù)另一方面，航空器包括機(jī)身和環(huán)繞所述機(jī)身的殼體。所述殼體 具有限定于其中的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形腔。環(huán)形環(huán)可位于每個(gè)腔內(nèi)。多個(gè)推 進(jìn)繞組與殼體聯(lián)接。所述推進(jìn)繞組被構(gòu)造成響應(yīng)于另 一激勵(lì)信號(hào)在每個(gè) 環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而使得每個(gè)環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)。多個(gè)懸浮繞組也可 以與殼體聯(lián)接。所述懸浮繞組被構(gòu)造成響應(yīng)于激勵(lì)信號(hào)或通過(guò)感應(yīng)電流 在每個(gè)環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生懸浮磁場(chǎng)。 一些環(huán)形環(huán)可以相對(duì)或相反的方向旋 轉(zhuǎn)?？刂齐娐繁粯?gòu)造成產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)?？刂齐娐房梢栽陬A(yù)定時(shí)間使用外 部功率源產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)中的 一 些?？刂齐娐芬部梢允褂糜森h(huán)形環(huán)產(chǎn)生的功率來(lái)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)的一些，并供應(yīng)功率給其它電路、電磁體、設(shè)備、 馬達(dá)、致動(dòng)器或其它原動(dòng)機(jī)。
根據(jù)下文的描述和附圖，本公開(kāi)的上述和其它特征將變得明顯，而 且這些特征可以單獨(dú)地或以任意組合方式構(gòu)成可專(zhuān)利的主題。


將具體參照以下附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中
圖l是用于提供電功率的、具有殼體導(dǎo)軌的裝置的一個(gè)實(shí)施例的透 視圖，該圖進(jìn)行了局部剖切以示出位于殼體導(dǎo)軌中的兩個(gè)環(huán)形環(huán)；
圖2是圖1的殼體導(dǎo)軌和環(huán)形環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的、大體上沿圖1的 剖切線2-2截取的橫截面視圖3是圖1環(huán)形環(huán)之一的大體上沿圖2的剖切線3-3截取的局部 剖^L圖，該環(huán)形環(huán)具有多個(gè)定位成海爾貝克陣列(Halbach array)的永 磁體；
圖4是與圖1殼體聯(lián)接的推進(jìn)繞組的一部分的、大體上沿圖2的剖 切線4-4截取的局部剖視圖5是圖1裝置的懸浮繞組一個(gè)實(shí)施例的、大體上沿圖2的剖切線 5-5截取的局部剖視圖6是圖1殼體導(dǎo)軌和環(huán)形環(huán)的另 一 實(shí)施例的類(lèi)似于圖2的剖視圖7是圖6殼體和環(huán)形環(huán)的、大體上沿剖切線7-7截取的局部剖 視圖8是圖1裝置的另一實(shí)施例，其具有用于提供電功率的控制系統(tǒng)； 圖9是圖8的控制系統(tǒng)用來(lái)提供電功率的算法的簡(jiǎn)化流程圖； 圖IO是由圖8的控制系統(tǒng)提供功率的航空器的透視圖，該圖進(jìn)行 了部分剖切以示出圖1的裝置； 圖11是圖IO航空器的俯視圖； 圖12是圖IO航空器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖視圖；和 圖13是圖IO航空器的另一實(shí)施例的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
雖然根據(jù)本公開(kāi)的原理容易得到各種變型和可替換形式，但是在附 圖中已舉例示出了其特定的示范性實(shí)施例，并且將在此對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描
ii述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，決不打算限定本公開(kāi)的原理為所公開(kāi)的特定 形式，相反地，理應(yīng)覆蓋落入本公開(kāi)精神和范圍內(nèi)的所有變型、等同物 和替代性實(shí)施例。
現(xiàn)在參考圖1，用于提供電功率給運(yùn)載工具和/或穩(wěn)定運(yùn)載工具(例
如航空器)的裝置10包括殼體12，所述殼體12具有限定在其中的多個(gè) 環(huán)形腔。如圖所示，所述殼體12包括彼此豎直對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)環(huán)形腔。第 一環(huán)形環(huán)14位于環(huán)形導(dǎo)軌腔中的一個(gè)內(nèi)，而第二環(huán)形環(huán)16位于另一個(gè) 環(huán)形腔內(nèi)。環(huán)形環(huán)14、 16如圖所示由碳纖維復(fù)合材料制成。然而，可 以使用能夠忍受在環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力的其它材料。環(huán)形環(huán)14、 16可以具有任何尺寸，且可以具有任何長(zhǎng)度的直徑18和4黃截面直徑20 (參考圖2)。環(huán)形環(huán)14、 16的直徑18和橫截面直徑20的長(zhǎng)度取決于 具體的應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，環(huán)形環(huán)14、 16的直徑18可以具有從大 約3英尺到大約50英尺的長(zhǎng)度，而橫截面直徑20可具有從大約l英寸 到大約6英寸的長(zhǎng)度。例如，在一個(gè)具體實(shí)施例中，環(huán)形環(huán)14、 16具 有大約28英尺的直徑18和大約3英寸的橫截面直徑20。因此，環(huán)形環(huán) 14、 16的大小(包括質(zhì)量)可基于裝置IO的具體應(yīng)用來(lái)確定。例如， 環(huán)形環(huán)14、 16的總質(zhì)量可以選擇為使得環(huán)14、 16在環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)為運(yùn)載工 具提供足夠的穩(wěn)定效應(yīng)和/或動(dòng)能。
雖然裝置IO在圖1中被圖示為具有位于殼體12的兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)軌腔 內(nèi)的兩個(gè)環(huán)形環(huán)14、 16，但在其它實(shí)施例中，裝置10可以包括任何數(shù) 量的環(huán)形環(huán)，它們位于殼體12的相應(yīng)數(shù)量的環(huán)形腔內(nèi)。此外，雖然圖1 所示的殼體12為環(huán)形殼體，但在其它實(shí)施例中，殼體12可以具有能夠 在其中包括至少一個(gè)環(huán)形腔的任何類(lèi)型的橫截面形狀，例如方形、矩形、 橢圓等。
現(xiàn)在參考圖2,殼體12被制成包括具有環(huán)形外殼或?qū)к?4、 36的 開(kāi)口框架結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形外殼或?qū)к?4、 36限定出環(huán)形腔，環(huán)形環(huán)14、 16分別定位在所述環(huán)形腔中。然而，在其它實(shí)施例中，殼體12可以祐_ 制成實(shí)心的框架結(jié)構(gòu)。每個(gè)環(huán)形導(dǎo)軌34、 36被降壓以在每個(gè)相應(yīng)的腔 內(nèi)形成真空。環(huán)形導(dǎo)軌34、 36的內(nèi)徑38大于環(huán)形環(huán)14、 16的橫截面 直徑20,以便當(dāng)環(huán)被有磁性地懸浮時(shí)圍繞環(huán)形環(huán)14、 16形成具有厚度 40的小真空間隙，下文對(duì)此將進(jìn)4亍更詳細(xì)的討論。
在圖2的實(shí)施例中，環(huán)形環(huán)14、 16分別包括內(nèi)部環(huán)形腔15、 17。內(nèi)部環(huán)形腔15、 17可以是中空的或可以填充有泡沫材料或類(lèi)似物。或 者，在具有期望附加環(huán)形環(huán)質(zhì)量的實(shí)施例中(例如，在環(huán)形環(huán)的直徑18 相對(duì)小的實(shí)施例中)，環(huán)形環(huán)14、 16可以具有4交小的內(nèi)部環(huán)形腔15、 17 或可以是實(shí)心的。
磁性材料與每個(gè)環(huán)形環(huán)14、 16聯(lián)接(或連接)。在圖2所示的實(shí)施 例中，磁性材料被實(shí)施為多個(gè)永磁體22、 24、 26、 52、 54、 56。永磁體 22、 24、 26成行地圍繞環(huán)形環(huán)14的外表面凈皮嵌入(例如， 一行永,茲體 22、 一行永磁體24、 一行永磁體26)。每個(gè)永磁體22、 24、 26定位在 各自的行內(nèi)，使得永磁體22、 24、 26產(chǎn)生的》茲場(chǎng)以乂人環(huán)形環(huán)14向外的 方向被增強(qiáng)或增加(分別如箭頭28、 30、 32所示)，且以朝環(huán)形環(huán)14 向內(nèi)的方向降4氐或基本上取消。類(lèi)似地，永磁體52、 54、 56成行地圍 繞環(huán)形環(huán)16的外表面^皮嵌入。永》茲體52、 54、 56也^皮定位成使得永眉茲 體52、 54、 56產(chǎn)生的磁場(chǎng)從環(huán)形環(huán)16以向外的方向增強(qiáng)或增加(分別 如箭頭68、 70、 72所示)，且以朝環(huán)形環(huán)16向內(nèi)的方向降低或基本上 取消。為此，在一個(gè)實(shí)施例中，永磁體22、 24、 26、 52、 54、 56被定 位成海爾貝克陣列。例如，永磁體22由以海爾貝克陣列形式定位的各 自獨(dú)立的永磁體22!-22n行形成，使得每個(gè)獨(dú)立的永/磁體22r22n的極凈皮 定向成如圖3所示。
永》茲體22、 24、 26、 52、 54、 56例如由稀土合金制成。在一個(gè)具 體實(shí)施例中，磁體22、 24、 26、 52、 54、 56由鑭合金制成，例如釹鐵 硼(NdFeB)合金或釤鈷(SmCo)合金。然而，在其它實(shí)施例中，可以 基于如下準(zhǔn)則使用其它材料，例如材料的磁性強(qiáng)度、材料的熱特性等。 雖然磁性材料在圖2的示例性實(shí)施例中被實(shí)施為永磁體，但在其它實(shí)施 例中，磁性材料可以實(shí)施為粘附到環(huán)形環(huán)14、 16外表面或嵌入到環(huán)形 環(huán)14、 16內(nèi)的磁粉。在這種實(shí)施例中，磁粉可被粘附、嵌入或以其它 方式定位成海爾貝克陣列。例如，當(dāng)制造這些環(huán)時(shí)，磁粉可以被包含在 環(huán)形環(huán)的材料中，且隨后在環(huán)形成時(shí)以海爾貝克陣列或近似于海爾貝克 陣列的形式排列。
裝置10還包括分別與環(huán)形導(dǎo)軌34、 36聯(lián)接的多個(gè)繞組42、 44、 46 和62、 64、 66。本文所有術(shù)語(yǔ)"繞組"指的是分別具有任意匝數(shù)的任意 的一個(gè)或多個(gè)線圈。例如，繞組可以實(shí)施為彼此電聯(lián)接且分別具有固定 匝數(shù)的多線圏?；蛘?，繞組也可以實(shí)施為具有單匝的單線圈，其在一些
13實(shí)施例中可以是短路的(即，具有被電聯(lián)接的端子)。此外，繞組可以 實(shí)施為分別具有任何匝數(shù)的多組線圈，使得繞組可與多相功率信號(hào)使用 (即，繞組為多相繞組)。因此，繞組可以是"主動(dòng)的"且被構(gòu)造成響 應(yīng)于激勵(lì)功率信號(hào)產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁體?；蛘撸@組可以是"被動(dòng)的"， 并且響應(yīng)于感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。繞組可以由任何類(lèi)型的導(dǎo)線、疊層材料 或能夠提供電流路徑的其它材料制成。
在圖2所示的實(shí)施例中，繞組42、 44、 46和62、 64、 66分別嵌入 在環(huán)形導(dǎo)軌34、 36內(nèi)。然而，在其它實(shí)施例中，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66可以聯(lián)接到環(huán)形導(dǎo)專(zhuān)九34、 36的內(nèi)壁或外壁。例如，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66可以是超導(dǎo)的，且由超導(dǎo)導(dǎo)線制成的多個(gè)獨(dú)立線圈形成。 例如，在一個(gè)具體實(shí)施例中，超導(dǎo)導(dǎo)線由鈮合金形成，例如鈮鈦(NbTi) 或鈮錫(Nb3Sn)合金。繞組42、 44、 46、 62、 64、 66可以用分別具有 任何匝數(shù)的任何數(shù)量的獨(dú)立線圈形成。例如，非限定性地，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66中的一個(gè)或多個(gè)可以由具有大約550匝的超導(dǎo)線圈形成， 所述超導(dǎo)線圏能夠承受4安培電流(即，超導(dǎo)線圏具有大約2,200安培 匝數(shù)每線圈)。此外，在一些實(shí)施例中，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66 (例如，用作電磁體的繞組)中的一個(gè)或多個(gè)可以由方形超導(dǎo)管內(nèi)電纜 (CIC)形成，以利于使用下文針對(duì)圖8所討論的冷卻系統(tǒng)對(duì)電磁體進(jìn) 4亍j氐溫冷卻。
在圖2的示例性實(shí)施例中，繞組46和66是推進(jìn)繞組/發(fā)電機(jī)繞組且 分別與永》茲體26、 56協(xié)作以旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)14、 16并產(chǎn)生一定量的功率。 根據(jù)應(yīng)用的不同，示例性的推進(jìn)繞組46、 66可以是單相或多相繞組。 例如，如圖4關(guān)于繞組46所示，推進(jìn)繞組46可以包括第一組(即，第 一相)推進(jìn)線圏46A1_An、第二組(即，第二相)推進(jìn)線圏46B1-Bn、和第 三組(即，第三相)推進(jìn)線圈46cl_Cn。為了節(jié)省空間，繞組46的各獨(dú) 立線圏46A1-An、 46化Bn和46cl_Cn (以及繞組66的線圏)被定位在重疊 的位置中，如圖4所示。
每個(gè)推進(jìn)線圏46A1.An、 46B1-Bn、和46c!-cn由控制系統(tǒng)控制(對(duì)此下 文結(jié)合圖8作的進(jìn)一步的討論)，以在環(huán)形環(huán)14、 16上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。為 此，功率信號(hào)(例如，交流、三相信號(hào))供應(yīng)給推進(jìn)繞組46、 66。在接 收功率信號(hào)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66形成產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的電磁體。推進(jìn)繞 組46、 66的各個(gè)獨(dú)立線圈(即電》茲體)中的一些浮皮完全激勵(lì)，而其它獨(dú)立線圈僅被部分地激勵(lì)或根本不被激勵(lì)。交變磁場(chǎng)與永磁體26、 56 產(chǎn)生的相應(yīng)磁場(chǎng)相互作用以通過(guò)磁性排斥和磁性吸引來(lái)"推拉，，環(huán)形環(huán) 14、 16。當(dāng)推進(jìn)繞組46、 66由功率信號(hào)激勵(lì)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66和永 磁體26、 56形成馬達(dá)。 一旦環(huán)14、 16以操作速度旋轉(zhuǎn)，環(huán)形環(huán)14、 16 可以提供穩(wěn)定效應(yīng)且/或^L用作功率源。例如， 一旦環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)，可 以從推進(jìn)繞組去除功率信號(hào)，且因此推進(jìn)繞組46、 66不再充當(dāng)電磁體。 相反，當(dāng)環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66和永磁體26、 56協(xié) 作以形成發(fā)電機(jī)。即，當(dāng)永磁體26、 56產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別橫穿推進(jìn)繞組 46、 66的各獨(dú)立線圈時(shí)，在電/F茲體46、 66內(nèi)感應(yīng)電流。由此，當(dāng)環(huán)形 環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66和永石茲體26、 56協(xié)作以產(chǎn)生電功 率。產(chǎn)生的電功率可以用于給運(yùn)載工具(例如，運(yùn)載工具的電動(dòng)馬達(dá)) 和/或其它電功率設(shè)備(在一些實(shí)施例中，包括繞組42、 44、 46、 62、 64、 66)提供功率，如下文所討論的。
繞組42、 44和62、 64是懸浮繞組且在操作中用于使環(huán)形環(huán)14、 16 懸浮。在一些實(shí)施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以為感應(yīng)導(dǎo)軌， 其基于在環(huán)形環(huán)14、 16運(yùn)動(dòng)時(shí)(即永i茲體22、 24、 52、 54運(yùn)動(dòng)時(shí))感 應(yīng)的感應(yīng)電流來(lái)提供懸浮力。在這種實(shí)施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64是被動(dòng)式的。即，當(dāng)永磁體22、 24、 52、 54產(chǎn)生的磁場(chǎng)橫穿懸浮繞 組42、 44、 62、 64時(shí)，在繞組42、 44、 62、 64內(nèi)感應(yīng)出生成排斥磁場(chǎng) 的電流。繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生的磁場(chǎng)排斥永磁體22、 24、 52、 54 產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其通過(guò)磁性排斥力使環(huán)形環(huán)14、 16懸浮。在一些實(shí)施例 中，被動(dòng)懸浮繞組42、 44、 62、 64由導(dǎo)電材料或絞合線層疊段形成。 在這種實(shí)施例中，繞組42、 44、 62、 64由多個(gè)具有短路端子的單匝線 圈形成，其允許所感應(yīng)的電流有效地生成相反的》茲場(chǎng)以懸浮環(huán)形環(huán)14、 16。例如，在該被動(dòng)懸浮實(shí)施例中，懸浮繞組44由具有一系列縫槽或 開(kāi)口 49的導(dǎo)電材料的層疊段形成，如圖5示例性地所示。單匝線圏47^ 圍繞每個(gè)縫槽(或稱(chēng)狹槽)49形成。當(dāng)由永磁體24產(chǎn)生的磁場(chǎng)橫穿懸 浮繞組44時(shí)，在每個(gè)線圏47^內(nèi)感應(yīng)電流，乂人而產(chǎn)生排斥,茲場(chǎng)，如上 文所討論的。在這樣的實(shí)施例中，其它懸浮繞組42、 62、 64凈皮類(lèi)似地 構(gòu)造。
在其它實(shí)施例中，繞組42、 44、 62、 64是"主動(dòng)式的"，且被構(gòu)造 成電磁體。使用中，懸浮繞組42、 44、 62、 64分別與永磁體22、 24、
15說(shuō)明書(shū)第8/20頁(yè)
52、 54協(xié)作以懸浮環(huán)形環(huán)14、 16。為此，功率信號(hào)或激勵(lì)電流信號(hào)供 應(yīng)給懸浮繞組42、 44、 62、 64。因此，懸浮繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生 磁場(chǎng)。懸浮繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別吸引永磁體22、 24、 52、 54產(chǎn)生的磁場(chǎng)。環(huán)形環(huán)14、 16由有關(guān)磁場(chǎng)的吸引力懸浮。在這種 實(shí)施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64類(lèi)似于推進(jìn)繞組46、 66(例如， 單相推進(jìn)繞組46、 66)且由多個(gè)具有任何匝數(shù)的獨(dú)立懸浮線圏(即電磁 體)形成，如上文關(guān)于圖2所討論的。此外，在一些實(shí)施例中，懸浮繞 組42、 44、 62、 64可以包括"被動(dòng)的"和"主動(dòng)的"繞組，使得繞組 42、 44、 62、 64的一部分響應(yīng)于施加的功率信號(hào)產(chǎn)生懸浮磁場(chǎng)，而繞組 42、 44、 62、 64的另一部分響應(yīng)于所感應(yīng)的電流產(chǎn)生懸浮,茲場(chǎng)，如上文 所討論的。另外，在一些實(shí)施例中，推進(jìn)繞組與懸浮繞組42、 44、 62、 64交織或含有懸浮繞組42、 44、 62、 64。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6,在另一實(shí)施例中，環(huán)形導(dǎo)軌34包括突起80、 82、 84且環(huán)形導(dǎo)軌36包括突起86、 88、 90。環(huán)形環(huán)14包括被構(gòu)造成接收 突起80的凹口 92、被構(gòu)造成接收突起82的凹口 94、和被構(gòu)造成接收 突起84的凹口96。類(lèi)似地，環(huán)形環(huán)16包括;波構(gòu)造成接收突起86的凹 口 98、被構(gòu)造成接收突起88的凹口 100、和被構(gòu)造成接收突起90的凹 口 102。雖然圖6的示例性實(shí)施例包括兩個(gè)環(huán)形環(huán)14、 16和導(dǎo)軌34、 36,在其它實(shí)施例中可以包括任何數(shù)量的環(huán)形環(huán)和相關(guān)的導(dǎo)軌。
在圖6的實(shí)施例中，環(huán)形環(huán)14包括永磁體104、 106 (取代永磁體 22)、永磁體108、 110 (取代永磁體24)、和永磁體112、 114(取代永 》茲體26)。然而，永f茲體104、 106、 108、 110、 112、 114類(lèi)似于永i茲體 22、 24、 26。永》茲體104、 106、 108、 110、 112、 114中的每一個(gè)都是 由成行地圍繞環(huán)形環(huán)14嵌入的多個(gè)獨(dú)立永磁體形成的。類(lèi)似于環(huán)形環(huán) 14,環(huán)形環(huán)16包括永磁體116、 118(取代永磁體52)、永磁體120、 122 (取代永磁體54 )、和永磁體124、 126 (取代永磁體56 )。然而，永磁 體116、 118、 120、 122、 124、 126類(lèi)似于永磁體52、 54、 56且各由成 行地圍繞環(huán)形環(huán)16嵌入的多個(gè)獨(dú)立永;茲體形成。
永石茲體104、 106、 108、 110、 112、 114、 116、 118、 120、 122、 124、 126中的每一個(gè)都以海爾貝克陣列定位。例如，如圖7所示，永磁體112 和114由以海爾貝克陣列定位的多個(gè)獨(dú)立永^茲體112廣112n和114廣114n 形成，使得由磁體U2廣112n和114廣114n產(chǎn)生的石茲場(chǎng)在凹口 84的區(qū)域內(nèi)
16提高或增加且在該區(qū)域外減少。類(lèi)似地，永一磁體124和126由以海爾貝 克陣列定位的多個(gè)獨(dú)立永磁體124rl24n和126rl26n形成，使得由磁體 124廣124n和126廣126n產(chǎn)生的磁場(chǎng)在凹口 102的區(qū)域內(nèi)提高或增加且在 該區(qū)域外減少。
懸浮繞組42和44分別位于突起80和82內(nèi)。類(lèi)似地，懸浮繞組62 和64分別位于突起86和88內(nèi)。懸浮繞組42、 44、 62、 64以上文關(guān)于 圖2和5所討論的大致相同的方式操作。即，懸浮繞組42、 44、 62、 64 可以為"被動(dòng)的，，且由具有單短路轉(zhuǎn)(例如，具有多個(gè)如圖5所示的縫 槽的層疊導(dǎo)電材料)的多個(gè)獨(dú)立線圏形成。或者，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以為"主動(dòng)的，，且由用作電磁體的多個(gè)獨(dú)立線圈形成以產(chǎn)生吸引的 懸浮磁場(chǎng)。
推進(jìn)繞組46和66分別嵌入在突起84和90內(nèi)。推進(jìn)繞組46和66 以與上文關(guān)于圖2和4所討論的大致相同的方式操作。即，推進(jìn)繞組46 和66由用作電磁體的多個(gè)獨(dú)立線圈形成以產(chǎn)生推進(jìn)^茲場(chǎng)。為此，功率 信號(hào)(例如，交流、三相信號(hào))供應(yīng)給推進(jìn)繞組46、 66以使得繞組46、 66產(chǎn)生交變》茲場(chǎng)。交變;茲場(chǎng)與由永》茲體112、 114、 124、 126產(chǎn)生的相 應(yīng)的磁場(chǎng)相互作用以經(jīng)由磁性排斥和磁性吸引"推和拉"環(huán)形環(huán)14、 16。 一旦環(huán)14、 16運(yùn)動(dòng)(即，旋轉(zhuǎn))，功率信號(hào)可以去除，且推進(jìn)繞組46、 66和永磁體112、 114、 124、 126協(xié)作以形成發(fā)電機(jī)。即，當(dāng)由永磁體 112、 114、 124、 126產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別橫穿推進(jìn)繞組46、 66的獨(dú)立線圏 時(shí)，在線圏內(nèi)感應(yīng)電流。由此，當(dāng)環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66和永磁體112、 114、 124、 126協(xié)作以產(chǎn)生電功率。此外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)， 環(huán)形環(huán)14、 16可以給含有裝置IO的運(yùn)載工具提供穩(wěn)定效應(yīng)。例如，取 決于應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)形環(huán)14、 16可以提供偏H俯仰和/或滾動(dòng)穩(wěn)定 效應(yīng)。
雖然推進(jìn)繞組46、 66和懸浮繞組42、 44、 62、 64在圖6中圖示為 彼此相隔^艮遠(yuǎn)，應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些實(shí)施例中，推進(jìn)繞組46、 66也 可以與突起80、 82、 86、 88內(nèi)的懸浮繞組42、 44、 62、 64交織，且與 永磁體104、 106、 108、 110、 116、 118、 120、 122相互作用。類(lèi)似地， 在一些實(shí)施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64也可以與推進(jìn)繞組46、 66 交織，且與永磁體112、 114、 124、 126相互作用。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖8,在一些實(shí)施例中，裝置IO也可以包括控制系統(tǒng)130,所述控制系統(tǒng)130聯(lián)接到嵌入在殼體12內(nèi)或與殼體12聯(lián)接的繞組42、 44、 46、 62、 64、 66。控制系統(tǒng)130包括控制電路132和開(kāi)關(guān)電路134、 138以及開(kāi)關(guān)電路136 (在一些實(shí)施例中)?？刂齐娐?32可以實(shí)施為任 何類(lèi)型的控制電路，例如微處理器、微控制器、專(zhuān)門(mén)應(yīng)用集成電路 (ASIC)、離散部件或類(lèi)似物。此外，控制電路132可以包括其它電路 以控制所述控制系統(tǒng)130的其它部件或與所述其它部件相互作用，包括 但不限于，存儲(chǔ)器設(shè)備、處理器、輸出驅(qū)動(dòng)器、繼電器、開(kāi)關(guān)、緩沖器、 功率轉(zhuǎn)換電路等。開(kāi)關(guān)電路134、 136、 138可以實(shí)施為能夠選擇性地聯(lián) 接各種互連件的任何類(lèi)型的電路。例如，在一些實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電路134、 136、 138可以實(shí)施為多個(gè)繼電器、開(kāi)關(guān)或類(lèi)似物。此外，在一些實(shí)施例 中，開(kāi)關(guān)電路134、 136、 138或其部分也包括在控制電路132內(nèi)。
控制電路132經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路134聯(lián)接到環(huán)形環(huán)14的推進(jìn)繞組46。 具體而言，開(kāi)關(guān)電路134經(jīng)由多個(gè)互連件140聯(lián)接到推進(jìn)繞組46?？刂?電路132經(jīng)由多個(gè)互連件142和互連件144聯(lián)接到開(kāi)關(guān)電路134。開(kāi)關(guān) 電路134也經(jīng)由多個(gè)互連件146和連接器148可拆卸地聯(lián)接到外部功率 源150。類(lèi)似地，控制電路132經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路138聯(lián)接到環(huán)形環(huán)16的推 進(jìn)繞組66。具體而言，開(kāi)關(guān)電路138經(jīng)由多個(gè)互連件152聯(lián)接到推進(jìn)繞 組66?？刂齐娐?32經(jīng)由多個(gè)互連件154和互連件156聯(lián)接到開(kāi)關(guān)電路 138。類(lèi)似于開(kāi)關(guān)電路134,開(kāi)關(guān)電^各138也經(jīng)由多個(gè)互連件146和連接 器148可拆卸地聯(lián)接到外部功率源150。外部功率源150可以為裝置10 外部的任何類(lèi)型的功率源。在一些實(shí)施例中，外部功率源150實(shí)施為電 池或電池組。在其它實(shí)施例中，外部功率源150可以實(shí)施為發(fā)電才幾、電 容器組、或電網(wǎng)。無(wú)論如何，外部功率源150是能夠?yàn)橥七M(jìn)繞組46、 66 提供足夠的功率的功率源，以產(chǎn)生足以使得環(huán)形環(huán)14、 16以最小操作 旋轉(zhuǎn)速度(例如，45,000RPM)旋轉(zhuǎn)的交變磁場(chǎng)。
在懸浮繞組為"主動(dòng)式"(即，；波構(gòu)造成電磁體)的實(shí)施例中，控 制電路132也經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路136聯(lián)接到環(huán)形環(huán)14的懸浮繞組42、 44和 環(huán)形環(huán)16的懸浮繞組62、 64。具體而言，開(kāi)關(guān)電路136經(jīng)由多個(gè)互連 件160聯(lián)接到懸浮繞組42、 44、 62、 64?？刂齐娐?32經(jīng)由多個(gè)互連件 162和互連件164聯(lián)接到開(kāi)關(guān)電路136。開(kāi)關(guān)電路136也經(jīng)由互連件146 和連接器148可拆卸地聯(lián)接到外部功率源150。
控制電路132也分別經(jīng)由多個(gè)互連件178、 180聯(lián)接到傳感器174、
18176。傳感器174與環(huán)形導(dǎo)軌34聯(lián)接且定位為感測(cè)或確定環(huán)形環(huán)14的 旋轉(zhuǎn)速度。類(lèi)似地，傳感器176與環(huán)形導(dǎo)軌36耳關(guān)接且定位為感測(cè)或確 定環(huán)形環(huán)16的旋轉(zhuǎn)速度。因此，傳感器174、 176產(chǎn)生表示相應(yīng)的旋轉(zhuǎn) 速度的信號(hào)。傳感器可以為能夠感測(cè)或確定環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度 的任何類(lèi)型傳感器，例如霍爾效應(yīng)傳感器、紅外傳感器、激光傳感器或 類(lèi)似物。在一些實(shí)施例中，可^f吏用附加的傳感器以感測(cè)環(huán)形環(huán)14、 16 的其它條件，例如，環(huán)相對(duì)于導(dǎo)軌34、 36的對(duì)準(zhǔn)。這種附加的傳感器 也可以為能夠感測(cè)希望條件的任何類(lèi)型傳感器。
控制電路132也經(jīng)由多個(gè)互連件166聯(lián)接到運(yùn)載工具功率和其它電 路系統(tǒng)170。例如，這種運(yùn)載工具功率電路可以包括例如電動(dòng)馬達(dá)或用 于使運(yùn)載工具運(yùn)動(dòng)的其它電運(yùn)載工具推進(jìn)設(shè)備。這種其它電路系統(tǒng)可以 包括能夠從控制電路接收功率的任何附加的電路。例如，其它電路系統(tǒng) 170可以包括電子儀器，例如飛行導(dǎo)航儀器、計(jì)算機(jī)、環(huán)境調(diào)節(jié)器、通 信設(shè)備和類(lèi)似物。
在一些實(shí)施例中，裝置IO也包括冷卻系統(tǒng)172。在這種實(shí)施例中， 控制電路132經(jīng)由多個(gè)互連件173聯(lián)接到冷卻系統(tǒng)172。冷卻系統(tǒng)172 示例性地為開(kāi)口冷卻系統(tǒng)(即，冷卻媒介不局部地再冷卻)。因此，可 以進(jìn)行冷卻々某介(例如，冷卻流體)的外部冷卻。此外，在一些實(shí)施例 中，冷卻媒介可以釋放而不是捕獲，例如，液氮用于冷卻媒介的這些實(shí) 施例?；蛘?，冷卻系統(tǒng)172可以為閉口冷卻系統(tǒng)，其中在每次4吏用之后 冷卻士某介再冷卻。在該實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)172可以包括水箱或其它冷 卻裝置以冷卻冷卻J 某介。在該實(shí)施例中，冷卻J 某介可以與繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的一個(gè)或更多接觸或靠近繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的一個(gè)或更多流動(dòng)，以去除繞組中的熱，從而減少形成繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的電線的電阻。繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的電阻 的減少可以改善裝置10的總體效率。由此，形成繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的電線由冷卻媒介冷卻。冷卻媒介可以收集在存儲(chǔ)箱(未示出) 內(nèi)，且取決于所使用冷卻系統(tǒng)的類(lèi)型可以外部地或內(nèi)部地冷卻。
使用中，控制電路132;f皮構(gòu)造成控制開(kāi)關(guān)電路134、 136、 138的操 作且控制由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生(旋轉(zhuǎn)時(shí))的電功率的分配。例如，在 裝置10的使用之前，環(huán)形環(huán)14、 16可以是靜止的或不旋轉(zhuǎn)。由于環(huán)14、 16未旋轉(zhuǎn)，環(huán)形環(huán)14、 16不產(chǎn)生任何可感知的電功率。因此，外部功
19率源150聯(lián)接到裝置10以提供功率給裝置10。為此，控制電路132經(jīng) 由互連件142傳遞控制信號(hào)給開(kāi)關(guān)電路134,以使得開(kāi)關(guān)電路134將互 連件140與互連件146聯(lián)接?？刂齐娐?32也經(jīng)由互連件154傳遞控制 信號(hào)給開(kāi)關(guān)電路138,以使得開(kāi)關(guān)電路136將互連件152與互連件146 聯(lián)接。此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64是"主動(dòng)的"(即，被構(gòu)造成 電磁體)的實(shí)施例中，控制電路132經(jīng)由互連件162傳遞控制信號(hào)給開(kāi) 關(guān)電路136,以使得開(kāi)關(guān)電路136將互連件160與互連件146聯(lián)接。由 此，外部功率源150提供功率給互連件160,其激勵(lì)懸浮繞組42、 44、 62、 64。如上文所討i侖的，裝置10可以包^^附加的傳感器以感測(cè)導(dǎo)壽九 34、 36內(nèi)的環(huán)形環(huán)14、 16相對(duì)于懸浮繞組42、 44、 62、 64的對(duì)準(zhǔn)?；?于來(lái)自對(duì)準(zhǔn)傳感器的反饋，控制電路132可以被構(gòu)造成調(diào)節(jié)施加到懸浮 繞組42、 44、 62、 64的信號(hào)(例如，調(diào)節(jié)信號(hào)的電壓)以維持環(huán)14、 16在導(dǎo)軌34、 36內(nèi)的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。
外部功率源150也提供功率給互連件140和152,其激勵(lì)推進(jìn)繞組 46、 66。然而，開(kāi)關(guān)電路134、 136和/或控制電路132也修正、轉(zhuǎn)換或 調(diào)制由外部功率源150提供給推進(jìn)繞組46、 66的功率。例如，由外部 功率源150提供的功率信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為三相功率信號(hào)且供應(yīng)給推進(jìn)繞組 46、66的三相線圈，如上文關(guān)于圖4所討論的。此外，在一些實(shí)施例中， 由外部功率源150提供的功率信號(hào)可以從直流功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流功率 信號(hào)。無(wú)論如何， 一旦激勵(lì)，推進(jìn)繞組46、 66在由環(huán)形導(dǎo)軌34、 36限 定的環(huán)形腔內(nèi)的交變》茲場(chǎng)。交變》茲場(chǎng)使得環(huán)形環(huán)14、 16經(jīng)由i茲性排斥 和吸引旋轉(zhuǎn)。由此，環(huán)形環(huán)14、 16由交變磁場(chǎng)"推和拉"。環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度由傳感器174、 176確定，且表示其數(shù)據(jù)的信號(hào)分別通過(guò) 互連件178、 180由每個(gè)傳感器174、 176傳遞給控制電路132?？刂齐?路132被構(gòu)造成監(jiān)測(cè)每個(gè)環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度，以確保環(huán)14、 16 以相反或相對(duì)的方向以產(chǎn)生希望的凈角動(dòng)量所必需的速度旋轉(zhuǎn)。如上文 所討i侖的，環(huán)形環(huán)14、 16以大致相同的速度以相對(duì)的方向旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn) 生最小的凈角動(dòng)量。替代性地或附加地，環(huán)形環(huán)14、 16可以相同的方 向或相對(duì)的方向而以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以提供穩(wěn)定效應(yīng)給航空器。無(wú)論 如何，控制電路132通過(guò)控制供應(yīng)給推進(jìn)繞組46、 66的電壓控制環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度?？刂齐娐?32例如通過(guò)控制開(kāi)關(guān)電路134、 138控制電 壓。一旦控制電路132確定環(huán)形環(huán)14、 16均以等于或大于預(yù)定操作旋 轉(zhuǎn)速度的速度旋轉(zhuǎn)，控制電路132被構(gòu)造成控制開(kāi)關(guān)電路134、 136和 138從外部功率源150斷開(kāi)裝置10。即，控制電路132經(jīng)由互連件142 將控制信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)電路134，以使得開(kāi)關(guān)電路134將互連件140從 互連件146斷開(kāi)且將互連件140與互連件144聯(lián)接。類(lèi)似地，控制電路 132經(jīng)由互連件154將控制信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)電路138,以使得開(kāi)關(guān)電路 138將互連件152從互連件146斷開(kāi)且將互連件152與互連件156聯(lián)接。 此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64 ^皮構(gòu)造成電,茲體的實(shí)施例中，控制 電路132經(jīng)由互連件162將控制信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)電路136,以使得開(kāi)關(guān) 電路136將互連件160從互連件146斷開(kāi)且將互連件160與互連件164 聯(lián)接。
由于環(huán)形環(huán)14在旋轉(zhuǎn)，永磁體26 (或永磁體112、 114)和推進(jìn)繞 組46形成發(fā)電才幾且經(jīng)由互連件140、開(kāi)關(guān)電路134和互連件144供應(yīng)電 功率給控制電路132。類(lèi)似地，由于環(huán)形環(huán)16在旋轉(zhuǎn)，永磁體56 (或 永磁體124、 126)和推進(jìn)繞組66形成發(fā)電才幾且經(jīng)由互連件152、開(kāi)關(guān) 電路138和互連件156供應(yīng)電功率給控制電路132?？刂齐娐?32經(jīng)由 互連件144、 156接收電功率，且經(jīng)由互連件166將功率再分配給運(yùn)載 工具功率和其它電路系統(tǒng)170?？刂齐娐?32被構(gòu)造成監(jiān)測(cè)并控制從環(huán) 形環(huán)14、 16提取的功率數(shù)量(經(jīng)由繞組46、 66),以將環(huán)形環(huán)14、 16 的凈角動(dòng)量維持在希望的數(shù)量。
運(yùn)載工具功率和其它電路系統(tǒng)170可以包括能夠通過(guò)由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生的電功率提供功率的任何類(lèi)型的電路。例如，運(yùn)載工具功率和其 它電路系統(tǒng)170可以包括電動(dòng)馬達(dá)、其它電氣運(yùn)載工具推進(jìn)和提升i殳備、 電氣儀器、計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)、照明器和顯示器、電表和類(lèi)似物。在一 個(gè)特定的實(shí)施例中，其它電路系統(tǒng)170包括通常在航空器中存在的電路, 例如推進(jìn)系統(tǒng)、通信儀器和系統(tǒng)、導(dǎo)航儀器和系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、全球定 位系統(tǒng)(GPS)、多功能顯示器(MPD)、和發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在 懸浮繞組為"主動(dòng)的"(即，被構(gòu)造成電磁體)的實(shí)施例中，控制電路 132也可以將電功率分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64,以分別以上文關(guān) 于圖2所述的方式維持環(huán)形環(huán)14、 16的懸浮。在懸浮繞組為"被動(dòng)的" 的實(shí)施例中，由懸浮繞組42、 44、 62、 64和相關(guān)的永磁體22、 24、 52、 54(或104、 106; 108、 110; 116、 118; 120、 122)協(xié)作產(chǎn)生的磁場(chǎng)引起的感應(yīng)電流產(chǎn)生懸浮力(即，磁性排斥力)，以將環(huán)形環(huán)14、 16維持 在懸浮位置。
在一些實(shí)施例中，控制電路132經(jīng)由傳感器174、 176監(jiān)測(cè)環(huán)形環(huán) 14、 16的旋轉(zhuǎn)速度，如果環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度降到預(yù)定最小旋轉(zhuǎn) 速度(例如，6000RPM)以下，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)給裝置10 (或由裝置10 提供功率的運(yùn)載工具)的操作者。報(bào)警信號(hào)通知操作者需要環(huán)形環(huán)14、 16的"再充電，，(即，使用外部功率源150提供功率給推進(jìn)繞組46、 66 以將環(huán)14、 16以預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn))。在這種情況下，控制電路132 可以;故構(gòu)造成從一些運(yùn)載工具功率和其它電路系統(tǒng)170去除功率，從而 為較高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備(例如驅(qū)動(dòng)馬達(dá))儲(chǔ)備功率。環(huán)形環(huán)14、 16可以 通過(guò)使用連接器148以上述方式將外部功率源150聯(lián)接到裝置而再充 電。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖9，提供功率給運(yùn)載工具的算法200 (由控制電路132 4丸行)以處理步驟202開(kāi)始。在處理步驟202之前，環(huán)形環(huán)14、 16是 靜止的或低于最小旋轉(zhuǎn)速度。因此，環(huán)形環(huán)14、 16(即，永磁體26、 56、 112、 114、 124、 126和推進(jìn)繞組46、 66)產(chǎn)生最小量的電功率或 不產(chǎn)生電功率。在處理步驟202中，控制電路132確定外部功率源150 是否聯(lián)接到裝置10。如上文關(guān)于圖8所述，外部功率源150可以經(jīng)由連 接器148聯(lián)接到裝置10。如果外部功率源150未聯(lián)接到裝置10,算法 200環(huán)回到處理步驟202。由此，算法200監(jiān)測(cè)外部功率源150到裝置 10的耳關(guān)接。
在懸浮繞組42、 44、 62、 64為"主動(dòng)的"(即，被構(gòu)造成電磁體) 的實(shí)施例中， 一旦控制電路132感測(cè)或確定外部功率源150已經(jīng)聯(lián)接到 裝置10，算法200前進(jìn)到處理步驟204。在處理步驟204中，懸浮繞組 42、 44、 62、 64被激勵(lì)以使得環(huán)形環(huán)14、 16經(jīng)由磁性吸引懸浮在環(huán)形 導(dǎo)4九34、 36中。為此，控制電^各132控制開(kāi)關(guān)電路136將來(lái)自外部功 率源150的電功率分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64。
算法200隨后前進(jìn)到處理步驟206，其中推進(jìn)繞組46、 66(即，電 磁體)被激勵(lì)以使得環(huán)形環(huán)14、 16經(jīng)由磁性吸引和排斥開(kāi)始運(yùn)動(dòng)(即 旋轉(zhuǎn))。為此，控制電路132控制開(kāi)關(guān)電路134、 138將來(lái)自外部功率源 150的電功率分配給推進(jìn)繞組46、 66。在懸浮繞組為"主動(dòng)的"的實(shí)施 例中，處理步驟204和206可以同時(shí)地或以任何先后順序進(jìn)行。例如，在激勵(lì)推進(jìn)繞組46、 66之前，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以短時(shí)期祐: 激勵(lì)?；蛘撸趹腋±@組42、 44、 62、 64為"被動(dòng)的"的實(shí)施例中(即， 當(dāng)永》茲體22、 24、 52、 54穿過(guò)懸浮繞組42、 44、 62、 64時(shí))，當(dāng)通過(guò) 永石茲體22、 24、 52、 54協(xié)作在其中感應(yīng)電流時(shí)，環(huán)形環(huán)14、 16經(jīng)由通 過(guò)繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生的磁場(chǎng)懸浮。在這種實(shí)施例中，裝置10包 括多個(gè)滑板、輪、或被構(gòu)造成支撐環(huán)形環(huán)14、 16而不懸浮的其它低摩 擦支撐機(jī)構(gòu)(即，在懸浮繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生足以懸浮環(huán)形環(huán)14、 16的磁場(chǎng)時(shí)刻之前)。此外，在裝置10包括冷卻系統(tǒng)172的實(shí)施例中， 在處理步驟206中，控制電路132可以將來(lái)自外部功率源150的功率隨 后或與推進(jìn)繞組46、 66的激勵(lì)同時(shí)分配給冷卻系統(tǒng)172。
在處理步驟208中，控制電路132確定環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度 是否等于或大于預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度。為此，控制電路132分別從傳感器 174、 176接收表示環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)信號(hào)。控制電路132 將環(huán)形環(huán)14、 16的測(cè)定旋轉(zhuǎn)速度與預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度比較。在一些實(shí) 施例中，預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度可以從大約6,000RPM到大約85,000RPM。 然而，取決于裝置10的具體應(yīng)用，預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度可以變化。無(wú)論 如何，如果環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)速度低于預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度，算法200 環(huán)回到處理步驟204 (和處理步驟206,在一些實(shí)施例中)，其中推進(jìn)繞 組46、 66 (和懸浮繞組42、 44、 62、 64)使用外部功率源150激勵(lì)。 由此，算法200經(jīng)由主動(dòng)的或感應(yīng)的磁性懸浮力維持環(huán)形環(huán)14、 16的 磁性懸浮，且繼續(xù)旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)14、 16直到達(dá)到預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度。
在處理步驟208中， 一旦確定環(huán)形環(huán)14、 16以等于或大于預(yù)定操 作旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，算法200前進(jìn)到處理步驟210。此外，在一些實(shí)施例 中，裝置10和/或裝置IO聯(lián)接到其上的運(yùn)載工具的操作者被通知環(huán)形環(huán) 14、 16被"充電，，或以等于或高于預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在處理步驟 210中，算法200確定外部功率源150是否已經(jīng)從裝置IO斷開(kāi)。如果沒(méi) 有，算法200環(huán)回到處理步驟204 (和處理步驟206)以維持環(huán)形環(huán)14、 16的磁性懸浮和旋轉(zhuǎn)。然而，如果算法200確定外部功率源150已經(jīng)成 功地從裝置10斷開(kāi)，算法200前進(jìn)到處理步驟212。在一些實(shí)施例中， 如果算法200確定在達(dá)到希望的旋轉(zhuǎn)速度之前外部功率源150已經(jīng)斷 開(kāi)，算法200環(huán)回到處理步艱A 202。
在處理步驟212中，環(huán)形環(huán)14、 16的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能(即，電功率)。為此，控制電路132分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路134、 138將互連件140與互連件144聯(lián)接和將互連件152與互連件156聯(lián)接。由于環(huán)形環(huán)14在旋轉(zhuǎn)，永磁體26 (或112和114)與推進(jìn)繞組46協(xié)作形成發(fā)電機(jī)，且經(jīng)由互連件140和144將一定量的電功率供應(yīng)給控制電路132。類(lèi)似地，由于環(huán)形環(huán)16在旋轉(zhuǎn)，永磁體56 (或124和126 )與推進(jìn)繞組66協(xié)作形成發(fā)電機(jī)，且經(jīng)由互連件152和156將一定量的電功率供應(yīng)給控制電路132。繼而，控制電路132分配電功率。具體而言，在處理步驟214中，控制電路132將一部分電功率分配給運(yùn)載工具功率和其它電路系統(tǒng)170。為此，控制電路132經(jīng)由互連件166將由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生的電功率的一部分供應(yīng)或分配給運(yùn)載工具功率和其它電路系統(tǒng)170。
在處理步驟216中，控制電路132維持環(huán)形環(huán)14、 16的懸浮。在懸浮繞組42、 44、 62、 64為"主動(dòng)的"(即，；陂構(gòu)造成電磁體)的實(shí)施例中，算法200通過(guò)將處理步驟212中產(chǎn)生的一部分電能分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64維持環(huán)形環(huán)14、 16的懸浮。為此，控制電路132控制開(kāi)發(fā)電路136將互連件160聯(lián)接到互連件164。由此，控制電路132通過(guò)經(jīng)由互連件164、開(kāi)關(guān)電路136和互連件160將由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生的電功率的一部分供應(yīng)或分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64而提供電功率?；蛘?，在懸浮繞組為"被動(dòng)的"的實(shí)施例中，在處理步驟216中，響應(yīng)于經(jīng)由由永i茲體22、 24、 52、 54的通過(guò)感應(yīng)的電流，環(huán)形環(huán)14、16的懸浮通過(guò)由懸浮繞組42、 44、 62、 64產(chǎn)生的磁場(chǎng)維持。
在一些實(shí)施例中，算法200包括處理步驟217,其中環(huán)形環(huán)14、 16被控制。例如，在處理步驟217中，控制系統(tǒng)132監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)環(huán)形環(huán)14、16的角速度，使得凈角動(dòng)量維持在可忽略的數(shù)量。例如，在處理步驟212中轉(zhuǎn)換的動(dòng)能的數(shù)量可以改變從而改變環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度。在其它實(shí)施例中，例如裝置10用于航空器的實(shí)施例中，凈角動(dòng)量可用作偏航控制。即，環(huán)形環(huán)14、 16的一個(gè)或二者的旋轉(zhuǎn)速度可以調(diào)節(jié)，使得運(yùn)載工具(例如航空器)的取向通過(guò)建立足夠的凈角動(dòng)量控制。此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64是"主動(dòng)的"的實(shí)施例中，處理步驟217中，供應(yīng)給懸浮繞組42、 44、 62、 64的電壓可以調(diào)節(jié)，>^人而控制環(huán)14、 16在導(dǎo)軌34、 36中的對(duì)準(zhǔn)。
在處理步驟218中，算法200確定環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度是否大于預(yù)定的最小旋轉(zhuǎn)速度。由于隨著旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，環(huán)形環(huán)14、
2416將逐漸放慢，在處理步驟218中，環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度^皮確定且與最小旋轉(zhuǎn)速度比較。為此，控制電路132分別從傳感器174、 176接收表示環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)信號(hào)?？刂齐娐?32將環(huán)形環(huán)的測(cè)定旋轉(zhuǎn)速度與預(yù)定最小旋轉(zhuǎn)速度比較。在一些實(shí)施例中，預(yù)定最小旋轉(zhuǎn)速度可以從大約5,000RPM到大約10,000RPM。然而，取決于具體應(yīng)用，預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度可以變化。
在處理步驟218中，如果確定環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)速度大于最小旋轉(zhuǎn)速度，算法200環(huán)回到處理步驟212、 214、 216(和217),其中，電功率被產(chǎn)生且分配，并維持環(huán)形環(huán)14、 16的懸浮。然而，如果確定環(huán)形環(huán)14、 16的旋轉(zhuǎn)速度小于最小旋轉(zhuǎn)速度，算法200前進(jìn)到處理步驟220，其中，裝置IO或裝置10聯(lián)接到其上的運(yùn)載工具(例如航空器)的操作者被報(bào)警。操作者可經(jīng)由視覺(jué)、可聽(tīng)得見(jiàn)的、或可觸知的指示器報(bào)警。例如，在一些實(shí)施例中，點(diǎn)亮光以警告操作者環(huán)形環(huán)14、 16以低于預(yù)定最小操作旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。附加地或替代性地，可以觸發(fā)可聽(tīng)到的喇叭或蜂鳴器以吸引操作者的注意。由此，操作者被警告能夠產(chǎn)生的電功率數(shù)量低于希望的水平且操作者相應(yīng)地行動(dòng)(例如，著陸航空器)?；蛘撸谝恍?shí)施例中，控制電路132可以被構(gòu)造成自動(dòng)地開(kāi)始正確的響應(yīng)，例如著陸航空器。在處理步驟220中， 一旦操作者被報(bào)警，算法200前進(jìn)到處理步驟222，其中算法200確定環(huán)形環(huán)14、16的旋轉(zhuǎn)速度是否為O或大約為0。即，控制電路132經(jīng)由傳感器174、176確定環(huán)形環(huán)14、 16是否已經(jīng)放慢到靜止或接近靜止的狀態(tài)。如果環(huán)形環(huán)14、 16仍以某旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，算法200環(huán)回到處理步驟212、 214和216，使得旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)的全部或幾乎全部可利用的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能(即電功率)。然而，如果環(huán)形環(huán)14、 16已經(jīng)放慢到靜止或接近靜止的狀態(tài)，算法200環(huán)回到處理步驟202,其中算法200等待或暫停，直到外部功率源150再次聯(lián)接到裝置IO以對(duì)環(huán)形環(huán)14、 16進(jìn)行"再充電"。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些實(shí)施例中，裝置10可用作主功率源以提供電功率給運(yùn)載工具和/或用作穩(wěn)定設(shè)備以提供穩(wěn)定效應(yīng)給運(yùn)載工具。參見(jiàn)圖10和U,在一個(gè)這種實(shí)施例中，導(dǎo)管風(fēng)扇力元空器300包括作為主功率源的裝置10。如圖10所示，航空器300具有大致圓形的頂部截面且包括居中的機(jī)身302。多個(gè)操作者和乘客座位304位于機(jī)身302內(nèi)。蓋306覆蓋機(jī)身302的頂部。航空器300也包括轉(zhuǎn)子葉片區(qū)308。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310位于轉(zhuǎn)子葉片區(qū)308內(nèi)?？煽氐娜~輪導(dǎo)管311覆蓋轉(zhuǎn)子葉片區(qū)308 的頂部同時(shí)提供空氣通道以通過(guò)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310收集或運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片 區(qū)308?？煽氐娜~輪管道系統(tǒng)312覆蓋轉(zhuǎn)子葉片區(qū)308的底部同時(shí)提供 空氣通道以通過(guò)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310從轉(zhuǎn)子葉片區(qū)308排出或運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)子葉 片區(qū)308。在操作期間，可控的葉輪管道系統(tǒng)312也提供對(duì)航空器的橫 向和旋轉(zhuǎn)控制。葉輪管道系統(tǒng)311和312可以控制至閉合狀態(tài)，使得系 統(tǒng)311和312形成實(shí)心或大致實(shí)心的翼片，所述翼片在向前運(yùn)動(dòng)期間提 供升力給航空器。
如圖12和13所示，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310包括頂部轉(zhuǎn)子314和底部轉(zhuǎn)子316。 每個(gè)轉(zhuǎn)子314、 316包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片318。如圖所示，每個(gè)轉(zhuǎn)子314、 316包括6個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，但在其它實(shí)施例中，可以使用具有更多或更少 轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子314、 316彼此同軸地定位，當(dāng)供以功率時(shí)，以 相反的方向旋轉(zhuǎn)，使得由轉(zhuǎn)子314、 316產(chǎn)生的凈角動(dòng)量最小。轉(zhuǎn)子314、 316彼此豎直地隔開(kāi)，以減少或最小化紊流能量損失。在一個(gè)實(shí)施例中， 轉(zhuǎn)子314、 316以大約18英寸或更大的距離豎直隔開(kāi)。如圖所示，轉(zhuǎn)子 314、 316通過(guò)線性感應(yīng)馬達(dá)(LIM)提供功率。然而，在其它實(shí)施例中， 轉(zhuǎn)子314、 316可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)提供功率。除了提供豎直 推力之外，在一些實(shí)施例中，各個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)子葉片318可用于提供方向推 力。在這種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片318可共同控制(例如，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片 318的俯仰一致地調(diào)節(jié))或循環(huán)地控制(例如，取決于其在旋轉(zhuǎn)平面的 位置，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片318的俯仰有選擇地控制)。此外，在一些實(shí)施例 中，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片318的遠(yuǎn)端經(jīng)由磁性懸浮的徑向軸承(未示出)可滑 動(dòng)地聯(lián)接到框架的外部。在其它實(shí)施例中，航空器300可以包括用于推 進(jìn)的附加的轉(zhuǎn)子或其它裝置，以提供方向控制和/或水平推力。
如圖所示，航空器300包括位于環(huán)形導(dǎo)軌(例如，環(huán)形殼體12)中 的兩個(gè)環(huán)形環(huán)(例如，環(huán)形環(huán)14、 16)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它 實(shí)施例中，航空器300可以包括任何數(shù)量的環(huán)形環(huán)。典型地，使用偶數(shù) 個(gè)環(huán)形環(huán)，使得環(huán)形環(huán)可以被構(gòu)造成產(chǎn)生最小的凈角動(dòng)量。此外，環(huán)形 環(huán)可用于在旋轉(zhuǎn)時(shí)給航空器300提供穩(wěn)定性。如圖12和13所示，環(huán)形 殼體12定位為使得殼體12環(huán)繞機(jī)身302。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖12所 示，環(huán)形殼體12朝航空器300的外周邊定位。在該實(shí)施例中，環(huán)形殼 體12可以具有大約28英尺的直徑。然而，在其它實(shí)施例中，如圖13
26所示，環(huán)形殼體12朝機(jī)身302的外周邊定位。在該實(shí)施例中，環(huán)形殼 體12可以具有例如大約8英尺的直徑。
航空器300也包括控制系統(tǒng)130(關(guān)于圖8和9圖示和描述)，以控 制環(huán)形環(huán)14、 16的操作。因此，航空器300聯(lián)接到外部功率源150,其 最初提供功率給推進(jìn)繞組46、 66以磁性地旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)14、 16,且在一 些實(shí)施例中提供功率給懸浮繞組42、 44、 62、 64以磁性地懸浮環(huán)形環(huán) 14、 16,如上文關(guān)于圖8和9所討論的。為了最小化旋轉(zhuǎn)時(shí)由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生的凈角動(dòng)量，環(huán)形環(huán)14、 16以相反的方向和大致相同的旋轉(zhuǎn)速 度旋轉(zhuǎn)。 一旦環(huán)形環(huán)14、 16以預(yù)定操作旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，外部功率源150 可以從航空器300斷開(kāi)。如上文關(guān)于圖8和9所討論的，在環(huán)形環(huán)14、 16旋轉(zhuǎn)時(shí)，推進(jìn)繞組46、 66和永》茲體26、 56 (或112、 114和124、 126) 構(gòu)成發(fā)電機(jī)。由環(huán)形環(huán)14、 16產(chǎn)生的電功率分配給運(yùn)載工具功率和其 它電路系統(tǒng)170,且在一些實(shí)施例中分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64。 例如，所產(chǎn)生的電功率的一部分由控制電路132提供給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310以 使航空器300運(yùn)動(dòng)。航空器300示例性地為豎直起落(VTOL)航空器。 因此，在起飛期間，電功率提供給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)310，引起轉(zhuǎn)子314、 316旋 轉(zhuǎn)至足夠的旋轉(zhuǎn)速度，使得轉(zhuǎn)子葉片提供足以升高航空器300的豎直推 力。 一旦升高，航空器310的方向可經(jīng)由空氣管道系統(tǒng)312控制。即， 空氣管道系統(tǒng)312的多個(gè)獨(dú)立葉片是可控的，以允許通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片區(qū) 308的空氣流的受控排出。由此，航空器300的方向推進(jìn)可以經(jīng)由轉(zhuǎn)子 系統(tǒng)310和空氣管道系統(tǒng)312的控制實(shí)現(xiàn)。附加地或替代性地，環(huán)形環(huán) 14、 16的旋轉(zhuǎn)速度可以被控制或修正，使得凈角運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向力給航空 器300。此外，在一些實(shí)施例中，航空器300包括其它轉(zhuǎn)子、推進(jìn)器、 渦輪機(jī)、或其它推力設(shè)備，以提供方向控制和/或推力給航空器。在該實(shí) 施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子314、 316的速度減少或停止時(shí)，空氣管道系統(tǒng)311、 312 可以部分或全部封閉，使得航空器的形狀基于由附加的推力設(shè)備提供的 向前推進(jìn)力提供升力。航空器300以這種方式操作，直到環(huán)形環(huán)14、 16 放慢到或低于最小旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度。在該時(shí)刻后，航空器300可以 著陸，且環(huán)形環(huán)14、 16使用外部功率源150 "再充電"。
雖然在附圖和前述說(shuō)明書(shū)中，本公開(kāi)已經(jīng)詳細(xì)地圖示和描述，該圖 示和描述應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是示范性的而不是限定性的，應(yīng)當(dāng)理解的是，僅顯示 和描述示例性的實(shí)施例，且希望落入本公開(kāi)精神內(nèi)的所有修改和變型被
27保護(hù)。
根據(jù)本文所述的裝置、系統(tǒng)和方法的各種特征產(chǎn)生本公開(kāi)的多個(gè)優(yōu) 勢(shì)。應(yīng)當(dāng)注意到，不包括所描述的所有特征的本公開(kāi)的裝置、系統(tǒng)和方 法的替代性實(shí)施例仍然受益于該特征的至少一些優(yōu)勢(shì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員 設(shè)計(jì)自身的實(shí)施例，所述實(shí)施例包含本發(fā)明一個(gè)或更多特征的裝置、系 統(tǒng)和方法，且落入所附權(quán)利要求限定的本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提供功率給運(yùn)載工具的裝置，所述裝置包括限定環(huán)形腔的殼體；位于環(huán)形腔內(nèi)的環(huán)形環(huán)，所述環(huán)形環(huán)具有磁性材料；和推進(jìn)繞組，其與所述殼體聯(lián)接且被構(gòu)造成響應(yīng)于第一功率信號(hào)在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，以使環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組被構(gòu) 造成在環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)與磁性材料協(xié)作以產(chǎn)生一定量的電功率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組被構(gòu) 造成提供電功率給其它電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 本上呈圓形的橫截面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 于標(biāo)準(zhǔn)氣壓的內(nèi)壓力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 纖維復(fù)合材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 約3英尺到大約50英尺的外徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 約1英寸到大約6英寸的橫截面直徑，
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，7JC磁體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置 環(huán)形環(huán)內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置 爾貝克陣列的一部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置 金制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 與環(huán)形環(huán)聯(lián)接的粉末磁性材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，超導(dǎo)電》茲體。其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于，所述環(huán)形腔具有基 所述環(huán)形腔具有小 所述環(huán)形環(huán)包括碳 所述環(huán)形環(huán)具有大 所述環(huán)形環(huán)具有大 所述磁性材料包括 所述永》茲體嵌入在所述7JC;茲體形成海所述永/f茲體由鑭合所述磁性材料包括 所述推進(jìn)繞組包括
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組包括至少一個(gè)線圈。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組由鈮合金制成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁性材料的至少部分位于由所述推進(jìn)繞組的至少一部分所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的至少一部分內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組形成馬達(dá)-發(fā)電才幾的一部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率信號(hào)為交流信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所迷第一功率信號(hào)提供功率給推進(jìn)繞組的第一部分的時(shí)長(zhǎng)為第一時(shí)間周期，而提供功率給推進(jìn)繞組的第二部分的時(shí)長(zhǎng)為第二時(shí)間周期。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組被構(gòu)造成在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而使環(huán)形環(huán)以大約10,000轉(zhuǎn)每分鐘到大約85,000轉(zhuǎn)每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括被構(gòu)造成產(chǎn)生所述第一功率信號(hào)的控制電路。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述控制電路被構(gòu)造成使用外部功率源來(lái)產(chǎn)生所述第 一功率信號(hào)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，還包括與所述殼體和控制電路聯(lián)接的傳感器，所述傳感器產(chǎn)生表示環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)信號(hào)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述控制電路被構(gòu)造成響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)第一功率信號(hào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括被構(gòu)造成冷卻所述推進(jìn)繞組的冷卻系統(tǒng)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括懸浮繞組，所述懸浮繞組與所述殼體聯(lián)接且被構(gòu)造成在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)以使環(huán)形環(huán)懸浮。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述懸浮繞組包括被構(gòu)造成響應(yīng)于第二功率信號(hào)產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁體。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述懸浮繞組包括具有多個(gè)平行縫槽的疊層材料。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述懸浮繞組形成絞合線梯線。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述殼體包括延伸到所述環(huán)形腔內(nèi)的突起，所述懸浮繞組與所述突起聯(lián)接。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述殼體包括延伸到所述環(huán)形腔內(nèi)的突起，所述推進(jìn)繞組與所述突起聯(lián)接。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述運(yùn)載工具為航々突
34. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述環(huán)形環(huán)包括內(nèi)部腔。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述推進(jìn)繞組被構(gòu)造成產(chǎn)生用于所述運(yùn)載工具的推力裝置的功率。
36. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述環(huán)形環(huán)被構(gòu)造成增加環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述運(yùn)載工具的穩(wěn)定性。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括用于穩(wěn)定所述運(yùn)載工具的裝置。
38. —種用于運(yùn)載工具的功率源，所述功率源包括限定第 一 環(huán)形腔和第二環(huán)形腔的殼體；第 一環(huán)形環(huán)，其位于所述第 一環(huán)形腔內(nèi)且具有聯(lián)接到其上的第 一磁性材料；第一推進(jìn)繞組，其與所述殼體聯(lián)接，且被構(gòu)造成響應(yīng)于第一功率信號(hào)在第 一環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生第 一交變磁場(chǎng)以使所述第 一環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)；第二環(huán)形環(huán)，其位于所述第二環(huán)形腔內(nèi)且具有聯(lián)接到其上的第二磁性材料；和第二推進(jìn)繞組，其與所述殼體聯(lián)接，且被構(gòu)造成響應(yīng)于第二功率信號(hào)在第二環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生第二交變磁場(chǎng)以使所述第二環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)；
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)形環(huán)包括第一豎直軸線，且所述第二環(huán)形環(huán)包括第二豎直軸線，所述第一和第二豎直軸線基本上對(duì)準(zhǔn)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一推進(jìn)繞組包括第一電磁體，所述第一電磁體被構(gòu)造成產(chǎn)生第 一交變磁場(chǎng)以將第一環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)至第一旋轉(zhuǎn)速度，所迷第二推進(jìn)繞組包括第二電磁體，所述第二電磁體被構(gòu)造成產(chǎn)生第二交變磁場(chǎng)以將第二環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)至第二旋轉(zhuǎn)速度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二旋轉(zhuǎn)速度大致相等。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二旋轉(zhuǎn)速度為大約45,000轉(zhuǎn)每分鐘到大約85,000轉(zhuǎn)每分鐘。
43. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，還包括被構(gòu)造成產(chǎn)生所述第一和第二功率信號(hào)的控制電路。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述控制電路被構(gòu)造成控制所述第一和第二環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度，使得所述第一和第二環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生預(yù)定的凈角動(dòng)量。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述控制電路被構(gòu)造成使用外部功率源產(chǎn)生所述第一和笫二功率信號(hào)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，還包括(i) 第一懸浮繞組，其與所述殼體聯(lián)接，且被構(gòu)造成在所述第一環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)以使所述第一環(huán)形環(huán)懸?。缓?ii) 第二懸浮繞組，其與所述殼體聯(lián)接，且被構(gòu)造成在所述第二環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)以使所述第二環(huán)形環(huán)懸浮。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的裝置，其特征在于，所述第一懸浮繞組包括第一電磁體，所述第一電磁體被構(gòu)造成響應(yīng)于第三功率信號(hào)產(chǎn)生所述第一磁場(chǎng)，所述第二懸浮繞組包括第二電磁體，所述第二電磁體被構(gòu)造成響應(yīng)于第四功率信號(hào)產(chǎn)生所述第二磁場(chǎng)。
48. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二懸浮繞組由具有多個(gè)平行縫槽的疊層材料制成。
49. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二環(huán)形腔中的每 一 個(gè)都具有小于標(biāo)準(zhǔn)氣壓的內(nèi)壓力。
50. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一磁性材料包括第 一永磁體，所述第二磁性材料包括第二永磁體。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二永磁體由鑭合金制成。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，所述笫一和第二永磁體中的至少一個(gè)形成海爾貝克陣列的一部分。
53. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，第一和第二推進(jìn)繞組由鈮合金制成。
54. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二功率信號(hào)為交流信號(hào)。
55. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，還包括與所述殼體和控制電路聯(lián)接的第一傳感器和第二傳感器，所迷第一傳感器產(chǎn)生表示所述第一環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度的第一數(shù)據(jù)信號(hào)，所述第二傳感器產(chǎn)生表示所述第二環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度的第二數(shù)據(jù)信號(hào)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述運(yùn)載工具為航空器。
57. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二環(huán)形環(huán)被構(gòu)造成在所述第一和笫二環(huán)形環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)為所述運(yùn)載工具提供穩(wěn)定性。
58. —種提供功率給運(yùn)載工具的方法，所述方法包括以下步驟在環(huán)形腔內(nèi)使環(huán)形環(huán)懸浮，所述環(huán)形環(huán)具有與其聯(lián)接的磁性材料；對(duì)繞組進(jìn)行激勵(lì)，以將環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的操作旋轉(zhuǎn)速度；和在所述環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)所述磁'性材料和所述繞組的協(xié)作產(chǎn)生電功率。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，使環(huán)形環(huán)懸浮包括以電磁方式使所述環(huán)形環(huán)懸浮。
60. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生電功率包括以電J茲方式產(chǎn)生電功率。
61. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，還包括在所述環(huán)形腔內(nèi)建立真空的步驟。
62. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述磁性材料包括永磁體。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，所述永磁體形成海爾貝克陣列的一部分。
64. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述磁性材料包括與所述環(huán)形環(huán)聯(lián)接的粉末磁性材料。
65. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，對(duì)所述繞組進(jìn)行激勵(lì)包括對(duì)電》茲體進(jìn)4亍激勵(lì)。
66. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，對(duì)所述繞組進(jìn)行激勵(lì)包括在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
67. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，對(duì)所述繞組進(jìn)行激勵(lì)包括對(duì)繞組的第一部分激勵(lì)第一時(shí)間周期，對(duì)繞組的第二部分激勵(lì)第二時(shí)間周期。
68. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，預(yù)定的操作旋轉(zhuǎn)速度為大約45,000轉(zhuǎn)每分鐘到大約85,000轉(zhuǎn)每分鐘。
69. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)所述環(huán)形環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。
70. 根據(jù)權(quán)利要求58所迷的方法，其特征在于，還包括冷卻所述繞組的步驟。
71. 根據(jù)權(quán)利要求58所迷的方法，其特征在于，所述運(yùn)載工具是航空器。
72. —種航空器，包括機(jī)身；環(huán)繞所述機(jī)身且限定了環(huán)形腔的殼體；環(huán)形環(huán)，位于所述環(huán)形腔內(nèi)且具有與其聯(lián)接的磁性材料；推進(jìn)繞組，與所述殼體聯(lián)接且被構(gòu)造成響應(yīng)于第一功率信號(hào)在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)以使環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)，或在所述環(huán)形環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)與所述磁性材料協(xié)作產(chǎn)生電功率；懸浮繞組，與所述殼體聯(lián)接且被構(gòu)造成產(chǎn)生磁場(chǎng)，以使所迷環(huán)形環(huán)懸浮在所述環(huán)形腔內(nèi)；與所述機(jī)身聯(lián)接的第 一多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；用于旋轉(zhuǎn)所述第一多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的裝置；和被構(gòu)造成產(chǎn)生功率信號(hào)的控制電路。
73. 根據(jù)權(quán)利要求72所述的航空器，其特征在于，還包括(i) 與所述機(jī)身聯(lián)接的第二多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；和(ii) 用于以與第 一多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向相反的方向來(lái)旋轉(zhuǎn)所述第二多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的裝置。
74. —種用于運(yùn)載工具的電功率源，所述電功率源包括環(huán)形環(huán)；用于懸浮所述環(huán)形環(huán)的裝置；用于旋轉(zhuǎn)所述環(huán)形環(huán)的裝置，以在所述環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生 一 定量的動(dòng)能；和用于將所述環(huán)形環(huán)的所述一定量的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。
75. 根據(jù)權(quán)利要求74所述的電功率源，其特征在于，所述用于懸浮環(huán)形環(huán)的裝置包括懸浮繞組，所述用于旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)的裝置包括推進(jìn)繞組。
76. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電功率源，其特征在于，所述懸浮繞組和所述推進(jìn)繞組各包括至少一個(gè)電磁體。
77. —種運(yùn)載工具，包括用于提供功率給所述運(yùn)載工具的裝置；和用于穩(wěn)定所述運(yùn)載工具的裝置。
78. 根據(jù)權(quán)利要求77所述的運(yùn)載工具，其特征在于，所述用于提供功率給所述運(yùn)載工具的裝置包括推進(jìn)繞組。
79. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的運(yùn)載工具，其特征在于，所述用于穩(wěn)定所述運(yùn)載工具的裝置包括環(huán)形環(huán)。
全文摘要
一種用于運(yùn)載工具的功率源，包括位于殼體(12)內(nèi)的至少一個(gè)環(huán)形環(huán)(14、16)。所述環(huán)形環(huán)(14、16)包括磁性材料，例如永磁體(22、24、26、52、54、56)。所述環(huán)形環(huán)(14、16)在所述殼體(12)內(nèi)磁性地懸浮。推進(jìn)繞組(46、66)與所述殼體(12)聯(lián)接，且經(jīng)由功率信號(hào)激勵(lì)以使環(huán)形環(huán)(14、16)運(yùn)動(dòng)。一旦運(yùn)動(dòng)，所述磁性材料和所述推進(jìn)繞組(46、66)協(xié)作產(chǎn)生電功率和/或提供穩(wěn)定效應(yīng)給所述運(yùn)載工具。在一些應(yīng)用中，例如在航空器(300)應(yīng)用中，可以使用且以相反的方向旋轉(zhuǎn)兩個(gè)或更多的環(huán)形環(huán)(14、16)，從而產(chǎn)生預(yù)定的凈角動(dòng)量。
文檔編號(hào)H02K7/09GK101496260SQ200680042987
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者E·索博塔, W·A·巴斯蒂安二世 申請(qǐng)人:巴斯蒂安家族控股公司