磁驱动系统和方法_2

文档序号:9583454阅读:来源:国知局
限定由离该区域最近的极各自支配的极域。
[0043]在操作中,旋转组件41的磁场操作性地成形,并且横向且大体在短(短的)轴的方向上与振荡组件43的磁场以压缩方式接合。这种配置诱导这些场主要穿过长(长的)轴扩展,从而使旋转组件41旋转。振荡组件43交替地在相异极域中压缩椭圆体状磁场的体积,这引导磁场扩展力矢量以便诱导平滑的磁耦合和混合的极连续性以及旋转组件41的连续的360度旋转或一个往复组件的连续的线性运动,这取决于操作模式。
[0044]旋转组件和振荡组件各自具有至少一个磁性部件,或优选地产生磁场的一群相配的形状和大小的磁性部件。这些磁性部件彼此相邻地安装,其中磁场处于各种程度的压缩和扩展相互作用。以此方式,磁场密度增加并且这些场被增强、成形并且有利地改变。磁场在特定位置处形成为高强度突出部、凸起以及伸长,以增强在这些组件之间的磁耦合,以便以类似于齿轮齿的方式传送动力,并且进一步增加该旋转组件的速度和转矩或降低振荡转矩需求。
[0045]在旋转组件与振荡组件的磁场之间的压缩接合在这些组件之间诱导磁耦合,该磁耦合在它们之间传送动力,但是没有物理材料接合。这些组件中任一个的动力移动传递至其相应接合的磁性部件,并且其后通过其间的磁耦合诱导另一组件的对应移动。另外,旋转组件41的一部分动能通过所形成的磁场耦合传送至振荡组件43。在所发射的相应磁场之间的磁耦合消除了在两个组件之间的机械连接和所导致的物理零件磨损、以及在通电和需要动力的部件的物理连接中极为常见的摩擦损失。
[0046]如在示例性附图中所描绘的,振荡组件43的一个模式枢转或平移地接合至一个框架或其他支架,以便在振荡移动过程中从接合场的一个极域至另一个极域交替地转移磁场体积压缩。振荡组件43可通过任何标准联接件(如与一个马达或发动机或用于工作的其他动力源可操作地接合的一个滑块曲柄、苏格兰轭、或凸轮机构)联接到一个通电驱动上。因此处于在此示出的模式的振荡组件43驱动与输入力的装置可操作地接合,该力来自从一个可调速AC或DC电动马达传送的动力,然而,可任选地采用其他等效物,如气动式、液压式、或电动线性致动器驱动。
[0047]旋转组件41被适配用于传送可由设备和装置(如一个栗或发电机)采用来做功的动力旋转。由旋转组件41驱动的通电设备的输出的一部分优选被路由以便有助于给振荡器驱动的振荡提供动力。由旋转组件41驱动的一个发电机的输出电流的一部分例如可通过一个开关被路由至该振荡器驱动。
[0048]另外,该振荡器驱动被适配成连接到有用的设备和装置上。通过形成的磁耦合返回振荡组件41的旋转组件41的动能可有助于驱动连接到振荡组件43上的有用设备。
[0049]可操作地接合至一个或多个磁性部件的至少一个线性梭动件被任选地采用来在一个极连续性部件中穿梭磁场,类似于振荡组件43的运动。该梭动件可由任何常见的线性运动装置驱动,如一个线性致动器、螺线管、气压缸、或液压缸。该线性梭动件在相反的极域中交替地提供磁场压缩,从而诱导磁场扩展力矢量,这些力矢量使该披露装置的极连续性部件中的旋转组件41旋转。
[0050]该披露装置的磁场部件优选为永磁体、电磁体、或各自的组合。电磁体可在旋转过程中通过连接到旋转组件41上的一个滑动装置接收电流。供应至这些电磁体的电流通过一个控制器顺序地激活或去激活,以便向磁场供能,以诱导和引导用于连续旋转或线性运动的扩展力矢量。在在此披露的装置10和方法的振荡和旋转组件中,电磁体任选地与永磁体结合使用。
[0051]在此的系统和方法的旋转组件41和振荡组件43在所有模式中处于任何方向取向,并且被适配成可调节地朝向或远离彼此,以便增大或减小在这些组件之间的磁场耦合的强度。
[0052]来自测试的经验数据证实,使振荡组件43循环所需的力保持基本上相同,无论附接到旋转组件41上的负载如何,最高至在两者之间产生磁耦合的磁场的强度。这个测试确立了磁场穿过长(长的)轴的体积扩展限定用于驱动旋转组件41的装置。使振荡组件43循环所需的力随着旋转组件41的速度增加而减少,这是由通过在它们之间的场的磁耦合从旋转组件41转移至振荡组件43的动能造成的。
[0053]如在附图的图1中进一步示出的,极连续性的概念性原理连同在此披露的装置10和方法的一个示例性模式的基本部件一起描绘,该示例性模式被适配成用于引导磁场扩展力矢量,以便诱导部件的磁耦合中的连续旋转运动。如图1所示,各自具有用于产生椭圆体状磁场6和8的一个形状的一个旋转组件41和一个振荡组件43被可操作地定位,以用于由投射磁场与另一个投射磁场的联通或压缩造成的磁耦合。椭圆体状场6和8为清楚起见横截面示出为椭圆形,但是形状可以从大体椭圆变化。磁性部件5和7将被成形以便产生此类椭圆场,并且当前被定位在旋转组件41上,它们的长轴彼此垂直,或如果不垂直,那么至少使得轴线横越彼此延伸。
[0054]图1的旋转组件41具有发射相应的旋转磁场6和8的相邻的磁性部件5和7。磁性部件5和7安装在一个支架11上,该支架包括可联接到一个需要动力的装置12 (如一个栗或发电机)上用于做功的一个旋转接合的输出轴11a。旋转磁场6和8可操作地定位,以便以彼此排斥极性的联通或压缩方式使它们相应的磁场联通,这形成凸出的高强度区域9。压缩增加旋转磁场6和8的密度,这促进这些场的力量和强度。此外,在旋转磁场6与8之间的压缩和扩展关系的组合用于改变这些场的形状,以便增强在旋转组件场6与8之间实现的磁耦合,其中所描绘的磁耦合阶段中的振荡组件磁场2在操作上类似于齿轮齿在部件之间传送动力。此外,增加的强度提供旋转组件41的速度和转矩的成比例增加。旋转磁场意指从在一个支座上与一个旋转组件41接合的一个磁性部件发射的磁场,并且振荡磁场2意味着,从接合至一个振荡组件43的一个磁性部件发射的磁场。
[0055]振荡组件43具有提供磁场2的一个或优选多个磁性部件1。磁性部件1彼此相邻地安装,它们相应的振荡磁场2处于联通或压缩用于增加强度。磁性部件1任选地被安装处于排斥和吸引极性二者的安排,以便增强这些场的形状和进一步增加场强度。磁性部件1与用于枢转移动的装置,如与两个轴3接合。这些轴3中的一个由一个振荡驱动4驱动。振荡组件43被适配成具有约束旋转运动的支架(为清楚起见在图1中未示出)。
[0056]如图所示,旋转组件41的椭圆体状磁场6、8和振荡组件43的椭圆体状磁场2各自具有一个短轴、一个长轴、以及位于该长轴最末端的极。平衡位置居中处于该长轴的最末端之间。平衡位置居中处于这些极之间。
[0057]每个磁场在远离这个平衡点的任何方向上具有不平衡区域,这些区域限定各自由离该区域最近的极支配的极域。旋转组件的磁场横向且大体在短(短的)轴的方向上与振荡组件43的磁场以压缩方式接合,由此诱导这些场主要穿过长(长的)轴扩展,从而使该旋转组件41旋转。振荡组件43在不同的极域中交替地压缩椭圆体状磁场的体积,这引导磁场扩展力矢量,以便诱导在这两个磁场之间的磁耦合和一个平滑、混合的极连续性以及该旋转组件的连续的360度旋转。
[0058]图1进一步示出5、10、15、以及20度的振荡组件移动以及从顶部看逆时针的对应的45、90、135、以及180度的旋转组件移动。在20度振荡和180度旋转位置处,振荡组件43倒转方向且返回0度起始位置,在该过程中,旋转组件41继续在从顶部看逆时针180度的方向上推进,完成旋转组件41的360度旋转。
[0059]振荡与旋转的前述比率是已经发现是由于这些场的椭圆形状造成的一个实际测试结果,这些场的椭圆形状提供压缩(通过短(短的)轴的方式)与扩展(通过长(长的)轴的方式)相比的一个有利比例。压缩距离“X”与扩展距离“Y”的比较在图2中给出。此夕卜,这些场被安排成诱导与场扩展一致的旋转组件41的扭转移动或转矩。比较压缩与扩展的一个详细的磁场力矢量图在图2、3、5和整个说明书中提供。
[0060]引导磁场扩展力矢量以便诱导极连续性的分析在图4中给出,该图描绘了在转子的磁场与振荡器的磁场之间的一个压缩关系。如在此描述的,在命名为V1、V2、以及V3的阴影区域的重叠场中,图4示出振荡器和转子磁场的压缩体积,这些压缩体积以所描绘的方式导致在形成的磁耦合中的力矢量的平滑、混合的传递。
[0061]处于其磁耦合中的振荡组件和旋转组件各自优选安装在轴承上并且被适配成具有支架,这些支架提供一个组件朝向或远离另一个组件的调节,以便在操作过程中增加或减小这些磁场的压缩程度。该可调节支架和定位在本领域中是众所周知的,并且通过连接到这些组件中的一个上以用于在操作过程中线性调节的沟槽连接、键槽、导轨、轴、螺纹螺钉、凸轮、线性致动器、气压缸、液压缸等来完成。在本领域中众所周知的轴承和线性调节在图1中未示出,这是出于清楚起见并且因为本领域的技术人员非常熟悉用于旋转或振荡部件的可调节定位的许多装置且不需要进行描绘。图10示出轴承和一种线性调节这些组件中的一个的简单方法。
[0062]优选的是,振荡组件43的磁场相对于旋转组件41的磁场被定向成彼此排斥。然而,这些磁场的吸引和排斥极性的混合物可被有利地采用,以便改变相应投射磁场的形状和强度以及推进旋转组件41。
[0063]在此用于磁耦合的装置10和方法中的相互作用的运动和力矢量的方向一起在图2和4中示出。在图2中示出在振荡磁场2与旋转磁场6之间的共同极性。在这种情况下,这些场处于一个压缩-排斥关系。磁场方向箭头23进一步描绘振荡磁场2和旋转磁场6的排斥。在这种情况下,通过一个轴承构件、端部止挡件等提供来自压缩-排斥磁场关系的释放的转子和振荡器的纵向约束。
[0064]反转极性类似于图2中描绘的那种,除了在振荡磁场2与相邻的旋转磁场6之间的极性是相反的,并且旋转磁场6的方向箭头从图2所示的取向转动180度。在这种情况下,振荡磁场2和旋转磁场6处于一个压缩-吸引关系,并且具有与先前针对共同极性所讨论的类似的力矢量相互作用。
[0065]反转极性和共同极性的组合已经在实验中显示是发动机设计中的一个有效优点。这个创新通过推动处于排斥极性的磁场同时牵拉处于吸引极性的磁场来提供转子推进。旋转磁场6的共同极性和反转极性的这种组合以及转子纵向约束已经在在此的装置10和方法中成功测试。相对于振荡磁场2,具有排斥极性的两个旋转磁性部件以及具有吸引极性的两个旋转磁性部件与旋转组件41接合。两个吸引磁场替换了正方形配置中的两个铜平衡物,如在附图中可以看出以及在此随后讨论的。
[0066]如可以看出的,图2是一个力矢量图,并且图4是一个磁场图。图2是穿过两个椭圆体状磁场截取的截面图,这两个磁场被不出为振荡磁场2和旋转磁场6,也如图1中所不。图2图解由将振荡器组件43的振荡磁场2压缩到来自与旋转组件41接合的磁性部件的可旋转或旋转磁场6中得到的力矢量18和19,并且示出诱导的扩展力矢量20和21。振荡组件43磁场2被示出相对于旋转组件磁场6以一个任意角度振荡,类似于图1所示的在20度振荡和180度旋转位置处的关系。由将振荡组件43和振荡磁场2压缩到从与旋转组件41接合的磁性部件发射的旋转磁场6中导致的耦合分别通过力矢量18和19示出,并且为了清楚起见未以重叠椭圆示出。图4示出从分别与一个振荡组件43和一个
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