用于运载工具的稳定功率源的制作方法

专利名称：用于运载工具的稳定功率源的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于供应功率给运载工具和/或稳定运载工具的 装置，更具体地，涉及用于供应电功率给运载工具(例如航空器)和/ 或稳定运载工具的装置。
背景技术：
运载工具(包括汽车、货车、轮船和航空器)从一个或多个各种主 功率源获取功率。典型的主功率源包括发热源(例如，燃气和柴油发动 机)和电源(例如发电机、电池和燃料电池)。这些功率源中的一些可 能是效率低下的，或者可能会产生不希望的碳氢副产品，或者可能会受 限于特定的应用。

发明内容
本发明包括所附权利要求给出的特征和/或以下特征中的 一个或多 个，如下的这些特征可以单独地或者以任意组合方式构成可专利的主 题
根据一个方面，提供电功率给运载工具的装置包括环形环(toroidal ring)。所述环形环位于壳体的环形腔内。》兹性材料(例如永久性固态磁 体或磁粉)与所述环形环联接。推进绕组与壳体联接。所述推进绕组可 以实施为一个或多个电磁体。所述推进绕组-故构造成当^皮激励时产生交 变磁场，从而使得环形环在环形腔内旋转。悬浮绕组也可以与壳体联接。 所述悬浮绕组被构造成通过排斥和/或吸引所述磁性材料产生磁场，从而 使得环形环在环形腔内悬浮。悬浮绕组可以实施为 一个或多个电磁体和 /或由导电材料、绞合线(litzwire)或类似物的层叠段制成的导电导轨。即，在一些实施例中，悬浮绕组是被动的，通过由跨过悬浮绕组的磁性 材料的一部分的旋转生成的感应电流来产生磁场，从而悬浮环形环。
一旦环形环旋转，环形环提供稳定效应给运载工具。此外， 一旦环 形环以最小操作速度旋转，推进绕组可以用于与磁性材料协作形成发电 机。即，由跨过推进绕组的磁性材料产生的磁场的旋转在推进绕组中产 生电流。推进绕组和悬浮绕组(在一些实施例中)可以经由控制电路产 生的激励信号激励。激励信号可以为直流或交流信号。控制电路从外部 功率源或从由环形环自身供应的功率(即，当用作发电机时)产生激励 信号。例如，外部功率源可联接到控制电路，并用于初始时悬浮环形环 且将环形环旋转至预定的操作旋转速度。该预定操作旋转速度可以包括 任何旋转速度值。 一旦环形环处于预定操作旋转速度，外部功率源可以 去除或从控制电路断开。控制电路于是可使用由环形环产生的电功率 (即，通过磁性材料和推进绕组的协作)来供应电功率给其它电路(例 如仪器、传感器和其它电磁体)或其它设备(例如马达、致动器或其它 原动机)从而产生机械功等。
在一些实施例中，两个或更多的环形环可以竖直地定位在彼此的上 方。例如，壳体可以包括两个环形腔。第一环形腔位于第二环形腔竖直 上方。环形环在每个腔内被定位成，使得一个环形环位于另一个环形环 的竖直上方。推进和悬浮绕组可与壳体联接，从而在每个环形腔内产生 悬浮磁场和交变磁场。交变磁场使得每个环形环旋转。在诸如航空器和 其它运载工具的一些应用中，这些环形环以相反的方向和几乎相同的速 度旋转，以产生最小的净角动量。替代性地或附加地，环形环可以相同 或相反的方向但不同的速度旋转，以提供稳定效应给航空器。控制电路 产生激励信号以控制绕组的功能。
根据另一方面，航空器包括机身和环绕所述机身的壳体。所述壳体 具有限定于其中的一个或多个环形腔。环形环可位于每个腔内。多个推 进绕组与壳体联接。所述推进绕组被构造成响应于另 一激励信号在每个 环形腔内产生交变磁场，从而使得每个环形环旋转。多个悬浮绕组也可 以与壳体联接。所述悬浮绕组被构造成响应于激励信号或通过感应电流 在每个环形腔内产生悬浮磁场。 一些环形环可以相对或相反的方向旋 转。控制电路被构造成产生激励信号。控制电路可以在预定时间使用外 部功率源产生激励信号中的 一 些。控制电路也可以使用由环形环产生的功率来产生激励信号的一些，并供应功率给其它电路、电磁体、设备、 马达、致动器或其它原动机。
根据下文的描述和附图，本公开的上述和其它特征将变得明显，而 且这些特征可以单独地或以任意组合方式构成可专利的主题。


将具体参照以下附图进行详细描述，附图中
图l是用于提供电功率的、具有壳体导轨的装置的一个实施例的透 视图，该图进行了局部剖切以示出位于壳体导轨中的两个环形环；
图2是图1的壳体导轨和环形环的一个实施例的、大体上沿图1的 剖切线2-2截取的橫截面视图3是图1环形环之一的大体上沿图2的剖切线3-3截取的局部 剖^L图，该环形环具有多个定位成海尔贝克阵列(Halbach array)的永 磁体；
图4是与图1壳体联接的推进绕组的一部分的、大体上沿图2的剖 切线4-4截取的局部剖视图5是图1装置的悬浮绕组一个实施例的、大体上沿图2的剖切线 5-5截取的局部剖视图6是图1壳体导轨和环形环的另 一 实施例的类似于图2的剖视图7是图6壳体和环形环的、大体上沿剖切线7-7截取的局部剖 视图8是图1装置的另一实施例，其具有用于提供电功率的控制系统； 图9是图8的控制系统用来提供电功率的算法的简化流程图； 图IO是由图8的控制系统提供功率的航空器的透视图，该图进行 了部分剖切以示出图1的装置； 图11是图IO航空器的俯视图； 图12是图IO航空器的一个实施例的侧剖视图；和 图13是图IO航空器的另一实施例的侧剖视图。
具体实施例方式
虽然根据本公开的原理容易得到各种变型和可替换形式，但是在附 图中已举例示出了其特定的示范性实施例，并且将在此对其进行详细描
ii述。然而，应当理解的是，决不打算限定本公开的原理为所公开的特定 形式，相反地，理应覆盖落入本公开精神和范围内的所有变型、等同物 和替代性实施例。
现在参考图1，用于提供电功率给运载工具和/或稳定运载工具(例
如航空器)的装置10包括壳体12，所述壳体12具有限定在其中的多个 环形腔。如图所示，所述壳体12包括彼此竖直对准的两个环形腔。第 一环形环14位于环形导轨腔中的一个内，而第二环形环16位于另一个 环形腔内。环形环14、 16如图所示由碳纤维复合材料制成。然而，可 以使用能够忍受在环形环旋转时产生的离心力的其它材料。环形环14、 16可以具有任何尺寸，且可以具有任何长度的直径18和4黄截面直径20 (参考图2)。环形环14、 16的直径18和横截面直径20的长度取决于 具体的应用。在一些实施例中，环形环14、 16的直径18可以具有从大 约3英尺到大约50英尺的长度，而横截面直径20可具有从大约l英寸 到大约6英寸的长度。例如，在一个具体实施例中，环形环14、 16具 有大约28英尺的直径18和大约3英寸的横截面直径20。因此，环形环 14、 16的大小(包括质量)可基于装置IO的具体应用来确定。例如， 环形环14、 16的总质量可以选择为使得环14、 16在环旋转时为运载工 具提供足够的稳定效应和/或动能。
虽然装置IO在图1中被图示为具有位于壳体12的两个环形导轨腔 内的两个环形环14、 16，但在其它实施例中，装置10可以包括任何数 量的环形环，它们位于壳体12的相应数量的环形腔内。此外，虽然图1 所示的壳体12为环形壳体，但在其它实施例中，壳体12可以具有能够 在其中包括至少一个环形腔的任何类型的横截面形状，例如方形、矩形、 椭圆等。
现在参考图2,壳体12被制成包括具有环形外壳或导轨34、 36的 开口框架结构，所述环形外壳或导轨34、 36限定出环形腔，环形环14、 16分别定位在所述环形腔中。然而，在其它实施例中，壳体12可以祐_ 制成实心的框架结构。每个环形导轨34、 36被降压以在每个相应的腔 内形成真空。环形导轨34、 36的内径38大于环形环14、 16的横截面 直径20,以便当环被有磁性地悬浮时围绕环形环14、 16形成具有厚度 40的小真空间隙，下文对此将进4亍更详细的讨论。
在图2的实施例中，环形环14、 16分别包括内部环形腔15、 17。内部环形腔15、 17可以是中空的或可以填充有泡沫材料或类似物。或 者，在具有期望附加环形环质量的实施例中(例如，在环形环的直径18 相对小的实施例中)，环形环14、 16可以具有4交小的内部环形腔15、 17 或可以是实心的。
磁性材料与每个环形环14、 16联接(或连接)。在图2所示的实施 例中，磁性材料被实施为多个永磁体22、 24、 26、 52、 54、 56。永磁体 22、 24、 26成行地围绕环形环14的外表面净皮嵌入(例如， 一行永,兹体 22、 一行永磁体24、 一行永磁体26)。每个永磁体22、 24、 26定位在 各自的行内，使得永磁体22、 24、 26产生的》兹场以乂人环形环14向外的 方向被增强或增加(分别如箭头28、 30、 32所示)，且以朝环形环14 向内的方向降4氐或基本上取消。类似地，永磁体52、 54、 56成行地围 绕环形环16的外表面^皮嵌入。永》兹体52、 54、 56也^皮定位成使得永眉兹 体52、 54、 56产生的磁场从环形环16以向外的方向增强或增加(分别 如箭头68、 70、 72所示)，且以朝环形环16向内的方向降低或基本上 取消。为此，在一个实施例中，永磁体22、 24、 26、 52、 54、 56被定 位成海尔贝克阵列。例如，永磁体22由以海尔贝克阵列形式定位的各 自独立的永磁体22!-22n行形成，使得每个独立的永/磁体22r22n的极净皮 定向成如图3所示。
永》兹体22、 24、 26、 52、 54、 56例如由稀土合金制成。在一个具 体实施例中，磁体22、 24、 26、 52、 54、 56由镧合金制成，例如钕铁 硼(NdFeB)合金或钐钴(SmCo)合金。然而，在其它实施例中，可以 基于如下准则使用其它材料，例如材料的磁性强度、材料的热特性等。 虽然磁性材料在图2的示例性实施例中被实施为永磁体，但在其它实施 例中，磁性材料可以实施为粘附到环形环14、 16外表面或嵌入到环形 环14、 16内的磁粉。在这种实施例中，磁粉可被粘附、嵌入或以其它 方式定位成海尔贝克阵列。例如，当制造这些环时，磁粉可以被包含在 环形环的材料中，且随后在环形成时以海尔贝克阵列或近似于海尔贝克 阵列的形式排列。
装置10还包括分别与环形导轨34、 36联接的多个绕组42、 44、 46 和62、 64、 66。本文所有术语"绕组"指的是分别具有任意匝数的任意 的一个或多个线圈。例如，绕组可以实施为彼此电联接且分别具有固定 匝数的多线圏。或者，绕组也可以实施为具有单匝的单线圈，其在一些
13实施例中可以是短路的(即，具有被电联接的端子)。此外，绕組可以 实施为分別具有任何匝数的多组线圈，使得绕组可与多相功率信号使用 (即，绕组为多相绕组)。因此，绕组可以是"主动的"且被构造成响 应于激励功率信号产生磁场的电磁体。或者，绕组可以是"被动的"， 并且响应于感应电流产生磁场。绕组可以由任何类型的导线、叠层材料 或能够提供电流路径的其它材料制成。
在图2所示的实施例中，绕组42、 44、 46和62、 64、 66分别嵌入 在环形导轨34、 36内。然而，在其它实施例中，绕组42、 44、 46、 62、 64、 66可以联接到环形导專九34、 36的内壁或外壁。例如，绕组42、 44、 46、 62、 64、 66可以是超导的，且由超导导线制成的多个独立线圈形成。 例如，在一个具体实施例中，超导导线由铌合金形成，例如铌钛(NbTi) 或铌锡(Nb3Sn)合金。绕组42、 44、 46、 62、 64、 66可以用分别具有 任何匝数的任何数量的独立线圈形成。例如，非限定性地，绕组42、 44、 46、 62、 64、 66中的一个或多个可以由具有大约550匝的超导线圈形成， 所述超导线圏能够承受4安培电流(即，超导线圏具有大约2,200安培 匝数每线圈)。此外，在一些实施例中，绕组42、 44、 46、 62、 64、 66 (例如，用作电磁体的绕组)中的一个或多个可以由方形超导管内电缆 (CIC)形成，以利于使用下文针对图8所讨论的冷却系统对电磁体进 4亍j氐温冷却。
在图2的示例性实施例中，绕组46和66是推进绕组/发电机绕组且 分别与永》兹体26、 56协作以旋转环形环14、 16并产生一定量的功率。 根据应用的不同，示例性的推进绕组46、 66可以是单相或多相绕组。 例如，如图4关于绕组46所示，推进绕组46可以包括第一组(即，第 一相)推进线圏46A1_An、第二组(即，第二相)推进线圏46B1-Bn、和第 三组(即，第三相)推进线圈46cl_Cn。为了节省空间，绕组46的各独 立线圏46A1-An、 46化Bn和46cl_Cn (以及绕组66的线圏)被定位在重叠 的位置中，如图4所示。
每个推进线圏46A1.An、 46B1-Bn、和46c!-cn由控制系统控制(对此下 文结合图8作的进一步的讨论)，以在环形环14、 16上产生旋转力。为 此，功率信号(例如，交流、三相信号)供应给推进绕组46、 66。在接 收功率信号时，推进绕组46、 66形成产生交变磁场的电磁体。推进绕 组46、 66的各个独立线圈(即电》兹体)中的一些浮皮完全激励，而其它独立线圈仅被部分地激励或根本不被激励。交变磁场与永磁体26、 56 产生的相应磁场相互作用以通过磁性排斥和磁性吸引来"推拉，，环形环 14、 16。当推进绕组46、 66由功率信号激励时，推进绕组46、 66和永 磁体26、 56形成马达。 一旦环14、 16以操作速度旋转，环形环14、 16 可以提供稳定效应且/或^L用作功率源。例如， 一旦环14、 16旋转，可 以从推进绕组去除功率信号，且因此推进绕组46、 66不再充当电磁体。 相反，当环形环14、 16旋转时，推进绕组46、 66和永磁体26、 56协 作以形成发电机。即，当永磁体26、 56产生的磁场分别横穿推进绕组 46、 66的各独立线圈时，在电/F兹体46、 66内感应电流。由此，当环形 环14、 16旋转时，推进绕组46、 66和永石兹体26、 56协作以产生电功 率。产生的电功率可以用于给运载工具(例如，运载工具的电动马达) 和/或其它电功率设备(在一些实施例中，包括绕组42、 44、 46、 62、 64、 66)提供功率，如下文所讨论的。
绕组42、 44和62、 64是悬浮绕组且在操作中用于使环形环14、 16 悬浮。在一些实施例中，悬浮绕组42、 44、 62、 64可以为感应导轨， 其基于在环形环14、 16运动时(即永i兹体22、 24、 52、 54运动时)感 应的感应电流来提供悬浮力。在这种实施例中，悬浮绕组42、 44、 62、 64是被动式的。即，当永磁体22、 24、 52、 54产生的磁场横穿悬浮绕 组42、 44、 62、 64时，在绕组42、 44、 62、 64内感应出生成排斥磁场 的电流。绕组42、 44、 62、 64产生的磁场排斥永磁体22、 24、 52、 54 产生的磁场，其通过磁性排斥力使环形环14、 16悬浮。在一些实施例 中，被动悬浮绕组42、 44、 62、 64由导电材料或绞合线层叠段形成。 在这种实施例中，绕组42、 44、 62、 64由多个具有短路端子的单匝线 圈形成，其允许所感应的电流有效地生成相反的》兹场以悬浮环形环14、 16。例如，在该被动悬浮实施例中，悬浮绕组44由具有一系列缝槽或 开口 49的导电材料的层叠段形成，如图5示例性地所示。单匝线圏47^ 围绕每个缝槽(或称狭槽)49形成。当由永磁体24产生的磁场横穿悬 浮绕组44时，在每个线圏47^内感应电流，乂人而产生排斥,兹场，如上 文所讨论的。在这样的实施例中，其它悬浮绕组42、 62、 64净皮类似地 构造。
在其它实施例中，绕组42、 44、 62、 64是"主动式的"，且被构造 成电磁体。使用中，悬浮绕组42、 44、 62、 64分别与永磁体22、 24、
15说明书第8/20页
52、 54协作以悬浮环形环14、 16。为此，功率信号或激励电流信号供 应给悬浮绕组42、 44、 62、 64。因此，悬浮绕组42、 44、 62、 64产生 磁场。悬浮绕组42、 44、 62、 64产生的磁场分别吸引永磁体22、 24、 52、 54产生的磁场。环形环14、 16由有关磁场的吸引力悬浮。在这种 实施例中，悬浮绕组42、 44、 62、 64类似于推进绕组46、 66(例如， 单相推进绕组46、 66)且由多个具有任何匝数的独立悬浮线圏(即电磁 体)形成，如上文关于图2所讨论的。此外，在一些实施例中，悬浮绕 组42、 44、 62、 64可以包括"被动的"和"主动的"绕组，使得绕组 42、 44、 62、 64的一部分响应于施加的功率信号产生悬浮磁场，而绕组 42、 44、 62、 64的另一部分响应于所感应的电流产生悬浮,兹场，如上文 所讨论的。另外，在一些实施例中，推进绕组与悬浮绕组42、 44、 62、 64交织或含有悬浮绕组42、 44、 62、 64。
现在参见图6,在另一实施例中，环形导轨34包括突起80、 82、 84且环形导轨36包括突起86、 88、 90。环形环14包括被构造成接收 突起80的凹口 92、被构造成接收突起82的凹口 94、和被构造成接收 突起84的凹口96。类似地，环形环16包括;波构造成接收突起86的凹 口 98、被构造成接收突起88的凹口 100、和被构造成接收突起90的凹 口 102。虽然图6的示例性实施例包括两个环形环14、 16和导轨34、 36,在其它实施例中可以包括任何数量的环形环和相关的导轨。
在图6的实施例中，环形环14包括永磁体104、 106 (取代永磁体 22)、永磁体108、 110 (取代永磁体24)、和永磁体112、 114(取代永 》兹体26)。然而，永f兹体104、 106、 108、 110、 112、 114类似于永i兹体 22、 24、 26。永》兹体104、 106、 108、 110、 112、 114中的每一个都是 由成行地围绕环形环14嵌入的多个独立永磁体形成的。类似于环形环 14,环形环16包括永磁体116、 118(取代永磁体52)、永磁体120、 122 (取代永磁体54 )、和永磁体124、 126 (取代永磁体56 )。然而，永磁 体116、 118、 120、 122、 124、 126类似于永磁体52、 54、 56且各由成 行地围绕环形环16嵌入的多个独立永;兹体形成。
永石兹体104、 106、 108、 110、 112、 114、 116、 118、 120、 122、 124、 126中的每一个都以海尔贝克阵列定位。例如，如图7所示，永磁体112 和114由以海尔贝克阵列定位的多个独立永^兹体112广112n和114广114n 形成，使得由磁体U2广112n和114广114n产生的石兹场在凹口 84的区域内
16提高或增加且在该区域外减少。类似地，永一磁体124和126由以海尔贝 克阵列定位的多个独立永磁体124rl24n和126rl26n形成，使得由磁体 124广124n和126广126n产生的磁场在凹口 102的区域内提高或增加且在 该区域外减少。
悬浮绕组42和44分别位于突起80和82内。类似地，悬浮绕组62 和64分别位于突起86和88内。悬浮绕组42、 44、 62、 64以上文关于 图2和5所讨论的大致相同的方式操作。即，悬浮绕组42、 44、 62、 64 可以为"被动的，，且由具有单短路转(例如，具有多个如图5所示的缝 槽的层叠导电材料)的多个独立线圏形成。或者，悬浮绕组42、 44、 62、 64可以为"主动的，，且由用作电磁体的多个独立线圈形成以产生吸引的 悬浮磁场。
推进绕组46和66分别嵌入在突起84和90内。推进绕组46和66 以与上文关于图2和4所讨论的大致相同的方式操作。即，推进绕组46 和66由用作电磁体的多个独立线圈形成以产生推进^兹场。为此，功率 信号(例如，交流、三相信号)供应给推进绕组46、 66以使得绕组46、 66产生交变》兹场。交变;兹场与由永》兹体112、 114、 124、 126产生的相 应的磁场相互作用以经由磁性排斥和磁性吸引"推和拉"环形环14、 16。 一旦环14、 16运动(即，旋转)，功率信号可以去除，且推进绕组46、 66和永磁体112、 114、 124、 126协作以形成发电机。即，当由永磁体 112、 114、 124、 126产生的磁场分别横穿推进绕组46、 66的独立线圏 时，在线圏内感应电流。由此，当环形环14、 16旋转时，推进绕组46、 66和永磁体112、 114、 124、 126协作以产生电功率。此外，当旋转时， 环形环14、 16可以给含有装置IO的运载工具提供稳定效应。例如，取 决于应用，旋转时，环形环14、 16可以提供偏H俯仰和/或滚动稳定 效应。
虽然推进绕组46、 66和悬浮绕组42、 44、 62、 64在图6中图示为 彼此相隔^艮远，应当理解的是，在一些实施例中，推进绕组46、 66也 可以与突起80、 82、 86、 88内的悬浮绕组42、 44、 62、 64交织，且与 永磁体104、 106、 108、 110、 116、 118、 120、 122相互作用。类似地， 在一些实施例中，悬浮绕组42、 44、 62、 64也可以与推进绕组46、 66 交织，且与永磁体112、 114、 124、 126相互作用。
现在参见图8,在一些实施例中，装置IO也可以包括控制系统130,所述控制系统130联接到嵌入在壳体12内或与壳体12联接的绕组42、 44、 46、 62、 64、 66。控制系统130包括控制电路132和开关电路134、 138以及开关电路136 (在一些实施例中)。控制电路132可以实施为任 何类型的控制电路，例如微处理器、微控制器、专门应用集成电路 (ASIC)、离散部件或类似物。此外，控制电路132可以包括其它电路 以控制所述控制系统130的其它部件或与所述其它部件相互作用，包括 但不限于，存储器设备、处理器、输出驱动器、继电器、开关、緩冲器、 功率转换电路等。开关电路134、 136、 138可以实施为能够选择性地联 接各种互连件的任何类型的电路。例如，在一些实施例中，开关电路134、 136、 138可以实施为多个继电器、开关或类似物。此外，在一些实施例 中，开关电路134、 136、 138或其部分也包括在控制电路132内。
控制电路132经由开关电路134联接到环形环14的推进绕组46。 具体而言，开关电路134经由多个互连件140联接到推进绕组46。控制 电路132经由多个互连件142和互连件144联接到开关电路134。开关 电路134也经由多个互连件146和连接器148可拆卸地联接到外部功率 源150。类似地，控制电路132经由开关电路138联接到环形环16的推 进绕组66。具体而言，开关电路138经由多个互连件152联接到推进绕 组66。控制电路132经由多个互连件154和互连件156联接到开关电路 138。类似于开关电路134,开关电^各138也经由多个互连件146和连接 器148可拆卸地联接到外部功率源150。外部功率源150可以为装置10 外部的任何类型的功率源。在一些实施例中，外部功率源150实施为电 池或电池组。在其它实施例中，外部功率源150可以实施为发电才几、电 容器组、或电网。无论如何，外部功率源150是能够为推进绕组46、 66 提供足够的功率的功率源，以产生足以使得环形环14、 16以最小操作 旋转速度(例如，45,000RPM)旋转的交变磁场。
在悬浮绕组为"主动式"(即，；波构造成电磁体)的实施例中，控 制电路132也经由开关电路136联接到环形环14的悬浮绕组42、 44和 环形环16的悬浮绕组62、 64。具体而言，开关电路136经由多个互连 件160联接到悬浮绕组42、 44、 62、 64。控制电路132经由多个互连件 162和互连件164联接到开关电路136。开关电路136也经由互连件146 和连接器148可拆卸地联接到外部功率源150。
控制电路132也分别经由多个互连件178、 180联接到传感器174、
18176。传感器174与环形导轨34联接且定位为感测或确定环形环14的 旋转速度。类似地，传感器176与环形导轨36耳关接且定位为感测或确 定环形环16的旋转速度。因此，传感器174、 176产生表示相应的旋转 速度的信号。传感器可以为能够感测或确定环形环14、 16的旋转速度 的任何类型传感器，例如霍尔效应传感器、红外传感器、激光传感器或 类似物。在一些实施例中，可^f吏用附加的传感器以感测环形环14、 16 的其它条件，例如，环相对于导轨34、 36的对准。这种附加的传感器 也可以为能够感测希望条件的任何类型传感器。
控制电路132也经由多个互连件166联接到运载工具功率和其它电 路系统170。例如，这种运载工具功率电路可以包括例如电动马达或用 于使运载工具运动的其它电运载工具推进设备。这种其它电路系统可以 包括能够从控制电路接收功率的任何附加的电路。例如，其它电路系统 170可以包括电子仪器，例如飞行导航仪器、计算机、环境调节器、通 信设备和类似物。
在一些实施例中，装置IO也包括冷却系统172。在这种实施例中， 控制电路132经由多个互连件173联接到冷却系统172。冷却系统172 示例性地为开口冷却系统(即，冷却媒介不局部地再冷却)。因此，可 以进行冷却々某介(例如，冷却流体)的外部冷却。此外，在一些实施例 中，冷却媒介可以释放而不是捕获，例如，液氮用于冷却媒介的这些实 施例。或者，冷却系统172可以为闭口冷却系统，其中在每次4吏用之后 冷却士某介再冷却。在该实施例中，冷却系统172可以包括水箱或其它冷 却装置以冷却冷却J 某介。在该实施例中，冷却J 某介可以与绕组42、 44、 46、 62、 64、 66的一个或更多接触或靠近绕组42、 44、 46、 62、 64、 66的一个或更多流动，以去除绕组中的热，从而减少形成绕组42、 44、 46、 62、 64、 66的电线的电阻。绕组42、 44、 46、 62、 64、 66的电阻 的减少可以改善装置10的总体效率。由此，形成绕组42、 44、 46、 62、 64、 66的电线由冷却媒介冷却。冷却媒介可以收集在存储箱(未示出) 内，且取决于所使用冷却系统的类型可以外部地或内部地冷却。
使用中，控制电路132;f皮构造成控制开关电路134、 136、 138的操 作且控制由环形环14、 16产生(旋转时)的电功率的分配。例如，在 装置10的使用之前，环形环14、 16可以是静止的或不旋转。由于环14、 16未旋转，环形环14、 16不产生任何可感知的电功率。因此，外部功
19率源150联接到装置10以提供功率给装置10。为此，控制电路132经 由互连件142传递控制信号给开关电路134,以使得开关电路134将互 连件140与互连件146联接。控制电路132也经由互连件154传递控制 信号给开关电路138,以使得开关电路136将互连件152与互连件146 联接。此外，在悬浮绕组42、 44、 62、 64是"主动的"(即，被构造成 电磁体)的实施例中，控制电路132经由互连件162传递控制信号给开 关电路136,以使得开关电路136将互连件160与互连件146联接。由 此，外部功率源150提供功率给互连件160,其激励悬浮绕组42、 44、 62、 64。如上文所讨i仑的，装置10可以包^^附加的传感器以感测导寿九 34、 36内的环形环14、 16相对于悬浮绕组42、 44、 62、 64的对准。基 于来自对准传感器的反馈，控制电路132可以被构造成调节施加到悬浮 绕组42、 44、 62、 64的信号(例如，调节信号的电压)以维持环14、 16在导轨34、 36内的适当对准。
外部功率源150也提供功率给互连件140和152,其激励推进绕组 46、 66。然而，开关电路134、 136和/或控制电路132也修正、转换或 调制由外部功率源150提供给推进绕组46、 66的功率。例如，由外部 功率源150提供的功率信号可以转换为三相功率信号且供应给推进绕组 46、66的三相线圈，如上文关于图4所讨论的。此外，在一些实施例中， 由外部功率源150提供的功率信号可以从直流功率信号转换为交流功率 信号。无论如何， 一旦激励，推进绕组46、 66在由环形导轨34、 36限 定的环形腔内的交变》兹场。交变》兹场使得环形环14、 16经由i兹性排斥 和吸引旋转。由此，环形环14、 16由交变磁场"推和拉"。环形环14、 16的旋转速度由传感器174、 176确定，且表示其数据的信号分别通过 互连件178、 180由每个传感器174、 176传递给控制电路132。控制电 路132被构造成监测每个环形环14、 16的旋转速度，以确保环14、 16 以相反或相对的方向以产生希望的净角动量所必需的速度旋转。如上文 所讨i仑的，环形环14、 16以大致相同的速度以相对的方向旋转，以产 生最小的净角动量。替代性地或附加地，环形环14、 16可以相同的方 向或相对的方向而以不同的速度旋转，以提供稳定效应给航空器。无论 如何，控制电路132通过控制供应给推进绕组46、 66的电压控制环14、 16的旋转速度。控制电路132例如通过控制开关电路134、 138控制电 压。一旦控制电路132确定环形环14、 16均以等于或大于预定操作旋 转速度的速度旋转，控制电路132被构造成控制开关电路134、 136和 138从外部功率源150断开装置10。即，控制电路132经由互连件142 将控制信号传递给开关电路134，以使得开关电路134将互连件140从 互连件146断开且将互连件140与互连件144联接。类似地，控制电路 132经由互连件154将控制信号传递给开关电路138,以使得开关电路 138将互连件152从互连件146断开且将互连件152与互连件156联接。 此外，在悬浮绕组42、 44、 62、 64 ^皮构造成电,兹体的实施例中，控制 电路132经由互连件162将控制信号传递给开关电路136,以使得开关 电路136将互连件160从互连件146断开且将互连件160与互连件164 联接。
由于环形环14在旋转，永磁体26 (或永磁体112、 114)和推进绕 组46形成发电才几且经由互连件140、开关电路134和互连件144供应电 功率给控制电路132。类似地，由于环形环16在旋转，永磁体56 (或 永磁体124、 126)和推进绕组66形成发电才几且经由互连件152、开关 电路138和互连件156供应电功率给控制电路132。控制电路132经由 互连件144、 156接收电功率，且经由互连件166将功率再分配给运载 工具功率和其它电路系统170。控制电路132被构造成监测并控制从环 形环14、 16提取的功率数量(经由绕组46、 66),以将环形环14、 16 的净角动量维持在希望的数量。
运载工具功率和其它电路系统170可以包括能够通过由环形环14、 16产生的电功率提供功率的任何类型的电路。例如，运载工具功率和其 它电路系统170可以包括电动马达、其它电气运载工具推进和提升i殳备、 电气仪器、计算机、控制系统、照明器和显示器、电表和类似物。在一 个特定的实施例中，其它电路系统170包括通常在航空器中存在的电路, 例如推进系统、通信仪器和系统、导航仪器和系统、照明系统、全球定 位系统(GPS)、多功能显示器(MPD)、和发动机或马达监测系统。在 悬浮绕组为"主动的"(即，被构造成电磁体)的实施例中，控制电路 132也可以将电功率分配给悬浮绕组42、 44、 62、 64,以分别以上文关 于图2所述的方式维持环形环14、 16的悬浮。在悬浮绕组为"被动的" 的实施例中，由悬浮绕组42、 44、 62、 64和相关的永磁体22、 24、 52、 54(或104、 106; 108、 110; 116、 118; 120、 122)协作产生的磁场引起的感应电流产生悬浮力(即，磁性排斥力)，以将环形环14、 16维持 在悬浮位置。
在一些实施例中，控制电路132经由传感器174、 176监测环形环 14、 16的旋转速度，如果环形环14、 16的旋转速度降到预定最小旋转 速度(例如，6000RPM)以下，产生报警信号给装置10 (或由装置10 提供功率的运载工具)的操作者。报警信号通知操作者需要环形环14、 16的"再充电，，(即，使用外部功率源150提供功率给推进绕组46、 66 以将环14、 16以预定操作旋转速度旋转)。在这种情况下，控制电路132 可以;故构造成从一些运载工具功率和其它电路系统170去除功率，从而 为较高优先级的设备(例如驱动马达)储备功率。环形环14、 16可以 通过使用连接器148以上述方式将外部功率源150联接到装置而再充 电。
现在参见图9，提供功率给运载工具的算法200 (由控制电路132 4丸行)以处理步骤202开始。在处理步骤202之前，环形环14、 16是 静止的或低于最小旋转速度。因此，环形环14、 16(即，永磁体26、 56、 112、 114、 124、 126和推进绕组46、 66)产生最小量的电功率或 不产生电功率。在处理步骤202中，控制电路132确定外部功率源150 是否联接到装置10。如上文关于图8所述，外部功率源150可以经由连 接器148联接到装置10。如果外部功率源150未联接到装置10,算法 200环回到处理步骤202。由此，算法200监测外部功率源150到装置 10的耳关接。
在悬浮绕組42、 44、 62、 64为"主动的"(即，被构造成电磁体) 的实施例中， 一旦控制电路132感测或确定外部功率源150已经联接到 装置10，算法200前进到处理步骤204。在处理步骤204中，悬浮绕组 42、 44、 62、 64被激励以使得环形环14、 16经由磁性吸引悬浮在环形 导4九34、 36中。为此，控制电^各132控制开关电路136将来自外部功 率源150的电功率分配给悬浮绕组42、 44、 62、 64。
算法200随后前进到处理步骤206，其中推进绕组46、 66(即，电 磁体)被激励以使得环形环14、 16经由磁性吸引和排斥开始运动(即 旋转)。为此，控制电路132控制开关电路134、 138将来自外部功率源 150的电功率分配给推进绕组46、 66。在悬浮绕组为"主动的"的实施 例中，处理步骤204和206可以同时地或以任何先后顺序进行。例如，在激励推进绕组46、 66之前，悬浮绕组42、 44、 62、 64可以短时期祐: 激励。或者，在悬浮绕组42、 44、 62、 64为"被动的"的实施例中(即， 当永》兹体22、 24、 52、 54穿过悬浮绕组42、 44、 62、 64时)，当通过 永石兹体22、 24、 52、 54协作在其中感应电流时，环形环14、 16经由通 过绕组42、 44、 62、 64产生的磁场悬浮。在这种实施例中，装置10包 括多个滑板、轮、或被构造成支撑环形环14、 16而不悬浮的其它低摩 擦支撑机构(即，在悬浮绕组42、 44、 62、 64产生足以悬浮环形环14、 16的磁场时刻之前)。此外，在装置10包括冷却系统172的实施例中， 在处理步骤206中，控制电路132可以将来自外部功率源150的功率随 后或与推进绕组46、 66的激励同时分配给冷却系统172。
在处理步骤208中，控制电路132确定环形环14、 16的旋转速度 是否等于或大于预定操作旋转速度。为此，控制电路132分别从传感器 174、 176接收表示环形环14、 16旋转速度的数据信号。控制电路132 将环形环14、 16的测定旋转速度与预定操作旋转速度比较。在一些实 施例中，预定操作旋转速度可以从大约6,000RPM到大约85,000RPM。 然而，取决于装置10的具体应用，预定操作旋转速度可以变化。无论 如何，如果环形环14、 16旋转速度低于预定操作旋转速度，算法200 环回到处理步骤204 (和处理步骤206,在一些实施例中)，其中推进绕 组46、 66 (和悬浮绕组42、 44、 62、 64)使用外部功率源150激励。 由此，算法200经由主动的或感应的磁性悬浮力维持环形环14、 16的 磁性悬浮，且继续旋转环形环14、 16直到达到预定操作旋转速度。
在处理步骤208中， 一旦确定环形环14、 16以等于或大于预定操 作旋转速度旋转，算法200前进到处理步骤210。此外，在一些实施例 中，装置10和/或装置IO联接到其上的运载工具的操作者被通知环形环 14、 16被"充电，，或以等于或高于预定操作旋转速度旋转。在处理步骤 210中，算法200确定外部功率源150是否已经从装置IO断开。如果没 有，算法200环回到处理步骤204 (和处理步骤206)以维持环形环14、 16的磁性悬浮和旋转。然而，如果算法200确定外部功率源150已经成 功地从装置10断开，算法200前进到处理步骤212。在一些实施例中， 如果算法200确定在达到希望的旋转速度之前外部功率源150已经断 开，算法200环回到处理步艰A 202。
在处理步骤212中，环形环14、 16的动能转换为电能(即，电功率)。为此，控制电路132分别经由开关电路134、 138将互连件140与互连件144联接和将互连件152与互连件156联接。由于环形环14在旋转，永磁体26 (或112和114)与推进绕组46协作形成发电机，且经由互连件140和144将一定量的电功率供应给控制电路132。类似地，由于环形环16在旋转，永磁体56 (或124和126 )与推进绕组66协作形成发电机，且经由互连件152和156将一定量的电功率供应给控制电路132。继而，控制电路132分配电功率。具体而言，在处理步骤214中，控制电路132将一部分电功率分配给运载工具功率和其它电路系统170。为此，控制电路132经由互连件166将由环形环14、 16产生的电功率的一部分供应或分配给运载工具功率和其它电路系统170。
在处理步骤216中，控制电路132维持环形环14、 16的悬浮。在悬浮绕组42、 44、 62、 64为"主动的"(即，；陂构造成电磁体)的实施例中，算法200通过将处理步骤212中产生的一部分电能分配给悬浮绕组42、 44、 62、 64维持环形环14、 16的悬浮。为此，控制电路132控制开发电路136将互连件160联接到互连件164。由此，控制电路132通过经由互连件164、开关电路136和互连件160将由环形环14、 16产生的电功率的一部分供应或分配给悬浮绕组42、 44、 62、 64而提供电功率。或者，在悬浮绕组为"被动的"的实施例中，在处理步骤216中，响应于经由由永i兹体22、 24、 52、 54的通过感应的电流，环形环14、16的悬浮通过由悬浮绕组42、 44、 62、 64产生的磁场维持。
在一些实施例中，算法200包括处理步骤217,其中环形环14、 16被控制。例如，在处理步骤217中，控制系统132监测并调节环形环14、16的角速度，使得净角动量维持在可忽略的数量。例如，在处理步骤212中转换的动能的数量可以改变从而改变环形环14、 16的旋转速度。在其它实施例中，例如装置10用于航空器的实施例中，净角动量可用作偏航控制。即，环形环14、 16的一个或二者的旋转速度可以调节，使得运载工具(例如航空器)的取向通过建立足够的净角动量控制。此外，在悬浮绕组42、 44、 62、 64是"主动的"的实施例中，处理步骤217中，供应给悬浮绕组42、 44、 62、 64的电压可以调节，>^人而控制环14、 16在导轨34、 36中的对准。
在处理步骤218中，算法200确定环形环14、 16的旋转速度是否大于预定的最小旋转速度。由于随着旋转动能转换为电能，环形环14、
2416将逐渐放慢，在处理步骤218中，环形环14、 16的旋转速度^皮确定且与最小旋转速度比较。为此，控制电路132分别从传感器174、 176接收表示环形环14、 16旋转速度的数据信号。控制电路132将环形环的测定旋转速度与预定最小旋转速度比较。在一些实施例中，预定最小旋转速度可以从大约5,000RPM到大约10,000RPM。然而，取决于具体应用，预定操作旋转速度可以变化。
在处理步骤218中，如果确定环形环14、 16旋转速度大于最小旋转速度，算法200环回到处理步骤212、 214、 216(和217),其中，电功率被产生且分配，并维持环形环14、 16的悬浮。然而，如果确定环形环14、 16的旋转速度小于最小旋转速度，算法200前进到处理步骤220，其中，装置IO或装置10联接到其上的运载工具(例如航空器)的操作者被报警。操作者可经由视觉、可听得见的、或可触知的指示器报警。例如，在一些实施例中，点亮光以警告操作者环形环14、 16以低于预定最小操作旋转速度的旋转速度旋转。附加地或替代性地，可以触发可听到的喇叭或蜂鸣器以吸引操作者的注意。由此，操作者被警告能够产生的电功率数量低于希望的水平且操作者相应地行动(例如，着陆航空器)。或者，在一些实施例中，控制电路132可以被构造成自动地开始正确的响应，例如着陆航空器。在处理步骤220中， 一旦操作者被报警，算法200前进到处理步骤222，其中算法200确定环形环14、16的旋转速度是否为O或大约为0。即，控制电路132经由传感器174、176确定环形环14、 16是否已经放慢到静止或接近静止的状态。如果环形环14、 16仍以某旋转速度旋转，算法200环回到处理步骤212、 214和216，使得旋转环形环的全部或几乎全部可利用的动能转换为电能(即电功率)。然而，如果环形环14、 16已经放慢到静止或接近静止的状态，算法200环回到处理步骤202,其中算法200等待或暂停，直到外部功率源150再次联接到装置IO以对环形环14、 16进行"再充电"。
应当理解的是，在一些实施例中，装置10可用作主功率源以提供电功率给运载工具和/或用作稳定设备以提供稳定效应给运载工具。参见图10和U,在一个这种实施例中，导管风扇力元空器300包括作为主功率源的装置10。如图10所示，航空器300具有大致圆形的顶部截面且包括居中的机身302。多个操作者和乘客座位304位于机身302内。盖306覆盖机身302的顶部。航空器300也包括转子叶片区308。转子系统310位于转子叶片区308内。可控的叶轮导管311覆盖转子叶片区308 的顶部同时提供空气通道以通过转子系统310收集或运动通过转子叶片 区308。可控的叶轮管道系统312覆盖转子叶片区308的底部同时提供 空气通道以通过转子系统310从转子叶片区308排出或运动通过转子叶 片区308。在操作期间，可控的叶轮管道系统312也提供对航空器的横 向和旋转控制。叶轮管道系统311和312可以控制至闭合状态，使得系 统311和312形成实心或大致实心的翼片，所述翼片在向前运动期间提 供升力给航空器。
如图12和13所示，转子系统310包括顶部转子314和底部转子316。 每个转子314、 316包括多个转子叶片318。如图所示，每个转子314、 316包括6个转子叶片，但在其它实施例中，可以使用具有更多或更少 转子叶片的转子。转子314、 316彼此同轴地定位，当供以功率时，以 相反的方向旋转，使得由转子314、 316产生的净角动量最小。转子314、 316彼此竖直地隔开，以减少或最小化紊流能量损失。在一个实施例中， 转子314、 316以大约18英寸或更大的距离竖直隔开。如图所示，转子 314、 316通过线性感应马达(LIM)提供功率。然而，在其它实施例中， 转子314、 316可以经由一个或多个电动马达提供功率。除了提供竖直 推力之外，在一些实施例中，各个独立转子叶片318可用于提供方向推 力。在这种实施例中，转子叶片318可共同控制(例如，每个转子叶片 318的俯仰一致地调节)或循环地控制(例如，取决于其在旋转平面的 位置，每个转子叶片318的俯仰有选择地控制)。此外，在一些实施例 中，每个转子叶片318的远端经由磁性悬浮的径向轴承(未示出)可滑 动地联接到框架的外部。在其它实施例中，航空器300可以包括用于推 进的附加的转子或其它装置，以提供方向控制和/或水平推力。
如图所示，航空器300包括位于环形导轨(例如，环形壳体12)中 的两个环形环(例如，环形环14、 16)。然而，应当理解的是，在其它 实施例中，航空器300可以包括任何数量的环形环。典型地，使用偶数 个环形环，使得环形环可以被构造成产生最小的净角动量。此外，环形 环可用于在旋转时给航空器300提供稳定性。如图12和13所示，环形 壳体12定位为使得壳体12环绕机身302。在一个实施例中，如图12所 示，环形壳体12朝航空器300的外周边定位。在该实施例中，环形壳 体12可以具有大约28英尺的直径。然而，在其它实施例中，如图13
26所示，环形壳体12朝机身302的外周边定位。在该实施例中，环形壳 体12可以具有例如大约8英尺的直径。
航空器300也包括控制系统130(关于图8和9图示和描述)，以控 制环形环14、 16的操作。因此，航空器300联接到外部功率源150,其 最初提供功率给推进绕组46、 66以磁性地旋转环形环14、 16,且在一 些实施例中提供功率给悬浮绕组42、 44、 62、 64以磁性地悬浮环形环 14、 16,如上文关于图8和9所讨论的。为了最小化旋转时由环形环14、 16产生的净角动量，环形环14、 16以相反的方向和大致相同的旋转速 度旋转。 一旦环形环14、 16以预定操作旋转速度旋转，外部功率源150 可以从航空器300断开。如上文关于图8和9所讨论的，在环形环14、 16旋转时，推进绕组46、 66和永》兹体26、 56 (或112、 114和124、 126) 构成发电机。由环形环14、 16产生的电功率分配给运载工具功率和其 它电路系统170,且在一些实施例中分配给悬浮绕组42、 44、 62、 64。 例如，所产生的电功率的一部分由控制电路132提供给转子系统310以 使航空器300运动。航空器300示例性地为竖直起落(VTOL)航空器。 因此，在起飞期间，电功率提供给转子系统310，引起转子314、 316旋 转至足够的旋转速度，使得转子叶片提供足以升高航空器300的竖直推 力。 一旦升高，航空器310的方向可经由空气管道系统312控制。即， 空气管道系统312的多个独立叶片是可控的，以允许通过转子叶片区 308的空气流的受控排出。由此，航空器300的方向推进可以经由转子 系统310和空气管道系统312的控制实现。附加地或替代性地，环形环 14、 16的旋转速度可以被控制或修正，使得净角运动提供导向力给航空 器300。此外，在一些实施例中，航空器300包括其它转子、推进器、 涡轮机、或其它推力设备，以提供方向控制和/或推力给航空器。在该实 施例中，当转子314、 316的速度减少或停止时，空气管道系统311、 312 可以部分或全部封闭，使得航空器的形状基于由附加的推力设备提供的 向前推进力提供升力。航空器300以这种方式操作，直到环形环14、 16 放慢到或低于最小旋转速度的旋转速度。在该时刻后，航空器300可以 着陆，且环形环14、 16使用外部功率源150 "再充电"。
虽然在附图和前述说明书中，本公开已经详细地图示和描述，该图 示和描述应当认为是示范性的而不是限定性的，应当理解的是，仅显示 和描述示例性的实施例，且希望落入本公开精神内的所有修改和变型被
27保护。
根据本文所述的装置、系统和方法的各种特征产生本公开的多个优 势。应当注意到，不包括所描述的所有特征的本公开的装置、系统和方 法的替代性实施例仍然受益于该特征的至少一些优势。本领域技术人员 设计自身的实施例，所述实施例包含本发明一个或更多特征的装置、系 统和方法，且落入所附权利要求限定的本公开的精神和范围内。
权利要求
1.一种提供功率给运载工具的装置，所述装置包括限定环形腔的壳体；位于环形腔内的环形环，所述环形环具有磁性材料；和推进绕组，其与所述壳体联接且被构造成响应于第一功率信号在环形腔内产生交变磁场，以使环形环运动。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组被构 造成在环形环运动时与磁性材料协作以产生一定量的电功率。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述推进绕组被构 造成提供电功率给其它电路。
4. 根据权利要求1所述的装置， 本上呈圆形的横截面。
5. 根据权利要求1所述的装置， 于标准气压的内压力。
6. 根据权利要求1所述的装置， 纤维复合材料。
7. 根据权利要求1所述的装置， 约3英尺到大约50英尺的外径。
8. 根据权利要求1所述的装置， 约1英寸到大约6英寸的横截面直径，
9. 根据权利要求1所述的装置，7JC磁体。
10. 根据权利要求9所述的装置 环形环内。
11. 根据权利要求9所述的装置 尔贝克阵列的一部分。
12. 根据权利要求9所述的装置 金制成。
13. 根据权利要求1所述的装置， 与环形环联接的粉末磁性材料。
14. 根据权利要求1所述的装置，超导电》兹体。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，所述环形腔具有基 所述环形腔具有小 所述环形环包括碳 所述环形环具有大 所述环形环具有大 所述磁性材料包括 所述永》兹体嵌入在所述7JC;兹体形成海所述永/f兹体由镧合所述磁性材料包括 所述推进绕組包括
15. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组包括至少一个线圈。
16. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组由铌合金制成。
17. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性材料的至少部分位于由所述推进绕组的至少一部分所产生的交变磁场的至少一部分内。
18. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组形成马达-发电才几的一部分。
19. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一功率信号为交流信号。
20. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所迷第一功率信号提供功率给推进绕组的第一部分的时长为第一时间周期，而提供功率给推进绕组的第二部分的时长为第二时间周期。
21. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组被构造成在环形腔内产生交变磁场，从而使环形环以大约10,000转每分钟到大约85,000转每分钟的旋转速度旋转。
22. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括被构造成产生所述第一功率信号的控制电路。
23. 根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述控制电路被构造成使用外部功率源来产生所述第 一功率信号。
24. 根据权利要求22所述的装置，其特征在于，还包括与所述壳体和控制电路联接的传感器，所述传感器产生表示环形环的旋转速度的数据信号。
25. 根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述控制电路被构造成响应于所述数据信号来调节第一功率信号。
26. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括被构造成冷却所述推进绕组的冷却系统。
27. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括悬浮绕组，所述悬浮绕组与所述壳体联接且被构造成在环形腔内产生磁场以使环形环悬浮。
28. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述悬浮绕组包括被构造成响应于第二功率信号产生磁场的电磁体。
29. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述悬浮绕組包括具有多个平行缝槽的叠层材料。
30. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述悬浮绕组形成绞合线梯线。
31. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述壳体包括延伸到所述环形腔内的突起，所述悬浮绕组与所述突起联接。
32. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体包括延伸到所述环形腔内的突起，所述推进绕组与所述突起联接。
33. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运载工具为航々突
34. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形环包括内部腔。
35. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进绕组被构造成产生用于所述运载工具的推力装置的功率。
36. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形环被构造成增加环形环运动时所述运载工具的稳定性。
37. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于稳定所述运载工具的装置。
38. —种用于运载工具的功率源，所述功率源包括限定第 一 环形腔和第二环形腔的壳体；第 一环形环，其位于所述第 一环形腔内且具有联接到其上的第 一磁性材料；第一推进绕组，其与所述壳体联接，且被构造成响应于第一功率信号在第 一环形腔内产生第 一交变磁场以使所述第 一环形环运动；第二环形环，其位于所述第二环形腔内且具有联接到其上的第二磁性材料；和第二推进绕组，其与所述壳体联接，且被构造成响应于第二功率信号在第二环形腔内产生第二交变磁场以使所述第二环形环运动；
39. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一环形环包括第一竖直轴线，且所述第二环形环包括第二竖直轴线，所述第一和第二竖直轴线基本上对准。
40. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一推进绕组包括第一电磁体，所述第一电磁体被构造成产生第 一交变磁场以将第一环形环旋转至第一旋转速度，所迷第二推进绕组包括第二电磁体，所述第二电磁体被构造成产生第二交变磁场以将第二环形环旋转至第二旋转速度。
41. 根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述第一和第二旋转速度大致相等。
42. 根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述第一和第二旋转速度为大约45,000转每分钟到大约85,000转每分钟。
43. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，还包括被构造成产生所述第一和第二功率信号的控制电路。
44. 根据权利要求43所述的装置，其特征在于，所述控制电路被构造成控制所述第一和第二环形环的旋转速度，使得所述第一和第二环形环的旋转产生预定的净角动量。
45. 根据权利要求43所述的装置，其特征在于，所述控制电路被构造成使用外部功率源产生所述第一和笫二功率信号。
46. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，还包括(i) 第一悬浮绕组，其与所述壳体联接，且被构造成在所述第一环形腔内产生第一磁场以使所述第一环形环悬浮；和(ii) 第二悬浮绕组，其与所述壳体联接，且被构造成在所述第二环形腔内产生第二磁场以使所述第二环形环悬浮。
47. 根据权利要求46所述的装置，其特征在于，所述第一悬浮绕组包括第一电磁体，所述第一电磁体被构造成响应于第三功率信号产生所述第一磁场，所述第二悬浮绕组包括第二电磁体，所述第二电磁体被构造成响应于第四功率信号产生所述第二磁场。
48. 根据权利要求46所述的装置，其特征在于，所述第一和第二悬浮绕组由具有多个平行缝槽的叠层材料制成。
49. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一和第二环形腔中的每 一 个都具有小于标准气压的内压力。
50. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一磁性材料包括第 一永磁体，所述第二磁性材料包括第二永磁体。
51. 根据权利要求50所述的装置，其特征在于，所述第一和第二永磁体由镧合金制成。
52. 根据权利要求50所述的装置，其特征在于，所述笫一和第二永磁体中的至少一个形成海尔贝克阵列的一部分。
53. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，第一和第二推进绕组由铌合金制成。
54. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一和第二功率信号为交流信号。
55. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，还包括与所述壳体和控制电路联接的第一传感器和第二传感器，所迷第一传感器产生表示所述第一环形环的旋转速度的第一数据信号，所述第二传感器产生表示所述第二环形环的旋转速度的第二数据信号。
56. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述运载工具为航空器。
57. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一和第二环形环被构造成在所述第一和笫二环形环运动时为所述运载工具提供稳定性。
58. —种提供功率给运载工具的方法，所述方法包括以下步骤在环形腔内使环形环悬浮，所述环形环具有与其联接的磁性材料；对绕组进行激励，以将环形环旋转至预定的操作旋转速度；和在所述环形环旋转时通过所述磁'性材料和所述绕组的协作产生电功率。
59. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，使环形环悬浮包括以电磁方式使所述环形环悬浮。
60. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，产生电功率包括以电J兹方式产生电功率。
61. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，还包括在所述环形腔内建立真空的步骤。
62. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，所述磁性材料包括永磁体。
63. 根据权利要求62所述的方法，其特征在于，所述永磁体形成海尔贝克阵列的一部分。
64. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，所述磁性材料包括与所述环形环联接的粉末磁性材料。
65. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，对所述绕组进行激励包括对电》兹体进4亍激励。
66. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，对所述绕组进行激励包括在环形腔内产生交变磁场。
67. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，对所述绕组进行激励包括对绕組的第一部分激励第一时间周期，对绕组的第二部分激励第二时间周期。
68. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，预定的操作旋转速度为大约45,000转每分钟到大约85,000转每分钟。
69. 根据权利要求58所述的方法，其特征在于，还包括监测所述环形环的旋转速度的步骤。
70. 根据权利要求58所迷的方法，其特征在于，还包括冷却所述绕组的步骤。
71. 根据权利要求58所迷的方法，其特征在于，所述运载工具是航空器。
72. —种航空器，包括机身；环绕所述机身且限定了环形腔的壳体；环形环，位于所述环形腔内且具有与其联接的磁性材料；推进绕组，与所述壳体联接且被构造成响应于第一功率信号在环形腔内产生交变磁场以使环形环旋转，或在所述环形环旋转时与所述磁性材料协作产生电功率；悬浮绕组，与所述壳体联接且被构造成产生磁场，以使所迷环形环悬浮在所述环形腔内；与所述机身联接的第 一多个转子叶片；用于旋转所述第一多个转子叶片的装置；和被构造成产生功率信号的控制电路。
73. 根据权利要求72所述的航空器，其特征在于，还包括(i) 与所述机身联接的第二多个转子叶片；和(ii) 用于以与第 一多个转子叶片旋转方向相反的方向来旋转所述第二多个转子叶片的装置。
74. —种用于运载工具的电功率源，所述电功率源包括环形环；用于悬浮所述环形环的装置；用于旋转所述环形环的装置，以在所述环形腔内产生 一 定量的动能；和用于将所述环形环的所述一定量的动能转换为电能的装置。
75. 根据权利要求74所述的电功率源，其特征在于，所述用于悬浮环形环的装置包括悬浮绕组，所述用于旋转环形环的装置包括推进绕组。
76. 根据权利要求75所述的电功率源，其特征在于，所述悬浮绕组和所述推进绕组各包括至少一个电磁体。
77. —种运载工具，包括用于提供功率给所述运载工具的装置；和用于稳定所述运载工具的装置。
78. 根据权利要求77所述的运载工具，其特征在于，所述用于提供功率给所述运载工具的装置包括推进绕组。
79. 根据权利要求73所述的运载工具，其特征在于，所述用于稳定所述运载工具的装置包括环形环。
全文摘要
一种用于运载工具的功率源，包括位于壳体(12)内的至少一个环形环(14、16)。所述环形环(14、16)包括磁性材料，例如永磁体(22、24、26、52、54、56)。所述环形环(14、16)在所述壳体(12)内磁性地悬浮。推进绕组(46、66)与所述壳体(12)联接，且经由功率信号激励以使环形环(14、16)运动。一旦运动，所述磁性材料和所述推进绕组(46、66)协作产生电功率和/或提供稳定效应给所述运载工具。在一些应用中，例如在航空器(300)应用中，可以使用且以相反的方向旋转两个或更多的环形环(14、16)，从而产生预定的净角动量。
文档编号H02K7/09GK101496260SQ200680042987
公开日2009年7月29日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月20日
发明者E·索博塔, W·A·巴斯蒂安二世 申请人:巴斯蒂安家族控股公司