用於運載工具的穩定功率源的製作方法

2023-05-24 02:31:31 2

專利名稱：用於運載工具的穩定功率源的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於供應功率給運載工具和/或穩定運載工具的 裝置，更具體地，涉及用於供應電功率給運載工具(例如航空器)和/ 或穩定運載工具的裝置。
背景技術：
運載工具(包括汽車、貨車、輪船和航空器)從一個或多個各種主 功率源獲取功率。典型的主功率源包括發熱源(例如，燃氣和柴油發動 機)和電源(例如發電機、電池和燃料電池)。這些功率源中的一些可 能是效率低下的，或者可能會產生不希望的碳氫副產品，或者可能會受 限於特定的應用。

發明內容
本發明包括所附權利要求給出的特徵和/或以下特徵中的 一個或多 個，如下的這些特徵可以單獨地或者以任意組合方式構成可專利的主 題
根據一個方面，提供電功率給運載工具的裝置包括環形環(toroidal ring)。所述環形環位於殼體的環形腔內。》茲性材料(例如永久性固態磁 體或磁粉)與所述環形環聯接。推進繞組與殼體聯接。所述推進繞組可 以實施為一個或多個電磁體。所述推進繞組-故構造成當^皮激勵時產生交 變磁場，從而使得環形環在環形腔內旋轉。懸浮繞組也可以與殼體聯接。 所述懸浮繞組被構造成通過排斥和/或吸引所述磁性材料產生磁場，從而 使得環形環在環形腔內懸浮。懸浮繞組可以實施為 一個或多個電磁體和 /或由導電材料、絞合線(litzwire)或類似物的層疊段製成的導電導軌。即，在一些實施例中，懸浮繞組是被動的，通過由跨過懸浮繞組的磁性 材料的一部分的旋轉生成的感應電流來產生磁場，從而懸浮環形環。
一旦環形環旋轉，環形環提供穩定效應給運載工具。此外， 一旦環 形環以最小操作速度旋轉，推進繞組可以用於與磁性材料協作形成發電 機。即，由跨過推進繞組的磁性材料產生的磁場的旋轉在推進繞組中產 生電流。推進繞組和懸浮繞組(在一些實施例中)可以經由控制電路產 生的激勵信號激勵。激勵信號可以為直流或交流信號。控制電路從外部 功率源或從由環形環自身供應的功率(即，當用作發電機時)產生激勵 信號。例如，外部功率源可聯接到控制電路，並用於初始時懸浮環形環 且將環形環旋轉至預定的操作旋轉速度。該預定操作旋轉速度可以包括 任何旋轉速度值。 一旦環形環處於預定操作旋轉速度，外部功率源可以 去除或從控制電路斷開。控制電路於是可使用由環形環產生的電功率 (即，通過磁性材料和推進繞組的協作)來供應電功率給其它電路(例 如儀器、傳感器和其它電磁體)或其它設備(例如馬達、致動器或其它 原動機)從而產生機械功等。
在一些實施例中，兩個或更多的環形環可以豎直地定位在彼此的上 方。例如，殼體可以包括兩個環形腔。第一環形腔位於第二環形腔豎直 上方。環形環在每個腔內被定位成，使得一個環形環位於另一個環形環 的豎直上方。推進和懸浮繞組可與殼體聯接，從而在每個環形腔內產生 懸浮磁場和交變磁場。交變磁場使得每個環形環旋轉。在諸如航空器和 其它運載工具的一些應用中，這些環形環以相反的方向和幾乎相同的速 度旋轉，以產生最小的淨角動量。替代性地或附加地，環形環可以相同 或相反的方向但不同的速度旋轉，以提供穩定效應給航空器。控制電路 產生激勵信號以控制繞組的功能。
根據另一方面，航空器包括機身和環繞所述機身的殼體。所述殼體 具有限定於其中的一個或多個環形腔。環形環可位於每個腔內。多個推 進繞組與殼體聯接。所述推進繞組被構造成響應於另 一激勵信號在每個 環形腔內產生交變磁場，從而使得每個環形環旋轉。多個懸浮繞組也可 以與殼體聯接。所述懸浮繞組被構造成響應於激勵信號或通過感應電流 在每個環形腔內產生懸浮磁場。 一些環形環可以相對或相反的方向旋 轉。控制電路被構造成產生激勵信號。控制電路可以在預定時間使用外 部功率源產生激勵信號中的 一 些。控制電路也可以使用由環形環產生的功率來產生激勵信號的一些，並供應功率給其它電路、電磁體、設備、 馬達、致動器或其它原動機。
根據下文的描述和附圖，本公開的上述和其它特徵將變得明顯，而 且這些特徵可以單獨地或以任意組合方式構成可專利的主題。


將具體參照以下附圖進行詳細描述，附圖中
圖l是用於提供電功率的、具有殼體導軌的裝置的一個實施例的透 視圖，該圖進行了局部剖切以示出位於殼體導軌中的兩個環形環；
圖2是圖1的殼體導軌和環形環的一個實施例的、大體上沿圖1的 剖切線2-2截取的橫截面視圖3是圖1環形環之一的大體上沿圖2的剖切線3-3截取的局部 剖^L圖，該環形環具有多個定位成海爾貝克陣列(Halbach array)的永 磁體；
圖4是與圖1殼體聯接的推進繞組的一部分的、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實施例的、大體上沿圖2的剖切線 5-5截取的局部剖視圖6是圖1殼體導軌和環形環的另 一 實施例的類似於圖2的剖視圖7是圖6殼體和環形環的、大體上沿剖切線7-7截取的局部剖 視圖8是圖1裝置的另一實施例，其具有用於提供電功率的控制系統； 圖9是圖8的控制系統用來提供電功率的算法的簡化流程圖； 圖IO是由圖8的控制系統提供功率的航空器的透視圖，該圖進行 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航空器的一個實施例的側剖視圖；和 圖13是圖IO航空器的另一實施例的側剖視圖。
具體實施例方式
雖然根據本公開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範性實施例，並且將在此對其進行詳細描
ii述。然而，應當理解的是，決不打算限定本公開的原理為所公開的特定 形式，相反地，理應覆蓋落入本公開精神和範圍內的所有變型、等同物 和替代性實施例。
現在參考圖1，用於提供電功率給運載工具和/或穩定運載工具(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 環形腔。如圖所示，所述殼體12包括彼此豎直對準的兩個環形腔。第 一環形環14位於環形導軌腔中的一個內，而第二環形環16位於另一個 環形腔內。環形環14、 16如圖所示由碳纖維複合材料製成。然而，可 以使用能夠忍受在環形環旋轉時產生的離心力的其它材料。環形環14、 16可以具有任何尺寸，且可以具有任何長度的直徑18和4黃截面直徑20 (參考圖2)。環形環14、 16的直徑18和橫截面直徑20的長度取決於 具體的應用。在一些實施例中，環形環14、 16的直徑18可以具有從大 約3英尺到大約50英尺的長度，而橫截面直徑20可具有從大約l英寸 到大約6英寸的長度。例如，在一個具體實施例中，環形環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，環形環 14、 16的大小(包括質量)可基於裝置IO的具體應用來確定。例如， 環形環14、 16的總質量可以選擇為使得環14、 16在環旋轉時為運載工 具提供足夠的穩定效應和/或動能。
雖然裝置IO在圖1中被圖示為具有位於殼體12的兩個環形導軌腔 內的兩個環形環14、 16，但在其它實施例中，裝置10可以包括任何數 量的環形環，它們位於殼體12的相應數量的環形腔內。此外，雖然圖1 所示的殼體12為環形殼體，但在其它實施例中，殼體12可以具有能夠 在其中包括至少一個環形腔的任何類型的橫截面形狀，例如方形、矩形、 橢圓等。
現在參考圖2,殼體12被製成包括具有環形外殼或導軌34、 36的 開口框架結構，所述環形外殼或導軌34、 36限定出環形腔，環形環14、 16分別定位在所述環形腔中。然而，在其它實施例中，殼體12可以祐_ 製成實心的框架結構。每個環形導軌34、 36被降壓以在每個相應的腔 內形成真空。環形導軌34、 36的內徑38大於環形環14、 16的橫截面 直徑20,以便當環被有磁性地懸浮時圍繞環形環14、 16形成具有厚度 40的小真空間隙，下文對此將進4亍更詳細的討論。
在圖2的實施例中，環形環14、 16分別包括內部環形腔15、 17。內部環形腔15、 17可以是中空的或可以填充有泡沫材料或類似物。或 者，在具有期望附加環形環質量的實施例中(例如，在環形環的直徑18 相對小的實施例中)，環形環14、 16可以具有4交小的內部環形腔15、 17 或可以是實心的。
磁性材料與每個環形環14、 16聯接(或連接)。在圖2所示的實施 例中，磁性材料被實施為多個永磁體22、 24、 26、 52、 54、 56。永磁體 22、 24、 26成行地圍繞環形環14的外表面淨皮嵌入(例如， 一行永,茲體 22、 一行永磁體24、 一行永磁體26)。每個永磁體22、 24、 26定位在 各自的行內，使得永磁體22、 24、 26產生的》茲場以乂人環形環14向外的 方向被增強或增加(分別如箭頭28、 30、 32所示)，且以朝環形環14 向內的方向降4氐或基本上取消。類似地，永磁體52、 54、 56成行地圍 繞環形環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產生的磁場從環形環16以向外的方向增強或增加(分別 如箭頭68、 70、 72所示)，且以朝環形環16向內的方向降低或基本上 取消。為此，在一個實施例中，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 自獨立的永磁體22!-22n行形成，使得每個獨立的永/磁體22r22n的極淨皮 定向成如圖3所示。
永》茲體22、 24、 26、 52、 54、 56例如由稀土合金製成。在一個具 體實施例中，磁體22、 24、 26、 52、 54、 56由鑭合金製成，例如釹鐵 硼(NdFeB)合金或釤鈷(SmCo)合金。然而，在其它實施例中，可以 基於如下準則使用其它材料，例如材料的磁性強度、材料的熱特性等。 雖然磁性材料在圖2的示例性實施例中被實施為永磁體，但在其它實施 例中，磁性材料可以實施為粘附到環形環14、 16外表面或嵌入到環形 環14、 16內的磁粉。在這種實施例中，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，當製造這些環時，磁粉可以被包含在 環形環的材料中，且隨後在環形成時以海爾貝克陣列或近似於海爾貝克 陣列的形式排列。
裝置10還包括分別與環形導軌34、 36聯接的多個繞組42、 44、 46 和62、 64、 66。本文所有術語"繞組"指的是分別具有任意匝數的任意 的一個或多個線圈。例如，繞組可以實施為彼此電聯接且分別具有固定 匝數的多線圏。或者，繞組也可以實施為具有單匝的單線圈，其在一些
13實施例中可以是短路的(即，具有被電聯接的端子)。此外，繞組可以 實施為分別具有任何匝數的多組線圈，使得繞組可與多相功率信號使用 (即，繞組為多相繞組)。因此，繞組可以是"主動的"且被構造成響 應於激勵功率信號產生磁場的電磁體。或者，繞組可以是"被動的"， 並且響應於感應電流產生磁場。繞組可以由任何類型的導線、疊層材料 或能夠提供電流路徑的其它材料製成。
在圖2所示的實施例中，繞組42、 44、 46和62、 64、 66分別嵌入 在環形導軌34、 36內。然而，在其它實施例中，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66可以聯接到環形導專九34、 36的內壁或外壁。例如，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66可以是超導的，且由超導導線製成的多個獨立線圈形成。 例如，在一個具體實施例中，超導導線由鈮合金形成，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 任何匝數的任何數量的獨立線圈形成。例如，非限定性地，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66中的一個或多個可以由具有大約550匝的超導線圈形成， 所述超導線圏能夠承受4安培電流(即，超導線圏具有大約2,200安培 匝數每線圈)。此外，在一些實施例中，繞組42、 44、 46、 62、 64、 66 (例如，用作電磁體的繞組)中的一個或多個可以由方形超導管內電纜 (CIC)形成，以利於使用下文針對圖8所討論的冷卻系統對電磁體進 4亍j氐溫冷卻。
在圖2的示例性實施例中，繞組46和66是推進繞組/發電機繞組且 分別與永》茲體26、 56協作以旋轉環形環14、 16並產生一定量的功率。 根據應用的不同，示例性的推進繞組46、 66可以是單相或多相繞組。 例如，如圖4關於繞組46所示，推進繞組46可以包括第一組(即，第 一相)推進線圏46A1_An、第二組(即，第二相)推進線圏46B1-Bn、和第 三組(即，第三相)推進線圈46cl_Cn。為了節省空間，繞組46的各獨 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。
每個推進線圏46A1.An、 46B1-Bn、和46c!-cn由控制系統控制(對此下 文結合圖8作的進一步的討論)，以在環形環14、 16上產生旋轉力。為 此，功率信號(例如，交流、三相信號)供應給推進繞組46、 66。在接 收功率信號時，推進繞組46、 66形成產生交變磁場的電磁體。推進繞 組46、 66的各個獨立線圈(即電》茲體)中的一些浮皮完全激勵，而其它獨立線圈僅被部分地激勵或根本不被激勵。交變磁場與永磁體26、 56 產生的相應磁場相互作用以通過磁性排斥和磁性吸引來"推拉，，環形環 14、 16。當推進繞組46、 66由功率信號激勵時，推進繞組46、 66和永 磁體26、 56形成馬達。 一旦環14、 16以操作速度旋轉，環形環14、 16 可以提供穩定效應且/或^L用作功率源。例如， 一旦環14、 16旋轉，可 以從推進繞組去除功率信號，且因此推進繞組46、 66不再充當電磁體。 相反，當環形環14、 16旋轉時，推進繞組46、 66和永磁體26、 56協 作以形成發電機。即，當永磁體26、 56產生的磁場分別橫穿推進繞組 46、 66的各獨立線圈時，在電/F茲體46、 66內感應電流。由此，當環形 環14、 16旋轉時，推進繞組46、 66和永石茲體26、 56協作以產生電功 率。產生的電功率可以用於給運載工具(例如，運載工具的電動馬達) 和/或其它電功率設備(在一些實施例中，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於使環形環14、 16 懸浮。在一些實施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以為感應導軌， 其基於在環形環14、 16運動時(即永i茲體22、 24、 52、 54運動時)感 應的感應電流來提供懸浮力。在這種實施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64是被動式的。即，當永磁體22、 24、 52、 54產生的磁場橫穿懸浮繞 組42、 44、 62、 64時，在繞組42、 44、 62、 64內感應出生成排斥磁場 的電流。繞組42、 44、 62、 64產生的磁場排斥永磁體22、 24、 52、 54 產生的磁場，其通過磁性排斥力使環形環14、 16懸浮。在一些實施例 中，被動懸浮繞組42、 44、 62、 64由導電材料或絞合線層疊段形成。 在這種實施例中，繞組42、 44、 62、 64由多個具有短路端子的單匝線 圈形成，其允許所感應的電流有效地生成相反的》茲場以懸浮環形環14、 16。例如，在該被動懸浮實施例中，懸浮繞組44由具有一系列縫槽或 開口 49的導電材料的層疊段形成，如圖5示例性地所示。單匝線圏47^ 圍繞每個縫槽(或稱狹槽)49形成。當由永磁體24產生的磁場橫穿懸 浮繞組44時，在每個線圏47^內感應電流，乂人而產生排斥,茲場，如上 文所討論的。在這樣的實施例中，其它懸浮繞組42、 62、 64淨皮類似地 構造。
在其它實施例中，繞組42、 44、 62、 64是"主動式的"，且被構造 成電磁體。使用中，懸浮繞組42、 44、 62、 64分別與永磁體22、 24、
15說明書第8/20頁
52、 54協作以懸浮環形環14、 16。為此，功率信號或激勵電流信號供 應給懸浮繞組42、 44、 62、 64。因此，懸浮繞組42、 44、 62、 64產生 磁場。懸浮繞組42、 44、 62、 64產生的磁場分別吸引永磁體22、 24、 52、 54產生的磁場。環形環14、 16由有關磁場的吸引力懸浮。在這種 實施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64類似於推進繞組46、 66(例如， 單相推進繞組46、 66)且由多個具有任何匝數的獨立懸浮線圏(即電磁 體)形成，如上文關於圖2所討論的。此外，在一些實施例中，懸浮繞 組42、 44、 62、 64可以包括"被動的"和"主動的"繞組，使得繞組 42、 44、 62、 64的一部分響應於施加的功率信號產生懸浮磁場，而繞組 42、 44、 62、 64的另一部分響應於所感應的電流產生懸浮,茲場，如上文 所討論的。另外，在一些實施例中，推進繞組與懸浮繞組42、 44、 62、 64交織或含有懸浮繞組42、 44、 62、 64。
現在參見圖6,在另一實施例中，環形導軌34包括突起80、 82、 84且環形導軌36包括突起86、 88、 90。環形環14包括被構造成接收 突起80的凹口 92、被構造成接收突起82的凹口 94、和被構造成接收 突起84的凹口96。類似地，環形環16包括;波構造成接收突起86的凹 口 98、被構造成接收突起88的凹口 100、和被構造成接收突起90的凹 口 102。雖然圖6的示例性實施例包括兩個環形環14、 16和導軌34、 36,在其它實施例中可以包括任何數量的環形環和相關的導軌。
在圖6的實施例中，環形環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類似於永i茲體 22、 24、 26。永》茲體104、 106、 108、 110、 112、 114中的每一個都是 由成行地圍繞環形環14嵌入的多個獨立永磁體形成的。類似於環形環 14,環形環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類似於永磁體52、 54、 56且各由成 行地圍繞環形環16嵌入的多個獨立永;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獨立永^茲體112廣112n和114廣114n 形成，使得由磁體U2廣112n和114廣114n產生的石茲場在凹口 84的區域內
16提高或增加且在該區域外減少。類似地，永一磁體124和126由以海爾貝 克陣列定位的多個獨立永磁體124rl24n和126rl26n形成，使得由磁體 124廣124n和126廣126n產生的磁場在凹口 102的區域內提高或增加且在 該區域外減少。
懸浮繞組42和44分別位於突起80和82內。類似地，懸浮繞組62 和64分別位於突起86和88內。懸浮繞組42、 44、 62、 64以上文關於 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"被動的，，且由具有單短路轉(例如，具有多個如圖5所示的縫 槽的層疊導電材料)的多個獨立線圏形成。或者，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以為"主動的，，且由用作電磁體的多個獨立線圈形成以產生吸引的 懸浮磁場。
推進繞組46和66分別嵌入在突起84和90內。推進繞組46和66 以與上文關於圖2和4所討論的大致相同的方式操作。即，推進繞組46 和66由用作電磁體的多個獨立線圈形成以產生推進^茲場。為此，功率 信號(例如，交流、三相信號)供應給推進繞組46、 66以使得繞組46、 66產生交變》茲場。交變;茲場與由永》茲體112、 114、 124、 126產生的相 應的磁場相互作用以經由磁性排斥和磁性吸引"推和拉"環形環14、 16。 一旦環14、 16運動(即，旋轉)，功率信號可以去除，且推進繞組46、 66和永磁體112、 114、 124、 126協作以形成發電機。即，當由永磁體 112、 114、 124、 126產生的磁場分別橫穿推進繞組46、 66的獨立線圏 時，在線圏內感應電流。由此，當環形環14、 16旋轉時，推進繞組46、 66和永磁體112、 114、 124、 126協作以產生電功率。此外，當旋轉時， 環形環14、 16可以給含有裝置IO的運載工具提供穩定效應。例如，取 決於應用，旋轉時，環形環14、 16可以提供偏H俯仰和/或滾動穩定 效應。
雖然推進繞組46、 66和懸浮繞組42、 44、 62、 64在圖6中圖示為 彼此相隔^艮遠，應當理解的是，在一些實施例中，推進繞組46、 66也 可以與突起80、 82、 86、 88內的懸浮繞組42、 44、 62、 64交織，且與 永磁體104、 106、 108、 110、 116、 118、 120、 122相互作用。類似地， 在一些實施例中，懸浮繞組42、 44、 62、 64也可以與推進繞組46、 66 交織，且與永磁體112、 114、 124、 126相互作用。
現在參見圖8,在一些實施例中，裝置IO也可以包括控制系統130,所述控制系統130聯接到嵌入在殼體12內或與殼體12聯接的繞組42、 44、 46、 62、 64、 66。控制系統130包括控制電路132和開關電路134、 138以及開關電路136 (在一些實施例中)。控制電路132可以實施為任 何類型的控制電路，例如微處理器、微控制器、專門應用集成電路 (ASIC)、離散部件或類似物。此外，控制電路132可以包括其它電路 以控制所述控制系統130的其它部件或與所述其它部件相互作用，包括 但不限於，存儲器設備、處理器、輸出驅動器、繼電器、開關、緩衝器、 功率轉換電路等。開關電路134、 136、 138可以實施為能夠選擇性地聯 接各種互連件的任何類型的電路。例如，在一些實施例中，開關電路134、 136、 138可以實施為多個繼電器、開關或類似物。此外，在一些實施例 中，開關電路134、 136、 138或其部分也包括在控制電路132內。
控制電路132經由開關電路134聯接到環形環14的推進繞組46。 具體而言，開關電路134經由多個互連件140聯接到推進繞組46。控制 電路132經由多個互連件142和互連件144聯接到開關電路134。開關 電路134也經由多個互連件146和連接器148可拆卸地聯接到外部功率 源150。類似地，控制電路132經由開關電路138聯接到環形環16的推 進繞組66。具體而言，開關電路138經由多個互連件152聯接到推進繞 組66。控制電路132經由多個互連件154和互連件156聯接到開關電路 138。類似於開關電路134,開關電^各138也經由多個互連件146和連接 器148可拆卸地聯接到外部功率源150。外部功率源150可以為裝置10 外部的任何類型的功率源。在一些實施例中，外部功率源150實施為電 池或電池組。在其它實施例中，外部功率源150可以實施為發電才幾、電 容器組、或電網。無論如何，外部功率源150是能夠為推進繞組46、 66 提供足夠的功率的功率源，以產生足以使得環形環14、 16以最小操作 旋轉速度(例如，45,000RPM)旋轉的交變磁場。
在懸浮繞組為"主動式"(即，；波構造成電磁體)的實施例中，控 制電路132也經由開關電路136聯接到環形環14的懸浮繞組42、 44和 環形環16的懸浮繞組62、 64。具體而言，開關電路136經由多個互連 件160聯接到懸浮繞組42、 44、 62、 64。控制電路132經由多個互連件 162和互連件164聯接到開關電路136。開關電路136也經由互連件146 和連接器148可拆卸地聯接到外部功率源150。
控制電路132也分別經由多個互連件178、 180聯接到傳感器174、
18176。傳感器174與環形導軌34聯接且定位為感測或確定環形環14的 旋轉速度。類似地，傳感器176與環形導軌36耳關接且定位為感測或確 定環形環16的旋轉速度。因此，傳感器174、 176產生表示相應的旋轉 速度的信號。傳感器可以為能夠感測或確定環形環14、 16的旋轉速度 的任何類型傳感器，例如霍爾效應傳感器、紅外傳感器、雷射傳感器或 類似物。在一些實施例中，可^f吏用附加的傳感器以感測環形環14、 16 的其它條件，例如，環相對於導軌34、 36的對準。這種附加的傳感器 也可以為能夠感測希望條件的任何類型傳感器。
控制電路132也經由多個互連件166聯接到運載工具功率和其它電 路系統170。例如，這種運載工具功率電路可以包括例如電動馬達或用 於使運載工具運動的其它電運載工具推進設備。這種其它電路系統可以 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 170可以包括電子儀器，例如飛行導航儀器、計算機、環境調節器、通 信設備和類似物。
在一些實施例中，裝置IO也包括冷卻系統172。在這種實施例中， 控制電路132經由多個互連件173聯接到冷卻系統172。冷卻系統172 示例性地為開口冷卻系統(即，冷卻媒介不局部地再冷卻)。因此，可 以進行冷卻々某介(例如，冷卻流體)的外部冷卻。此外，在一些實施例 中，冷卻媒介可以釋放而不是捕獲，例如，液氮用於冷卻媒介的這些實 施例。或者，冷卻系統172可以為閉口冷卻系統，其中在每次4吏用之後 冷卻士某介再冷卻。在該實施例中，冷卻系統172可以包括水箱或其它冷 卻裝置以冷卻冷卻J 某介。在該實施例中，冷卻J 某介可以與繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的一個或更多接觸或靠近繞組42、 44、 46、 62、 64、 66的一個或更多流動，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箱(未示出) 內，且取決於所使用冷卻系統的類型可以外部地或內部地冷卻。
使用中，控制電路132;f皮構造成控制開關電路134、 136、 138的操 作且控制由環形環14、 16產生(旋轉時)的電功率的分配。例如，在 裝置10的使用之前，環形環14、 16可以是靜止的或不旋轉。由於環14、 16未旋轉，環形環14、 16不產生任何可感知的電功率。因此，外部功
19率源150聯接到裝置10以提供功率給裝置10。為此，控制電路132經 由互連件142傳遞控制信號給開關電路134,以使得開關電路134將互 連件140與互連件146聯接。控制電路132也經由互連件154傳遞控制 信號給開關電路138,以使得開關電路136將互連件152與互連件146 聯接。此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64是"主動的"(即，被構造成 電磁體)的實施例中，控制電路132經由互連件162傳遞控制信號給開 關電路136,以使得開關電路136將互連件160與互連件146聯接。由 此，外部功率源150提供功率給互連件160,其激勵懸浮繞組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導壽九 34、 36內的環形環14、 16相對於懸浮繞組42、 44、 62、 64的對準。基 於來自對準傳感器的反饋，控制電路132可以被構造成調節施加到懸浮 繞組42、 44、 62、 64的信號(例如，調節信號的電壓)以維持環14、 16在導軌34、 36內的適當對準。
外部功率源150也提供功率給互連件140和152,其激勵推進繞組 46、 66。然而，開關電路134、 136和/或控制電路132也修正、轉換或 調製由外部功率源150提供給推進繞組46、 66的功率。例如，由外部 功率源150提供的功率信號可以轉換為三相功率信號且供應給推進繞組 46、66的三相線圈，如上文關於圖4所討論的。此外，在一些實施例中， 由外部功率源150提供的功率信號可以從直流功率信號轉換為交流功率 信號。無論如何， 一旦激勵，推進繞組46、 66在由環形導軌34、 36限 定的環形腔內的交變》茲場。交變》茲場使得環形環14、 16經由i茲性排斥 和吸引旋轉。由此，環形環14、 16由交變磁場"推和拉"。環形環14、 16的旋轉速度由傳感器174、 176確定，且表示其數據的信號分別通過 互連件178、 180由每個傳感器174、 176傳遞給控制電路132。控制電 路132被構造成監測每個環形環14、 16的旋轉速度，以確保環14、 16 以相反或相對的方向以產生希望的淨角動量所必需的速度旋轉。如上文 所討i侖的，環形環14、 16以大致相同的速度以相對的方向旋轉，以產 生最小的淨角動量。替代性地或附加地，環形環14、 16可以相同的方 向或相對的方向而以不同的速度旋轉，以提供穩定效應給航空器。無論 如何，控制電路132通過控制供應給推進繞組46、 66的電壓控制環14、 16的旋轉速度。控制電路132例如通過控制開關電路134、 138控制電 壓。一旦控制電路132確定環形環14、 16均以等於或大於預定操作旋 轉速度的速度旋轉，控制電路132被構造成控制開關電路134、 136和 138從外部功率源150斷開裝置10。即，控制電路132經由互連件142 將控制信號傳遞給開關電路134，以使得開關電路134將互連件140從 互連件146斷開且將互連件140與互連件144聯接。類似地，控制電路 132經由互連件154將控制信號傳遞給開關電路138,以使得開關電路 138將互連件152從互連件146斷開且將互連件152與互連件156聯接。 此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64 ^皮構造成電,茲體的實施例中，控制 電路132經由互連件162將控制信號傳遞給開關電路136,以使得開關 電路136將互連件160從互連件146斷開且將互連件160與互連件164 聯接。
由於環形環14在旋轉，永磁體26 (或永磁體112、 114)和推進繞 組46形成發電才幾且經由互連件140、開關電路134和互連件144供應電 功率給控制電路132。類似地，由於環形環16在旋轉，永磁體56 (或 永磁體124、 126)和推進繞組66形成發電才幾且經由互連件152、開關 電路138和互連件156供應電功率給控制電路132。控制電路132經由 互連件144、 156接收電功率，且經由互連件166將功率再分配給運載 工具功率和其它電路系統170。控制電路132被構造成監測並控制從環 形環14、 16提取的功率數量(經由繞組46、 66),以將環形環14、 16 的淨角動量維持在希望的數量。
運載工具功率和其它電路系統170可以包括能夠通過由環形環14、 16產生的電功率提供功率的任何類型的電路。例如，運載工具功率和其 它電路系統170可以包括電動馬達、其它電氣運載工具推進和提升i殳備、 電氣儀器、計算機、控制系統、照明器和顯示器、電錶和類似物。在一 個特定的實施例中，其它電路系統170包括通常在航空器中存在的電路, 例如推進系統、通信儀器和系統、導航儀器和系統、照明系統、全球定 位系統(GPS)、多功能顯示器(MPD)、和發動機或馬達監測系統。在 懸浮繞組為"主動的"(即，被構造成電磁體)的實施例中，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 於圖2所述的方式維持環形環14、 16的懸浮。在懸浮繞組為"被動的" 的實施例中，由懸浮繞組42、 44、 62、 64和相關的永磁體22、 24、 52、 54(或104、 106; 108、 110; 116、 118; 120、 122)協作產生的磁場引起的感應電流產生懸浮力(即，磁性排斥力)，以將環形環14、 16維持 在懸浮位置。
在一些實施例中，控制電路132經由傳感器174、 176監測環形環 14、 16的旋轉速度，如果環形環14、 16的旋轉速度降到預定最小旋轉 速度(例如，6000RPM)以下，產生報警信號給裝置10 (或由裝置10 提供功率的運載工具)的操作者。報警信號通知操作者需要環形環14、 16的"再充電，，(即，使用外部功率源150提供功率給推進繞組46、 66 以將環14、 16以預定操作旋轉速度旋轉)。在這種情況下，控制電路132 可以;故構造成從一些運載工具功率和其它電路系統170去除功率，從而 為較高優先級的設備(例如驅動馬達)儲備功率。環形環14、 16可以 通過使用連接器148以上述方式將外部功率源150聯接到裝置而再充 電。
現在參見圖9，提供功率給運載工具的算法200 (由控制電路132 4丸行)以處理步驟202開始。在處理步驟202之前，環形環14、 16是 靜止的或低於最小旋轉速度。因此，環形環14、 16(即，永磁體26、 56、 112、 114、 124、 126和推進繞組46、 66)產生最小量的電功率或 不產生電功率。在處理步驟202中，控制電路132確定外部功率源150 是否聯接到裝置10。如上文關於圖8所述，外部功率源150可以經由連 接器148聯接到裝置10。如果外部功率源150未聯接到裝置10,算法 200環回到處理步驟202。由此，算法200監測外部功率源150到裝置 10的耳關接。
在懸浮繞組42、 44、 62、 64為"主動的"(即，被構造成電磁體) 的實施例中， 一旦控制電路132感測或確定外部功率源150已經聯接到 裝置10，算法200前進到處理步驟204。在處理步驟204中，懸浮繞組 42、 44、 62、 64被激勵以使得環形環14、 16經由磁性吸引懸浮在環形 導4九34、 36中。為此，控制電^各132控制開關電路136將來自外部功 率源150的電功率分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64。
算法200隨後前進到處理步驟206，其中推進繞組46、 66(即，電 磁體)被激勵以使得環形環14、 16經由磁性吸引和排斥開始運動(即 旋轉)。為此，控制電路132控制開關電路134、 138將來自外部功率源 150的電功率分配給推進繞組46、 66。在懸浮繞組為"主動的"的實施 例中，處理步驟204和206可以同時地或以任何先後順序進行。例如，在激勵推進繞組46、 66之前，懸浮繞組42、 44、 62、 64可以短時期祐: 激勵。或者，在懸浮繞組42、 44、 62、 64為"被動的"的實施例中(即， 當永》茲體22、 24、 52、 54穿過懸浮繞組42、 44、 62、 64時)，當通過 永石茲體22、 24、 52、 54協作在其中感應電流時，環形環14、 16經由通 過繞組42、 44、 62、 64產生的磁場懸浮。在這種實施例中，裝置10包 括多個滑板、輪、或被構造成支撐環形環14、 16而不懸浮的其它低摩 擦支撐機構(即，在懸浮繞組42、 44、 62、 64產生足以懸浮環形環14、 16的磁場時刻之前)。此外，在裝置10包括冷卻系統172的實施例中， 在處理步驟206中，控制電路132可以將來自外部功率源150的功率隨 後或與推進繞組46、 66的激勵同時分配給冷卻系統172。
在處理步驟208中，控制電路132確定環形環14、 16的旋轉速度 是否等於或大於預定操作旋轉速度。為此，控制電路132分別從傳感器 174、 176接收表示環形環14、 16旋轉速度的數據信號。控制電路132 將環形環14、 16的測定旋轉速度與預定操作旋轉速度比較。在一些實 施例中，預定操作旋轉速度可以從大約6,000RPM到大約85,000RPM。 然而，取決於裝置10的具體應用，預定操作旋轉速度可以變化。無論 如何，如果環形環14、 16旋轉速度低於預定操作旋轉速度，算法200 環回到處理步驟204 (和處理步驟206,在一些實施例中)，其中推進繞 組46、 66 (和懸浮繞組42、 44、 62、 64)使用外部功率源150激勵。 由此，算法200經由主動的或感應的磁性懸浮力維持環形環14、 16的 磁性懸浮，且繼續旋轉環形環14、 16直到達到預定操作旋轉速度。
在處理步驟208中， 一旦確定環形環14、 16以等於或大於預定操 作旋轉速度旋轉，算法200前進到處理步驟210。此外，在一些實施例 中，裝置10和/或裝置IO聯接到其上的運載工具的操作者被通知環形環 14、 16被"充電，，或以等於或高於預定操作旋轉速度旋轉。在處理步驟 210中，算法200確定外部功率源150是否已經從裝置IO斷開。如果沒 有，算法200環回到處理步驟204 (和處理步驟206)以維持環形環14、 16的磁性懸浮和旋轉。然而，如果算法200確定外部功率源150已經成 功地從裝置10斷開，算法200前進到處理步驟212。在一些實施例中， 如果算法200確定在達到希望的旋轉速度之前外部功率源150已經斷 開，算法200環回到處理步艱A 202。
在處理步驟212中，環形環14、 16的動能轉換為電能(即，電功率)。為此，控制電路132分別經由開關電路134、 138將互連件140與互連件144聯接和將互連件152與互連件156聯接。由於環形環14在旋轉，永磁體26 (或112和114)與推進繞組46協作形成發電機，且經由互連件140和144將一定量的電功率供應給控制電路132。類似地，由於環形環16在旋轉，永磁體56 (或124和126 )與推進繞組66協作形成發電機，且經由互連件152和156將一定量的電功率供應給控制電路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載工具功率和其它電路系統170。為此，控制電路132經由互連件166將由環形環14、 16產生的電功率的一部分供應或分配給運載工具功率和其它電路系統170。
在處理步驟216中，控制電路132維持環形環14、 16的懸浮。在懸浮繞組42、 44、 62、 64為"主動的"(即，；陂構造成電磁體)的實施例中，算法200通過將處理步驟212中產生的一部分電能分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64維持環形環14、 16的懸浮。為此，控制電路132控制開發電路136將互連件160聯接到互連件164。由此，控制電路132通過經由互連件164、開關電路136和互連件160將由環形環14、 16產生的電功率的一部分供應或分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64而提供電功率。或者，在懸浮繞組為"被動的"的實施例中，在處理步驟216中，響應於經由由永i茲體22、 24、 52、 54的通過感應的電流，環形環14、16的懸浮通過由懸浮繞組42、 44、 62、 64產生的磁場維持。
在一些實施例中，算法200包括處理步驟217,其中環形環14、 16被控制。例如，在處理步驟217中，控制系統132監測並調節環形環14、16的角速度，使得淨角動量維持在可忽略的數量。例如，在處理步驟212中轉換的動能的數量可以改變從而改變環形環14、 16的旋轉速度。在其它實施例中，例如裝置10用於航空器的實施例中，淨角動量可用作偏航控制。即，環形環14、 16的一個或二者的旋轉速度可以調節，使得運載工具(例如航空器)的取向通過建立足夠的淨角動量控制。此外，在懸浮繞組42、 44、 62、 64是"主動的"的實施例中，處理步驟217中，供應給懸浮繞組42、 44、 62、 64的電壓可以調節，>^人而控制環14、 16在導軌34、 36中的對準。
在處理步驟218中，算法200確定環形環14、 16的旋轉速度是否大於預定的最小旋轉速度。由於隨著旋轉動能轉換為電能，環形環14、
2416將逐漸放慢，在處理步驟218中，環形環14、 16的旋轉速度^皮確定且與最小旋轉速度比較。為此，控制電路132分別從傳感器174、 176接收表示環形環14、 16旋轉速度的數據信號。控制電路132將環形環的測定旋轉速度與預定最小旋轉速度比較。在一些實施例中，預定最小旋轉速度可以從大約5,000RPM到大約10,000RPM。然而，取決於具體應用，預定操作旋轉速度可以變化。
在處理步驟218中，如果確定環形環14、 16旋轉速度大於最小旋轉速度，算法200環回到處理步驟212、 214、 216(和217),其中，電功率被產生且分配，並維持環形環14、 16的懸浮。然而，如果確定環形環14、 16的旋轉速度小於最小旋轉速度，算法200前進到處理步驟220，其中，裝置IO或裝置10聯接到其上的運載工具(例如航空器)的操作者被報警。操作者可經由視覺、可聽得見的、或可觸知的指示器報警。例如，在一些實施例中，點亮光以警告操作者環形環14、 16以低於預定最小操作旋轉速度的旋轉速度旋轉。附加地或替代性地，可以觸發可聽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生的電功率數量低於希望的水平且操作者相應地行動(例如，著陸航空器)。或者，在一些實施例中，控制電路132可以被構造成自動地開始正確的響應，例如著陸航空器。在處理步驟220中， 一旦操作者被報警，算法200前進到處理步驟222，其中算法200確定環形環14、16的旋轉速度是否為O或大約為0。即，控制電路132經由傳感器174、176確定環形環14、 16是否已經放慢到靜止或接近靜止的狀態。如果環形環14、 16仍以某旋轉速度旋轉，算法200環回到處理步驟212、 214和216，使得旋轉環形環的全部或幾乎全部可利用的動能轉換為電能(即電功率)。然而，如果環形環14、 16已經放慢到靜止或接近靜止的狀態，算法200環回到處理步驟202,其中算法200等待或暫停，直到外部功率源150再次聯接到裝置IO以對環形環14、 16進行"再充電"。
應當理解的是，在一些實施例中，裝置10可用作主功率源以提供電功率給運載工具和/或用作穩定設備以提供穩定效應給運載工具。參見圖10和U,在一個這種實施例中，導管風扇力元空器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身302。多個操作者和乘客座位304位於機身302內。蓋306覆蓋機身302的頂部。航空器300也包括轉子葉片區308。轉子系統310位於轉子葉片區308內。可控的葉輪導管311覆蓋轉子葉片區308 的頂部同時提供空氣通道以通過轉子系統310收集或運動通過轉子葉片 區308。可控的葉輪管道系統312覆蓋轉子葉片區308的底部同時提供 空氣通道以通過轉子系統310從轉子葉片區308排出或運動通過轉子葉 片區308。在操作期間，可控的葉輪管道系統312也提供對航空器的橫 向和旋轉控制。葉輪管道系統311和312可以控制至閉合狀態，使得系 統311和312形成實心或大致實心的翼片，所述翼片在向前運動期間提 供升力給航空器。
如圖12和13所示，轉子系統310包括頂部轉子314和底部轉子316。 每個轉子314、 316包括多個轉子葉片318。如圖所示，每個轉子314、 316包括6個轉子葉片，但在其它實施例中，可以使用具有更多或更少 轉子葉片的轉子。轉子314、 316彼此同軸地定位，當供以功率時，以 相反的方向旋轉，使得由轉子314、 316產生的淨角動量最小。轉子314、 316彼此豎直地隔開，以減少或最小化紊流能量損失。在一個實施例中， 轉子314、 316以大約18英寸或更大的距離豎直隔開。如圖所示，轉子 314、 316通過線性感應馬達(LIM)提供功率。然而，在其它實施例中， 轉子314、 316可以經由一個或多個電動馬達提供功率。除了提供豎直 推力之外，在一些實施例中，各個獨立轉子葉片318可用於提供方向推 力。在這種實施例中，轉子葉片318可共同控制(例如，每個轉子葉片 318的俯仰一致地調節)或循環地控制(例如，取決於其在旋轉平面的 位置，每個轉子葉片318的俯仰有選擇地控制)。此外，在一些實施例 中，每個轉子葉片318的遠端經由磁性懸浮的徑向軸承(未示出)可滑 動地聯接到框架的外部。在其它實施例中，航空器300可以包括用於推 進的附加的轉子或其它裝置，以提供方向控制和/或水平推力。
如圖所示，航空器300包括位於環形導軌(例如，環形殼體12)中 的兩個環形環(例如，環形環14、 16)。然而，應當理解的是，在其它 實施例中，航空器300可以包括任何數量的環形環。典型地，使用偶數 個環形環，使得環形環可以被構造成產生最小的淨角動量。此外，環形 環可用於在旋轉時給航空器300提供穩定性。如圖12和13所示，環形 殼體12定位為使得殼體12環繞機身302。在一個實施例中，如圖12所 示，環形殼體12朝航空器300的外周邊定位。在該實施例中，環形殼 體12可以具有大約28英尺的直徑。然而，在其它實施例中，如圖13
26所示，環形殼體12朝機身302的外周邊定位。在該實施例中，環形殼 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130(關於圖8和9圖示和描述)，以控 制環形環14、 16的操作。因此，航空器300聯接到外部功率源150,其 最初提供功率給推進繞組46、 66以磁性地旋轉環形環14、 16,且在一 些實施例中提供功率給懸浮繞組42、 44、 62、 64以磁性地懸浮環形環 14、 16,如上文關於圖8和9所討論的。為了最小化旋轉時由環形環14、 16產生的淨角動量，環形環14、 16以相反的方向和大致相同的旋轉速 度旋轉。 一旦環形環14、 16以預定操作旋轉速度旋轉，外部功率源150 可以從航空器300斷開。如上文關於圖8和9所討論的，在環形環14、 16旋轉時，推進繞組46、 66和永》茲體26、 56 (或112、 114和124、 126) 構成發電機。由環形環14、 16產生的電功率分配給運載工具功率和其 它電路系統170,且在一些實施例中分配給懸浮繞組42、 44、 62、 64。 例如，所產生的電功率的一部分由控制電路132提供給轉子系統310以 使航空器300運動。航空器300示例性地為豎直起落(VTOL)航空器。 因此，在起飛期間，電功率提供給轉子系統310，引起轉子314、 316旋 轉至足夠的旋轉速度，使得轉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的方向可經由空氣管道系統312控制。即， 空氣管道系統312的多個獨立葉片是可控的，以允許通過轉子葉片區 308的空氣流的受控排出。由此，航空器300的方向推進可以經由轉子 系統310和空氣管道系統312的控制實現。附加地或替代性地，環形環 14、 16的旋轉速度可以被控制或修正，使得淨角運動提供導向力給航空 器300。此外，在一些實施例中，航空器300包括其它轉子、推進器、 渦輪機、或其它推力設備，以提供方向控制和/或推力給航空器。在該實 施例中，當轉子314、 316的速度減少或停止時，空氣管道系統311、 312 可以部分或全部封閉，使得航空器的形狀基於由附加的推力設備提供的 向前推進力提供升力。航空器300以這種方式操作，直到環形環14、 16 放慢到或低於最小旋轉速度的旋轉速度。在該時刻後，航空器300可以 著陸，且環形環14、 16使用外部功率源150 "再充電"。
雖然在附圖和前述說明書中，本公開已經詳細地圖示和描述，該圖 示和描述應當認為是示範性的而不是限定性的，應當理解的是，僅顯示 和描述示例性的實施例，且希望落入本公開精神內的所有修改和變型被
27保護。
根據本文所述的裝置、系統和方法的各種特徵產生本公開的多個優 勢。應當注意到，不包括所描述的所有特徵的本公開的裝置、系統和方 法的替代性實施例仍然受益於該特徵的至少一些優勢。本領域技術人員 設計自身的實施例，所述實施例包含本發明一個或更多特徵的裝置、系 統和方法，且落入所附權利要求限定的本公開的精神和範圍內。
權利要求
1.一種提供功率給運載工具的裝置，所述裝置包括限定環形腔的殼體；位於環形腔內的環形環，所述環形環具有磁性材料；和推進繞組，其與所述殼體聯接且被構造成響應於第一功率信號在環形腔內產生交變磁場，以使環形環運動。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組被構 造成在環形環運動時與磁性材料協作以產生一定量的電功率。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組被構 造成提供電功率給其它電路。
4. 根據權利要求1所述的裝置， 本上呈圓形的橫截面。
5. 根據權利要求1所述的裝置， 於標準氣壓的內壓力。
6. 根據權利要求1所述的裝置， 纖維複合材料。
7. 根據權利要求1所述的裝置， 約3英尺到大約50英尺的外徑。
8. 根據權利要求1所述的裝置， 約1英寸到大約6英寸的橫截面直徑，
9. 根據權利要求1所述的裝置，7JC磁體。
10. 根據權利要求9所述的裝置 環形環內。
11. 根據權利要求9所述的裝置 爾貝克陣列的一部分。
12. 根據權利要求9所述的裝置 金製成。
13. 根據權利要求1所述的裝置， 與環形環聯接的粉末磁性材料。
14. 根據權利要求1所述的裝置，超導電》茲體。其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於， 其特徵在於，所述環形腔具有基 所述環形腔具有小 所述環形環包括碳 所述環形環具有大 所述環形環具有大 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 所述推進繞組包括
15. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組包括至少一個線圈。
16. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組由鈮合金製成。
17. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述磁性材料的至少部分位於由所述推進繞組的至少一部分所產生的交變磁場的至少一部分內。
18. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組形成馬達-發電才幾的一部分。
19. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一功率信號為交流信號。
20. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所迷第一功率信號提供功率給推進繞組的第一部分的時長為第一時間周期，而提供功率給推進繞組的第二部分的時長為第二時間周期。
21. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組被構造成在環形腔內產生交變磁場，從而使環形環以大約10,000轉每分鐘到大約85,000轉每分鐘的旋轉速度旋轉。
22. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括被構造成產生所述第一功率信號的控制電路。
23. 根據權利要求22所述的裝置，其特徵在於，所述控制電路被構造成使用外部功率源來產生所述第 一功率信號。
24. 根據權利要求22所述的裝置，其特徵在於，還包括與所述殼體和控制電路聯接的傳感器，所述傳感器產生表示環形環的旋轉速度的數據信號。
25. 根據權利要求24所述的裝置，其特徵在於，所述控制電路被構造成響應於所述數據信號來調節第一功率信號。
26. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括被構造成冷卻所述推進繞組的冷卻系統。
27. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括懸浮繞組，所述懸浮繞組與所述殼體聯接且被構造成在環形腔內產生磁場以使環形環懸浮。
28. 根據權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述懸浮繞組包括被構造成響應於第二功率信號產生磁場的電磁體。
29. 根據權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述懸浮繞組包括具有多個平行縫槽的疊層材料。
30. 根據權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述懸浮繞組形成絞合線梯線。
31. 根據權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述殼體包括延伸到所述環形腔內的突起，所述懸浮繞組與所述突起聯接。
32. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述殼體包括延伸到所述環形腔內的突起，所述推進繞組與所述突起聯接。
33. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述運載工具為航々突
34. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述環形環包括內部腔。
35. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述推進繞組被構造成產生用於所述運載工具的推力裝置的功率。
36. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述環形環被構造成增加環形環運動時所述運載工具的穩定性。
37. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括用於穩定所述運載工具的裝置。
38. —種用於運載工具的功率源，所述功率源包括限定第 一 環形腔和第二環形腔的殼體；第 一環形環，其位於所述第 一環形腔內且具有聯接到其上的第 一磁性材料；第一推進繞組，其與所述殼體聯接，且被構造成響應於第一功率信號在第 一環形腔內產生第 一交變磁場以使所述第 一環形環運動；第二環形環，其位於所述第二環形腔內且具有聯接到其上的第二磁性材料；和第二推進繞組，其與所述殼體聯接，且被構造成響應於第二功率信號在第二環形腔內產生第二交變磁場以使所述第二環形環運動；
39. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述第一環形環包括第一豎直軸線，且所述第二環形環包括第二豎直軸線，所述第一和第二豎直軸線基本上對準。
40. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述第一推進繞組包括第一電磁體，所述第一電磁體被構造成產生第 一交變磁場以將第一環形環旋轉至第一旋轉速度，所迷第二推進繞組包括第二電磁體，所述第二電磁體被構造成產生第二交變磁場以將第二環形環旋轉至第二旋轉速度。
41. 根據權利要求40所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二旋轉速度大致相等。
42. 根據權利要求40所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二旋轉速度為大約45,000轉每分鐘到大約85,000轉每分鐘。
43. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，還包括被構造成產生所述第一和第二功率信號的控制電路。
44. 根據權利要求43所述的裝置，其特徵在於，所述控制電路被構造成控制所述第一和第二環形環的旋轉速度，使得所述第一和第二環形環的旋轉產生預定的淨角動量。
45. 根據權利要求43所述的裝置，其特徵在於，所述控制電路被構造成使用外部功率源產生所述第一和笫二功率信號。
46. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，還包括(i) 第一懸浮繞組，其與所述殼體聯接，且被構造成在所述第一環形腔內產生第一磁場以使所述第一環形環懸浮；和(ii) 第二懸浮繞組，其與所述殼體聯接，且被構造成在所述第二環形腔內產生第二磁場以使所述第二環形環懸浮。
47. 根據權利要求46所述的裝置，其特徵在於，所述第一懸浮繞組包括第一電磁體，所述第一電磁體被構造成響應於第三功率信號產生所述第一磁場，所述第二懸浮繞組包括第二電磁體，所述第二電磁體被構造成響應於第四功率信號產生所述第二磁場。
48. 根據權利要求46所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二懸浮繞組由具有多個平行縫槽的疊層材料製成。
49. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二環形腔中的每 一 個都具有小於標準氣壓的內壓力。
50. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，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. 根據權利要求50所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二永磁體由鑭合金製成。
52. 根據權利要求50所述的裝置，其特徵在於，所述笫一和第二永磁體中的至少一個形成海爾貝克陣列的一部分。
53. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，第一和第二推進繞組由鈮合金製成。
54. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二功率信號為交流信號。
55. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，還包括與所述殼體和控制電路聯接的第一傳感器和第二傳感器，所迷第一傳感器產生表示所述第一環形環的旋轉速度的第一數據信號，所述第二傳感器產生表示所述第二環形環的旋轉速度的第二數據信號。
56. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述運載工具為航空器。
57. 根據權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述第一和第二環形環被構造成在所述第一和笫二環形環運動時為所述運載工具提供穩定性。
58. —種提供功率給運載工具的方法，所述方法包括以下步驟在環形腔內使環形環懸浮，所述環形環具有與其聯接的磁性材料；對繞組進行激勵，以將環形環旋轉至預定的操作旋轉速度；和在所述環形環旋轉時通過所述磁'性材料和所述繞組的協作產生電功率。
59. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，使環形環懸浮包括以電磁方式使所述環形環懸浮。
60. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，產生電功率包括以電J茲方式產生電功率。
61. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，還包括在所述環形腔內建立真空的步驟。
62. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，所述磁性材料包括永磁體。
63. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述永磁體形成海爾貝克陣列的一部分。
64. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，所述磁性材料包括與所述環形環聯接的粉末磁性材料。
65. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，對所述繞組進行激勵包括對電》茲體進4亍激勵。
66. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，對所述繞組進行激勵包括在環形腔內產生交變磁場。
67. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，對所述繞組進行激勵包括對繞組的第一部分激勵第一時間周期，對繞組的第二部分激勵第二時間周期。
68. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，預定的操作旋轉速度為大約45,000轉每分鐘到大約85,000轉每分鐘。
69. 根據權利要求58所述的方法，其特徵在於，還包括監測所述環形環的旋轉速度的步驟。
70. 根據權利要求58所迷的方法，其特徵在於，還包括冷卻所述繞組的步驟。
71. 根據權利要求58所迷的方法，其特徵在於，所述運載工具是航空器。
72. —種航空器，包括機身；環繞所述機身且限定了環形腔的殼體；環形環，位於所述環形腔內且具有與其聯接的磁性材料；推進繞組，與所述殼體聯接且被構造成響應於第一功率信號在環形腔內產生交變磁場以使環形環旋轉，或在所述環形環旋轉時與所述磁性材料協作產生電功率；懸浮繞組，與所述殼體聯接且被構造成產生磁場，以使所迷環形環懸浮在所述環形腔內；與所述機身聯接的第 一多個轉子葉片；用於旋轉所述第一多個轉子葉片的裝置；和被構造成產生功率信號的控制電路。
73. 根據權利要求72所述的航空器，其特徵在於，還包括(i) 與所述機身聯接的第二多個轉子葉片；和(ii) 用於以與第 一多個轉子葉片旋轉方向相反的方向來旋轉所述第二多個轉子葉片的裝置。
74. —種用於運載工具的電功率源，所述電功率源包括環形環；用於懸浮所述環形環的裝置；用於旋轉所述環形環的裝置，以在所述環形腔內產生 一 定量的動能；和用於將所述環形環的所述一定量的動能轉換為電能的裝置。
75. 根據權利要求74所述的電功率源，其特徵在於，所述用於懸浮環形環的裝置包括懸浮繞組，所述用於旋轉環形環的裝置包括推進繞組。
76. 根據權利要求75所述的電功率源，其特徵在於，所述懸浮繞組和所述推進繞組各包括至少一個電磁體。
77. —種運載工具，包括用於提供功率給所述運載工具的裝置；和用於穩定所述運載工具的裝置。
78. 根據權利要求77所述的運載工具，其特徵在於，所述用於提供功率給所述運載工具的裝置包括推進繞組。
79. 根據權利要求73所述的運載工具，其特徵在於，所述用於穩定所述運載工具的裝置包括環形環。
全文摘要
一種用於運載工具的功率源，包括位於殼體(12)內的至少一個環形環(14、16)。所述環形環(14、16)包括磁性材料，例如永磁體(22、24、26、52、54、56)。所述環形環(14、16)在所述殼體(12)內磁性地懸浮。推進繞組(46、66)與所述殼體(12)聯接，且經由功率信號激勵以使環形環(14、16)運動。一旦運動，所述磁性材料和所述推進繞組(46、66)協作產生電功率和/或提供穩定效應給所述運載工具。在一些應用中，例如在航空器(300)應用中，可以使用且以相反的方向旋轉兩個或更多的環形環(14、16)，從而產生預定的淨角動量。
文檔編號H02K7/09GK101496260SQ200680042987
公開日2009年7月29日 申請日期2006年9月1日 優先權日2005年9月20日
發明者E·索博塔, W·A·巴斯蒂安二世 申請人:巴斯蒂安家族控股公司