CN109792200B - 磁推进和发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁推进系统。先前，电机需要电子控制系统来提高效率。本发明的实施例使用第一轴(120)，所述第一轴接合到第一径向磁组件(131，“RMA”)的外表面上的第一极性的第一永磁体(113)。第二轴耦合到第二RMA。所述第一极性的第一电磁体磁体在所述第二RMA的外表面上，所述第一永磁体布置成在所述第一RMA的旋转和所述第二RMA的旋转过程中与所述第一电磁体对准。这致使所述轴旋转，这能够产生能够用于给发电机供以动力的机械功率。

Description

磁推进和发电系统

技术领域

本文的实施例总体上涉及磁推进系统。

背景技术

当前的电动机并且具体地DC电机存在一个或多个缺点。许多类型的电机效率低下。可以使用更高效的型号，但这些电机具有复杂、昂贵或两者兼有的电子控制系统。

发明内容

根据主题技术的一个实施例，一种磁推进驱动系统包括：第一径向磁组件(RMA)；第一轴，其耦合到所述第一RMA；第一极性的第一永磁体，其在所述第一RMA的外表面上；第二RMA；第二轴，其耦合到所述第二RMA；第一极性的第一电磁体磁体，其在所述第二RMA的外表面上，所述第一永磁体布置成在所述第一RMA的旋转和所述第二RMA的旋转过程中与所述第一电磁体对准，其中所述第一电磁体在与所述第一永磁体对准时被激活，所述第一电磁体和所述第一永磁体在所述第一电磁体的激活过程中互相排斥并致使所述第一轴和所述第二轴旋转；驱动轴，其通过所述第一轴和所述第二轴的转动而旋转；定子元件，其靠近所述第一永磁体和所述第二永磁体；以及电输出导体，其耦合到所述定子元件，所述电输出导体被配置成用于接收在所述第一RMA的旋转和所述第二RMA的旋转过程中通过所述第一永磁体和所述第二永磁体与所述定子元件的相互作用而生成的电流。

根据主题技术的另一实施例，一种磁推进驱动模块包括：纵向彼此平行地安排的第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、和第四驱动模块，每个驱动模块包括至少一个转子块组件，所述至少一个转子块组件包括多个电磁体，所述多个电磁体被定位且配置成用于与所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、或第四驱动模块中的任何相邻一者上的多个永磁体排斥，所述电磁体与所述永磁体的排斥导致所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、或第四驱动模块的径向动量和旋转；齿轮，其耦合到所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、和第四驱动模块；驱动轴，其耦合到输出轴齿轮并通过耦合到所述第一驱动模块和第三驱动模块或者第二驱动模块和第四驱动模块的行星齿轮的转动而旋转；定子元件，其靠近第一极性的所述多个永磁体和第二极性的所述多个永磁体；以及电输出导体，其耦合到所述定子元件，所述电输出导体被配置成用于接收在所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、和第四驱动模块的旋转过程中通过所述第一极性的所述多个永磁体和所述第二极性的所述多个永磁体与所述定子元件的相互作用而生成的电流。

附图说明

以下参考附图详细描述本发明的一些实施例，在附图中，相同的数字表示图中的对应部件。

图1是根据主题技术的示例性实施例的磁驱动推进系统的透视图；

图2是图1的磁驱动推进系统的顶视图；

图3是图1的磁驱动推进系统的右侧视图；

图4是图1的磁驱动推进系统的左侧视图；

图5是图2(顶视图)所示的最左侧径向磁组件的放大局部视图；

图6是图3(右侧视图)所示的最左侧径向磁组件的放大局部视图；

图7是图2的磁驱动推进系统的横截面端视图，描绘了具有两个行星扭矩传递齿轮和单个输出轴齿轮的支架组件的前部；

图7A是图2的同步齿轮的放大端视图；

图7B是图2的系统的支架外壳的局部前视图；

图8是为图2的驱动模块供电的电连接的后端示意图，描绘了交替对角线转子的激发序列；

图9是根据主题技术的示例性实施例的转子块的放大且局部的分解图，描绘了具有N极场线圈和S极磁体(“A”RMA)或S极场线圈和N极磁体(“B”RMA)的RMA(径向磁组件)；

图10是根据主题技术的示例性实施例的通过轴的电连接的侧面示意图；

图10A是图10的矩形10A的放大视图；

图10B是根据主题技术的示例性实施例的径向磁组件上的电齿位置的放大端视图；

图11是图5的顶部转子块的RMA的端视图的示意图，每个RMA沿顺时针方向从前一RMA旋转偏移11.25°；

图12是图6的顶部转子块的RMA的端视图的示意图，每个RMA沿逆时针方向从前一RMA旋转偏移11.25°；

图13是根据主题技术的示例性实施例的图2的驱动模块的端部示意图，示出了永磁体与相邻驱动模块的电磁体之间的排斥关系；

图14是根据主题技术的另一示例性实施例的磁驱动推进系统的右侧视图；

图15是根据主题技术的又一示例性实施例的磁驱动推进系统的右侧视图；以及

图16是根据主题技术的再一示例性实施例的磁驱动推进系统的右侧视图。

图17是根据示例性实施例的包括定子的磁驱动推进系统的透视图。

图18是没有图17的磁驱动推进系统的定子结构元件的端视图。

图19是图17的磁驱动推进系统的侧视图。

图20是图17的磁驱动推进系统的端部横截面视图。

图21是图17的磁驱动推进系统的侧视图。

图22是图20的磁驱动推进系统的定子芯的端视图/侧视图的混合示意图，其中侧视图是局部视图。

具体实施方式

概括地说，主题技术的实施例提供一种磁推进驱动系统。磁推进驱动系统可以是可扩展的以满足各种功率输出需求。词语“示例性”在本文用来意指“充当实例或例示”。在本文描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为相对于其他方面或设计是优选的或有利的。

现在参考图1至图4，示出了根据主题技术的示例性实施例的磁驱动推进系统100(通常称为“系统100”)。系统100通常包括并置安排以在操作时提供组合的扭矩输出的多个驱动模块145。每个驱动模块145包括多个磁体(113；114；115；116)(下面详细描述)。当操作时，来自不同驱动模块145的相同极性的磁体进行同步以彼此面对并排斥，从而给相应模块145提供驱动轴120；121转动的动力。驱动模块145可以大致呈圆柱形并且定位成使得至少两个模块的纵向轴线彼此平行。在所示的示例性实施例中，四个驱动模块平行地安排，然而应该理解，系统100通常使用安排成彼此自旋的两个或更多个驱动模块。系统100的操作使驱动模块145转动，使得从轴120；121提供输出扭矩，所述轴进而向输出驱动轴110提供功率输出(图2至图4)。

驱动模块145可以包括一个或多个转子块133、134。示例性实施例示出了驱动模块145各自包括五个转子块133、134，然而应该理解，主题技术的各方面允许或更多或更少的转子块133、134，具体取决于期望的输出(如图14至图16所示)。转子块133、134通常包括多个径向磁组件(RMA)131。在示例性实施例中，RMA 131可以包括8个磁体(113；114；115；116)，所述磁体从外表面向外面向并且在N极与S极极性之间交替。磁体(113；114；115；116)包括永磁体和场线圈电磁体。

RMA 131可以用铝圆料铣削而成，其中圆孔铣削有足够的直径和深度以围绕外半径每90度容纳电磁体113；114的尺寸以用于插入场线圈，并且每90度有正方形铣削凹槽以用于插入永磁体(115；116)，所述永磁体可以是例如NdFeB(35级)磁体。三十二(32)个1/8”孔124可以铣削到RMA 131的前部和后部，并且可以在内半径上偏移分开11.25度以容纳1/8”压缩销125(图9)，所述压缩销压配合到一起以在每个RMA 131之间建立11.25度的磁体偏移。齿117(图10、图10A、图10B)可以在RMA131中将电流从轴120；121传导到电磁体113；114)。

再次参考图1至图4，奇数编号圆圈表示N极电磁体(B场)。偶数编号圆圈表示S极电磁体(B场)。奇数编号正方形表示N极永磁体(H场)。偶数编号正方形表示S极永磁体(H场)。磁体(113；114；115；116)被编号，使得当同步齿轮112在模块145的端部上转动时，相同编号的磁体进行同步以彼此面对。左上和右下驱动模块145(图1)包括奇数编号的电磁体113；(B场)。右上和左下驱动模块145(图1)包括偶数编号的电磁体114；(B场)。电磁体(113；114)(B场)可以从永磁体(115；116)(H场)偏移45度。每个电磁体(113；114)(B场)可以与任何相邻永磁体(115；116)(H场)等距间隔开。

仍然参考图1至图4并同时参考图5和图6，在示例性实施例中，转子块133、134可以包括例如沿着轴120或121纵向并置的四个RMA131(指定为“R1”、“R2”、“R3”、“R4”)。磁体(113；114；115；116)可以安排成使得相同的极类型(例如由相同编号的磁体表示的N极电磁体)彼此相邻，并且任何两个相邻的磁体从转子块133、134的中心径向偏移11.25度的角度。相邻转子块133、134上的相同类型的磁体(113；114；115；116)可以偏移33.75度(例如，右下驱动模块145上的第一转子块133的最后一个正方形4在同一驱动模块145上的第2转子块133的第一正方形4的径向前方33.75度)。

现在参考图2至图4、图7、图7A和图7B，以下描述将轴120；121连接到行星齿轮119的系统100的外壳的示例性实施例。底板101提供甲板结构以沿端板108的前后支撑支架底座102，所述端板被钻孔并攻丝以容纳螺纹紧固件126来实现结构完整性。支架、底座102、支架中心103、和支架顶部104可以是具有用于安装转子轴承118的半月形铣削切口凹槽123(图7B)的支撑结构。顶板、封闭件105可以连接到左板106、右板107、顶部支架104、和端板108。端板108可以是齿轮外壳封闭面板，其中表面安装的凸缘轴承109被钻孔并攻丝以容纳输出驱动轴110。滚子轴承109可以是支撑输出驱动轴110的表面安装凸缘轴承。输出驱动轴110可以固定到支架中心103并且通过端板108中的孔突出。驱动齿轮111从连接到轴120的两个逆时针旋转的行星齿轮119(也参见图7)接收扭矩，所述轴由驱动模块150的旋转驱动并且将这个力转换为输出驱动轴110的顺时针旋转。同步齿轮112可以针对所有驱动模块145包括1:1比率。紧固件可以将齿轮112固定到驱动模块145的前部和后部，连同固定螺钉一起将齿轮固定到轴120或121。在驱动模块145附接之后，转子轴承118可以压配合到轴120；121。可以向黄铜键提供开槽键槽127(图7)，以通过压配合将齿轮119粘附到轴120上。开槽键槽128将转子块133、134固定到轴120；121。

现在参考图2至图4、图10、图10A和图10B，下面描述系统100中的示例性电连接。系统100可以包括电源132，所述电源可以是AC/DC电源，可以包括例如变压器、全波桥式整流器、滤波电容器、以及负载电阻器或任何合适的现成可变电源。系统100可以是刷式系统，然而也可以使用无刷实施例。例如，电刷129可以是容纳在电刷外壳122内的弹簧加载组件，其中载流导体135从电源132的输出侧并联地附接。布线130可以包括具有足够规格和长度的并联地行进的载流导体135，以将功率从电源132的输出侧传递到电刷外壳122中的弹簧加载的电刷129。嵌入式载流导体135可以通过轴20和21向电磁体113；114中的所有场线圈提供并联功率。来自电源132的输出侧的电流通过并联布线130行进到容纳在电刷外壳122内的电刷129，并且将来自电刷129的所述功率传递到载流导体135到齿117，以便激励处于90度直角的两(2)个成对的电磁体113；114中的场线圈，从而排斥相邻驱动模块150上的永磁体115；116。

可以理解，虽然主要在两个相邻驱动模块145的背景下描述了前述内容，但系统100可以如图所示进行安排，使得驱动模块145的电磁体(113；114)可以与两个单独驱动模块145的对应相同编号的永磁体(115；116)同步，使得四个驱动模块145可以提供并行的同步输出。现在参考图1和图11至图13，从透视图和端视图示出系统100的操作，以示出四对不同的相同编号的相反极性的磁体进行同步以彼此面对并同时排斥。在操作中，相同极性的相同编号磁体进行同步以彼此面对，但一个是第一驱动模块145的第一径向磁组件131的第一“A”转子块133上的电磁体113或114，并且另一个是第二驱动模块145的第一径向磁组件131的第一转子块134上的永磁体115或116。电磁体(113；114)可以是不活动的，直到与相同极性的永磁体(115；116)相对定位。例如，磁体114可以不具有电流电荷，直到旋转到面对磁体116的位置。示出了示例性的起始位置，其中两对电磁体113和永磁体115在垂直平面中对准(EMI和M1)，并且两对电磁体113和永磁体115在水平平面中对准(EM3和M3)(图13)。当来自一个驱动模块145的磁体113面对来自相邻驱动模块145的磁体115时，磁体113可以被激励，这向磁体115(相同场)提供通量密度(以瓦特为单位)以相互排斥并且对相应的驱动模块145引起径向动量。来自相应驱动模块145的第二转子块的对应相同编号的磁体比第一成对的磁体滞后11.25旋转度，并且当同步以彼此面对时，增加相应径向磁组件131的所得推进输出功率。因此，当来自相对的转子块133或134的第二组相同编号的磁体(例如，图5和图6的“R2”上的那些磁体)发生同步而排斥时，第一成对的磁体不再对准而排斥。径向磁组件131继续依次利用对应的永磁体115；116来激发电磁体113；114)，以便提供驱动相应轴120和121的连续径向动量，所述轴进而将扭矩传递到行星齿轮119。

主题技术的输出量取决于RMA 131直径的大小N、齿轮节圆的大小N、决定轴(120；121)长度的转子块133、134的数量(参见例如图14至图16)、以及N和S极场线圈的以瓦特为单位的功率。每轴杆的径向转子块133、134的数量决定了输出功率/扭矩。例如，使用四个转子块133、134的系统可以产生大约746W/HP的输出。可以理解的是，主题技术提供了独特的对称，因为驱动模块145的多个复制品可以被设计成无限高地堆叠成列并且无限长地堆叠成行，其中所有齿轮相互啮合以增加输出功率和扭矩。可以使用对偶双边、八边形、螺旋形、反射对称来描述相邻驱动模块145之间的关系。

现在参考图17至图22，示出了根据另一示例性实施例的磁驱动推进系统。图17至图21所示的系统与磁驱动推进系统100类似，除了并入定子136之外。在一些实施例中，定子136可以包括围绕模块120；121中的每一者的笼架(cage)。笼架可以包括与转子组件145(图2)径向对准的结构元件143的带，使得磁体113；114；115；和116在带下方旋转。结构元件143可以包括例如航空级铝或碳纤维。导电元件可以将每个带连接成网，以便在模块120；121的外部上形成定子笼架136。在一些实施例中，极靴142可以是紧固有极帽(标记为“A”、“B”、“C”和“D”)的铝线轴、耦合到定子笼架元件143、利用云母带与定子笼架136隔离。极靴142周围的铜或黄铜绕组可以在水平面上与相邻的极靴142串并联连接，或者在垂直平面上与相邻的极靴串并联连接。在一些实施例中，中心定子136a也可以定位在模块120；121之间。参见图17、图18、图20和图22。中心定子136a可以包括芯144，所述芯可以是航空级铝或碳纤维的细长正方形管。

在模块120；121被引起旋转时，定子136可以用作与磁体113；114；115；和116相互作用的电枢。通过磁体113；114；115；116靠近笼架自旋来产生电磁场，从而产生交流电输出。通常，在模块120；121的旋转过程中，永磁体115；116可以始终与(多个)定子136相互作用，从而产生场通量。在一些实施例中，当电磁体113；114通电时，电磁体113；114将通常与(多个)定子136相互作用。端子块(电输出导体)137可以附接到接收交流电输出的定子136，所述交流电输出可以传递到整流器138以转换成直流电。调节器139可以耦合到整流器138以维持恒定的电压电平。将理解，模块120；121与定子136的组合提供来自模块120；121驱动输出驱动轴110的驱动推进输出，以及来自通过磁体113；114；115；和116与(多个)接近的定子136相互作用而生成的AC输出的电源。

本领域的普通技术人员可以认识到多种设计构型有可能享受到本发明系统的功能性利益。因而，鉴于本发明的实施例的构型和安排的多样性，本发明的范围是通过所附权利要求的广度来反映的而不是通过以上所述实施例而变窄。

工业实用性

所披露的发明的实施例对于将磁能转换成电功率是有用的。

Claims (11)

1.一种磁推进驱动系统，其包括：

第一径向磁组件(RMA)；

第一轴，其耦合到所述第一径向磁组件；

第一极性的第一永磁体，其在所述第一径向磁组件的外表面上；

第二极性的第一电磁体，其紧邻所述第一径向磁组件上的所述第一永磁体定位；

第二径向磁组件；

第二轴，其耦合到所述第二径向磁组件；

所述第一极性的第二电磁体，其在所述第二径向磁组件的外表面上，所述第一永磁体布置成在所述第一径向磁组件的旋转和所述第二径向磁组件的旋转过程中与所述第二电磁体对准，

所述第二极性的第二永磁体，其紧邻所述第二径向磁组件上的第二电磁体定位，所述第一电磁体布置成在所述第一径向磁组件的旋转和所述第二径向磁组件的旋转过程中与所述第二永磁体对准，

其中所述第二电磁体在与所述第一永磁体对准时被激活，所述第一电磁体在与所述第二永磁体对准时被激活，所述第一电磁体和所述第二永磁体在所述第一电磁体的激活过程中互相排斥，所述第二电磁体和所述第一永磁体在所述第二电磁体的激活过程中互相排斥并致使所述第一轴和所述第二轴旋转；

驱动轴，其通过所述第一轴和所述第二轴的转动而旋转；

定子元件，其靠近所述第一永磁体和所述第二永磁体；以及

电输出导体，其耦合到所述定子元件，所述电输出导体被配置成用于接收在所述第一径向磁组件的旋转和所述第二径向磁组件的旋转过程中通过所述第一永磁体和所述第二永磁体与所述定子元件的相互作用而在所述定子元件中生成的电流，

其中，所述磁推进驱动系统包括共轴的多个所述第一径向磁组件和共轴的多个所述第二径向磁组件，其中多个所述第一径向磁组件中的一个第一径向磁组件分别与多个所述第二径向磁组件中的一个第二径向磁组件对准，

其中所述定子元件是包围多个所述第一径向磁组件和多个所述第二径向磁组件的笼架，和所述定子元件定位在多个所述第一径向磁组件与多个所述第二径向磁组件之间，以及其中，所述笼架包括分别与每组对准的第一径向磁组件和第二径向磁组件径向对准的彼此间隔开的多个带，所述多个带通过导电元件连接成网。

2.如权利要求1所述的磁推进驱动系统，其中所述第二电磁体的激活包括向所述第一电磁体提供电流以提供与所述第一永磁体相同的场的通量密度。

3.如权利要求1所述的磁推进驱动系统，其中所述第一电磁体与所述第二永磁体的对准包括所述第二永磁体面对所述第一电磁体。

4.如权利要求1所述的磁推进驱动系统，其中：

所述第一径向磁组件包括至少两个相邻地定位的转子块，每个转子块分别包括相同极性的多个电磁体和相同极性的多个永磁体，其中所述转子块中的第一转子块上的相同类型且相同极性的电磁体与所述转子块中的第二转子块上的相同类型且相同极性的电磁体相邻并且沿所述第一轴的轴线径向偏移11.25度；并且

所述第二径向磁组件包括至少两个相邻地定位的转子块，每个转子块分别包括相同极性的多个电磁体和相同极性的多个永磁体，其中所述第二径向磁组件的所述转子块中的第一转子块上的相同类型且相同极性的电磁体与所述第二径向磁组件的所述转子块中的第二转子块上的相同类型且相同极性的电磁体相邻并且沿所述第一轴的轴线径向偏移11.25度。

5.如权利要求4所述的磁推进驱动系统，其中每个电磁体与任何相邻的永磁体等距间隔开。

6.一种磁推进驱动模块，其包括：

纵向彼此平行地安排的第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、和第四驱动模块，每个驱动模块包括至少一个转子块组件，所述至少一个转子块组件包括第一极性的多个电磁体，所述多个电磁体被定位且配置成用于与所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、或所述第四驱动模块中的任何相邻一者上的所述第一极性的多个永磁体排斥，

所述至少一个转子块组件进一步包括定位在所述第一极性的所述多个电磁体之间的第二极性的多个电磁体，所述第二极性的所述多个电磁体被定位且配置成用于与所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、或所述第四驱动模块中的任何相邻一者上的第二极性的多个永磁体排斥，

所述第一极性的所述多个电磁体与所述第一极性的所述多个永磁体的所述排斥以及所述第二极性的所述多个电磁体与所述第二极性的所述多个永磁体的所述排斥导致所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、和所述第四驱动模块的径向动量和旋转；

齿轮，其耦合到所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、和所述第四驱动模块；

驱动轴，其耦合到输出轴齿轮并通过耦合到所述第一驱动模块和所述第三驱动模块或者所述第二驱动模块和所述第四驱动模块的行星齿轮的转动而旋转；

定子元件，其靠近所述第一极性的所述多个永磁体和所述第二极性的所述多个永磁体；以及

电输出导体，其耦合到所述定子元件，所述电输出导体被配置成用于接收在所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、和所述第四驱动模块的旋转过程中通过所述第一极性的所述多个永磁体和所述第二极性的所述多个永磁体与所述定子元件的相互作用而在所述定子元件中生成的电流，

其中所述定子元件是包围所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、和所述第四驱动模块的笼架，所述笼架包括与每个转子块组件分别径向对准的多个彼此间隔开的带，所述多个彼此间隔开的带通过导电元件连接成网。

7.如权利要求6所述的磁推进驱动模块，其中所述第一极性的所述多个永磁体和所述第一极性的所述多个电磁体具有北极性，并且所述第二极性的所述多个永磁体和所述第二极性的所述多个电磁体具有南极性。

8.如权利要求6所述的磁推进驱动模块，其进一步包括同步齿轮以将所述驱动模块中的一个驱动模块的至少一个北极性永磁体与相邻驱动模块的至少一个北极性电磁体对准。

9.如权利要求6所述的磁推进驱动模块，其中：

所述至少一个转子块组件包括两个紧密相邻且纵向定位的转子块组件，并且

相同极性的电磁体在同一转子组件上彼此径向偏移，并且在所述两个紧密相邻且纵向定位的转子块组件之间彼此径向偏移。

10.如权利要求6所述的磁推进驱动模块，其中所述笼架包括布置在每个所述第一驱动模块、所述第二驱动模块、所述第三驱动模块、和所述第四驱动模块的所述至少一个转子块组件上的金属条的带。

11.如权利要求6所述的磁推进驱动模块，其中所述定子元件定位在第一转子块组件与第二转子块组件之间。

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