CN111602328A - 磁场推进驱动器 - Google Patents

Abstract

一种磁场推进单元(1)，包括：磁场产生装置(10)，其具有配置为传导电流以产生磁场的多条导电线(100)；接触断路器装置(20)，其配置为将多条导电线中的每条从导电状态单独地转变为非导电状态；能量供应单元(30)，其配置为向磁场产生装置(10)提供电能；以及控制单元(40)，其配置为控制能量供应单元从而控制向每条单独的导电线的能量供应，并且控制接触断路器装置。多条导电线(100)沿着纵向轴线(110)设置。控制单元(40)配置为向第一导电线(L1)供应电能从而产生围绕第一导电线的第一磁场，将第一导电线(L1)转变为非导电状态，向第二导电线(L2)供应电能从而产生第二磁场。

Description

磁场推进驱动器

技术领域

本说明书通常涉及例如由一种推进驱动器产生推进力。特别地，本说明书涉及一种磁场推进单元、一种具有这种磁场推进单元的推进驱动器以及一种电磁场推进单元。

背景技术

通常，推进驱动器提供推进力以移动用于人员和/或通常是货物的运输工具。

为了帮助和支持人、动物和货物的移动，人类发明了几种轮式货车(马车、蒸汽机车等)以及其他类型的机械(如飞机和船)。货车、船和飞机等容器需要推进系统来从一个位置移动到下一个位置。是肌肉力量(人的肌肉或动物的肌肉)、可再生能源(风)或某种引擎使容器移动。

在本文档中，“推进”系统的目的理解为移动物体。大多数实践的推进解决方案是基于摩擦的(压在路面上、或螺旋桨推空气或水、风吹到帆上等)。在最近的时期，一些推进系统是基于质量分离的(例如，所有类型的火箭驱动器和离子驱动器)。

然而，当今使用的推进系统要么依赖摩擦的存在(例如，马的蹄子在路面上推进和刮擦，或者汽车的旋转轮胎对街道表面的摩擦)，要么它们使用某种物理质量分离过程，其中消耗的质量(如气体、离子、水的喷射)加速远离需要移动的物体。当然，所有推进系统还依赖于能源来为推进系统提供动力。

发明内容

可能需要减少推进驱动器的耗散损失。

总之，本文档描述了用于更高级的推进的第三替代方案，其不是基于摩擦，也不需要将质量推离需要被移动的物体的质量的加速(在最常见的意义上)。

这项技术可以称为磁云加速器，或者简称为MCA。MCA驱动系统的目标是在任何方向上推动(移动)容器(MCA驱动器已经安装在该容器上)，无论容器放置在何处：在外太空、在空中飞行、或是在行星/月球的表面。

MCA驱动单元提供指向选定方向的力，该力作用在必须移动的容器上。定向力从MCA驱动器内部产生，并且不依赖在MCA驱动器外部的任何条件。MCA技术基于磁性原理，因此需要必须由已经安装MCA驱动器的容器携带的电源。

基本上，MCA驱动模块由电源、至少两个或更多个磁场发生器(例如，电感器)以及一些电子器件组成。为了移动较重的物体，可能需要具有两个以上的电感器的MCA驱动模块，或者一个以上的MCA驱动模块。电感器彼此相互作用，以在规定的方向上产生推进力。优选地，电感器被安装以使得它们彼此保持恒定的距离。

根据一个方面，磁场推进单元包括磁场产生装置、接触断路器装置、能量供应单元和控制单元。磁场产生装置包括配置为传导电流来产生磁场的多条导电线。接触断路器装置配置为将多条导电线中的每条从导电状态单独地转变为非导电状态。能量供应单元配置为向磁场产生装置提供电能。控制单元配置为控制能量供应单元从而控制向每条单独的导电线供应能量，并且控制接触断路器装置。多条导电线沿着纵向轴线设置。控制单元配置为向第一导电线供应电能从而产生围绕第一导电线的第一磁场，将第一导电线转变为非导电状态，向第二导电线供应电能从而产生第二磁场，其中，在第一导电线转变为非导电状态之后的预先确定的时间段内，第二导电线被供应电能。

磁场产生装置的多条导电线中的每条可以是具有至少一个绕组的线圈或者可以是杆状天线。各个导电线可以彼此分离，即各个导电线之间没有直接电气连接。导电线能够单独地被提供电能，从而每条导电线可以在被供应电信号时产生磁场。

导电线以特定顺序被供应电能。因此，由导电线产生的磁场以类似的顺序产生。在第一导电线转变为非导电状态之后，由第二导电线产生的磁场与由第一导电线产生的磁场的剩余部分排斥。该过程能够被重复。以这种方式，推进力以脉冲模式产生。推进脉冲的强度可以取决于磁场的强度，该磁场的强度本身取决于供应给导电线的电能。

根据另一实施例，导电线中的每条是具有至少一个绕组的线圈。优选地，线圈是没有芯的空心线圈。优选地，线圈的直径为10mm至200mm。

尽管理论上可以使用具有磁性的芯的电感器(例如线基线圈)，但是这种具有芯的电感器的缺点是，它们对高频的反应时间非常慢。在本文档中描述的电感器是仅具有很少绕组的空心线圈。

根据另一实施例，线圈在尺寸上是相同的并且有相同数量的绕组。

根据另一实施例，线圈以线性方式设置并且以预先确定的距离彼此等间距地隔开。

根据另一实施例，对于每条导电线，控制单元配置为重复执行以下周期，该周期可以被称为切换周期：在第一时间段内供应正电流，在第二时间段内将导电线转变为非导电状态，在第三时间段内供应负电流，在第四时间段内将导电线转变为非导电状态。

优选地，第三时间段的持续时间等于第一时间段的持续时间。优选地，第四时间段的持续时间等于第二时间段的持续时间。

在本实施例中描述的周期针对每条导电线执行。然而，该周期对于相邻的导电线相移，即当第一导电线被供应正电流(第一时间段)时，第二导电线处于非导电状态(第二时间段)。换言之，相邻的导电线之间的周期相移90°(Pi的四分之一)。

根据另一实施例，第一导电线的切换周期相对于第二导电线的切换周期相移四分之一周期，其中，第一导电线和第二导电线以之间预先确定的距离彼此相邻地设置，使得磁场推进单元在从第一导电线到第二导电线的方向上产生力脉冲。

根据另一实施例，线圈是平面线圈。优选地，线圈设置在同一平面上。更优选地，磁场产生装置的所有线圈设置在同一平面上。

根据另一实施例，导电线设置为具有多行和多列的矩阵状结构，其中，根据上面提到的切换周期来控制一列或一行中的导电线，使得任何行和任何列可以被选择性地用作磁场推进单元。

根据另一实施例，接触断路器设备包括多个接触断路器，其中，至少一个接触断路器被分配给每条导电线并且设置为使得接触断路器中断导电线从而防止电流流过导电线。

接触断路器设置为使得当接触断路器处于断开状态时在断开状态下转换线圈。换言之，线圈的连续导线被接触断路器中断。接触断路器可以是开关。接触断路器可以靠近线圈的导电线设置，从而在接触断路器与线圈之间的互连线比线圈的圆周短得多。例如，线圈与接触断路器之间互连线的长度小于线圈的圆周的25％，更优选地小于线圈的圆周的20％，更优选地小于线圈的圆周的15％，甚至更优选地小于线圈的圆周的10％。

根据另一实施例，接触断路器是能够选择性地处于导电状态或非导电状态半导体元件，优选晶体管。当半导体元件处于导电状态时，接触断路器将导电线的第一部分与导电线的第二部分互相连接，以形成连续的导电线。

例如，一个线圈可以分成通过两个接触断路器互相连接的两个部分。如果两个接触断路器均处于闭合状态，则两个部分将建立一个线圈的闭合回路。如果一个接触断路器断开，则线圈的导线为一端(接触断路器在该位置断开)断开的C形导线。在两个接触断路器均断开时，先前的线圈现在是导线的两个分开的部分。

换言之，通过提供至少两个或多个周向地设置在线圈上以将线圈的连续导线中断成多个部分的接触断路器，线圈的特性能够选择性地从线圈改变为导线的分开的部分。

根据另一实施例，导电线中的至少一条是管状的并且具有填充有半导体流体，优选为半导体液体的内腔。

因此，可以通过将液体的特性从导电改变为不导电来改变管状线的电特性。在本实施例中，可以不必物理中断导电线。

根据另一方面，提供了一种具有如本文所述的磁场推进单元的推进驱动器。磁场推进单元设置为使得在纵向轴线的方向上产生力脉冲。

这样的推进驱动器能够用于向车辆或元件施加推进力。为此目的，推进驱动器被附接或安装到车辆或元件上。

根据另一方面，提供了一种电磁场推进单元。电磁场推进单元包括电磁场产生装置、能量供应单元、控制单元。电磁场产生装置包括配置为产生电磁场的多个产生单元。能量供应单元配置为向电磁场产生装置提供电能，优选为给定频率的交流电。控制单元配置为将电能从能量供应单元选择性地传递至产生单元。控制单元配置为控制能量供应单元，从而控制向每个单独的产生单元供应能量的过程。多个产生单元是杆状的并且沿着线性轴设置，并且产生单元彼此平行。控制单元配置为向第一产生单元供应电能从而产生第一电磁场，中断向第一产生单元的能量供应，并且向第二产生单元供应电能从而产生第二电磁场。在中断向第一产生单元的能量供应之后的预先确定的时间段内，第二产生单元被供应电能。

根据一个实施例，多个产生单元是具有相同的长度，并且沿着公共线设置并且关于彼此等距地设置的天线。

参考下文中描述的示例性实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得到阐明。

附图说明

图1示意性地示出了空心线圈。

图2示意性地示出了线圈以及磁场和磁场的传播。

图3示意性地示出了线圈以及磁场和磁场的传播。

图4示意性地示出了线圈以及磁场和磁场的传播。

图5示意性地示出了线圈的磁场强度。

图6示意性地示出了图5的磁场强度的测量。

图7示意性地示出了用于改变线圈的特性的方法。

图8示意性地示出了具有多个开关的可中断的空心线圈。

图9示意性地示出了具有多个开关的可中断的空心线圈。

图10示意性地示出了具有半导体流体的线圈。

图11示意性地示出了具有由此产生的磁场的杆状天线。

图12示意性地示出了磁场的扩展和分散。

图13示意性地示出了两个相邻线圈之间的相互作用。

图14示意性地示出了两个相邻杆状天线之间的相互作用。

图15示意性地示出了磁场推进单元。

图16示意性地示出了具有电源和控制接口的空心线圈。

图17示意性地示出了磁场推进单元。

图18示意性地示出了磁场推进单元的切换方案。

图19示意性地示出了磁场推进单元。

图20示意性地示出了磁场推进单元的空心线圈的布置。

图21示意性地示出了磁场推进单元的切换状态。

图22示意性地示出了由磁场推进单元的电感器施加的力。

图23示意性地示出了磁场推进单元的切换状态。

图24示意性地示出了由磁场推进单元的电感器施加的力。

图25示意性地示出了磁场推进单元的切换状态。

图26示意性地示出了由磁场推进单元的电感器施加的力。

图27示意性地示出了磁场推进单元的切换状态。

图28示意性地示出了由磁场推进单元的电感器施加的力。

图29示出了四个不同时间点的电感器状态。

图30示意性地示出了磁场推进单元。

图31示意性地示出了磁场推进单元。

图32示意性地示出了磁场推进单元。

具体实施方式

图1以两个不同的视图示出了空心线圈。空心线圈由导线制成，并具有至少一个完整的绕组。电能经由能量供应线106供应到空心线圈。

通常，当向线圈100供应电能时，在线圈的导线周围产生磁场。当电感器中的电流的流动突然被切断时，反电动势(也称为反向电动势，反向EMF)将在电感器100的能量供应线106(两条引线)处导致高电压的积聚。根据电感器规格和已经流过电感器的电流，积聚的电压能够足够高以产生电火花，如图1右侧所示。这种现象与点火线圈(在某些类型的内燃机中使用)中发生的现象相同。

围绕电感器的磁场使用线圈中的导电线来产生电流(沿相反方向)，该电流将在电感器的能量供应线106处积聚到非常高的电压(假设电感器的这两条连接线未连接到任何电路)。积聚的电压将一直保持下去，直到先前产生的磁场在此过程中耗尽(崩溃)为止或直到火花飞过电感器的引线两端(缩短了线圈电路)为止。然后，电火花将允许电流在线圈中流动，直到产生的电压下降到某个较低水平为止。

在产生磁场的过程停止之后(例如，通过切断供电电流)，围绕电感器产生的磁场开始将其能量传递回电感器中，并由此产生电流(反向EMF)。即使只有几百皮秒，该反向EMF创建的过程也需要时间。然而，应注意的是，在切断电流供应之后，磁通结构独立存在，并且磁通结构能够在短时间后利用其能量。

只要电感器由外部电流源通过能量供应线106供电，产生的磁场结构就固定(保持)在电感器100的中心。当外部电流供应被切断时，所产生的磁场结构不再固定到源(被供电的电感器100)。磁场结构现在是自由移动的。然而，在存在导电物体(表面、导线)时，磁场的任何移动(其位置的改变)将在该物体中产生电流，从而将磁场的能量转换回电能。此外，磁通结构的任何试图的移动将以接近光速的速度发生。磁场结构越大，在导电物体中的阻抗越低，在导电物体中的电流越大(短时间内)。反向EMF将迅速消耗掉在磁场结构中存储的能量(然而，即使只有一点点，也要花费一些时间)。顺便提及，经常使用术语“磁云”来代替磁场结构。

当电感器(空心线圈100)不再由电流供电时，并且当空心线圈的物理特性将发生变化使其无法产生反向EMF(或反电动势)时，由电流产生的磁场不再绑定(固定)到空心线圈。这对于典型的电感器(或线圈)而言并非如此。基本上，这意味着电感器必须在瞬间失活(在此也称为“停用(deactivation)”电感器)。

为了使MCA技术发挥作用，必须在切断供应电流的同时使电感器“消失”(消除或减小其将磁场的能量转换为电流的作用)来防止反电动势引起的过程。

图2示例性地示出了线圈100在被供应电流时如何产生磁场50。此外在图2中示意性地示出了磁场如何在空间中传播。图2示出了当线圈在其已经产生磁场之后就消失时发生了什么。当然，线圈不能就这样消失。然而，下面给出的解释说明了如何使用磁场产生推进力。

当切断空心线圈的电源时，并且当确保空心线圈的特性已经改变使其不再是导电物体时(急剧增加整个空心线圈装置的阻抗，使得剩余的不再参与围绕所产生的磁场的动力学)，磁场结构50(在电力作用下由空心线圈产生的磁场云)将在所有方向上向外扩展，并且以接近光速分散。

在图2左侧，其示出了流过线圈100(在此特定示例中为空心线圈)的电流产生类似于绑定(固定)到通电线圈100的苹果的形状的磁场结构50。在切断电力并且电感器失去了其作为导电物体的特性之后，电感器周围的磁场不再固定到先前电感器的位置，并且因此开始快速向外扩展，同时分散，如图2中间所示。磁场环(最初形状为环形)以接近光速在所有方向上扩展。磁环变得越大，磁通线的场强迅速变得越小，如图2右侧所示。

尽管本文使用了术语“分散”，但是能量将不会就简单地消失。然而，每当向外扩展的磁结构的磁通线遇到导电物体时，反向EMF产生的过程就会发生。只有在真正空的宇宙(空间)中，磁场结构才会持续扩展而不会损失其任何能量。

图3示意性地示出了由线圈产生的磁场的磁力线以及当线圈立即消失时该磁场发生了什么。当电流流过电感器100时，围绕电感器所产生的磁场具有类似于苹果的三维形状。该磁场结构被固定在电感器100的中心。只要停用电感器(在磁场结构之前固定的地方将不存在导电结构)，磁场结构就将在所有方向上迅速向外扩展，如示意图的中间所示。以苹果状结构向内和向外扩展(基本上同时以相同的速度向所有方向扩展)的方式，以前的苹果状结构(磁场云)将转变为向外扩展的圆环形结构(或环形)，如图3右侧所示。

图4示出了由于苹果状形状同时向内和向外扩展而形成的环形磁场形状。当圆环形磁场结构的直径迅速扩展时，场结构的直径d(磁性圆环的壁厚，在此称为“d”)保持恒定，并且该场结构在空间中向外传播，即远离场结构的相反侧传播。

图5示出了相对于线圈100的中心的距离的磁场强度。在本示例中，空心线圈直径约为100mm，并且磁场强度分布沿Z轴方向(沿电感器的轴向)测量。强度将在负方向上具有一个场强最大值，并且将在正方向上具有一个场强最大值(当从空心线圈的中心开始进行测量，并且然后沿X轴向外移动到一个方向时)。负最大值和正最大值之间的距离约为100mm并且是恒定的(以前描述为“d”)。此示例中使用的空心线圈的导线匝数少于10匝。然而，导线匝数应理解为非限制性参数。

图6示出了位于平面114中的平面线圈100。Z轴在线圈100的轴向方向上延伸。Z轴是图5所示的测量磁场强度的方向。

由于磁场是对称的，因此在Z轴上测量的磁场强度(如图5所示的附图)在空心线圈的X轴平面的任何方向上从中心开始是相同的。

图7示出了具有多个开关20的线圈100，该开关设置为使得线圈能够被中断为彼此不互连的单个单独的周向段。开关是可控制的并且能够从断开状态改变为闭合状态。在断开状态下，开关是不导电的。在闭合状态下，开关是导电的。当开关闭合时，线圈100具有某些特性，其基本上能够在被供应电流时产生磁场。然而，如果开关(它们中的至少两个)处于断开状态，则线圈的特性(更确切地：由于开关处于断开状态导致的单独的段的特性)不同于当所有开关处于闭合状态时的特性。

能够选择几种设计选项来实现改变电感器的特性的目的，使得电感器的功能不再存在或显著改变。图7示出了这种可转换线圈，即能够改变其电磁行为或磁行为的线圈的主要概念。然而，除了使电感器的功能消失之外，增加剩余物体的阻抗以防止反向EMF的积聚也很重要。当涉及使线圈消失时，这应理解为改变线圈的电磁特性或磁性。

图7示出了使空心线圈立即改变其特性的示例。在本示例中，使用了八个机械式开关，当这些开关彼此连接时(所有开关处于闭合状态，图7左侧)并且当这些开关处于“开”状态时，将形成电感器。当八个开关从“开”状态进入“关”状态时(图7中间)，电感器的功能瞬间消失。本示例中的八个开关将由称为控制单元的机械或电子控制机构来指示做什么。无论该机构是什么，都必须格外小心，使这个开关控制机构不会为反向EMF创造另一个作用的机会。

控制单元可以是配置为提供信号的微处理器或计算机，基于这些信号，开关将它们的状态从断开改变为闭合，反之亦然。

图8示出了具有四个开关22的空心线圈100，该开关设置为将线圈分成四个段或部分，其中第一部分116和第二部分118由附图标记表示。当四个开关闭合时，存在具有其特定的电磁特性的空心线圈。当所有四个开关都断开时，存在线圈导线的四个单独的并且分开的部分。

开关可以局部地设置，使得它们的内部导线是线圈的一部分，并且基本上提供了线圈导线的周向形状。

图9示出了具有八个固态开关的线圈100，该固态开关在线圈100的周向上等距地设置。两个相邻的开关相对于线圈100的中心成45°角设置。

与机械开关相比，更好并且更实用的选择是使用非常低阻抗、高功率能力的固态开关。这种固态开关的重要规格是非常短的开关时间以及在闭合状态下非常低的阻抗。

图10示出了线圈100的替代示例。代替使用机械或物理开关、或固态开关，能够使用半导体物质(固态或液态)。根据所选的控制条件，该物质是导电的，或者它是不导电的。然而，半导体物质中的一些需要一段时间才能从一种状态改变为另一种状态，然后再变回来。这种解决方案的好处是电感器的功能已经完全消失，并且剩余的物体将不允许发生反向EMF。

代替使用导电线，使用管状结构来建立线圈。该管道包括内腔102，半导体流体设置在内腔中。控制单元的信号能够用于将流体的特性从导电改变为不导电。

然而，本领域的技术人员理解，本文描述的原理可以应用于由物理开关或固态开关中断的导线组成的线圈，或者如图10所示的线圈。

在图10左侧所示的附图中，半导体流体处于导电状态，而在右侧则处于非导电状态。

使用填充有半导体液体的合成材料管形成线圈100。该管能够成为电感器，或者能够成为没有或几乎没有可测量的磁性的非导电结构。

图11示出了杆状天线，其通常被称为电磁场产生单元220。杆状天线在通过能量供应线106被供应有合适的电信号时产生电磁场50。

代替如图1至图10所示的绕线线圈式电感器，也能够使用简单的无线电天线220。根据天线型电感器工作的速度(工作频率)，天线型电感器的绝对长度能够相对较短。假设工作频率为1.5GHz，则可选天线长度为50mm(c/f的四分之一)。

在将功率信号应用到天线220之后，所产生的磁场结构能够在任何方向上自由扩展。

使用天线而不是线圈的一个优点是，当切断天线的信号功率时，将只有相对较小的反向EMF或没有反向EMF。磁性结构在水平方向的任何方向上自由扩展。无需担心使电感器消失的电路。

图12示例性地示出了磁场的传播以及其是时间的函数的强度。在三个不同的时间点，即n、n+1和n+2示出了磁场强度。相对于电感器100的中心示出了磁场强度122。

图12中的示意图基于电感器的功能将在瞬间消失的假设示出。在这种情况下，所产生的磁场将在所有方向上向外传播(主要在与空心线圈相关的水平平面处)。

如图2至4所示，现在磁场不再锁定或固定在空心线圈的中心位置，并且在所有方向上扩展。通过这样做，场强随着到空心线圈的中心的距离增加而迅速减小。图12示出了在三个连续的时间事件(n、n+1和n+2)处的场强状态122。磁‘波’的物理尺寸“d”保持恒定(在本示例中，从正场强最大值到负场强最大值为100mm)。

在上面选择的直径为100mm的电感器的示例中，远离起始位置(在电感器实际上已经停用之后)扩展的磁场波的径向长度(在X轴方向上)(正最大值到负最大值)的长度为100mm，该长度类似于电感器的直径。这相当于180度的全周期波。意味着全周期波的完整长度(相当于360度)约为200mm长(2×d)。

该磁波以光速向外扩展，200mm的波长相当于660皮秒的波长时间(或以倒数形式：相当于1.5GHz的频率)。

为了达到最大的系统效率(在推进力的意义上)，将为电感器供电的电脉冲只有几百皮秒的长度(脉冲时间)。

然而，这个脉冲时间适用于直径为100mm的线圈。当为电感器选择较小的直径时，脉冲时间将变得更小(以比率度量的方式)，或者换句话说，工作频率将增加。相反，当为电感器选择更大的直径时，脉冲时间也将会增加。

图13示出了称为电感器1和电感器2的两个线圈100。两个线圈放置在同一平面中，即它们的轴线是平行的，并且它们以相同的竖直高度设置。

在相位1(上图)，电流将流过第一电感器(空心线圈1，左侧)。向外作用的磁通结构(呈苹果的形状)建立起来并且固定在电感器1的中心。在相位1，电感器1的电源开关是闭合的，即电力供应给电感器1，并且电感器2的电源开关是断开的，即没有电力供应给电感器2。电源开关的状态在相位1的右侧附图中用竖直虚线表示。

在相位2(中图)，电流流过两个电感器1和2。当电流在相同方向上(电感器1和2)流动时，建立的磁性结构彼此排斥。两个电感器的电源开关均闭合，参见相位2的右侧附图中的开关状态。

在相位3，电感器1将停用(将失活，其电源开关断开)。将没有电流流过电感器1。由电感器1产生的磁性结构不再具有固定点，并且将迅速扩展并将迅速减小其场强。来自仍被供电的电感器2的排斥力将磁通结构从先前的电感器1推开。很小的推进力将作用在电感器2上，将其推向附图的右侧。

在此处使用的示例中(直径为100mm的线圈)，相位1至相位3的整个过程将花费不到1ns(一纳秒)。此过程(相位1至相位3)能够每秒重复约10亿(10⁹)次。

图14描述了与图13类似的设计。然而，在图14中，使用杆状天线代替空心线圈。参考图13描述的原理也适用于图14所示的装置，并且以类似方式控制杆状天线220，参见图14的三个相位的附图的右侧的供电的顺序。该顺序对应于图13供电的顺序。

当使用天线型电感器时(用于电感器1和2)，图14中描述的推进系统的原理保持与参考图13所描述的相同。前面给出的说明也适用于该电感器布置，除了不需要使图14相位3中的电感器1(天线1)消失。电感器1是开环的并且没有连接到任何电路或任何电源就足够了。

图15示出了推进单元1，其具有六个空心线圈L1、L2、L3、L4、L5和L6。空心线圈沿着共同的纵向轴线110设置。在邻近或相邻的线圈之间的距离108是相同的。该距离108可以为空心线圈直径的1.1倍到1.5倍。

图16示出了包括用于控制和向线圈100供应能量的命令接口的空心线圈。

每个电感器100可以在三种可能的工作条件之一下工作：电流正向流过电感器、电流反向流过电感器和电感器停用(接触断路器22断开，参见图7至9，如图10所示线圈不再导电，换言之，电感器的特性已经改变，并且因此将没有电流流过)。

图16所示的上述功能框图是可用的几个选项之一。当然，如果仅在两种工作条件下运行，则推进单元也将起作用：电流将仅在一个方向上流动，并且电感器已经停用。然而，在三种工作条件下运行电感器可以提高推进单元的效率。

有两个将限定空心线圈100的功能和工作的控制输入125、127：第一接口125通过断开或闭合接触断路器22来激活和停用电感器，并且第三接口127通过相应地闭合或断开分配的开关S1、S2、S3、S4来确定所供应的电流的流动方向(向前或向后)。

经由第二接口126向线圈100供电，并且线圈100经由第四接口128接地。如果开关S1和S4闭合而开关S2和S3断开，则电流在第一方向上流过线圈100，从第二接口126流到第四接口128。如果S3和S2闭合而S1和S4断开，则电流在相反的方向上流过线圈100。

图17示出了具有六个线圈L1至L6(类似于图15)的磁场推进单元以及相应的控制和电源。能量供应单元30向控制器40和功率驱动器32(每个线圈分配有向该特定线圈提供电能的单独的功率驱动器)和停用单元34(停用单元控制每个线圈L1至L6的接触断路器22并且确定接触断路器是断开还是闭合；每个线圈分配有一个停用单元)供电。然而，可以在单个部件内设置多个功率驱动器32或多个停用单元34，同时该部件实现本文描述的功能。

注意的是，在本文的任何实施例中示出的每个线圈100包括如参考图7至图9描述的接触断路器22或用于改变电感器100的电磁特性的类似实体。例如，即使这些接触断路器未在图17中示出，线圈也包含这些由停用单元34控制的接触断路器。

控制单元40将控制信号提供给功率驱动器32和停用单元34。因此，实现了通常参考图13描述的切换方案。然而，下面更详细地描述了具有六个线圈的功率单元的切换方案。

六个空心线圈L1至L6连接到六个使能电路(它们中的每个将激活或停用特定电感器的功能)和功率驱动器32。每个电感器的功率驱动器电路必须能够在非常短的时间内在双向方向上提供相对较大的供应电流。然后由控制单元40控制停用单元34或停用驱动器模块和功率驱动器模块32。所有驱动器电路都连接到能量供应单元30。

图18示出了参考图17描述的磁场推进单元的线圈L1至L6的切换方案。

切换方案是六个直线并排放置的空心线圈的供电序列(六个功率驱动器32在大于5ns的控制电压信号)。图18中的序列表示在大于5纳秒时间的活动。在这5ns期间，空心线圈阵列在一个方向(与空心线圈阵列成直线)上已产生20个推力脉冲(用竖直虚线标记)。这表示每250ps(皮秒)有一个推力脉冲。这相当于4GHz的推进单元的振荡频率(对于以“扁平”并排布置的直径约为100mm的空心线圈)。

竖直虚线表示何时发生推力脉冲。在这种配置中，六个线圈中的三个在给定的时间产生推力脉冲。

在每个控制信号的0伏特线上的点表示电感器何时已经完全停用(接触断路器22断开，线圈不再作为电感器存在)。

每个电感器在正方向(正电流)供电，在短暂的停用中断之后在反方向(流经空心线圈的负电流)供电。

线圈L1至L6由相对于前级线圈相移的相同电源电压驱动。相位偏移Pi的四分之一90°。一个周期112包含四个不同的时间段P1、P2、P3、P4，在这些时间段之间具有状态的变化。

切换方案将在下面更详细地说明。

参考图17，图19示出了磁场推进单元202的替代配置。

推进单元202包括六个杆状天线220。杆状天线具有图17的线圈100的功能。杆状天线彼此平行并且沿着线性轴225设置。杆状天线220由单独分配给天线中的每个的功率驱动器驱动。控制单元40实现用于供应给杆状天线的功率的切换方案。在本示例中不需要停用器单元。

进一步参考图17，图20示出了空心线圈100的替代布置。线圈100可以设置为使得它们的轴线重合，并且线圈的中心沿着共同的轴线225设置。

在图21中，磁场推进单元的某一切换状态由t＝0.875ns处所示的竖直实线示出和表示。

在0.875ns时，电流流过六个空心线圈L1至L6的全部。从顶部向下看电感器(参见图22)，前两个电感器L1、L2和后两个电感器L5、L6示出了其北极，并且电感器L3和L4示出了南极。箭头表示磁场彼此吸引或排斥的力。

图23示出了t＝1.0ns时线圈的状态，即与图12相比，该方案已经向前移动。

给定从图21到图23的切换方案的改变，这导致图24所示的效果。

在1ns时，电感器中的三个(即L1、L3、L5)已经停用(相应的接触断路器22断开，线圈已改变它们的特性并且不再作为运行的电感器存在)。仅电感器L2、L4和L6保持并且电流流过这些电感器中的每个。根据电流流过电感器的方向，北极或南极将朝上(当从顶部向下看剩余电感器时，参见图24)。先前存在的电感器L1、L3和L5的磁场结构(云)不再固定在任何物体上，而是在空间中扩展。然而，这三个磁云将被运行的和电动的电感器L2、L4和L6排斥或吸引。这将使未固定的磁云“移动”到相同的方向(朝图24的左侧)，并且在相反方向上产生较小的推进力。

图25和26示出了t＝1.125ns时的状态。竖直实线已经移至此时间处。所有六个电感器L1至L6均被激活(供应有在所示方向流动的电流)。然而，对于电感器L1、L3、L5，与图21(t＝0.875ns)相比，电流方向已经反转。

图27和28示出了t＝1.250ns时的状态。在1.250ns时，只有三个电感器L1、L3、L5正在运行并且电流流过它们。其他三个电感器L2、L4、L6已经停用并且不再用作电感器。在三个不再固定的磁性结构(由先前的电感器L2、L4和L6产生)分散之前，它们将被三个剩余的并且运行的电感器L1、L3、L5吸引或排斥到一个相同的方向(朝上图的左侧)。由它们中的每个产生的小的推进力在相反的方向产生。

考虑到四个连续时间事件(0.875ns、1.000ns、1.125ns和1.250ns)的磁性活动，能够观察到朝相同方向产生小的脉冲推进力。

图29总结了图21至图28所示的线圈L1至L6的状态，以及各个线圈的变化状态和磁化强度。在四个连续的时间间隔中，示出了六个并排放置的电感器的磁性活动和脉冲推进力的产生。

图30示意性地示出了线圈100的阵列，这些线圈代表建立矩阵结构140的磁场推进单元。线圈设置成列141和行142。在这些列和行中，线圈设置为使得线圈的中心沿着共同的线性(竖直和水平)轴设置。每个行142由六个线圈组成。然而，每个行可以具有多于或少于六个线圈。列的数量不限于此。磁场推进单元可以包括一列或多列。每个列对应于图15至20所示的并且实现参考图21至29描述的切换方案的布置。

图30所示的线圈的阵列允许在由列和行的方向限定的X-Y平面中的任何方向上产生力，而不必旋转二维磁场推进单元。

图31示意性地示出了具有单行线圈100的一维磁场推进单元。该磁场推进单元能够产生向左或向右的推进力。

图32示出了二维磁场推进单元。如已经参考图30描述的，具有并排放置的多行和多列的空心线圈的这种二维磁场推进单元允许在该平面的任何方向上产生推进力，而不必在优选的方向上旋转阵列。

其他空心线圈布置和合适的控制算法将允许二维阵列甚至在任何水平方向上旋转。

应当理解的是，在各个示例性实施例中描述的特征也可以彼此组合。尽管为了说明本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下能够在其中进行各种改变和修改。

附图标记说明

1 磁场推进单元

10 磁场产生装置

20 接触断路器装置

22 接触断路器

30 能量供应单元

32 功率驱动器

34 停用单元

40 控制单元

50 磁场的场线

100 导电线，线圈

102 内腔

104 半导体流体

106 能量供应线

108 在邻近或相邻的线圈之间的距离

110 纵向轴线

112 周期

114 平面

116 第一部分

118 第二部分

122 磁场强度

124 杆状天线的中心

125 第一接口

126 第二接口

127 第三接口

128 第四接口

140 矩阵结构

141 列

142 行

202 电磁场推进单元

210 电磁场产生装置

220 产生单元，天线

225 线性轴

Claims (14)

1.一种磁场推进单元(1)，包括：

磁场产生装置(10)，其具有配置为传导电流以产生磁场的多条导电线(100)；

接触断路器装置(20)，其配置为将所述多条导电线中的每条从导电状态单独地转变为非导电状态；

能量供应单元(30)，其配置为向磁场产生装置(10)提供电能；

控制单元(40)，其配置为控制能量供应单元从而控制向每条单独的导电线的能量供应，并且配置为控制接触断路器装置；

其中，所述多条导电线(100)沿着纵向轴线(110)设置；

其中，所述控制单元(40)配置为：

向第一导电线(L1)供应电能，从而产生围绕所述第一导电线的第一磁场；

将所述第一导电线(L1)转变为非导电状态；

向第二导电线(L2)供应电能，从而产生第二磁场；

其中，在所述第一导电线(L1)转变为非导电状态之后的预先确定的时间段内向所述第二导电线(L2)供应电能。

2.根据权利要求1所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述导电线中的每条是具有至少一个绕组的线圈；

其中，优选地，所述线圈是没有芯的空心线圈；

其中，优选地，所述线圈的直径为10mm到200mm。

3.根据权利要求2所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述线圈尺寸相同并且具有相同数量的绕组。

4.根据权利要求2或3所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述线圈以线性方式设置并且以预先确定的距离(108)彼此等间距地隔开。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的磁场推进单元(1)，

其中，对于每条导电线，所述控制单元配置为重复执行以下周期(112)，所述周期能够称为切换周期：

在第一时间段(P1)内供应正电流；

在第二时间段(P2)内将所述导电线转变为非导电状态；

在第三时间段(P3)内供应负电流；

在第四时间段(P4)内将所述导电线转变为非导电状态；

其中，优选地，所述第三时间段的持续时间等于所述第一时间段的持续时间；

其中，优选地，所述第四时间段的持续时间等于所述第二时间段的持续时间。

6.根据权利要求5所述的磁场推进单元(1)，

其中，第一导电线(L1)的切换周期相对于第二导电线(L2)的切换周期被相移四分之一周期；

其中，所述第一导电线和所述第二导电线以其之间预先确定的距离(108)彼此相邻地设置；

使得所述磁场推进单元在从所述第一导电线到所述第二导电线的方向上产生力脉冲。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述线圈是优选地设置在同一平面(114)中的平面线圈。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述导电线以具有多行(141)和多列(142)的矩阵状结构(140)设置；

其中，根据权利要求5所述的切换周期来控制一列或一行中的导电线(100)，从而任何一行和任何一列都能够用作磁场推进单元。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述接触断路器装置(22)包括多个接触断路器(22)；

其中，至少一个接触断路器被分配给每条导电线并且设置为使得所述接触断路器中断所述导电线，从而防止电流流过所述导电线。

10.根据权利要求9所述的磁场推进单元(1)，

其中，接触断路器是半导体元件，优选是晶体管，所述接触断路器能够选择性地处于导电状态或非导电状态；并且

其中，所述接触断路器将导电线(100)的第一部分(116)与导电线(100)的第二部分(118)相互连接，以便当所述半导体元件处于导电状态时形成连续的导电线。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的磁场推进单元(1)，

其中，所述导电线中的至少一条是管状的并且具有填充有半导体流体(104)，优选为半导体液体的内腔(102)。

12.一种推进驱动器，具有根据前述权利要求中的任一项所述的磁场推进单元，

其中，所述磁场推进单元设置为使得在纵向轴线的方向上产生力脉冲。

13.一种电磁场推进单元(202)，包括：

电磁场产生装置(210)，其具有配置为产生电磁场的多个产生单元(220)；

能量供应单元(30)，其配置为向所述电磁场产生装置(210)提供电能，优选为给定频率的交流电；

控制单元(40)，其配置为将电能从所述能量供应单元选择性地传递至所述产生单元；

其中，所述控制单元(40)配置为控制所述能量供应单元，从而控制向每个单独的产生单元的能量供应；

其中，所述多个产生单元(220)是杆状的并且沿着线性轴(225)设置；

其中，所述产生单元(220)彼此平行；

其中，所述控制单元(40)配置为：

向第一产生单元(L1)供应电能，从而产生第一电磁场；

中断向所述第一产生单元(L1)的能量供应；

向第二产生单元(L2)供应电能，从而产生第二电磁场；

其中，在中断向第一产生单元(L1)的能量供应之后的预先确定的时间段内，第二产生单元(L2)被供应电能。

14.根据权利要求13所述的电磁场推进单元(202)，

其中，所述多个产生单元(220)是具有相同的长度，并且沿着公共线(225)设置，并且相对于彼此等距设置的天线。

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