CN111819087A - 用于球形组件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了推进设备和对应的方法。该设备在球形组件内采用可以在球形组件内旋转的重物。作用于重物上的重力导致重力的力矩被施加到球形组件，这可以导致对球形组件的推进。球形组件还可以包括一个或更多个马达，用于旋转球形组件内的重物。在一些实施方案中，重物包括磁芯和导体。该设备可以包括提供磁通的磁绕组，重物可以旋转通过该磁通。该设备还可以向导体提供电流。当带有磁芯的重物旋转通过磁通时，该设备向导体施加电流。因此，磁力被施加到重物，这可以推进球形组件。

Description

用于球形组件的设备和方法
领域
本公开总体上涉及推进(propulsion)，并且更具体地，涉及交通工具驱动系统和对应的推进方法。
背景
当今的运输交通工具包括交通工具驱动系统，这些交通工具驱动系统通常由内燃发动机、电马达或者在某些情况下由两者的混合来驱动，这为交通工具推进提供了动力。这些交通工具还配备有转向机构和手动或自动控制的变速箱。这些转向机构允许控制交通工具行进方向，而变速箱促进交通工具扭矩和速度。然而，为了改变行进方向，交通工具需要一个圆形区域来在其中执行转弯，也称为转弯半径。
为了在给定的方向上推进，当今的交通工具依赖于交通工具的轮胎和行进表面(例如路面)之间的水平反作用摩擦力。摩擦力是基于摩擦系数和交通工具的重量在交通工具的轮胎和行进表面之间的接触点处的竖直力。因此，轮胎提供了水平力，该水平力是由于摩擦而产生的反方向上的相等的水平力的反作用力。如果摩擦力较小，则轮胎和行进表面之间将发生打滑，这可能会在结冰或泥泞的表面上发生，其中交通工具的轮胎和结冰或泥泞的表面之间的摩擦系数可能小于交通工具的轮胎在干燥表面上之间的摩擦系数。当打滑发生时，交通工具不仅不能像预期那样推进，交通工具还会失去对其行进方向的控制，并且还会由于打滑而损失能量，而不是使用该能量来推进。因此，还有机会来改进当今的交通工具驱动系统。
概述
简言之，设备在球形组件内使用重物，由此球形组件旋转重物，以便利用重力来推进球形组件。例如，该设备可以在球形组件内采用适当成形的重物，由此球形组件旋转重物，以便使重物的重心连续地保持在球形组件的前半部中，而不管其旋转如何，同时利用由于作用于重物上的重力而产生的力矩来推进球形组件。
在一些实施方案中，球形组件包括球形外壳、两个马达(诸如电马达)、两个重物和控制器(诸如处理器)。第一马达连接到第一重物和球形外壳，并且第二马达连接到第二重物和球形外壳。例如，马达可以在沿着球形外壳的中心线彼此相对的位置处连接到球形外壳。在一些示例中，两个重物一样重。
控制器可操作地联接到第一马达并且联接到第二马达，使得控制器可以控制马达中的每一个(例如，控制马达旋转的方向和速度)。控制器被配置为使第一马达以一定的旋转速度(例如，旋转速率)在特定方向上旋转第一重物，该旋转速度可以是基于球形组件的旋转(例如，滚动)速度。例如，假设球形组件以给定的旋转速度旋转，则控制器启动第一马达，使得第一马达以与球形组件的旋转速度相同的旋转速度旋转第一重物。作为另一个示例，控制器可以使第一马达以慢于或大于球形组件的旋转速度的旋转速度旋转第一重物。类似地，控制器被配置为使第二马达以一定的旋转速度在特定方向上旋转第二重物，该旋转速度也可以是基于球形组件的旋转速度。例如，控制器可以被配置为使第一马达的旋转速度和第二马达的旋转速度为球形组件的旋转速度。这样，当球形组件旋转时，控制器可以将第一重物和第二重物的重心保持在球形组件的半部中(例如，球形组件的前半部中，或者最靠近球形组件的行进方向的半部中)。
在一些示例中，控制器使第一马达在一个方向上旋转第一重物，并使第二马达在相同的或另一个方向上旋转第二重物。例如，控制器可以使第一马达在顺时针方向上旋转第一重物，并且使第二马达在逆时针方向上旋转第二重物。
在一些示例中，控制器被配置为使第一马达将第一重物的旋转速度从当前旋转速度改变为球形组件的当前旋转速度。处理器还可以使第二马达将第二重物的旋转速度从当前旋转速度改变为球形组件的旋转速度。例如，处理器可以使第一马达和第二马达使两个反向旋转的重物的重心在球形组件的一个半部中重合，该半部可以是球形组件的在球形组件的360度水平平面内的旋转前半部。第一马达和第二马达可以在相反的方向上旋转。
在一些示例中，控制器被配置为使第一马达与第二重物的旋转速度相关联地改变第一重物的旋转速度，以改变球形组件的行进方向。例如，控制器可以被配置为使第一马达与第二重物的相反旋转速度相关联地瞬时改变第一重物的旋转速度，以使两个重物的重心重合的位置水平地移位。这会导致球形组件的行进方向改变。作为另一个示例，假设第一马达和第二马达分别以相同的旋转速度旋转第一重物和第二重物(例如，控制器使第一马达和第二马达以相同的旋转速度旋转)，则控制器可以减慢或加快第一马达，使得第一重物的旋转速度不同于第二重物的旋转速度。类似地，控制器可以减慢或加快第二马达，使得第二重物的旋转速度不同于第一重物的旋转速度。
在一些实施方案中，控制器被配置为使第一马达旋转第一重物，使得第一重物提供最大重力力矩，该重力力矩是关于沿着球形组件的中心轴线(即，竖直径向中心线)的点的重力力矩。例如，假设球形组件不旋转(例如，处于静止)，则球形组件的重心沿着球形组件的中心轴线。控制器可以旋转第一重物，使得球形组件的重心远离球形组件的中心轴线移动，因此导致球形组件旋转。
在一些实施方案中，控制器被配置为使第一马达和第二马达分别以相反但相等的速度旋转第一重物和第二重物。重物的旋转速度可以等于球形组件的旋转速度。两个重物的重心可以在由球形组件的几何竖直中心线和球形组件的行进方向定义的假想平面上的特定位置处重合。在一些示例中，控制器被配置为使两个马达瞬时且相等地减慢或加快它们的与球形组件的旋转速度相等但相反的旋转速度。控制器还可以控制重物的旋转的瞬时减慢或加快的持续时间(例如，时间长度)。通过减慢或加快重物的旋转速度，两个重物的重心可以在假想平面上的新的位置处重合。新位置可以在球形组件的前半部或后半部中。例如，通过使两个重物的重心在球形组件的后半部的位置处重合，球形组件的旋转可以减慢或停止。
在一些示例中，控制器被配置为使得第二马达旋转第二重物，使得第二重物提供关于沿着球形组件的中心轴线的点的最大重力力矩，同时控制器使第一马达旋转第一重物，以提供关于球形组件的中心轴线的最大重力力矩。作为示例，假设球形组件以一旋转速度旋转，则控制器可以使第一马达和第二马达以与球形组件的旋转速度相同的旋转速度在相反的方向上旋转第一重物和第二重物。在这个示例中，处理器使重物旋转，使得每次球形组件旋转，这些重物就会提供两次重物上的重力关于球形组件的中心轴线的最大可能力矩。
在一些实施方案中，第一重物的平坦表面相对于球形组件的中心轴线形成大于0度(例如，1度)的角度。在一些示例中，第二重物的平坦表面相对于球形组件的中心轴线形成大于0度的角度。例如，重物可以被配置为使得每个重物的侧面以相同的角度面向球形组件的中心。在一些示例中，第一重物和第二重物的平坦表面相对于球形组件的中心轴线形成0度的角度。
在一些实施方案中，球形组件包括球形内部组件和球形外部组件。球形内部组件包围连接到第一重物的第一马达和连接到第二重物的第二马达。球形内部组件还包围控制器，该控制器可操作地联接到第一马达并且联接到第二马达。控制器可以被配置为使第一马达以基于球形内部组件的旋转速度的旋转速度在一个方向上旋转第一重物。控制器还可以被配置为使第二马达以基于球形内部组件的旋转速度的旋转速度在相同或不同的方向上旋转第二马达。例如，控制器可以使第一马达和第二马达分别以相同的旋转速度但在相反的方向上旋转第一重物和第二重物。作为另一个示例，控制器可以使第一马达和第二马达分别以球形内部组件的旋转速度旋转第一重物和第二重物。
在一些示例中，球形组件可以使用电力(例如，经由一个或更多个电马达)来旋转球形组件内的重物。在一些实施方案中，重物可以包括径向磁芯和交叉载流导体，设备可以通过该交叉载流导体提供电流。载流导体可以嵌入在重物中。例如，该设备可以通过径向磁芯提供径向磁通，使得当重物旋转通过磁通时，磁力被施加到重物。力可以垂直于径向磁通的方向和电流方向。磁力可以用于推进球形组件。例如，磁力可以增加球形内部组件的旋转速度。在一些示例中，流过导体的电流方向可以被颠倒，这可以导致在相反的方向上产生力。该力会导致球形组件的旋转速度降低(例如，减慢)。因此，所产生的磁力可以附加于或抵消作用于重物上的重力。控制器可以控制导体中的电流，以帮助加快或减慢球形内部组件。控制器还可以调节重物的旋转速度以匹配球形内部组件的新速度。
在一些示例中，控制器可以调节重物的旋转速度以匹配球形内部组件的旋转速度。在一些示例中，当重物旋转通过所产生的磁通时，电流在导体中产生。控制器可以引导所产生的电流，以对定位于组件内的电池充电。
这样，球形组件可以在没有内燃发动机的情况下运行或独立于内燃发动机机运行。球形组件还可以在没有传统变速箱和转向机构的情况下运行或独立于传统变速箱和转向机构运行。在一些示例中，交通工具(诸如汽车、卡车、半卡车、水陆两用交通工具或任何其他合适的交通工具)使用一个或更多个球形组件来推进。例如，一个或更多个球形组件可以由控制器无线控制。还可设想受益于这些公开内容的本领域技术人员将将会认识到的其他用途。
在一些示例中，球形组件还包括附连到球形外部组件的第一径向磁绕组和附连到球形内部组件的第二磁绕组。第一磁绕组和第二磁绕组可以具有相反的极性，从而在球形外部组件和球形内部组件之间产生磁场。例如，磁绕组可以提供从球形外部组件到球形内部组件的磁场，或者提供从球形内部组件到球形外部组件的磁场，从而在给定方向上在球形外部组件和球形内部组件之间产生磁通。
在一些示例中，交通工具包括一个或更多个球形组件，其中每个球形组件被球形外罩包围。球形外罩可以包围球形组件的一半以上。球形外罩可以包括极性类似于位于球形外部组件中的磁绕组的极性的磁绕组。这样，由相应的磁绕组引起的磁力将彼此相反，以便在球形外罩和球形外部组件之间提供磁悬浮。
在一些示例中，球形外部组件包围球形内部组件。球形内部组件还可以包围摩擦减少器，该摩擦减少器被配置为最小化球形内部组件和球形外部组件之间的摩擦。例如，摩擦减少器可以是润滑剂，诸如油、机械装置(诸如滚珠轴承)、这些的任何组合、或者任何其他已知的减少摩擦的方法。在一个示例中，摩擦减少器包括位于球形内部组件和球形外部组件之间的油流动路径中的至少一个滚珠轴承。在一些示例中，球形外部组件包括内部壳和外部壳，其中内部壳与摩擦减少器接触。
在一些示例中，球形组件包括一个或更多个运动检测器。运动检测器可以用于检测球形内部组件的旋转速度。运动检测器也可以用于检测球形外部组件的旋转速度。
任何给定的运动检测器可以与控制器通信，由此控制器可以检测由运动检测器提供的旋转速度。例如，控制器可以电联接到运动检测器，由此允许有线通信，或者可以与运动检测器无线通信。
在一些示例中，至少一个运动检测器与控制器通信并被配置为检测球形内部组件的旋转速度。基于检测到的球形内部组件的旋转速度，控制器可以如上所述地确定以什么样的旋转速度(例如，速率)旋转第一马达和第二马达。在一些示例中，运动检测器可以联接到球形外部组件，使得球形内部组件的旋转速度的检测是相对于球形外部组件的旋转速度的。
在一些示例中，至少一个运动检测器与控制器通信并被配置为检测球形外部组件的旋转速度。以这种方式，控制器可以确定例如球形外部组件的“滚动”速度。
还设想了推进球形组件的方法。这些方法可以通过例如上述球形组件或其任何部件来实施。推进(例如，由控制器)球形组件的方法包括使第一马达以基于球形组件的旋转(例如，滚动)速度的第一旋转速度在第一方向上旋转第一重物。该方法还包括使第二马达以基于球形组件的旋转速度的第二旋转速度在第二方向上旋转第二重物。
在一些示例中，该方法还包括使第一重物的第一旋转速度和第二重物的第二旋转速度为球形组件的旋转速度。
在一些示例中，该方法包括使第一马达旋转第一重物，使得第一重物提供关于沿着球形组件的中心轴线的点的最大重力力矩。该方法还可以包括使第二马达旋转第二重物，使得第二重物提供关于沿着球形组件的中心轴线的点的最大重力力矩。在一些示例中，控制器旋转马达，使得由第一重物和第二重物提供的重力力矩是同时的。
在一些示例中，该方法包括使第一马达的第一旋转速度与第二马达的第二旋转速度相关联地改变，以改变球形组件的行进方向。还设想了根据本文公开内容的其他方法。
在其他优点中，该设备和方法可以在不需要内燃发动机、齿轮箱或传统转向机构的情况下提供推进。该设备和方法还可以在不需要大转弯半径的情况下允许改变行进方向。在一些示例中，该设备和方法提供了针对陆地交通工具的推进。这样，该设备和方法可以改善道路附着摩擦力控制并减少道路打滑。该设备和方法还可以缩短交通工具停止的距离。此外，与传统的内燃发动机相比，该设备可能需要更少的部件，并且还可以提供成本效益。通过仔细阅读权利要求书、附图以及以下的实施方案的详细描述，对于本公开内容所提供给的本领域技术人员来说，这些公开内容的其他优点将是明显。
附图说明
图1图示了均匀密度的球体，用来说明现有技术的概念；
图2A-图2C图示了根据本公开的一些实施方案的以球形组件的旋转速度旋转重物的球形组件；
图3A-图3C图示了根据本公开的一些实施方案的以球形组件的两倍的旋转速度旋转重物的球形组件；
图4A-图4C图示了根据本公开的一些实施方案的以球形组件的三倍的旋转速度旋转重物的球形组件；
图5A-图5C图示了根据本公开的一些实施方案的以球形组件的一半的旋转速度旋转重物的球形组件；
图6图示了根据本公开的一些实施方案的球形组件系统；
图7图示了根据本公开的一些实施方案的电气化球形组件系统；
图8图示了根据本公开的一些实施方案的包括附加外表面的图7的球形组件；
图9图示了根据本公开的一些实施方案的可以与图6的球形组件一起使用的运动检测器；以及
图10A和图10B图示了根据本公开的一些实施方案的可以与图2A-图2C、图6或图7的球形组件一起使用的重物构型。
详细描述
虽然本公开容许各种修改和可替代的形式，但具体实施方案已在附图中通过示例的方式示出并且将在本文中详细描述。根据以下结合附图对其优选实施方案的详细描述，所要求保护的主题的目的和优点将变得更加明显。然而，应该理解的是，本公开不意图限制于所公开的特定形式。相反，本发明覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
图1图示了具有由平面-1 104、平面-2 106和平面-3 108标识的三维的具有均匀密度102的球体100。例如，在x、y、z坐标系中，平面-1 104可以表示沿x方向的平面，平面-3108可以表示沿y方向的平面，并且平面-2 106可以表示沿z方向的平面。球体102的几何中心由点-1 110标识。当放置在表面上时，球体102将具有单个接触点，即在点-2 112处。如果重力是施加到球体102的唯一力，则球体102将会静止不动，处于稳定平衡状态。因为球体102具有均匀的密度，所以它的重心沿着与点-2 112和点-1 110相交的竖直线出现。
然而，如果重物嵌入到球体102中，则球体102将不再具有均匀的密度。因此，它的重心将移位，并可能位于与点-2 112和点-1 110相交的竖直线之外。例如，重心可能移位到与平面-1 104和点-3 114相交的竖直线。结果是(假设没有其他力)，球体102将沿着平面-1104朝向点-3 114的方向旋转(例如滚动)。球体102将持续旋转，直到建立新的稳定平衡状态。具体地，当球体102已经停止旋转时，由点-3 114标识的球体102的重心将沿着经过球体102沿着平面-1 104的新接触点的竖直线。
图2A-图2C以三种视图(即图2A中的侧视图、图2B中的俯视图和图2C中的示意性视图)图示了当球形组件200沿着平面295滚动时的球形组件200。球形组件200包括球形外壳256、第一马达248、第二马达250、第一重物252以及第二重物254。第一马达248连接到第一重物252和球形外壳256。同样，第二马达250连接到第二重物254和球形外壳256。图2A中的侧视图从侧面示出了当球形组件200沿着平面295旋转时的球形组件200。图2B中的俯视图示出了当同一球形组件200沿着平面295旋转时的球形组件200，但是是从俯视图观察的。图2C中的示意性视图也示出了当同一球形组件200沿着平面295旋转时的球形组件200，但是每个位置显示的角度展示重物的一个面(例如，平面侧)。
值得注意的是，如参照图2A-图2C和图3-图5，假设作用于球形组件200上的唯一力包括作用于重物252、254上的重力以及在球形组件200与平面295的接触点处的行进方向上的摩擦力(例如，球形组件在真空中在平面295上滚动)。假设球形组件200的旋转速度恒定，则图2A-图2C的三种视图示出了沿着平面295旋转的球形组件200在每旋转八分之一圈后的各个位点。例如，在图2A的侧视图中，位置202是球形组件200的整圈旋转的开始(并且类似地在图2B中的俯视图的位置218和图2C中的示意性视图的位置234处)。位置204示出了旋转八分之一圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置220和图2C中的示意性视图的位置236处)；位置206示出了旋转八分之二圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置222和图2C中的示意性视图的位置238处)；位置208示出了旋转八分之三圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置224和图2C中的示意性视图的位置240处)；位置210示出了旋转八分之四圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置226和图2C中的示意性视图的位置242处)；位置212示出了旋转八分之五圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置228和图2C中的示意性视图的位置244处)；位置214示出了旋转八分之六圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置230和图2C中的示意性视图的位置246处)；并且位置216示出了旋转八分之七圈后的球形组件200(并且类似地在图2B中的俯视图的位置232和图2C中的示意性视图的位置247处)。图2B的俯视图示出了与图2A的侧视图相同的球形组件旋转时的位置，但是是从上方从一定角度观察的。图2C的示意性视图示出了如果在每个位置处从垂直于重物的平面的角度观察的视图。
此外，在图2A-图2C和图3-图5中，重物252、254被成形为半个圆，其中每个重物在球形组件200的单独的半部中。然而，应当理解，重物也可以为其他形状。例如，重物可以被成形为小于半圆、被成形为正方形、被成形为球体、圆盘、球面楔、被成形为小于四分之一的球体或为任何其他形状。
在这个示例中，马达248、250分别以球形组件的旋转速度旋转重物252、254。例如，重物252和254在球形组件200内完成一整圈旋转，同时球形组件200本身也完成一整圈旋转。此外，在该示例中，马达248、250在相反方向上旋转重物252、254。在图2A的侧视图中的位置202处(并且类似地在图2B中的俯视图的位置218和图2C中的示意性视图的位置234处)，重物提供关于沿着球形组件200的中心轴线的点的最大重力力矩。在该位置处，重物252、254在球形组件200的前半部(即，最靠近行进方向的半部)中重合。这是因为，在旋转过程中的此刻，重物252、254沿着球形组件200的中心水平轴线对齐，并且离球形组件200的中心轴线最远。
当球体旋转时，马达248、250以与球形组件200的旋转速度相同的旋转速度旋转重物252、254。这样，在球形组件200旋转一半后，由侧视图中的位置210(并且类似地由俯视图的位置226和示意性视图的位置242)标识，重物252、254将再次在球形组件200的前半部中重合，但是这一次重物254出现在重物252的顶部上。然而，重物252、254还是沿着球形组件200的中心水平轴线对齐。这样，它们提供关于沿着球形组件200的中心轴线的点的最大重力力矩。换句话说，作用于重物252、254上的重力在球形组件200的行进方向上向球形组件200提供力矩。这样，球形组件200将继续在相同的方向上旋转。如上面提到的，三种不同的视图示出了当球形组件沿着平面295旋转时每八分之一个旋转增量的重物的位置。
球形组件200的行进方向可以通过以大于或小于球形组件200的旋转速度的旋转速度旋转重物252、254来控制。例如，图3A-图3C再次以三种视图(即，图3A中的侧视图、图3B中的俯视图和图3C中的示意性视图)图示了沿着平面295滚动时的图2A-图2C的球形组件200。然而，在该示例中，马达248、250分别以球形组件的两倍的旋转速度旋转重物252、254。与图2一样，该示例中的三种不同的视图示出了当球形组件沿着平面295旋转时每八分之一个旋转增量的重物的位置。图3A的侧视图中的位置302对应于图3B的俯视图中的位置318并对应于图3C的示意性视图中的位置334。类似地，图3A的侧视图中的位置304对应于图3B的俯视图中的位置320并对应于图3C的示意性视图中的位置336；图3A的侧视图中的位置306对应于图3B的俯视图中的位置322并对应于图3C的示意性视图中的位置338；图3A的侧视图中的位置308对应于图3B的俯视图中的位置324并对应于图3C的示意性视图中的位置340；图3A的侧视图中的位置310对应于图3B的俯视图中的位置326并对应于图3C的示意性视图中的位置342；图3A的侧视图中的位置312对应于图3B的俯视图中的位置328并对应于图3C的示意性视图中的位置344；图3A的侧视图中的位置314对应于图3B的俯视图中的位置330并对应于图3C的示意性视图中的位置346；并且图3A的侧视图中的位置316对应于图3B的俯视图中的位置332并对应于图3C的示意性视图中的位置348。在图3A的侧视图中的位置302处(并且类似地在图3B的俯视图中的位置318和图3C的示意性视图中的位置334处)，重物252、254提供关于沿着球形组件200的中心轴线的点的最大重力力矩。
因为重物252、254以球形组件200的两倍的旋转速率旋转，所以在球形组件200的一个整圈旋转之后，重物将在球形组件200内进行两个整圈旋转。例如，在球形组件200旋转半圈之后，由图3A的侧视图中的位置310(并且类似地由图3B中的俯视图中的位置326和图3C中的示意性视图的位置342)标识，重物252、254已经完成一个整圈旋转。重物254出现在重物252的顶部上，因为球形组件仅完成了半圈旋转。在该位置处，重物提供与球形组件200的旋转方向相对抗的关于沿着球形组件200的中心轴线的点的重力力矩。例如，在该位置中，重物将起到减慢或停止球形组件200的旋转的作用。
图4A-图4C再次以三种视图(即，图4A中的侧视图、图4B中的俯视图和图4C中的示意性视图)图示了沿着平面295滚动时的图2A-图2C的球形组件200。然而，在该示例中，马达248、250分别以球形组件的三倍的旋转速度旋转重物252、254。与图2A-图2C一样，该示例中的三种不同的视图示出了当球形组件沿着平面295旋转时每八分之一个旋转增量的重物的位置。图4A的侧视图中的位置402对应于图4B的俯视图中的位置418并对应于图4C的示意性视图中的位置434。类似地，图4A的侧视图中的位置404对应于图4B的俯视图中的位置420并对应于图4C的示意性视图中的位置436；图4A的侧视图中的位置406对应于图4B的俯视图中的位置422并对应于图4C的示意性视图中的位置438；并且图4A的侧视图中的位置408对应于图4B的俯视图中的位置424并对应于图4C的示意性视图中的位置440。在图4A的侧视图中的位置402处(并且类似地在图4B的俯视图中的位置418和图4C的示意性视图中的位置434处)，重物252、254提供关于沿着球形组件200的中心轴线的点的最大重力力矩。
因为重物252、254以球形组件200的三倍的旋转速率旋转，所以在球形组件200的一个整圈旋转之后，重物将在球形组件200内进行三个整圈旋转。然而，因为重物以球形组件200的三倍的旋转速率旋转，所以重物252、254的旋转将导致球形组件减慢。例如，在球形组件200旋转八分之一圈之后和八分之二圈之前，由图4A的侧视图中的位置404和406(并且类似地由图4B中的俯视图的位置420和422以及图4C中的示意性视图的位置436和438)标识，重物252、254将在旋转着的球形组件200的后半部中(例如，相对于球形组件200的行进方向)完全重合(例如，对齐)并且将导致球形组件200减慢。最终，球形组件将改变其方向。
图5A-图5C再次以三种视图(即，图5A中的侧视图、图5B中的俯视图和图5C中的示意性视图)图示了沿着平面295滚动时的图2A-图2C的球形组件200。然而，在该示例中，马达248、250分别以球形组件的一半的旋转速度旋转重物252、254。与图2A-图2C一样，该示例中的三种不同的视图示出了当球形组件沿着平面295旋转时每八分之一个旋转增量的重物的位置。图5A的侧视图中的位置502对应于图5B的俯视图中的位置518并对应于图5C的示意性视图中的位置534。类似地，图5A的侧视图中的位置504对应于图5B的俯视图中的位置520并对应于图5C的示意性视图中的位置536；图5A的侧视图中的位置506对应于图5B的俯视图中的位置522并对应于图5C的示意性视图中的位置538；图5A的侧视图中的位置508对应于图5B的俯视图中的位置524并对应于图5C的示意性视图中的位置540；图5A的侧视图中的位置510对应于图5B的俯视图中的位置526并对应于图5C的示意性视图中的位置542；图5A的侧视图中的位置512对应于图5B的俯视图中的位置528并对应于图5C的示意性视图中的位置544；图5A的侧视图中的位置514对应于图5B的俯视图中的位置530并对应于图5C的示意性视图中的位置546；并且图5A的侧视图中的位置516对应于图5B的俯视图中的位置532并对应于图5C的示意性视图中的位置548。在图5A的侧视图中的位置502处(并且类似地在图5B的俯视图中的位置518和图5C的示意性视图中的位置534处)，重物252、254提供关于沿着球形组件200的中心轴线的点的最大重力力矩。
因为重物252、254以球形组件200的一半的旋转速率旋转，所以在球形组件200的一个整圈旋转之后，重物将在球形组件200内进行一整圈旋转的一半。例如，在球形组件200旋转四分之一圈之后，由图5A的侧视图中的位置508(并且类似地由图5B的俯视图中的位置524和图5C的示意性视图的位置540)标识，重物252、254已经完成八分之一圈旋转。在该位置处，每个重物的重心开始移动到球形组件200的后半部中，从而产生与其行进方向相反的力矩，因此导致球形组件200减慢。
图6图示了球形组件系统600，其包括球形井(例如，围护物(fender))650和球形组件601。球形井650可以包围球形组件601的至少一半。球形组件601包括外部球形组件622和内部球形组件652，外部球形组件622可以接触表面，诸如地面。外部球形组件622包括磁绕组606。在该示例中，球形井650包括一个或更多个磁绕组602。磁绕组602和606可以是例如径向磁芯绕组。在一些示例中，磁绕组602与外部球形组件622的磁绕组606的极性相同。以这种方式，因为绕组将彼此排斥，所以磁力被施加到球形井650。在一些示例中，交通工具的所有(例如，4个)球形井都包括磁绕组602。磁绕组602和磁绕组606被配置为向交通工具提供磁力，使得该磁力支撑交通工具的一些重量。在一些示例中，交通工具的所有重量都经由磁力来支撑(例如，磁悬浮)。
在一些示例中，球形井650包括一个或更多个制动器631，以减慢或停止外部球形组件622的旋转。制动器631可以帮助减慢或停止球形组件601的旋转。此外，制动器630可以位于内部球形组件652和外部球形组件622之间。制动器630、631可以是任何合适的类型，诸如电子控制的机械制动器(例如，机电制动器)。
在一些示例中，内部球形外罩652还包含可充电电池和控制器。外部球形组件622可以包含径向磁芯和绕组606，径向磁芯和绕组606均匀地覆盖外部球形组件的外部表面的一些或全部。外部球形组件622也可以包含可充电电池和控制器(未示出)。控制器还可以连接到一个或更多个运动检测器634。运动检测器634可以是任何合适的类型，诸如可以指示绝对和相对旋转速度的一种类型。
在一些示例中，控制器(未示出)可以通过使马达612、614分别以预设的低速开始旋转它们的相关联的重物618、620来激活球形组件601。控制器还可以控制和调节制动器631以及内部球形组件652和外部球形组件622之间的制动器630，以调整内部组件的旋转速度并与经由运动检测器634检测到的重物618、620的预设低速相匹配。在接收到例如来自操作者的有关期望的行进方向的无线信号时，控制器可以在重物618、620的旋转速度上产生瞬时差异。速度变化的量和持续时间可以基于期望的行进方向。外部球形组件622和球形井650两者中的相同极性的磁绕组602、606可以由控制器激活，以对球形井650产生磁悬浮力。控制器还可以释放它们之间的制动器630，使得球形组件601在期望的方向上自由移动。
在一些示例中，根据来自操作者的无线输入信号，控制器可操作以控制球形组件601的速度和方向。重物618、620可以自动地通过控制器进行旋转(例如，在相反的方向上)，以便改变由作用于重物618、620上的重力施加的力矩的臂长。控制器还能够可操作以调节由制动器630施加的阻力。对于稳态行进(例如，为了保持能够接触到地面的外部球形组件622的特定旋转速度)，球形组件601的控制器可以自动且连续地保持重物618、620的旋转速度与内部球形组件652的旋转速度相同。
图7图示了球形组件系统700，其包括球形井650和球形组件701。球形组件701包括球形内部组件704和球形外部组件702。球形内部组件704在第一(例如，上部)部分中容纳马达714和重物720并且在第二(例如，下部)部分中容纳马达712和重物718。例如，球形内部组件704的第一部分和第二部分中的每一个可以是密封室。马达712、714可以是变速直流(DC)马达，诸如变速可逆DC马达或任何其他合适的马达。重物720包括径向磁芯740的部分和载流导体724的部分。重物718包括径向磁芯742的部分和载流导体722的部分。在该示例中，重物718和720为四分之一空心球体的形状，其中相应的空心球体允许放置径向磁芯740、742和载流导体724、722。
球形组件701还可以包括摩擦减少器，该摩擦减少器被配置为最小化球形内部组件704和球形外部组件702之间的摩擦。在该示例中，摩擦减少器包括滚珠轴承710。滚珠轴承710可以通过金属丝网或其他合适的材料保持在适当位置。摩擦减少器还可以包括油的流动路径，使得滚珠轴承710驻留在油的流动路径中。油可以用作润滑剂以及冷却机制。球形组件701还可以包括摩擦减少器770，摩擦减少器770被配置为最小化球形内部组件704和径向磁绕组716之间的摩擦。
球形内部组件704也可以在第一部分和第二部分中的每一个中包围有径向磁绕组716。类似地，球形外部组件702可以包围径向磁绕组706。这些磁绕组可以是例如径向磁芯绕组。磁绕组706、716可以具有相反的极性，从而在嵌入在重物718和722内的载流导体722和724上产生磁场。
球形内部组件704的部分中的一个或两个还可以包括一个或更多个控制器(未示出)，该一个或更多个控制器可操作地联接到马达712、714中的一个或两个。控制器可以是例如处理器、微处理器或微控制器。控制器也可以作为现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字电路或任何合适的电路的一部分实现或者在其中实现。控制器可以被配置为使马达712、714分别旋转重物718、720。控制器可以容纳在球形内部组件704的中心区域708的相应的半部中。在一些示例中，控制器附接到重物720、718或嵌入在重物720、718内。
中心区域708的第一部分和第二部分中的一个或两个可以容纳电池(未示出)，以给中心磁绕组716、马达712、714中的每一个和/或控制器供电。电池可以是例如可充电电池，诸如无线充电电池、传统电池、凝胶型电池或任何其他合适的电池。电池可以可选地容纳在球形组件701的中心区域708的相应的半部中。在一些示例中，电池可以附接到或嵌入一个或更多个重物720、718。
控制器可以可操作地连接到载流导体722、724，并且可以被配置为控制通过载流导体722、724的电流的量、定时和方向。在一些示例中，控制器使马达712、714分别在相反的方向上旋转重物718、720，并使电流流过载流导体722、724。当重物718、720通过由径向磁绕组706、716提供的磁场旋转时，磁力被施加到重物718、722，这是由于电流流经载流导体722、724所导致的。施加到重物718、722的磁力可以与作用于重物718、722上的重力一起作用或抵消作用于重物718、722上的重力。例如，控制器可以使电流在一个方向上流过载流导体722、724，使得磁力与作用于重物718、722上的重力在相同的方向上。这样，磁力将倾向于增加球形内部组件704的速度。类似地，控制器可以使电流在另一个方向上流过载流导体722、724，使得磁力与作用于重物718、722上的重力在相反的方向上。在该示例中，磁力将倾向于降低球形内部组件704的速度。
例如，为了增加球形内部组件704的旋转速度，当重物718、720在球形组件701的前半部中重合时，控制器可以导致流过载流导体722、724的电流增加。为了降低球形内部组件704的旋转速度，当重物718、720在球形组件701的后半部中重合时，控制器可以导致流过载流导体722、724的电流增加。为了降低球形内部组件704的旋转速度，当重物718、720在球形组件701的前半部中重合时，控制器可以替代地导致流过载流导体722、724的电流降低(例如，完全消除)。
在一些示例中，控制器不是使电流流过载流导体722、724，而是引导载流导体722、784中生成的电流给电池(诸如向中心磁绕组716、马达712、714中的每一个和/或控制器供电的电池)充电。例如，当重物718、720旋转通过由径向磁绕组706、716产生的磁通时，电流在载流导体722、724中生成。该电流可以由控制器引导(例如，经由电开关)以给一个或更多个电池充电。
控制器也可以连接到一个或更多个制动器728、730、732。控制器可以控制和调节球形内部组件704和球形外部组件702之间的制动器728、730，以调整球形内部组件704的旋转速度。制动器732位于球形井650和球形外部组件702之间。
控制器也可以连接到一个或更多个运动检测器(未示出)。运动检测器可以是任何合适的检测器，诸如可以指示绝对或相对旋转速度的检测器。在一些示例中，控制器被配置为基于球形内部组件704的旋转速度使电流通过载流导体722、724。例如，控制器可以经由运动检测器中的一个或更多个检测球形内部组件704的旋转速度。基于检测到的旋转速度，控制器可以增加或减少流过载流导体722、724的电流。
图8图示了包括外表面804的图7的球形组件。外表面804包住(例如，包围)球形组件701。外表面804包括空气冷却翅片802，以允许散热。例如，空气冷却翅片可以为图7的摩擦减少器提供冷却。在一些示例中，空气冷却翅片可以用穿孔的盖覆盖。例如，带有外部橡胶层的穿孔金属片盖可以覆盖空气冷却翅片。外部橡胶层在与路面接触时提供高摩擦系数，从而减少打滑。在一些示例中，外表面包住图6的球形组件601。
图9示出了运动检测器900的示例。例如，运动检测器900可以用作图6的运动检测器634，或者用作图7中的运动检测器。在该示例中，运动检测器900呈六边形形状，并且包括磁芯和绕组902。运动检测器可以被编码用于监控旋转速度。例如，运动检测器728、730可以被配置为检测球形内部组件704的旋转速度。
图10A和图10B示出了可以使用的重物构型，例如可以在球形组件601中使用的重物构型。在图中，球形组件601包括重物1006、1002。每个重物1006、1002包括相对于球形组件601的中心轴线1050形成相同角度(例如，大于0度的角度)的平坦表面。换句话说，重物1006、1008包括相对于球形组件601的中心轴线1050倾斜和成镜像的平面。为了启动球形组件601沿着表面的旋转(例如滚动)，重物1006、1008中的一个或两个可以旋转，使得重物中的一个或两个由于重力而导致在期望的行进方向上向球形组件601提供力矩。
例如，在图10A中，假设球形组件601处于静止状态，同时重物1002处于示出的位置，并且重物1006处于位置1004处。重物1002具有距中心轴线1050一定距离的重心1008，并且重物1006具有距中心轴线1050相同的距离的重心(未示出)(假设重物1002、1006具有相同的形状和密度)。在该位置处，重物1002上的重力关于中心轴线1050的力矩与重物1006上的重力关于同一中心轴线1050的力矩相同。因为力矩是在相反的方向上(例如，由重物1002引起的力矩是在逆时针方向上，而由重物1006引起的力矩是在顺时针方向上)，所以球形组件601不旋转。
然而，如果重物1002或1006旋转，作用于球形组件601上的力矩改变。例如，如果重物1006按箭头1052所指示的旋转到处于位置1040处，则重物1002上的重力关于中心轴线1050的力矩将大于重物1006上的重力关于同一中心轴线1050的力矩。这是因为重物1040的重心1010距中心轴线1050的距离将小于重物1002的重心1008距同一中心轴线1050的距离。这样，球形组件601将倾向于在由箭头1012所标识的方向上(例如，逆时针方向地)旋转。以这种方式，可以启动球形组件601的旋转。
类似地，在图10B中，假设球形组件601处于静止状态，同时重物1002处于示出的位置，并且重物1006处于位置1024处。重物1002具有距中心轴线1050一定距离的重心1028，并且重物1006具有距中心轴线1050相同的距离的重心1030(假设重物1002、1006具有相同的形状和密度)。然而，注意，这些初始距离小于图10A中的初始距离。在该位置处，重物1002上的重力关于中心轴线1050的力矩与重物1006上的重力关于同一中心轴线1050的力矩相同。因为力矩是在相反的方向上(例如，由重物1002引起的力矩是在逆时针方向上，而由重物1006引起的力矩是在顺时针方向上)，所以球形组件601不旋转。
然而，如果重物1002或1006旋转，作用于球形组件601上的力矩改变。例如，如果重物1006按箭头1054所指示的旋转到处于位置1042，则重物1002上的重力关于中心轴线1050的力矩将小于重物1006上的重力关于同一中心轴线1050的力矩。这是因为重物1008的重心1028距中心轴线1050的距离将小于重物1002的重心1020距同一中心轴线1050的距离。这样，球形组件601将倾向于在由箭头1032所标识的方向上(例如，顺时针方向地)旋转。以这种方式，也可以启动球形组件601的旋转。
在一些示例中，控制器，诸如参照图7所描述的控制器，使马达(诸如马达712、714)旋转重物1002、1006中的至少一个，以启动球形组件601的旋转。
在其他优点中，该设备和方法可以提供推进，而不需要内燃发动机或变速箱。此外，该设备可以内在地将其行进方向改变为任何方向，而不需要大的转弯半径。该设备和方法可以为任何合适的交通工具(诸如陆地或水陆两用交通工具(amphibious vehicle))提供推进。例如，该设备和方法可以改善道路附着摩擦力控制并减少道路打滑。该设备和方法还可以减少交通工具停止距离。此外，与传统的内燃发动机相比，该设备可能需要更少的部件，并且还可以提供成本效益。通过仔细阅读权利要求书、附图以及以下的实施方案的详细描述，对于本公开内容所提供给的本领域技术人员来说，这些公开内容的其他优点将是明显。
虽然已经描述了本主题的优选实施方案，但是应当理解，所描述的实施方案仅仅是说明性的，并且本主题的范围当被给予宽范围的等同物时将仅由所附权利要求限定，并且根据对本主题的查阅，许多变化和修改对于本领域技术人员是可自然想到的。

Claims (20)

1.一种球形组件，包括：
球形外壳；
第一马达，所述第一马达连接到第一重物和所述球形外壳；
第二马达，所述第二马达连接到第二重物和所述球形外壳；以及
控制器，所述控制器可操作地联接到所述第一马达并且联接到所述第二马达，并且所述控制器被配置为：
基于所述球形组件的旋转速度，使所述第一马达以第一旋转速度在第一方向上旋转所述第一重物；以及
基于所述球形组件的所述旋转速度，使所述第二马达以第二旋转速度在第二方向上旋转所述第二重物。
2.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述第一重物和所述第二重物中的至少一个的平坦表面相对于所述球形组件的中心轴线形成大于0度的角度。
3.如权利要求2所述的球形组件，其中，所述第一重物和所述第二重物的所述平坦表面中的每一个相对于所述球形组件的所述中心轴线形成相同的角度。
4.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使所述第一马达的所述第一旋转速度和所述第二马达的所述第二旋转速度为所述球形组件的所述旋转速度。
5.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使所述第一马达旋转所述第一重物，使得所述第一重物提供关于沿着所述球形组件的中心轴线的点的最大重力力矩。
6.如权利要求5所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使所述第二马达旋转所述第二重物，使得所述第二重物提供关于沿着所述球形组件的所述中心轴线的所述点的最大重力力矩，同时所述控制器使所述第一马达旋转所述第一重物以提供关于所述球形组件的所述中心轴线的最大重力力矩。
7.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使：所述第一马达将所述第一重物的所述第一旋转速度改变为所述球形组件的所述旋转速度；以及
所述第二马达将所述第二重物的所述第二旋转速度改变为所述球形组件的所述旋转速度。
8.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使所述第一马达关于所述第二重物的所述第二旋转速度改变所述第一重物的所述第一旋转速度，以改变所述球形组件的行进方向。
9.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述控制器被配置为使所述第一马达和所述第二马达旋转所述第一重物和所述第二重物，使得所述第一重物的重心和所述第二重物的重心保持在所述球形外壳的半部中。
10.如权利要求1所述的球形组件，其中，所述第一重物和所述第二重物中的至少一个被联接到电流导体，其中，所述控制器被配置为基于所述球形组件的所述旋转速度使电流通过所述电流导体。
11.一种球形组件，包括：
球形内部组件，所述球形内部组件包围：
第一马达，所述第一马达连接到第一重物；
第二马达，所述第二马达连接到第二重物；以及
控制器，所述控制器可操作地联接到所述第一马达并且联接到所述第二马达，并且被配置为：
基于所述球形内部组件，使所述第一马达以旋转速度的第一旋转速度在第一方向上旋转所述第一重物；以及
基于所述球形内部组件的所述旋转速度，使所述第二马达以第二旋转速度在第二方向上旋转所述第二重物；以及
球形外部组件，所述球形外部组件包围：
所述球形内部组件；和
摩擦减少器，所述摩擦减少器被配置为最小化所述球形内部组件和所述球形外部组件之间的摩擦。
12.如权利要求11所述的球形组件，还包括部分地附连到所述球形外部组件的第一磁绕组和部分地附连到所述球形内部组件的第二磁绕组。
13.如权利要求12所述的球形组件，其中，所述第一磁绕组的极性与所述第二磁绕组的极性相反，并且其中，所述第一重物和所述第二重物中的至少一个被联接到磁芯和载流导体。
14.如权利要求11所述的球形组件，其中，所述摩擦减少器包括至少一个滚珠轴承。
15.如权利要求11所述的球形组件，其中，所述球形外部组件还包括内部壳和外部壳，其中所述内部壳与所述摩擦减少器接触。
16.如权利要求11所述的球形组件，还包括至少一个运动检测器，所述运动检测器与所述控制器通信并且被配置为检测所述球形内部组件的旋转速度。
17.一种推进球形组件的方法，包括：
使第一马达以基于所述球形组件的旋转速度的第一旋转速度在第一方向上旋转第一重物；以及
使第二马达以基于所述球形组件的所述旋转速度的第二旋转速度在第二方向上旋转所述第二重物。
18.如权利要求17所述的方法，还包括使所述第一马达的所述第一旋转速度和所述第二马达的所述第二旋转速度为所述球形组件的所述旋转速度。
19.如权利要求17所述的方法，还包括：
使所述第一马达旋转所述第一重物，使得所述第一重物提供关于沿着所述球形组件的中心轴线的点的最大重力力矩；以及
使所述第二马达旋转所述第二重物，使得所述第二重物提供关于沿着所述球形组件的所述中心轴线的所述点的最大重力力矩，同时所述控制器使所述第一马达旋转所述第一重物以提供关于沿着所述球形组件的所述中心轴线的所述点的最大重力力矩。
20.如权利要求17所述的方法，还包括使所述第一马达的所述第一旋转速度与所述第二马达的所述第二旋转速度相关联地改变，以改变所述球形组件的行进方向。
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