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用于能量转换的装置、系统及方法

阅读:913发布:2020-05-13

专利汇可以提供用于能量转换的装置、系统及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文公开了用于将磁能转换成一种或更多种其它形式的 能量 或者换言之用于从磁能获得期望形式的动 力 的装置、系统和方法的实施方式。在一种系统中,由磁源的 磁场 提供的能量被转换为系统的一个或更多个部件的旋转能。系统可包括磁源,该磁源与旋转部件耦合以便激起和/或维持部件的旋转,且至少部分地由于由另一磁源提供的力矩而从部件解耦。,下面是用于能量转换的装置、系统及方法专利的具体信息内容。

1.一种系统,包括:
旋转构件,所述旋转构件构造成围绕轴线旋转,其中所述旋转构件包括磁性地相互作用的路径,所述磁性地相互作用的路径在距所述轴线第一距离处的外位置和在距所述轴线第二距离处的内位置之间延伸,其中所述第一距离大于所述第二距离;以及横向组件,所述横向组件包括一个或更多个磁性地相互作用的构件,所述磁性地相互作用的构件在径向方向上从所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的所述外位置移动到所述内位置,其中由于所述横向构件的所述一个或更多个磁性地相互作用的构件和所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径之间的磁性吸引,所述一个或更多个磁性地相互作用的构件的移动引起所述旋转构件围绕其轴线旋转,
其中所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径和所述横向组件的所述一个或更多个磁性地相互作用的构件之间的磁性吸引使得在所述磁路径的所述外位置处产生的矩比在所述磁路径的所述内位置处产生的相反力矩大,使得所述旋转构件由于相反的力矩的不平衡而继续旋转。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述横向组件构造成限制所述一个或更多个磁性地相互作用的构件相对于所述旋转构件在切向方向上移动。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述一个或更多个磁性地相互作用的构件包括磁路径。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述横向组件包括构造成围绕与包含所述旋转构件的所述轴线的轴线大体垂直的轴线旋转的一个或更多个部件。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述一个或更多个磁性地相互作用的构件在其外位置处与所述磁路径耦合,且所述一个或更多个磁性地相互作用的构件在其内位置处从所述磁路径解耦。
6.根据权利要求5所述的系统,其中所述横向组件的磁性地相互作用的构件与所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径之间的耦合在所述横向组件的另一磁性地相互作用的构件从所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径解耦时发生。
7.根据权利要求1所述的系统,其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件构造成相对于所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径重复地耦合和解耦,以便在没有从外部源向所述系统内引入能量的情况下维持所述旋转构件的旋转。
8.一种系统,包括:
旋转构件,所述旋转构件构造成围绕轴线旋转,其中所述旋转构件包括磁性地相互作用的路径,所述磁性地相互作用的路径在距所述轴线第一距离处的外位置和在距所述轴线第二距离处的内位置之间延伸,其中所述第一距离大于所述第二距离;以及横向组件,所述横向组件包括一个或更多个磁性地相互作用的构件,所述磁性地相互作用的构件在径向方向上从所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的所述内位置移动到所述外位置,其中由于所述横向构件的所述一个或更多个磁性地相互作用的构件和所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径之间的磁性排斥,所述一个或更多个磁性地相互作用的构件的移动引起所述旋转构件围绕其轴线旋转,
其中所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径和所述横向组件的所述一个或更多个磁性地相互作用的构件之间的磁性排斥使得在所述磁路径的所述外位置处产生的力矩比在所述磁路径的所述内位置处产生的相反力矩大,使得所述旋转构件由于相反的力矩的不平衡而继续旋转。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述横向组件构造成限制所述一个或更多个磁性地相互作用的构件相对于所述旋转构件在切向方向上移动。
10.根据权利要求8所述的系统,其中所述一个或更多个磁性地相互作用的构件包括磁路径。
11.根据权利要求8所述的系统,其中所述横向组件包括构造成围绕与包含所述旋转构件的所述轴线的轴线大体垂直的轴线旋转的一个或更多个部件。
12.根据权利要求8所述的系统,其中所述一个或更多个磁性地相互作用的构件在其内位置处与所述磁路径耦合,且所述一个或更多个磁性地相互作用的构件在其外位置处从所述磁路径解耦。
13.根据权利要求12所述的系统,其中所述横向组件的磁性地相互作用的构件与所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径之间的耦合在所述横向组件的另一磁性地相互作用的构件从所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径解耦时发生。
14.根据权利要求8所述的系统,其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件构造成相对于所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径重复地耦合和解耦,以便在没有从外部源向所述系统内引入能量的情况下维持所述旋转构件的旋转。
15.一种系统,包括:
旋转构件,所述旋转构件构造成围绕轴线旋转,其中所述旋转构件包括磁性地相互作用的路径,其中所述磁性地相互作用的路径的至少一部分在外位置和内位置之间延伸,其中所述外位置在距所述轴线第一距离处,且所述内位置在距所述轴线第二距离处,且其中所述第一距离大于所述第二距离;以及
横向组件,所述横向组件包括磁性地相互作用的构件,其中所述磁性地相互作用的构件和所述磁性地相互作用的路径之间的磁性相互作用引起所述磁性地相互作用的构件在向内方向和向外方向中的一个方向上沿所述磁路径移动,
其中所述横向组件构造成允许所述磁性地相互作用的构件和所述磁路径之间的磁性相互作用使所述旋转构件旋转或随着所述磁性地相互作用的构件沿所述磁路径移动而继续围绕所述轴线旋转,
其中所述横向组件构造成在所述磁性地相互作用的构件沿所述路径移动之后在所述内位置和所述外位置中的一个位置处将所述磁性地相互作用的构件从所述磁性地相互作用的路径解耦,
并且其中所述横向组件构造成在所述内位置和所述外位置中的另一个位置处将所述磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径再耦合,以便允许所述磁性地相互作用的构件再次沿所述路径移动,从而维持所述旋转构件的旋转。
16.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件构造成限制所述磁性地相互作用的构件相对于所述旋转构件在切向方向上移动。
17.根据权利要求15所述的系统,其中所述磁性地相互作用的构件包括磁路径。
18.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件包括构造成围绕与包含所述旋转构件的所述轴线的轴线大体垂直的轴线旋转的一个或更多个部件。
19.根据权利要求18所述的系统,其中所述横向组件构造成重复地将所述磁性地相互作用的构件从所述磁性地相互作用的路径解耦和将所述磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径再耦合,以便在没有从外部源向所述系统内引入能量的情况下连续地维持所述旋转构件的旋转。
20.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件包括多个磁性地相互作用的构件,所述多个磁性地相互作用的构件构造成与所述磁性地相互作用的路径吸引地相互作用,以便在向内方向上跟随所述磁性地相互作用的路径,其中所述磁性地相互作用的构件彼此间隔开,使得在第二磁性地相互作用的构件处于所述外位置处时第一磁性地相互作用的构件处于所述内位置,其中所述第二磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径的磁性相互作用对所述旋转构件提供足够的力矩,以克服由所述第一磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径的磁性相互作用引起的对所述旋转构件的相反指向的力矩,从而将所述第一磁性地相互作用的构件从所述磁性地相互作用的路径解耦。
21.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件包括多个磁性地相互作用的构件,所述多个磁性地相互作用的构件构造成以排斥的方式与所述磁性地相互作用的路径相互作用,以便在向外方向上跟随所述磁性地相互作用的路径,其中所述磁性地相互作用的构件彼此间隔开,使得在第二磁性地相互作用的构件处于所述内位置处时第一磁性地相互作用的构件处于所述外位置,并且其中所述第一磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径的磁性相互作用对所述旋转构件提供足够的力矩,以克服由于所述第二磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径的磁性相互作用引起的对所述旋转构件的相反指向的力矩,从而将所述第二磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径耦合。
22.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件的旋转惯性足以将所述磁性地相互作用的构件从所述磁性地相互作用的路径解耦和将所述磁性地相互作用的构件与所述磁性地相互作用的路径再耦合。
23.根据权利要求15所述的系统,其中所述横向组件限制所述磁性地相互作用的构件相对于所述旋转构件的移动,使得所述磁性地相互作用的构件在径向向内的方向和径向向外的方向中的一个方向上沿直线移动。
24.根据权利要求15所述的系统,其中所述磁性地相互作用的路径是螺旋形的。
25.一种系统,包括:
旋转构件,所述旋转构件包括:
第一盘,所述第一盘限定从其外边缘凹形地弯曲的表面,并在其中心处转变成凹形圆锥,其中所述第一盘构造成围绕第一轴线旋转;以及
磁性地相互作用的路径,其从所述旋转构件的外区域到所述旋转构件的内区域成螺旋形;
其中所述外区域在距所述轴线第一距离处,且内位置在距所述轴线第二距离处,其中所述第一距离大于所述第二距离;以及
横向组件,所述横向组件包括:
第二盘,所述第二盘构造成围绕与所述第一盘的所述第一轴线大体垂直的第二轴线旋转;以及
一个或更多个磁性地相互作用的构件,所述磁性地相互作用的构件围绕所述第二盘的周边设置,其中所述磁性地相互作用的构件构造成与所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径相互作用,并且其中所述第二盘的所述多个磁性地相互作用的构件彼此间隔开,使得当所述磁性地相互作用的构件中的一个在所述旋转构件的中心区域处时,所述第二盘的另一个磁性地相互作用的构件在所述旋转构件的外边缘处;
其中在具有所述磁性地相互作用的路径的所述旋转构件的外边缘处所述第一盘和所述第二盘之间的磁性相互作用对所述旋转构件提供足够的力矩,以克服当所述旋转构件从所述磁性地相互作用的路径解耦时由在所述旋转构件的中心区域处在所述第一盘和所述第二盘之间的磁性相互作用引起的相反指向的力矩;
其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件在径向方向上从所述旋转构件的第一距离移动到第二距离,但是在切向方向相对于所述旋转构件受限,其中由于所述横向组件的磁性地相互作用的构件和所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的吸引性质,所述横向组件的约束运动引起所述旋转构件围绕其自身的轴线旋转;以及其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件构造成允许所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的重复耦合和解耦,以便在没有从外部源向所述系统内引入能量的情况下维持所述旋转构件的旋转。
26.一种系统,包括:
旋转构件,所述旋转构件包括:
第一盘,所述第一盘限定从其外边缘凹形地弯曲的表面,并在其中心处转变成凹形圆锥,其中所述第一盘构造成围绕第一轴线旋转;以及
磁性地相互作用的路径,其从所述旋转构件的外区域到所述旋转构件的内区域成螺旋形;
其中所述外区域在距所述轴线第一距离处,且内位置在距所述轴线第二距离处,其中所述第一距离大于所述第二距离;以及
横向组件,所述横向组件包括:
第二盘,所述第二盘构造成围绕与所述第一盘的所述第一轴线大体垂直的第二轴线旋转;以及
一个或更多个磁性地相互作用的构件,所述磁性地相互作用的构件围绕所述第二盘的周边设置,其中所述磁性地相互作用的构件构造成与所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径相互作用,并且其中所述第二盘的所述多个磁性地相互作用的构件彼此间隔开,使得当所述磁性地相互作用的构件中的一个在所述旋转构件的中心区域处时,所述第二盘的另一个磁性地相互作用的构件在所述旋转构件的外边缘处;
其中在具有所述磁性地相互作用的路径的所述旋转构件的外边缘处在所述第一盘和所述第二盘之间的磁性相互作用对所述旋转构件提供足够的力矩,以克服当所述旋转构件从所述磁性地相互作用的路径解耦时由在所述旋转构件的中心区域处在所述第一盘和所述第二盘之间的磁性相互作用引起的相反指向的力矩;
其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件在径向方向上从所述旋转构件的第二距离移动到第一距离,但是在切向方向相对于所述旋转构件受限,其中由于所述横向组件的磁性地相互作用的构件和所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的排斥性质,所述横向组件的约束运动引起所述旋转构件围绕其自身的轴线旋转;以及其中所述横向组件的所述磁性地相互作用的构件构造成允许所述旋转构件的所述磁性地相互作用的路径的重复耦合和解耦,以便在没有从外部源向所述系统内引入能量的情况下维持所述旋转构件的旋转。

说明书全文

用于能量转换的装置、系统及方法

技术领域

[0001] 本文公开的实施方式总体上涉及用于将磁能转换为一种或更多种其它能量形式的装置、系统和方法。附图说明
[0002] 本文的书面公开描述了非限制性且非穷举的示例性实施例。参考了在附图中描述的这种示例性实施例中的某些,在附图中:
[0003] 图1是彼此相互作用的磁源和磁性构件的实施例的示意图;
[0004] 图2是在外存在时彼此相互作用的两个磁源的示意图;
[0005] 图3是磁路径和能够与其相互作用的磁性构件的实施例的透视图;
[0006] 图4是磁路径和能够与其相互作用的磁性构件的另一实施例的透视图;
[0007] 图5是磁路径和能够与其相互作用的磁性构件的另一实施例的透视图;
[0008] 图6是构造成将磁能转换为旋转能的系统的实施例的俯视平面图;
[0009] 图7是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的实施例的透视图;
[0010] 图8是与图7的系统兼容的旋转构件的实施例的透视图;
[0011] 图9是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图;
[0012] 图10是与诸如图7和9中示出的那些的系统的实施例兼容的旋转构件的实施例的透视图;
[0013] 图11是与诸如图7和9中示出的那些的系统的实施例兼容的旋转构件的另一实施例的透视图;
[0014] 图12是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图;
[0015] 图13是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图;
[0016] 图14是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图;
[0017] 图15是与图14的系统兼容的旋转构件的实施例的透视图;
[0018] 图16是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图;
[0019] 图17A是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的正视图;
[0020] 图17B是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的正视图;
[0021] 图18是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的正视图;
[0022] 图19A-19D是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的平面图,其示出在不同的操作位置;以及
[0023] 图20是构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统的另一实施例的透视图,其中该系统包括多个系统,诸如图19A-19D中示出的那些系统,所述多个系统彼此可操作地联接。

具体实施方式

[0024] 容易理解,在本文附图中示出和大体描述的实施例的部件能够以各种不同的构造布置和设计。因此,附图中表示的各种实施例的以下更详细描述不旨在限制要求保护的本公开的范围,而是仅是各种实施例的代表。尽管实施例的各种方面在附图中给出,但是附图不必按比例绘制,除非具体指明。
[0025] 在整个公开中,在各种示出的实施例中相似的特征用相似的附图标记表示,开头的数字相应地递增。关于一个实施例描述的特征及特征的变化形式的任何合适的组合可以与另一实施例一起使用。此外,合适地,关于一种特征论述的任何变化形式可以与相似编号的特征一起使用。
[0026] 本文公开了用于将磁能转换为一种或更多种其它形式的能量,或换言之用于从磁能得到期望形式的动力的装置、系统和方法。在某些实施例中,由磁源的磁场提供的能量被转换为系统的一个或更多个部件的旋转能。系统可以包括与旋转部件(比如,盘)磁性地相互作用以激起和/维持旋转部件的旋转的部件。磁性地相互作用的部件可以至少部分地由于由另一磁性地相互作用的部件提供给旋转部件的力矩不平衡和/或由于旋转部件的旋转惯性而从旋转部件解耦。例如,在某些实施例中,永磁体可以在其外部(比如,外边缘)与盘耦合,且可以随着磁体经由磁场朝盘中心吸引而影响盘的运动,并且磁体可以随着另一永磁体在其外部与盘耦合而在盘中心附近从盘解耦。该过程可以重复以便维持盘的旋转。在另外的实施例中,系统内的旋转能可以被转换为一种或更多种其它形式的能量,比如电能
[0027] 术语“耦合”及其任何派生词指两个或更多个实体之间的任何形式的可察觉的或明显的相互作用。即使两个部件没有直接相互接触,它们也可彼此耦合。部件的解耦可包括重取向或重配置部件使得它们不再相互作用,或使得它们的相互作用不再明显或可察觉。例如,在磁性相互作用的情形中,可以通过取向部件来影响部件的解耦使得部件之间的磁性作用极其小或不存在。
[0028] 图1示出提供磁场110的磁源105的实施例。术语“磁源”在此以其普通意思使用,且包括提供磁场的任何合适的物体或系统,例如,永磁体、电磁或任何其它合适的磁性装置。在所示的实施例中,磁源105包括具有北极122和南极124的永磁体120。术语“永磁体”在此以其普通意思使用,且包括在没有对其施加磁场时提供磁场,或者换言之,独立地或本身提供磁场的任何合适的材料。然而,术语不必表示材料始终具有磁场或将总是提供磁场,因为,例如,材料可以在某些之前的时间被磁化或者可以在某些稍后的时间(例如,通过将材料加热超过其居里温度或经过某些形式的降级)消磁。在某些实施例中,永磁体120包括铁磁材料。在各种实施例中,永磁体120包括陶瓷磁体、磁(alnico)磁体、钐钴磁体、钕铁磁体、提科纳尔(ticonal)磁体或稀土磁体;可以以任何合适的方式形成(比如,压铸或注射成型);可以为刚性的或柔性的。
[0029] 磁源105因此可以是磁能源,或者换言之,可以提供能够做功的磁势。例如,磁源105可以引起磁性构件103移动经过磁场110,磁性构件103也可以称为磁性地相互作用的构件。术语“磁性构件”和“磁性地相互作用的构件”在其范围内包括磁源和磁性地相互作用的材料两者,或换言之,可包括对磁场反作用和/或引起其自己的磁场的任何合适的材料。
因此,“磁性构件”或“磁性地相互作用的构件”可以包括一种或更多种磁性地相互作用的材料,或换言之,可包括一种或更多种磁源和/或一种或更多种磁性地作用的材料。术语“磁性地作用的材料”包括能够磁化但不被磁化(例如,不会独立地产生磁场),或者另外地能够被磁场作用的材料。例如,磁场地作用的材料可以包括铁磁材料和/或亚铁磁材料。
[0030] 一种或更多种磁源105可以布置成与磁性构件103相互作用。特别是,磁源105的磁场110趋向于吸引或拉磁性构件103更靠近磁源105。如通常已知的,由磁场110在磁性构件130上做功的量等于由磁场110施加的力乘以磁性构件103由该力移动的距离。而且众所周知的事实是,磁场110通常随着与磁源105接近度的增加而在强度上增加。
[0031] 参考图2,如通常已知的,外力F可使由另一磁源105排斥的磁源105从初始的分离位置移动到磁源105彼此更靠近的位置。如果外力F被移除,则由磁源105的磁场提供的排斥力在没有摩擦时将磁源105移回到初始的分离位置。因此,在磁源105更靠近彼此时由磁源105的磁场做的功等于在磁源105移动分开时由磁源105的磁场做的功。换言之,由磁源105提供的磁场提供保守力(conservative force)。另一方面,外力F是非保守的。类似的原理适用于外力F用于分开定位成相互吸引的磁源105的地方。而且,注意,当磁源与磁性地作用的材料(例如,铁)相互作用时,磁性地作用的材料可以变得部分地被磁化。随着磁性地作用的材料因此转变为磁化结构,内部(例如,分子)摩擦可以在材料内产生并导致加热。热为通常称为磁滞损耗的废能的形式。
[0032] 在某些实施例中,磁源105可以提供具有随着距磁源105的距离增加而非线性地改变的强度的磁场110。例如,永磁体120可以提供遵循平方反比规则的磁场110。作为非限制的图示,假定分开2毫米的两个磁源105的吸引力为10顿,则相同的两个磁源的力在它们分开4毫米时将仅为2.5牛顿。由示意性的磁源105中任一个提供的力的方程式可遵循公式:
[0033] 力=C*1/(X)^2
[0034] 其中C是磁源的恒定性能(在该情形中,C具有40牛顿·mm2的值),且X是磁源105之间的距离。尽管上述公式仅是近似的,但是其示范了磁体之间的力的非线性相互作用的示例。
[0035] 参考图3-5,多个磁源可以按各种构造布置,以影响磁性地相互作用的构件的线性运动。如图3所示,磁路径240可以包括多个磁源205,其布置成使得磁源205的极轴相互平行。磁源205可以彼此间隔开,使得在磁源205之间存在间隙。围绕磁源205的磁通可以在磁性构件207上产生吸引力,在图示实施例中,该磁性构件207为具有与磁源205的极轴反平行的极轴的球形磁源。在图3中,磁性构件207示出在两个分离的静止位置的每一个中。
[0036] 磁路径240还可包括位于磁源205上方的轨道242。在图示实施例中,轨道242包括由底壁连接的平行侧壁,且底壁静止在磁源205上。磁性构件207可以容易地沿轨道242的侧壁的上边缘滚动。在某些实施例中,轨道242包括磁性地作用的材料,该材料可以影响磁源205的磁场与磁性构件207相互作用的方式。
[0037] 磁性构件207可以通过外力而沿轨道242朝磁源205缓慢前进。在某些点处,由磁源205提供的吸引力足以独立地影响磁性构件207的运动。该位置称为磁性构件207的开始位置(例如,在图3中示出的磁性构件207的最右位置)。磁源205可以从开始位置沿轨道242拉动磁性构件207直到其到达轨道242上的停止位置(例如,图3示出的磁性构件的最左位置)。磁性构件207停止的位置可以依赖于磁源205的强度和布置。在某些情形中,在到达停止位置之后,磁性构件207可以后退并沿轨道242朝开始位置被拉回。
[0038] 在某些实施例中,由于磁源205的布置的对称性,由磁源205提供以产生磁性构件207的运动的能量等于经由外力将磁性构件207推动通过停止点并推出磁源205的影响所需的能量。能量守恒原理涉及磁源205与磁性构件207的相互作用。
[0039] 如图4所示,磁路径340可包括磁源305,该磁源305被布置用于产生磁性构件307的线性运动。在所示实施例中,磁性构件307包括永磁体,且磁源305包括线性地布置在轨道342上的任一侧的永磁体。在轨道342的一侧上的磁源305的极轴与在轨道342的另一侧上的磁源305的极轴反平行。磁性构件307包括三个圆柱形永磁体,所述三个圆柱形永磁体具有与磁源305的极轴垂直的极轴。磁性构件307示出在两个分离的静止位置。
[0040] 磁性构件307从在右侧示出的位置沿轨道342被拉动且在左侧示出的位置处停止。磁性构件307和磁源305之间的最小距离可随着磁性构件307在开始位置和停止位置之间行进而保持恒定。
[0041] 图5示出了磁路径440的另一示例,该磁路径440包括布置成产生磁性构件407的线性运动的磁源405。两排磁源405排列在轨道442的两侧。在每一排内,磁源405布置成使得其极轴相互平行或近似相互平行。然而,两排相对于彼此成度以便在轨道442的一端比其在另一端更靠近彼此。磁性构件407定向成使得其极轴与磁性构件407的行进方向垂直且与磁源405的极轴近似垂直。磁性构件407示出在两个分离的位置。
[0042] 在所示实施例中,磁性构件407的开始位置示出为在轨道442的底部右端,且停止位置示出为在轨道442的顶部左端。每一个磁源405可以与其它磁源相同使得由磁源405提供的磁场的强度从开始位置到停止位置增加。相应地,磁源405可以影响磁性构件407以从在开始位置的静止开始移动,在增加的场强度的方向上沿轨道442滚动,并在停止位置停止。
[0043] 图3-5中的布置主要是示例性的。可做出能够影响磁源205、305、405和磁性构件207、307、407的相互作用的各种改变。例如,在某些实施例中,对于磁源205、305、405可使用不同强度的磁体,以便影响(1)磁性构件207、307、407如何沿磁路径快速移动,(2)磁性构件207、307、407是否回弹或达到在磁路径的结尾处完全停止,和/或(3)停止位置处的场强度,该场强度可以克服以消除在停止位置处磁性构件207、307、407受磁源205、305、405的影响。
[0044] 此外,尽管仅在图3-5中示出的示例中示出了彼此磁性地相互作用的磁源,但是可以用磁性地作用的材料替换一个或更多个磁源。例如,在图3-5中示出的系统中,代替永磁体,磁性构件207、307、407可以包括具有相同的几何构造(即,球形或圆柱形)的磁性地作用的材料(例如,非磁化的铁)。类似地,在诸如图5中示出的那些布置中,可以代替地用磁性地作用的材料代替磁源405。如后面描述的,前述的原理可用于产生非线性的(例如,弯曲的)磁路径,在该磁路径上在磁性地相互作用的材料的任何合适的组合之间可以发生磁性相互作用,这可导致系统部件的旋转运动。
[0045] 图6示出构造成将磁能转换为旋转能的系统500的实施例。系统500包括与磁性构件507耦合的旋转构件550。在所示实施例中,旋转构件550包括平面盘552,该平面盘552包括具有螺旋构造的磁路径540。磁路径540可以与上述的磁路径240、340、440的任何磁路径相类似,且可以包括任何合适的磁性地相互作用的材料。例如,在所示实施例中,磁路径540包括轨道542,该轨道542包括磁性地作用的材料,且以与轨道242和磁源205的布置(参见图3)类似的布置静止在磁源的路线(未示出)上,只是磁路径540是螺旋形而不是直线。在其它实施例中,磁路径540包括在任一侧上以磁源(例如,永磁体或电磁铁)的螺旋线为边界的螺旋形轨道542,在这种实施例中的某个实施例中,磁源沿其整个长度与轨道542相等地间隔开(类似于磁路径340),而在其它实施例中,磁源在距轨道542不同的距离处,且例如,磁源可以在盘552的外周边处距轨道542大的距离处且逐渐靠近轨道542,以便在盘552的较中心区域处相对地靠近或邻近轨道542(与磁路径440类似)。在某些实施例中,轨道542可以从磁路径540中省去,使得磁路径540仅包括磁源的布置,磁性构件
507可沿磁源或靠近磁源滚动。
[0046] 磁性构件507可以类似于上述的任何磁性构件207、307、407,且因此可以以任何合适的方式与磁路径540磁性地相互作用。在所示实施例中,磁性构件507包括被限制为相对于盘552沿横向路径568移动的球形永磁体。在所示实施例中,横向路径568限定径向地向内指向的直线。提供给磁性构件507的约束可被称为切向约束,因为磁性构件507通常被限于仅在径向方向移动,或者换言之,磁性构件507被限制、阻止或防止在切向方向在沿横向路径568的任何点处移动。在这种布置中,随着磁性构件507沿轨道542从盘552的外边缘朝其中心移动,磁性构件507和磁路径540之间的相互作用引起盘552在顺时针方向上旋转,如箭头570表示的。
[0047] 如通常已知的,力矩的大小等于力的大小与其力矩臂的乘积。如果磁性构件507和磁路径540之间的磁性相互作用的强度在沿横向路径568的任何点处大体相同,则由磁性构件507和磁路径540之间的相互作用提供给盘552的力矩的量随着磁性构件507从盘552的外边缘朝其中心移动而减小。换言之,在这种条件下,在盘552的外区域处由磁性构件507和磁路径540之间的相互作用提供的正旋转力矩比在盘552的内区域处由另一磁性构件507和磁路径540之间的相互作用提供的负旋转力矩大。换言之,在盘552的外区域处由磁性构件507相对于盘552提供的杠杆作用比在盘552的内区域处大。
[0048] 在某些实施例中,磁性构件507和磁路径540之间的磁性相互作用的强度可以沿磁路径540的长度变化。例如,该相互作用可以在盘552的外区域处较弱且可朝盘552的中心处加强。这种布置可以产生趋向于将磁性构件507从盘552的外边缘朝盘552的中心处拉动的势能。尽管磁性构件507和磁路径540之间的相互作用的强度在盘552的内区域处较大,但是在盘552的外区域处由磁性构件507和磁路径540之间相对较弱的相互作用产生的正力矩可以仍然超过在盘552的较中心区域处由磁性构件507和路径540之间相对较强的相互作用产生的负力矩,这是由于之前论述的杠杆作用的原理。例如,如果由磁性构件507在盘552的中心区域处提供的力矩的力矩臂具有非常小的值(例如,零或接近零),则负旋转力矩将同样是非常小的。内磁性构件和外磁性构件507的力矩和可以因此为正的,从而导致盘在正方向上继续旋转。相应地,甚至在磁性构件507经受趋向于将磁性构件507朝路径540的中心部分较强地拉动的大势能的某些布置中,由于在路径540的外部处在另一磁性构件507和路径540的磁性相互作用(例如,由于另外的磁性构件507与路径540耦合),磁性构件507可以仍然在其到达中心部分时从路径540解耦。磁性构件507和磁路径540之间的相互作用的增加的强度可以例如通过在外-内方向上沿磁路径540使用连续地更强的磁源和/或通过减小沿磁路径540在磁性构件507和磁源之间的距离来实现。
[0049] 图7示出构造成将磁能连续地转换为旋转能的系统600的实施例。系统600包括旋转构件650和横向组件660,横向组件660也可以称为耦合/解耦组件、约束组件、限制组件或重定向组件。旋转构件650可以与上述的旋转构件550类似。在所示实施例中,旋转构件650包括具有磁路径640的大体平面的盘652,磁路径640从盘652的表面向上突出。在其它实施例中,磁路径640可以与盘652的表面齐平或相对于盘652的表面凹进。磁路径640可以包括任何合适的磁性地相互作用的材料(例如,一个或更多个磁源和/或一个或更多个磁性地作用的材料)。
[0050] 横向组件660包括多个磁性构件607,该多个磁性构件607中的每一个连接到与轮662联接的带664或承载构件。在所示实施例中,轮662具有与旋转构件650的旋转轴线大体垂直的旋转轴线。其它布置也是可能的。例如,轮662的旋转轴线可以相对于旋转构件
650的旋转轴线成除90度之外的角度(例如,大于0度的角度,但是小于约15度、30度、45度、50度、60度、70度、80度或90度)。横向组件660定向成使得磁性构件607可沿约束路径668从盘652的外边缘朝盘652的中心区域靠近磁路径640移动。在所示实施例中,约束路径668限定大体直的线路的至少一部分,所述大体直的线路与盘652的旋转轴线相交并与同盘652的外边缘相切的平面成法向。磁性构件607沿磁路径640的长度与(例如,上面悬浮的)磁路径640间隔开,并且因此不接触磁路径640。因此,所示实施例的磁路径640不包括诸如上面描述的轨道。
[0051] 当系统600在操作中时,磁性构件607在其外边缘处与磁路径640耦合。磁性构件607和磁路径640之间的磁性相互作用朝盘652的中心拉磁性构件607并给盘652提供旋转能。磁性构件607在其内部处与磁路径640解耦。具体地,随着磁性构件607接近磁路径640的端部,另一磁性构件607在其外边缘处与磁路径640耦合。新耦合的磁性构件607和磁路径640之间的磁性相互作用向盘652提供足够的力矩以便克服原磁性构件607和磁路径640的内部之间的磁性相互作用。此外,新耦合的磁性构件607沿约束路径668的运动推进带664使得当磁性构件607在路径668的内端处或附近时,又一磁性构件607与磁路径640耦合以辅助内磁性构件607与磁路径640解耦。在其内部与磁路径640解耦的磁性构件607保持与磁路径640间隔开,以便从而随着其朝盘652的外边缘推进而不受影响。该磁性构件607最终在其外部处与磁路径640再耦合,且该再耦合的磁性构件607和磁路径640之间的相互作用可辅助将另一磁性构件607从磁路径640解耦。该过程可以重复直到系统600内的磁源(例如,磁路径640和/或磁性构件607内的永磁体)不再提供足够的磁能来维持系统600的操作。
[0052] 继续参考图7,示出了第一磁性构件607在盘的中心附近从磁路径640解耦(因此,将负旋转力矩赋予盘),示出了第二磁性构件607与磁路径640耦合(因此,赋予盘正旋转力矩),以及示出了第三和第四磁性构件607在解耦状态下朝盘652的外边缘前进(因此不赋予盘任何合适的力矩)。尽管示出了系统600具有四个磁性构件607(沿带664之间的距离不必按比例),但是更多或更少的磁性构件607是可能的。例如,在各种实施例中,横向组件660包括一个或更多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个或者五个或更多个磁性构件607。在仅使用一个磁性构件607的实施例中,轮662的旋转惯性可以足以将磁性构件607从磁路径640的内端解耦,并将磁性构件607移动到磁路径640的外端,以便将磁性构件607与磁路径640再耦合。此外,在具有多个磁性构件607的某些实施例中,662和/或盘的旋转惯性可辅助磁性构件607和磁路径640的耦合和/或解耦。
[0053] 磁性构件607和磁路径640之间的任何合适的磁性相互作用被考虑。例如,如从本文的公开可理解的,在某些实施例中,每一个磁性构件607可包括一个或更多个磁源,且磁路径640可包括磁性地作用的材料。在其它实施例中,每一个磁性构件607可包括磁性地作用的材料,且磁路径640可包括一个或更多个磁源。在还有的其它实施例中,磁性构件607中的一个或更多个和磁路径640可各自包括一个或更多个磁源。
[0054] 在各种实施例中,系统600可构造成以吸引模式或排斥模式操作。例如,在某些实施例中,比如之前关于图7描述的实施例中,磁性构件607和磁路径640各自可包括相互吸引的一个或更多个磁源,其中系统600以吸引模式操作。可在朝旋转构件650的旋转轴线的方向上在磁性构件607和磁路径640之间增加磁性吸引。相应地,旋转构件650可在顺时针方向旋转,如从上面观察到的。然而,在以排斥模式操作的其它实施例中,磁性构件607的磁源和磁路径640可以定向或以其它方式布置成使得它们相互排斥。可在朝旋转构件650的外周边的方向上增加排斥的强度。相应地,旋转构件650可以在逆时针方向旋转,如从上面观察到的。在任一情形中,由于旋转构件650的周边处或附近的杠杆作用或力矩大于在旋转构件650的中心旋转轴线处或附近的杠杆作用,系统600可以合适地操作。本文描述的其它系统可以以吸引模式和/或排斥模式操作。
[0055] 在某些实施例中,横向组件660可构造成约束磁性构件607的运动。例如,在构造成以排斥模式操作的系统600的某些实施例中,磁性构件607可以被从磁路径640排斥。相应地,带664可以拉紧或以其它方式构造成在磁性构件607与磁路径640相互作用时防止磁性构件607从大体直线的路径运动。在其它或另外的实施例中,一个或更多个约束结构(未示出),诸如一个或更多个导轨或轨道(例如,具有面向下的U的开放端的U形轨道)(未示出),可以直接地定位在带664的部分上方,磁性构件607和磁路径640之间的相互作用沿该部分发生。约束结构可以防止磁性构件607在与磁路径640相互作用期间偏离大体直线的路径。
[0056] 在某些实施例中,系统600可以仅通过由磁性构件607和/或磁路径640提供的能量供给动力。例如,磁性构件607可以在其外区域处与盘652连续地耦合,使得由每个新耦合的磁性构件607提供的正力矩超过由在其中心处或附近与盘652解耦的磁性构件607提供的负力矩。换言之,系统600可以在没有外部能量源的情况下操作。例如,在某些实施例中,系统600可以构造成在没有向系统引入能量的情况下从静止开始。在其它实施例中,初始的能量可以初始地引入系统600以便开始系统。例如,可以向盘652提供能量以便实现临界旋转惯性,且此后,系统600可以在没有向系统内进一步引入能量的情况下继续。在某些点处,系统600内的摩擦或其它能量损耗(例如,磁性构件的降级)可引起其减慢或最终停止。
[0057] 在某些实施例中,旋转构件650的旋转能可被转换为能够以任何合适的方式从系统600提取的另一形式的能量。例如,可以通过任何合适的方法(例如,通过任何合适的发电机)以电能的形式从系统提取旋转能的一部分。再次,注意,此处提供的示例仅是示例性的。其它布置也可以用于使用杠杆作用的原理(例如,不平衡的杠杆原理),继续以非常有效的方式将磁能转换为其它可使用的能量形式。
[0058] 图8示出旋转构件650的另一视图。在所示实施例中,磁路径640达不到盘652的中心670而终止。具体地,磁路径640在距盘652的中心670距离D1处终止。磁路径640在距盘652的中心距离D2处开始。距离D2远远大于距离D1。相应地,在磁路径640提供磁场且每一个磁性构件607包括提供在强度上等于其它磁性构件607的强度的磁场的磁源的实施例中,当磁性构件607耦合到磁路径640的外端时产生的力矩将远远超过趋向于防止磁性构件607从磁路径640的外端解耦的相反指向的力矩。
[0059] 图9示出包括横向组件660’的另一实施例的旋转系统600’的另一实施例。横向组件660’包括另外的磁性构件607。如从示出的操作阶段看到的,当第一磁性构件607从磁路径640解耦且第二磁性构件607与磁路径640耦合时,第三磁性构件607可相对于磁路径640在耦合状态下。第三磁性构件607可定位在磁路径640的中间区域处,且可产生旋转构件650在正方向上的旋转运动。
[0060] 图10示出可以与系统,诸如包括多个横向组件660的系统600一起使用的旋转构件750的另一实施例。旋转构件750包括在盘752的外边缘的相对侧开始的两个磁路径740。
[0061] 图11示出与旋转构件750类似的旋转构件750’的另一实施例。旋转构件750’包括比磁路径740短的两个磁路径740’。具体地,磁路径740’提供在盘752’的中心部分处的另外的空间。该另外的空间可有助于多个横向组件660的使用,诸如图7中示出的横向组件660。例如,在旋转构件750’的中心处的另外的空间可以为相邻的横向组件660的磁性构件607提供足够的空间,以便在解耦的磁性构件607没有相互作用的情况下从其相应的磁路径740解耦。可以使用任何合适数量的横向组件660。例如,在各种实施例中,两个、三个、四个、五个、六个、七个或八个或更多个横向组件660可以供单个盘752’使用。在某些实施例中,横向组件660可以相互成角度地间隔开相等的量(例如,在使用两个横向组件660的地方,组件可为隔开180度,而在使用三个横向组件660的地方,相邻的组件可以间隔开120度)。
[0062] 图12示出构造成将磁能连续地转换成旋转能的系统800的另一实施例。与本文描述的其它实施例一样,旋转能可以转换为一种或更多种其它合适形式的能量(例如,电)。系统800包括旋转构件850和横向组件860。旋转构件850除其包括盘852之外可类似于上述的旋转构件550、650,盘852具有从其外边缘向下倾斜的凹形表面和朝其旋转中心870向上倾斜的凹形圆锥形突起。磁路径840从盘852的凹形表面向上突出。
[0063] 横向组件860包括多个磁性构件807,多个磁性构件807中的每一个在其外周边处连接到横向组件或横向盘866。在所示实施例中,横向盘866具有大体与包含旋转构件850的旋转轴线的平面垂直的旋转轴线。横向组件860定向成使得磁性构件807可沿约束路径868从盘852的外边缘朝盘852的中心区域靠近磁路径840移动。在所示实施例中,当磁性构件807沿约束路径868移动时,每一个磁性构件807和磁路径840之间的距离是恒定的,而在其它实施例中,该距离可沿约束路径868的路线变化。在所示实施例中,约束路径868限定位于盘852的径向平面内的大体圆弧。径向平面与盘866对齐且延伸穿过盘866。在所示实施例中,盘852的旋转轴线也与径向平面对齐且延伸穿过径向平面。其它实施例也是可能的。例如,横向盘866的旋转轴线可以相对于包含旋转构件850的旋转轴线的平面成除90度之外的角度(例如,大于0度,但是小于约15度、30度、45度、50度、60度、70度、
80度或90度的角度)。
[0064] 在盘866旋转时磁性构件807可与磁路径840耦合和解耦。在所示实施例中,盘866包括彼此相等地间隔开的三个磁性构件807。磁性构件807中的一个与磁路径840的耦合可以辅助以诸如上述的方式将另一磁性构件807从磁路径840解耦。其它实施例可包括较多或较少的磁性构件807。例如,在某些实施例中,横向组件860包括单个磁性构件
807。盘866和/或盘852的旋转惯性可足以克服磁性构件807和磁路径840的一端区域(比如,在路径840的内端或外端,取决于系统800的操作模式-吸引或排斥)之间的磁性相互作用,并且进一步,盘866的旋转惯性可以足以使磁性构件807重定位以便在磁路径840的相对端区域(例如,分别在路径840的外端或内端)处与磁性构件807再耦合。
[0065] 例如,图13示出包括九个磁性构件807的盘866’的实施例。当第一磁性构件807从磁路径840解耦且第二磁性构件807与磁路径840耦合时,另外的(例如,第三和第四)磁性构件807保持在其中间区域处与磁路径840耦合且有助于旋转构件850的旋转。
[0066] 图14示出包括旋转构件950和多个横向组件960的系统900的另一实施例。旋转构件950可包括多个磁路径940。在所示实施例中,每一个磁路径940比上述的路径840更少地螺旋(例如,沿较小的角距离延伸)。另外,系统900中的磁路径940的数量大于系统中横向组件960的数量。每一个横向组件960可与多个磁路径940相互作用。
[0067] 图15示出没有被横向组件960掩盖的旋转构件950的另一视图。
[0068] 图16示出可与本文描述的其它系统类似的系统1000的另一实施例。系统1000包括旋转构件1050和耦合/解耦组件或横向组件1060。旋转构件1050构造成围绕旋转轴线1082旋转,且横向组件1060构造成围绕横向旋转轴线1083旋转。轴1082、1083可大体上相互垂直。
[0069] 所示的旋转构件1050限定与上述的那些不同的几何形状。任何合适的几何形状可可能的。在所示实施例中,旋转构件1050包括上半球1055和下半球1057。旋转构件1050因而可以包括两个部分,这两个部分能够独立旋转。然而,在所示实施例中,上半球和下半球1055、1057可固定到彼此以便共同旋转。所示的旋转构件1050因而也可以在此被描述为球。球1050可以包括任何合适数量的磁路径1040,该磁路径1040可以与上述的路径中的任何类似。在所示实施例中,上半球和下半球1055、1057中的每一个包括大体为螺旋形的单个磁路径1040。每一个路径从球1050的赤道面1084朝球1050的相对极(例如,旋转轴线1082穿过的点)成螺旋。在所示实施例中,磁路径1040限定半球1055、1057中的凹陷或通道,尽管其它合适的布置(比如,上述的那些,例如)是可能的。图16仅示出了下半球1057的磁路径1040的上端,因为磁路径1040的其余部分从视图隐藏。
[0070] 横向组件1060包括安装到环1064的多个磁性构件1007,环1064也称为横向环。横向环1064构造成围绕轴1083旋转。可以使用任何合适的悬浮系统1065来以可旋转的方式安装横向环1064,且该悬浮系统1065可优选地由于环1064的旋转而构造用于低摩擦损耗。在所示实施例中,悬浮系统1065包括固定地附接到横向环1064的另外的环1067。
环1064、1067基本上相互垂直,且轴1083相对于横向环1064居中且穿过环1067。其它合适的布置也是可能的。如从前面可以理解的,横向环1064可以限定由磁性构件1007跟随的路径。该路径可以悬浮在球1050的表面上方,且更具体地,在磁路径1040上方,使得在磁性构件1007和路径1040之间存在很少的物理接触或没有物理接触。这种布置可由于磁性构件1007和路径1040之间的接触而提供很少的摩擦或没有摩擦损耗。
[0071] 系统100能够以与上述的其它系统相同的方式操作。系统1000可以包括一个或更多个耦合区域1080,在耦合区域1080中磁性构件1007与磁路径104相互作用。在所示实施例中,每一个耦合区域1080从赤道面1084延伸到球1050的顶点,且在任何给定的时间包括近似环1064的四分之一。相应地,在横向环1064在所示视图中顺时针旋转的实施例中,磁性构件1007可以在大约赤道面1084处与上路径1040耦合,且可以上升到球1050的顶点。在图16中,示出了一个磁性构件1007在赤道面1084附近与上路径1040耦合,且示出了另一磁性构件1007在上极附近从上路径1040解耦。磁性构件1007可在约顶点处从球1050解耦,且可在从顶点下降到赤道面1084期间保持解耦。在这种布置中,当环1064在所述的顺时针方向旋转时,球1050可以在顺时针方向旋转,如从上面看到的。在赤道面1084处,磁性构件1007可以与下磁路径1084耦合,可以在整个下耦合区域1080中与其保持耦合,且可以在球1050的下极处从下磁路径1040解耦。
[0072] 在其它实施例中,系统1000可以包括仅单个耦合区域1080,该单个耦合区域1080可以围绕球1050的四分之一延伸。例如,上半球和下半球1055、1057中仅一个可包括磁路径1040。
[0073] 磁性构件1007和路径1040之间的杠杆作用在赤道面1084附近比其在球1050的顶点处大。这可从路径1040在赤道面1084处与旋转轴线1082间隔开且该间距朝顶点减小的事实得到。因此,随着磁性构件1007从赤道面1084处的位置朝顶点前进,与路径1040相关联的力矩臂在尺寸上减小。所示的实施例以吸引操作模式描述。系统100构造成在排斥操作模式下以诸如上述的方式操作也是可能的。
[0074] 图17A示出可以与本文描述的其它系统类似的系统1100的另一实施例。系统1100包括旋转构件1150和耦合/解耦组件或横向组件1160。旋转构件1150构造成围绕旋转轴线1182旋转,且横向组件1160被构造成围绕两个横向旋转轴线1183旋转。轴1183可大体上与包括旋转构件1150的旋转轴线1182的平面垂直。
[0075] 所示旋转构件1150限定与上述的那些不同的几何形状。任何合适的几何形状是可能的。在所示实施例中,旋转构件1150包括圆锥1152。圆锥1152可包括任何合适数量的磁路径1140,其与上述的磁路径中的任何相似。在所示实施例中,单个磁路径1140存在于旋转构件1150上,且磁路径1140大体上是螺旋形的,且从圆锥1152的底部朝圆锥1152的顶点向上成角度。
[0076] 横向组件1160包括安装到带1164的多个磁性构件1107,且因此可类似于上述的横向组件660。任何合适的悬浮系统可用于以可旋转的方式安装带1164。如从前面理解的,带1164可限定由磁性构件1107跟随的路径。该路径可以悬浮在圆锥1152的表面上方,且更具体地在磁路径1140上方,使得在磁性构件1107和路径1140之间很少或没有物理接触。这种布置可由于磁性构件1107和路径1140之间的接触而提供很少的摩擦损耗或没有摩擦损耗。系统1100可以在与上述的其它系统相同的方式操作。
[0077] 图17B示出系统1100’的另一实施例,系统1100’可与本文描述的其它系统,尤其是刚刚论述的系统1100类似。系统1100’包括旋转构件1150和耦合/解耦组件或横向组件1160’。旋转构件1150可与上述的旋转构件1150相同或类似,且可构造成围绕旋转轴线1182旋转。横向组件1160’构造成围绕与旋转轴线1182垂直的旋转轴线1182’旋转。
[0078] 所示旋转构件1150包括圆锥1152。圆锥1152可包括任何合适数量的磁路径1140,其与上述的磁路径中的任何相似。在所示实施例中,磁路径1140大体上是螺旋形的,且从圆锥1152的底部朝圆锥1152的顶点向上成角度。
[0079] 横向组件1160’包括诸如旋转构件1150的旋转构件。具体地,横向组件1160’包括可以与圆锥1152相同或相似的圆锥1152’。在所示实施例中,圆锥1152’包括为磁路径1140’的磁性构件1107’。磁路径1140’可以与磁路径1140相同或相似。如从本文其它公开理解的,磁路径1140、1140’中的每一个可称为磁路径或磁性构件。换言之,术语“磁性构件”、“磁性地作用的构件”或“磁性地作用的部件”是足够宽泛的以在其范围内包括磁路径。在某些情况下,磁路径1140、1140’包括一个或更多个磁性地作用的材料(比如,非磁化的钢)和一个或更多个磁源(比如,一个或更多个永磁体)。
[0080] 任何合适的悬浮系统可以用于以可旋转的方式安装圆锥1152、1152’。与本文描述的其它系统一样,系统1100可以构造成以吸引模式或排斥模式操作。
[0081] 在吸引模式系统1100的某些实施例中,磁路径1140、1140’可构造成提供在从圆锥1152、1152’的底部到圆锥1152、1152’的顶点的方向上增加的磁势。例如,在某些布置中,磁路径1140、1140’可包括具有沿路径的整个长度恒定的强度的磁源。该路径可以在每一个圆锥的底部附近相对较深,且可以朝每一个圆锥的顶点逐渐变得较浅,使得路径之间的吸引相互作用的强度朝顶点增加。由路径1140、1140’的底部端之间的吸引提供的力矩可以足够克服在顶点端处相反指向的力矩,且因此在圆锥的顶点端处将路径1140、1140’解耦,路径1140、1140’与顶点1182、1182’间隔开的量比其与路径的顶点端间隔开的量大。
[0082] 在排斥吸引模式系统1100的某些实施例中,磁路径1140、1140’可以构造成提供在从圆锥1152、1152’的顶点到圆锥1152、1152’的底部的方向上减小的磁势。例如,在某些布置中,磁路径1140、1140’可以包括沿路径的整个长度具有恒定的强度的磁源。该路径可以在每一个圆锥的底部附近相对较深,且可以朝每一个圆锥的顶点逐渐变得较浅。然而,与刚刚讨论的吸引实施例不同,路径1140、1140’之间的相互作用是排斥的。路径之间的该排斥相互作用的强度从顶点朝底部减小。由路径1140、1140’的底部端之间的排斥提供的力矩可以足够克服在顶点端处相反指向的力矩,且因此在圆锥的顶点端处耦合路径1140、1140’,路径1140、1140’与顶点1182、1182’间隔开的量比其与路径的顶点端间隔开的量大。
[0083] 图18示出可以与本文描述的其它系统类似的系统1200的另一实施例。系统1200包括旋转构件1250和耦合/解耦组件或横向组件1260。旋转构件1250构造成围绕旋转轴线1282旋转,且横向组件1260构造成围绕横向旋转轴线1283旋转。轴1283可大体上垂直于包括旋转构件1250的旋转轴线1282的平面。
[0084] 所示旋转构件1250限定与上述的那些不同的几何形状。任何合适的几何形状是可能的。在所示实施例中,旋转构件1250包括在其窄端相遇的两个凹圆形圆锥1258、1259。本文使用的术语“凹圆形”表示当从侧面观察时(例如,图18的正视图),圆锥1258、1259的轮廓是圆形的。实际上,在所示实施例中,圆锥的圆形或凹形表面配合来限定大体半圆形的凹形,圆形横向组件1260的一部分可配合在该凹形内。在所示实施例中,横向组件1260包括圆盘1266,其具有比由旋转构件1250形成的圆形的凹形的直径略小的直径。圆锥1258、
1259可固定地附接到彼此(比如,可以包括整体单元)以便均匀地旋转。
[0085] 横向组件1260包括安装到盘1266的多个磁性构件1207,且因此可类似于上述的横向组件860。任何合适的悬浮系统可用于以可旋转的方式安装盘1266。如从前面理解的,盘1266可辅助限定磁性构件1207跟随的路径。该路径可以与圆锥1258、1259的凹形表面间隔开。
[0086] 上圆锥和下圆锥1258、1259可包括可与上述的任何磁路径类似的任何合适数量的磁路径1240、1241。在所示实施例中,磁路径1240为大体螺旋形的,且从圆锥1258、1259的底部朝圆锥1258、1259的顶点成角度。盘1266可以定位成将磁性构件1207与磁路径1240、1241间隔开,使得在磁性构件1207和路径1240、1241之间存在很少或没有物理接触。
这种布置可以由于磁性构件1207和路径1240之间的接触而提供很少或没有摩擦损耗。
[0087] 然而,与前述实施例不同,一个磁路径1240、1241可以构造成与磁性构件1207吸引磁性相互作用,而另一磁路径1240、1241可构造成与磁性构件1207排斥磁性相互作用。在所示实施例中,磁路径1240为吸引路径且磁路径1241为排斥轨道。磁路径1240、1241可在旋转构件1250的赤道面1284相遇,或者在其它实施例中,磁路径1240、1241中的一个或更多个可以与赤道面1284间隔开。在其它或另外的实施例中,磁路径1240、1241中的一个或更多个可以从赤道面1284的一侧延伸到另一侧。
[0088] 诸如上述的杠杆作用原理可适用于系统1200的操作。例如,在所示实施例中,磁性构件1207可在圆锥1259的下端与下磁路径1240耦合。由磁性构件1207和磁路径1240的下端(其与轴线1282间隔比其与磁路径1240的上端间隔远)之间的磁性相互作用提供的力矩、旋转构件1250的旋转惯性和/或盘1266的旋转惯性可以足以将在磁路径1240的上端处的磁性构件1207解耦。然而,从吸引磁路径1240解耦的磁性构件1207随后与排斥磁路径1240耦合,这可能需要更多的能量消耗。在某些实施例中,该解耦和耦合可在近似相同的时间或位置发生,比如,当吸引下磁路径1240直接通向排斥上磁路径1241时。在其它实施例中,磁性构件1207从解耦到耦合阶段可能存在较小的延迟和/或运动。
[0089] 可以由通过磁性构件1207和吸引磁路径1240的下端(其与轴线1282间隔比其与排斥磁路径1241的下端间隔远)之间的磁性相互作用提供的力矩、旋转构件1250的旋转惯性、盘1266的旋转惯性和/或沿排斥磁路径1241进一步前进的另外的磁性构件1207的排斥中的一种或更多种提供将磁性构件1207与排斥磁路径1240耦合的能量。例如,在所示实施例中,在与排斥磁路径1241耦合的另外的磁性构件1207仅在距旋转轴线1282的距离D1处时,上磁性构件1207可在距轴线1282的距离D2处。由磁性构件1207和磁路径1241之间的排斥力提供的力矩可提供(或辅助提供)足够的力来耦合另外的磁性构件。
[0090] 鉴于前述内容,可以认为系统1200同时以吸引模式和排斥模式操作。可以在示出和描述的那些顺序和放置的基础上改变磁路径1240、1241。对系统1200的其它合适的改变也是可能的。
[0091] 图19A-19D示出可与本文描述的其它系统相似的系统1300的另一实施例。各种附图示出在不同操作阶段中的系统1300。系统1300包括旋转构件1350和耦合/解耦组件或横向组件1360。旋转构件1350构造成围绕旋转轴线1382旋转,且横向组件1360包括构造成沿导轨系统往复运动的滑架1363,其在所示实施例中包括两个平行的杆1361。杆1361可基本上与包括旋转构件1350的旋转轴线1382的平面垂直。杆1361可限定固定的定向,且旋转构件1350可构造成相对于杆1361旋转。在某些实施例,系统1360包括轴线
1390,旋转构件1350可围绕轴线1390旋转,或者在其它情况下,其可固定地附接到旋转构件1350以便随其旋转。
[0092] 所示的旋转构件1350可限定任何合适的几何形状。在所示实施例中,旋转构件1350包括盘1352。盘1352可包括任何合适数量的磁路径1340,其可与上述的任何磁路径相似。在所示实施例中,使用基本上为螺旋形的单个磁路径1340。
[0093] 横向组件1360可包括可安装到滑架1363的任何合适数量的磁性构件1307。在所示实施例中,两个分离的磁性构件1307附接到滑架,在滑架的每一端各一个。滑架1363可限定可自由地横跨轮轴1392的狭槽或开口1369。例如,在某些实施例中,开口1369可具有比轮轴1392的直径大的宽度,以便减少或避免这些部件之间的摩擦。
[0094] 可以使用任何合适的系统以固定或静止的方式安装杆1361。如从前面理解的,杆1361和滑架1363可限定由磁性构件1307跟随的路径。路径可悬浮在盘1352的表面上方或更具体地,在磁路径1340上方,使得在磁性构件1307和路径1340之间存在很少或没有物理接触。这种布置可由于磁性构件1307和路径1340之间的接触而提供很少或没有摩擦损耗。
[0095] 滑架1363可构造成在直线方向上在杆上自由地来回移动。在某些实施例中,滑架1363的移动可被定界。例如,在某些实施例中,任何合适的停止机构(未示出)可被包括在杆
1361的任一端处。因此,磁性构件1307仅能够向外移动到在盘1352的最大位移边缘1390上方的位置,这通过图19A-19D中的虚圆示意性地描述。
[0096] 在各种实施例中,就磁性地相互作用而言,磁性构件1307可以是相同的。例如,在某些实施例中,磁性构件1307可为相等强度的磁源。在其它实施例中,磁性构件1307可以是相同尺寸、形状和密度的磁性地作用的材料。
[0097] 现将参考各种附图描述系统1300的操作。在图19A中,左磁性构件1307被吸引到磁路径1340的最外端,且右磁性构件1307由于与其耦合的磁路径1340的相互作用而被向左推。
[0098] 在图19B中,左磁性构件1307在磁路径1340与盘1352的最大位移边缘1390相交的区域处与磁路径1340耦合。在该位置,滑架1363开始停止且准备反向。左磁性构件1307和磁路径1340之间的相互作用将滑架1363向右推,且也引起盘1352在顺时针方向上旋转(或继续旋转)。由左磁性构件1307向盘1352提供的力矩和/或盘1352的旋转惯性可足以克服由右磁性构件1307在磁路径的内端处提供的相反指向的力矩。
[0099] 相应地,如图19C所示,右磁性构件1307可以从磁路径1340解耦且滑架1363可以向右移动。左磁性构件1307和磁路径1340之间的相互作用可继续向右推滑架1363,且可引起盘1352继续旋转。
[0100] 图19D与图19A类似,因为其示出了右磁性构件1307被吸引到磁路径1340且左磁性构件被移动到磁路径1340的内端。也就是说,正像图19A示出了刚好在分别与磁路径1340耦合和解耦之前的左磁性构件和右磁性构件1307,图19D示出了刚好在分别与磁路径
1340耦合和解耦之前的右磁性构件和左磁性构件1307。图19B和19C的顺序同样是反向的,使得滑架1363将开始在杆1361的右端停止且随后反向并朝杆1361的左端移动。滑架
1363因此将沿杆1361往复运动且盘1352将继续在顺时针方向上旋转。
[0101] 再次参考图19A,在某些实施例中,可以表明,磁路径1340的位于盘1352的最大位移边缘1390内的部分是在中性区域1394中,因为滑架1363上的磁性构件1307和磁路径1340彼此保持相对恒定的距离。然而,磁路径1340的在最大位移边缘1390的外侧的部分可产生激起或使盘1352的旋转继续的势能,因为磁性构件1307被附接到磁路径1340的该部分但是停止平移到较靠近其的位置。因此,在最大位移边缘1390的外侧在径向方向上变化的距离产生潜在吸引力以产生旋转。有许多方式产生这种变化的距离(或潜在吸引力),因此该示例不应是限制性的。
[0102] 换言之,在某些实施例中,整个磁路径1340在同一平面上且不改变到页面内或页面外。磁性构件1307也在与磁路径1340的表面所在平面平行的公共平面上。中性区域1394在最大位移边缘1390的内侧的盘1350上的位置。因为磁性构件1307和磁路径1340之间的相互作用保持分开相等的距离,因此它们可能没有使盘1352旋转的可能性。在最大位移边缘1390的外侧的区域因此可以考虑为势能区域,或作为非中性区域。例如,如图19A所示,左磁性构件1307被吸引到磁路径1340的外端,这引起盘1352在顺时针方向旋转,且继续在该方向旋转直到磁路径1340在磁性构件1307的位置处与最大位移边缘1390相交。
在对齐或相交的该位置,在盘1352的外部产生的力矩大于在盘1352的中心附近产生的抗断裂力矩,这允许盘1352继续在顺时针方向旋转。
[0103] 为了克服由于系统中的摩擦引起的能量损耗,例如通过使盘1352的直径较大,可以增加磁路径1340的外区域和内区域处的力矩的不平衡。在各种实施例中,在分别发生耦合和解耦的磁路径1340的外区域和内区域处的力矩臂不小于约3:1、4:1或5:1。
[0104] 与本文描述的其它实施例一样,任何合适的改变是可能的。例如,在其它实施例中,系统130可以排斥模式操作,而不是刚刚描述的吸引模式。在这些实施例中的某一实施例中,可以对滑架1363提供额外的约束以防止其被从杆1361推动。例如,在这些实施例中的某一实施例中,杆1361可以延伸穿过滑架1363,且任何合适的系统可以用于减少杆1361和滑架1363之间的摩擦(比如,轮、球轴承、减摩涂层、磁悬浮等)。
[0105] 图20描述了与本文描述的其它系统类似的系统1400的另一实施例。系统1400包括诸如刚刚描述的系统1300的多个系统(或子系统),多个系统经由公共轴或轮轴1392相互连接。在所示实施例中,四个这样的系统1301、1302、1303、1304以该方式相互附接。系统1400可以产生比通过系统1301、1302、1303、1304中的任一个自身实现的力矩大的力矩。在某些实施例中,系统1301、1302、1303、1304可以相对于彼此呈时钟布置(be clocked)或成角度偏移。该角度偏移可以为任何合适的量。例如,在各种实施例中,相邻的系统1301、
1302可以相对于彼此成角度地偏移不超过约10、15、20、30或45度。可以使用任何合适数量的子系统1301。在某些实施例中,与任何子系统自身相比,具有相对于彼此成角度地偏移的多个子系统可以在系统1400的旋转中产生更大的均匀性。例如,包括36个系统(每一个相邻组的子系统相对于彼此偏移10度)的系统1400可以产生比任何单个子系统自身实现的公共轮轴1392的更均匀旋转。
[0106] 如之前论述的,上面公开的某些系统的一个操作特征是在旋转构件的外区域处存在的力矩或杠杆作用与旋转构件的内区域相比的差异。该差异可允许在内区域处较大幅度的磁性相互作用以由在外区域处较小幅度的磁性相互作用抵消或克服,因为较小幅度的磁性相互作用具有更大的机械优势。某些系统的另一操作特征是旋转构件的旋转惯性。其中质量进一步从旋转轴线集中的旋转构件具有较高的旋转惯性。这种系统可需要更多的能量来在运动中初始地设定,但是可需要较少的能量维持运动。在某些实施例中,一旦旋转构件已经加速到临界旋转速度,系统仅可以自维持。在这些系统中,可在启动期间对系统施加外力以实现旋转构件的临界旋转速度,且旋转构件的旋转可在此后由旋转构件和横向组件之间的相互作用维持。在某些情况下,前述操作特征(即,杠杆作用不平衡和旋转惯性)可相互关联。操作特征中的一个或更多个可被调节以对系统实现期望的启动和/或持续的操作性能。
[0107] 本文公开的任何系统可以布置成在吸引模式和排斥模式中的任一种中操作。此外,在某些实施例中,磁路径可以包括一个或更多个分立的磁性构件,而横向组件可限定一个或更多个磁路径。
[0108] 本领域技术人员应理解,在不偏离本文给出的基本原理的情况下可以对上述实施例的细节作出改变。例如,各种实施例或其特征的任何合适的组合被考虑。注意,各种系统的相似特征用相似的附图表示,在此处,开头数字被递增。上面关于相似表示的特征阐述的相关公开因此可以不关于每一个实施例重复。而且,某些实施例的具体特征可以不通过附图中或关于其它实施例的书面描述中具体论述的附图标记来示出或表示。然而,这种特征可以明确地是与其它实施例中描述的和/或关于这种实施例描述的特征相同的,或者基本上相同。相应地,这种特征的相关描述同等地适用于所有实施例。关于一个实施例描述的特征和任何合适的组合和特征的变化形式可以与另一实施例一起使用。
[0109] 本文公开的任何方法包括用于执行描述的方法的一个或更多个步骤或行为。方法步骤和/或行为可以相互交换。换句话,除非为了正确操作实施例需要特定的步骤或行为顺序,否则特定步骤和/或行为的顺序和/或使用可以改变。
[0110] 在整个该说明书中,对“一个实施例”、“实施例”或“该实施例”的任何参考指关于该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此,引用的短语或其变化形式(如在整个该说明书中提到的)不必都指相同的实施例。
[0111] 类似地,应理解,在上面实施例的描述中,各种特征有时在单个实施例、附图或其描述中为了使本公开精简而组合到一起。然而,公开的该方法不解释为反映任何权利要求需要比该权利要求中明确引述的特征多的特征的意图。而是,发明方面在于比任何单个前述公开的实施例的所有特征少的特征的组合。本领域技术人员应明白,在不偏离本发明的基本原理的情况下可对上述实施例的细节作出改变。
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