CN101233667A - 扭矩转换器和使用该扭矩转换器的系统 - Google Patents

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CN101233667A CNA2006800268057A CN200680026805A CN101233667A CN 101233667 A CN101233667 A CN 101233667A CN A2006800268057 A CNA2006800268057 A CN A2006800268057A CN 200680026805 A CN200680026805 A CN 200680026805A CN 101233667 A CN101233667 A CN 101233667A
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Abstract

一种扭矩转换器装置包括一可围绕第一轴旋转的飞轮，该飞轮包括具有自圆周表面的第一半径和第一弯曲半径的第一本体部分，安装在第一本体部分中的多个第一磁体，每个第一磁体具有从第一本体部分的圆周表面设置的第一端，每个第一磁体的第一端具有和第一本体部分的第一弯曲半径相似的第二弯曲半径，安装在第一本体部分中的多个第二磁体，每个第二磁体从第一本体部分的圆周表面设置，一个可围绕第二轴旋转的发生器圆盘，其中第二轴相对于第一轴角偏移，该发生器圆盘包括第二本体部分和在第二本体部分内与多个第一和第二磁体磁联接的多个第三磁体。

Description

扭矩转换器和使用该扭矩转换器的系统
【0001】本申请要求2005年7月1日提交的美国专利申请No.11/171,336的优先权，No.11/171,336是2004年1月16日提交的美国专利申请No.10/758,000的延续部分，No.10/758,000要求2003年1月17日提交的美国临时专利申请No.60/440,622的优先权，本文援引该专利以供参考。
技术领域
【0002】本发明涉及一种扭矩转换器和使用该扭矩转换器的系统。更具体地，本发明涉及一种扭矩转换器，其基于永久磁场的压缩和解压缩能放大一给定的输入扭矩。此外，本发明涉及一种使用该扭矩转换器的系统。
背景技术
【0003】通常，扭矩转换器利用发生器圆盘和飞轮之间的机械联接来将扭矩从飞轮传输到发生器圆盘。然而，由于发生器圆盘和飞轮之间的摩擦力，某些提供给发生器圆盘的能量转换为摩擦能即热能，由此降低了扭矩转换器的效率。此外，摩擦力在扭矩转换器的所有移动部件上造成很大的机械磨损。
发明内容
【0004】因此，本发明提供一种扭矩转换器，其基本上避免了因现有技术中的局限和缺点所引起的一个或多个问题。
【0005】本发明的一个目的是提供一种增大输出的扭矩转换器。
【0006】本发明的另一个目的是提供一种使用扭矩转换器的系统，其中的扭矩转换器能降低摩擦磨损。
【0007】本发明的另一个目的是提供一种使用扭矩转换器的系统，其中的扭矩转换器不产生热量。
【0008】本发明的另一个目的是提供一种使用扭矩转换器的系统，其中的扭矩转换器在飞轮和发生器圆盘之间没有物理接触。
【0009】本发明的另一个目的是提供一种使用扭矩转换器的系统，其中的扭矩转换器允许在飞轮和发生器圆盘之间插入或存在一个物体。
【0010】本发明的其它特征和优点将在下面的描述中予以阐述，部分将从描述中得以明白，或通过本发明的实践而得以了解。通过在说明书和权利要求书以及附图中指出的具体结构，可以实现和达到本发明的目的和其它优点。
【0011】为了达到上述和其它优点，并根据本发明的目的，如具体示例性和一般性描述的那样，扭矩转换器装置包括一可围绕第一轴旋转的飞轮，该飞轮包括具有自圆周表面的第一半径和第一弯曲半径的第一本体部分，安装在第一本体部分中的多个第一磁体，每个第一磁体具有从第一本体部分的圆周表面设置的第一端，每个第一磁体的第一端具有和第一本体部分的第一弯曲半径相似的第二弯曲半径，安装在第一本体部分中的多个第二磁体，每个第二磁体从第一本体部分的圆周表面设置，一个可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的发生器圆盘，该发生器圆盘包括第二本体部分和在第二本体部分内与多个第一和第二磁体磁联接的多个第三磁体。
【0012】另一方面，一种把可围绕第一轴旋转的第一本体的旋转运动传递给可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的第二本体的扭矩转换器装置，第一和第二本体隔开一定间隙，第一和第二本体之一包括多个径向安装的第一磁体，多个支撑板，每个支撑板紧邻多个第一磁体的最内端部设置，以及与每个支撑板隔开设置的磁性环，其中支撑板设置在多个径向安装的第一磁体的端部和磁性环之间。
【0013】另一方面，一种把可围绕第一轴旋转的第一本体的旋转运动传递给可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的第二本体的方法包括：利用安装在第二本体中的多个第二磁体中的至少一个磁体压缩径向安装在第一本体中的多个第一磁体的磁场；以及随着第一本体和第二本体的转动解压缩多个第一磁体的压缩磁场从而把第一本体的旋转运动传递给第二本体。
【0014】再另一方面，一种用于产生电能的系统，包括：一电机，一围绕第一轴旋转的飞轮，该飞轮具有第一本体部分，其具有到圆周表面的第一半径和第一弯曲半径，多个安装在第一本体部分中的第一磁体，每个第一磁体具有从第一本体部分的圆周表面设置的第一端，每个第一磁体的第一端具有和第一本体部分的第一弯曲半径相似的弯曲半径，安装在第一本体部分中的多个第二磁体，每个第二磁体从第一本体部分的圆周表面设置，以及一可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的发生器圆盘，该发生器圆盘具有第二本体部分，和设置在第二本体部分内与多个第一和第二磁体磁联接的多个第三磁体，以及至少一个联接该至少一个发生器圆盘的发电机。
【0015】应该理解到，上述的一般性描述和下面的详细说明都是示例和解释，其目的是对如权利要求书所述的发明提供进一步的解释。
附图说明
【0016】所包括的诸附图提供对本发明的进一步的理解并构成本申请的一部分，附图示出本发明的示例性，它们连同说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：
【0017】图1A是根据本发明的一个示例性的飞轮的布置图；
【0018】图1B是根据本发明的一个示例性的飞轮的侧视图；
【0019】图1C是根据本发明的飞轮的示例性的联接结构的侧视图；
【0020】图2是根据本发明的示例性的定位环的透视图；
【0021】图3是图1A中区域A的放大图，其示出了根据本发明的飞轮内的驱动磁体的示例性布置；
【0022】图4A和4B是根据本发明的示例性的驱动磁体的视图；
【0023】图5A和5B是根据本发明的另一示例性的驱动磁体的视图；
【0024】图6A和6B是根据本发明的又一示例性的驱动磁体的视图；
【0025】图7A和7B是根据本发明的再一示例性的驱动磁体的视图；
【0026】图8A是根据本发明的示例性的发生器圆盘的布置图；
【0027】图8B是根据本发明的联接发生器圆盘的示例性轴的侧视图；
【0028】图9是根据本发明图1中的飞轮的示例性磁场的示意图；
【0029】图10是根据本发明的扭矩转换器的示例性初始磁压缩过程的示意图；
【0030】图11A是根据本发明的扭矩转换器的示例性磁压缩过程的示意图；
【0031】图11B是根据本发明的扭矩转换器的另一示例性磁压缩过程的示意图；
【0032】图11C是根据本发明的扭矩转换器的另一示例性磁压缩过程的示意图；
【0033】图11D是根据本发明的图11A中区域A的放大视图；
【0034】图11E是根据本发明的图11A中区域A的另一放大视图；
【0035】图11F是根据本发明的图11A中区域A的又一放大视图；
【0036】图12是根据本发明的扭矩转换器的示例性磁压缩过程的示意图；
【0037】图13是根据本发明的图1中所示飞轮在图11所示的磁压缩过程期间的示例性磁力图形的示意图；
【0038】图14是根据本发明的另一示例性飞轮的布置图；
【0039】图15是根据本发明的又一示例性飞轮的布置图；
【0040】图16是根据本发明的再一示例性飞轮的布置图；
【0041】图17是使用根据本发明的扭矩转换器的示例性系统的示意图；
【0042】图18是使用根据本发明的扭矩转换器的另一示例性系统的示意图。
具体实施方式
【0043】下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
【0044】图1A是根据本发明的一个示例性的飞轮的布置图。在图1A中，飞轮109可由复合材料，例如尼龙，形成圆柱形芯杆，同时可沿着飞轮的圆周边缘镶一非磁性定位环，例如非磁性不锈钢或酚醛塑料。飞轮109可包括多个布置在飞轮109的多个等间隔的第一径向凹槽101中的磁体102，其中每个磁体102可产生相对强的磁场。另外，每个磁体102可为圆柱形，同时可用布置在每个第一径向凹槽101中的支承板203，例如软铁或软钢，进行支撑，从而使磁体102的极性场更靠近飞轮109的中心C。
【0045】在图1A中，飞轮109还可包括多个布置在沿飞轮109的圆周表面设置的第二径向凹槽107中的抑制磁体108。从而，如图3所示，磁体102的表面110与飞轮109的圆周表面S之间的间距是X，而抑制磁体108的表面从飞轮109的圆周表面S凹入距离Y。
【0046】在图1A中，多个第二径向凹槽107中的每一个可布置在多个第一凹槽101中的相邻两个之间。例如，八个抑制磁体108中的每一个可布置在八个凹槽107中的每一个中，同时八个磁体102中的每一个可布置在八个凹槽101中的每一个中。相应地，相邻两个第一径向凹槽101之间的角度间隔β可以是相邻第一和第二径向凹槽101和107之间的角度间隔α的两倍。当然，磁体102和108以及第一和第二凹槽101和107各自的总数可以改变。飞轮109的八个凹槽107中的抑制磁体108和八个凹槽101中的磁体102的北极面向飞轮109的圆周表面S(在图3中)，同时它们的南极径向向内面向飞轮109的中心部分C。作为替换，可以布置为相反的极性，从而抑制磁体108和磁体102的南极面向飞轮109的圆周表面S(在图3中)，同时它们的北极径向向内面向飞轮109的中心部分C。
【0047】在图1A中，在磁体102的南极处支承板203可设置在多个第一凹槽101内的磁体的端部，从而沿对着飞轮109的圆周表面S(在图3中)的半径方向形成一磁场强度。尽管没有具体示出，但是可以使用紧固系统，例如定位销和/或螺栓，把每个支承板固定到飞轮109上，或者可以利用第一凹槽101中的磁体102的特定几何尺寸把支撑板保持在飞轮109中。从而，多个第一凹槽101中的磁体102和多个布置在第二凹槽107中的抑制磁体108的磁场的相互作用产生一磁场特性(MFP)，如图9所示，反复弧形，即，环绕飞轮109的圆周表面S(图3中)的正弦曲线。
【0048】在图1A中，飞轮109由塑性材料制成，例如聚氯乙烯和树脂玻璃。另外，飞轮可由模制塑性材料制成，也可以单一结构形成。为了确保均匀地平衡系统，用于制成飞轮109的材料可包括均质材料。除了图1A中所示的圆形形状，飞轮109也可以是其它几何形状。例如，飞轮109的形状可以是多边形和三角形。从而，为了向相应发生器圆盘111(在图8中)提供磁耦合，可以调整磁体102和抑制磁体108的数目以及磁体102和抑制磁体108的布置。
【0049】图1B是根据本发明的一个示例性的飞轮的侧视图。在图1B中，飞轮109可包括第一和第二本体部分109a和109b。相应地，第一和第二凹槽101和107可由第一和第二本体部分109a和109b中的半圆形凹槽101a和107a形成。另外，尽管所示的第一和第二凹槽101和107是圆形，但是为了与磁体102和抑制磁体108的几何形状相一致它们也可以为其它几何形状。
【0050】在图1A中，可以根据飞轮109的外直径调整磁体102和抑制磁体108的总数。例如，磁体102和抑制磁体108的总数可随着飞轮109的直径的增大而增加。反之，磁体102和抑制磁体108的总数可随着飞轮109的直径的减小而减少。此外，磁体102和抑制磁体108各自的总数可随着飞轮109的直径的增大或减小而增加或减少。作为替换，磁体102和抑制磁体108各自的总数可随着飞轮109的直径的增大或减小而减少或增加。
【0051】图1C是根据本发明的飞轮的示例性的联接结构的侧视图。在图1C中，飞轮109包括具有多个间隔开的紧固件122的紧固系统，其中紧固件用于把飞轮109的主面联接到轴支承板120上。相应地，可利用多个支撑件126把轴124固定到轴支撑板120上。在图1C中，轴支承板120可形成为直径小于或等于飞轮109的直径的圆形。另外，轴124可穿过飞轮109延伸并且可与扩展飞轮130联结。为了防止破坏飞轮109内的磁体102和抑制磁体108的磁场干扰，扩展飞轮130与飞轮109相隔一定距离X。扩展飞轮130可包括这样的结构(未示出)，为了增加飞轮109的角惯性，该结构能增大扩展飞轮130的外直径。此外，轴124可穿过扩展飞轮130延伸并用一支撑构造(未示出)进行支撑。
【0052】图2是根据本发明的示例性的定位环的透视图。在图1A中，飞轮109的定位环116可包括单一的由不锈钢材料制成的环，或者可包括第一和第二定位环部分116a和116b，并可包括经由紧固件118c联接飞轮109的联接突起118a、118b和118d。第一定位环部分116a可具有最外面的联接突起118a和最里面的联接突起118b，第二定位环部分116b可具有最外面的联接突起118d和最里面的联接突起118b。另外，如图2所示，每个联接突起118a、118b和118d可包括用于紧固件118c的联接孔318。每个联接突起118a、118b和118d可位于第一和第二凹槽101和107之间的某一区域内。尽管没有专门示出，但是第一和第二定位环部分116a和116b的每个联接突起118a、118b和118d可形成为包括用于两个紧固件118c的两个联接孔318。
【0053】如图1A所示，第一和第二定位环部分116a和116b可覆盖飞轮109的整个圆周表面S(在图3中)。从而，第一定位环部分116a的最外面的联接突起118a和第二定位环部分116b的最外面的联接突起118d在其彼此相邻处可固定到飞轮109上。另外，尽管所示的第一和第二定位环部分116a和116b每一个具有三个最里面联接突起118b，但是可根据飞轮109的尺寸、磁体102和108的数目以及飞轮109内飞轮109部件的其它物理特性选择不同的多个最里面联接突起118b。
【0054】尽管在图1A中没有示出，但是可沿定位环116的外圆周设置一个加固带。从而，加固带可保护定位环116使其免于磨损。
【0055】图3是图1A中区域A的放大图，其示出了根据本发明的飞轮内的驱动磁体的一种示例性的布置。在图3中，磁体102的表面110可具有与飞轮109的半径R2相似的曲面半径R1。例如，R1可等于R2，或者R1可近似等于R2。另外，抑制磁体108的表面108a可具有与半径R1和R2相似的曲面半径R3。但是，抑制磁体108的表面108a可仅仅为扁平状。
【0056】图4A和4B是根据本发明的示例性的驱动磁体的视图。在图4A中，磁体102可具有与飞轮109的半径R2(在图3中)相似的曲面半径为R1的第一表面110。另外，如图4B所示，磁体102可包括从磁体102的下表面120到磁体102的第一表面110为恒定量的圆筒形侧面130。
【0057】图5A和5B是根据本发明的另一示例性的驱动磁体的视图。在图5A中，磁体202可具有与飞轮109的半径R2(在图3中)相似的曲面半径为R1的第一表面210。另外，如图5A和5B中所示，磁体202可包括从磁体202的下表面220到磁体202的第一表面210为锥筒形的侧面230。从而，飞轮109的第一凹槽101可具有相应的与磁体202的锥筒形侧面230相似的侧壁。另外，支撑板203也可以具有与磁体202一样的锥筒形表面。但是，支撑板也可不具有与磁体202一样的锥筒形表面。
【0058】图6A和6B是根据本发明的又一示例性的驱动磁体的视图。在图6A中，磁体302可具有与飞轮109的半径R2(在图3中)相似的曲面半径为R1的第一表面310。另外，磁体302可具有肩部350，其作为从具有第一直径D1的颈部340到具有第二直径D2的本体部分330的过渡。此外，如图6A和6B中所示，磁体302的本体部分330可从磁体302的下表面320到磁体302的肩部350具有相同的直径D2。相应地，飞轮109的第一凹槽101可具有与磁体的颈部、肩部和本体部分340、350和330一致的相应部分。
【0059】图7A和7B是根据本发明的再一示例性的驱动磁体的视图。在图7A中，磁体402可具有与飞轮109的半径R2(在图3中)相似的曲面半径为R1的第一表面410。另外，磁体402可具有肩部450，其作为从具有第一直径D1的颈部440到具有第二直径D2的本体部分430的过渡。此外，如图7A和7B中所示，磁体402的本体部分430可从磁体402的下表面420到磁体402的肩部450具有相同的直径D2。相应地，飞轮109的第一凹槽101可具有与磁体402的颈部、肩部和本体部分440、450和430一致的相应部分。
【0060】图8A是根据本发明的示例性的发生器圆盘的布置图。在图8A中，发生器圆盘111优选是由尼龙或合成尼龙制成，其包括两个彼此沿穿过发生器圆盘111的中心部分C的第一共同中心线CL1相对的矩形磁体301，其中每个矩形磁体301可沿发动机盘111的圆周部分布置。另外，附加的矩形磁体302可设置在两个矩形磁体301之间，并且彼此可沿穿过发生器圆盘111的中心部分C的第二共同中心线CL2相对，其中CL2与第一共同中心线CL1正交。作为替换，可用非磁性加重块代替该附加矩形磁体302以防发生器圆盘111不平衡。
【0061】在图8A中，每个矩形磁体301，以及每个附加矩形磁体302或非磁性加重块，可具有沿垂直与第一和第二共同中心线CL1和CL2方向的第一长度L，其中两个矩形磁体301以及每个附加矩形磁体302或非磁性加重块的厚度可小于第一长度L。另外，每个矩形磁体301以及每个附加矩形磁体302可具有相对大的磁性强度，其中两个矩形磁体301以及每个附加矩形磁体302与发生器圆盘111的主表面平行的表面可以是南极和北极之一。此外，磁体301的数目可以是奇数或偶数，可以对磁体301间的内部间隔进行调整以获得期望的发生器圆盘111的磁位形。
【0062】图8B是根据本发明的联接发生器圆盘的示例性轴的侧视图。在图8A和8B中，发生器圆盘111包括多个间隔开的用于把发生器圆盘111联接到轴支撑板306上的紧固件305。相应地，可利用多个支撑件308把轴307固定到轴支撑板306上。在图8B中，轴支撑板306可形成为具有直径小于或等于发生器圆盘111的直径的圆形。
【0063】在图8A和8B中，形成发生器圆盘111的材料可与形成飞轮109(在图1A中)的材料相同或不同。此外，发生器圆盘111的形状可以是如图8A所示的圆形，或者是其它形状，例如多边形或三角形。另外，可根据飞轮109和/或发生器圆盘111的外直径调整磁体301以及附加矩形磁体302或非磁性加重块的总数。例如，可随着飞轮109和/或发生器圆盘111的外直径的增大，增加磁体301以及附加矩形磁体302或非磁性加重块的总数和尺寸。反之，可随着飞轮109和/或发生器圆盘111的外直径的减小，减少磁体301以及附加矩形磁体302或非磁性加重块的总数和尺寸。进而，随着飞轮109和/或发生器圆盘111的外直径的增大或减小，可分别增加或减少磁体301以及附加矩形磁体302或非磁性加重块的总数和尺寸。作为替换，随着飞轮109和/或发生器圆盘111的外直径的增大或减小，可分别减少或增加磁体301以及附加矩形磁体302或非磁性加重块的总数和尺寸。
【0064】图9是根据本发明图1中的飞轮的示例性磁场的示意图。在图9中，磁体102和抑制磁体108的磁场的相互作用产生一反复弧形磁场特性(MFP)，即，环绕飞轮109的圆周表面S的正弦曲线。相应地，支撑板203和抑制磁体108设置为使磁体102的南极指向飞轮109的中心C。
【0065】图10是根据本发明的扭矩转换器的示例性初始磁压缩过程的示意图，图11是根据本发明的扭矩转换器的示例性初始磁压缩过程的示意图，图12是根据本发明的扭矩转换器的示例性初始磁压缩过程的示意图。在图10、11和12每一个中，所示示意图是从发生器圆盘111的后部，即，从与发生器圆盘111的具有两个矩形磁体301的表面相反的表面看到的，飞轮109位于发生器圆盘111的后面。另外，飞轮109正沿向下的顺时针方向旋转同时发生器圆盘111正沿逆时针方向旋转，其中发生器圆盘111可与飞轮109间隔开一个小的空气间隙，例如在大约3/8英寸到大约0.050英寸之间。作为替换，小的空气间隙可根据具体应用情况而定。例如，需要较大的飞轮和发生器圆盘的配置的系统可能需要更大或更小的空气间隙。类似地，需要较强磁性或较弱磁性的系统可能需要特定范围内的空气间隙。此外，出于对磁体102解释的目的现在将其称为驱动磁体102。
【0066】在图10中，布置在发生器圆盘111上的两个矩形磁体301中的一个开始进入飞轮109的磁场特性(MPF)内的一个空间，其中飞轮位于驱动磁体102产生的两个北极之间。驱动磁体102可沿着飞轮109的圆周中心线布置，或沿着飞轮109的圆周偏移布置。飞轮109内驱动磁体102之间的间隙处于这样一个位置，在该位置处MFP中的南极场最靠近飞轮109的圆周表面S(在图9中)。
【0067】在图10中，随着飞轮109沿向下方向旋转，发生器圆盘111上两个矩形磁体301中面向飞轮109的圆周表面(在图9中)的那一个的北极沿着两个矩形磁体301和驱动磁体102的剪切面进入相邻驱动磁体102的北磁场线。从而，相邻驱动磁体102之间的两个矩形磁体301之一所需的定位剪切力小于直接压缩相邻驱动磁体102之间的两个矩形磁体301的北磁场线所需的力。这样，相邻驱动磁体102之间的两个矩形磁体301之一定位所需要的能量是相对低的。
【0068】另外，驱动和矩形磁体102和301之间的特定几何界面提供一个相对稳定的排斥磁场。例如，相邻驱动磁体102的圆筒形表面130(在图4中)，以及图5、6和7中所示的其它示例性驱动磁体202、302和402的圆筒形表面130，产生从驱动磁体102的弯曲表面110到下表面120的特定磁场。另外，进入相邻驱动磁体102的相邻磁场的矩形磁体301的平坦表面P(在图8中)产生另一个特定磁场。从而，驱动磁体102和矩形磁体301的磁场的相互作用，更具体地，驱动磁体102和矩形磁体301的磁场以这样的方式产生相互作用，即，沿磁剪切面，产生一相对稳定的排斥磁场。
【0069】另外，尽管抑制磁体108也向驱动磁体102提供排斥力，但是抑制磁体108的排斥力低于矩形磁体301的排斥力。然而，正如将在图12中所示的，当驱动和矩形磁体102和301的磁场被解压缩时抑制磁体108提供一附加的排斥力。
【0070】在图11A中，一旦发生器圆盘111上的矩形磁体301完全占据了飞轮109的两个相邻驱动磁体102的北极之间的间隙时，飞轮109上抑制磁体108的较弱北极(与驱动和矩形磁体102和301的北极相比)会受到发生器圆盘111上矩形磁体301的北极的排斥。这样，在飞轮109的外圆周下面MPF的北和南磁场都被压缩，如A点处所示(在图13中)。
【0071】在图11A中，在驱动磁体102、抑制磁体108和发生器圆盘301的磁体301的磁场压缩期间，飞轮109的中心线CL3与发生器圆盘111的磁体301的中心线CL4对准。因此，飞轮109的旋转轴和发生器圆盘111的旋转轴的位置必须设置成使飞轮109的中心线CL3与发生器圆盘111的磁体301的中心线CL4对准。
【0072】但是，如图11B和11C中所示，飞轮109的旋转轴和发生器圆盘111的旋转轴的位置可设置成使飞轮109的中心线CL3与发生器圆盘111的磁体301的中心线CL4偏移距离X。从而，为了在驱动磁体102、抑制磁体108和发生器圆盘301的磁体301之间提供特定的排斥力，可以改变驱动磁体102、抑制磁体108和发生器圆盘301的磁体301的磁场压缩。
【0073】图11D是根据本发明的图11A中区域A的放大视图。在图11D中，为了提供驱动磁体102和发生器圆盘111的磁体301的特定磁场压缩，把驱动磁体102与磁体301相向表面之间的距离设置为X(相邻发生器圆盘111的磁体301的相反端的另一驱动磁体102类似)。优选地，距离X可设置为零，也可设置为一个能确保飞轮109和发生器圆盘111之间不发生扭矩滑动的值。扭矩滑动直接关系到驱动磁体102和磁体301的磁场压缩强度，以及驱动磁体102和磁体301的磁性强度和几何形状。
【0074】图11E是根据本发明的图11A中区域A的另一放大视图。在图11中，驱动磁体102可具有包括多边形的横截面形状，其中多边形驱动磁体102的一侧可与发生器圆盘111的磁体301的一侧平行。但是，为了提供驱动磁体102和发生器圆盘111的磁体301的特定磁场压缩，把驱动磁体102与磁体301相向表面之间的距离设置为X(相邻发生器圆盘111的磁体301的相反端的另一驱动磁体102类似)。优选地，距离X可设置为零，也可设置为一个能确保飞轮109和发生器圆盘111之间不发生扭矩滑动的值。
【0075】图11F是根据本发明的图11A中区域A的又一放大视图。在图11F中，可在飞轮109中设置一对驱动磁体102a和102b。驱动磁体102a和102b可分别沿中心线CL3A和CL3B设置，并且可与飞轮109的中心线CL3以及同一直线上的发生器圆盘111的磁体301的中心线CL4间隔开。从而，为了在一对驱动磁体102a和102b、抑制磁体108和发生器圆盘301的磁体301之间提供特定的排斥力，可以改变一对驱动磁体102a和102b、抑制磁体108和发生器圆盘301的磁体301的磁场压缩。与图11E中单一驱动磁体102的多边形形状一样，一对驱动磁体102a和102b也可具有多边形形状。另外，与图11D和11E中的距离X类似，为了提供一对驱动磁体102a和102b以及发生器圆盘111的磁体301的特定磁场压缩，设置一对驱动磁体102a和102b与磁体301相向表面之间的距离(相邻发生器圆盘111的磁体301的相反端的另一对驱动磁体102类似)。优选地，距离X可设置为零，也可设置为一个能确保飞轮109和发生器圆盘111之间不发生扭矩滑动的值。
【0076】在图12中，当发生器圆盘111上的矩形磁体301开始转出压缩磁场位置并远离飞轮109时，矩形磁体301的北极受到飞轮109上的尾部驱动磁体102的北极斥力和受到沿飞轮109的圆周表面(在图9中)的MEP内的先前压缩的北极和南极磁场的磁性解压缩(即，弹簧返回)而被强力地推开。MEP内的北极的弹簧返回力(即，磁性解压力)在矩形磁体301移离飞轮109时对发生器圆盘111的矩形磁体301提供附加的斥力。
【0077】接下来，如图10所示，另一初始磁压缩过程开始，并重复磁压缩和解压缩的循环。从而，飞轮109和发生器圆盘111连续转动。
【0078】图14是根据本发明的另一示例性飞轮的布置图。在图14中，飞轮209可包括飞轮109的上述所有特征(在图1A-C中)，而且可包括与飞轮209的圆周表面S相距X的抑制磁体208。例如，距离X可小于第一凹槽101的深度，并可布置在相邻的支撑板203之间。与驱动和抑制磁体102和301的相对角位移α和β类似，抑制磁体208的相对位置可布置在驱动磁体102之间。这样，抑制磁体208可进一步使由支撑板203传递的驱动磁体102的南磁场向飞轮209的中心C移动。此外，图4-7中不同的示例性驱动磁体可结合到图14的飞轮209中。
【0079】图15是根据本发明的又一示例性飞轮的布置图。在图15中，飞轮309可包括飞轮109的上述所有特征(在图1A-C中)，而且可包括与支撑板203的端部相距X的抑制磁体308。另外，抑制磁体308可沿驱动磁体102的中心线布置。这样，抑制磁体308可进一步使由支撑板203传递的驱动磁体102的南磁场向飞轮309的中心C移动。此外，图4-7中不同的示例性驱动磁体可结合到图15的飞轮309中。
【0080】图16是根据本发明的再一示例性飞轮的布置图。在图16中，飞轮409可包括飞轮109的上述所有特征(在图1A-C中)，而且可包括围绕飞轮409的中心C布置的抑制磁体环408。这样，抑制磁体环408可进一步使由支撑板203传递的驱动磁体102的南磁场向飞轮409的中心C移动。此外，图4-7中不同的示例性驱动磁体可结合到图16的飞轮409中。
【0081】图17是使用根据本发明的扭矩转换器的示例性系统的示意图。在图17中，使用本发明扭矩转换器构造的用于产生动力的系统可包括电机105以及图1和14-16中的任意一种飞轮，其中电机105由电源101通过变频电机控制装置103提供电能，从而旋转地驱动联接飞轮109的轴407。另外，发生器圆盘111可联接驱动轴113，其中发生器圆盘111的旋转会带动驱动轴113旋转。例如，驱动轴113的纵向轴线可布置为垂直于驱动轴107的纵向轴线。
【0082】在图17中，驱动轴113可联接包括多个定子117的发电机的转子119。在申请号为10/973,825的美国专利中公开了一种示例性的发电机，在此引入其全部内容作为参考。具体地，转子109可包括偶数个磁体，每个定子107可包括奇数个线圈，其中每个线圈包括一个无定形铁心。在发电机运转期间无定形铁心不产生任何热。转子109的旋转使得发电机向可变比变压器121输出交流电，而可变比变压器121的输出提供给负载123。
【0083】图18是使用根据本发明的扭矩转换器的另一示例性系统的示意图。在图18中，多个发生器圆盘111可聚集围绕并被单个飞轮109驱动，图1和14-16中的任意一种飞轮，其中每个发生器圆盘111可联接类似于图17中所示结构的交流发电机。
【0084】本发明可以进行修改用于移动的发电系统，例如，用作秘密活动技术的驱动系统，作为变速直接驱动系统的替代物，用作泵、风扇和HVAC系统的驱动系统。此外，本发明可以进行修改用于需要无摩擦、无齿轮和/或无流体传动的工业、商业和住宅车辆。此外，本发明可以进行修改用于通过需要内部叶轮系统驱动管道的无摩擦的流体传动系统。此外，本发明可以进行修改用于随车携带的电池充电系统，以及用于航空器的动力系统，包括用于航空器的风扇和螺旋桨的传力系统。
【0085】此外，本发明可以进行修改应用于零重力或低重力环境。例如，本发明可用于空间站和星际飞行器的发电系统。
【0086】扭矩转换器和使用本发明的扭矩转换器的系统可以作出各种修改和变化而不脱离本发明的精神或范围，这对本技术领域内的技术人员是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖对本发明的这些修改和变化，只要它们落入在附后的权利要求书和其等价物的范围之内。

Claims (61)

1.一种扭矩转换器装置，包括：
一可围绕第一轴旋转的飞轮，该飞轮包括：
第一本体部分，其具有自圆周表面的第一半径和第一弯曲半径；
安装在第一本体部分中的多个第一磁体，每个第一磁体具有从第一本体部分的圆周表面设置的第一端，每个第一磁体的第一端具有和第一本体部分的第一弯曲半径相似的第二弯曲半径；
安装在第一本体部分中的多个第二磁体，每个第二磁体从第一本体部分的圆周表面设置；
一可围绕第二轴旋转的发生器圆盘，其中第二轴相对于第一轴角偏移，该发生器圆盘包括：
第二本体部分；
在第二本体部分内的多个第三磁体，其用于与多个第一和第二磁体磁联接。
2.根据权利要求1的装置，其中飞轮进一步包括多个支撑板，每个支撑板紧邻多个第一永久磁体中的一个设置。
3.根据权利要求1的装置，其中飞轮进一步包括一个沿第一本体部分的圆周表面设置的定位环。
4.根据权利要求3的装置，其中该定位环包括多个定位环部分，每个部分具有多个紧固到第一本体部分上的联接突起。
5.根据权利要求4的装置，其中联接突起被紧固到第一本体部分的多个第一和第二磁体之间。
6.根据权利要求5的装置，其中利用紧固件把联接突起紧固到第一本体部分上。
7.根据权利要求1的装置，其中多个第一磁体的第一端的弯曲半径等于第一本体部分的第一弯曲半径。
8.根据权利要求1的装置，其中从第一本体部分的圆周表面设置的每个第二磁体的端部的弯曲半径等于第一本体部分的弯曲半径。
9.根据权利要求1的装置，其中每个第一磁体包括一从该磁体的第二端到第一端直径为恒定量的圆筒形侧面。
10.根据权利要求1的装置，其中每个第一磁体包括一从该磁体的第二端到第一端直径渐增的锥筒形侧面。
11.根据权利要求1的装置，其中每个第一磁体包括一具有第一恒定直径的本体部分和一紧邻第一端的具有小于第一直径的第二恒定直径的颈部。
12.根据权利要求11的装置，其中每个第一磁体进一步包括一从本体部分过渡到颈部的肩部。
13.根据权利要求1的装置，其中发生器圆盘的多个第三磁体包括沿第二本体部分的第一中心线对称设置的第一对磁体。
14.根据权利要求13的装置，其中发生器圆盘的多个第三磁体包括沿垂直于第二本体部分的第一中心线的第二中心线对称设置的第二对磁体。
15.根据权利要求13的装置，其中发生器圆盘包括多个沿垂直于第二本体部分的第一中心线的第二中心线对称设置的平衡物。
16.根据权利要求1的装置，其中多个第二磁体设置在飞轮的中心和多个第一磁体的最内侧之间。
17.根据权利要求16的装置，其中多个第二磁体与多个第一磁体轴向对准。
18.根据权利要求17的装置，进一步包括多个支撑板，每个支撑板设置在多个第二磁体和多个第一磁体之间。
19.根据权利要求1的装置，进一步包括一个把飞轮联接到一轴上以使飞轮围绕第一轴旋转的紧固系统。
20.根据权利要求19的装置，其中紧固系统包括一个联接飞轮的主面和该轴的轴支撑板。
21.根据权利要求19的装置，进一步包括一个与飞轮间隔开一定距离且联接该轴的扩展飞轮。
22.根据权利要求21的装置，其中扩展飞轮增大该轴相对于第一轴的角惯性。
23.根据权利要求1的装置，其中第一本体部分包括第一和第二本体部分。
24.根据权利要求1的装置，其中发生器圆盘联接发电机的转子。
25.根据权利要求24的装置，其中该转子布置在一对定子之间。
26.根据权利要求25的装置，其中该转子包括偶数个磁体同时每个定子包括奇数个线圈。
27.根据权利要求26的装置，其中每个线圈包括一个无定形铁心。
28.根据权利要求27的装置，其中该无定形铁心不产生任何热。
29.一种把可围绕第一轴旋转的第一本体的旋转运动传递给可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的第二本体的扭矩转换器装置，第一和第二本体隔开一定间隙，第一和第二本体之一包括：
多个径向安装的第一磁体；
多个支撑板，每个支撑板紧邻多个第一磁体的最内端部设置；
与每个支撑板等距分开布置的磁性环，
其中支撑板设置在多个径向安装的第一磁体和磁性环之间。
30.根据权利要求25的装置，其中磁性环使多个第一磁体的磁场向着第一和第二本体之一的中心偏移。
31.一种把可围绕第一轴旋转的第一本体的旋转运动传递给可围绕相对于第一轴角偏移的第二轴旋转的第二本体的方法，包括：
利用安装在第二本体中的多个第二磁体中的至少一个磁体压缩径向安装在第一本体中的多个第一磁体的磁场；以及
解压缩多个第一磁体的压缩磁场从而把第一本体的旋转运动传递给第二本体。
32.根据权利要求31的方法，其中压缩磁场的步骤包括沿着至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体的剪切面放置至少一个第二磁体的磁场线到其相邻的第一磁体的磁场线中。
33.根据权利要求31的方法，其中解压缩磁场的步骤包括沿着至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体的剪切面把至少一个第二磁体的磁场线从其相邻的第一磁体的磁场线中脱离。
34.根据权利要求33的方法，其中解压缩磁场的步骤包括安装在第二本体中的多个第三磁体向至少一个第二磁体提供排斥力。
35.根据权利要求31的方法，其中第一和第二本体被一间隙隔开。
36.根据权利要求31的方法，其中第一轴和第二轴是共面的。
37.根据权利要求31的方法，其中压缩和解压缩磁场的步骤包括在至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体之间的界面。
38.根据权利要求37的方法，其中至少一个第二磁体的中心线和其相邻的第一磁体的中心线平行。
39.根据权利要求38的方法，其中至少一个第二磁体的中心线和其相邻的第一磁体的中心线彼此偏移。
40.根据权利要求38的方法，其中至少一个第二磁体的中心线和其相邻的第一磁体的中心线重合。
41.根据权利要求37的方法，其中该界面包括不同的几何形状。
42.根据权利要求41的方法，其中不同的几何形状包括至少一个第二磁体的平坦表面和相邻的第一磁体的圆筒形表面。
43.一种用于产生电能的系统，包括：
一电机；
一围绕第一轴旋转的飞轮，该飞轮包括：
第一本体部分，其具有自圆周表面的第一半径和第一弯曲半径；
安装在第一本体部分中的多个第一磁体，每个第一磁体具有从第一本体部分的圆周表面设置的第一端，每个第一磁体的第一端具有和第一本体部分的第一弯曲半径相似的弯曲半径；
安装在第一本体部分中的多个第二磁体，每个第二磁体从第一本体部分的圆周表面设置；
一可围绕第二轴旋转的发生器圆盘，其中第二轴相对于第一轴角偏移，该发生器圆盘包括：
第二本体部分；和
设置在第二本体部分内与多个第一和第二磁体磁联接的多个第三磁体；以及，至少一个联接该至少一个发生器圆盘的发电机。
44.根据权利要求43的系统，其中第一和第二本体之一引起围绕第一轴和第二轴的旋转运动。
45.根据权利要求44的系统，其中旋转包括利用至少一个第二磁体压缩多个第一磁体的磁场，以及解压缩多个第一磁体的压缩磁场从而把第一本体的旋转运动传递给第二本体。
46.根据权利要求45的系统，其中压缩磁场包括沿着至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体的剪切面放置至少一个第二磁体的磁场线到其相邻的第一磁体的磁场线中。
47.根据权利要求45的系统，其中解压缩磁场包括沿着至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体的剪切面把至少一个第二磁体的磁场线从其相邻的第一磁体的磁场线中脱离。
48.根据权利要求45的系统，其中压缩和解压缩磁场的步骤包括在至少一个第二磁体和其相邻的第一磁体之间的界面。
49.根据权利要求48的系统，其中该界面包括不同的几何形状。
50.根据权利要求48的系统，其中不同的几何形状包括至少一个第二磁体的平坦表面和相邻的第一磁体的圆筒形表面。
51.根据权利要求43的系统，其中第一和第二本体被一间隙隔开。
52.根据权利要求43的系统，其中第一轴和第二轴是共面的。
53.一种磁力传动系统的飞轮，包括第一本体部分，其具有多个径向布置的第一磁体和不同于该多个径向布置的第一磁体的多个径向布置的第二磁体。
54.根据权利要求53的飞轮，其中多个第一磁体和多个第二磁体中的每一个包括一个第一端部，第一端部具有与飞轮的本体部分的半径相似的弯曲半径。
55.根据权利要求54的飞轮，其中多个第一磁体包括具有恒定直径和锥形直径之一的本体部分。
56.根据权利要求54的飞轮，其中多个第一磁体包括紧邻第一端部的颈部，与第一端部相对的本体部分，以及位于第一端部和本体部分之间的肩部。
57.根据权利要求56的飞轮，其中颈部的直径小于本体部分的直径。
58.根据权利要求57的飞轮，其中肩部相对于本体部分倾斜一定角度。
59.根据权利要求57的飞轮，其中肩部垂直于本体部分。
60.根据权利要求53的飞轮，其中每个径向设置的第一磁体包括一对相同的磁体几何形状。
61.根据权利要求53的飞轮，其中径向设置的第一和第二磁体之间的不同包括下列之一：磁性强度、尺寸、几何形状、在本体部分内的位置。
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