Вращательное устройство и привод вращения (варианты)

Вращательное устройство и привод вращения (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки к созданию изобретения

Мотор в транспортном средстве типично расположен в центральной части транспортного средства, например, впереди пассажирского салона транспортного средства. Расположенный по центру мотор приводит во вращение колеса транспортного средства через приводные валы, кардан и другие компоненты. Такие моторы могут быть, например, топливными моторами или электромоторами. Моторы также могут быть расположены у колес или даже в колесах транспортного средства. Такие моторы называют мотор-колесами, причем обычно они являются электромоторами. Транспортное средство с четырьмя колесами может иметь, например, четыре мотор-колеса, по одному мотор-колесу на каждое колесо.

Раскрытие изобретения

При возрастании интереса к электрическим транспортным средствам, в том числе и к гибридным транспортным средствам, возрастает интерес к мотор-колесам. Однако мотор-колеса, подходящие для транспортных средств, до настоящего времени еще не разработаны. Типичная проблема, связанная с мотор-колесом, заключается в том, что первичная масса мотор-колеса не поддерживается компонентами подвески транспортного средства и поэтому способствует повышению неподрессоренной массы транспортного средства. За счет использования совершающей возвратно-поступательное движение обмотки мотора для привода во вращение колеса относительно ступицы более тяжелые компоненты мотора могут поддерживаться в подрессоренной массе транспортного средства, что приводит к улучшению движения транспортного средства и управления им. В самом деле, обмотка сама может служить компонентом подвески.

Вращательное устройство может содержать узел магнитного статора, противоположные электромагнитные исполнительные механизмы и линейно-вращательный преобразователь. Каждый электромагнитный исполнительный механизм содержит совершающую возвратно-поступательное движение обмотку, которая совершает возвратно-поступательное движение относительно узла магнитного статора. Электромагнитные исполнительные механизмы связаны с линейно-вращательным преобразователем и за счет возвратно-поступательного движения приводят линейно-вращательный преобразователь во вращательное движение. Линейно-вращательным преобразователем может быть, например, кулачок, треугольный кривошип, коленчатый рычаг или другое механическое устройство для преобразования прямолинейного движения во вращательное движение. Обмотки также могут совершать линейное перемещение в общем направлении относительно узла магнитного статора, чтобы приводить линейно-вращательный преобразователь в прямолинейное движение. Прямолинейное движение может происходить вместе с вращательным движением или без него.

Транспортное средство может содержать шасси, узел магнитного статора, связанный с шасси, кулачок, подвешенный на шасси, и противоположные обмотки, подвешенные на шасси. Обмотки совершают возвратно-поступательное движение в противоположном направлении относительно узла магнитного статора и приводят кулачок во вращательное движение через следящие элементы кулачка. Колесо транспортного средства соединено с кулачком и приводится во вращательное движение за счет кулачка относительно вращательного подшипника.

Узел магнитного статора может содержать единственный магнитный статор, который совместно используется обмотками, или может содержать несколько магнитных статоров, причем каждый магнитный статор соответствует обмотке. Магнитный статор может содержать один магнит или несколько магнитов, а обмотки могут окружать один или несколько магнитов, причем в этом случае несколько магнитов представляют собой внутренние магниты. Статор может дополнительно содержать несколько дополнительных магнитов, расположенных параллельно первым магнитам и находящихся снаружи от обмоток, причем в этом случае несколько дополнительных магнитов представляют собой внешние магниты. В такой конфигурации, следящие элементы могут быть соединены с обмотками в местоположениях, не закрытых внешними магнитами. Например, обмотки могут иметь форму прямоугольника, а четыре узла внешних магнитов могут быть расположены снаружи от обмоток и вдоль четырех сторон обмоток, но не закрывать углы обмоток. Следящие элементы затем могут быть соединены с углами обмоток через промежуточные конструкции, например, такие как кожуха, которые окружают обмотки. Имеющие форму прямоугольника обмотки могут быть изготовлены при помощи штамповки или травления и гибки множества сегментов обмотки, таких как U-образные сегменты, и сборки сегментов для получения обмотки.

В конфигурациях, которые содержат кулачок, кулачок может быть расположен на одной стороне диска, причем узел магнитного статора расположен параллельно плоскости диска. Кроме того, электромагнитные исполнительные механизмы могут быть соединены с кулачком с использованием следящих элементов, а вращательное движение кулачка может вызывать вращательное движение диска, который, в свою очередь, вращает любое колесо, связанное с диском. Противоположные обмотки могут быть расположены так, чтобы совершать возвратно-поступательное движение с фазовым сдвигом 180 градусов друг относительно друга, чтобы подавлять вибрации друг друга. Кулачок устройства может содержать внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем каждая из обмоток может быть связана с кулачком с использованием пары следящих элементов, при этом первый элемент из каждой пары следящих элементов сопряжен с внутренней поверхностью, а второй элемент из каждой пары следящих элементов сопряжен с внешней поверхностью. В одной конфигурации, кулачок может содержать выступ с внутренней и внешней поверхностями, причем внутренняя поверхность обращена внутрь, а внешняя поверхность обращена наружу. Альтернативно, кулачок может содержать канавку с внутренней и внешней поверхностями, причем внутренняя поверхность обращена наружу, а внешняя поверхность обращена внутрь. В такой конфигурации, каждая пара кулачковых следящих элементов расположена внутри канавки. Кулачок может иметь различные формы. Например, кулачок может содержать четное число выступов, каждый из которых может иметь форму участка спирали Архимеда.

Устройство также может содержать держатель, связанный с узлом магнитного статора. Держатель может быть использован, например, для соединения устройства с шасси транспортного средства. Устройство может содержать опорную конструкцию, связанную с держателем, и узел магнитного статора, через множество валов связанный с опорной конструкцией и расположенный параллельно длинной оси узла магнитного статора, причем обмотки совершают возвратно-поступательное движение вдоль узла магнитного статора за счет скольжения вдоль валов с использованием линейных подшипников или других аналогичных компонентов. Опорная конструкция также может быть связана с кулачком и диском с использованием вращательного подшипника. В применениях, относящихся к транспортному средству, опорная конструкция может быть связана с шасси транспортного средства, а диск может быть расположен внутри колеса транспортного средства, причем вращательное движение диска вызывает вращательное движение колеса.

В дополнение к приведению линейно-вращательного преобразователя во вращательное или прямолинейное движение, электромагнитные исполнительные механизмы могут действовать как генераторы за счет отбора тока из обмоток, когда линейно-вращательный преобразователь вращается или поступательно перемещается. Когда механизмы действуют как генераторы, они поглощают энергию вращательного или прямолинейного движения линейно-вращательного преобразователя, чтобы уменьшить вращательное или прямолинейное движение линейно-вращательного преобразователя, например, при рекуперативном торможении или в активной регенеративной подвеске.

Устройство также может содержать первый и второй кулачки, причем первый кулачок расположен на одной стороне диска, а второй кулачок расположен на противоположной стороне диска. Такие конфигурации также могут содержать второй узел магнитного статора, расположенный параллельно первому узлу магнитного статора на противоположной стороне диска. Эти конфигурации также могут содержать дополнительные электромагнитные исполнительные механизмы, которые содержат соответствующие дополнительные обмотки, причем указанные дополнительные обмотки связаны со вторым кулачком с использованием дополнительных следящих элементов и совершают возвратно-поступательное движение в противоположных направлениях вдоль длинной оси второго узла магнитного статора. Возвратно-поступательное движение дополнительных обмоток способствует вращательному движению диска. В устройствах, которые содержат два кулачка, первый и второй кулачки могут быть вращательно смещены друг от друга, например, на 45 градусов.

Устройство также может содержать жидкостные форсунки, которые предназначены для распыления жидкости на обмотки, которые проходят мимо форсунок, чтобы охлаждать обмотки. Форсунки могут быть прикреплены к узлу магнитного статора и могут распылять жидкость на обмотки через отверстия в магнитах узла магнитного статора. Кроме того, распыленная жидкость может быть преобразована в газ и удалена за счет вентиляции из устройства.

В применениях, связанных с транспортным средством, например, имеющим одно или несколько колес, узел магнитного статора, кулачок, вращательный подшипник, опорная конструкция, валы и обмотки все могут быть расположены внутри окружностей колеса. В таких применениях, узел магнитного статора может быть ориентирован в вертикальном направлении относительно шасси транспортного средства, причем поступательное движение колеса в вертикальном направлении действует как подвеска для транспортного средства. За счет такой подвески колесо, кулачок и обмотки образуют неподрессоренную массу, а шасси, узел магнитного статора, опорная конструкция и валы образуют подрессоренную массу.

Устройство также может содержать электрический блок, который подвешен на шасси и который используют для подачи электрического тока на обмотки. Эта конфигурация также может содержать волоконно-оптический кабель, который проложен между электрическим блоком и транспортным средством и используется для управления электрическим блоком. В некоторых конфигурациях, электрический блок может содержать двунаправленный источник питания, соединяющий обмотки и батарею, причем батарея может быть установлена внутри колеса транспортного средства или на шасси транспортного средства. Кроме того, электрический блок может быть сконфигурирован так, чтобы подавать электрический компонент на обмотки, чтобы перемещать обмотки в одном и том же направлении, за счет чего создается вертикальное поступательное движение колеса. Дополнительно, любое поступательное движение колеса, вызванное за счет устройство или нет, измеряется электрическим блоком. В некоторых конфигурациях, электрический блок может быть сконфигурирован так, чтобы поглощать энергию от поступательного движения колеса за счет работы обмоток как электрические генераторы и амортизаторы (демпферы).

Устройство может содержать опорную конструкцию для колеса и флюидный амортизатор, соединяющий опорную конструкцию с шасси транспортного средства. В этом случае опорная конструкция может служить как первичная подвеска, возможно скользящая вдоль валов, соединяющих опорную конструкцию и держатель, причем скольжение демпфируется при помощи флюидного амортизатора. Флюидным амортизатором может быть пневматическая подвеска между опорной конструкцией и шасси, которая может содержать поршень с противоположными пневматическими давлениями, приложенными к противоположным сторонам поршня. Давление можно регулировать за счет изменения жесткости подвески. Пневматическая подвеска может обеспечивать низкочастотное демпфирование, в то время как обмотки обеспечивают более высокочастотное демпфирование. Дополнительные конфигурации могут содержать множество флексур, которые используют для подачи тока в обмотки, причем первый набор флексур присоединен между шасси и опорной конструкцией, а второй набор флексур присоединен между опорной конструкцией и обмотками.

В применениях, связанных с транспортным средством, могут быть использованы два вращательных устройства, причем каждое устройство содержит узел магнитного статора, противоположные обмотки, кулачок, вращательный подшипник и колесо. В этих конфигурациях, вращательные устройства оба могут вращаться в одном и том же направлении, за счет чего создается тяговое усилие для транспортного средства. Колеса вращательных устройств также могут вращаться с различной скоростью или в разных направлениях, что побуждает вращательные устройства и колеса вращаться относительно транспортного средства. Таким транспортным средством можно управлять при его движении за счет изменения скоростей вращения колес. Транспортное средство также может двигаться в вертикальном направлении за счет движения колес в одном и том же вертикальном направлении, возможно, с достаточной силой, чтобы транспортное средство могло совершить прыжок. Два устройства могут также наклонять колеса за счет перемещения двух колес в противоположных вертикальных направлениях. Кроме того, устройства могут быстро поднимать и встряхивать одно колесо в вертикальном направлении, чтобы удалять жидкость с поверхности встряхиваемого колеса. Некоторые конфигурации для транспортных средств могут содержать четыре угла с двумя вращательными устройствами в каждом углу. В этих конфигурациях, каждая пара вращательных устройств может вращаться относительно соответствующей вертикальной оси. Четыре пары вращательных устройств могут вращать соответствующие колеса для вращения транспортного средства или даже вращать транспортное средство вокруг его центра. Четыре пары вращательных устройств также могут поворачивать соответствующие колеса внутрь для парковки транспортного средства.

Электрический генератор содержит вращательно-линейный преобразователь, узел магнитного статора и противоположны обмотки. Каждая обмотка выполнена так, чтобы совершать возвратно-поступательное движение относительно узла магнитного статора, и соединена с вращательно-линейным преобразователем, которым может быть, например, кулачок, треугольный кривошип, коленчатый рычаг или другое механическое устройство для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение. За счет вращения вращательно-линейный преобразователь приводит обмотки в противоположное возвратно-поступательное движение, за счет чего через обмотки начинает протекать электрический ток, который может быть отобран из обмоток. Обмотки могут линейно перемещаться в общем направлении, вместе с преобразователем, относительно узла магнитного статора, за счет чего через обмотки также начинает протекать электрический ток. Прямолинейное движение может происходить вместе с вращательным движением или без него.

Вместо того, чтобы быть изготовленным из одного куска материала, электрическая обмотка может содержать несколько плоских сегментов обмотки, уложенных в пакет и электрически соединенных последовательно, причем каждый сегмент обмотки повернут относительно соседнего сегмента обмотки в пакете сегментов обмотки. Например, каждый сегмент обмотки может иметь U-образную форму и может иметь поворот на 270 градусов относительно соседнего сегмента обмотки в пакете сегментов обмотки. Способ изготовления такой электрической обмотки предусматривает изготовление нескольких плоских сегментов обмотки, укладку их в пакет и электрическое соединение нескольких сегментов обмотки последовательно, причем каждый сегмент обмотки повернут относительно следующего сегмента обмотки в пакете, и закрепление сегментов обмотки вместе для образования электрической обмотки.

Сегменты обмотки могут быть изготовлены с небольшими расходами, например, за счет штамповки или травления и гибки сегментов обмотки из плоского листа металла. Все стороны сегмента обмотки могут иметь одинаковую длину или, альтернативно, смежные стороны сегмента обмотки могут иметь разную длину, в то время как противоположные стороны сегмента обмотки могут иметь одинаковую длину. Обмотка дополнительно может иметь электроизоляционный материал на участках сегментов обмотки. В пакете сегментов обмотки, например, все поверхности сегментов обмотки могут быть покрыты слоем электроизоляционного материала, за исключением верхней поверхности завершающего конца нижнего сегмента обмотки в пакете и нижней поверхности начального конца непосредственно более верхнего сегмента обмотки в пакете. Сегменты могут быть скреплены вместе с использованием болтов, например, которые могут быть пропущены через углы сегментов обмотки. Слой электроизоляционного материала также может покрывать болты. При сборке электроизоляционные прокладки могут быть введены в зазоры между сегментами обмотки.

Перестраиваемая пневматическая подвеска может содержать поршень и противоположные камеры, позволяющие прикладывать соответствующие противоположные пневматические давления к противоположным сторонам поршня. Подвеска также может содержать пневматический контроллер, который независимо регулирует пневматические давления в камерах. Давления в камерах можно регулировать путем изменения относительных положений поршня и камер за счет изменения давлений. Кроме того, давления в камерах можно регулировать путем изменения жесткости подвески, добавляя равные давления в камеры или удаляя равные давления из них. Добавление равных давлений в обе камеры повышает жесткость подвески, а удаление равных давлений из обеих камер понижает жесткость подвески. Если подвеска является частью транспортного средства, изменение относительных положений поршня и камер может изменять высоту движения транспортного средства, а изменение жесткости подвески может изменять жесткость при движении транспортного средства.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения. Чертежи не обязательно приведены в истинном масштабе, а вместо этого масштаб намеренно изменен, чтобы лучше выделить характеристики вариантов осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1А и 1В показаны примерные вращательные устройства.

На фиг. 1С показан примерный узел магнитного статора.

На фиг. 1D-1F показаны поперечные сечения примерных вращательных устройств.

На фиг. 2А-2С показаны компоненты примерного вращательного устройства при его работе.

На фиг. 2D показана примерная форма кулачка.

На фиг. 2Е-2Н показано примерное вращательное устройство при его работе, когда оно соединено с колесом.

На фиг. 3А и 3В показано примерное вращательное устройство с дополнительным кулачком и компонентами магнитного статора.

На фиг. 4А показан держатель, прикрепленный к узлу магнитного статора примерного вращательного устройства.

На фиг. 4В показано упрощенное поперечное сечение примерного вращательного устройства, прикрепленного к шасси транспортного средства.

На фиг. 5A-5D показана опорная конструкция, соединяющая узел магнитного статора и держатель примерного вращательного устройства с электромагнитными исполнительными механизмами и обмотками устройства через множество валов.

На фиг. 6А показан вращательный подшипник, соединяющий опорную конструкцию примерного вращательного устройства с кулачком устройства.

На фиг. 6В показана конструкция для колеса, соединяющего кулачок примерного вращательного устройства с колесом транспортного средства.

На фиг. 7 показан горизонтальный разрез примерного вращательного устройства.

На фиг. 8 показан горизонтальный разрез примерного вращательного устройства в виде сверху вниз.

На фиг. 9 показана внутренняя конструкция узла магнитного статора примерного вращательного устройства.

На фиг. 10 показан горизонтальный разрез примерного вращательного устройства.

На фиг. 11 показан горизонтальный разрез примерного вращательного устройства.

На фиг. 12А показан вертикальный разрез примерного вращательного устройства, где можно видеть, как может быть расположена опорная конструкция примерного вращательного устройства.

На фиг. 12B-12D показана примерная перестраиваемая пневматическая подвеска.

На фиг. 13А и 13В показано примерное вращательное устройство в других вертикальных положениях.

На фиг. 14А-14С показана конструкция примерной обмотки электромагнитного исполнительного механизма.

На фиг. 15 показан колесо, которое содержит примерное вращательное устройство.

На фиг. 16А и 16В показаны другие виды примерного вращательного устройства.

На фиг. 16С и 16D показаны два вращательно смещенных кулачка.

На фиг. 16Е показана примерная форма кулачка.

На фиг. 17А и 17В показан диск примерного вращательного устройства, соединенный с ободом колеса.

На фиг. 18 показаны две опорные конструкции, соединяющие соответствующие узлы магнитного статора с электромагнитными исполнительными механизмами через множество валов и флюидных амортизаторов.

На фиг. 19А-19С показана примерная компоновка магнитных статоров.

На фиг. 20A-20G показана конструкция примерной обмотки электромагнитного исполнительного механизма.

На фиг. 21А и 21В показаны соответственно вид сбоку и вид сверху двух вращательных устройств с соответствующими колесами.

На фиг. 22А-22С показаны различные другие устройства для вращения колес.

На фиг. 23А и 23В показано вертикальное перемещение колес.

На фиг. 24A-24F показан вид сверху транспортного средства, имеющего четыре пары вращательных устройств с соответствующими колесами.

Подробное описание изобретения

Далее приведено описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1А показано примерное вращательное устройство 100, расположенное внутри колеса. Устройство содержит узел 120 магнитного статора, противоположные электромагнитные исполнительные механизмы 110а, 100b и линейно-вращательный преобразователь (например, кулачок) 105. Устройство может быть прикреплено к шасси транспортного средства, например, в точке на дальней стороне колеса (не показано). Вращательное устройство, расположенное внутри колеса, может быть прикреплено к колесу через кулачок 105, например, с использованием кольцевой пластины, которая была условно удалена, чтобы показать внутреннюю область колеса. Такая пластина может быть прикреплена как к ободу колеса, так и к кулачку 105 с использованием крепежных деталей, таких как болты. Колесо и кулачок поддерживают пластину с возможностью вращения относительно ступицы 145 вокруг подшипника 150. Важно отметить, что несмотря на то, что показан кулачок 105 овальной формы, он может иметь и другую форму, например, может иметь несколько выступов.

На фиг. 1В показано примерное вращательное устройство 100 в виде сбоку от колеса 140, причем шина колеса 140 и некоторые другие компоненты условно удалены. Сердечник вращательного устройства содержит кулачок 105, два противоположных электромагнитных исполнительных механизма 110а, 110b и узел 120 магнитного статора. Каждый из электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b содержит соответствующую обмотку 115а, 115b, которая может совершать возвратно-поступательное движение относительно узла 120 магнитного статора. Электромагнитный исполнительный механизм 110а имеет кожух 155а, окружающий его обмотку 115а, а другой электромагнитный исполнительный механизм 110b показан без кожуха, который условно удален, чтобы показать его обмотку 115b.

Узел 120 магнитного статора, показанный на фиг. 1В, ориентирован вертикально и может содержать множество магнитных статоров 125а, 125b. Каждый из магнитных статоров 125а, 125b может содержать один магнит или несколько магнитов. Когда ток протекает через обмотки 115а, 115b электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b (например, переменный ток), тогда исполнительные механизмы 110а, 110b побуждаются совершать возвратно-поступательное движение вертикально вдоль узла 120 магнитного статора за счет результирующих сил. Специалистам в данной области хорошо известно, что когда обмотку, по которой протекает электрический ток, вводят в магнитное поле, тогда каждый из движущихся зарядов тока испытывает силу Лоренца, которые совместно прикладывают усилие к обмотке. На чертежах показано, что вращательное устройство 100 может содержать множество валов 130а, 130b, соединенных с опорной конструкцией 165 для подшипника. Электромагнитные исполнительные механизмы 110а, 110b могут скользить вдоль валов с использованием, например, линейных подшипников. Могут быть использованы и другие подшипники, в том числе воздушные подшипники, подшипники на базе нитрида кремния, графитовые подшипники и линейные роликовые подшипники. К каждому электромагнитному исполнительному механизму 110а, 110b может быть прикреплена пара следящих элементов 135a-d, которые взаимодействуют с кулачком 105. Для снижения трения следящие элементы 135a-d могут катиться по поверхностям кулачка 105. Следящие элементы 135a-d могут быть прикреплены к электромагнитным исполнительным механизмам 110а, 110b, например, с использованием кожухов исполнительных механизмов. Когда электромагнитные исполнительные механизмы 110а, 110b совершают возвратно-поступательное движение, усилие, оказываемое следящими элементами 135a-d на кулачок 105, побуждает кулачок 105 совершать вращательное движение.

На фиг. 1С показан примерный узел 120 магнитного статора с двумя магнитными статорами 125а, 125b. Каждый из магнитных статоров 125а, 125b содержит несколько магнитов. Например, магнитный статор 125а содержит, на одной поверхности статора 125а, восемь магнитов 160a-h.

На фиг. 1D-1F показаны упрощенные поперечные сечения примерного вращательные устройства. Устройство на фиг. 1D находится внутри колеса 140 транспортного средства и содержит ступицу (или держатель) 145, присоединенную к узлу 120 магнитного статора, имеющему два магнитных статора 125а, 125b. Также показаны два электромагнитных исполнительных механизма (которые содержат обмотки) 110а, 110b, совершающие возвратно-поступательное движение относительно узла 120 магнитного статора вдоль валов 130а, 130b (показанных пунктиром). Валы 130а, 130b, которые связаны с опорной конструкцией 165 подшипника, удерживают компоненты устройства при вертикальном совмещении и не позволяют устройству выпадать из колеса 140. Кулачковая пластина (диск) 170, связанная с колесом 140, вращательно связана с опорой 165 подшипника через подшипник 150. Прикрепленный к кулачковой пластине 170 кулачок 105 используют для привода во вращательное движение пластины 170 и, таким образом, колеса 140. Кулачок 105 приводится в движение за счет возвратно-поступательного движения электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b с использованием следящих элементов 135a-d, которые связаны с электромагнитными исполнительными механизмами 110а, 110b и которые сопряжены с кулачком 105. Примерное устройство также содержит флюидный амортизатор 175а, соединяющий опору 165 подшипника и держатель 145. Флюидный амортизатор 175а подвешивает держатель 145 над землей и позволяет некоторое перемещение между опорой 165 подшипника и держателем 145, в зависимости от величины сопротивления амортизатора. Например, если амортизатор представляет собой пневматический амортизатор (демпфер), то более высокие давления газа внутри камер амортизатора позволяют меньшее движение, чем более низкие давления воздуха.

На фиг. 1E показано, что, в отсутствие флюидного амортизатора 175а, электромагнитные силы, созданные за счет электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b и магнитных статоров 125а, 125b, могут подвешивать держатель 145 над землей. Однако, если снять электрический ток с электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b, то также пропадут соответствующие электромагнитные силы и держатель 145 может упасть на землю вместе с узлом 120 магнитного статора и шасси транспортного средства, как это показано на фиг. 1F.

На фиг. 2А-2С показаны в действии компоненты вращательного устройства 100, которые содержат электромагнитные исполнительные механизмы 110а, 110b вращательного устройства (вместе с обмотками 115а, 115b и следящими элементами 135a-d) и кулачок 105, выполненный с возможностью перемещения относительно узла 120 магнитного статора (который содержит соответствующие магнитные статоры 125а, 125b). На этих чертежах не показаны кожухи, при помощи которых следящие элементы прикреплены к обмоткам. Как это показано на фиг. 2А-2С, возвратно-поступательное движение обмоток 115а, 115b в противоположном направлении приводит кулачок 105 во вращение, который, в свою очередь, побуждает вращаться колесо, связанное с кулачком 105. Обмотки 115а, 115b показаны на фиг. 2А на самом дальнем расстоянии друг от друга. На фиг. 2В показано, что обмотки 115а, 115b приближаются друг к другу, при этом обмотки 115а, 115b приводят кулачок 105 во вращение по часовой стрелке, что побуждает любое прикрепленное колесо также вращаться по часовой стрелке. В примерном устройстве, воздействующее на кулачок 105 усилие приложено за счет внешних следящих элементов 135а, 135с, прижимающихся снаружи к кулачку 105. На фиг. 2С показано, что обмотки 115а, 115b приближаются друг к другу еще ближе, что вызывает дополнительное вращение по часовой стрелке кулачка 105.

После того как обмотки 115а, 115b приблизятся друг к другу на самое близкое расстояние, причем кулачок 105, в этом случае, совершает поворот на 90 градусов, обмотки 115а, 115b начинают удаляться друг от друга и приводить кулачок 105 во вращение против часовой стрелки. Когда обмотки 115а, 115b удаляются друг от друга, внутренние следящие элементы 135b, 135d прикладывают усилие к кулачку 105, нажимая на кулачок 105 в направлении наружу. Следует иметь в виду, что несмотря на то, что на чертежах показан кулачок 105 овальной формы, кулачок 105 может иметь более сложную форму, например, может иметь четное число выступов, как это показано на фиг. 2D. Стороны каждого выступа могут быть выполнены, например, в виде синусоиды или участка спирали Архимеда. Число выступов определяет, сколько полных циклов должны совершить обмотки, чтобы кулачок совершил полный оборот. Кулачок с двумя выступами совершает полный оборот за два цикла обмоток. Кулачок с четырьмя выступами совершает полный оборот за четыре цикла обмоток. Кроме того, большее число выступов кулачка создает больший вращающий момент. Кроме приведения кулачка во вращательное движение, электромагнитные исполнительные механизмы могут действовать как генераторы за счет отбора тока из обмоток при вращении кулачка. Это также влияет на снижение вращательного движения кулачка, так как поглощается энергия вращательного движения кулачка. В применениях устройства в транспортном средстве, отбор тока из обмоток может действовать как механизм рекуперативного торможения транспортного средства. Так как устройство может действовать как генератор, вращение колеса, вызванное внешней силой, позволяет заряжать батареи транспортного средства. Например, транспортное средство может быть выполнено так, что по меньшей мере одно из его колес установлено на зарядном устройстве, которое побуждает колесо вращаться. Такое зарядное устройство может быть аналогично динамометру, который может быть установлен на или в полу. Однако в то время как транспортное средство побуждает динамометр вращаться, именно вращение зарядного устройства побуждает колесо транспортного средства вращаться, что побуждает электромагнитные исполнительные механизмы действовать как генераторы, чтобы заряжать батареи транспортного средства. Зарядное устройство может иметь, например, электропитание или топливное питание.

В некоторых устройствах, теплота, созданная за счет возвратно-поступательного движения обмоток 115а, 115b, может быть снижена за счет распыления на обмотки 115а, 115b жидкого холодоносителя, например, такого как вода. Это может быть осуществлено за счет распыления жидкости через отверстия 146 в магнитах магнитных статоров 125а, 125b, причем жидкость поступает на обмотки 115а, 115b, когда они проходят мимо отверстий 146. Жидкий холодоноситель может быть подведен к отверстиям 146 через каналы в узле 120 магнитного статора. Распыленная жидкость после использования может быть собрана для повторного использования или может быть превращена в газ и удалена за счет вентиляции из вращательного устройства.

На фиг. 2Е-2Н также показаны компоненты примерного вращательного устройства в действии, но с колесом 140, которое прикреплено к кулачку 105 через пластину или другую аналогичную конструкцию (не показана). Белый кружок на колесе 140 показывает положение колеса в различных точках во время возвратно-поступательного движения электромагнитных исполнительных механизмов 110а, 110b. Как это показано белым кружком на фиг. 2Е-2Н, колесо 140 вращается вместе с вращающимся кулачком 105.

На фиг. 3А показано вращательное устройство, аналогичное устройству, показанному на фиг. 2А-2С, но с дополнительным кулачком 106 на другой стороне узла 120 магнитного статора. Возвратно-поступательное движение обмоток 115а, 115b также приводит второй кулачок 106 во вращательное движение, причем второй кулачок 106 может быть прикреплен к другой стороне колеса с использованием, например, другой кольцевой пластины. Узел 120 магнитного статора примерного устройство может иметь форму длинного прямоугольного сердечника из магнитно-проницаемого материала, с магнитным статорами 125а, 125b на каждом конце. В примерном устройстве, каждый магнитный статор 125а, 125b содержит магниты на всех четырех сторонах узла 120 магнитного статора. Прямоугольный сердечник, на котором в примерном устройстве закреплены магнитные статоры 125а, 125b, может создавать обратный путь для магнитного потока магнитных статоров 125а, 125b. На фиг. 3А также показаны обмотки 115а, 115b электромагнитных исполнительных механизмов, имеющие прямоугольную форму поперечного сечения и окружающие магнитные статоры 125а, 125b. Эта схема расположения позволяет эффективно использовать электромагнитные силы между обмотками 115а, 115b и магнитными статорами 125а, 125b.

На фиг. 3В показано вращательное устройство, аналогичное устройству, показанному на фиг. 3А, но с дополнительными магнитами 325а, 325b, расположенными снаружи от обмоток 115а, 115b. В показанном примерном устройстве, на каждом конце узла 120 магнитного статора предусмотрены дополнительные четыре магнитные матрицы, по одной на каждой стороне обмоток 315а, 315b прямоугольного поперечного сечения. Дополнительные магниты 325а, 325b позволяют создавать дополнительную электромагнитную силу. На фиг. 3В также показан дополнительный обратный путь 320 для магнитного потока дополнительных магнитов 325а, 325b.

На фиг. 4А показан держатель 145, к которому может быть прикреплен узел 120 магнитного статора, который содержит магниты и обратные пути магнитного потока. Держатель может быть частью шасси транспортного средства (не показано) или может быть прикреплен к нему. В частности, держатель 145 содержит внешнюю и внутреннюю пластины 445а, 445b ступицы, последняя из которых может быть прикреплена болтами к шасси транспортного средства. Подвод электрического тока в обмотки 115а, 115b может быть осуществлен с использованием электропроводных флексур (на фиг. 4А не показаны), которые идут от держателя 145 к обмоткам 115а, 115b. Эти флексуры позволяют подавать электрический ток в обмотки 115а, 115b даже тогда, когда обмотки совершают возвратно-поступательное движение вдоль узла 120 магнитного статора. Флексуры могут быть электрически связаны с источником электропитания (на фиг. 4А не показан), таким как батарея, закрепленным на держателе или расположенным на шасси транспортного средства, чтобы подавать электрический ток в обмотки 115а, 115b.

На фиг. 4В показано упрощенное поперечное сечение примерного вращательного устройства, прикрепленного к шасси 405 транспортного средства. Показанное на фиг. 4В устройство аналогично устройству, показанному на фиг. 1D-1F, но здесь некоторые компонен