Преобразователь крутящего момента и система, использующая преобразователь крутящего момента

007416 Настоящая заявка на изобретение заявляет преимущества предварительной заявки на патент США 60/440 622, датированной 17 января 2003 г., которая включена здесь для справки. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к преобразователю крутящего момента и системе, использующей преобразователь крутящего момента. Более конкретно, настоящее изобретение относится к преобразователю крутящего момента, который способен увеличивать заданный крутящий момент на входе на основе компрессии и декомпрессии постоянных магнитных полей. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе, которая использует преобразователь крутящего момента. Уровень техники Вообще преобразователь крутящего момента используется в механических соединениях между диском генератора и маховиком для передачи крутящего момента от маховика к диску генератора. Однако, из-за сил трения между диском генератора и маховиком, некоторая энергия, передающаяся диску генератора, преобразуется в энергию трения, то есть тепло, уменьшая, таким образом, эффективность преобразователя крутящего момента. Кроме того, силы трения вызывают существенный механический износ на всех движущихся деталях преобразователя крутящего момента. Раскрытие изобретения Таким образом, настоящее изобретение направлено на преобразователь крутящего момента, который по существу устраняет одну или большее количество проблем, вызванных ограничениями и недостатками области техники, к которой относится изобретение. Целью настоящего изобретения является разработка преобразователя крутящего момента, имеющего увеличенный выход. Другой целью настоящего изобретения является разработка системы, использующей преобразователь крутящего момента, который уменьшает износ, вызванный трением. Другой целью настоящего изобретения является разработка системы, использующей преобразователь крутящего момента, который не вырабатывает тепло. Другой целью настоящего изобретения является разработка системы, использующей преобразователь крутящего момента, который не имеет физического контакта между маховиком и диском генератора. Другой целью настоящего изобретения является разработка системы, использующей преобразователь крутящего момента, который позволяет помещать или располагать объект между маховиком и диском генератора. Дополнительные характеристики и преимущества изобретения будут представлены в последующем описании и частично будут выявлены из описания, или могут быть поняты из практики использования изобретения. Цели и другие преимущества изобретения будут реализованы и достигнуты с помощью конструкции, в частности показанной в письменном описании и формуле настоящего изобретения, а также в прилагаемых чертежах. Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целью настоящего изобретения, как это осуществляется и широко описывается, преобразователь крутящего момента включает в себя маховик, вращающийся вокруг первой оси, причем маховик включает в себя первую часть корпуса, первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из первого множества простирается вдоль направления соответствующей радиальной оси, по отношению к первой оси, и второе множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов, и диск генератора, вращающийся вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси, причем диск генератора включает в себя вторую часть корпуса и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множествами постоянных магнитов. В другом аспекте система для выработки электроэнергии включает в себя двигатель, маховик, соединенный с двигателем, причем маховик вращается вокруг первой оси и включает в себя первую часть корпуса, первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из первого множества простирается вдоль направления соответствующей радиальной оси, по отношению к первой оси, и второе множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов, по меньшей мере один диск генератора, вращающийся вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси и индуктивно связанный с маховиком, причем диск генератора включает в себя вторую часть корпуса, и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множествами постоянных магнитов, и электрический генератор, соединенный с диском генератора. В другом аспекте система для преобразования крутящего момента в энергию включает в себя двигатель, маховик, соединенный с двигателем, причем маховик вращается вокруг первой оси и включает в себя первую часть корпуса, первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из первого множества простирается вдоль направления соот-1 007416 ветствующей радиальной оси, по отношению к первой оси, и второе множество постоянных магнитов,установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов, по меньшей мере один диск генератора, вращающийся вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси и индуктивно связанный с маховиком, причем каждый диск генератора включает в себя вторую часть корпуса, и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множествами постоянных магнитов и второй приводной вал, соединенный со второй частью корпуса, вращающейся вокруг второй оси. Необходимо понять, что как предшествующее общее описание, так и последующее подробное описание приведены для примера и объяснения, и предназначены для предоставления дополнительного объяснения заявленного изобретения. Краткое описание чертежей Сопроводительные чертежи, включенные для того, чтобы обеспечить дальнейшее понимание изобретения и составляющие часть этой заявки, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах фиг. 1 представляет собой схематический чертеж, показывающий пример маховика согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - схематический чертеж, показывающий пример диска генератора согласно настоящему изобретению; фиг. 3 принципиальная схема, показывающую пример магнитных полей маховика из фиг. 1 согласно настоящему изобретению; фиг. 4 - принципиальная схема, показывающую пример процесса начальной магнитной компрессии преобразователя крутящего момента согласно настоящему изобретению; фиг. 5 - принципиальная схема, показывающую пример процесса магнитной компрессии преобразователя крутящего момента согласно настоящему изобретению; фиг. 6 - принципиальная схема, показывающую пример процесса магнитной декомпрессии преобразователя крутящего момента, согласно настоящему изобретению; фиг. 7 - принципиальная схема, показывающую пример паттерн магнитных сил маховика из фиг. 1 во время процесса магнитной компрессии из фиг. 5 согласно настоящему изобретению; фиг. 8 - принципиальная схема, показывающую пример системы, использующей преобразователь крутящего момента согласно настоящему изобретению; фиг. 9 - принципиальная схема, показывающую другой пример системы, использующей преобразователь крутящего момента согласно настоящему изобретению. Осуществление изобретения Теперь ссылка будет подробно сделана на проиллюстрированные варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которого проиллюстрированы в сопроводительных чертежах. Фиг. 1 представляет собой схематический чертеж, показывающий пример маховика согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 маховик 109 может быть выполнен из цилиндрического стержня из композитного материала (-ов), такого как нейлон, и может быть опоясан вдоль кольцевой кромки маховика кольцом 116 из немагнитного материала, такого как немагнитная нержавеющая сталь или фенольные материалы. Маховик 109 может включать в себя множество магнитов, установленных внутри множества равномерно расположенных первых радиальных канавок 101 маховика 109, причем каждый из магнитов может вырабатывать относительно сильные магнитные поля, такие как 48 MGOe (magnetic gauss oersted), или включать в себя более крупные магниты. Кроме того, каждый из магнитов может иметь цилиндрические формы и подпираться опорной пластиной 203 цилиндрической формы (на фиг. 3) из мягкого железа или стали,устанавливаемой внутри каждой из множества первых радиальных канавок 101. До установки во множество первых радиальных канавок 101 маховика 109 магниты могут быть заряжены путем приложения приблизительно 485 500 ватт электричества (475 вольт х 1022 ампер) к разряженному материалу в течение 0,01 с. Альтернативно, магниты могут быть заряжены путем приложения конкретного количества энергии и/или конкретных периодов времени, в зависимости от желаемой магнитной напряженности магнитов. На фиг. 1 маховик 109 может также включать в себя множество подавляющих магнитов, устанавливаемых во множестве вторых радиальных канавок 107 вдоль кольцевой поверхности маховика 109, причем поверхности подавляющих магнитов могут быть заглублены в немагнитное кольцо 116. Кроме того,каждая из множества вторых радиальных канавок 107 может быть расположена между каждой из множества первых канавок 101. Например, каждый из восьми подавляющих магнитов может быть расположен в каждой из восьми канавок 107 и каждый из восьми магнитов может быть расположен в каждой из восьми канавок 101. Соответственно, подавляющие магниты в восьми канавках 107 и магниты в восьми канавках 101 маховика 109 имеют свои северные магнитные поля, обращенные в сторону окружности маховика 109 и свои южные магнитные поля, обращенные радиально внутрь в сторону центральной части маховика 109.-2 007416 Опорные пластины 203 (фиг. 3), расположенные в торцевых частях магнитов, установленных внутри множества первых канавок 101 на южных полюсах магнитов, создают напряженность магнитного поля вдоль радиального направления к окружности маховика 109. Соответственно, взаимодействие магнитных полей магнитов внутри множества первых канавок 101 и подавляющих магнитов, расположенных внутри множества вторых канавок 107 создает картину магнитного поля (MFP) повторяющейся аркообразной формы, то есть синусоидальной кривой, вокруг частей кольцевой кромки маховика 109, как показано на фиг. 3. Фиг. 2 представляет собой схематический чертеж, показывающий пример диска генератора согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 показан диск 111 генератора, выполненный предпочтительно из нейлона или композитного нейлонового диска, который может быть опоясан кольцом 112 из нержавеющей стали. Диск 111 генератора может включать в себя два прямоугольных магнита 301, расположенных напротив друг друга вдоль общей центральной линии CL, проходящей через центральную часть С диска 111 генератора, в котором каждый из прямоугольных магнитов 301 может быть расположен вдоль кольцевой части диска 111 генератора. Каждый из прямоугольных магнитов 301 может иметь первую длинуL, проходящую вдоль направления, перпендикулярного к общей центральной линии, причем толщина прямоугольных магнитов 301 может быть меньше, чем первая длина. Кроме того, каждый прямоугольный магнит 301 может иметь относительно большую напряженность магнитного поля, примерно около 48 MGOe или более, причем поверхности прямоугольных магнитов 301, параллельные основной поверхности диска генератора могут быть одним из южных или северных полюсов. Хотя общее число показанных магнитов 301 два, может быть использовано множество магнитов 301, и расстояние между магнитами 301 может быть подобрано так, чтобы получить требуемую магнитную конфигурацию. Фиг. 4 представляет собой принципиальную схему, показывающую пример процесса начальной магнитной компрессии преобразователя крутящего момента согласно настоящему изобретению, фиг. 5 представляет собой принципиальную схему, показывающую пример процесса магнитной компрессии преобразователя крутящего момента согласно настоящему изобретению и фиг. 6 представляет собой принципиальную схему, показывающую пример процесса магнитной декомпрессии преобразователя крутящего момента согласно настоящему изобретению. На каждом из фиг. 4, 5 и 6 принципиальная схема показана с задней стороны диска генератора, то есть со стороны поверхности, расположенной напротив поверхности диска 111 генератора, имеющей прямоугольные магниты 301, и маховик 109 расположен за диском 111 генератора. Кроме того, маховик 109 вращается по направлению вниз по часовой стрелке и диск 111 генератора вращается по направлению вверх против часовой стрелки, причем диск 111 генератора может быть отделен от маховика 109 маленьким воздушным зазором в диапазоне примерно от трех восьмых дюйма до 0,050 дюйма. Альтернативно, маленький воздушный зазор может определяться конкретной конфигурацией. Например, системы, требующие более крупных конфигураций маховика и диска генератора, могут требовать большего или меньшего воздушных зазоров. Аналогично,системы, требующие более мощных или менее мощных магнитов, могут требовать воздушные зазоры,имеющие конкретный диапазон воздушных зазоров. Более того, для целей объяснения множество первых канавок 101 будут теперь упоминаться просто как приводные магниты 101, и множество вторых канавок 107 теперь будут упоминаться просто как подавляющие магниты 107. На фиг. 4 два прямоугольных магнита, расположенные на диске 111 генератора, начинают входить в одну из областей внутри паттерна магнитного поля (MFP) маховика 109 между двумя северными полюсами, создаваемыми приводными магнитами 101. Приводные магниты 101 могут быть расположены вдоль кольцевой центральной линии маховика 109 или могут быть расположены вдоль окружности маховика в смещенной конфигурации. Зазор между приводными магнитами 101 в маховике 109 является положением, при котором MFP такой, при котором поле южного полюса располагается ближе всего к внешнему периметру маховика 109. Так как маховик вращается по направлению вниз, северные полюса прямоугольных магнитов 301 на диске 111 генератора, обращенных к части кольцевой кромки маховика 109, отталкиваются северными полюсами приводных магнитов 101 маховика 109. На фиг. 5, когда один из прямоугольных магнитов 301 на диске 111 генератора полностью занимает зазор прямо между северными полюсами двух смежных приводных магнитов 101 маховика 109, более слабый северный полюс подавляющего магнита 107 на маховике 109 отталкивается присутствующим северным полюсом прямоугольного магнита 301 на диске 111 генератора. Таким образом, как северное,так и южное магнитное поле MFP ниже внешней окружности маховика 109 сжимаются, как показано в точке А (фиг. 7). На фиг. 6, когда прямоугольный магнит 301 на диске 111 генератора начинает вращаться из этой позиции и от маховика 109, северный полюс прямоугольного магнита 301 сильно выталкивается силой отталкивания северного полюса замыкающего приводного магнита 101 на маховике 109 и магнитной декомпрессией (то есть отскакивание) ранее сжатых северных и южных полей в MFP вдоль кольцевой части маховика 109. Сила отталкивания (то есть сила магнитной декомпрессии) северного полюса в MFP обеспечивает дополнительное отталкивание к прямоугольному магниту 301 диска 111 генератора, так как прямоугольный магнит 301 движется от маховика 109.-3 007416 Далее, как показано на фиг. 4, начинается другой начальный процесс магнитной компрессии, и цикл магнитной компрессии и декомпрессии повторяется. Таким образом, вращательное движение маховика 109 и диска 111 генератора повторяется. Фиг. 8 представляет собой принципиальную схему, показывающую пример системы, использующей преобразователь крутящего момента согласно настоящему изобретению. На фиг. 8 система для выработки энергии, использующая конфигурацию преобразователя крутящего момента из фиг. 4-7, может включать в себя двигатель 105, работающий от источника 101, использующего привод 103 управления двигателя переменной частоты для вращения вала 407, соединенного с маховиком 109 (также показано на фиг. 4-7). Кроме того, диск 111 генератора может быть соединен с приводным валом 113, в котором вращение диска 111 генератора будет вызывать вращение приводного вала 113. Например, продольная ось приводного вала 113 может быть расположена перпендикулярно продольной оси приводного вала 107. На фиг. 8 приводной вал 113 может быть соединен с электрическим генератором, содержащим ротор 119 и множество статоров 117. Соответственно, вращение ротора 119 может заставлять электрический генератор вырабатывать выходной переменный ток для трансформатора переменного тока 121. Таким образом, выходной сигнал трансформатора переменного тока 121 может подаваться на нагрузку 123. Фиг. 9 представляет собой принципиальную схему, показывающую другой пример системы, использующей преобразователь крутящего момента согласно настоящему изобретению. На фиг. 9 множество дисков 111 генератора могут быть сгруппированы вокруг и могут приводиться одним маховиком 109, причем каждый диск 111 генератора может быть соединен с генераторами переменного тока подобно конфигурации, показанной на фиг. 8. Настоящее изобретение может быть модифицировано для применения в системах источников выработки энергии таких, как приводные системы для применения в технологиях "Стелс", как альтернатива для систем прямой передачи с изменяемой скоростью, как приводные системы для насосов, вентиляторов и систем HVAC. Более того, настоящее изобретение может быть модифицировано для применения в промышленных, коммерческих и личных транспортных средствах, требующих передач, свободных от трения, в транспортных средствах без использования зубчатых передач и/или гидравлических передач. Более того, настоящее изобретение может быть модифицировано для применения в системах гидравлических передач, свободных от трения, через трубки, которые требуют привода внутренних систем крыльчатки. Более того, настоящее изобретение может быть модифицировано для применения в системах зарядки батарей на борту, а также энергетических системах для самолета, включающих в себя силовые приводные системы для самолетных вентиляторов и пропеллеров. Кроме того, настоящее изобретение может быть модифицировано для применения в условиях нулевой или низкой гравитации. Например, настоящее изобретение может быть применено для использования в качестве систем выработки электрической энергии для космических станций и межпланетных кораблей. Специалисты в данной области техники признают, что могут быть сделаны различные модификации и вариации в преобразователях крутящего момента и системе, использующей их согласно настоящему изобретению без отхода от сущности или объема изобретения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает модификации и вариации настоящего изобретения, при условии, что они находятся в рамках прилагаемых пунктов формулы изобретения и их эквивалентов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Преобразователь крутящего момента, включающий в себя: маховик, вращающийся вокруг первой оси, причем маховик включает в себя первую часть корпуса; первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из первого множества простирается вдоль направления соответствующей радиальной оси по отношению к первой оси; и второе множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов; и диск генератора, выполненный с возможностью вращения вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси, причем диск генератора включает в себя вторую часть корпуса; и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множествами постоянных магнитов. 2. Преобразователь крутящего момента по п.1, в котором маховик дополнительно состоит из множества опорных пластин, причем каждая опорная пластина располагается смежно каждому постоянному магниту из первого множества.-4 007416 3. Преобразователь крутящего момента по п.2, в котором опорные пластины вызывают напряженность магнитного поля вдоль радиального направления к окружности маховика. 4. Преобразователь крутящего момента по п.3, в котором первое и второе множество постоянных магнитов и опорных пластин создают синусоидальный паттерн магнитных сил вдоль окружности маховика. 5. Преобразователь крутящего момента по п.4, в котором третье множество постоянных магнитов индуктивно соединяется с первым и вторым множествами постоянных магнитов, когда маховик вращается вокруг первой оси. 6. Преобразователь крутящего момента по п.5, в котором часть синусоидального паттерна магнитных сил деформируется в области между одним из первого и второго множества постоянных магнитов и третьим множеством постоянных магнитов. 7. Преобразователь крутящего момента по п.6, в котором деформированная часть синусоидального паттерна магнитных сил восстанавливается, когда маховик далее вращается вокруг первой оси. 8. Преобразователь крутящего момента по п.1, в котором маховик и диск генератора разделяются воздушным зазором. 9. Система для выработки электрической энергии, включающая в себя двигатель; маховик, соединенный с двигателем, причем маховик вращается вокруг первой оси и включает в себя: первую часть корпуса; первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из первого множества простирается вдоль направления соответствующей радиальной оси по отношению к первой оси; и второе множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов; по меньшей мере один диск генератора, вращающийся вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси и индуктивно связанный с маховиком, причем каждый диск генератора включает в себя вторую часть корпуса; и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множеством постоянных магнитов; и по меньшей мере один электрический генератор, соединенный по меньшей мере с одним диском генератора. 10. Система по п.9, в которой двигатель соединяется с маховиком с использованием первого приводного вала для вращения маховика вдоль первой оси, и электрический генератор соединяется с диском генератора с использованием второго приводного вала. 11. Система по п.10, в которой диск электрического генератора включает в себя ротор, соединенный со вторым приводным валом и множеством статоров. 12. Система по п.11, дополнительно содержащая трансформатор переменного тока, соединенный по меньшей мере с одним электрическим генератором. 13. Система по п.9, в которой маховик дополнительно содержит множество опорных пластин, причем каждая опорная пластина располагается смежно каждому постоянному магниту из первого множества. 14. Система по п.13, в которой опорные пластины вызывают напряженность магнитного поля вдоль направления радиальной оси к окружности маховика. 15. Система по п.14, в которой первое и второе множество постоянных магнитов и опорные пластины создают синусоидальный паттерн магнитных сил вдоль окружности маховика, и третье множество постоянных магнитов индуктивно соединяется с первым и вторым множеством постоянных магнитов,когда маховик вращается вокруг первой оси. 16. Система по п.15, в которой часть синусоидального паттерна магнитных сил деформируется в области между одним из первого и второго множества постоянных магнитов и третьим множеством постоянных магнитов. 17. Система по п.16, в которой деформированная часть синусоидального паттерна магнитных сил восстанавливается, когда маховик далее вращается вокруг первой оси. 18. Система по п.9, в которой указанный по меньшей мере один диск генератора включает в себя множество дисков генератора, каждый из которых расположен вдоль окружности маховика. 19. Система по п.18, в которой первое множество дисков генератора вращаются вокруг второй оси,перпендикулярной к первой оси, и индуктивно соединены с маховиком, и второе множество дисков генератора вращаются вокруг третьей оси, перпендикулярной к первой оси, и второй оси и индуктивно соединены с маховиком. 20. Система по п.18, в которой указанный по меньшей мере один электрический генератор включает в себя первое множество электрических генераторов, каждый из которых соединен с одним из первого-5 007416 множества дисков генератора, и второе множество электрических генераторов, каждый из которых соединен с одним из дисков генератора второго множества. 21. Система для преобразования крутящего момента в энергию, включающая в себя двигатель; маховик, соединенный с двигателем, причем маховик вращается вокруг первой оси и включает в себя: первую часть корпуса; первое множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый из постоянных магнитов первого множества простирается вдоль направления соответствующей радиальной оси по отношению к первой оси; и второе множество постоянных магнитов, установленных в первой части корпуса, причем каждый постоянный магнит из второго множества располагается между соответствующей смежной парой первого множества постоянных магнитов; по меньшей мере один диск генератора, вращающийся вокруг второй оси перпендикулярно к первой оси и индуктивно связанный с маховиком, причем каждый диск генератора, включающий в себя вторую часть корпуса; и третье множество постоянных магнитов во второй части корпуса, индуктивно соединенных с первым и вторым множествами постоянных магнитов; и второй приводной вал, соединенный со второй частью корпуса, вращающейся вокруг второй оси. 22. Система по п.21, в которой двигатель соединяется с маховиком с использованием первого приводного вала для вращения вдоль первой оси. 23. Система по п.21, в которой маховик дополнительно содержит множество опорных пластин,причем каждая опорная пластина расположена смежно каждому из постоянных магнитов первого множества. 24. Система по п.23, в которой опорные пластины вызывают напряженность магнитного поля вдоль направления радиальной оси к окружности маховика. 25. Система по п.24, в которой первое и второе множество постоянных магнитов и опорные пластины создают синусоидальный паттерн магнитных сил вдоль окружности маховика, и третье множество постоянных магнитов индуктивно соединяется с первым и вторым множествами постоянных магнитов,когда маховик вращается вокруг первой оси. 26. Система по п.25, в которой часть синусоидального паттерна магнитных сил деформируется в области между одним из первого и второго множеств постоянных магнитов и третьим множеством постоянных магнитов. 27. Система по п.26, в которой деформированная часть синусоидального паттерна магнитных сил восстанавливается, когда маховик далее вращается вокруг первой оси. 28. Система по п.21, в которой по меньшей мере один диск генератора включает в себя множество дисков генератора, каждый из которых расположен вдоль окружности маховика. 29. Система по п.28, в которой первое множество дисков генератора вращаются вокруг второй оси,перпендикулярной к первой оси, и индуктивно соединены с маховиком, и второе множество дисков генератора вращаются вокруг третьей оси, перпендикулярной к первой оси и второй оси, и индуктивно соединены с маховиком.