对磁场推进驱动的效率改进

摘要

一种磁场推进单元(1)，包括：第一磁场产生装置(10)，其配置成产生磁场；第二磁场产生装置(220)，其配置成产生磁场；能量供应单元(30)，其配置成给第一磁场产生装置(10)和第二磁场产生装置(220)供应电能；以及控制单元(40)，其配置为根据预定义的开关方案来控制能量供应单元。第二磁场产生装置(220)是杆状天线，该杆状天线处于第一磁场产生装置(10)也处于的平面内。控制单元(40)被配置成：给第二磁场产生装置(220)供应电能，以便产生围绕第二磁场产生装置的第二磁场；给第一磁场产生装置(10)供应电能，以便产生围绕第一磁场产生装置(10)的第一磁场；其中，第一磁场产生装置(10)在第二磁场产生装置(220)被供应电能之后的预定时间段被供应电能。

说明书

技术领域

该说明书总体上涉及例如通过推进驱动产生推进力。特别地，该说明书涉及一种磁场推进单元和用于提高这种驱动的效率的措施。

背景技术

通常，推进驱动提供推进力以移动用于人和/或通常用于货物的运输工具。

为了协助和支持人、动物和货物的移动，人类发明了多种轮式货车(马车、蒸汽机车等)以及其他类型的机器(如飞机和船)。货车、船和飞机等交通工具需要推进系统来从一个位置移动到下一个位置。该推进系统要么是肌肉力量(人类肌肉或动物肌肉)、可再生能源(风能、太阳能)，要么是某种使交通工具移动的发动机。

在本文中，对“推进”系统的目的理解为使物体移动。大多数实践的推进解决方案都是基于摩擦的(压紧路面，或者螺旋桨推压空气或水，风吹到帆上等)。最近，一些推进系统是基于质量分离的(例如，所有类型的火箭驱动器和离子驱动器)。

然而，今天使用的推进系统要么依赖于摩擦力的存在(例如，来自马匹推压和刮擦路面的喘气声，或者汽车的旋转轮胎摩擦街道表面)，或者它们使用某种形式的物理质量分离过程，通过该物理质量分离过程，消耗性物质(如气体、离子、水流)被加速远离需要被移动的物体。当然，所有推进系统也依赖能源来为推进系统提供动力。

发明内容

可能存在提高本文所述类型的磁力推进驱动的效率程度的需要。

简而言之，本文件描述了更先进推进的第三种替代方案，它不是基于摩擦的，也不需要将被推离需要移动的物体的质量的加速度(在最常见的意义上)。

这项技术可以被命名为磁云加速器，或简称为MCA。MCA驱动系统的目标是在任何方向推动(移动)交通工具(其中安装了MCA装置)，而不管交通工具被放置在哪里：在外太空、在空中飞行，或在行星/月球表面。

MCA驱动单元提供作用在需要移动的交通工具上、指向选定方向的力。方向力是从MCA驱动内产生。MCA技术基于磁原理，因此需要电源，该电源必须由安装了MCA驱动的交通工具携带。

基本上，MCA驱动模块由电源、至少两个或更多个磁场发生器(例如，电感器、天线)和一些电子器件组成。为了移动较重的物体，可能需要具有两个以上电感器的MCA驱动模块，或者一个以上的MCA驱动模块。电感器彼此相互作用以在定义的方向上产生推进力。优选地，电感器以它们彼此保持恒定距离的方式安装。

本说明书解决了效率问题，如增加推进力和能量的回收。

根据一方面，磁场推进单元包括第一磁场产生装置、第二磁场产生装置、能量供应单元和控制单元。第一磁场产生装置被配置为产生磁场。第二磁场产生装置也被配置为产生磁场。能量供应单元被配置为向第一磁场产生装置和第二磁场产生装置提供电能。控制单元被配置为根据预定义的开关方案来控制能量供应单元。第二磁场产生装置是杆状天线，其位于第一磁场产生装置也位于的平面内。控制单元被配置以给第二磁场产生装置提供电能，以便产生围绕第二磁场产生装置的第二磁场；给第一磁场产生装置提供电能，以便产生围绕第一磁场产生装置的第一磁场；其中，第一磁场产生装置在第二磁场产生装置被提供电能之后的预定时间段被提供电能。

如以下将更详细地描述的，第一磁场产生装置和第二磁场产生装置在特定时间点被供应电能。因此，由第一磁场产生装置和第二磁场产生装置产生的磁场以预定顺序发出。例如当中断对第二磁场产生装置的能量供应时，由第一磁场产生装置产生的磁场排斥由第二磁场产生装置产生的磁场。这个过程能够被重复。用这样的方式，推进力以脉冲模式产生。推进脉冲的强度可以取决于磁场的强度，磁场的强度本身取决于提供给第一磁场产生装置和第二磁场产生装置的电能。

第一磁场产生装置可以是配置为当被提供电能时发射磁场的线圈或杆状天线。能量供应单元配置为向第一磁场产生装置和第二磁场产生装置提供电能。能量可以以脉冲或时段性方式供应，其中，能量供应单元可以确定脉冲持续时间和两个后续脉冲之间的时间。

第一磁场产生装置发出磁场，磁场线在所有方向呈球形分布。磁场的至少一部分向第二磁场产生装置扩展。由第一磁场产生装置发出的磁场排斥由第二磁场产生装置产生的磁场，从而产生能够用于移动物体的力。特别地，由第一磁场产生装置产生的磁场移动磁场推进单元和直接或间接固定在其上的任何其他物体。产生移动力是因为第二磁场产生装置所产生的磁场不再锚定于第二磁场产生装置，而能够被第一磁场推开。

根据一个实施例，控制单元被配置为重复执行以下开关方案：向第二磁场产生装置供应电能以产生第二磁场；当第二磁场达到磁场强度峰值时，向第一磁场产生装置提供电能以产生第一磁场；以及中断对第二磁场产生装置的能量供应。该开关方案可以时段性地重复。

根据另外的实施例，磁场推进单元包括至少部分地围绕第一磁场产生装置的能量收集单元，其中，能量收集单元包括至少一个线圈，该线圈被配置为当第一磁场产生时通过感应产生电流。

在该实施例中，能量收集单元被布置和配置为将第一磁场产生装置发出的磁场的至少一部分转换为电流。优选地，能量收集单元被定位成使得其将磁场中的不指向第二磁场产生装置的那些部分中的至少一些转换成电流。换句话说：指向第二磁场产生装置的第一磁场被用于产生推进力，而至少磁场的不向第二磁场产生装置扩散的部分被回收。

根据另一实施例，能量收集单元为C形并且从第一磁场产生装置到第二磁场产生装置的侧线没有能量收集单元。

能量收集单元还可以相对于第一磁场产生装置布置成半球形或基本上半球形。第二磁场产生装置与第一磁场产生装置相对布置，其中，能量收集单元被成型和布置成使得其任何部分都没有布置在第一磁场产生装置和第二磁场产生装置之间，以便不衰减或消除用于产生推进力的磁场。

根据另外的实施例，由能量收集单元产生的电流被提供给能量供应单元。

因此，第一磁场产生装置的磁场能量被回收并提供给供能单元，以降低推进单元的有效功耗。

根据另一实施例，第一磁场产生装置包括第一线圈，该第一线圈被配置为在被供应电能时产生磁场。

第一磁场产生装置是具有至少一个绕组的线圈。优选地，线圈是圆形的。优选地，线圈是无芯的空心线圈。优选地，线圈具有10mm至200mm的直径。

或者，第一磁场产生装置可以是某种电感器或天线。

虽然理论上可以使用带有具有磁性的磁芯的电感器(例如线基线圈)，但这种具有磁芯的电感器的缺点是它们对高频的反应时间非常慢。本文件中提及的线圈是仅具有很少绕组的空心线圈，例如每个线圈具有一到十个绕组。

根据另一实施例，第一磁场产生装置包括第二线圈，该第二线圈被配置为在被提供电能时产生磁场，其中，第二线圈平行于第一线圈定向，并且其中，第二线圈的磁场产生成使得其排斥第一线圈的磁场。

第一线圈和第二线圈可以是相等的，例如相同的绕组数、相同的直径、相同的电感、相同的线厚度等。第一线圈和第二线圈被布置成使得第一线圈和第二线圈的磁场互斥。因此，第一线圈的磁场被第二线圈的磁场推离第二线圈。换句话说，第一线圈的磁场被推入与第二线圈相对的半球中。因此，第一线圈的磁场的强度在该半球较高。优选地，第二磁场产生装置被布置在该半球中，使得在第二磁场产生装置处的第一线圈的磁场的强度增加。

根据另一实施例，第一线圈布置在第二线圈与第二磁场产生装置之间，其中，第二磁场产生装置垂直于第一线圈与第二线圈之间的互连线。

第二磁场产生装置是杆状天线，即是线性或基本线性的元件。第二磁场产生装置的纵向方向相对于第一磁场产生装置的第一线圈与第二线圈之间的互连线垂直或基本垂直。

可以在第一线圈与第二线圈的最近点之间或者从第一线圈的中心到第二线圈的中心绘制互连线。在圆形线圈的情况下，根据这两种选择的互连线重合。

杆状天线可以定位成使得杆状天线的中心点与延长的互连线相交。换言之，杆状天线相对于延长的互连线在其纵向方向上居中。

根据另一实施例，第二磁场产生装置平行于第一线圈与第二线圈之间的互连线。

第二磁场产生装置与第一线圈和第二线圈间隔开，但是与互连线定向在相同的方向上。换言之，第二磁场产生装置与第一线圈和第二线圈并排放置，使得杆状天线布置在第一磁场产生装置的第一线圈和第二线圈的磁场彼此相邻的区域中。因此，第二磁场产生装置暴露于第一线圈和第二线圈的磁场而不是仅单个线圈的磁场。由此，磁场线的整体强度可以增加，使得所产生的力更大。

根据另一实施例，第二磁场产生装置沿其纵向方向在第一线圈与第二线圈之间居中。

在该实施例中，第二磁场产生装置在其纵向方向上的中心点与第一线圈和第二线圈的中心点等距间隔开。第二磁场产生装置的该中心点与互连线的中心点相对。

根据另一实施例，磁场推进单元还包括屏蔽单元，该屏蔽单元呈C形并且部分地围绕第一磁场产生装置，其中，屏蔽单元包括导电材料。

例如，屏蔽单元可以至少部分地由导电材料制成和/或可以包括导电涂层。

屏蔽单元可替代地成形为半球状，使得第一磁场产生装置至少部分地布置在半球内。通常，收集单元可以至少部分地布置在屏蔽单元内，即，在由屏蔽单元包围的空间中。屏蔽单元屏蔽磁场的周围。当然，屏蔽单元允许磁场穿过其开口朝向第二磁场产生装置。

根据另一实施例，第一磁场产生装置是杆状天线。

当然，第一磁场产生装置能够与第二磁场产生装置的形状相似，即杆状天线。

根据另一实施例，磁场推进单元还包括印刷电路板PCB，其中，第一磁场产生装置和第二磁场产生装置布置在PCB的表面上。

第一磁场产生装置和第二磁场产生装置特别地布置在PCB的同一表面上。因此，由第一磁场产生装置的磁场产生的推进力被传递到PCB。推进力可以从PCB通过合适的机械连接或安装装置传递到任何物体。例如，PCB可以通过螺钉、铆钉、螺栓、粘合剂等安装到要移动的物体上。由磁场推进单元产生的推进力被传递到要移动的物体上。

根据另一实施例，第一磁场产生装置和/或杆状天线由PCB的导电迹线构成。

在那种情况下，线圈和天线在由PCB的表面限定的平面中延伸。

根据另一实施例，杆状天线垂直于PCB的表面。

例如，第一磁场产生装置和第二磁场产生装置作为单独的实体被制造并安装到PCB的表面。第一磁场产生装置和第二磁场产生装置例如通过使用PCB的导电迹线被机械地附接到PCB并且电连接到能量供应单元。

根据另一实施例，针对每条导线，控制单元被配置为重复执行以下周期，该周期可以称为开关时段：在第一时间段供应正电流、在第二时间段使导线转换为非导通状态、在第三时间段供应负电流、在第四时间段使导线转换为非导通状态。

优选地，第三时间段的持续时间等于第一时间段的持续时间。优选地，第四时间段的持续时间等于第二时间段的持续时间。

对每条导线执行本实施例中描述的周期。但是，对于相邻的导线，周期是相移的，即，当第一导线被提供正电流(第一时间段)时，第二导线处于非导电状态(第二时间段)。换句话说，相邻导线之间的周期相移了90°(四分之一π)。

根据另一实施例，第一导线的开关时段相对于第二导线的开关时段相移四分之一时段，其中，第一导线和第二导线彼此相邻布置，且两者之间有预定的距离，使得磁场推进单元在从第一导线至第二导线的方向上产生力脉冲。

根据另一实施例，线圈是平面线圈。优选地，线圈布置在同一平面中。更优选地，磁场产生装置的所有线圈布置在同一平面内。

根据另一实施例，导线以具有多行和多列的矩阵状结构布置，其中，一列或一行中的导线按照上述开关时段进行控制，使得任意行和任意列可以选择性地用作磁场推进单元。

根据另一实施例，接触断路器装置包括多个接触断路器，其中，至少一个接触断路器被分配给每条导线并且被布置为使得接触断路器断开导线，从而防止电流流过导线。

接触断路器被布置成使得当接触断路器处于断开状态时使线圈转换为断开状态。换句话说，线圈的连续导线被接触断路器中断。接触断路器可以是开关。接触断路器可以靠近线圈的导线布置，使得接触断路器与线圈之间的互连线比线圈的周长短得多。例如，线圈与接触断路器之间的互连线的长度小于线圈周长的25％，更优选地小于线圈周长的20％，更优选地小于周长的15％，甚至更优选地小于线圈周长的10％。

根据另一实施例，接触断路器是半导体元件，优选地是晶体管，该半导体元件能够选择性地处于导电状态或非导电状态。当半导体元件处于导电状态时，接触断路器将导线的第一部分与导线的第二部分互连以形成连续的导线。

例如，一个线圈可以分成由两个接触断路器互连的两个部分。如果接触断路器都处于闭合状态，则这两个部分建立起一个线圈的闭合回路。如果一个接触断路器断开，则线圈的导线是一端(接触断路器断开的位置)断开的C形线。如果两个接触断路器均断开，则前述线圈现在是两个分开的部分导线。

换句话说，通过提供沿圆周布置在线圈处的至少两个或多个接触断路器以使线圈的连续导线中断为多个部分，线圈的性质能够被有选择地从作为线圈改变为作为导线的单独部分。

根据另外的实施例，导线中的至少之一是管状的并且具有填充有半导体流体、优选半导体液体的内腔。

因此，可以通过将液体的特性从导电改变为不导电来改变管道的电特性。在该实施例中，可以不需要物理地中断导线。

根据另一方面，提供了一种具有如本文所述的磁场推进单元的推进驱动。磁场推进单元被布置成使得在纵向轴线的方向上产生力脉冲。

这种推进驱动能够用于向车辆或元件施加推进力。为此，推进驱动被附接到或安装到车辆或元件。

根据另外的方面，提供了一种电磁场推进单元。电磁场推进单元包括电磁场产生装置、能量供应单元、控制单元。电磁场产生装置包括配置成用于产生电磁场的多个产生单元。能量供应单元被配置为向电磁场产生装置提供电能，优选为给定频率的交流电。控制单元被配置为选择性地将电能从能量供应单元传递到产生单元。控制单元被配置为控制能量供应单元，使得向每个单独的产生单元供应能量的过程被控制。多个产生单元呈杆状，并沿直线轴线布置，并且所述产生单元彼此平行。控制单元被配置为向第一产生单元供应电能以产生第一电磁场，中断对第一产生单元的能量供应，并且向第二产生单元供应电能以产生第二电磁场。第二产生单元在第一产生单元的能量供应被中断之后的预定时间段被供应电能。

根据一个实施例，多个产生单元为长度相同、沿共线布置且相对于彼此等距布置的天线。

参考下文描述的示例性实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。

附图说明

图1至17示意性地示出了磁力推进驱动的原理。

图18示意性地示出了磁场推进单元。

图19示意性地示出了磁场推进单元。

图20示意性地示出了磁场推进单元。

图21示意性地示出了磁场推进单元。

图22示意性地示出了磁场推进单元中线圈的相对位置。

图23示意性地示出了磁场推进单元。

图24示意性地示出了磁场产生装置的磁场强度。

图25示意性地示出了第一磁场产生装置的磁场的强度。

图26示意性地示出了磁场产生装置的磁场强度。

图27示意性地示出了磁场推进单元的三种不同设计选择。

具体实施方式

作为对磁推进驱动的介绍，图1至图17通常描述了本文描述的装置的原理。然而，在上面的描述中以及在下面的实施例中，可以参考图1至图17中所述的一些或全部元件。因此，在图1至图17的该介绍部分中描述的元件可以对应于它们的功能在其他实施例中实现。

图1以两个不同的视图示出了空心线圈。空心线圈由导线制成，并且具有至少一个完整的绕组。电能经由能量供应线106供应给空心线圈。

通常，当向线圈100供应电能时，会在线圈的导线周围产生磁场。当电感器中的电流突然被切断时，反电动势(也称为逆电动势、逆EMF)将导致高电压在电感器100的能量供应线106(两条引线)处积聚。根据电感器规格和流经电感器的电流，积聚的电压能够足够高以产生电火花，如图1右侧所示。这种现象与(用于某些类型的内燃机)的点火线圈中发生的现象相同。

围绕电感器的磁场使用线圈中的导线来产生电流(在相反方向)，该电流将在电感器的能量供应线106处积聚非常高的电压(假设电感器的两条连接线不连接到任何电路)。电压积聚将一直持续，直到先前产生的磁场在此过程中耗尽(收缩)或直到火花穿过电感器引线端(线圈电路短路)。然后电火花将允许电流在线圈中流动，直到产生的电压下降到某个较低的水平。

在产生磁场的过程停止后(例如通过切断电源电流)，围绕电感器产生的磁场开始将其能量转移回到电感器中，并由此产生电流(逆EMF)。这个逆EMF创建的过程需要时间，即使只有几百皮秒。但是，需要注意的是，在电流供应被切断之后，磁通结构本身是存在的，并且磁通结构能够在之后的短时间内利用其能量。

只要电感器经由能量供应线106由外部电流源供电，所创建的磁场结构就被锚定(保持在适当位置)到电感器100的中心。当外部电流供应被切断时，所创建的磁场结构不再锚定到源(电动电感器100)。磁场结构现在可以自由移动。但是，在存在导电物体(表面、导线)时，磁场的任何移动(其位置的改变)都会在该物体中产生电流，从而将磁场的能量转换回电能。此外，磁通量结构的任何尝试的移动都将以接近光速的速度发生。磁场结构越大，导电物体中的阻抗越低，导电物体中流过的电流越大(短时间内)。逆EMF将迅速消耗存储在磁场结构中的能量(但是，这需要一些时间，尽管只有一点点)。顺便说一下，通常使用术语“磁云”来代替磁场结构。

当电感器(空心线圈100)不再由电流供电时，并且当空心线圈的物理特性发生变化以使得不会产生逆EMF(或反电动势)，那么由电流产生的磁场就不再结合(锚定)到空心线圈。对于典型的电感器(或线圈)，情况并非如此。基本上，这意味着电感器必须瞬间消失(这里也称为“停用”电感器)。

为了使MCA技术起作用，必须通过选择合适设计的导线100或通过使电感器“消失”(消除或减少其将磁场的能量转换成电流的效果)同时电源电流将被切断来防止由反电动势引起的过程。

图2示例性地示出了线圈100在被供应电流时如何产生磁场50。此外，图2示意性地示出了磁场在空间中如何传播。图2示出了当线圈在产生磁场后消失时会发生什么。当然，线圈不能只是物理消失。但是，下面给出的说明示出了线圈如何在功能上消失以及如何使用磁场来产生推进力。在功能上消失意味着线圈改变其属性，使其不再像以前那样起作用。

当切断空心线圈的电源，并且当确保空心线圈的特性发生变化以使其不再是导电物体时(急剧增加整个空心线圈装置的阻抗，使剩下的不再参与围绕所产生的磁场的动力)，那么磁场结构50(空心线圈在通电时产生的磁场云)会向所有方向向外扩展并以接近光速扩散。

在图2左侧中，示出了流过线圈100(在该特定示例中为空心线圈)的电流会产生类似苹果的形状的磁场结构50，该结构被结合(锚定)到通电的线圈100。在电源被切断并且电感器失去其作为导电物体的特性后，电感器周围的磁场不再锚定到原电感器的位置，因此在扩散的同时开始向外迅速扩展，如图2中间所示。磁场环路(最初形状为环形)以接近光速向所有方向扩展。如图2右侧所示，磁通线的磁场强度随着磁环面增大而迅速减小。

尽管本文使用了术语“扩散”，但能量不会只是简单地消失。然而，每当向外扩展的磁性结构的磁力线遇到导电物体时，就会发生产生逆EMF的过程。只有在真正真空的宇宙(空间)中，磁场结构才会持续膨胀而不会损失任何能量。

图3示意性地示出了线圈产生的磁场的磁场线以及当线圈瞬间消失时磁场会发生什么。当电流流过电感器100时，围绕电感器产生的磁场具有类似于苹果的三维形状。该磁场结构被锚定到电感器100的中心。一旦电感器被停用(在磁场结构之前被锚定的地方将不存在导电结构)，磁场结构就将在所有方向上迅速向外扩展，如中间的示意图所示。在以苹果状结构向内和向外扩展时(基本上以相同的速度向所有方向同时扩展)，原来的苹果状结构(磁场云)将转换成向外扩展的甜甜圈形(或环形)结构，如图3右侧所示所示。

图4示出了由于苹果状形状同时向内和向外扩展而形成的环形磁场形状。当甜甜圈型磁场结构的直径迅速扩大时，场结构的直径d(磁甜甜圈的壁厚度，此处称为“d”)保持恒定，并且该场结构在空间中向外传播，即远离场结构的相对侧。

图5示出了相对于距线圈100的中心的距离的磁场强度。在这个示例中，空心线圈直径大约是100mm，磁场强度分布是沿Z轴方向(电感器的轴向方向)测量的。强度将沿负方向具有一个场强度最大值，沿正方向具有一个场强度最大值(当从空心线圈的中心开始测量，然后沿X轴向外移动到一个方向时)。负最大值与正最大值之间的距离约为100mm并且是恒定的(之前描述为“d”)。本示例中使用的空心线圈的导线匝数小于10匝。但是，导线匝数应理解为是非限制性参数。

图6示出了位于平面114中的平面线圈100。Z轴在线圈100的轴向方向上延伸。Z轴是图5所示的测量磁场强度的方向。

由于磁场是对称的，因此从中心开始，在Z轴(如图5所示的图)上测量的磁场强度在空心线圈的X轴平面的任何方向上都是相同的。

只是为了说明MCA的原理，图7至图9示出了如何使线圈100在功能上消失的示例。图7示出了具有多个开关20的线圈100，这些开关被布置成使得线圈能够被中断为彼此不互连的单个单独的周向段。开关是可控的并且能够从断开状态变为闭合状态。在断开状态下，开关是不导电的。在闭合状态下，开关是导电的。当开关闭合时，线圈100具有某些特性，当被供应电流时它基本上能够产生磁场。但是，如果开关(其中至少两个)处于断开状态，则线圈的特性(更准确地说：由处于断开状态的开关产生的单独的段的特性)与所有开关处于闭合状态下的特性不同。

为了达到改变电感器特性，从而使电感器的功能不再存在或显著改变的目的，若干设计方案能够被选择。图7示出了这种可转换线圈(即能够改变其电磁或磁行为的线圈)的主要思想。然而，除了使电感器的功能消失之外，增加剩余物体的阻抗以防止逆EMF的积聚也很重要。当提到使线圈消失时，这应理解为改变线圈的电磁或磁特性。

图7示出了使空心线圈瞬间改变其特性的示例。在这个示例中，使用了八个机械的通断开关，即当开关彼此连接时(所有开关处于闭合状态，图7左侧)并且当开关处于“接通(on)”状态时形成电感器。当八个开关从“接通(on)”状态进入“断开(off)”状态时(图7中间)，电感器的功能瞬间消失。本示例中的八个开关将通过称为控制单元的机械或电子控制机构来指示该做什么。无论这种机构是什么，都必须非常小心，不要让这种开关控制机构为逆EMF产生另一个作用的机会。

配置为提供信号的控制单元可以是微处理器或计算机，基于该信号，开关将它们的状态从断开变为闭合，反之亦然。

图8示出了具有四个开关22的空心线圈100，这些开关布置成将线圈分成四个段或部分，其中的第一部分116和第二部分118由附图标记表示。当四个开关闭合时，就存在具有特定电磁特性的空心线圈。当所有四个开关都断开时，存在线圈导线的四个单独且分开的部分。

开关可以局部地布置成使得它们的内部布线是线圈的一部分并且基本上提供了线圈导线的圆周形状。

图9示出了具有八个固态开关的线圈100，这些固态开关等距地布置在线圈100的周向上。相邻的两个开关相对于线圈100的中心以45°角布置。

与机械开关相比，更好、更实用的选择是使用阻抗非常低、功率大的固态开关。这种固态开关的重要规格是非常短的接通和断开时间以及在闭合状态下非常低的阻抗。

图10示出了杆状天线，其通常被称为磁场产生装置220。杆状天线在经由能量供应线106被供应合适的电信号时产生磁场50。

也能够使用简单的无线电天线220来代替图1至图9所示的绕线线圈型电感器。取决于天线式电感器将被操作的速度(工作频率)，天线式电感器的绝对长度能够相对短。假设工作频率为1.5GHz，则可选天线长度为50mm(c/f的四分之一)。

在将功率信号施加到天线220之后，产生的磁场结构能够在任何方向上自由扩展。

在使用天线代替线圈时的一个优点是，当天线的信号功率被切断时，只会存在相对小的逆EMF或没有逆EMF。磁结构可在水平方向上沿任意方向自由扩展。无需担心使电感器消失的电路。

图11示例性地示出了磁场的传播及其随时间变化的强度。示出了三个不同时间点(即n、n+1和n+2)处的磁场强度。示出了相对于电感器100的中心的磁场强度122。

图11中的示意表示是基于电感器的功能将在瞬间消失的假设而示出的。在这种情况下，产生的磁场将在所有方向(主要在与空心线圈相关的水平面)上向外传播。

如图2至图4已经示出的，磁场现在不再锁定或锚定到空心线圈的中心位置，而是向所有方向扩展。通过这样做，场强随着到空心线圈中心的距离的增加而迅速减弱。图11示出了在三个连续时间事件(n、n+1和n+2)处的场强状态122。磁“波”的物理尺寸“d”保持恒定(在本示例中，从正场强最大值到负场强最大值为100mm)。

在上面选择的直径为100mm的电感器的示例中，(在电感器实际上已停用之后)从起始位置向外扩展的磁场波(在X轴方向上)的径向长度(正最大值到负最大值)具有100mm的长度，该长度与电感器的直径相似。这相当于180度全周期波。这意味着全周期波(相当于360度)的完整长度约为200mm长(2×d)。

这种磁波以光速向外扩展，200mm的波长相当于660皮秒的波长时间(或以倒数形式：相当于1.5GHz频率)。

为了实现最大的系统效率(在推进力的意义上)，电脉冲的长度将只有几百皮秒(脉冲时间)，利用该电脉冲对电感器供电。但是，此脉冲时间适用于直径为100mm的线圈。当为电感器选择较小的直径时，脉冲时间将变小(以比率度量方式)，或者换句话说，工作频率将增加。反过来，当为电感器选择大得多的直径时，脉冲时间也会增加。

图12示出了称为电感器1和电感器2的两个线圈100。这两个线圈放置在同一平面内，即它们的轴线平行，并且它们布置在同一垂直高度上。

在阶段1(上图)，电流将流过第一电感器(左侧的空心线圈1)。向外作用的磁通结构(以苹果的形状)建立并锚定在电感器1的中心。在阶段1，电感器1的电源开关闭合，即向电感器1供电，并且电感器2的功率开关断开，即没有给电感器2供电。电源开关的状态以阶段1的右图中的垂直虚线表示。

在阶段2(中图)，电流流过电感器1和2。当电流沿相同方向(电感器1和2)流动时，建立的磁结构相互排斥。两个电感器的电源开关均闭合，参见阶段2的右图中的开关的状态。

在阶段3，电感器1将停用(将消失，其电源开关断开)。将没有电流流过电感器1。电感器1产生的磁结构不再有锚点，并且将会迅速膨胀并迅速降低其场强。来自仍通电的电感器2的排斥力将磁通结构从前一电感器1推离。一个非常小的推进力将作用在电感器2上，将其推向附图的右侧。

在此处使用的示例(100mm直径线圈)中，阶段1至阶段3的整个过程将花费小于1ns(一纳秒)。这个过程(阶段1至阶段3)每秒能够重复大约10亿(10

图13描述了与图12类似的设计。然而，在图13中，使用杆状天线代替空心线圈。参考图12描述的原理也适用于图13所示的装置，并且以类似方式控制杆状天线220，参见图13的三个阶段的图右侧的供电顺序。该顺序对应于图12的供电顺序。

当使用天线式电感器(用于电感器1和2)时，图13中描述的与参照图12描述的推进系统的原理保持相同。之前给出的说明也适用于这种电感器布置，除了不需要使图13的阶段3中的电感器1(天线1)消失。电感器1是开环的并且不连接到任何电路或任何电源就足够了。

图14示出了具有六个空心线圈L1、L2、L3、L4、L5和L6的推进单元1。空心线圈沿公共纵向轴线110布置。邻近的或相邻的线圈之间的距离108相同。距离108可以是空心线圈的直径的1.1至1.5倍。

图15示出了包括用于控制线圈100并向其供应能量的命令接口的空心线圈。

每个电感器100可以在以下三种可能的操作条件之一下操作：电流正向流过它，电流反向流过它，以及电感器被停用(接触断路器22断开，见图7至图9，换句话说，电感器的特性发生了变化，因此没有电流流动)。

图15所示的上述功能框图是可用的几种选择之一。当然，如果仅在两种操作条件下运行，推进单元也将起作用：电流仅沿一个方向流动，并且电感器已停用。但是，在三种操作条件下运行电感器可以提高推进单元的效率。

存在两个控制输入125、127，所述两个控制输入将定义空心线圈100的功能和操作：第一接口125通过断开或闭合接触断路器22来激活和停用电感器，第三接口127通过闭合或断开相应的分配的开关S1、S2、S3、S4(向前或向后)来确定供电电流的流动方向。

经由第二接口126向线圈100供电，并且线圈100经由第四接口128连接到地。如果开关S1和S4闭合，而开关S2和S3断开，则电流沿第一方向从第二接口126至第四接口128流过线圈100。如果S3和S2闭合而S1和S4断开，则电流以相反方向流过线圈100。

图16示出了具有六个线圈L1至L6(类似于图14)和相应的控制以及电源的磁场推进单元。能量供应单元30电能提供给控制器40、电源驱动器32(每个线圈被分配向该特定线圈提供电能的单独电源驱动器)和停用单元34(停用单元控制每个线圈L1到L6的接触断路器22并确定接触断路器是断开还是闭合；每个线圈都分配一个停用单元)。但是，多个电源驱动器32或多个停用单元34可以布置在单个部件内，而本文描述的功能由该部件实现。

注意，在本文的任何实施例中示出的每个线圈100包括如参照图7至图9所述的接触断路器22或用于改变电感器100的电磁特性的类似实体。例如，即使这些接触断路器不是如图16所示，线圈也包括这些由停用单元34控制的接触断路器。

控制单元40向电源驱动器32和停用单元34提供控制信号。因此，实现了参考图12所述的一般开关方案。然而，下面更详细地描述了具有六个线圈的电源单元的开关方案。

六个空心线圈L1至L6连接到六个使能电路(它们中的每一个将激活或停用特定电感器的功能)和电源驱动器32。每个电感器的电源驱动器电路必须能够在很短的时间内提供相对较大的双向供电电流。然后，停用单元34或停用驱动器模块和电源驱动器模块32由控制单元40控制。所有驱动器电路连接到能量供应单元30。

图17示出了参照图16描述的磁场推进单元的线圈L1至L6的开关方案。

该开关方案是用于已并排放置的六个空心线圈的供电序列(在5ns时间内控制六个电源驱动器32的电压信号)。图17中的序列表示5纳秒时间内的活动。在这5ns期间，空心线圈阵列沿一个方向(与空心线圈阵列成一直线)产生了20个推力脉冲(用垂直虚线标记)。这代表每250ps(皮秒)一个推力脉冲。这相当于4GHz的推进单元的振荡频率(对于“扁平”并排布置的大约100mm的空心线圈直径)。

垂直虚线代表推力脉冲发生的时间。在这种配置中，六个线圈中的三个在给定时间产生推力脉冲。

每个控制信号的0伏线上的点指示电感器何时完全停用(接触断路器22断开，线圈不再作为电感器存在，杆状天线未提供能量)。

每个电感器被正向供电(正电流)，并在短暂停用中断后被反向供电(负电流流过空心线圈)。

线圈L1至L6由相同的电源电压驱动，该电源电压相对于前一个线圈发生相移。相位偏移了的90°，四分之一π。一个周期112包含四个不同的时间段P1、P2、P3、P4，这些时间段之间的状态发生变化。

当该装置的基本功能与参考具有线圈的实施例所描述的相同时，线圈L1至L6可以用杆状天线代替。在这样的示例中，杆状天线彼此平行并且沿着线性轴布置。杆状天线由单独分配给天线中的每个的电源驱动器驱动。控制单元实现了用于为杆状天线供电的开关方案。在这个示例中不需要停用单元。

现在回到该开关方案。在处于第四垂直线与第五垂直线之间的时间0.875ns处，电流流过所有六个空心线圈L1至L6。L1、L2和L5、L6被正电流流过，并且电感器L3和L4被负电流流过。因此，一方面L1、L2、L5和L6，另一方面L3和L4在特定方向上相互作用(排斥和吸引)以在相同的方向上产生推进力。

在时间1ns处，电感器中的三个(即L1、L3、L5)已停用(相应的接触断路器22断开，线圈已改变其特性并且不再作为功能电感器存在，天线不再被供应电流)。只剩下电感器L2、L4和L6，并且电流流过这些电感器中的每一个。根据电流流过电感器的方向，北极或南极将朝上。来自先前存在的电感器L1、L3和L5的磁场结构(云)不再锚定在任何物体上并在空间中扩展。但是，这三个磁云将被功能性的和电动的电感器L2、L4和L6排斥或吸引。这将使未锚定的磁云“移动”到相同的方向，从而在相反的方向产生一个小的推进力。

在t＝1.125ns(在第五垂直线与第六垂直线之间)处，所有六个电感器L1至L6都被激活(由沿指示方向流动的电流供电)。但是，对于电感器L1、L3、L5，电流方向与t＝0.875ns处相比已相反。

在第6垂直线的1.250ns处，只有三个电感器L1、L3、L5起作用，并且有电流流过它们。其他三个电感器L2、L4、L6已停用并且不再用作电感器。恰好在三个不再锚定的磁结构(由电感器L2、L4和L6产生)分散之前，它们将被三个剩余的仍在起作用的电感器L1、L3、L5吸引或排斥到同一个方向。由它们中的每一个产生的小的推进力沿相反方向产生。

考虑到四个连续的时间事件(0.875ns、1.000ns、1.125ns和1.250ns)的磁活动，能够观察到向同一方向产生的小脉冲推进力。

磁场推进单元可以包括构成矩阵结构的线圈100的阵列。线圈按列和行排列。在这些列和行中，线圈被布置成使得线圈的中心沿公共线性(垂直的和水平的)轴布置。每行由六个线圈组成。但是，每行可以具有多于或少于六个线圈。列数不限于此。磁场推进单元可以包括一个或多个列。每列对应于图15中所示的布置并实现上述开关方案。

线圈阵列允许能够在由列和行的方向定义的X-Y平面中的任何方向上产生力，而无需旋转二维磁场推进单元。这种矩阵结构允许在该平面的任何方向上产生推进力，而不必在优选方向上转动阵列。其他空心线圈布置和适当的控制算法将允许二维阵列能够甚至在任何水平方向上旋转。

基于参照图1至图17所示示例所描述的原理，下面描述本发明的实施例。

图18示出了具有印刷电路板80、第一磁场产生装置100和第二磁场产生装置220的磁场推进单元1。通常，第一磁场产生装置和第二磁场产生装置100、220可以附接到适合于接收由磁场产生装置产生的推进力并机械地保持或支承磁场产生装置的任何基座元件。如上所述，磁场产生装置可以通过导线供应电能。

虽然图18没有示出控制单元和能量供应单元，但是这些元件是推进单元的一部分。例如，控制单元和能量供应单元可以附接到PCB 80的与磁场产生装置相对的下侧。

当如上文关于开关方案所描述的那样供给电能时，产生向图18左侧的推进力。而在图1至图17中所示的示例只由线圈或天线组成，图18涉及这些部件的混合。

换句话说，图18示出了一种线圈设计的磁场发生器与天线式磁场发射器一起工作的混合类型的MCA驱动器。此设计选择两个特殊特性：整个MCA驱动器是平坦的，并且能够直接放置在平坦的PCB或半导体衬底上，以及所选的天线设计(开放式的直导线)将产生非常小的涡流。

MCA驱动器的主要目的是提供推进。推进力将随着所产生的磁场强度和密度的增加而增加，并指向所需方向，即从第一磁场产生装置朝向第二磁场产生装置。

当增加信号幅度时，为MCA驱动器供电的电流将呈指数增加。在没有任何措施的情况下，由MCA驱动模块的基本设计产生的磁场将围绕载体平台兼场发生器100(也称为“固定”场发生器)沿所有方向360度辐射。

不与发射器220(放置在场发生器的一侧的“天线”)相互作用的磁场将被浪费并且最终将与附近的其他导电和铁磁物体相互作用。由于这些场可能非常强，因此这些场可能是不希望的。

通常，人们发现有几种可能性可以减少甚至防止废场与其周围环境的这种不需要的相互作用：主动消除(这可能会产生另一种形式的能源浪费)、被动屏蔽(例如，能量在转化为热量时就被浪费掉)、收集(恢复部分或大部分错误定向的场)和引导(在可能的情况下，将场以所需方向引导至天线220)。

图19示出了类似于图18中所示的磁场推进单元1。然而，除了图18中所示的元件之外，图19的示例示意性地示出了由天线220发射的磁场的磁场线50。

此外，磁场推进单元1包括具有三个线圈60A、60B、60C的能量收集单元。这三个线圈布置成使得它们以C形方式围绕磁场产生装置100，其中线圈60A、60B、60C之间具有小的间隙。因此，由第一磁场产生装置100产生且未指向第二磁场产生装置220的磁场的能量能够被收集线圈60A、60B、60C收集。磁场的所述部分将电流感应到收集线圈中并且能够将电流供应到能量供应单元。

例如，能量供应单元可以是或可以包含可充电电流源，如电池、电容。此外，能量供应单元可以包含不依赖于所述可充电电流源的充电状态的电流源，例如由发电厂供应能量的电流源。

收集线圈可以是圆形或椭圆形的。椭圆线圈可以是优选的，因为它们可以在相邻线圈之间提供较小的间隙。

PCB 80可以由能够机械地支承和保持元件并通过如示例和所附权利要求所要求的附加导线或导电迹线为元件提供电能的任何基板代替。基板可以是半导体晶圆。

在图19的示例中，线圈100和天线220水平地安装。线圈100将产生固定磁场，该磁场被结合或锚定到线圈100的位置。三个收集线圈60A、60B、60C围绕线圈100放置并且用于能量回收。示出了围绕天线发射器的磁场50的五条磁场线。

参照本示例，重复磁场推进单元的基本功能原理：

在第一步骤中，首先在电感器或天线(如发射器220)周围产生磁场(一个特定高频的单个波)。然后在第二步骤中，就在该单磁波达到其峰值之前，由结合到PCB 80的线圈100产生相同波长的磁场。当第二磁场产生装置220的单一能量波即将结束时(天线220将被关闭)，由线圈100产生的磁场达到其峰值，并且由此推开围绕天线220的磁场。磁场被推离到右侧(在与PCB载体平台同一平面内)，远离载体平台。在关闭线圈100产生的磁场之后，再次重复整个过程。

线圈100的固定(或载体平台结合)磁场脉冲的目的是将天线220的可移动(或非单元结合)磁场脉冲推离或加速到一个特定方向，即远离线圈100。但是，基本上可行的是向线圈100提供电能，使得天线220的磁场被吸引向线圈100，从而产生与将天线220的磁场推离线圈100的力相反的推进力。

线圈100的一部分磁场脉冲的能量对主要目的没有贡献而被浪费掉。这适用于不指向天线220的磁场。为了回收至少一些浪费的能量，能量收集线圈60A、60B、60C(电感器)围绕磁场产生装置100的三个侧面放置。有几种可能的用于回收磁传输的能量的线圈设计。这里只提到了一些可能的线圈设计。在图19中，能量收集线圈的形状略呈椭圆形。能量收集电感器紧密地放置在一起并且从三个侧面围绕第一磁场产生装置100。

面向天线220的一侧没有被能量收集电感器阻挡。由于所选择的高频率(几GHz，例如1.5GHz或高于1.5GHz)，全部四个线圈60A、60B、60C、100可以仅具有很少的绕组(线匝)。潜在地，每个线圈仅由一个线匝组成。

图20示出了磁场推进单元1的替代设计。一般来说，就其功能而言，它类似于图18和图19所示的设计。但是，不是将所有元件平放在PCB载体平台上，而是能够直立放置。此外，第一磁场产生装置100与第二磁场产生装置220一样也是杆状天线。

在图20中能够看出，收集线圈60A、60B、60C位于第一磁场产生装置100的磁场50内，使得在收集线圈中感应出电流。

天线100、220相对于PCB 80的安装表面正交，并且收集线圈也是如此，如从左侧视图(左上侧的图)、俯视图(右上侧的图)和前视图(下图)能够看出。

图21示出了图20中所示的推进单元1的等距视图。可以通过任何合适的方式将元件附接或安装到PCB，任何合适的方式如插头连接、螺钉、铆钉、螺栓、粘合剂等。线圈60A、60B、60C和天线100、220可以通过从PCB的下侧引导通过的导线被供应电能。

图22示出了收集线圈60相对于磁场产生装置100的放置。例如，线圈60、100位于同一平面内，如图19所示(收集线圈和产生线圈布置在PCB表面上)。特别地，能量收集线圈60从相对于场发生器线圈100的侧面(在同一平面内)放置，因为在不对发生器线圈周围其他区域中的场线产生显著影响，特别是不降低朝向第二磁场产生装置发射的磁场的强度的情况下，场发生器线圈100仅允许在该位置处吸收/收集交变磁能。

换言之，线圈100、60的中心轴线彼此平行。在图22的左侧中，中心轴线相对于绘图平面成90度，并且绘图平面对应于线圈100、60的平面。从图22的右侧中能够看出，线圈布置在相同的水平/高度处，当这些线圈布置在基板(PCB)的同一表面时，线圈布置在相同的水平/高度处是自动的情况。

图23示意性地示出了第一磁场产生装置100的磁场如何被屏蔽单元70屏蔽。

屏蔽单元70大致呈C形，其开口不阻碍从第一磁场产生装置100到第二第一磁场产生装置220的视线。屏蔽单元70是壁状结构，其与第一磁场产生装置和第二磁场产生装置100、220一样布置在PCB的同一表面上。屏蔽单元可以高于第一磁场产生装置100(即，远离PCB的表面延伸到高于第一磁场产生装置100的高度的预定高度)。屏蔽单元包括导电材料。

这提供了通过屏蔽装置吸收非生产性交变磁能来防止非生产性交变磁能离开MCA驱动单元的可能性。第一磁场产生装置和第二磁场产生装置由非常高的频率(在GHz范围内)的电流供电。因此，最好的屏蔽选择是设计产生涡流的装置。可能期望屏蔽单元具有非常高导电性的表面。

因为高水平的能量会转化为热量，因此可能需要冷却屏蔽单元。为了防止涡流能够产生更大的抵消场结构(这会降低MCA推进性能)，屏蔽中的电表面可能会频繁被中断。

能量供应单元和控制单元可以布置在PCB的下侧。但是，优选地，能量供应单元和控制单元分别与它们供应能量或控制的有源部件直接相对地放置，使得导线尽可能短。此外，能量供应单元和控制单元被放置在负责推进的磁场的路径之外。

上述设计原理可以提供能量消耗的减少(特别是收集线圈的使用)并且显着减少磁场的不希望的影响(特别是通过使用屏蔽单元)。

图24示出了第一磁场产生装置100(G1)和与第一磁场产生装置横向间隔开的第二磁场产生装置220。垂直直线109指示第一磁场产生装置100的中心点，垂直直线221指示第二磁场产生装置220的中心点。线109与221之间的距离定义了在沿线性轴线225改变该距离时，在第二磁场发生装置220位置处的磁场50的强度。

图24示出了其中天线220被示出为圆形的俯视图。

图25示出了图24的磁场50的强度55取决于天线220与线圈100之间的距离。线圈100的中心位于线109处。在天线220的位置处，磁场50具有一定的强度55。

进一步参照图24，图26示出了其中第一磁场产生装置包括第一线圈100和第二线圈101的示例。第二线圈101将第一线圈100的磁场推向天线220。因此，在不改变221与109之间的距离的情况下，位置221处的磁场强度增加。

在图26的示例中，磁场强度不是如图24和图25所示的对称的，但向右移动时(从109开始)强度较高，向左移动时(从109开始)强度迅速下降。

线圈100和101可以彼此间隔开或者可以无间隙地并排放置。这可以附加地增加朝向天线220发射的磁场的强度。

图27示出了磁场推进单元的三种不同设计选择。为了简洁起见，仅示出了具有第一线圈100和第二线圈101的第一磁场产生装置，并且还指示了天线220的位置221。

在第一种选择中，存在发射磁场50的一个产生线圈100(G1)，所述磁场在天线220的位置221处具有一定强度。

在第二种选择中，第二线圈101被定位成使得其将线圈100的磁场50推向天线220。这增加了磁场50在天线220的位置处的强度。

在第三种选择中，天线220被布置在如图27的上面两幅图中所示的另一位置处。在第三种选择中，天线平行于互连线103。天线在水平虚线的方向上延伸线。如在线圈100、101的磁场50的模拟中能够看出的，这些场的强度在场彼此面对的位置处最高。因此，当以所指示的定向将天线220放置在该位置时，可以产生最大推进力。

尽管图18至图27涉及一个第一磁场产生装置和一个第二磁场产生装置100、220的组合，但是，应当理解，该结构代表单个MCA推进单元。可以组合多个这样的推进单元以实现提供增加的推进力的推进单元。

应当理解，在单独的示例性实施例中描述的特征也可以被相互组合。虽然出于说明本发明的目的而示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下能够在其中进行各种改变和修改。

附图标记说明

1 磁场推进单元

10 磁场产生装置

20 接触断路器装置

22 接触断路器

30 能量供应单元

32 电源驱动器

34 停用单元

40 控制单元

50 磁场的场线

55 场强

60 收集单元

70 屏蔽单元

80 印刷电路板

100 导线、线圈、第一线圈、磁场产生装置

101 第二线圈

102 内腔

103 互连线

104 半导体流体

106 能量供应线

108 邻近或相邻线圈之间的距离

109 中心点

110 纵向轴线

112 周期

114 平面

116 第一部分

118 第二部分

122 磁场强度

124 杆状天线的中心

125 第一接口

126 第二接口

127 第三接口

128 第四接口

140 矩阵结构

141 列

142 行

220 第二磁场产生装置，天线

221 中心点

225 线性轴线