磁鐵的方式來(lái)傳送。在一個(gè)示例實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入可通過(guò)一個(gè)流體流動(dòng)(例如，在管道內(nèi)的水流或氣流)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在另一示例實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入可以由旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(例如，旋轉(zhuǎn)軸)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0023]基于齒槽的實(shí)施例
[0024]圖1-3代表的是視圖的時(shí)間流程順序，用以概念性地說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子磁體10，其是轉(zhuǎn)子組件12的一部分，可以有角度地加速，以響應(yīng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入14以相對(duì)快速的方式從第一制動(dòng)位置(示意由圖1和圖2所示的視圖表示，其分別示出描繪在轉(zhuǎn)子磁鐵10的向上指向的箭頭16)到第二制動(dòng)位置(示意由圖3所示的視圖表示，其示出描繪在轉(zhuǎn)子磁鐵10的向下的箭頭18)。
[0025]轉(zhuǎn)子組件12可包括一個(gè)磁耦合到轉(zhuǎn)子磁鐵10上的磁極片組件20。磁極片組件20包括一個(gè)磁極片22，用于在至少兩個(gè)制動(dòng)位置實(shí)現(xiàn)一個(gè)相應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(其在本領(lǐng)域中也可以稱為一個(gè)“齒槽轉(zhuǎn)矩”)。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)磁鐵24響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)輸入14的旋轉(zhuǎn)超過(guò)閾值角度時(shí)，由驅(qū)動(dòng)磁體24施加到轉(zhuǎn)子磁鐵10上的磁驅(qū)動(dòng)扭矩25的值可以足夠的高，以克服啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁鐵10以相對(duì)快速的方式朝著另一制動(dòng)位置有角度地加速(卡扣)，而不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入是否包括相對(duì)低的旋轉(zhuǎn)速率。
[0026]在一個(gè)示例實(shí)施例中，磁極片22定義了一空氣間隙，具有一個(gè)在該制動(dòng)位置產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的外形。在一個(gè)示例實(shí)施例中，通過(guò)磁極片22所定義的空氣間隙的外形可以用于為轉(zhuǎn)子磁鐵10提供至少兩個(gè)穩(wěn)定的制動(dòng)位置(例如，每一個(gè)都包括一個(gè)適當(dāng)?shù)蔫F磁材料制成的相對(duì)窄的部分，如鐵，以提供對(duì)應(yīng)窄的制動(dòng)位置)。這些制動(dòng)位置可對(duì)稱地圍繞在轉(zhuǎn)子的圓周上(例如，成角度地互相以180度的角度分開(kāi))。
[0027]在一個(gè)示例實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子磁鐵10可以是對(duì)稱和徑向磁化的，如示意性地在圖5和6上以標(biāo)記N和S的各自的磁極來(lái)表示?？梢栽O(shè)想，轉(zhuǎn)子磁鐵10可以與同軸發(fā)生器磁鐵(未示出)分開(kāi)，其可以廣泛地磁耦合到磁極片組件20?？梢赃M(jìn)一步設(shè)想的是，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不需要通過(guò)在轉(zhuǎn)子磁鐵10和磁極片22之間的磁耦合的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@樣的轉(zhuǎn)矩在另一個(gè)實(shí)施例中，可能由轉(zhuǎn)子磁鐵10和磁極片組件20之間機(jī)械耦合的方式產(chǎn)生的，耦合可以是單獨(dú)地或這些磁耦合的組合。例如，該止動(dòng)/釋放功能可以通過(guò)一個(gè)偏置彈簧機(jī)構(gòu)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0028]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的水平降低比較快，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鐵10卡扣遠(yuǎn)離給定制動(dòng)位置時(shí)，從而允許轉(zhuǎn)子磁鐵10迅速加速到另一制動(dòng)位置，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁體10可以設(shè)計(jì)成具有相對(duì)低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。應(yīng)當(dāng)理解的是，制動(dòng)位置之間的這種快速角加速度可以有利開(kāi)發(fā)，不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入是否表現(xiàn)出相對(duì)低的旋轉(zhuǎn)速率。
[0029]如可以在圖5和圖6中所示，線圈組件28被磁耦合至轉(zhuǎn)子磁鐵10和磁極片組件20，以產(chǎn)生響應(yīng)制動(dòng)位置之間的轉(zhuǎn)子磁鐵10的旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。例如，該磁電路，其連接轉(zhuǎn)子磁鐵10與線圈組件28，可以足夠(例如，相對(duì)緊密地)磁耦合，以產(chǎn)生響應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鐵10的旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鐵10從一個(gè)制動(dòng)位置卡扣向另一個(gè)制動(dòng)位置，應(yīng)用在轉(zhuǎn)子磁鐵10的磁通量迅速反轉(zhuǎn)其方向時(shí)，線圈組件28可以產(chǎn)生一個(gè)脈沖。這使得即使在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入14的旋轉(zhuǎn)速率幾乎接近零的條件下也可以收集電能。應(yīng)當(dāng)理解的是在制動(dòng)位置扭矩存儲(chǔ)和隨后釋放的上述結(jié)構(gòu)至少有效地提供反轉(zhuǎn)扭矩(例如，反EMF)中的一些去耦合，反轉(zhuǎn)扭矩應(yīng)用于發(fā)電期間的轉(zhuǎn)子磁鐵10?？墒褂眠m當(dāng)?shù)拇牌帘危缬糜诒苊馔獠侩姶艌?chǎng)的干擾。
[0030]如圖4所示，由轉(zhuǎn)子組件12和線圈組件28的協(xié)同相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)可包括脈沖39。一種處理器40，諸如微處理器，專用集成電路(ASIC)等，可以響應(yīng)來(lái)自線圈組件28的信號(hào)，以確定所述旋轉(zhuǎn)輸入的至少一個(gè)特征。在該示例實(shí)施例中，在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入可通過(guò)一個(gè)流體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，由處理器40確定的特性可以是以下的一個(gè)或多個(gè):流體的流速、流量的方向、在一段時(shí)間內(nèi)的流量。在該示例實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入可通過(guò)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，由處理器40確定的特性可以是以下的一個(gè)或多個(gè):結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，所述結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向，一段時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)數(shù)。
[0031]在一個(gè)示例實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器42可用于存儲(chǔ)指示由處理器40確定的所述旋轉(zhuǎn)輸入的一個(gè)或多個(gè)特征的數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電路元件44 (被指定為電能儲(chǔ)存)可用于連接由線圈組件28產(chǎn)生的脈沖流累積電能，而不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入是否包括相對(duì)低的旋轉(zhuǎn)速率。例如，脈沖流可以由一個(gè)整流器進(jìn)行整流和整流電輸出可用于為一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)電容器充電。
[0032]在一個(gè)示例實(shí)施例中，喚醒開(kāi)關(guān)電路46可以響應(yīng)來(lái)自線圈組件28脈沖流，以從電源節(jié)省模式喚醒處理器40。存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器42中的數(shù)據(jù)可以由外部本地設(shè)備或遠(yuǎn)程設(shè)備通過(guò)通信鏈路(未示出)讀取。顯示器48可以任選地提供顯示關(guān)于所述轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的信息。顯示器48可以被設(shè)置為只是在有充足的電源可用的功率條件下使用。，。例如，如當(dāng)有足夠的功率以滿足傳感要求以及顯示要求。
[0033]在一個(gè)示例應(yīng)用中，一種體現(xiàn)磁極片組件20和線圈組件28的裝置可利用來(lái)激勵(lì)并產(chǎn)生感測(cè)信息用于流體測(cè)量記錄表50 (圖6)，例如水表寄存器，煤氣表寄存器等。
[0034]基于磁彈性效應(yīng)的實(shí)施方案
[0035]下面的描述集中在基于利用磁性彈簧效果的實(shí)施例。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，先前描述的目的一一除了模態(tài)或原則，用于引起轉(zhuǎn)子的快速角加速度，而不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入是否表現(xiàn)出相對(duì)低的旋轉(zhuǎn)速率的其它旋轉(zhuǎn)保持同樣適用于這個(gè)實(shí)施例。因此，各個(gè)方面，如信號(hào)處理、功率采集、應(yīng)用實(shí)例等，為了避免繁瑣和不必要的重復(fù)，將不會(huì)再次說(shuō)明。
[0036]圖7-15代表視圖的時(shí)間流程順序，用以概念性地說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子磁體，其可以是體現(xiàn)本發(fā)明的其它方面的轉(zhuǎn)子組件的一部分，可以有角度地以相對(duì)快速的方式從停止?fàn)顟B(tài)加速以響應(yīng)于磁性彈簧效應(yīng)，而不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入的轉(zhuǎn)動(dòng)的低速率。
[0037]圖7-11示出轉(zhuǎn)子磁鐵62的旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)64，如可通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)磁鐵60響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入，來(lái)生產(chǎn)諸如流體流動(dòng)，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等。在一個(gè)示例實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子磁鐵62可包括特征66 (例如，一個(gè)突起，凹槽等)，則轉(zhuǎn)子磁鐵62最終到達(dá)并干擾合適的機(jī)械止動(dòng)器68 (圖11)，其可以在構(gòu)造的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子組件63的預(yù)定位置。
[0038]在流動(dòng)順序的此階段，轉(zhuǎn)子磁鐵62保持停止，同時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)64的軸向取向可在沿周向推壓轉(zhuǎn)子磁鐵62對(duì)止動(dòng)68的方向上對(duì)轉(zhuǎn)子磁鐵62的磁力產(chǎn)生影響。圖12-14示出磁場(chǎng)64的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)子磁體62保持在停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)磁場(chǎng)64繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其軸向方向最終轉(zhuǎn)換到一個(gè)狀態(tài)，為代替在一個(gè)周向推壓轉(zhuǎn)子磁鐵62至止動(dòng)68的方向上向轉(zhuǎn)子磁鐵62施加的磁力，磁場(chǎng)64將開(kāi)始從止動(dòng)68周向相反的方向上，在轉(zhuǎn)子磁鐵62上產(chǎn)生磁力。
[0039]應(yīng)該理解的是，在流動(dòng)順序的此階段，停止的轉(zhuǎn)子磁鐵和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間產(chǎn)生了的磁性彈簧效應(yīng)。磁性彈簧效應(yīng)的逐漸消散的條件在概念上由在圖12-14中示出的逐漸增大的弧段70來(lái)表示。最終，周向延拉力(圖15)在幅度上被大量和快速的增加，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁鐵62，如箭頭71所指示的迅速?gòu)臋C(jī)械止動(dòng)器68中轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)，(該快速返回轉(zhuǎn)動(dòng)可被稱為對(duì)于轉(zhuǎn)子的回掃過(guò)程)直到轉(zhuǎn)子磁鐵62的磁場(chǎng)重新獲取旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)64并且時(shí)間流程順序在圖7中繼續(xù)。磁性彈簧效應(yīng)(例如，快速釋放能量)的快速退繞動(dòng)作在概念上由圖15中的圓弧段72表示。
[0040]應(yīng)當(dāng)理解的是，在回掃過(guò)程期間，一個(gè)相對(duì)高的電能因?yàn)檗D(zhuǎn)子的快速角速度，可以通過(guò)一個(gè)線圈組件75 (圖16)采集。線圈組件75被磁耦合至轉(zhuǎn)子磁鐵62，并將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，以響應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鐵遠(yuǎn)離機(jī)械止動(dòng)器的高速旋轉(zhuǎn)。相比于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入，回掃轉(zhuǎn)動(dòng)速率可以相對(duì)較高，而不管驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入的轉(zhuǎn)速的。因此，能量可被提取，甚至可以在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸入幾乎接近零轉(zhuǎn)速的情況下被提取。
[0041]圖16是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的傳感器和/或功率采集裝置74的等距視圖，例如可通過(guò)利用上面討論磁性彈簧效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。線圈組件可設(shè)置為包圍轉(zhuǎn)子(例如，一個(gè)同軸結(jié)構(gòu))，在這種情況下，沒(méi)有必要為一個(gè)磁極組件提供一個(gè)引導(dǎo)轉(zhuǎn)子通量至線圈的磁路?；蛘?，在一個(gè)非同軸結(jié)構(gòu)中，一個(gè)基本的磁性極組件可以容易地設(shè)置成耦合從轉(zhuǎn)子到線圈組件的通量。
[0042]但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子的形狀可被設(shè)計(jì)成具有由給定的磁偶極子實(shí)現(xiàn)的最低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。