Source: https://hoverboard-france.com/2019/10/08/us20150175031a1-hoverboard-google-brevets/
Timestamp: 2019-10-21 20:12:27+00:00

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US20150175031A1 - Hoverboard - Google Brevets - Hoverboard France
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US20150175031A1 – Hoverboard – Google Brevets
Mister Hoverboard 8 octobre 2019 0
RENVOI AUX APPLICATIONS CONNEXES
Cette demande de brevet revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §119 (e) à la demande de brevet provisoire américaine n ° 62/066 891, déposée le 21 octobre 2014, intitulée «Hoverboard», par Henderson et al., Qui est incorporée dans son intégralité à toutes fins utiles aux présentes. Cette demande de brevet revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §119 (e) de la demande de brevet US n ° 61 / 977.045, déposée le 8 avril 2014, intitulée «Applications de dispositifs magnétiques à distribution de flux unilatérale», par Henderson et al., Qui est incorporée dans son intégralité à titre de référence à toutes fins utiles ici. Cette demande de brevet revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §119 (e) de la demande de brevet US n ° 62 / 011.011, déposée le 11 juin 2014, intitulée «Applications de dispositifs magnétiques à distribution de flux magnétique unilatérale» de Henderson et al., Qui est incorporée par référence à dans son intégralité à toutes fins utiles. Cette demande de brevet revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §119 (e) de la demande de brevet US n ° 62/031 756, déposée le 31 juillet 2014, intitulée «Propulsion et contrôle d'un véhicule à levage magnétique», par Henderson et al., Qui est incorporée dans son intégralité à titre de référence fins de la présente. Cette application revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §120 et est une continuation-en-partie de la demande de brevet US Ser. N ° 14 / 069,359, intitulée «Lévitation magnétique d'un objet fixe ou mobile», déposée le 31 octobre 2013 par Henderson, qui revendique une priorité inférieure à 35 U.S.C. §119 (e) à la demande de brevet provisoire américaine n ° de ser. 61/999 695, intitulé «Lévitation magnétique stationnaire» par Henderson, déposé le 15 mars 2013, dont chacun est incorporé par référence dans son intégralité et à toutes fins utiles.
La présente invention concerne de manière générale des systèmes à lévitation électromagnétique, et plus particulièrement un hoverboard, qui utilise une lévitation électromagnétique.
Avant octobre 2014, Wikipedia, l'encyclopédie en ligne, décrivait un hoverboard comme une planche fictive en lévitation utilisée pour le transport personnel dans les films «Retour vers le futur, partie II» et «Retour vers le futur, partie III». planche à roulettes sans roues. À travers des effets spéciaux, les cinéastes ont représenté les planches planant au-dessus du sol.
Depuis ces films, les gens rêvent de faire du hoverboard. Quelques groupes ont prétendu avoir créé un hoverboard. Cependant, les dispositifs se sont révélés être des canulars élaborés. Comme suit, un hoverboard, qui utilise des forces magnétiques pour survoler, est décrit.
Un hoverboard est décrit. Le hoverboard génère des forces magnétiques qui peuvent être utilisées pour soulever et propulser le hoverboard. Les forces magnétiques sont générées à l'aide d'un ou plusieurs moteurs en vol stationnaire. Dans un mode de réalisation, les moteurs de vol stationnaire comprennent chacun un moteur électrique qui est configuré pour faire tourner un réseau d'aimants. Le réseau d'aimants en rotation est configuré pour induire des courants de Foucault dans un substrat conducteur. Les courants de Foucault induits génèrent un champ magnétique qui repousse les aimants dans le moteur en vol stationnaire, ce qui le fait planer dans les airs.
Dans un mode de réalisation, le hoverboard comprend quatre moteurs en vol stationnaire et une plate-forme de pilote. Un coureur peut se tenir sur la plate-forme du coureur pour piloter le hoverboard. En vol, un pilote peut modifier sa position et son poids sur la plate-forme du pilote pour incliner l’ensemble du hoverboard et le propulser dans une direction donnée. Les forces de translation générées peuvent être suffisantes pour permettre au hoverboard de grimper ou de se maintenir en position sur une surface inclinée. De plus, des mécanismes peuvent être fournis qui permettent aux moteurs en vol stationnaire d'être inclinés individuellement pour contrôler un équilibre des forces agissant sur le vol stationnaire. Par exemple, il est possible de prévoir des liaisons mécaniques permettant au cycliste de saisir des forces qui actionnent un ou plusieurs des mécanismes d’inclinaison à la fois afin de contrôler plus finement la direction du hoverboard.
Dans un mode de réalisation particulier, le vol stationnaire peut être caractérisé en ce qu’il comprend deux moteurs volants ou plus. Chacun des moteurs en vol stationnaire peut comporter un moteur électrique, un régulateur de vitesse électronique, une antenne et un hauban. Le moteur électrique peut comprendre un enroulement, un premier ensemble d'aimants permanents et une première structure contenant les premiers aimants permanents, un courant électrique étant appliqué à l'enroulement pour faire tourner l'un des enroulements ou le premier ensemble d'aimants permanents.
Le régulateur de vitesse électronique peut contrôler une vitesse de rotation du moteur électrique. Le bras peut être configuré pour recevoir un couple de rotation du moteur électrique qui fait tourner le bras. Le carénage peut renfermer le moteur électrique et au moins une partie supérieure de la branche.
Le STARM peut inclure un deuxième ensemble d’aimants permanents et une deuxième structure qui maintient le deuxième ensemble d’aimants permanents. Le second ensemble d'aimants permanents peut être tourné pour induire des courants de Foucault dans un substrat, de sorte que les courants de Foucault induits et le second ensemble d'aimants permanents interagissent pour générer des forces qui font passer le hoverboard et le cycliste en position stationnaire à l'emplacement le long du substrat. Le hoverboard peut être configuré pour accueillir des mouvements complexes impliquant une rotation et une translation simultanées.
Une plate-forme de pilote sur laquelle la personne monte peut avoir une extrémité avant et une extrémité arrière. Un premier moteur en vol stationnaire peut être monté sous la plateforme du pilote près de l'extrémité avant et un second moteur en vol stationnaire peut être monté sous la plate-forme du pilote près de l'extrémité arrière de la plate-forme. De plus, une source d’énergie électrique qui transmet le courant électrique aux deux ou plusieurs moteurs en vol stationnaire peut être montée sous la plate-forme du pilote entre le premier moteur en vol stationnaire et le deuxième moteur en vol stationnaire.
Dans des modes de réalisation particuliers, une charnière mécanique peut être couplée à un premier moteur en vol stationnaire qui permet au bras, au moteur électrique et à l'enveloppe du premier moteur en vol stationnaire de s'incliner par rapport à la plate-forme du cycliste. Une amplitude d'une force de translation, produite par le premier moteur en vol stationnaire, peut changer en réponse à l'inclinaison de la tige, du moteur électrique et du carénage. La force de translation peut être utilisée pour contrôler l’orientation du hoverboard. Un mécanisme d'inclinaison peut être couplé au premier moteur de vol stationnaire configuré pour recevoir une force externe et / ou générer une force interne qui incline le premier moteur de vol stationnaire en réponse à une force d'entrée générée par la personne.
Un autre mode de réalisation peut être caractérisé en tant que dispositif de levage magnétique. L'élévation magnétique peut comprendre un ou plusieurs moteurs de vol stationnaire, une source d'énergie électrique et une structure destinée à contenir le ou les moteurs de vol stationnaire et la source d'énergie électrique. Chaque moteur en vol stationnaire peut comprendre un moteur électrique, un régulateur de vitesse électronique et une antenne. Le régulateur de vitesse électronique est généralement disposé électroniquement entre le moteur électrique et la source d'alimentation électrique. Il peut contrôler la puissance atteignant le moteur électrique pour contrôler une vitesse de rotation du moteur.
Le moteur électrique peut comprendre un enroulement, un premier ensemble d'aimants permanents et une première structure contenant les premiers aimants permanents, un courant électrique étant appliqué à l'enroulement pour faire tourner l'un des enroulements ou le premier ensemble d'aimants permanents. Le bras peut être configuré pour recevoir un couple de rotation du moteur électrique qui fait tourner le bras. Le bras peut comprendre un deuxième ensemble d’aimants permanents et une deuxième structure qui maintient le deuxième ensemble d’aimants permanents, le deuxième ensemble d’aimants permanents étant mis en rotation pour induire des courants de Foucault dans un substrat tels que les courants de Foucault induits et le deuxième ensemble d’éléments permanents. Les aimants interagissent pour générer des forces qui permettent au dispositif de levage magnétique de planer et de se déplacer librement dans n'importe quelle direction au-dessus du substrat.
DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS
Les dessins inclus ne sont donnés qu'à des fins d'illustration et servent uniquement à fournir des exemples de structures et d'étapes de processus possibles pour les systèmes et procédés de l'invention décrits. Ces dessins ne limitent en aucune manière les modifications de forme et de détail qui peuvent être apportées à l'invention par l'homme du métier sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention.
figure. 1 est une illustration d'une personne chevauchant un hoverboard conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 2 et 3 sont des illustrations de courants de Foucault générés sur une plaque conductrice en réponse à des agencements d'aimants entraînés en rotation au-dessus des plaques conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 4A est un tracé des courbes de portance et de traînée associé à un agencement d'aimants rotatifs selon les modes de réalisation décrits.
figure. 4B est un tracé de la portance associé à un agencement d'aimants rotatifs en fonction de la distance d'un substrat conducteur conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 4C La figure 1 est un tracé de courbes de portance associé à un agencement d'aimants rotatifs en fonction de l'épaisseur d'un substrat conducteur et de la vitesse de rotation en fonction des modes de réalisation décrits.
FIGUES. 5A et 5B sont des schémas fonctionnels illustrant les effets de vol stationnaire et de propulsion des agencements en rotation d'aimants conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 6 La figure 1 est une vue de dessous d'un hoverboard avec des moteurs en vol stationnaire qui basculent conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. sept La figure 1 est une vue de côté d'un moteur en vol stationnaire dans une position d'inclinaison conforme aux modes de réalisation décrits.
figure. 8A La figure 1 est une vue en perspective d'un STARM conforme aux modes de réalisation décrits.
figure. 8B est une vue de côté de STARM avec un moteur intégré conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 8C La figure 1 est une vue de côté d'un STARM intégré à un moteur conforme aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 9, dix et 11 sont des vues de dessous, de dessus et de côté d'un hoverboard alimenté par batterie conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 12 et 13 Les figures 1 et 2 sont des vues en perspective et latérale d'un hoverboard avec des moteurs en vol stationnaire couplés à des entretoises conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 14 La figure 3 est une illustration d'un moteur en vol stationnaire couplé à un bras de levier conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 15 est une illustration d'un moteur en vol stationnaire couplé à des pédales conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 16 est une illustration d'un moteur en vol stationnaire couplé à des rênes conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 17A à 17E Les illustrations ci-dessous illustrent des configurations de carénage pour moteurs en vol stationnaire conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 18A à 18D Les illustrations ci-dessous illustrent des configurations de carénage pour les moteurs en vol stationnaire où un sommet du carénage forme une partie de la plate-forme du pilote conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 19A à 19C sont des illustrations de vues de côté et de dessus de moteurs de vol stationnaire inclinables selon les modes de réalisation décrits.
figure. 20 La figure 1 est une illustration d'un vol stationnaire à quatre moteurs en vol stationnaire conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 21 La figure 1 est une illustration d'un hoverboard avec deux moteurs de vol stationnaire rotatifs selon les modes de réalisation décrits.
FIGUES. 22A à 22D et 23 sont des illustrations d'un hoverboard avec deux moteurs en vol stationnaire conformément aux modes de réalisation décrits.
figure. 24 La figure 1 est une illustration d'un hoverboard avec huit moteurs en vol stationnaire conformément aux modes de réalisation décrits.
FIGUES. 25A à 25E sont des illustrations des directions de mouvement en réponse à une entrée de force à différents endroits sur un hoverboard conformément aux modes de réalisation décrits.
La présente invention va maintenant être décrite en détail en faisant référence à quelques modes de réalisation préférés de celle-ci, tels qu'illustrés dans les dessins annexés. Dans la description suivante, de nombreux détails spécifiques sont exposés afin de permettre une compréhension complète de la présente invention. Cependant, il sera évident pour l'homme du métier que la présente invention peut être mise en pratique sans tout ou partie de ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des étapes de processus et / ou des structures bien connues n'ont pas été décrites en détail afin de ne pas obscurcir inutilement la présente invention.
En ce qui concerne les figures suivantes, un hoverboard est décrit. Le hoverboard est configuré pour générer une portance utilisant des forces magnétiques. Dans des modes de réalisation particuliers, un individu peut monter sur le hoverboard de la même manière que sur une planche à roulettes, une planche de surf ou une planche à neige, c’est-à-dire utiliser les mouvements de son corps pour contrôler le mouvement du dispositif. Cependant, contrairement à ces dispositifs, le hoverboard peut générer ses propres forces de propulsion. Ainsi, la propulsion de l'appareil ne dépend pas uniquement des forces générées par l'utilisateur, de la gravité ou de l'énergie des vagues.
De plus, en vol stationnaire, les forces liées au frottement sont très faibles. Ainsi, le hoverboard peut être configuré pour offrir une plus grande liberté de mouvement et une plus grande maniabilité par rapport à une planche à roulettes, une planche de surf ou une planche à neige. Les détails d'un hoverboard sont décrits par rapport à FIGUES. 1-15. En particulier en ce qui concerne figure. 1, un individu chevauchant un hoverboard est illustré. Par rapport à FIGUES. 2 et 3, deux agencements d'aimants pouvant être utilisés pour générer une portance magnétique et leur interaction avec un substrat conducteur sont décrits.
Par rapport à figure. 4A, soulève et traîne générée en fonction de RPM est discuté. Avec le respect de figure. 4BOn discute de la portance en fonction de la distance par rapport à un substrat conducteur. La portance en fonction de la vitesse de rotation et de l’épaisseur du substrat conducteur est décrite par rapport à figure. 4C.
Les forces propulsives et les forces de commande pouvant être générées par un moteur en vol stationnaire, tel qu'un moteur en vol stationnaire couplé à un vol stationnaire, sont décrites par rapport à FIGUES. 6 et 7. Par rapport à FIGUES. 8A, 8Bande 8C, une configuration STARM et un moteur pouvant être utilisé pour former un moteur en vol stationnaire sont discutés. Deux configurations de hoverboard sont décrites en ce qui concerne FIGUES. 9-13. Des configurations supplémentaires de hoverboard sont décrites en ce qui concerne FIGUES. 22A à 25.
Par rapport à FIGUES. 14-16 Des mécanismes analogiques et numériques utilisés pour déplacer un moteur en vol stationnaire à des fins de contrôle et de propulsion sont décrits. Par rapport à FIGUES. 17A-17E la configuration du carénage pour les moteurs en vol stationnaire est discutée Enfin, des configurations d’intégration de moteurs en vol stationnaire rotatifs à une plate-forme de charge utile sont décrites en ce qui concerne: FIGUES. 18A-21.
Bien que beaucoup des modes de réalisation décrits ici soient discutés dans le contexte d'un hoverboard monté par une personne, divers aspects des modes de réalisation sont également applicables à de nombreux autres types de dispositifs de levage électromagnétiques. Par exemple, les moteurs en vol stationnaire qui s'inclinent peuvent être utilisés pour propulser et lever des appareils de levage électromagnétiques qui ne sont pas nécessairement configurés pour transporter une personne. Comme autre exemple, les configurations de moteur et STARM (STator et ARMature) décrites ici peuvent être utilisées dans des dispositifs de levage électromagnétiques configurés pour lever une palette. D'autres exemples d'appareils de levage électromagnétiques et d'applications sont fournis dans les demandes de brevet provisoires et les demandes de brevet de service public précédemment incorporées ici à titre de référence. Ainsi, l'exemple d'un hoverboard contrôlé par l'homme est fourni à des fins d'illustration et n'est pas censé être limitatif.
Système Hoverboard et fonctionnement
Par rapport à FIGUES. 1 à 5B, quelques exemples généraux et principes de fonctionnement d’un système hoverboard sont décrits. Le système hoverboard peut comprendre un hoverboard ayant des moteurs de vol stationnaire et un substrat sur lequel le hoverboard fonctionne. Le substrat peut comprendre une partie conductrice dans laquelle sont induits des courants de Foucault. L'interaction électromagnétique entre le dispositif qui induit les courants de Foucault et les courants de Foucault induits peut être utilisée pour générer une portance électromagnétique et diverses forces de commande de translation et de rotation.
figure. 1 est une illustration d'une personne dix monter un hoverboard 12. Dans un mode de réalisation, le vol plané comprend quatre moteurs en vol stationnaire, tels que 16. Les moteurs de vol stationnaire 16 générer un champ magnétique qui change en fonction du temps. Le champ magnétique variant dans le temps interagit avec un matériau conducteur en piste 14 former des courants de Foucault. Les courants de Foucault et leurs champs magnétiques associés ainsi que les champs magnétiques du moteur en vol stationnaire interagissent pour générer des forces, telles qu'une force de levage ou une force de propulsion. Des exemples de courants de Foucault pouvant être générés sont décrits en relation avec FIGUES. 2 et 3. La portance et la traînée associées aux courants de Foucault induits sont décrites par rapport à FIGUES. 4A-4C.
Dans figure. 1, la piste 14 est formé de cuivre. En particulier, on utilise trois feuilles de cuivre superposées superposées. D'autres matériaux conducteurs peuvent être utilisés et le cuivre est décrit à des fins d'illustration uniquement. Les surfaces incurvées peuvent être formées plus facilement en utilisant un certain nombre de feuilles minces en couches. Par exemple, un half-pipe peut être formé. Dans figure. 1, une partie d'un half-pipe est montrée. La piste 14 peut inclure diverses surfaces inclinées et plates et l’exemple de demi-tuyau est fourni à titre illustratif seulement.
L'épaisseur du matériau conducteur utilisé peut dépendre des propriétés du matériau conducteur, telles que sa capacité de transport de courant et la quantité d'élévation magnétique souhaitée. Un moteur en vol stationnaire particulier, en fonction de facteurs tels que la force du champ magnétique de sortie, la vitesse de déplacement du champ magnétique et la distance du moteur en stationnaire par rapport à la surface d'une piste, peut induire des courants de Foucault plus ou moins puissants suivre le matériel. Différents moteurs de survol peuvent être configurés pour générer différentes quantités d'ascenseurs et induire ainsi des courants de Foucault plus forts ou plus faibles.
La densité de courant associée aux courants de Foucault induits dans le matériau peut être maximale à la surface, puis décroître avec la distance qui le sépare de la surface. Dans un mode de réalisation, la densité de courant induite à la surface peut être de l'ordre de un à dix mille ampères par centimètre carré. Lorsque le matériau conducteur devient plus mince, il peut atteindre une épaisseur où la quantité de courant potentiellement induite par le moteur en vol stationnaire est supérieure à celle que le matériau conducteur peut contenir. À ce stade, la quantité de portance magnétique produite par le moteur en vol stationnaire peut chuter par rapport à la portance potentiellement générée si le matériau conducteur était plus épais. Cet effet est discuté plus en détail en ce qui concerne figure. 4C.
À mesure que l'épaisseur du matériau augmente, les courants induits deviennent de plus en plus petits à mesure que l'on s'éloigne de la surface. Après avoir atteint une certaine épaisseur, l’addition de matériau entraîne très peu de soulèvement supplémentaire. Pour les moteurs de vol stationnaire utilisés pour le hoverboard 12, des simulations ont montré qu’utiliser ½ pouce de cuivre ne produirait pas beaucoup plus de portance que l’utilisation de pouce de cuivre.
Pour le périphérique montré dans figure. 1, des simulations ont prédit que l’utilisation d’une feuille de cuivre de seulement 1/4 pouce réduirait considérablement la portance par rapport à l’utilisation d’un demi-pouce de cuivre. Dans divers modes de réalisation, la quantité de cuivre pouvant être utilisée varie en fonction de l'application. Par exemple, pour un modèle de hoverboard à petite échelle configuré pour transporter une poupée, une feuille de cuivre de pouce peut être plus que suffisante. Comme autre exemple, une piste avec une quantité plus fine de matériau conducteur peut conduire à une génération de portance moins efficace par rapport à une piste avec une quantité plus épaisse d'un matériau plus conducteur. Cependant, le coût du matériau conducteur peut être échangé contre l'efficacité de la génération d'ascenseur.
Un substrat 14 peut inclure une partie configurée pour supporter les courants de Foucault induits. De plus, il peut comprendre des parties utilisées pour ajouter un support mécanique ou de la rigidité, pour assurer un refroidissement et / ou pour permettre l’assemblage d’une partie de la piste. Par exemple, des tuyaux ou des ailettes peuvent être fournis qui sont configurés pour éliminer et / ou déplacer la chaleur vers un emplacement particulier. Dans un autre exemple, le substrat 14 peuvent être formés comme une pluralité de carreaux qui sont configurés pour s'interfacer les uns avec les autres. Dans un autre exemple encore, la partie du substrat 14 qui est utilisé pour supporter les courants de Foucault induits peut être relativement mince et des matériaux supplémentaires peuvent être ajoutés pour fournir un support structurel et une rigidité.
Dans divers modes de réalisation, la partie du substrat 14 utilisé pour supporter les courants de Foucault induits peut être relativement homogène dans la mesure où ses propriétés sont sensiblement homogènes en profondeur et d'un emplacement à l'autre. Par exemple, une feuille de métal solide, telle que de l'argent, du cuivre ou de l'aluminium, peut être considérée comme sensiblement homogène quant à ses propriétés en profondeur et d'un endroit à l'autre. Comme autre exemple, un matériau composite conducteur, tel qu'un polymère ou un composite, peut être utilisé lorsque les propriétés du matériau sont en moyenne relativement homogènes d'un endroit à l'autre et en profondeur.
Dans d’autres modes de réalisation, la partie du substrat 14 utilisé pour supporter les courants de Foucault induits peut varier en profondeur mais il peut être relativement homogène d’un endroit à l’autre. Par exemple, la partie du substrat 14 qui supporte les courants de Foucault peuvent être formés à partir d'un matériau de base qui est dopé avec un autre matériau. La quantité de dopage peut varier en profondeur de sorte que les propriétés du matériau varient en profondeur.
Dans d’autres modes de réalisation, la partie du substrat 14 qui supporte les courants de Foucault peuvent être formés à partir de couches de matériaux différents. Par exemple, un isolant électrique peut être utilisé entre des couches d'un matériau conducteur, telles que des couches de cuivre isolées les unes des autres. Dans un autre exemple, une ou plusieurs couches d'un matériau ferromagnétique peuvent être utilisées avec un ou plusieurs matériaux paramagnétiques ou diamagnétiques.
Dans un autre exemple encore, la surface du substrat 14 qui supporte les courants de Foucault peut inclure une structure de surface, telle que des fossettes surélevées ou enfoncées, qui affecte les courants de Foucault induits ou toute autre propriété matérielle. Ainsi, d’un site à l’autre, il peut y avoir de légères variations dans les propriétés du matériau, mais en moyenne sur une zone particulière, les propriétés du matériau peuvent être relativement homogènes d’un endroit à l’autre.
L’avantage d’avoir des propriétés matérielles relativement homogènes d’un endroit à l’autre est que la portance et la traînée générées en moyenne seront relativement les mêmes quelle que soit la direction de translation du hoverboard le long de la surface. Dans d’autres modes de réalisation, les propriétés du matériau peuvent varier d’un endroit à l’autre pour modifier les caractéristiques de portance et de traînée locales associées au hoverboard lorsqu’il se déplace dans une direction particulière. Les configurations dans lesquelles les propriétés des matériaux varient peuvent être utilisées pour mettre le coureur à l’épreuve et rendre le trajet plus intéressant. Par exemple, des dalles de propriétés matérielles différentes peuvent être liées, telles que des dalles de cuivre et d’aluminium, pour simuler un effet tel que des bosses en ski.
Dans un autre exemple, la piste peut être amincie à un certain endroit. L’effet d’une voie plus mince peut entraîner une chute de l’ascenseur local et une augmentation de la traînée. Les déséquilibres dans les forces de traînée générées par un STARM peuvent être utilisés pour générer des forces de translation qui propulsent un hoverboard. Ainsi, une augmentation locale de la traînée résultant d’un amincissement local de la partie du substrat 14 peut être utilisé pour fournir un boost de vitesse de translation en localisation. Cette augmentation de vitesse peut être utilisée avant une pente ascendante ou ascendante pour aider le hoverboard ou un autre type d'appareil de levage électromagnétique à gravir la pente.
Dans un mode de réalisation, une section, telle que 18, de la partie du substrat qui supporte les courants de Foucault induits peuvent être configurés pour tourner. La rotation de la section peut être entraînée par un moteur situé sous le substrat. Par exemple, un disque circulaire, dont le sommet affleure le haut du substrat environnant, peut être configuré pour tourner tandis que le substrat environnant reste dans une position fixe.
Comme on le verra plus en détail ci-dessous en ce qui concerne FIGUES. 2-4C, les propriétés des courants de Foucault induits dépendent du mouvement des aimants par rapport à la partie du substrat qui supporte les courants de Foucault induits. Ainsi, une modification du mouvement relatif entre les aimants et le substrat peut modifier les propriétés de portance et de traînée locales émises par un moteur en vol stationnaire. Par exemple, la rotation du substrat peut être utilisée pour améliorer localement la portance et la traînée ou pour réduire localement la portance et la traînée sur la partie du substrat en rotation.
Dans un mode de réalisation, une pluralité de sections du substrat peuvent être configurées pour tourner. La pluralité de sections peut être configurée pour s'aligner sur un ou plusieurs moteurs de survol d'un hoverboard, c'est-à-dire que le moteur de survol peut être placé sur le dessus de la section rotative. Par exemple, un hoverboard peut comprendre quatre moteurs en vol stationnaire et quatre sections de substrat rotatif peuvent être fournies pour être alignées avec les quatre moteurs. Dans un autre exemple, un hoverboard peut comprendre huit moteurs en vol stationnaire et quatre sections de substrat rotatif peuvent être fournies, lesquelles s'alignent avec seulement quatre des moteurs en vol stationnaire.
Une section de substrat en rotation peut être utilisée conjointement avec un moteur en vol stationnaire pendant une phase de démarrage où un moteur en vol stationnaire est au repos et son STARM ne tourne pas. Dans un mode de réalisation, le substrat en rotation peut être utilisé pour réduire le couple de traînée subi par le moteur lors du démarrage. Comme décrit plus en détail en ce qui concerne figure. 4AÀ partir du repos, la traînée peut augmenter avec l’augmentation du régime, atteindre un pic puis diminuer avec l’augmentation du régime. Comme décrit en ce qui concerne figure. 4B, la portance et la traînée diminuent de façon exponentielle à mesure que la distance entre le moteur en stationnaire et la surface du substrat augmente. Ainsi, le substrat en rotation peut être utilisé pour aider à surmonter les conditions de démarrage lorsque le régime est faible et que la traînée est élevée et / ou lorsque le moteur en vol stationnaire est proche de la surface et que la traînée est élevée.
Un avantage de cette approche est que cela peut réduire les exigences de couple associées au moteur. Les exigences de couple plus faibles peuvent permettre l'utilisation d'un moteur moins puissant. Un moteur moins puissant peut offrir plus de temps de vol car le moteur consomme moins d'énergie au démarrage et peut peser moins lourd.
Par exemple, une ou plusieurs sections rotatives du substrat peuvent être remontées dans une direction opposée à celle du moteur en vol stationnaire. Initialement, le moteur en vol stationnaire peut rester au repos. Dans un mode de réalisation, le substrat peut être mis en rotation suffisamment rapidement pour générer une portance, telle que remontée jusqu'au régime opérationnel du moteur en vol stationnaire. Ensuite, le moteur en vol stationnaire peut être mis en rotation pendant que le substrat est en rotation de telle sorte qu'un régime relatif constant soit maintenu entre le substrat qui supporte les courants de Foucault induits et les aimants dans le moteur en vol stationnaire. Lorsque le régime relatif constant sélectionné est supérieur au régime où se produit le couple de traînée maximal, le couple de traînée maximal subi par le moteur sera inférieur à celui obtenu s'il était filé sur une surface non rotative.
Si le substrat en rotation génère suffisamment d’élévation, le hoverboard s’élève à une hauteur donnée avant le démarrage du moteur. Comme décrit ci-dessus, le couple de traînée peut chuter de manière exponentielle avec la distance de la surface. Si le moteur en vol stationnaire est démarré après que la hauteur particulière a été atteinte, le couple maximal subi par le moteur en vol stationnaire aura diminué de manière exponentielle en fonction de la hauteur réelle atteinte.
Dans un mode de réalisation particulier, une enceinte peut être prévue autour d'une ou de plusieurs parties de substrat en rotation. Un hoverboard peut être placé dans l'enceinte et soulevé à la suite de la rotation du substrat, puis les moteurs de hoverboard peuvent être démarrés de sorte que la génération de la force de portance soit transférée du substrat en rotation aux moteurs en vol stationnaire. L'enceinte peut maintenir le hoverboard en position pendant ce processus. Ensuite, un coureur peut alors marcher sur le hoverboard et une extrémité de l’enceinte peut être ouverte pour permettre à l’hoverboard de quitter l’enceinte.
Le processus décrit ci-dessus peut être utilisé en sens inverse pour abaisser le hoverboard dans une position de repos. Tout d'abord, tout ou partie des forces de portance peuvent être transférées des moteurs en vol stationnaire au substrat en rotation en faisant tourner les moteurs en vol stationnaire tout en faisant tourner le substrat en rotation. Pendant ce processus, le hoverboard peut planer à une hauteur approximativement constante. Comme décrit ci-dessus, le transfert peut impliquer que le substrat rotatif génère la totalité ou une partie de la vitesse relative entre les aimants du moteur en vol stationnaire et le substrat. Ensuite, les moteurs en vol stationnaire, seuls ou en combinaison avec le substrat en rotation, peuvent être utilisés pour abaisser le vol en stationnaire jusqu'à une position sur le sol où les moteurs en vol stationnaire sont arrêtés.
Dans un mode de réalisation, un dispositif logique, tel qu'un processeur embarqué, sur le panneau survolant peut être configuré pour communiquer avec un dispositif logique qui contrôle la vitesse de rotation d'un ou de plusieurs tronçons ou substrat en rotation. Les périphériques peuvent communiquer pour permettre la génération d’un profil RPM relatif. Dans un mode de réalisation, le dispositif logique sur la carte survolée ou le dispositif logique contrôlant les sections de substrat en rotation peut être configuré pour commander temporairement les moteurs en vol stationnaire et les sections de substrat en rotation afin de mettre en œuvre un profil RPM relatif. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif logique peut être configuré pour échantillonner les vitesses de rotation des divers composants rotatifs et développer un profil RPM en temps réel.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif logique du hoverboard peut être configuré pour mettre en oeuvre des profils RPM de démarrage pour ses moteurs en vol stationnaire, ce profil étant mis en œuvre en réponse à la réception d'une commande d'un dispositif distant ou à la détection d'un actionnement d'un dispositif mécanique, tel que comme un interrupteur ou un bouton. Le dispositif logique contrôlant les sections rotatives du substrat peut également être configuré avec un ou plusieurs profils RPM de démarrage dans lesquels un profil de démarrage est mis en œuvre en réponse à la réception d'une commande d'un dispositif distant ou à la détection de l'actionnement d'un dispositif mécanique, tel que comme interrupteur ou bouton. Les sections de substrat hoverboard et en rotation peuvent chacune être commandées pour entrer dans un mode de démarrage dans un ordre quelconque afin de générer un profil de RPM relatif entre le hoverboard et la ou les sections du substrat en rotation.
Divers profils de taux de rotation relatifs peuvent être générés entre un moteur en vol stationnaire et une section de substrat en rotation. Ainsi, l'exemple consistant à faire tourner une section de substrat en rotation jusqu'à une vitesse de rotation opérationnelle du moteur en vol stationnaire tandis que le moteur en vol stationnaire reste au repos, puis à maintenir une vitesse de rotation relative constante entre les dispositifs lorsque le moteur en vol stationnaire tourne, est fourni aux fins suivantes: d’illustration seulement et n’est pas censé être limitatif. Par exemple, un moteur en vol stationnaire et un substrat rotatif peuvent être utilisés pour générer un profil de vitesse de rotation relative avec un pic supérieur à la vitesse de rotation opérationnelle du moteur en vol stationnaire. La vitesse de rotation relative maximale peut être d'abord générée, puis les dispositifs peuvent être contrôlés de sorte que la vitesse de rotation opérationnelle soit approchée d'en haut lorsque les vitesses de rotation de chaque dispositif sont ajustées.
Retournant vers figure. 1, la personne peut contrôler le hoverboard 12 en déplaçant leur poids et leur position sur le hoverboard. Le changement de poids peut changer l'orientation d'un ou de plusieurs moteurs en vol stationnaire 16 par rapport à la surface de la piste 14. L'orientation peut inclure une distance de chaque piste du moteur en vol stationnaire. L'orientation de chaque moteur en vol stationnaire, tel que 16, par rapport à la surface de la piste peut générer des forces parallèles à la surface. Further details, related to the orientation of a hover engine and the associated forces which are generated are described with respect to FIGUES. 5A, 5B, 6 et sept et 24 et 25.
In other embodiments, as described in more detail with respect to FIGUES. 9-15, mechanisms can be provided which allow the direct control of one or more hover engines separately from the other hover engines. The control mechanisms can be analog, digital or combinations thereof. An analog control mechanism can receive a user supplied force. In the mechanism, the user supplied force can be transferred to the hover engine such that the user supplied force affects an orientation of the hover engine. The orientation of the hover engine can cause a force to be generated in a particular direction.
Digital or analog controls can also be used to control operating parameters of a motor associated with the hover engine. In particular, the power received by the motor and its associated RPMs can be controlled. As is described with respect to figure. 4, the relative amount of lift and drag generated by a hover engine can be changed in response to a change in an RPM value associated with a hover engine. Next, examples of magnet arrangements, which can be used with a hover engine, are described with respect to FIGUES. 2 and 3.
FIGUES. 2 and 3 are illustrations of eddy currents generated on a conductive plate in response to arrangements of magnets rotated above the plates. The conductive plate is the portion of the substrate which is configured to support induced eddy currents. The eddy currents and associated forces which are generated were simulated using Ansys Maxwell 3D (Canonsburg, Pa.). In each of the simulations, an arrangement of magnets is rotated at 1500 RPM at ½ inches height above copper plates 56 et 64, respectivement. The copper plates are modeled as ½ inch thick. The plate is modeled as being homogeneous in depth and from location to location. The width and length of the plate is selected such that edge effects that can occur when a STARM induces eddy currents near the edge of the plate are minimal.
Dans figure. 2, eight one inched cube magnets, such as 50, are arranged with an inner edge about two inches from the z axis. The magnets are modeled as embedded in an aluminum frame 52. The arrow head indicates the north pole of the magnets. The polarities of four of the magnets are perpendicular to the z axis. The open circle indicates a north pole of a magnet and circle with an x indicates a south pole of a magnet. A polarity pattern involving four magnets is repeated twice.
For a given number of magnets of a particular cubic size, the distance from the z axis of the face of the magnets can be adjusted such that the magnet's edges are touching or are a small distance apart. With this example using eight magnets, an octagon shape would be formed. A configuration of twenty one inch cube magnets arranged around a circle with the polarity pattern shown in figure. 2 repeated five times is described with respect to FIGUES. 8A and 8B. The inner edge of this arrangement of magnets is about 3.75 inches from the rotational axis.
A combination of rectangular and triangular shaped magnets can also be used for this purpose. For example, triangular magnets can be placed between the cubic magnets shown in figure. 2. In one embodiment, the polarity pattern for groups of four trapezoidal magnets or combinations of rectangular and triangular magnets can be similar to what is shown in figure. 2.
When the arrangement of eight magnets is rotated above the copper plate, eddy currents are induced in the copper. In the example of figure. 2, the simulation indicates four circular eddy currents 56 are generated. The four eddy currents circle in alternating directions and are approximately centered beneath the circulating magnets. A current circulating in a circular coil generates a magnetic field which looks like a magnetic field of a bar magnet where the orientation (north/south) depends on the direction of the current. The strength of the magnetic field which is generated depends on the area of the circular coil and the amount of current flowing through the coil.
Dans figure. 3, a three row by five column array of one inch cube magnets, such as 60, is rotated above a copper plate. The magnets are modeled as surrounded by an aluminum frame 62. The magnets in this example are configured to touch one another. A magnet pattern for each row of five magnets is shown. In alternate embodiment, a five magnet pattern of open circle, left arrow (pointing to open circle), circle with an “x”, right arrow (pointing away from circle with an x) and open circle can be used. This compares to the left arrow, circle with an “x”, left arrow, open circle and right arrow pattern shown in the Figure.
The magnet pattern is the same for each row and the magnet polarity is the same for each column. In various embodiments, a magnet array can include one or more rows. For example, a magnet array including only one row of the pattern shown in figure. 3 can be used.
In the example of figure. 3, two eddy currents, 66, are generated under the magnet array and two eddy currents 70 et 68 are formed ahead and behind the array. These eddy currents move with the array as the array rotates around the plate. As the array is moved over the plate 64, eddy currents, such as 72 spin off. The eddy currents 66, 68 et 70 generate magnetic fields which can cause magnetic lift and drag on the array. When two of these types of arrays placed close to one another, the simulations indicated that the eddy current induced from one array could merge with the eddy current induced from the other array. This effect diminished as the arrays were spaced farther apart.
In the examples of FIGUES. 2 and 3, the simulations indicated that more lift force was generated per magnet in the configuration of figure. 3 as compared to figure. 2. Part of this result is attributed to the fact that a portion of the magnets in figure. 3 is at a greater radius than the magnets in figure. 2. For a constant RPM, a greater radius results in a greater speed of the magnet relative to the conductive plate which can result in more lift. If it is desirable to arrange the magnets around a motor as shown in FIGUES. 8A and 8B and use a disk of smallest diameter, then the configuration in figure. 2 is more suitable. Thus, in some embodiments, it may be desirable to trade lift generating efficiency for packing efficiency when selecting an arrangement of magnets to utilize.
Dans FIGUES. 2 and 3, a portion of the magnet poles in the magnet polarity pattern are aligned such that the poles are parallel to an axis of rotation of the STARM (The poles labeled with “x” or “o” in the Figures). When the bottom of a STARM is parallel to a surface which supports the induced eddy currents, the portion of the magnet poles and the axis of rotation are approximately perpendicular to the surface. In an alternate embodiment, as described in more detail with respect to FIGUES. 24 and 25, the portion of the magnet poles in FIGUES. 2 and 3 which are substantially parallel to the rotation axis can be rotated ninety degrees inwards or outwards such the magnet poles become perpendicular to the axis of rotation.
In this configuration, to interact with a surface, a STARM can be rotated on its side, like a tire riding on a road, where the axis of rotation is approximately parallel to the surface. In particular embodiments, a mechanism, such as an actuator, can be provided which can dynamically rotates one or more of the magnet poles (again, “x” and “o” labeled magnets) during operation. For example, the magnet poles shown in FIGUES. 2 and 3 may be rotatable such that they can be moved from an orientation where they are perpendicular to the surface as shown in FIGUES. 2 and 3 to an orientation where they are parallel to the surface and back again. When the magnets are turned in this manner, the amount of lift and drag which are generated can be reduced. In additional embodiments, fixed magnet configurations can be utilized where the magnet poles shown in FIGUES. 2 and 3 are rotated by some angle between zero and ninety degrees relative to their orientation in the FIGUES. 2 and 3.
figure. 4A includes a plot 100 of lift 106 and drag 108 curves associated with an arrangement of rotating magnets in accordance with the described embodiments. The curves are force 102 versus rotational velocity 104. The curves can be determined via experimental measurements and/or simulations. It is noted the magnetic lift and drag is separate from any aerodynamic lift and drag which may be associated with the rotation of magnet arrangement associated with hover engine.
Although not shown, an amount of torque can be determined and plotted. As shown in figure. 2, an array of magnets can be radially symmetric. In some instances, such as when a radially symmetric array is parallel to the conductive substrate, the net drag force may be zero. Nevertheless, a torque which opposes the rotation of the array is generated. The rotational input from a motor can be used to overcome the torque.
As shown in figure. 4A, the magnetic drag increases as velocity increases, reaches a peak and then starts to decrease with velocity. Whereas, the magnetic lift increases with velocity. The velocity can be the velocity of the magnets relative to the surface which induces the eddy. When the magnets are rotating, this velocity is product of a distance from the axis of rotation times the angular velocity. The velocity can vary across a face of a magnet as distance from the axis of rotation varies across the face of the magnet.
In various simulations of a magnet configuration shown in figure. 3, the most drag was observed to occur between 250 and 350 RPM. However, the amount of drag including its peak can depends on such variables as the size and the shape of the magnets, a distance of the magnets from the substrate in which the eddy currents are induced, a speed of the magnets relative to the substrate which changes as a function of radius and a thickness of the substrate and a strength of the magnets. Also, for an arrangement of a plurality of magnets, the arrangement of their poles and spacing relative to one another can affect both the lift and drag, which is generated. Thus, the value range is provided for the purposes of illustration only.
figure. 4B is a plot of force 102 associated with an arrangement of rotating magnets as a function of distance 110 from a conductive substrate. In this example, a configuration of magnets similar to shown in figure. 3 was simulated. The plot is based upon a number of simulations at a constant RPM. The lift appears to follow an exponential decay curve as the distance from the surface 110 augmente.
figure. 4C is a plot of lift curves associated with an arrangement of rotating magnets as a function a thickness of a conductive substrate and RPM. In this example, a configuration similar to what is shown in figure. 3 was used. The conductive substrate is copper and thickness of the copper is varied between 0.05 and 0.5 inches in the simulation.
FIGUES. 5A and 5B are block diagrams illustrating hovering and propulsive effects from rotating arrangements of magnets. Dans figure. 5A, a motor 122 is coupled to a STARM 124. The rotatable components with magnets can be referred as a STARM (STator and ARMature). The motor 122 and STARM can be used as part of a hover engine.
The STARM 124 is coupled to the motor 122 and the motor 122 is coupled to a rotatable member 128. The rotatable member 128 is coupled to anchors 126 une et 126 b. The combination of the rotatable member 128 and the anchors 126 une et 126 b can be configured to constrain a range of rotation of the rotatable member. For example, the rotatable member 128 may be allowed to rotate through some angle range 134 around its axis.
In the example of figure. 5A, the STARM 124 is approximately parallel to the substrate 136. The magnetic drag, such as 132 une et 132 b, opposes the rotation of the STARM 124. The motor 122 is configured to rotate in the clockwise direction 130. Thus, the drag torque is in the counter clockwise direction. Power is supplied to the motor 122 to overcome the drag torque.
When the STARM is parallel to the substrate 136, the magnetic drag is balanced on all sides of the STARM 124. Thus, there is no net translational force resulting from the magnetic drag. As is described with respect to figure. 5B, a net translational force is generated when the STARM 124 is tilted relative to the substrate.
Dans figure. 5B, the STARM 124 is in a titled position 140. Thus, one side of the side of STARM 124 is closer to the substrate 136 and one side of the STARM 124 is farther away from the substrate 136. The magnetic interaction between the magnets in the STARM 124 and substrate decreases as a distance between the magnets in the STARM and substrate 136 augmente. Thus, in tilted position 140, the drag force 138 b is increased on one side of the STARM 124 and the drag force 138 une is reduced on the opposite side of the STARM 124 as shown in figure. 5B. The drag force imbalance creates traction, which causes a translational force to be generated approximately in the direction of the axis of rotation of the rotational member 128.
Returning to FIGUES. 5A and 5B the amount of tilt in a particular direction can affect the amount of force imbalance and hence the magnitude of the acceleration. Because the magnetic drag is function of the distance of the magnets from the substrate, the magnetic drag increases on the side closer to substrate and decreases on the side father away from the substrate. As the magnetic forces vary non-linearly with the distance of the magnets from the surface, the amount of translational forces which are generated may vary non-linearly with the tilt position of the STARM.
With respect to FIGUES. 6-25, a number of configurations of a hoverboard with hover engines are described. In particular, hover engine configurations and their integration into a hoverboard system are described. In addition, a number of different mechanisms, which enable a force to be transferred to a hover engine to cause an orientation of the hover engine to change, are described.
figure. 6 is a bottom view of a hoverboard 200 with hover engines with mechanisms which provide for tilting along a specified axis. The hover engines are coupled to a support structure 202. In one embodiment, the support structure 200 may also be used to provide a rider platform. The hoverboard 200 includes four hover engines, such as 206. The hover engines each include a motor (not shown) and a STARM 204.
In a particular embodiment, to provide an ability of a rider to control forces on the hoverboard, the hoverboard can include one or more hover engines each with a tilt mechanism which allows the hover engines to be tilted in response to an input force generated by the rider. As described above, the input force can be used as part of an analog or digital control system. Additional details of different tilt mechanisms are described with respect to figure. 9-21. Alternate embodiments, where the orientation of the hover engines on the hoverboard are fixed, are described with respect to FIGUES. 22A-25.
In the example of figure. 6, tilt axes, such as 216, are shown through each STARM, such as 204. A mechanism is provided which tilts each STARM about at least one axis. As described with respect to figure. 14, a mechanism can be provided which allows a tilt of the STARM about multiple axes. Thus, the example in figure. 6 is provided for illustrative purposes only.
Dans figure. 6, the tilt axes, 216, are configured to provide lateral spin control. When a rider shifts their weight to one of the corners, the hoverboard 200 can tend to keep moving in the direction where the rider shifted their weight which can cause the board to slide out from underneath the rider. The tilt mechanism can be configured to generate a force, such as 218, which negates this effect. Thus, the rider may continue to more easily ride board without falling off.
In the example of figure. 6, the forces, such as 218, which result from a tilt of a hover engine, are shown approximately perpendicular to a side of the hoverboard 200 and parallel to the tilt axes, such as 216. Further, the tilt axes are all parallel to one another. In various embodiments, the tilt axes don't have to be orientated in this manner, such as perpendicular to a side of the hoverboard 202 or all parallel to one another and this example is provided for illustrative purposes only. Thus, the tilt axis can be position at various angles relative to one another and the hoverboard 200.
The tilt mechanisms can be coupled to the hover engine, such that the amount of force and the direction of the force can be varied over a range. For example, the tilt mechanism can be configured to cause a force 218 which is only toward the vehicle in a range of zero to some maximum value. In another embodiment, the tilt mechanism can be configured to generate a force which can be directed toward the vehicle or outward from the vehicle where the maximum value in each direction may be substantially equal or the maximum value in one direction may be greater than the other direction. In yet another embodiment, which is described with respect to figure. sept as follows, the tilt mechanism can be configured to generate a force which is between a minimum value greater than zero and a maximum value.
figure. sept is a side view of a hover engine 230 coupled to a tilt mechanism in a tilt position. The hover engine includes a motor 122 and a STARM 124 which are positioned over the substrate 136. In one embodiment, the mechanism can include a minimum tilt off set angle 234. The minimum tilt off set angle 234 in this example is between the horizontal and line 232. The tilt range angle 236 is the angle amount through which the hover engine may rotate starting at the minimum tilt off set angle 234. The tilt mechanism can include one or more structures which constrain the motion of the tilt mechanism to the tilt angle range.
In some embodiments, the net minimum force generated by one hover engine can be balanced in some manner via translational forces associated with other hover engines. For example, as shown in figure. 6, two hover engines can be tilted to generate forces in opposite directions to cancel one another. Thus, although the net force for a single hover engine may be greater than zero at its minimum tilt off set angle position, it can be balanced by forces generated from another STARM such that the net force acting on the hoverboard is zero.
figure. 8A is a perspective view of a STARM 400. The STARM 400 is 10 inches in diameter. In various embodiments, the STARMs used on a hoverboard can be between four and fourteen inches in diameter. The STARM includes a raised outer ring 405. A distance from a bottom of the STARM 400 to a top of the outer ring is about 1.13 inches. This height allows one inch cubed magnets to be accommodated. In one embodiment, twenty one inch cube magnets are arranged within the outer ring. In particular embodiments, the volume of magnets on the hoverboard, which can be distributed among one or more STARMS, can be between thirty and eighty cubic inches.
In one embodiment, the STARM 400 including the outer ring 405 can be formed from a number of layers, 402, 408, 410, 412, 404 et 414, from top to bottom, respectively. Layers 402 et 414 form a cover over the top and bottom portions of the magnets in the outer ring. In one embodiment, layers 402 et 408 are about 0.065 of an inch thick. In alternate embodiment, one or both of layers 402 et 408 can be eliminated. In one embodiment, the top and bottom layers can be formed from a material such as aluminum. In another embodiment, the top layer 402 can be formed from a material with magnetic properties, such as mu-metal, iron or nickel.
One or more layers can include apertures, such as 416, that allow fasteners to be inserted. The fasteners can secure the layers together. In another embodiment, an adhesive can be used to secure one or more of the layers to one another. In alternate embodiment, the layers 404, 408, 410 et 412 can be formed as a single piece.
figure. 8B is a side view of STARM 420 with an embedded motor 422. The cross sections of two magnets, 415, are shown within the outer ring 405. The top of the magnets is flush with the outer top of layer 408 and the bottom of the magnets is flush with the bottom of layer 404. In various embodiments, the STARM 420 can be configured to receive magnets between 0.5 and 2.5 inches of height.
In various embodiments, the windings can be configured to rotate while the magnets remain stationary or the magnets can be configured to rotate while the windings remain stationary. An interface, such as a shaft, can be provided which couples the rotating portion of the motor to the STARM 400. Dans figure. 8A, the STARM 400 is configured to interface with the motor at 406.
In a particular embodiment, the core of the motor 422 can be stationary where both the magnets associated with the motor and the magnets associated with the STARM rotate around the stationary core. One non-rotating support structure can extend from the core which allows the motor and STARM to be coupled to the hoverboard. A second non-rotating support structure can extend from the core which provides support to a portion of a shroud which is interposed between a bottom of STARM and the substrate which supports the induced eddy currents (see figure. 8C). As is described in more detail with respect to FIGUES. 17A-17E, various shroud configurations may be used to surround a STARM.
The arrangement of magnets in the motor 422 can include poles which are substantially perpendicular to the axis of rotation of the motor (often referred to as a concentric electric motor) or can include poles which are substantially parallel to the axis of rotation of the motor (often referred to as an axial electric motor). In one embodiment, a winding configuration, such as the winding configuration associated with an axial motor, can be used to induce eddy currents in a substrate. In these embodiments, there are no rotating parts and the STARM and the magnets associated with an electric motor are eliminated. As part of a hover engine, the windings can be tilted relative to a hoverboard to generate control forces in a manner previously described above with respect to FIGUES. 5A and 5B.
As an example, the motor 422 can include an outer ring configured to rotate. The STARM 400 can mounted be to the outer ring of the motor 422 instead of to a shaft extending from the center of the motor. This type of motor design can be referred to as an outboard design. This feature may allow the portion of layers 404 et 412 within the inner radius 424 of the outer ring 405 to be removed such that the bottom of the motor is closer to the bottom of the outer ring 405. One advantage of this approach is that the overall height of the STARM 420 and motor 422 may be reduced.
In a particular embodiment, the outer ring 430 of the motor and the outer ring 405 of the STARM may be formed as an integrated unit. For example, the outer ring of the motor 422 can have a layer extending outwards from the side 430. The layer extending from the side 430 can include a number of apertures through which magnets can be inserted. Optionally, one or more layers with apertures, such as 408, 410 et 412, can be placed over the magnets.
figure. 8C is a side view of a hover engine 450 having a STARM 465 integrated with a motor in accordance. The hover engine 450 includes a stationary core 456 with windings configured to interact with magnets 460 to rotate the magnets. The core is attached to the support structure 464. The support structure 464 can provide a first interface to attach the hover engine to a hover board. In addition, the support structure 464 can be coupled to a housing 452 which surrounds both motor and the STARM 465. The support structure 464 may be used to help maintain a gap between the bottom of the STARM 465 and the housing 452.
The STARM 465 includes a structure 458 surrounds the magnets 454. As described above, the structure 462 surrounding magnets 460 and the structure 458 surrounding magnets 454 can be formed as a single piece. The magnets 454 et 460 may be shaped differently and have different sizes relative to one another.
FIGUES. 9, dix et 11 are a bottom, top and side view of a battery powered hoverboard 300. Dans figure. dix, the hoverboard 300 includes four hover engines, 304 une, 304 b, 304 c et 304 ré. The hover engines are of equal size and identical to one other, i.e., similar motor, number of magnets, STARM diameter, etc. In alternate embodiments, additional or less hover engines can be provided where the size of the hover engines may vary from hover engine to hover engine.
As described above, a total magnet weight and volume can vary from STARM to STARM mounted to hoverboard. For example, hover engines, 304 b et 304 ré, may each have STARMs with twenty one inch cube magnets and hover engines, 304 une et 304 c, may each have STARMs with twelve one inch cube magnets. In this embodiment, the STARMs are mounted beneath the motor as compared to within a center of the STARM as shown in figure. 8B.
The hover engines each have a shroud, such as 318. The shroud 318 partially encloses the STARM, such that a bottom of the STARM is exposed. A tilt mechanism 312 is coupled to the shroud 318 of each hover engine. The tilt mechanism 312 is coupled to a pivot arm 310. The hover engines 304 une, 304 b, 304 c et 304 ré are suspended beneath a support structure 302.
The sixteen batteries are wired together in four groups of four batteries and each coupled to motor electronic speed controllers, such as 306 une et 306 b via connectors 316 une et 316 b to four adjacent battery packs. Connectors 316 c et 316 ré each connect to four batteries and to a motor electronic speed controllers, 306 c et 306 ré, which are stacked behind, 306 une et 306 b (see figure. 11). The wire connections for the batteries are not shown. The batteries are wired in series in this example to provide up to about 60 V to the electronic speed controllers.
The motor electronic speed controllers, 306 une, 306 b, 306 c et 306 ré are coupled to each of the four motors via wire bundles 308 une, 308 b, 308 c et 308 ré. The electronic speed controllers are stacked on top of one another. Hence, electronic speed controllers 306 c et 306 ré are not visible in figure. 9 (instead see figure. 11).
In one embodiment, each electronic speed controller can be coupled to a number of Lithium Polymer batteries, such as four to fourteen cells. Dans figure. 9, four battery backs are shown coupled to each controller to provide up to sixty Volts. Electronic speed controllers are normally rated according to maximum current, for example, 25 amperes. Generally, the weight of the electronic speed controller increases as the maximum current capacity increases. Many modern electronic speed controllers can support nickel metal hydride, lithium ion polymer and lithium iron phosphate batteries with a range of input and cut-off voltages.
figure. dix is a top view 330 of the hoverboard. The hover engines are suspended beneath the central support structure 302 as described above with respect to figure. 9. The shrouds, such as 318, of the hover engines extend slightly beyond an edge of the support structure 302. The shrouds can be made strong enough to support a weight of a person without impinging any underlying parts, such as a rotating STARM.
A rider platform 332 is mounted above the support structure. The top of the rider platform 332 may substantially flat, i.e., a minimal amount of protuberances. The protuberances may be minimized to allow a rider to move around the rider platform without tripping. Although, as described below, the rider platform may be configured to bend and flex and hence may be curved. In one embodiment, the rider platform may include foot straps for securing a rider's feet in place. In various embodiments, the rider platform 332 and the support structure can be formed as a single integrated unit (e.g., see FIGUES. 22A-22D).
figure. 11 is a side view 350 of a hoverboard. As can be seen in the figure. 11 all of the components need to operate the hover engines, such as the batteries and speed controls are suspended from the bottom of support structure 302 and packaged below a height of the bottom of the hover engine. As described above, the height of the hoverboard from the bottom of the hover engine to the top of the rider platform is about 4.5 inches Thinner designs are possible and this example is provided for the purposes of illustration only.
In this embodiment, the rider platform 332 is supported at the ends and coupled to the structure 302 via members 374 une et 374 b. This configuration allows the rider platform 332 to bend in the middle, such as when weight is applied at location 354 et 356 above the pivot arms, such as 310. In an alternate embodiment, the rider platform may be supported by a member, which bisects it lengthwise. Then, the rider platform 332 may be bent on either side of this central member when weight is applied.
The hover engine shrouds are coupled to a hinge mechanism 372. The hinge mechanism 372 hangs from the support structure 302. The hinge mechanism provides for rotation about one axis. Some examples of hinge mechanisms which may be utilized include but are not limited to a butt hinge, a barrel hinge, a flush hinge, a continuous hinge, a pivot hinge, a coiled spring pin hinge and self-closing hinges. A gap is provided beneath the hinge mechanism, the gap allows wires 308 une from the speed controller 310 to reach the motor encircled by the shroud 318. In alternate embodiments, the shroud can include one or more apertures which allow wires to be passed to the motor.
In this example, the hinges allow each hover engine to rotate through some angle, such as 366 et 369, about one rotational axis. As described with respect to figure. 14, joints which allow for more rotational degrees of freedom are possible and this example is provided for the purposes of illustration only. The bottom of the shrouds, such as 318, when tilted is illustrated by the dashed line 362 et 364. The tilt angles 358 et 360 are defined as the angle between the shrouds are horizontal and the bottom of the shrouds when tilted as indicated by lines 362 et 364.
In one embodiment, the hover engines can be configured to tilt up to ten degrees in one direction. In operation, when the weight is removed from locations 354 et 356, the rider platform 332 may unbend and the shrouds may return to a first position. When weight is added, the rider platform may flex by some amount at each location and the shrouds may each tilt by some amount.
As described above, the amount of tilt associated with each hover engine may be constrained. Further, the amount of tilt doesn't have to be same for each hover engine. For example, one hover engine can be allowed to rotate up to ten degrees while a second hover engine can be allowed to rotate up to only five degrees. In particular embodiments, a hover engine can be configured to rotate through up to 10 degrees, up to 20 degrees or up to 30 degrees of total rotation. The rotation directions 366 et 368 are shown for each hover engine. In one embodiment, each hover engine is allowed to rotate in only one direction. In another embodiment, a hover engine may be allowed to rotate in two directions, such as angles of plus or minus ten degrees past the horizontal. In this embodiment, a different mechanical linkage would be needed, such as a second pivot arm coupled to the shroud (see e.g., figure. 15).
FIGUES. 12 and 13 are a perspective view and side view of a hoverboard 500 with four hover engines 506 coupled to struts 504. A rider platform 502 is coupled to the struts 504 and four pivot arms 508. The rider platform 502 is coupled to support member 516 via connector 514. The support member 518 is coupled to the struts 504 via connector 518.
FIGUES. 14, 15 et 16 show some embodiments involving manual STARM control. En particulier, FIGUES. 14, 15 et 16 are illustrations of a hover engine coupled, respectively, to a lever arm, foot pedals and reins. These controls might be used in combination with the previously described hoverboards.
Dans figure. 14, a lever arm 602 is coupled to a motor/STARM via a ball joint 606. When hovering, a movement of the lever arm 602 from side to side can cause the STARM 610, which includes an arrangement of magnets 612, to tilt relative to a conductive surface such that a vehicle including the hover engine moves forward and backward. The amount of side to side tilt can affect the speed at which a vehicle moves in these directions. A movement from front to back can cause the STARM 610 to tilt such that the vehicle moves either left or right. A combination of a left or right movement and a front or back movement of the lever 602 can tilt the STARM such that the vehicle moves in various directions along different lines. A change in the lever direction as a function of time can change the direction vector of the force which is generated as a function of time and hence the vehicle can move along an approximately curved path.
In various embodiments, a mechanical linkage can be used which causes one or more hover engines to be tilted in response to a movement of the lever arm 602. For example, two hover engines can be coupled to a common rotational member such that both hover engines are rotated in response to a torque applied to the rotational member (see e.g., figure. 20). In addition, as described above, digital controls can be used where a movement of the lever arm 602 is detected by one or more sensors. The sensor data can be received in an on-board processor. Based such factors, as an amount movement, a direction of movement and a rate of movement of the lever arm 602 and other factors, such as a current orientation and direction of motion of the vehicle, the on-board processor can generate one or more commands. The commands can be sent to one or more actuators via wired or wireless communications. The actuators can include logic devices (e.g., controllers) which enable communications with the on-board processor and interpreting of commands from on-board processor.
figure. 15 shows foot pedals, 652, which can be used to tilt hover engine including a motor 662 and a STARM 664. When one foot pedal, 652, is pressed downwards, the STARM 664 can generate a force, perpendicular to the page, which can cause the vehicle to move forward. When the other foot pedal is pressed downwards, the STARM 664 can generate a force, which can cause the vehicle to move backwards. The amount each pedal is depressed can be used to control a speed of the vehicle in a particular direction. When a first pedal is pressed to move the vehicle in one direction, removing pressure from the first pedal and applying pressure to the second pedal can act as a brake to slow the vehicle.
A mechanism is provided with each foot pedal which generates a restoring force. It can also be used to affect how much force needs to be applied to a pedal to move the pedal. Further, the mechanism can limit how far the pedal can move. Dans figure. 15, the mechanism is represented as a spring. The mechanism can generate a force which is approximately linear and/or non-linear with the amount of displacement of the foot pedal. In particular embodiments, one or more mechanisms which generate a restoring force can also be used with the lever arm shown in figure. 14. Again, as described above, one or more foot pedals can be used as part of a digital control system.
figure. 16 is an illustration of a hover engine coupled to reins 672 et 674. The reins, 672 et 674, are attached to a housing via connection points 680 et 682. A force, such as 676 et 678, can be applied one at a time or simultaneously to change a tilt angle of the STARM 664. When one or both reins are not in tension, then no force is applied to the hover engine including motor 662 and STARM 664.
In another embodiment, the mechanism can be resistant to movement such that the STARM 664 remains in place at a particular orientation after it is moved. For example, the ball joint 656 or other hinge mechanism can be formed with sufficient internal friction to hold the STARM 664 in position. In this embodiment, a first combination of forces can be applied to the reins, 672 et 674, to move the STARM 664 to a first orientation where it remains in place in the absence of an externally applied force. To move the STARM 664 to a second orientation, a second combination of forces can be applied via the reins 672 et 674.
FIGUES. 17A to 17E are illustrations of shroud configurations for a hover engine 706. The hover engines each include a motor 702 and a STARM 704 which rotates in direction 712. The motor 702 and STARM 704 are configured to rotate 708 about rotation axis 710.
Dans FIGUES. 9, dix et 11, the shroud extended around the sides of the STARM such that the bottom of the shroud was parallel to or extended slightly past the bottom of the STARM. In this embodiment, the bottom of the STARM is exposed. Dans figure. 17A, a shroud 714 extends beneath the STARM 704 and partially covers a bottom of the STARM. The lip portion which extends beneath the STARM can prevent debris from entering the side of the STARM. In addition, the bottom portion can provide a minimum stand-off from a substrate which supports the induced eddy current. During start-up, the minimum stand-off can reduce a maximum amount of drag torque which is generated because the drag torque decreases exponentially with a distance from the substrate (e.g., see figure. 4B).
Dans figure. 17B, a bottom portion 718 of the shroud 714 completely encloses a bottom of the STARM 704. In one embodiment, the shroud 714 can include apertures which allow air to enter and exit the shroud 714. The air flow may be used to provide a heat exchange mechanism for the STARM. The STARM may include fins to increase air flow within an enclosure. Further, aperture locations may be selected to increase air flow through the enclosure. The apertures may be covered with a mesh to prevent debris from entering the enclosure.
Dans FIGUES. 17A and 17B, the motor 702, the STARM 704 and shroud may be tiltable as a unit. Dans figure. 11, the motor, STARM and shroud are also tiltable as a unit. In other embodiments, as described as follows with respect to FIGUES. 17C and 17D, the motor 702 and STARM 704 are tiltable as a unit while the shroud 714 remains in a fixed position.
Dans figure. 17C, the motor 702 and STARM 704 are configured to tilt about axis 710 while shroud 714 remains fixed. The bottom of the shroud 714 is open and doesn't include a lip portion as shown in figure. 17A to allow the STARM to tilt past the horizontal. The inner sides of the shroud 714 are curved accommodate the rotation of the STARM.
Dans figure. 17D, a bottom portion 720 of the shroud 714 is provided which doesn't rotate with the STARM in direction 712. To allow 720 not to rotate with STARM 704, it can be mounted to a static portion 718 which extends through STARM 704. However, the bottom portion 720 is configured to tilt as the motor 702 et 704 tilt.
Dans figure. 17E, a two part shroud is used. A first portion of the shroud 714 extends down the sides of the motor 702 and STARM 704. The first portion 714 is open and doesn't tilt with the motor 702 and STARM 704 or rotate with STARM 704. A second portion 724 of the shroud is mounted to bottom of STARM. The second portion 724 is configured to tilt with the motor 702 and STARM 704 and rotate with the STARM 704.
Dans FIGUES. 17C, 17D and 17E, an actuator can be used to tilt the motor 702 and STARM 704. In one embodiment, the actuator may be located outside the shroud. The shroud can include one or more apertures which allow a mechanical linkage to extend from actuator and into the shroud. The mechanical linkage can be used to transfer a torque from the actuator to rotate the motor and the STARM.
Next, shroud configurations are described where the shroud is tiltable and also forms a portion of the rider platform. FIGUES. 18A to 18D are illustrations of examples of shroud configurations for a hover engine where a top of the shroud forms a portion of the rider platform. A rider may be able to directly step on a portion of the shroud to tilt the shroud, motor and STARM as a unit which causes a translational force to be generated.
Dans figure. 18A, a rider plate platform including three portions 800, 802 et 804 is provided. The second portion 804 is part of a shroud which is coupled to a motor and STARM (not shown). A structural member 810 extends from the first portion 800 and through the shroud 804. The third portion 802 of the rider platform 802 is coupled to the structural member 810. In this embodiment, the first portion 800 and the third portion 802 are configured to move as unit. In alternate embodiments, structure can extend around one or both of sides of second portion 804 such that first portion 800 and the second portion 802 are joined with one another to extend around all or a portion of the circumference of second portion 804.
In one embodiment, in a first position, the top surface of 804 is substantially parallel to the adjacent top surfaces of 800 et 804 across gap 816 such that a continuous surface is formed. In another embodiment, in the first position, the top surface of 804 can be slightly above the adjacent top surfaces of 800 et 802. The discontinuity between the surfaces may allow a rider to detect a position of their foot relative to the top surface 804 and portions 802 et 804.
A force can be applied on the top surface of 804 to cause it to tilt about axis 808. The direction of tilt depends on which side of tilt axis 808 a net force is provided as forces from a source, such as a rider's foot, can be distributed across the top surface. Upon tilting, a portion of the top surface of 804 rises above an adjacent top surface of 800 et 802 and a portion of the top surface of 804 sinks below an adjacent top surface of 800 et 802. This tilt can cause a translational force to be generated where the magnitude of the force depends on the magnitude of the tilt angle, the direction of the tilt, as well as the overall orientation of the hoverboard relative to the substrate which supports the eddy currents. The direction of the tilt can affect the direction in which a translation force is generated.
As an example, flexible membranes 812 et 814 can be attached to surfaces 800 et 802. The membranes are shown over the top of portion 804. In other embodiments, membranes can be located on the sides of portion 804 or run beneath portion 804. The attachment points for the membranes can also be on the sides of portion 800 et 802 or on a bottom surface of 800 et 802.
In one embodiment, membranes 812 et 814 may be only attached to 800 et 802 such that when portion 804 is tilted in a particular direction only one of membranes 812 et 814 is stretched. The membrane which is not stretched doesn't generate a restoring force. In another embodiment, one or both of membranes 812 et 814 are attached, such as glued or fastened, to portion 804. For the membranes attached to portion 804, the membranes are stretched when the top portion is rotated past the horizontal in either direction.
In various embodiments, to accommodate rider preferences, the width or thickness of membranes 812 et 814 can be adjusted to increase the amount of force required to stretch. Further, membranes don't have to be of equal thickness or width (e.g., see figure. 21). Thus, more energy may be required to tilt 804 in one direction versus the opposite direction.
In another embodiment, a single membrane can be used. When an equal amount of membrane is placed on either side of axis 808, the amount of energy required to tilt 804 from the horizontal in either direction can be equal. When more membrane is placed on one side of axis 808 than the other, more energy can be required to tilt 804 in one direction versus the opposite direction. The membranes don't have to stretch across the entire top of 804 de 800 à 802. For example, membranes can be attached which span gap 816 and are anchored to portions 800 et 804 and/or are anchored to portions 802 et 804.
Dans figure. 18B, a rider platform is formed from the top surfaces of structure 820, member 824 and hover engine 822. The member 824 is anchored and can be integrated with board 820. Hover engine 822 is coupled to member 824 with a gap 812 between board 820 and hover engine 822. The gap 812 enables the board 820 and the hover engine rotate relative to one another.
Dans FIGUES. 18A and 18B, a single hover engine is shown. In other embodiments, the top surfaces from a plurality of hover engines can form a portion of a rider platform (see, e.g. figure. 20). For example, in figure. 18B, hover engine 822 may be reduced in diameter relative to the size of the board 820 and moved closer to side 826 of board 820 to allow two hover engines to be placed side by side. In this example, the tilt axes of each hover engine associated with the tilt mechanisms can be parallel to one another. In another embodiment, each of the two hover engines can be coupled to board 820 such that the tilt axes are non-parallel to one another. In this example, the two hover engines can be configured to have the same or a different range of tilt angle.
Dans FIGUES. 18C and 18D, boards 830 et 850 surround hover engines 832 et 852, respectivement. Dans figure. 18C, a rider platform is formed from a top surface of the hover engine 832 and a top surface of board 830. Dans figure. 18D, a rider platform is formed from a top surface of the hover engine 852 and the top surface of board 850.
Dans figure. 18C, two tilt mechanisms, such as 838, are coupled to a shroud associated with hover engine. The tilt mechanisms allow the shroud to rotate 836 about axis 834. The gap 840 between the board 830 and the hover engine 832 allows the hover engine 832 to tilt relative to the board 830.
Dans figure. 18D, two hover engines, 852 et 864, are coupled to board 850. The, first hover engine 852 is coupled to board 850 via tilt mechanisms 862. A thin piece 860 of board 850 extends around the hover engine 852. A gap 858 between the board 850 and the hover engine allows the hover engine 852 to rotate 856 about axis 854.
Dans FIGUES. 18A to 18D, when a top surface of the hover engine is parallel to the top surfaces of the adjacent structures which form the rider platform, a bottom of the STARM associated with the hover engine may be also parallel to the top surface of the hover engine. In this position, if the STARM is also parallel to the surface which supports the induced eddy currents, the translational forces output from the hover engine approach zero. In another embodiment, when a top surface of the hover engine is parallel to the top surfaces of the adjacent structures which form the rider platform, a bottom of the STARM associated with the hover engine may be angled to the top surface of the hover engine. In this position, if the top surface of the hover engine and rider platform is parallel to the surface which supports the induced eddy currents and the STARM is angled to the surface which supports the induced eddy currents, some amount of translation force can be output from the hover engine.
FIGUES. 19A to 19C are illustrations of side and top views of tiltable hover engines. Dans figure. 19A, a hover engine 870 is shown. The hover engine includes a shroud 872 and STARM 874 underneath the shroud. A tilt mechanism 876 extends through the shroud 872, such that a middle portion of the tilt mechanism is enclosed by the shroud. A motor may or may not be enclosed in the shroud. For example, the shroud can include an aperture which allows a belt or some other mechanism which provides a torque to turn the STARM to extend through the shroud.
Dans figure. 19B, a hover engine 880 is shown. The engine 880 includes a shroud 882 and STARM 874. In this example, tilt mechanisms 884 are coupled to the side of shroud 882 and extend from the shroud 884. In various embodiments, the shroud, such as 882, can be formed with a slot for receiving a tilt mechanism, such as 884.
Dans figure. 19C, a hover engine 890 is shown. The hover engine 890 includes a shroud 892 enclosing a STARM 874. In this embodiment, the shroud includes a recess configured to receive a tilt mechanism 894. The shroud 892 is coupled in some manner to the tilt mechanism 894.
figure. 20 is an illustration of a hoverboard with four hover engines 902, 904, 906 et 908. A payload platform (or rider platform) is formed from the top surfaces of hover engines 902, 904, 906 et 908 and board 900. Gaps are provided between the board 900 and the hover engines to allow the hover engines to rotate relative to the board 900. The hover engines are shown to be about the same size. In one embodiment, the four hover engines can be identical to one another except for the manner in which they are coupled to the hoverboard.
In this example, the two hover engines are coupled to a single tilt mechanism 910. The single tilt mechanism is coupled to board 900 and is configured such that hover engines 902 et 904 tilt in unison. The hover engines are shown to both rotate around a single tilt axis. In alternate embodiments, the ends of rotational member 910 can be angled to one another such that hover engines, 902 et 904, rotate about different tilt axes.
The hover engines 906 et 908 are coupled to a tilt mechanism 912 et 914 respectivement. These hover engines may be tilted independently of one another and hover engines 902 et 904 respectivement. The hover engines 902, 904, 906 et 908 can be configured to be tilted in response to an external force provided by a person and/or an actuator. For example, the hover engines can all be tilted in response to a force supplied by the rider. As another example, hover engines 902 et 904 can be tilted in response to a force supplied by a rider whereas hover engines 906 et 908 can be tilted in response to a force provide by an actuator. In yet another example, all the hover engines can be tilted in response to an actuator supplied force.
figure. 21 is an illustration of a hoverboard with two tiltable hover engines 922 et 924. In this example hover engine 922 is coupled to board 920 via rotational mechanisms 925 such that it can rotate through the board and a top surface of the hover engine forms a top surface of board 920. Hover engine 924 is coupled to rotation mechanism 926 on a bottom surface of board 920. Thus, it doesn't rotate through board or form a portion of the rider platform.
In this example, two flexible membranes 928 et 930 are provided to generate a restoring the force. The membranes are of different widths, equal thicknesses and formed from the same material. Thus, more energy is required to tilt hover engine in one direction versus another direction. In other embodiments, the membranes can be formed from different materials and/or have different thicknesses.
The hover engines 922 et 924 are of different sizes. In one embodiment, hover engine 922 can be configured to generate more lift than hover engine 924, such as via a greater volume of magnets located on its STARM. In one embodiment, the hoverboard may be designed to hover using only the lift generated from hover engine 922. Hover engine 924 may configured to provide primarily control forces such as to steer the hoverboard left or right and keep the front portion of the hoverboard from hitting the ground.
FIGUES. 22A to 22D et 23 are illustrations of a hoverboard 1000 with two hover engines. The rider platform 1002 is formed from wood. The rider platform 1002 includes end pieces, 1004 et 1006, which are angled upwards. Between the end pieces, the rider platform is substantially flat. When a user applies pressure to the end pieces a moment can be generated which causes one end of the board to rise relative to the other end of the board. Since the forces output by each hover engine are a function of their distance from the surface, raising one end can change the magnitude of forces associated with each hover engine and a distribution of forces across the hoverboard.
The two hover engines are each enclosed in a shroud 1008 et 1010. The shrouds 1008 et 1010 extend beyond the width of the rider platform 1002. The shrouds can be configured to support a rider's weight without impinging on a STARM rotating within the shroud. In one embodiment, the maximum diameter of the shrouds is about twelve inches.
figure. 23 is a cross section of the hoverboard 1000. The length from end piece to end piece is about thirty one inches. The thickness 1026 of the rider platform is about one half inch. The maximum width 1030 of half of the rider platform 1002 is about seven and one half inches. The height 1028 of the hover board 1000 from the bottom of enclosure 1024 to the top of the rider platform is about 3 inches.
Each hover engine includes a motor 1022 and STARM 1020. In this example, the hover engines are identical. In one embodiment, the engine speed controller (not shown) can be integrated into the hover engine. The shroud 1008 can include apertures to allow wire bundles to pass from enclosure 1024 into the interior of shroud 1008. In one embodiment, the bottom of the rider platform 1002 can include grooves for routing wire bundles from enclosure 1024 into the shroud 1008.
figure. 24 is an illustration of a hoverboard 1100 with eight hover engines, 1104 une, 1104 b, 1104 c, 1104 ré, 1106 une, 1106 b, 1106 c et 1106 ré. The eight hover engines are each coupled to a structure 1102. A potential direction of movement of the hoverboard 1100 is shown via arrow 1108. Various force distributions on structure 1102 which can lead to a particular direction of movement, such as 1108, are described in more detail with respect to FIGUES. 25A to 25E. In particular embodiments, structure 1102 can be formed with flexible portions to allow bending and/or twisting. The bending and/or twisting can be used as part of a control strategy associated with the hoverboard 1100.
A direction of rotation, an axis of rotation and a direction of a translational force which is output from the hover engine when structure 1102 is proximately parallel to a substrate which supports eddy currents induced from the hover engines is shown for each hover engine. For example, hover engine 1104 c is configured to rotate in direction 1110 about axis 1116 and generate a translation force in direction 1122. As another example, hover engine 1106 ré is configured to rotate in direction 1118 about axis 1124 and generate a translation force in direction 1120.
The hover engines 1104 une, 1104 b, 1104 c et 1104 ré can be coupled to platform 1102 at an angled orientation which is fixed. A single angle of rotation is shown for each of the hover engines. For example, axis 1112 can be the axis of rotation of the motor and STARM for hover engine 1104 c and axis 1116 can be perpendicular to a top surface of 1102. Angle 1114 can be ninety degrees plus the angle between axis 1112 and axis 1116. In general, the orientation of axis 1112 relative to an axis perpendicular to surface 1102 can be represented as rotation amounts about two axes, such as 1115 et 1117.
In this example, the axes of rotation of hover engines 1106 une, 1106 b, 1106 c, 1106 ré are shown as parallel to surface 1102. In alternate embodiments, the axes of rotation of these hover engines can also be angled relative to a top of surface 1102. The orientation of these axes of rotation relative to surface 1102 can be also represented as rotation amounts about one or two axes.
In particular embodiments, in hover engines, 1104 une, 1104 b, 1104 c et 1104 ré, the North-South poles associated with the STARMs can be substantially parallel to the axis of rotation, such as 1112. Some examples of magnet arrangements were described above with respect to FIGUES. 2 and 3. In hover engines 1106 une, 1106 b, 1106 c et 1106 ré, the North-South poles associated with the STARMs can be approximately perpendicular to the axes of rotation. In this configuration, hover engines 1106 une, 1106 b, 1106 c et 1106 ré may generate some lift. However, in some embodiments, the hover engines 1104 une, 1104 b, 1104 c et 1104 ré may generate a majority of the lift and hover engines 1106 une, 1106 b, 1106 c et 1106 ré may be used primarily to output translational forces.
In various embodiments, in hover engines 1106 une, 1106 b, 1106 c et 1106 ré, the magnets on the STARMs can be arranged such that all the poles are in the same direction, such as all north poles facing outwards. In another example, the poles can alternate, such as alternating north and south poles. In yet another example, magnet polarity arrangements such as those described with respect to FIGUES. 2 and 3 can be used except with the poles rotated some amount, such as ninety degrees.
Dans figure. 24, the four pairs of hover engines: i) 1106 une et 1106 b, ii) 1106 c et 1106 ré, iii) 1104 une et 1104 b and iv) 1104 c et 1104 c are each configured to output a translation force which oppose one another. The hoverboard 11100 can be configured such that at some orientation all the forces and moments generated from the eight hover engines balance one another to allow the hoverboard to hover in place without rotating. For example, this condition may occur when surface 1102 is parallel to the surface which supports the induced eddy currents. When the board 1100 is in other orientations, a particular direction of movement can be generated. Some examples of these orientations are described in more detail with respect to FIGUES. 25A to 25E.
FIGUES. 25A to 25E are illustrations of movement directions in response to a force inputs at different locations on hoverboard 1100. Dans FIGUES. 25A to 25E, the eight hover engines and the direction of their output force previously described with respect to figure. 24 are shown. In addition, a location where a force can be applied and a resulting direction of movement of the hoverboard are discussed.
In one embodiment, the two hover engines, such as 1106 une, 1106 ré et 1106 b et 1106 c can be replaced and a single cylinder with a single motor, like a rolling pin, can be used. Magnets can be arranged on the face of the cylinder in rows and columns which span all or a portion of the length of the cylinder and all or a portion the circumference around the cylinder. When arranged in this manner, the diameter of the cylinder may be smaller than the diameter of the hover engines, 1104 une, 1104 b, 1104 c et 1104 ré. The rotating portion of the cylinder can be covered in a shroud to prevent the rider from stepping on it. The shroud may form a side rail on the board.
Dans figure. 25A, a force can be applied within area 1122, which is indicated by the rectangle. For example, the force may be applied by a rider placing their foot in the area 1122 and then pushing down and shifting their weight towards it. This motion can cause a fore of the hoverboard to rise relative to a substrate which supports the eddy current induced by the hover engines. When the fore end of the hoverboard 1100 rises, due to the increased distance of the fore hover engines from the substrate, the translational forces output from the fore hover engines decrease and the translation forces from the aft hover engines increase. Thus, a net translation force 1120 can be generated which moves the hoverboard in the aft direction.
Dans figure. 25B, a force can be applied within area 1124, which is indicated by the rectangle. For example, the force may be applied by a rider placing their foot in the area 1124 and then pushing down and shifting their weight. This motion can cause an aft end of the hoverboard to rise relative to a substrate which supports the eddy current induced by the hover engines. When the fore end of the hoverboard 1100 sinks and the aft end rises, due to the increased distance of the aft hover engines from the substrate, the translational forces output from the aft hover engines decrease and the translation forces from the fore hover engines increase. Thus, a net translation force 1126 can be generated which moves the hoverboard in the fore direction.
Dans figure. 25C, a force can be applied within area 1128, which is near the center of mass of the hoverboard. For example, the force may be applied by a rider placing their foot in the area 1128 and then pushing down and shifting their weight. This motion can cause the port side of the hoverboard to rise relative to a substrate which supports the eddy current induced by the hover engines. When the starboard side of the hoverboard 1100 sinks and the port side rises, due to the increased distance of the port hover engines from the substrate, the translational forces output from the port hover engines decrease and the translation forces output from the starboard hover engines increase. Thus, a net translation force 1130 can be generated which moves the hoverboard in the starboard direction.
Dans figure. 25D, a force can be applied within area 1132, which is near the center of mass of the hoverboard. For example, the force may be applied by a rider placing their foot in the area 1132 and then pushing down and shifting their weight. This motion can cause the starboard side of the hoverboard to rise relative to a substrate which supports the eddy current induced by the hover engines. When the port side of the hoverboard 1100 sinks and the starboard side rises, due to the decreased distance of the port hover engines from the substrate, the translational forces output from the port hover engines increase and the translation forces output from the starboard hover engines decrease. Thus, a net translation force 1134 can be generated which moves the hoverboard in the port direction.
Dans figure. 25E, a force is applied in area 1138, which may be some distance from the center of mass of the hoverboard and rider. The port and forward end of the hoverboard can rise. This orientation can cause at least a net force 1140 to be generated. The net force can produce a moment about the center of mass of the hoverboard and rider which causes the hoverboard to rotate. The area where the force is applied can be moved to the port side to generate a moment in the opposite direction and cause the board to rotate in the opposite direction.
In another embodiment, the force directions which are output from each of the STARMs can be reversed. In this embodiment, the board can respond oppositely to the manner described above with respect to FIGUES. 25A à 25E. For example, if the rider presses on fore end, the board will move in the aft direction. As another example, if the rider presses on the aft end the board will move in the forward direction. Combinations between these two examples are also possible. For example, the board can be configured to move in the port direction and the starboard direction when the board is pressed on the port side and the starboard side but move in aft direction when the board is pressed on the fore side and the fore direction when the board is pressed on the aft side.
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