專利名稱：具有可逆發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)操作的模組化電磁裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有可逆發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)操作的電磁裝置，即一種可以將動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為電能及反之亦然的裝置。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要在包含旋轉(zhuǎn)元件的系統(tǒng)中安裝可逆電機(jī)，這樣，考慮 到安裝了電機(jī)的系統(tǒng)的操作情況，或者開(kāi)發(fā)這樣的元件以產(chǎn)生電能來(lái)供給其他系統(tǒng)組件， 或者為機(jī)器提供電能以使旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)。這些機(jī)器的基本要求是簡(jiǎn)單、靈活、且便宜，尤其是應(yīng)用于運(yùn)輸工具如陸地交通工 具或航行器時(shí)。US6, 832，486公開(kāi)了一種這樣的機(jī)器。該專利公開(kāi)了一種用于航空領(lǐng)域的可逆電 機(jī)，與航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪相耦合，通過(guò)使渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，或反過(guò)來(lái)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。該機(jī) 器的轉(zhuǎn)子是通過(guò)被磁化的、渦輪的葉片環(huán)的葉片的末端向外呈徑向而成型的。定子環(huán)，轉(zhuǎn)子 在其內(nèi)運(yùn)動(dòng)，配置有線圈。在一個(gè)實(shí)施例中，定子包括連續(xù)環(huán)或一組離散的馬蹄形元件，且 界定出一個(gè)通道，轉(zhuǎn)子在通道內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，線圈纏繞在相對(duì)的定子膨脹物上，且 它們面對(duì)一個(gè)相同磁鐵的兩極。該現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于相對(duì)的定子環(huán)膨脹物之間或每個(gè)馬 蹄形鐵心之間的通道的寬度是固定的，不能比一定的最小值更小，這也有賴于轉(zhuǎn)子厚度和 需要補(bǔ)償可能的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。因此，對(duì)于給定的定子和給定的轉(zhuǎn)子，定子和磁鐵之間的空隙也 是固定的，也不能比一定值更小。這樣，不能調(diào)整或優(yōu)化定子和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置，以獲 得最大效率和最大操作靈活性。US 5，514，923公開(kāi)了一種用作調(diào)速輪的可逆電機(jī)，該電機(jī)含有兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁盤，該 轉(zhuǎn)子磁盤配置有磁鐵，且轉(zhuǎn)子磁盤相對(duì)于定子對(duì)稱設(shè)置，所述定子承載有多個(gè)相對(duì)于磁鐵 偏移的線圈。在這種情況下，兩塊磁鐵用于感應(yīng)位于其間的線圈的電場(chǎng)。磁路不閉合，這 使大量能量浪費(fèi)，且導(dǎo)致強(qiáng)烈的電磁干擾。BE867. 436公開(kāi)了一種電裝置，該電裝置具有由 鐵環(huán)連接的兩塊鋁磁盤組成的轉(zhuǎn)子，且沿著其外圍以規(guī)則間隔分布有多個(gè)磁鐵。轉(zhuǎn)子在兩 塊定子板之間旋轉(zhuǎn)，每塊定子板帶有一個(gè)有軸向臂(伸入柱車)的U型磁軛，其中每個(gè)磁軛 朝向轉(zhuǎn)子磁盤的一對(duì)磁鐵，且朝向磁軛的磁鐵具有一系列交替反向磁極。該機(jī)器不可逆， 僅用于同步發(fā)動(dòng)機(jī)。并且定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙是固定的，這樣在這方面US 6，832，486的 問(wèn)題也同樣適用于該裝置。而且，使用的材料在高頻時(shí)產(chǎn)生高損失，強(qiáng)傅科電流(Foucault current)和磁滯損耗，磁滯損耗導(dǎo)致磁盤非常高的溫度，可以使磁鐵去磁，甚至引起鋁磁盤 起火。 US 6，137，203公開(kāi)了一種無(wú)刷軸向電機(jī)，帶有兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可旋 轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子之間，對(duì)由定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)作出響應(yīng)。該機(jī)器是繞組型的多相機(jī)器，即每個(gè) 相的線圈纏繞在多個(gè)相鄰線膨脹上，它們之間沒(méi)有任何不同相的線圈。定子在操作過(guò)程中 可軸向調(diào)節(jié)以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的空隙，從而在空隙小時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生低速高扭矩，在空隙 大時(shí)，繼續(xù)產(chǎn)生高速扭矩。
尤 其是在優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域——液壓渦輪中，定子的調(diào)節(jié)只在軸向方向進(jìn)行，且由 于在裝置操作過(guò)程中達(dá)到的高溫，頂蓋不會(huì)發(fā)生變形，線圈或定子也不會(huì)過(guò)熱。US 4，710，667公開(kāi)了一種線圈型發(fā)電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙只可以軸向 調(diào)節(jié)，且只能在裝配階段調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子包括硬鐵氧體磁鐵，定子包括軟鐵氧體線圈鐵芯。以上所有現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了嚴(yán)格的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，不容易改進(jìn)設(shè)計(jì)以適應(yīng)不同的需求和 /或更簡(jiǎn)單、更有效的裝配和維修裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種凸出磁極型的可逆裝置，其可 以廣泛應(yīng)用于如陸地交通工具、船舶和航行器等領(lǐng)域，該裝置優(yōu)選用于與渦輪或通過(guò)流體 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的裝置的葉輪結(jié)合的領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案一種裝置，包括定子、在定子前面旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括多個(gè)以規(guī)則間距分布的磁 鐵，在轉(zhuǎn)子上以環(huán)形方式具有交替取向。每個(gè)磁軛具有一對(duì)伸向轉(zhuǎn)子的伸出臂，且具有線圈 用于電連接以利用裝置或功率激勵(lì)器。定子包括至少一組磁軛，每個(gè)磁軛具有一對(duì)朝向轉(zhuǎn) 子延伸的凸出臂，且含有用于與使用裝置或功率驅(qū)動(dòng)器電接頭的線圈，每組的磁軛、與面對(duì) 磁軛臂距離一定距離的一對(duì)磁鐵，屬于相同的閉合磁路。至少一個(gè)磁軛設(shè)置于支座上，支座 配置有調(diào)節(jié)磁軛相對(duì)于面對(duì)的磁鐵的位置的調(diào)節(jié)單元，且磁軛與其線圈、支座、調(diào)節(jié)單元一 起構(gòu)成一個(gè)基本定子單元，所述定子單元可以復(fù)制以形成包含單相或多相模塊的可逆電磁
直O(jiān)由于其模塊結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)點(diǎn)可以構(gòu)建有限數(shù)目的定子單元，位于磁環(huán)的一個(gè)或多個(gè)離散弧上，其適于產(chǎn)生或 需要限制功率的領(lǐng)域；可以包含沿著定子單元的完整環(huán)的相模塊，采用模塊以減少外部裝置的接頭；在同一個(gè)裝置中模塊可以同時(shí)具有發(fā)電機(jī)功能和電動(dòng)機(jī)功能；發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)模 塊的性能可以單獨(dú)調(diào)節(jié)；模塊可以獨(dú)立設(shè)置，因此，使裝置裝配更容易；模塊可以獨(dú)立地控制、分析，在操作失敗時(shí)可以關(guān)閉，而不影響剩余模塊的操作；可以設(shè)置一組單元，磁鐵然后在轉(zhuǎn)子表面形成一系列交替磁極。轉(zhuǎn)子可以由鐵磁 材料制備而成，這時(shí)磁路包括一對(duì)磁鐵和一個(gè)單元的磁軛，通過(guò)轉(zhuǎn)子和使磁軛和磁鐵分開(kāi) 的空隙而閉合。如果，在磁鐵沒(méi)有覆蓋的區(qū)域，轉(zhuǎn)子由非鐵磁材料制備而成，面對(duì)相同單元 的磁鐵可以通過(guò)鐵磁元件而連接，通過(guò)鐵磁元件而使磁路閉合。或可選擇地，在沒(méi)有被磁鐵覆蓋的區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)子是由非鐵磁材料制備而成，定子可 以包括相對(duì)于轉(zhuǎn)子對(duì)稱設(shè)置的兩組單元。在這種情況下，一對(duì)連續(xù)的磁鐵與第一組中的一 個(gè)磁軛、第二組中的一個(gè)磁軛形成閉合磁路(當(dāng)然，要加上各自的空隙)。每組中的單元獨(dú) 立地支撐另一組中的單元。單元朝向磁鐵的整個(gè)環(huán)，或僅朝向環(huán)的一個(gè)弧或離散的弧。當(dāng)單元朝向磁鐵的整個(gè)環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子可以承載磁軛數(shù)兩倍的磁鐵(也就是說(shuō)磁鐵的 數(shù)目等于凸出臂或線膨脹的數(shù)目)，或可以承載偶數(shù)個(gè)磁鐵，不同于線膨脹的數(shù)目。
在后一種情況時(shí)，臂和面對(duì)的磁鐵周期性的出現(xiàn)特定的幾何相位關(guān)系。那些結(jié)構(gòu) 適于構(gòu)建多相電機(jī)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，收集或供應(yīng)電能的線圈纏繞在臂上，所述臂與面對(duì)的 磁鐵之間也具有相同的幾何相位關(guān)系，所述線圈可以一起連接在裝置內(nèi)，與電源驅(qū)動(dòng)器或 使用裝置具有共同接頭。也可以將纏繞在臂上的線圈中第二個(gè)線圈連接在一起，所述臂與面對(duì)的磁鐵之間 也具有相同的幾何相位關(guān)系，也可以通過(guò)將電相改變180°，將得到的兩個(gè)線圈組與電源驅(qū) 動(dòng)器或使用裝置連接在一起。這種裝置可以在很多領(lǐng)域中看到，尤其是與通過(guò)流體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的裝置的葉輪相關(guān) 的領(lǐng)域，特別是風(fēng)力發(fā)電機(jī)、航空或軍艦渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋推動(dòng)器例如，在航空或軍艦領(lǐng) 域，可以與葉輪組合在一起用作發(fā)電機(jī)，或用作渦輪的啟動(dòng)或反饋電機(jī)，或與軍艦或航空螺 旋推進(jìn)器有關(guān)的電機(jī)。其他的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闅怏w管道的泵。另一方面，本發(fā)明還提供了通過(guò)流體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的裝置的葉輪，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、航空 或輪船的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、軍艦和航空推進(jìn)器的螺桿、氣體管道的泵等等，其都組合有本發(fā)明所 述的裝置。


以下通過(guò)非限制性實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的裝置為軸向設(shè)置的透視圖；圖2為圖1所示裝置的包含一對(duì)磁軛和聯(lián)接的線圈的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖3為磁路的結(jié)構(gòu)圖；圖4為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中磁鐵和磁軛之間的空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖；圖5和圖6與圖2和圖3類似，為軸向設(shè)置實(shí)施例的變形；圖7為圖1-3實(shí)施例變形的結(jié)構(gòu)示意圖，磁軛位于磁環(huán)的分散區(qū)域前；圖8-12為磁鐵和磁軛徑向設(shè)置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13-15為用于多相電機(jī)的磁鐵和磁軛的結(jié)構(gòu)示意圖；圖16和圖16b分別為用于圖13-15中多相電機(jī)的磁軛臂和磁軛的軸向截面放大圖；圖17a_17d為具有雙錐形的磁鐵的不同視圖；圖18和19分別為具有外部和內(nèi)部轉(zhuǎn)子的徑向電機(jī)的部分平面圖，展示磁鐵可能 的設(shè)置情況；圖20-22為含有調(diào)節(jié)磁軛位置的元件的磁軛的不同視圖；圖23為包含于樹(shù)脂層中的磁軛；圖24為具平移和樞軸調(diào)節(jié)標(biāo)示的磁軛；圖25為鐵氧體磁導(dǎo)率的圖表；圖26為本發(fā)明應(yīng)用于輪船或航行器螺旋推進(jìn)器；圖27為定子單元的原理圖；圖28為將本發(fā)明裝置用于電磁調(diào)速輪的原理圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1-3，為本發(fā)明實(shí)施例1的裝置，用附圖標(biāo)記10表示，用于構(gòu)建軸向電機(jī)。
裝置10主要包括兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)。第一個(gè)結(jié)構(gòu)為磁盤或環(huán)12 (為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下稱為磁盤)，其形成裝置10的轉(zhuǎn)子， 安裝在軸13上。磁盤12的主要表面含有相同的永磁鐵14的環(huán)，該永磁鐵14沿著磁盤12 的圓周，在靠近磁盤邊緣的外部處，以規(guī)則方式分布。磁鐵14在磁盤12的每個(gè)表面以形成 連續(xù)交替反向的磁極的方式設(shè)置。在圖1-3所示的實(shí)施例中，磁盤12，在沒(méi)有磁鐵14覆蓋 的區(qū)域，是由非鐵磁體材料制備而成。磁盤12的中心部分具有多個(gè)刀片15，其具有推動(dòng)作用，向磁鐵14以及線圈傳輸冷 空氣，以收集/提供由裝置產(chǎn)生的電能或供其使用。如圖2所示，磁鐵14為圓形橫截面，或不同的曲線橫截面，或多邊形橫截面，為凸 面(尤其是正方形或矩形)或凹面。優(yōu)選地，磁鐵由具有高電場(chǎng)強(qiáng)度(如在當(dāng)今科技下約為1. 5特拉斯)的材料制備 而成。材料的選擇取決于應(yīng)用領(lǐng)域的種類及操作條件，尤其是取決于操作環(huán)境的溫度。用 于這些電機(jī)中的材料一般為NdFeB，可以在高達(dá)150°C的溫度下進(jìn)行操作，或Sm-Co (或一般 為稀土鈷)，可以在高達(dá)350°C的溫度下進(jìn)行操作，或AINiCo，可以在高達(dá)500°C的溫度下進(jìn) 行操作。根據(jù)材料，磁鐵14可以包括磁盤12的磁化區(qū)域，或磁鐵14是插入到磁盤成型的 位置中的磁體。第二個(gè)結(jié)構(gòu)包括兩組磁軛16，18，繞著磁盤12設(shè)置成各自的環(huán)，對(duì)稱設(shè)置，形成裝 置的定子。磁軛16、18在磁鐵14的前面，繞著磁盤12以規(guī)則方式分布。磁軛為C或U型， 或一般為凹型，朝向磁盤12，具有兩個(gè)平行臂或線膨脹，臂或線膨脹在磁軛16中用17a、17b 表示，在磁軛18中用19a、19b表示(表3)。臂17a、17b、19a、19b分別承載有線圈20a，20b， 22a, 22b，其為電傳導(dǎo)材料(如銅或鋁，后者由于其較低的重量，優(yōu)選應(yīng)用于航空領(lǐng)域)，根 據(jù)裝置的使用情況，與發(fā)電電源或電源供應(yīng)裝置(更具體地，脈沖發(fā)電機(jī)或無(wú)刷功率驅(qū)動(dòng) 器)具有各自獨(dú)立的接頭。優(yōu)選地，線圈20、22可由薄片制備而成，纏繞在各自的臂上，以 減少磁滯損耗、水平表面的渦流和表面效應(yīng)。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)的線圈與對(duì)應(yīng)的極性連接。與磁鐵14 一樣，磁軛16、18的臂17a，b，19a，b為圓形橫截面或不同的曲線橫截面 或多邊形橫截面，為凸面(尤其是正方形或矩形)或凹面。磁鐵和/或磁軛臂的非規(guī)則形 狀，和/或磁鐵和磁軛的不同的橫截面形狀也有助于減少鈍齒嚙合，眾所周知，鈍齒嚙合在 高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)中是很受喜愛(ài)的。不管臂和磁鐵的橫截面形狀是怎么樣的，重要的是其面 積的大小是相似的或是大體相同的。磁鐵和臂的面積大小相似或大體等同是有必要的，以 保證磁軛16、18和磁鐵14中磁通的磁通密度的一致性。如圖4所示，通過(guò)利用圓形橫截面的磁鐵和臂，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，獲得磁鐵和臂的相 對(duì)表面的重疊部分的正弦曲線，而當(dāng)該裝置用作發(fā)電機(jī)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致幾乎完全是正弦電動(dòng) 勢(shì)(emf)。但是，出于元件的商業(yè)應(yīng)用以及齒輪減少的考慮，可能會(huì)使用圓形橫截面的磁鐵 及正方形橫截面的臂的磁軛，而橫截面的側(cè)面與磁鐵的尺寸相等?？紤]到用于構(gòu)成磁軛的 材料的大帶寬，當(dāng)產(chǎn)生的emf還是幾乎為正弦，具有高次諧波時(shí)，幾乎不會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗。必須 注意的是，考慮到可以計(jì)算的磁鐵和臂的橫向尺寸(如幾厘米)，仍然可以達(dá)到磁鐵和臂的 面相似的要求。 為了說(shuō)明簡(jiǎn)要，就具有相同圓形橫截面的磁鐵和臂而言，用D表示其直徑，為確保 產(chǎn)生的波形對(duì)稱，每個(gè)磁軛16、18的臂有必要間隔距離D，這樣每個(gè)磁軛的長(zhǎng)度為3D。與磁軛16、18相應(yīng)的 是，轉(zhuǎn)子12具有長(zhǎng)度為4D' N的圓周，其中N為環(huán)中磁軛的數(shù)目。因此，有 可能構(gòu)建能設(shè)置預(yù)期數(shù)目的磁軛的轉(zhuǎn)子，或相反的，磁軛的數(shù)目由轉(zhuǎn)子尺寸決定。而且，對(duì) 于給定的轉(zhuǎn)子直徑，也可能通過(guò)改變磁軛和磁鐵界定的圓周的直徑(即，在實(shí)際中，通過(guò)改 變磁鐵距離轉(zhuǎn)子12邊緣的距離)來(lái)改變磁軛的數(shù)目。磁鐵14的數(shù)目M與磁軛的數(shù)目N呈相關(guān)的，且取決于要建立的裝置的種類。對(duì)同 步電機(jī)來(lái)說(shuō)，M = 2N,因此連續(xù)磁鐵14之間的距離等于其直徑D，且在裝置10的靜態(tài)結(jié)構(gòu) 時(shí)，一對(duì)連續(xù)磁鐵14可以準(zhǔn)確位于磁軛16或18的臂的前面。相反地，對(duì)異步電機(jī)來(lái)說(shuō)， M興2N，M為偶數(shù)，連續(xù)磁鐵14之間的距離小于或大于其直徑D，這取決于M > 2N還是M < 2N。磁軛16、18的臂末端為平行于轉(zhuǎn)子12和磁鐵14的表面的平面。每對(duì)磁軛16、18 與一對(duì)面對(duì)的磁鐵14形成一個(gè)磁路，該磁路通過(guò)使磁軛與磁鐵分開(kāi)的空隙而閉合。分別具 有線圈20、22的一對(duì)磁軛16、18在下文中稱為“磁鉗”。從圖3可以更清楚地看到，磁軛16、18的臂17a，b，19a,b的末端與各自的磁鐵14 對(duì)的面對(duì)的磁極稍微分開(kāi)，從而分別形成空隙24a，24b和26a，26b，一方面通過(guò)避免磁鐵和 磁軛之間的接觸使磁盤旋轉(zhuǎn)，另一方面使磁路去飽和。由于轉(zhuǎn)子12和定子16、18具有平面， 機(jī)械加工可以獲得非常小的空隙，因而獲得高效率。必須注意的是，為清楚起見(jiàn)，磁軛臂之 間的間距在圖中被放大了?；氐綀D1，外殼28(使得軸13穿過(guò)及旋轉(zhuǎn))使裝置10的轉(zhuǎn)子和定子裝配。而且， 磁軛設(shè)置在各自的支座上(在圖中沒(méi)有標(biāo)記，之后將詳細(xì)說(shuō)明)，使得通過(guò)沿著三個(gè)正交軸 X，1，Z的平移運(yùn)動(dòng)和樞軸運(yùn)動(dòng)，可以單獨(dú)調(diào)整磁軛16、18相對(duì)與磁鐵14之間的位置，相同 的正交軸用箭頭Ω 1，Ω 2，Ω 3表示(見(jiàn)圖24)。這使得在裝配裝置時(shí)，很容易安裝磁軛以及最優(yōu)化它們之間的位置，以及最大化 裝置的效率。磁軛的軸向位置的單獨(dú)調(diào)整不僅使空隙24、26之間的寬度最小化以使效率最大 化，并且在操作過(guò)程中改變空隙，以適應(yīng)不同操作階段要求的磁鉗的運(yùn)作，這也可以從本發(fā) 明的說(shuō)明書中清楚看出。而且，具有發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)模組的裝置，在起始時(shí)，發(fā)電機(jī)功能暫 時(shí)喪失或調(diào)節(jié)至最小值以利于啟動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)模組可以靠近以增加加速度。更進(jìn)一步地，在 過(guò)熱時(shí)，增加空隙可以作為安全因子增大空隙可以增加磁阻，從而增大線圈的級(jí)聯(lián)電壓， 因而溫度被降低了。一般來(lái)說(shuō)，可以去除一個(gè)或多個(gè)運(yùn)作不正常的磁軛，而裝置的其余部分 繼續(xù)操作。垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面的調(diào)整也是安全因子，可以用于過(guò)熱時(shí)增加空隙的一種選擇 辦法事實(shí)上，磁軛和磁鐵沒(méi)有對(duì)齊，導(dǎo)致磁阻的增加，從而使半導(dǎo)體的級(jí)聯(lián)電壓、溫度降 低。而且，對(duì)于想要產(chǎn)生具有重要變量(轉(zhuǎn)數(shù))的幾乎恒定功率的電機(jī)來(lái)說(shuō)，可以采用 徑向和軸向調(diào)節(jié)磁軛的位置以調(diào)整級(jí)聯(lián)功率。優(yōu)選地，如稍后將討論，定子支座包括旋轉(zhuǎn)裝置(例如滾筒或滾珠)，在磁盤12的 外周旋轉(zhuǎn)設(shè)置以使磁軛16、18和磁鐵14之間的空隙24、26不變，并抵消轉(zhuǎn)子12的軸向和 徑向振動(dòng)以及熱膨脹。大尺寸電機(jī)對(duì)此尤其感興趣，其中轉(zhuǎn)子的徑向的或軸向移動(dòng)、振動(dòng)、 共振及機(jī)械變形和熱變形很重要。
具有線圈的磁軛、其支座和控制支座位移的元件，包括任何可能的位置和熱傳感 器，可以被認(rèn)為是基本定子單元，可以復(fù)制以形成整個(gè)裝置，因而具有模組結(jié)構(gòu)。因此，可以 很容易獲得一些不同的排列，這在說(shuō)明書的其他部分能明顯看出。磁軛16、18的材料取決于裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于高頻應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的材料為高滲透性、低剩余磁通且低磁滯鐵氧體 (鐵陶瓷材料)。使用鐵氧體具有以下優(yōu)點(diǎn)鐵氧體具有高磁通密度(約為1/2特斯拉)；鐵氧體為可以熔結(jié)的材料，因此可以制成效率最大化的結(jié)構(gòu)和形狀；鐵氧體展示的功率曲線，最大值在廣泛的頻率范圍(高達(dá)兆赫)內(nèi)下降，因此，其 與本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域的磁通的頻率完全一致；假設(shè)形成鐵氧體的材料為高電阻系數(shù)，剩余磁化強(qiáng)度處于低值，具有高頻有限的 磁滯循環(huán)，鐵陶瓷材料只會(huì)發(fā)生非常低的損耗，非常低的電磁損耗，從而提高了功率；鐵氧體可以轉(zhuǎn)化從波形的突波諧波獲得的能量，這對(duì)需要大直徑和大量轉(zhuǎn)數(shù)的領(lǐng) 域尤其有用；鐵氧體具有低特異性重量(約為鐵的一半)，這對(duì)航空領(lǐng)域非常重要；鐵氧體在過(guò)熱時(shí)具有自我保護(hù)的能力，這是由于低居里溫度Tc，約為250°C。眾所 周知，鐵氧體在溫度超過(guò)Tc時(shí)的磁導(dǎo)率完全為0(見(jiàn)圖2 因此，如果磁軛溫度達(dá)到Tc， 磁路的總體的磁阻頗為增加，且取對(duì)應(yīng)于空氣中磁路的值，因此，級(jí)聯(lián)電壓降低到非常低的 值。這種特性可以作為磁軛位移的一種選擇。對(duì)于相對(duì)低的操作頻率，從幾赫茲到幾千赫茲(如達(dá)到3KHz)，磁軛可以由厚度為 5或10百毫米的鐵-硅薄片制備而成。對(duì)頻率為IKHz到幾十KHZ (如達(dá)到20KHz)來(lái)說(shuō)， Ni-Si鐵氧體(如由EPCOS生產(chǎn)的N27)可以替代使用。Ni-Si材料具有高操作溫度、非常 低的電阻系數(shù)(約為IOOk Ω/m)，且限制磁滯損耗。Mn-Si鐵氧體(如以上提及的立方結(jié)構(gòu) 鐵氧體材料(如Mnai3C90-6))或Mn-Si材料也很適合。本發(fā)明裝置也可以用作無(wú)線發(fā)電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)。為了說(shuō)明用作發(fā)電機(jī)的裝置10的工作原理，有必要回憶變壓器的工作原理。繞著 初級(jí)線圈的電路的電壓的動(dòng)態(tài)變化使電流流經(jīng)的線圈的通量發(fā)生變化，這樣的動(dòng)態(tài)變化是 在整個(gè)閉合磁路中感應(yīng)的。閉合磁路的通量變化在次級(jí)線圈中產(chǎn)生與級(jí)聯(lián)繞圈數(shù)成比例的 次級(jí)efm。在本發(fā)明中，使帶有磁鐵14的磁盤12在磁軛16、18之間旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生磁通變化。這 樣，由于在相同磁軛之間具有相反磁極的永磁鐵14的交替穿越，彼此面對(duì)的一對(duì)磁軛16、 18收到通量的變化，從而繞著線圈20、22誘導(dǎo)efm產(chǎn)生的電壓V1_V4(圖幻。也就是說(shuō)，通 過(guò)對(duì)磁盤12施加轉(zhuǎn)矩，在每個(gè)線圈，即分別為20a，20b，22a，22b誘導(dǎo)產(chǎn)生efm，由于永磁鐵 14的磁極的交替，使通量變化串聯(lián)(連接)起來(lái)。從圖4可以看出，通過(guò)觀察磁鐵14，以及 環(huán)上磁軛(即磁軛16)的相對(duì)面的相對(duì)位置，在轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，面對(duì)面積交疊越來(lái) 越多，使通量正弦增加，因而產(chǎn)生的電壓正弦增加。產(chǎn)生的電壓-Δ Φ/At取決于轉(zhuǎn)子12的大小、磁鐵數(shù)M (因此N為偶極)和外緣 轉(zhuǎn)子的速度，其中△ Φ是磁通量變化，At為在磁軛前面兩塊磁鐵穿越的時(shí)間差。雖然旋 轉(zhuǎn)速度相對(duì)低，但是大的轉(zhuǎn)子磁盤、高M(jìn)值、高頻的磁鐵穿越，也可以獲得高的電壓。
更具體地，在同步電機(jī)里，每個(gè)線圈20、22產(chǎn)生與其他線圈的波形同相的波形，且 形成一個(gè)獨(dú)立的發(fā)電機(jī)。眾所周知，根據(jù)線圈是串聯(lián)還是并聯(lián)連接，電壓為單個(gè)線圈的2N 倍，但電流相同，或者，經(jīng)校正后，電流等于電流總和，但是電壓相同。在第二種情況下，需要 一種合適的濾波器。對(duì)異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，每個(gè)線圈產(chǎn)生一個(gè)efm，該efm相對(duì)于相鄰的線圈移動(dòng)士2π/2Ν 相，且在磁盤12旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期內(nèi)，調(diào)整波形后，將得到具有波紋系數(shù)的4Ν半波，其比單相 波形得到的4Ν半波小4Ν倍，這樣不需要過(guò)濾和濾波操作。必須注意的是，對(duì)異步電機(jī)來(lái)說(shuō)， 磁鐵和磁軛的數(shù)目需要利于產(chǎn)生正弦波形等(即不允許M = N的聯(lián)合)。為了評(píng)估裝置的性能，以以下有關(guān)航空學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔齺?lái)說(shuō)明。假設(shè)磁鐵14的環(huán)具 有約Im的半徑，磁鐵的螺距約為10cm(因此，D約為5cm)。由于其圓周比6m要長(zhǎng)，環(huán)可以 包括約14個(gè)磁鐵。如果裝置在渦輪上是以壓縮級(jí)設(shè)置，旋轉(zhuǎn)速度一般約為12，OOOrpm,即 200rps。因此，磁鐵穿越的頻率約為12，000Hz，At約為80yS。由于轉(zhuǎn)換時(shí)間At越短， 產(chǎn)生的電壓越高，將產(chǎn)生以具有高頻率、低電壓的高電壓為特征的能量。這個(gè)特性還具有其 他的優(yōu)點(diǎn)，由于高電壓和高頻率可以使線圈20、22使用小橫截面的銅線，而且，鐵磁材料也 使能量處理和能量調(diào)節(jié)變得非常小這使重量減輕了，這對(duì)很多領(lǐng)域來(lái)說(shuō)非常重要，以下將 會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。裝置10可以用作無(wú)刷電機(jī)，通過(guò)應(yīng)用相位旋轉(zhuǎn)的電壓變化以可逆形式使用。其磁 極位置轉(zhuǎn)化在永磁鐵14上誘導(dǎo)產(chǎn)生使磁盤12旋轉(zhuǎn)的力。在這種情況下，施加在線圈上電 壓產(chǎn)生一對(duì)相反磁極的通量，其使磁盤運(yùn)動(dòng)以使磁鐵以直線形式定位于相對(duì)的磁軛16、18 之間，且具有反向的磁極。對(duì)同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，所有線圈上產(chǎn)生增加相以啟動(dòng)運(yùn)作。對(duì)異步電 機(jī)來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)化了，這是由于因結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子和定子之間的相位移，而且也足以使任 何線圈不平衡，以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。就像傳統(tǒng)的無(wú)刷電機(jī)一樣，磁鐵14相對(duì)于定子16、18的距離被檢測(cè)。因此，只要 系統(tǒng)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，控制電路啟動(dòng)相旋轉(zhuǎn)，從而使轉(zhuǎn)子再次移動(dòng)以達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定點(diǎn)。 通過(guò)逐漸增加控制脈沖的頻率，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子加速度。在電機(jī)操作中主要的特征為加速轉(zhuǎn)矩高事實(shí)上，應(yīng)用于磁盤外緣12的力，其具有大的半徑(轉(zhuǎn)矩臂)；如前 所述，大的半徑可以在電機(jī)操作時(shí)安裝數(shù)目多的共操作的磁性偶極，因此，導(dǎo)致總體的力 大；旋轉(zhuǎn)次數(shù)多，這取決于裝置的勵(lì)磁頻率(在與發(fā)電機(jī)操作有關(guān)的性能中可見(jiàn))。而且，如發(fā)電機(jī)中所述，由于轉(zhuǎn)子和定子具有兩個(gè)平行的表面，機(jī)械加工可以獲得 非常小的空隙，因而獲得高效率。必須注意的是，由于裝置的模組結(jié)構(gòu)以及不同磁路的獨(dú)立性，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)功 能在同一個(gè)裝置中可以同時(shí)存在，尤其是交替單元可以用作發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)。發(fā)電機(jī)單位 從而可以用作位置檢測(cè)器以提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的反饋。事實(shí)上，發(fā)電機(jī)單元提供與磁鐵穿過(guò) 發(fā)電機(jī)單元前的位置成比例的電壓，且只要發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)單元的相對(duì)位置是已知的，轉(zhuǎn) 子相對(duì)于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)單元的位置也可以很快獲得。這使得可以調(diào)整發(fā)電機(jī)單元的脈 沖，這樣具有無(wú)刷電機(jī)運(yùn)作中需要的精準(zhǔn)相。或者，位置反饋也可以通過(guò)Hall (霍爾)效應(yīng)檢測(cè)器或輔助線圈而獲得然而，考慮到Hall效應(yīng)檢測(cè)器在超過(guò)150°C時(shí)不能準(zhǔn)確運(yùn)行，后一種方法更為優(yōu)選。圖5和圖6分別類似于圖2和3，對(duì)應(yīng)于不同的實(shí)施例，其中轉(zhuǎn)子12是由鐵氧體材 料制備而成。這兩個(gè)圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。在該實(shí)施例中，定子包括磁 軛16的單環(huán)，具有線圈20a、20b，位于磁鐵14的對(duì)面，相應(yīng)地，磁鐵14粘合于面對(duì)磁軛16 的轉(zhuǎn)子12的表面(圖6)。粘合磁鐵14到轉(zhuǎn)子12的合適材料如loctite hisol 9466。而且，為了使粘合更容易，轉(zhuǎn)子12配置有鋁或樹(shù)脂導(dǎo)軌(圖中未示)，可以用于界 定磁鐵14的位置，且具有防漏、加固和去飽和作用。由于粘合不足以抵擋高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離 心力效應(yīng)，可以采用其他的使磁鐵固定的方法，以下將說(shuō)明。在該實(shí)施例中，磁路在一對(duì)磁 鐵14、穿過(guò)磁盤12的一個(gè)磁軛16和空隙Ma、24b之間閉合。更具體地，如圖6所示，磁路 包括第一磁鐵14的N級(jí)；空隙Ma ；具有線圈20a和20b的磁軛16 ；空隙Mb ；第二磁鐵 14的S級(jí)；第二磁鐵的N級(jí)；磁盤12 ；第一磁鐵的S級(jí)。該實(shí)施例的操作原理與圖1-3中 所示的實(shí)施例的操作原理是一樣的，不同之處僅在于線圈數(shù)不同。利用薄鐵磁片將面對(duì)相同磁軛的磁鐵連接，以閉合磁軛臂和一對(duì)磁鐵之間的磁 路，本實(shí)施例中的單個(gè)磁軛環(huán)也可以用在非鐵磁材料制備而成的轉(zhuǎn)子中。該實(shí)施例加強(qiáng)了裝置的輕便性能。圖7所示為另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，磁軛16、18沒(méi)有沿著磁盤12的圓周分 布，而僅沿著其一個(gè)或多個(gè)離散弧形分布，以兩個(gè)為例來(lái)說(shuō)明。具有減少的磁軛組是本發(fā)明 模組結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。每組還包括單個(gè)磁軛。該實(shí)施例適合于應(yīng)用在通過(guò)沿著整個(gè)圓周伸 展的一組基本單元而得到的過(guò)大功率的領(lǐng)域。當(dāng)然，盡管這種變化在圖1-3所示的裝置中 有標(biāo)示，在轉(zhuǎn)子12的每個(gè)邊上具有磁鐵也可以應(yīng)用于圖5和6所示的單個(gè)磁軛的情況。圖8-12為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，其中磁鐵和磁軛呈徑向排列。之前附圖中相同的 元件用相同附圖標(biāo)記表示，增加了 “‘ ”符號(hào)。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子12'為圓柱體，在其表面承載有交替方向的磁鐵14'。與軸 向的實(shí)施例一樣，根據(jù)轉(zhuǎn)子12'的材料，設(shè)置兩組磁軛16' ,18'(圖8)或僅設(shè)置有一組 磁軛16'或18'(圖9和10)。磁軛具有徑向方向的臂，線圈20' ,22'纏繞其上。只有 單組磁軛時(shí)，磁軛可設(shè)置在轉(zhuǎn)子12'外或內(nèi)，分別如圖9和10。圖9和10的設(shè)置可分別稱 為“內(nèi)部轉(zhuǎn)子”和“外部轉(zhuǎn)子”設(shè)置。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和磁軛的面對(duì)表面可以在任何點(diǎn) 具有相同的曲度，以保證空隙不變。當(dāng)外部轉(zhuǎn)子設(shè)置、且具有兩對(duì)磁軛時(shí)，轉(zhuǎn)子12'在大的中空?qǐng)A柱腔的表面成形，在 該中空?qǐng)A柱腔內(nèi)設(shè)置有磁軛。在內(nèi)部轉(zhuǎn)子設(shè)置情況下，轉(zhuǎn)子12仍為圓環(huán)或磁盤，由軸13' 運(yùn)載。在徑向?qū)嵤├?，磁?6'和/或18'可以分布在磁鐵的整個(gè)環(huán)的前面或環(huán)的一個(gè) 或多個(gè)弧的前面。在圖11和12中，轉(zhuǎn)子12'的表面可以承載兩排相鄰且平行的的磁鐵列14' a, 14' b(成對(duì)磁鐵設(shè)置)，一排的磁鐵與另一排的相鄰的磁鐵具有相反的取向。磁軛16'和 /或18'的臂在每個(gè)環(huán)上朝向一個(gè)磁鐵14' a,14' b。如圖12所示，磁軛16'(圖中只 顯示一個(gè))相對(duì)于轉(zhuǎn)子環(huán)的母線傾斜設(shè)置，且兩排磁鐵彼此相對(duì)移動(dòng)，這樣朝向同一個(gè)磁 軛的磁鐵對(duì)14' a, 14' b也相對(duì)于轉(zhuǎn)子環(huán)傾斜設(shè)置。這個(gè)特性也有利于減少鈍齒嚙合。必須注意的是，在同步電機(jī)和異步電機(jī)，成對(duì)磁鐵設(shè)置，磁鐵對(duì)總是位于穿越兩個(gè) 磁軛臂的相同徑向平面，且磁鐵和磁軛總是共用旋轉(zhuǎn)平面。在這種情況下，由于磁鐵位于磁軛的前方而存在位于磁軛臂的磁通，或由于磁軛前面沒(méi)有磁鐵而不會(huì)產(chǎn)生磁通循環(huán)。這具 有重要的優(yōu)點(diǎn)，即消除了假定的傅科損耗(即磁通仍然存在于磁軛的一個(gè)臂里，且通過(guò)另 一個(gè)臂朝向轉(zhuǎn)子而分散)，這是由于在臂之間沒(méi)有相位移。相反，在所有其他的設(shè)置時(shí)，由于 在穿越磁鐵的橫向軸的平面與徑向穿越磁軛臂的平面之間總是存在少量相位移(這是因 為位于平面的臂互相相位移一定角度)，因此，總是存在一定的假的傅科損耗。在上文所述的軸向設(shè)置或徑向設(shè)置情況下，都考慮到了磁軛的調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)在我 們可以得出結(jié)論空隙為徑向空隙而不是軸向空隙。例如，為了調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)功率，磁軛徑向地移 動(dòng)可以改變空隙，且磁軛相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的縱向移動(dòng)可以改變磁鐵和臂交疊的面積。必須注意的是，盡管僅在一個(gè)徑向設(shè)置情況下說(shuō)明了成對(duì)磁鐵列和磁軛相對(duì)于磁 鐵的傾斜設(shè)置，其也可以應(yīng)用在本發(fā)明公開(kāi)的其他徑向設(shè)置情況，以及在不同的軸向設(shè)置 情況。以上所有實(shí)施例中，是假設(shè)磁軛的線圈彼此獨(dú)立，獨(dú)立于其他磁軛的線圈，且單獨(dú) 與功率驅(qū)動(dòng)器或使用裝置連接。單元數(shù)量大的話會(huì)需要外部接頭數(shù)量也大，也就是說(shuō)，每個(gè) 線圈至少兩個(gè)接頭，這帶來(lái)了裝置復(fù)雜性的缺陷。裝置模組結(jié)構(gòu)可以減少外部接頭的數(shù)目， 同時(shí)每個(gè)臂仍有獨(dú)立的線圈。請(qǐng)參考裝置的幾何形狀，在具有N個(gè)(P = 2N臂或線膨脹) 磁軛和M個(gè)磁鐵的電機(jī)，通?？梢杂^察到在磁極和面對(duì)的磁鐵之間產(chǎn)生一定的幾何相，周 期為X線膨脹，即X = P/gcd(P，M)其中縮寫〃 gcd"表示最大公約數(shù)。X線圈組的每個(gè)線圈產(chǎn)生efm的相，其相對(duì)于 組里的其他線圈相位移，且所有組內(nèi)的線圈的電相相同地重復(fù)。具有相同相的線圈可以以 平行的或串聯(lián)的或?yàn)樾切突驗(yàn)槿切蔚男螤钤陔姍C(jī)內(nèi)連接到一起，其共同點(diǎn)可以連接到外 部。因此，外部接頭的數(shù)目減少至不同相的數(shù)目。從而得到模組多相電機(jī)，其中每個(gè)模組包 括父線膨脹，且￥ = 1/^((1( ^)個(gè)磁鐵。也可以使具有反向相的交替模組的線圈連接到外 面，這樣可以獲得X相或2X相電機(jī)，具有一定的成對(duì)值M，P。當(dāng)然，當(dāng)模組多相電機(jī)的設(shè)置 應(yīng)用于成對(duì)磁鐵實(shí)施例中，在單元的兩個(gè)臂內(nèi)仍保持同步磁通的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將具有同相的 模組平行或串聯(lián)連接，可以隨意增加或減少電壓，反之，通過(guò)磁軛位移也可以取得相同的結(jié)果。圖13-15為具有不同P、M值對(duì)的示范性設(shè)置，其中M是比P_2要小的偶數(shù)。這些 附圖為徑向?qū)嵤├谳S向的實(shí)施例中也可以作相同的考慮。在圖I3中，P = 64且M = 48，因此X = 4。這就根據(jù)第二個(gè)四線圈組的線圈相對(duì) 于鄰近的四線圈組的線圈具有相同相還是反向相，獲得了四相或八相的電機(jī)。在圖14中，P = 48且M = 40，因而X = 6。這就根據(jù)第二個(gè)六線圈組的線圈相對(duì) 于鄰近的六線圈組線圈具有相同相還是反向相，獲得了六相或十二相的電機(jī)。在圖15中，P = 48且M= 32，因而X = 3。這就根據(jù)第二個(gè)三線圈組的線圈相對(duì) 于鄰近的三線圈組的線圈具有相同相還是反向相，獲得了三相或六相的電機(jī)。M為偶數(shù)，比P大，也可以獲得其他的異步結(jié)構(gòu)。外部接頭的簡(jiǎn)化也可以應(yīng)用于異步電機(jī)中，其中M = P，這樣可以獲得相同相的P 線圈，或P/2為相同相，P/2為相反相的線圈，外部只需要一個(gè)或兩個(gè)接頭。圖13-15也展示了極膨脹的形狀，用數(shù)字7表示，這對(duì)多相電機(jī)尤其有利。圖16 (a)和16(b)為線膨脹的放大圖。線膨脹7具有放大的面向磁鐵的頭部7a、具有縮小的橫截面 大小的中間桿7b，線圈(用數(shù)字21表示)纏繞在中間桿7b上、以及基部或底部7c，用于將 線膨脹7固定到支座上(例如之前所述的接頭元件)。這種形狀具有以下優(yōu)點(diǎn)，即電機(jī)的活 性鐵氧體截面被放大了，同時(shí)減少了線圈對(duì)旋轉(zhuǎn)磁鐵的暴露。中間桿7b為成直角的平行六 面體形狀，其最大表面與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向垂直。線膨脹的底部7c的尺寸也比中間桿7b大。 如圖16(b)所示，線膨脹7可以通過(guò)固定元件7d單獨(dú)地固定到定子支座上，且磁軛(用數(shù) 字6表示)包括兩個(gè)通過(guò)其基部7c連接到一起的相鄰的線膨脹7。這種獨(dú)立的設(shè)置方式有 利于使線圈纏繞更容易。而且，底部7c的表面微微傾斜，例如一定的角度，這樣在磁軛中間 桿7b的軸之間存在朝向轉(zhuǎn)子的一定的角度。磁軛6中中間桿7b的軸的曲度使繞組線圈具 有相對(duì)大的空間。當(dāng)裝置用作發(fā)電機(jī)時(shí)減少外部接頭的另一種方法為矯正機(jī)器內(nèi)所有線圈的波形， 且將機(jī)器內(nèi)的正極和負(fù)極平行連接，這樣只需要兩個(gè)輸出導(dǎo)體。但是，由于所有線圈都連接 在一起，這種方法不能或很難使機(jī)器用作發(fā)電機(jī)。然而，可以參考圖13-15的相模塊以使一 些單元不與整流結(jié)構(gòu)連接，且將這些單元用作發(fā)電機(jī)功能。例如，如果電機(jī)具有48個(gè)線膨 脹，可以看到以下的順序穿過(guò)整流器連接的三個(gè)線膨脹，一個(gè)線膨脹是單獨(dú)的且可逆的， 其中36個(gè)線膨脹矯正了方向且連接到一起，12個(gè)獨(dú)立的線膨脹沿著螺距X = 4的圓周分 布。圖17 (a)-17(d)為尤其適用于抵抗高速旋轉(zhuǎn)(例如磁鐵設(shè)置于渦輪的葉輪上時(shí)的 旋轉(zhuǎn))的磁鐵的實(shí)施例。磁鐵為四邊形平面140，其底部形成磁鐵的N極和S極，且其邊的 表面為雙錐形更具體地，磁鐵的兩個(gè)相對(duì)面，例如從頂部到底部呈錐形，另外兩個(gè)邊為反 向的錐形。換句話說(shuō)，根據(jù)垂直于磁鐵底部的兩個(gè)平面(例如穿過(guò)圖17(b)中線C-C和D-D 的平面)的截面為兩個(gè)反向的梯形，如圖17(c)和(d)所示。這樣的形狀有利于轉(zhuǎn)移切線 的或徑向的壓縮力，以使對(duì)壓縮力具有高阻力。在彼此相鄰的磁鐵，如果有需要，可以在與磁鐵環(huán)相交橫截的相鄰的磁鐵之間設(shè) 置能補(bǔ)足磁鐵的相對(duì)邊的錐形的固定元件(圖中未示)，且在成對(duì)磁鐵設(shè)置的情況下，也可 以在兩排磁鐵之間縱向設(shè)置。必須注意的是，在圖17(a)_17(d)的不同的實(shí)施例中，只有一對(duì)相反的邊的表面 為傾斜的，這樣平面為楔形。而且，平面為圓錐或棱錐的平截頭體形狀，可以使楔形或雙錐 形平面獲得相同的效應(yīng)。如圖18所示，為使用了圖16(b)磁軛6的徑向外部轉(zhuǎn)子裝置，可以通過(guò)使用正切 運(yùn)作的彈性固定元件60加強(qiáng)對(duì)離心力的抵抗力，所述固定元件60設(shè)置在相鄰磁鐵140之 間，且這樣設(shè)置以對(duì)磁鐵邊施加壓縮力以抵消由于切線應(yīng)力而產(chǎn)生的尺寸偏差。元件60包 括片簧，該片簧具有固定到轉(zhuǎn)子12'上的中間部分60a，元件60還包括兩個(gè)從中間部分向 各自的磁鐵140延伸的U型邊臂60b，這樣U的腿遠(yuǎn)離靠著磁鐵的中間部分60a。可以清楚 地看出，可以設(shè)置兩排固定元件60，一列磁鐵，或單列元件60。圖18還展示了相鄰磁軛6 可以通過(guò)空隙77而分開(kāi)，該空隙77相對(duì)于由如熱膨脹可能引起的機(jī)械干預(yù)具有一定的自 由度。通過(guò)使用彈性材料如Teflon 制備而成的固定元件也可以達(dá)到相同的效果。圖19為使用大的傾斜壁的楔形磁鐵140的內(nèi)部轉(zhuǎn)子電機(jī)的實(shí)施例的細(xì)節(jié)圖。這 種方法適合于轉(zhuǎn)數(shù)很大的情況。磁鐵140設(shè)置于轉(zhuǎn)子邊緣形成的座位62里，且在垂直于轉(zhuǎn)子12'的旋轉(zhuǎn)軸的平面具有梯形橫截面，與對(duì)應(yīng)的磁鐵的橫截面形狀互補(bǔ)，且包裹在絕緣 薄片66內(nèi)。磁鐵140的另外兩邊與橫向固定磁鐵的夾子64嚙合。注意圖18和19有涉及到成對(duì)磁鐵設(shè)置，也展示了與面對(duì)相同磁軛的磁鐵連接的 鐵磁薄片61。圖20-22展示了磁軛16的可能的支撐結(jié)構(gòu)，可以使單元移動(dòng)、且自動(dòng)抵消轉(zhuǎn)子位 置或姿勢(shì)的變形或變量。圖20和21為根據(jù)兩個(gè)正交平面的原理的截面示意圖，為清楚起 見(jiàn)，圖22為省略了一些元件截面圖的的透視圖。這樣的支撐結(jié)構(gòu)包括數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)元件50 (以4個(gè)為例來(lái)說(shuō)明，每個(gè)臂兩個(gè)，見(jiàn)圖22)， 例如球、滾筒、球或滾筒軸承。這些元件設(shè)置用來(lái)翻滾轉(zhuǎn)子表面的適宜加工的外圍區(qū)域51， 外圍區(qū)域51充當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件的軌道，使空隙保持不變。所以，旋轉(zhuǎn)元件50與機(jī)械、水力或氣 動(dòng)操控的調(diào)節(jié)單元52 (如水力或氣動(dòng)汽缸或滑動(dòng)元件)連接，在裝置的校準(zhǔn)相時(shí)，調(diào)節(jié)元件 如此設(shè)置在正常操作條件下，旋轉(zhuǎn)元件50與轉(zhuǎn)子12分隔開(kāi)，且只有在后者遠(yuǎn)離其合適的 操作位點(diǎn)或不成形時(shí)，旋轉(zhuǎn)元件才與轉(zhuǎn)子12接觸。旋轉(zhuǎn)元件50以相對(duì)于臂稍微凸出設(shè)置， 以使當(dāng)其繞著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)留下預(yù)期的空隙。旋轉(zhuǎn)元件50及其調(diào)節(jié)單元52，還有其連接的磁 軛16是由軸承結(jié)構(gòu)M而引出的，軸承結(jié)構(gòu)M與壓縮彈簧56或其他具有相同功能的元件 連接，壓縮彈簧56或其他具有相同功能的元件被校準(zhǔn)了，以與引起所述預(yù)期的空隙變動(dòng)的 轉(zhuǎn)子的任何位移作對(duì)照。假設(shè)給定結(jié)構(gòu)的可靠性，包括具有線圈20、22的磁軛16、18的整個(gè)單元、其支承結(jié) 構(gòu)M、促使位置調(diào)整和以上所述的磁軛位移的元件、引起位移的檢測(cè)器可以包含在樹(shù)脂層 中，如圖23中70所示，可以嵌入外套里(圖中未示)。樹(shù)脂可以充滿增加電和/或熱傳導(dǎo) 材料的粉末，例如硼、硅碳化物、鋁等等。圖27為軸向調(diào)節(jié)單元及其元件的操作原理圖。磁軛，如磁軛16配置在臂17上， 具有兩個(gè)供電線圈20和兩個(gè)信號(hào)線圈200，這些線圈被冷卻線圈80圍繞。單元還配置有溫 度和位置檢測(cè)器86、88，其具有相應(yīng)的信號(hào)處理和操控電路90。例如，溫度檢測(cè)器88包括 有正極或負(fù)極熱控制型的熱電阻，或熱電偶。如前所述，位置檢測(cè)器88 (術(shù)語(yǔ)還包括相檢測(cè) 器和旋轉(zhuǎn)頻率檢測(cè)器)可為霍爾效應(yīng)檢測(cè)器或輔助線圈或主供電線圈，用于檢測(cè)相、不同 臂的線圈內(nèi)電流和電壓的振幅。必須注意的是，盡管為了便于理解，檢測(cè)器86、88展示在磁 軛的外部，其實(shí)際上是位于單元的內(nèi)部，例如，在加工和控制電路90的位置之處。對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子位移的彈簧56設(shè)置在啟動(dòng)活塞或汽缸82內(nèi)，啟動(dòng)活塞或汽缸82滑動(dòng) 設(shè)置在汽缸92內(nèi)。在裝置的空閑狀態(tài)時(shí)，活塞82通過(guò)彈簧84完全壓縮在汽缸92內(nèi)。在 操作狀態(tài)時(shí)，汽缸92引起活塞82的伸展，這樣后者處于穩(wěn)定的工作位置。動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)，合 適的由電控元件控制的線性驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)作用于活塞82上的推動(dòng)器，這取決于操作的需要。 通過(guò)兩個(gè)活塞82的不同的作用，單元會(huì)傾斜。當(dāng)然，任何等同于活塞82和汽缸92裝配的 水壓、氣動(dòng)或機(jī)械操作裝置都可以使用。檢測(cè)器86、88，加工和控制電路90、活塞/汽缸82、92與中央處理器(圖中未示) 相連，中央處理器(是基于從檢測(cè)器和儲(chǔ)存在其內(nèi)的電機(jī)的模型獲得的信息)決定電機(jī)的 常規(guī)操作和安全程序。位移命令通過(guò)合適的功率驅(qū)動(dòng)器和制動(dòng)器(其活塞/汽缸82，92或 其他的調(diào)節(jié)元件是與單元連接的元件)發(fā)射出去?？梢栽O(shè)置汽缸82、92或等同單元來(lái)控制單元沿著/關(guān)于其他軸的平移/旋轉(zhuǎn)。
為了清楚起見(jiàn)，圖中僅示具有調(diào)節(jié)活塞52的單個(gè)旋轉(zhuǎn)元件50，而與單元其他的元 件分離開(kāi)。旋轉(zhuǎn)元件50與減震元件如彈簧58相連，以抵消旋轉(zhuǎn)元件本身對(duì)轉(zhuǎn)子的影響。安裝有渦輪的航空學(xué)發(fā)電機(jī)；渦輪的啟動(dòng)馬達(dá)；渦輪結(jié)構(gòu)的反饋電機(jī)；輪船和航空器螺旋推動(dòng)器的馬達(dá)；垂直起飛的航空器螺旋推動(dòng)器；汽油管道的泵電機(jī)等；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；一般的工業(yè)發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器；汽車系統(tǒng)的調(diào)速輪；能量循環(huán)的電磁剎車；主動(dòng)剎車。因此，這些領(lǐng)域可以簡(jiǎn)要說(shuō)明。航空發(fā)電機(jī)該應(yīng)用是源于航空器升降機(jī)產(chǎn)生電能的需要。裝置10在低操作溫度下直接設(shè)置 于平臺(tái)上(在這種條件下，圖2中的刀片15為渦輪平臺(tái)上的刀片)，且通過(guò)與渦輪軸連接 的減速齒輪可以替換接受機(jī)械能的常規(guī)交流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)是根據(jù)現(xiàn)代科技條件 下，通過(guò)轉(zhuǎn)換電源供應(yīng)的元件而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的一種方案，使完全通過(guò)電分布而達(dá)到制動(dòng) 器，裝置和變頻器的遠(yuǎn)程操控。裝置10，可以不與渦輪直接接觸而進(jìn)行高電壓、高頻發(fā)電，能 夠克服傳統(tǒng)技術(shù)的很多缺陷。尤其是，其重量輕便、可靠性高、使用期限長(zhǎng)，具有容易膨脹的 模組結(jié)構(gòu)，且維修很少。而且，其相對(duì)便宜，尤其是電機(jī)和齒輪盒的成本低。航空學(xué)領(lǐng)域和一般渦輪的啟動(dòng)電機(jī)本發(fā)明的裝置，全部可逆，也可以作為航行器上發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)，而不增加額外 的重量和成本，不同于無(wú)刷電機(jī)的電控元件上的啟動(dòng)系統(tǒng)。相反，當(dāng)使用外部電機(jī)時(shí)，航行 器上常常沒(méi)有啟動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)槠浜苤厍屹F，因此點(diǎn)火階段僅限于航空器處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)。這 種選擇限定了航空器本身的適用性和安全性。相同的特性即輕便性和有限的成本也使本 發(fā)明可以用作一般渦輪的啟動(dòng)電機(jī)，也可以用于航空學(xué)以外的領(lǐng)域。渦輪結(jié)構(gòu)的反饋電機(jī)低壓壓縮機(jī)或高壓壓縮機(jī)帶來(lái)了旋轉(zhuǎn)速度，該旋轉(zhuǎn)速度不再與渦輪軸的旋轉(zhuǎn)速度 有關(guān)，而是由圍繞壓縮機(jī)設(shè)置或在壓縮機(jī)外部設(shè)置的電機(jī)決定(超速)。這使轉(zhuǎn)數(shù)及獨(dú)立于 渦輪組的壓力最優(yōu)化，且調(diào)整更為可能，以及性能及消耗量最優(yōu)化。輪船推進(jìn)器的電機(jī)輪船電推動(dòng)器可以使用本發(fā)明所述的電機(jī)，因?yàn)檫@些電機(jī)噪音低，可以與螺桿緊 密連接而設(shè)置于船體的外表上，其可以相對(duì)于船體縱向軸有角度地移動(dòng)，從而使輪船具有 高度的可操控性。如圖26所示，本發(fā)明應(yīng)用于這些領(lǐng)域時(shí)，其中裝置10的徑向排列的成對(duì) 磁鐵結(jié)合在輪船的螺桿11的外周。移除了外殼框架以展示裝置10的排列情況。在這些領(lǐng) 域，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
由于電機(jī)單元在螺桿外周的排列情況，半徑大及極數(shù)多時(shí)具有高扭矩；可以單獨(dú)維修及調(diào)節(jié)單元；高可靠性，這是因?yàn)榧词故且粋€(gè)單元損壞了，其他的單元也可以獨(dú)立于損壞的單 元而繼續(xù)操作；因?yàn)閱卧脴?shù)脂密封了，在嚴(yán)格的、不利的環(huán)境下也可以操作；螺桿相對(duì)于框架的振幅具有高的免疫性，這是因?yàn)閱卧渲糜型庵苄D(zhuǎn)元件，當(dāng) 保持空隙一定時(shí)，單元可以相對(duì)于螺桿樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。■航序碰·己飛遞雜·本發(fā)明裝置的高轉(zhuǎn)矩和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)使其也可以用于航空器推進(jìn)器。使用本發(fā) 明的航空器推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖26。在該領(lǐng)域中，本發(fā)明裝置可以跟與熱機(jī)連接的發(fā)電機(jī)單 元、蓄電池、燃料電池、光電電池等共同作業(yè)。而且，由于螺桿和磁鐵/磁軛的環(huán)也可以設(shè)置在水平位置，如平行于機(jī)翼表面位 置，可能產(chǎn)生用于垂直起飛的垂直氣流；然后，垂直起飛后，裝配好的螺桿和環(huán)可以逐漸旋 轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)到水平飛行。本發(fā)明應(yīng)用于該領(lǐng)域解決了與傳統(tǒng)渦輪的氣流的高溫問(wèn)題，當(dāng)渦輪垂 直設(shè)置時(shí)，傳統(tǒng)渦輪內(nèi)的氣流會(huì)損壞航行器和飛機(jī)跑道。用于汽油管道及類似管道的泵的電機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用也是基于輪船推進(jìn)器相同的原理。然而，在這種情況下磁鐵位于 管道內(nèi)，而磁軛位于環(huán)外。這種方式需要確保磁軛與管道內(nèi)的推進(jìn)器沒(méi)有任何接觸且完全 絕緣。因此可以達(dá)到高可靠性和內(nèi)在安全性，這尤其適合于抽吸汽油和烴。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該領(lǐng)域，位于磁盤12的中間部分的刀片15將形成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片。由于在 構(gòu)建大的磁盤時(shí)沒(méi)有任何問(wèn)題，用專用于該領(lǐng)域的尺寸的大小為葉片提供外殼，同時(shí)保持 較小的重量，因而，可以應(yīng)用于該領(lǐng)域。由于在大的磁盤上的可以設(shè)置數(shù)目多的偶極，同時(shí) 由于磁路的低損耗，在任何有風(fēng)的情況下都可以取得高效率。多個(gè)偶極可以改變結(jié)構(gòu)的大 小以使成本和性能之間的平衡最優(yōu)化。工業(yè)發(fā)電機(jī)有旋轉(zhuǎn)軸存在的任何情況下，由于將轉(zhuǎn)子12固定到旋轉(zhuǎn)軸上(因而形成了裝置的 軸13)很簡(jiǎn)單，本發(fā)明也可以用作發(fā)電機(jī)，而磁性鉗子16、18的環(huán)由于其與旋轉(zhuǎn)元件沒(méi)有任 何機(jī)械連接可以獨(dú)立設(shè)置。本發(fā)明尤其適用于與產(chǎn)能渦輪有關(guān)的應(yīng)用，因?yàn)榻M成裝置10的 元件可以很容易地與渦輪本身結(jié)合在一起。P. c.(肓流)轉(zhuǎn)矩調(diào)整器該領(lǐng)域還要求整個(gè)磁軛16、18旋轉(zhuǎn)設(shè)置。如果對(duì)裝置10提供穩(wěn)定的極性電壓，磁 鐵14以平衡狀態(tài)穩(wěn)定位于磁軛16、18之前。因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)支承有磁軛16、18的外部，可 以引起承載有磁鐵14的轉(zhuǎn)子模塊12的相似旋轉(zhuǎn)。定子和轉(zhuǎn)子的接合旋轉(zhuǎn)一直繼續(xù)直到獲 得最大的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩是通過(guò)臂(磁環(huán)的半徑)而施加在磁盤和磁軛的聯(lián)合的切線力而產(chǎn)生 的，隨后就開(kāi)始穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩變化。在這種情況下，如果需要在不變轉(zhuǎn)矩下多個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)，有必要 設(shè)置有旋轉(zhuǎn)接收器以使在旋轉(zhuǎn)中有電流流過(guò)。通過(guò)改變電壓水平，級(jí)聯(lián)力隨之改變直到鐵磁電路飽和為止。A. c.(交流)轉(zhuǎn)矩調(diào)整器
這種應(yīng)用為本發(fā)明的裝置與電機(jī)連接在一起作用。然而，在螺紋行程的末尾，裝置 停止，施加的轉(zhuǎn)矩重新設(shè)置，與d. C.轉(zhuǎn)矩調(diào)整器的情況一樣。然而在這種情況下，不需要旋 轉(zhuǎn)收集器以使電流通過(guò)。使用本發(fā)明的d. C.或a. C.轉(zhuǎn)矩調(diào)整器可以用在瓶蓋螺紋連接的機(jī)器中，甚至在 螺紋完全被擰緊的情況下，這種機(jī)器都必須以恒定轉(zhuǎn)矩操控。這樣的要求在食品領(lǐng)域和化 學(xué)制藥領(lǐng)域尤其嚴(yán)格。電磁調(diào)諫輪本發(fā)明的一個(gè)重要的應(yīng)用為在減速時(shí)回收能量，通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，將電 能儲(chǔ)存在混合蓄電池系統(tǒng)(即該系統(tǒng)包括在不同時(shí)期操控、具有不同加速器和功能特性 的裝置)里，然后回收電能，這是由于裝置的可逆性，也由于在加速階段的機(jī)械能。裝置可 以用作電磁調(diào)速輪。本發(fā)明裝置用作電磁調(diào)速輪的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖觀所示。在該結(jié)構(gòu)中，電磁調(diào)速輪，即裝置10，設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)30和負(fù)載之間的驅(qū)動(dòng)軸上，齒 輪盒32的上游。在這種情況下，調(diào)速輪10立即以與驅(qū)動(dòng)軸相同的速度旋轉(zhuǎn)(通常從1，000 至超過(guò)20，OOOrpm)。調(diào)速輪10可以設(shè)置在汽車中心的電機(jī)軸的橫向截面上，從而使回轉(zhuǎn)儀 效應(yīng)最小化，由于運(yùn)作元件(轉(zhuǎn)子)的慣性具有低動(dòng)量，回轉(zhuǎn)儀效應(yīng)是很低的。一方面，調(diào)速輪10與形成能量回收配件33的單元連接，另一方面與形成能量供應(yīng) 配件35的單元連接。配件33、35分別連接蓄電池40的輸入端和輸出端，如前所述，所述蓄 電池可為混合蓄電池系統(tǒng)。能量回收配件33包括轉(zhuǎn)換器34，其可以通過(guò)剎車開(kāi)關(guān)36而在 調(diào)速輪10與電流發(fā)生器38之間連接。然后電流發(fā)生器38對(duì)蓄電池40供能。相應(yīng)地，能 量供應(yīng)配件35包括與蓄電池40連接的相調(diào)節(jié)器42和無(wú)刷電機(jī)從屬單元46，相調(diào)節(jié)器42 由調(diào)速輪位置編碼器44控制，無(wú)刷電機(jī)從屬單元46可以通過(guò)蓄電池開(kāi)關(guān)48而與調(diào)速輪10 連接。在空閑狀態(tài)(即當(dāng)剎車開(kāi)關(guān)36不運(yùn)作時(shí))，線圈20，22(圖1-3)保持開(kāi)放電路狀 態(tài)，且遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子12，從而增加空隙以取消正常運(yùn)作時(shí)的剎車效應(yīng)，這樣反電動(dòng)勢(shì)為0。在剎 車或回收階段，轉(zhuǎn)換器34上線圈的電路是閉合的，從而產(chǎn)生電流且在調(diào)速輪10的磁盤12 上產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。而且，兩個(gè)磁軛16、18環(huán)靠近磁盤12，這樣裝置以最小空隙、從而最大反 電動(dòng)勢(shì)而運(yùn)作。該電動(dòng)勢(shì)使動(dòng)能減少，因此剎車且同時(shí)產(chǎn)生高頻率電能，該電能通過(guò)電流發(fā) 生器38而轉(zhuǎn)移，這樣可以儲(chǔ)存在蓄電池40內(nèi)。在加速時(shí)，啟動(dòng)反向供應(yīng)過(guò)程。在這個(gè)階段，調(diào)速輪用作無(wú)刷電機(jī)。當(dāng)開(kāi)啟加速開(kāi) 關(guān)48時(shí)，隨著相旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電壓變化，然后極性轉(zhuǎn)化引起永磁鐵14上使磁盤12旋轉(zhuǎn)的力。 在操作的其他時(shí)候，這些問(wèn)題在作為電機(jī)應(yīng)用的操作中就已經(jīng)考慮到了?，F(xiàn)有技術(shù)也在短 時(shí)間內(nèi)提供高能量這使在供能階段，達(dá)到高加速轉(zhuǎn)矩和非常陡的曲線，用于電機(jī)反應(yīng)。電磁剎車如圖28所示，設(shè)置在車輛的熱動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)20和傳動(dòng)單元32之間的本發(fā)明裝置10 也可以用作電磁剎車。在這個(gè)領(lǐng)域，如前所述，正常操作時(shí)，線圈20、22(圖1-3)保持開(kāi)放 電路狀態(tài)，且磁軛16、18保持距轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)距離之處，這樣反電動(dòng)勢(shì)為0。當(dāng)剎車時(shí)，磁軛如前一 樣靠近轉(zhuǎn)子，線圈的電路在電阻性負(fù)載上閉合(而不是如調(diào)速輪一樣在轉(zhuǎn)換器上閉合)，剎 車的能量轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能量，而剎車的反電動(dòng)勢(shì)作用于磁盤上。
主動(dòng)剎車本發(fā)明的另一種應(yīng)用為主動(dòng)剎車。原理是在調(diào)速輪的基礎(chǔ)上發(fā)展的，在車輛的正 常運(yùn)作或運(yùn)動(dòng)相時(shí)產(chǎn)生能量累積。在剎車階段，線圈20、22的磁路不再在負(fù)載上閉合，被驅(qū) 動(dòng)使其如反向旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣操作從而能量從蓄電池40(圖28)至流向剎車裝置，從而減少 剎車時(shí)間。通過(guò)將裝置10排列在每個(gè)車輪的軸上，也可以防止制動(dòng)跑偏當(dāng)剎車時(shí)，由于可 以軸向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置，主動(dòng)剎車作用獨(dú)立地分散于每個(gè)車輪，以分化的形式 具有反向旋轉(zhuǎn)作用，用于抵消專用于突發(fā)剎車的不平衡的負(fù)載。這個(gè)領(lǐng)域的一般優(yōu)點(diǎn)是與 裝置的高轉(zhuǎn)矩、迅速干預(yù)和低電能消耗有關(guān)的，因?yàn)橛嘘P(guān)的能量很高但只能短期使用。以上實(shí)施例并非限制實(shí)施例，有關(guān)實(shí)施例的改變或修飾，尤其是有關(guān)形狀、大小、 材料、元件種類等的的改變或修飾均沒(méi)有脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，當(dāng)磁軛、單元在轉(zhuǎn) 子前形成完整環(huán)，其不需要沿著轉(zhuǎn)子圓周規(guī)則分布，這也沒(méi)有脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。非規(guī) 則分布有利于減少齒輪，當(dāng)裝置包括發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)模組或?yàn)槎嘞嘟Y(jié)構(gòu)時(shí)也一樣。如果有 必要，定子單元的非規(guī)則分布可以通過(guò)裝置的控制系統(tǒng)而電學(xué)地抵消。除了上述提及的其 他領(lǐng)域也是可以應(yīng)用的。
權(quán)利要求
1.具有可逆發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)操作的電磁裝置(10)，其特征在于，所述電磁裝置(10)包括轉(zhuǎn)子(12 ；12')，所述轉(zhuǎn)子(12 ；12')繞著軸旋轉(zhuǎn)，且承載多個(gè)以規(guī)則間距分布的磁 鐵(14;14' ,14' a, 14' b ;140)，以環(huán)形方式具有交替的取向；定子(16，20a，20b，18，22a，22b ;16'，18'，20'，22')，所述定子包括至少一個(gè)磁軛 (16,18 ；16' ,18' ；6)，所述磁軛具有一對(duì)凸出臂(17a，17b，19a，19b ;7)，所述凸出臂朝向 磁鐵(14;14'，14' a,14' b ;140)延伸，且承載用于電連接到使用裝置或功率驅(qū)動(dòng)器的 各自的線圈(20a，20b，22a，22b ;20'，22' ；21)；所述至少一個(gè)磁軛(16，18 ;16' ,18' ；6)、連同以特定的距離面對(duì)磁軛臂(17a，17b， 19a，19b;7)的一對(duì)磁鐵(14;14' ,14' a, 14' b ;140)、以及將磁軛與磁鐵分開(kāi)的空隙屬 于一個(gè)相同的閉合磁路；所述至少一個(gè)磁軛(16，18 ；16' ,18' ；6)獨(dú)立地設(shè)置在各自的支座(54)上，所述支 座(54)配置有調(diào)節(jié)磁軛相對(duì)于面對(duì)的磁鐵(14;14' ,14' a,14' b ； 140)的位置的調(diào)節(jié) 單元(56，82，84，92)，所述磁軛(16，18;16'，18' ；6)與其線圈(20a，20b，22a，22b ;20‘， 22' ；21)、其支座(54)、其調(diào)節(jié)單元(52，56)形成基本定子單元，所述基本定子單元可以重 復(fù)以構(gòu)成可逆的包括單相或多相模塊的電磁裝置(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，重復(fù)所述基本定子單元以形成至少一組 沿著磁鐵環(huán)的多個(gè)離散弧伸展的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，重復(fù)所述基本定子單元以形成至少一組 在整個(gè)磁鐵環(huán)前伸展的單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12;12')承載有M個(gè)磁鐵 (14 ；14'，14' a, 14' b ； 140)，所述 M 選自2N，N 為磁軛(16，18 ;16'，18' ；6)數(shù);小于2N-2的偶數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所有單元的線圈(20a，20b，22a， 22b ；20'，22' ；21)各自連接到功率驅(qū)動(dòng)器或使用裝置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述磁軛臂(17a，17b，19a，19b;7)的線 圈(20a，20b，22a，22b ;20' ,22' ；21) —起連接在裝置內(nèi)，且與功能驅(qū)動(dòng)器或使用裝置具 有共同接頭，所述磁軛臂與所有單元內(nèi)面對(duì)的磁鐵(14 ;14' ；14' a, 14' b)具有相同的幾 何相位關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述交替臂(17a，17b，19a，19b;7)的線 圈(20a，20b，22a，22b ;20' ,22' ；21) —起連接在裝置內(nèi)，且與功能驅(qū)動(dòng)器或使用裝置分 別具有共同反相接頭，所述臂與所有單元內(nèi)面對(duì)的磁鐵(14 ;14' ；14' a, 14' ； 140)具有 相同的幾何相位關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)單元的線圈(20a，20b， 22a,22b;20' ,22' ；21)與使用裝置連接，且至少另一個(gè)單元的線圈與功能驅(qū)動(dòng)器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元承載第一線圈(20a， 20b, 22a, 22b ；20' ,22' ；21)，用于使用裝置或功率驅(qū)動(dòng)器的電接頭；且第二線圈用作反饋 感應(yīng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述每個(gè)單元設(shè)置在軸向和徑 向可調(diào)的支座(54;70)上，這樣單元相對(duì)于磁鐵(14;14' ,14' a,14' b ； 140)的位置通 過(guò)沿著三個(gè)正交軸作直線運(yùn)動(dòng)的元件而單獨(dú)調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述支座(54;70)還通過(guò)繞至少一個(gè) 軸作樞軸運(yùn)動(dòng)而調(diào)整。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述支座(54；70)通過(guò)繞三個(gè)軸作樞 軸運(yùn)動(dòng)而調(diào)整。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，復(fù)制所述單元以形成朝向定 子表面、承載有磁鐵的一組單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12;12')由鐵磁材料制備 而成，且所述磁路包括一對(duì)磁鐵(14 ;14' ；14' a,14' b ； 140)和朝向磁鐵對(duì)的單元的磁 軛(16 ；16')，所述磁路通過(guò)所述轉(zhuǎn)子(12 ；12')和將磁軛與磁鐵分開(kāi)的空隙而閉合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，在沒(méi)有被磁鐵(14;14'；14' a, 14' b;140)覆蓋的區(qū)域，所述轉(zhuǎn)子(12;12')由非鐵磁材料制備而成，面對(duì)相同磁軛的磁 鐵(14 ；14' ；14' a, 14' b ； 140)通過(guò)鐵磁元件(61)而連接，所述磁路包括一對(duì)磁鐵(14 ； 14' ；14' a, 14' b ;140)和面對(duì)磁鐵對(duì)的單元的磁軛(16 ;16')，且所述磁路通過(guò)鐵磁元 件(61)和將磁軛與磁鐵分開(kāi)的空隙而閉合。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述磁鐵(14;14' ；14' a, 14' b;140)以交替方向粘貼到面對(duì)單元的轉(zhuǎn)子(12;12')的表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在沒(méi)有被磁鐵(14;14'； 14' a,14' b;140)覆蓋的區(qū)域，所述轉(zhuǎn)子(12;12')由非鐵磁材料制備而成；復(fù)制所述 基本單元以形成相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子(12，12')對(duì)稱設(shè)置的第一組磁軛和第二組單元，且所述 磁路包括一對(duì)相鄰的磁鐵(14 ；14' ； 14a, 14b ； 140)以及第一組和第二組單元中朝向磁鐵 的磁軛(16，18; 16'，18' ；6)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述磁鐵(14;14'，14' a,14' b； 140)在轉(zhuǎn)子(12 ；12')中是磁化區(qū)域，且在朝向單元的轉(zhuǎn)子表面形成連續(xù)的交替相反的磁 極。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12')為圓柱 體，在其表面承載有多個(gè)磁鐵(14' a, 14' b)；且所述多個(gè)磁鐵在所述表面以兩個(gè)平行列 (14' a,14' b)的形式排列，一列的磁鐵與另一列相鄰的磁鐵具有相反的極性，設(shè)置單元 以使兩列磁鐵(14' a, 14' b)聯(lián)通。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，每個(gè)所述單元通過(guò)相對(duì)于轉(zhuǎn)子(12') 的母線傾斜設(shè)置而與各自的磁鐵對(duì)(14' a, 14' b)聯(lián)通。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述臂(17a，17b，19a，19b； 7)和所述磁鐵(14;14' ；14' a,14' b ； 140)的截面形狀選自以下一種圓形；非圓形曲 線；凹多邊形或凸多邊形，尤其是正方形或矩形截面的橫截面；其中所述磁鐵(14 ；14'； 14' a，14' b ； 140)和所述臂(17a，17b，19a, 19b ；7)的覆蓋面積大小相同。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述臂(17a，17b，19a，19b;7)和所述 磁鐵(14;14' ；14' a, 14' b ;140)橫截面形狀是不同的。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-15，17，19-22任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述磁鐵為磁體 (140)，具有以下形狀中的一種楔形；多面形，具有與傾斜邊連接的四邊形底座的四邊形底座相對(duì)的兩對(duì)邊的傾斜度產(chǎn)生平 面相反的錐形；截頭圓錐形。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述相鄰磁鐵(140)設(shè)置在錐形的固定 元件之間，所述錐形的固定元件與所述相鄰磁鐵(140)面對(duì)的表面界定的錐形互補(bǔ)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的裝置，其特征在于，所述相鄰磁鐵(140)設(shè)置在切線 操作的彈性固定元件(60)之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，每個(gè)磁軛臂(7)包括底座(7c)，用于固定至支座上；中間桿(7b)，該中間桿(7b)從底座(7c)向磁鐵(14' ； 140)伸展，該中間桿(7b)上 纏繞有線圈(21)；頭部(7a)，所述頭部(7a)與底座(7c)對(duì)面的中間桿(7b)末端連接，所述頭部橫截面 比中間桿(7b)和線圈(21)的總體橫截面大，所述頭部以將線圈(21)隱藏在面對(duì)的磁鐵 (14' ； 140)而設(shè)置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，每個(gè)單元包括一對(duì)單獨(dú)設(shè)置的臂(7)， 界定出一個(gè)朝磁鐵(14' ； 140)開(kāi)口的角度，在分別屬于兩個(gè)相鄰單元的兩個(gè)相鄰臂(7)的 底座(7c)之間具有空隙(77)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1-26任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元的臂(17a，17b，19a， 19b)利用長(zhǎng)度等于臂的橫截面大小的元件而連接起來(lái)，且相鄰磁軛(16，18)的相鄰臂的面 對(duì)的邊以等于臂的橫截面大小的距離而分開(kāi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-28任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述磁軛(16，18)由選自以下 材料中的一種制備而成高磁導(dǎo)率、低剩余磁通和低磁阻鐵磁體；鐵-硅片；Ni-Zn或Mn-Zn 鐵氧體、Mn-Ni材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求1-29任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元的支座(54)配置有 旋轉(zhuǎn)元件(50)，以與轉(zhuǎn)子表面協(xié)作保持單元的磁軛(16，18)和磁鐵(14)之間的空隙(24， 26)恒定，且抵消轉(zhuǎn)子(12)的軸向和徑向振動(dòng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求1-30任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元與溫度檢測(cè)器(86) 和位置檢測(cè)器(88)相關(guān)，所述溫度檢測(cè)器(86)和位置檢測(cè)器(88)與操作和控制電路(90) 連接以啟動(dòng)支座(54)上的移動(dòng)元件(82，92)，來(lái)改變磁鐵(14)和面對(duì)的臂(17)之間的空 隙和/或角度，從而改變單個(gè)線圈(20)對(duì)檢測(cè)到的溫度和/或位置作出反應(yīng)的級(jí)聯(lián)電壓。
32.根據(jù)權(quán)利要求1-31任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元嵌入樹(shù)脂層(70)內(nèi)， 還填滿增加熱傳導(dǎo)的粉末狀材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述樹(shù)脂層(70)具有散熱元件。
34.根據(jù)權(quán)利要求1-33任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，控制與單元(16)的支座(54) 連接的所述調(diào)節(jié)單元(52，56)，以使單元的磁軛和轉(zhuǎn)子之間的空隙產(chǎn)生動(dòng)態(tài)調(diào)整。
35.根據(jù)權(quán)利要求1-34任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置(10)與通過(guò)流體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的葉輪結(jié)合。
36.一種具有流體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的葉輪的裝置，其特征在于，所述葉輪與權(quán)利要求1-35任 一項(xiàng)所述的裝置(10)結(jié)合。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，所述裝置選自以下中的任一種尤其用 于航空或軍艦發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪、航空或軍艦領(lǐng)域的推進(jìn)器的螺桿、汽油管道的泵、以及風(fēng)力發(fā) 電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化電磁裝置(7)，包括定子(16，20a，20b，18，22a，22b)和轉(zhuǎn)子(12)，所述轉(zhuǎn)子(12)在所述定子(16，20a，20b，18，22a，22b)的相對(duì)的表面之間旋轉(zhuǎn)，且承載有多個(gè)沿著其邊緣以規(guī)則間距分布、以環(huán)形方式具有交替的取向的磁鐵(14)。定子(16，20a，20b，18，22a，22b)包含至少一對(duì)位于轉(zhuǎn)子兩邊、對(duì)稱的磁軛(16，18)。每對(duì)磁軛(16，18)具有一對(duì)伸展臂，朝向磁鐵(14)延伸，且承載有各自的線圈(20a，20b，22a，22b)，用于從裝置(10)收集電能或?qū)ρb置(10)供應(yīng)電能。每個(gè)磁軛(16，18)單獨(dú)設(shè)置于各自的、配置有調(diào)節(jié)單元的支座上，調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)磁軛相對(duì)于面對(duì)的磁軛之間的距離，且與其線圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′)、其支座、其調(diào)節(jié)單元、控制磁軛調(diào)整的感應(yīng)和控制元件一起形成基本定子單元，其可以重復(fù)以形成單相或多相模塊。
文檔編號(hào)H02K1/22GK102047530SQ200980110632
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
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