專利名稱：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種電機(jī)，其可以用作電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)。該電機(jī)使用磁通量的高頻換向來(lái)獲得高效率和高功率密度。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為高效率、高功率密度和低成本。通過(guò)在高轉(zhuǎn)速，從而高電頻率下操作交流發(fā)電機(jī)來(lái)可選擇地獲得高功率密度。然而，高電頻率導(dǎo)致高磁芯損耗和低效率。需要提供一種電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，其具有很低的磁芯損耗，這樣使得其在高電頻率下運(yùn)行是實(shí)際的。
如果不能提供高轉(zhuǎn)速，那么現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)一定具有大量磁極，以在低轉(zhuǎn)速下提供高電頻率。由于空間限制，現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)可以具有的磁極的數(shù)量有實(shí)際的限制，所以一旦達(dá)到該限制，為了達(dá)到一定的功率級(jí)，電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)必須相對(duì)大，且在低轉(zhuǎn)速下固有的具有低功率密度。需要提供一種電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)，其可以具有目前可以提供高功率密度的磁極的數(shù)量的很多倍，且即使在低轉(zhuǎn)速下也具有好的效率。
現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的另一個(gè)問(wèn)題在于，它們要求永磁體或者電磁體來(lái)提供磁場(chǎng)。每種類型的磁體具有一些優(yōu)點(diǎn)和一些缺點(diǎn)，以致必須在兩種類型的磁體之間作平衡的決定。永磁體提供簡(jiǎn)單性，它們具有的優(yōu)點(diǎn)為，它們不要求電輸入，這樣允許無(wú)刷的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)。永磁體還是使得可以設(shè)計(jì)一種具有相對(duì)高的功率密度的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)。然而，它們不允許在寬的速度范圍工作，且如果需要，它們不能去激勵(lì)。電磁體可以被去激勵(lì)，然而，它們占據(jù)更大的空間，且要求集流環(huán)來(lái)提取功率，該功率為系統(tǒng)的寄生功率損失。因此，為了不需要離合器，很多電機(jī)必須設(shè)置為具有低功率密度、低效率和較高復(fù)雜性的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)。需要提供一種電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，其可以組合永磁體和電磁體的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)平衡阻礙了一些電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的商業(yè)成功。例如，驅(qū)動(dòng)車輛的輪子的輪轂電動(dòng)機(jī)還沒(méi)有商業(yè)化，因?yàn)榈退佥敵鲆蟠蟮碾妱?dòng)機(jī)，其不與車輛懸架和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和尺寸要求相容。成功的輪轂電動(dòng)機(jī)要求比由現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)提供的功率密度高很多倍的功率密度，且其必須維持好的效率和具有可變場(chǎng)強(qiáng)。這樣的電動(dòng)機(jī)將對(duì)使電動(dòng)車輛和混合電動(dòng)車輛的商業(yè)可接受性大有幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)，其提供了比現(xiàn)有技術(shù)的裝置高很多倍的功率密度。這主要是通過(guò)大大地減少磁芯損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)，允許電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)在更高的電頻率下運(yùn)行。由于其在高電頻率下、在給定的轉(zhuǎn)速下工作，如果該裝置作為交流發(fā)電機(jī)工作，那么輸出電壓比現(xiàn)有技術(shù)的交流發(fā)電機(jī)高。這減小了通過(guò)繞組的電流，且充分地降低了裝置中的電阻損耗。
傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)在繞組中使用變化的電流，以在定子、轉(zhuǎn)子或者兩者中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。替代的，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)改變所述磁場(chǎng)的磁通量通路來(lái)改變恒定的磁場(chǎng)。磁滯和渦電流是磁芯損耗的主要來(lái)源。磁滯由材料中的磁極性的反向引起，渦電流由材料中的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化引起，而與磁場(chǎng)反向無(wú)關(guān)。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)在磁芯的體積中防止磁滯，且對(duì)于磁芯的該部分使用諸如粉末狀的鐵之類的耐渦電流的材料來(lái)獲得低磁芯損耗。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)使用在磁芯的經(jīng)歷磁場(chǎng)反向的小部分中經(jīng)歷低磁滯損耗的材料來(lái)進(jìn)一步減少磁芯損耗。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)使用具有北極和南極的單個(gè)磁體。該磁體可選擇地為永磁體或者電磁體或者它們兩者的組合。多個(gè)磁通量導(dǎo)體引導(dǎo)單個(gè)磁體的磁場(chǎng)。磁通量導(dǎo)體的一半與磁體的北極接觸，以便它們具有正極，磁通量導(dǎo)體的一半與磁體的南極接觸，以便它們具有負(fù)極。北極和南極磁通量導(dǎo)體通過(guò)空氣間隙而相互分離，該空氣間隙足夠最小化導(dǎo)體之間的磁通量泄漏。多個(gè)開關(guān)裝置接附到轉(zhuǎn)子。這些開關(guān)裝置在磁通量導(dǎo)體之間接觸，以交替地打開和關(guān)閉用于在裝置的磁體的北極和南極之間傳導(dǎo)磁通量的磁路。這些磁通量開關(guān)為裝置的經(jīng)歷磁滯的僅有的部分。磁通量導(dǎo)體設(shè)置為使得它們?cè)谙喾吹姆较蛏蠂@功率線圈交替地傳導(dǎo)磁通量。磁通量導(dǎo)體的一半圍繞功率線圈產(chǎn)生順時(shí)針的磁場(chǎng)，另一半圍繞線圈產(chǎn)生逆時(shí)針的磁場(chǎng)。當(dāng)開關(guān)裝置打開和關(guān)閉交流磁路時(shí)，圍繞功率線圈的磁場(chǎng)的極性反向。當(dāng)用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，磁場(chǎng)的極性的反向在功率線圈中感應(yīng)交流EMF電壓。如果AC電壓施加到功率線圈，那么通過(guò)使轉(zhuǎn)子上的開關(guān)裝置在磁通量導(dǎo)體之間移動(dòng)，該裝置將用作電動(dòng)機(jī)。
磁通量導(dǎo)體可以很小，所以在它們變得太接近和磁泄漏出現(xiàn)以前，很多對(duì)可以裝配在小空間中。由于每對(duì)磁通量導(dǎo)體包括電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)中的一個(gè)磁極，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例可以有比現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)多很多倍的磁極。大量的磁極允許本發(fā)明的實(shí)施例獲得高功率密度要求的高電頻率，同時(shí)運(yùn)行在適度的轉(zhuǎn)速下。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置具有的優(yōu)點(diǎn)在于，其只使用單個(gè)磁體。與很多現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)相比，這允許很簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的實(shí)施例導(dǎo)致具有大量磁極的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)，其不要求大量的磁體。此外，由于磁體在定子上，所以不需要集流環(huán)來(lái)使電流到達(dá)電磁體，大大地簡(jiǎn)化了其實(shí)現(xiàn)。由于磁體選擇性地為永磁體或者電磁體，所以在選擇最好地為需要的使用工作的磁體中有很大的靈活性。一種可能性在于，磁體是混合永磁體、電磁體的組合。在這樣的結(jié)構(gòu)中，永磁體提供固定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，另外的電磁體用于增加磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)或者潛在地減小磁場(chǎng)。通過(guò)由電磁體來(lái)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)的總體場(chǎng)強(qiáng)可以根據(jù)需要來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的一個(gè)替代的實(shí)施例提供了三相裝置。在其三相實(shí)施例中，仍然只需要一個(gè)磁體或者混合磁體，其磁化圍繞三個(gè)分開的一個(gè)在另一個(gè)上面排列的線圈的磁通量導(dǎo)體。磁通量開關(guān)排列為使得磁路一次圍繞一個(gè)線圈完成。磁通量開關(guān)隔開，使得當(dāng)用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)產(chǎn)生三相輸出，以及使得當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)三相電力驅(qū)動(dòng)裝置。
本發(fā)明的實(shí)施例在布局和幾何形狀上具有很多可能性。轉(zhuǎn)子可選擇地位于定子的內(nèi)部或者外部上，或者甚至在面上。磁通量開關(guān)和磁通量導(dǎo)體例如根據(jù)打算的使用來(lái)可選擇地采用多種形狀。磁體可選擇地為永磁體、電磁體或者兩者。仍然有更多的變化可能沒(méi)有在此描述，但是很好地位于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)速，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)在很高的電頻率下工作。這導(dǎo)致了很高的功率密度。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)速，工作電頻率比現(xiàn)有技術(shù)的裝置高10倍。這導(dǎo)致了高10倍的功率密度。當(dāng)該裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，高頻工作也導(dǎo)致用來(lái)平穩(wěn)功率輸出的電容的需要降低。高頻率工作還允許裝置在比現(xiàn)有技術(shù)的裝置高很多的電壓下工作，從而提高裝置的電池充電能力，或者簡(jiǎn)化其與變換器的接口。較高的電壓也導(dǎo)致裝置中的較小的金屬絲、較低的電流和較低的功率損耗。
從本披露物的剩余部分可以明白在其各個(gè)實(shí)施例中的根據(jù)本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。


結(jié)合附圖，通過(guò)下面的詳細(xì)描述可以明白根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子組件的分解視圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁體組件的分解視圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接到磁體的北極的磁通量導(dǎo)體。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單個(gè)北極磁通量傳導(dǎo)疊片。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接到磁體的南極的磁通量導(dǎo)體。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單個(gè)南極磁通量傳導(dǎo)疊片。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接到磁體疊片的北極的三個(gè)磁通量導(dǎo)體和連接到磁體疊片的南極的三個(gè)磁通量導(dǎo)體。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件的分解視圖。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)的部分截面。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第一次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第二次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組裝和封裝的定子以及組裝和封裝的轉(zhuǎn)子。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)的部分截面。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第一次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第二次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子組件的分解視圖。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接到磁體的北極的磁通量導(dǎo)體。
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單個(gè)北極磁通量傳導(dǎo)疊片。
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的連接到磁體的南極的磁通量導(dǎo)體。
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單個(gè)南極磁通量傳導(dǎo)疊片。
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件的分解視圖。
圖22示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第一次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖23示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第二次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第三次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在轉(zhuǎn)子的第四次定向期間在磁通量導(dǎo)體中的磁通量。
圖26示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子組件的分解視圖。
圖27示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件。
圖28示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁通量導(dǎo)體和磁通量開關(guān)的剖視圖。
圖29示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的部分截面。
具體實(shí)施例方式
以多個(gè)不同的實(shí)施例，主要是以四個(gè)特別描述的實(shí)施例來(lái)顯示和描述本發(fā)明。第一個(gè)特別描述的實(shí)施例是單相裝置。第二個(gè)特別描述的實(shí)施例也是具有不同磁通量通路幾何形狀的單相裝置。第三個(gè)描述了三相型的裝置。第四個(gè)是在定子的內(nèi)部具有其轉(zhuǎn)子的單向型的裝置。還有超出這些特別描述的(諸如內(nèi)部具有轉(zhuǎn)子的三相裝置)該裝置的其它實(shí)施例，其盡管在這里沒(méi)有清楚地描述，但是從這四個(gè)實(shí)施例可以暗示，或者可以完全理解。
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例包括定子1，其具有環(huán)形磁體2、一組北極磁通量導(dǎo)體4、一組南極磁通量導(dǎo)體6和功率線圈8。北極和南極磁通量導(dǎo)體4和6與磁體2直接接觸。磁通量導(dǎo)體4、6由容易傳導(dǎo)磁場(chǎng)的材料制成。鐵質(zhì)材料可以適用，且一種特殊的材料為粉末金屬，盡管也可選擇地使用其它材料。磁通量導(dǎo)體4和6朝著功率線圈8引導(dǎo)磁體2的磁場(chǎng)。功率線圈8是電線圈，當(dāng)裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，在功率線圈中產(chǎn)生電壓。當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，功率線圈8提供電壓和電流來(lái)給裝置供電。功率線圈8包括電導(dǎo)線10，當(dāng)裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，其收集輸出功率，或者當(dāng)裝置用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，其提供功率。
圖2是圖1的環(huán)形磁體的更詳細(xì)的分解視圖。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是包括同中心設(shè)置的永磁體12和電磁體14的混合磁體，盡管本發(fā)明的實(shí)施例可選擇地只包括單個(gè)永磁體12或者單個(gè)電磁體14。在只具有永磁體12的磁體2的結(jié)構(gòu)中，缺少電磁體14，以及連接到電磁體14的電導(dǎo)線16。在只具有電磁體14的磁體2的結(jié)構(gòu)中，永磁體12被具有與永磁體相同形狀的鐵磁材料的圓筒替代，以傳導(dǎo)由電磁體14產(chǎn)生的磁通量。然后，通過(guò)調(diào)節(jié)施加到電磁體14的電導(dǎo)線16上的電壓來(lái)增加或者減小磁場(chǎng)。在永磁體12和電磁體14都用作混合磁體的磁體2的一種結(jié)構(gòu)中，電磁體14可選擇地增加到永磁體12的磁場(chǎng)，或者從永磁體12的磁場(chǎng)減去。這允許當(dāng)需要啟動(dòng)、離合或者制動(dòng)時(shí)通過(guò)電磁體14來(lái)調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)也允許電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)在沒(méi)有外部電流源的情況下只使用由永磁體12產(chǎn)生的場(chǎng)來(lái)運(yùn)行大部分時(shí)間。
連接到磁體2的北極的磁通量導(dǎo)體4可選擇地形成為如圖3所示的單個(gè)件。磁通量導(dǎo)體包括安裝環(huán)18，其為磁通量導(dǎo)體提供結(jié)構(gòu)支撐。安裝環(huán)18接觸磁體2(沒(méi)有顯示)的北極側(cè)，且將磁體2保持在其合適的位置中。接附到安裝環(huán)18的是多個(gè)磁通量導(dǎo)體疊片20。疊片20從磁體2引導(dǎo)磁場(chǎng)到合適的位置。每個(gè)疊片20從安裝環(huán)18徑向向外延伸，且分離成兩個(gè)傳導(dǎo)部分。
圖4示出了單個(gè)北極磁通量導(dǎo)體疊片20。上部傳導(dǎo)部分22從安裝環(huán)18直接徑向向外延伸。下部傳導(dǎo)部分24從上部傳導(dǎo)部分22向下延伸。在上部和下部傳導(dǎo)部分22和24之間，有限定在每個(gè)疊片20內(nèi)的凹口26，以保持功率線圈8(沒(méi)有顯示)。除了向下延伸以外，每個(gè)下部傳導(dǎo)部分24彎曲，使得下部傳導(dǎo)部分24不與上部傳導(dǎo)部分22垂直對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)下部傳導(dǎo)部分24圓周地隔開，以處于兩個(gè)相鄰上部傳導(dǎo)部分22之間的一半距離處。在一個(gè)實(shí)施例中，圖3的磁通量導(dǎo)體4包括60個(gè)疊片20，以致兩個(gè)疊片20之間的旋轉(zhuǎn)分離為6度。由于下部傳導(dǎo)部分24從上部傳導(dǎo)部分22圓周地偏移，所以兩個(gè)傳導(dǎo)部分22和24之間的總體偏移為3度。磁通量導(dǎo)體4可選擇地由粉末狀的金屬鑄造為單個(gè)件。然而，磁通量導(dǎo)體4可選擇地制造為使得安裝環(huán)18為單個(gè)件，且每個(gè)疊片20為牢固地接附到安裝環(huán)18的分離件。
在圖5中顯示另一組磁通量導(dǎo)體6。磁通量導(dǎo)體6磁連接到磁體2(沒(méi)有顯示)的南極。磁通量導(dǎo)體6與圖3的磁通量導(dǎo)體4具有類似的結(jié)構(gòu)。磁通量導(dǎo)體6包括安裝環(huán)28，其連接到磁體2的南極。疊片30從安裝環(huán)28徑向向外突出。
圖6示出了磁通量導(dǎo)體6的疊片30分離為上部傳導(dǎo)部分32和下部傳導(dǎo)部分34，其從安裝環(huán)28徑向延伸。在上部傳導(dǎo)部分32和下部傳導(dǎo)部分34之間限定凹口36，以保持功率線圈8(沒(méi)有顯示)。上部傳導(dǎo)部分32相對(duì)于下部傳導(dǎo)部分34圓周地偏移，使得兩組傳導(dǎo)部分32和34交錯(cuò)。
圖1的磁通量導(dǎo)體4和6相互定向?yàn)槭沟帽睒O磁通量導(dǎo)體4的疊片20與南極磁通量導(dǎo)體6的疊片30交替，如圖7所示。疊片20和30合適地分開，以便只有很少或者沒(méi)有磁通量通過(guò)相鄰疊片之間的空氣間隙泄漏。近似千分之50英寸的空間足夠最小化磁通量泄漏。北極疊片20的上部和下部傳導(dǎo)部分22和24與南極疊片30的上部和下部傳導(dǎo)部分32和34交錯(cuò)，以致每個(gè)北極疊片20的上部傳導(dǎo)部分22與南極疊片30的下部傳導(dǎo)部分34垂直對(duì)準(zhǔn)。類似的，每個(gè)北極疊片20的下部傳導(dǎo)部分24與南極疊片30的上部傳導(dǎo)部分32垂直對(duì)準(zhǔn)。圖7示出了三個(gè)北極疊片20和三個(gè)南極疊片30的側(cè)視圖。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，功率線圈8具有電導(dǎo)線10，其傳送由電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生或者要求的功率。例如，一旦北極磁通量導(dǎo)體4和南極磁通量導(dǎo)體6圍繞磁體2組裝(參考圖1)，功率線圈纏繞入凹口26、36。功率線圈8可選擇地由銅箔纏繞，其裝配到凹口中，使得在繞組之間有一層絕緣層(沒(méi)有顯示)，或者由絕緣矩形金屬絲的繞組制成?；蛘?，功率線圈可選擇地用通常圓形的絕緣金屬絲纏繞，但是具有比用鉑或者矩形金屬絲低的填充系數(shù)?？蛇x擇地是“U”形絕緣材料的軌道(沒(méi)有顯示)，例如，擱置在凹口26、36中，其中纏繞功率線圈8，以通常防止或者減小功率線圈8在磁通量傳導(dǎo)疊片20、30上短路的可能性。
到目前為止，已經(jīng)描述了電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的定子1。為了起電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)的作用，該裝置包括轉(zhuǎn)子，當(dāng)用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，其提供輸入旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)矩，當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，其傳送旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)矩。圖8示出了電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子37。轉(zhuǎn)子37包括安裝在軸40上的轉(zhuǎn)子罩38，該軸在軸承42中旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)該裝置用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，軸40由該裝置驅(qū)動(dòng)，或者當(dāng)該裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，該軸驅(qū)動(dòng)該裝置。接附到轉(zhuǎn)子罩38內(nèi)部，有多個(gè)磁通量開關(guān)44。一個(gè)實(shí)施例包括以6度間隔接附到轉(zhuǎn)子罩38內(nèi)部的60個(gè)磁通量開關(guān)44。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的截面?zhèn)纫晥D。安裝到轉(zhuǎn)子罩38上的，有連同轉(zhuǎn)子37一起旋轉(zhuǎn)的磁通量開關(guān)44。定子1包括磁體2，其提供北極面朝上且南極面朝下的磁場(chǎng)。磁通量傳導(dǎo)疊片4和6與磁體2接觸。磁通量導(dǎo)體4和6從磁體2很有效地傳導(dǎo)磁場(chǎng)，使得基本來(lái)自磁體2的所有磁通量被引導(dǎo)通過(guò)磁通量導(dǎo)體4和6。磁通量導(dǎo)體4和6包括凹口26(沒(méi)有顯示)和36，功率線圈8安裝其中。磁通量開關(guān)44接觸磁通量導(dǎo)體4和6，以完成磁路和傳導(dǎo)來(lái)自磁體2的磁通量。由磁通量導(dǎo)體4和6限定的磁路以及磁通量開關(guān)44包圍功率線圈8，以致在功率線圈8的圓周中通過(guò)的磁場(chǎng)的變化在功率線圈中感應(yīng)EMF電壓，且該裝置用作交流發(fā)電機(jī)。
在磁通量導(dǎo)體4和6以及磁通量開關(guān)44中的磁場(chǎng)改變來(lái)在功率線圈8中感應(yīng)電壓的方法可以參考圖10和11來(lái)很好地理解。圖10示出了當(dāng)轉(zhuǎn)子37處于第一位置中時(shí)定子1的一部分和磁通量開關(guān)44。在圖10中，磁通量開關(guān)44接觸北極磁通量導(dǎo)體疊片20的上部傳導(dǎo)部分22和南極磁通量導(dǎo)體疊片30的下部傳導(dǎo)部分34。來(lái)自磁體2的磁通量通過(guò)上部傳導(dǎo)部分22徑向向外引導(dǎo)通過(guò)北極磁通量導(dǎo)體疊片20，然后向下通過(guò)磁通量開關(guān)44，最終沿著南極磁通量導(dǎo)體疊片30徑向向內(nèi)通過(guò)下部傳導(dǎo)部分34，在該南極磁通量導(dǎo)體疊片30處磁通量重新進(jìn)入磁體2的南極。當(dāng)轉(zhuǎn)子37旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通量開關(guān)44通過(guò)磁通量引導(dǎo)部分22和34，且臨時(shí)接觸疊片20和30來(lái)形成該磁路。
圖11示出了在如圖10所示的結(jié)構(gòu)以后(在一個(gè)實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)3度以后)的時(shí)刻出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)中的定子1的一部分和磁通量開關(guān)44。當(dāng)轉(zhuǎn)子37旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通量開關(guān)44從一對(duì)磁通量傳導(dǎo)部分22和34前進(jìn)到下一對(duì)22和32。在圖11中顯示的結(jié)構(gòu)中，來(lái)自磁體2的磁通量徑向向外引導(dǎo)通過(guò)北極磁通量傳導(dǎo)疊片20。然而，當(dāng)磁通量部分離開疊片20時(shí)，其向下引導(dǎo)通過(guò)疊片20的下部傳導(dǎo)部分24。然后，磁通量進(jìn)入磁通量開關(guān)44的底部，且向上引導(dǎo)通過(guò)磁通量開關(guān)44。在磁通量開關(guān)44的頂部，磁通量進(jìn)入南極磁通量傳導(dǎo)疊片30的上部傳導(dǎo)部分32。然后，磁通量向下引導(dǎo)通過(guò)磁通量傳導(dǎo)疊片30，且然后重新進(jìn)入磁體2的南極。在圖11中顯示的結(jié)構(gòu)中，磁通量跟隨限定“8字形”的通道。
在圖10和圖11中顯示的結(jié)構(gòu)之間的主要不同在于，磁通量在功率線圈8的圓周內(nèi)通過(guò)。在圖10中，磁通量跟隨在順時(shí)針?lè)较蛏蠂@功率線圈8移動(dòng)的通道，在向上的方向上在功率線圈8的周邊內(nèi)通過(guò)一次。相反，在圖11中顯示的結(jié)構(gòu)使得磁通量跟隨圍繞功率線圈8的“8字形”通道。磁通量通道在中心附近向上通過(guò)功率線圈8一次，然后向下通過(guò)內(nèi)部，然后向上到功率線圈8圓周的外部，然后再次向下通過(guò)內(nèi)部。在圖11中顯示的位置的磁通量的總和是在向上方向上一次通過(guò)的磁通量減去在向下方向上兩次通過(guò)，其等于一次向下通過(guò)。在一個(gè)實(shí)施例中，磁通量開關(guān)44的每隔3度的旋轉(zhuǎn)在疊片20和30的對(duì)之間移動(dòng)，在功率線圈8的圓周內(nèi)通過(guò)的凈磁通量反向，且在功率線圈8中感應(yīng)AC電壓。使用本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在閱讀了本披露時(shí)所熟悉的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，在功率線圈中產(chǎn)生的AC電力然后可選擇地整流為DC電力。
如果該裝置作為電動(dòng)機(jī)工作，那么AC電流施加到功率線圈8，圍繞功率線圈8的磁場(chǎng)通過(guò)磁通量開關(guān)44。參考圖11，當(dāng)電流通過(guò)功率線圈8流出頁(yè)面時(shí)，感應(yīng)的圍繞功率線圈8的磁場(chǎng)為在逆時(shí)針?lè)较?，這樣在磁通量開關(guān)44中的磁場(chǎng)處于向上的方向，增強(qiáng)了目前在該位置處的磁通量。當(dāng)在功率線圈8中的電流的方向反向時(shí)，感應(yīng)的磁通量現(xiàn)在反向削弱在圖11中顯示的位置處的磁通密度，但是增強(qiáng)了如在圖10中顯示的下一個(gè)位置處的磁通密度。磁通量開關(guān)物理上吸引，以完成磁通量回路，磁通量越大，吸引越強(qiáng)。一旦電動(dòng)機(jī)在與電頻率同步的速度下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其接近時(shí)，磁通量開關(guān)44被強(qiáng)烈地吸引到一對(duì)磁通量傳導(dǎo)部分24和32，或者22和34。然后，當(dāng)其離開時(shí)，該吸引變?nèi)?，且吸引到下一?duì)24和32或者22和34增強(qiáng)。在該實(shí)施例中，從靜止?fàn)顟B(tài)的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是不確定的，因?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)是同樣可能的。一旦電動(dòng)機(jī)在某個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，其將確切地以在功率線圈8中的AC電流的頻率來(lái)繼續(xù)在該方向上旋轉(zhuǎn)。如果電動(dòng)機(jī)的阻力轉(zhuǎn)矩達(dá)到臨界域值，電動(dòng)機(jī)將簡(jiǎn)單地失速。在這些方面，本發(fā)明的實(shí)施例表現(xiàn)為很像同步電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例不像同步電動(dòng)機(jī)之處在于，由于磁通量開關(guān)44不是磁體，所以沒(méi)有排斥力。從一個(gè)位置到下一個(gè)有簡(jiǎn)單的小和大的吸引，而不是從一個(gè)位置排斥且吸引到下一個(gè)位置。
本發(fā)明的實(shí)施例得益于被封裝(填充有環(huán)氧樹脂)，以維持磁通量導(dǎo)體20、30和磁通量開關(guān)44之間的尺寸穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所有的部件都是固態(tài)的和持久的，因此不需要維護(hù)。此外，只有定子1和轉(zhuǎn)子37之間的運(yùn)動(dòng)，以致在最終的組件中，只需要兩個(gè)部件，完全封裝的定子1和完全封裝的轉(zhuǎn)子37。圖12示出了封裝的定子1組件和封裝的轉(zhuǎn)子37組件。
在功率線圈8中的電壓的頻率與磁場(chǎng)反向的頻率相同。在所示的裝置中，有60個(gè)磁通量傳導(dǎo)疊片20連接到北極磁極，60個(gè)磁通量傳導(dǎo)疊片30連接到南極磁極。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)子的每次旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)反向60次。這相當(dāng)于60個(gè)磁極的交流發(fā)電機(jī)，盡管該裝置通過(guò)單個(gè)磁體來(lái)獲得，且可選擇地容納于比現(xiàn)有技術(shù)的具有60個(gè)磁極的交流發(fā)電機(jī)小很多的物理空間中。該裝置可選擇地設(shè)計(jì)有較大量的磁通量傳導(dǎo)疊片20、30，以致磁極的數(shù)量增加。一種設(shè)計(jì)考慮在于，疊片通常應(yīng)該相互充分隔開，以最小化疊片之間的磁通量泄漏。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，疊片相互分開至少0.05英寸，以最小化磁通量泄漏。本發(fā)明的實(shí)施例使用60個(gè)磁通量開關(guān)44，其圍繞轉(zhuǎn)子罩38每隔6度設(shè)置，以致它們同時(shí)都接觸類似對(duì)的北極和南極疊片20、30。
顯示和描述的裝置具有與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的60倍相等的輸出頻率。對(duì)于100RPM的轉(zhuǎn)子速度，輸出頻率將為每分鐘6000周，或者100Hz。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型的6磁極交流發(fā)電機(jī)相比，對(duì)于相同的轉(zhuǎn)子速度，其具有10Hz的輸出頻率。由于在給定轉(zhuǎn)速下的高電頻率，與工作在相同轉(zhuǎn)速下的現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)相比，該裝置在高很多的電壓下工作。該電壓與磁通量的變化率成正比。因此，對(duì)于給定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，變化率隨著頻率和電壓成比例地增加而增加。這提供了優(yōu)于典型的現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，由于10個(gè)折疊增加電壓，流過(guò)輸出線圈的電流減小了因子10，以致在線圈中的電阻損耗減小了因子100，這是由于電阻損耗等于電流的平方乘以電阻?；蛘?，與典型的現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，該裝置可以在輸出線圈中具有較少的金屬絲匝，且產(chǎn)生相同的輸出電壓和電流。通過(guò)使金屬絲的長(zhǎng)度(匝數(shù))減小因子10，線圈的成本也減小了因子10，以及電阻損耗減小了因子10。輸出線圈的環(huán)形還可選擇地減小繞組中的阻抗損耗，從而提供了額外的效率增益。
頻率和電壓的增加允許裝置的很高的功率密度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置的功率密度近似比典型的現(xiàn)有技術(shù)的6個(gè)磁極的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)的功率密度高10倍。換句話說(shuō)，對(duì)于給定的額定功率，該裝置可選擇地封裝到只有典型的現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)所要求的空間的1/10的空間中。這使得該裝置用于空間或者重量重要的地方更加有吸引力。
現(xiàn)有技術(shù)的交流發(fā)電機(jī)可以在更高的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)來(lái)獲得與在上面兩段中描述的那些相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。然而，在現(xiàn)有技術(shù)的交流發(fā)電機(jī)中，磁芯損耗將使這樣的工作模式效率低。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁芯損耗的重大減小使得較高的電頻率成為可能。磁芯損耗由當(dāng)磁場(chǎng)在材料中反向時(shí)的磁滯，以及當(dāng)磁場(chǎng)在材料中變化時(shí)在導(dǎo)電材料中感應(yīng)的渦電流引起。由于磁通量導(dǎo)體20、30材料不經(jīng)歷磁滯，所以只有的損耗是由于磁通量增加然后減小(但是永遠(yuǎn)不反向)引起的渦電流。這樣，像粉末狀的鐵一樣的材料作為磁通量導(dǎo)體能很好地工作，這是由于與相同滲透性的其它材料相比，粉末狀的鐵中的渦電流很小。
由于磁通量只在磁通量開關(guān)44中反向，所以磁滯損耗只在磁通道的小部分中產(chǎn)生，所以磁滯損耗大大地減小。因?yàn)榇磐块_關(guān)44是如此的小，所以它們選擇性地優(yōu)化來(lái)最小化磁滯和渦電流損耗。磁通量開關(guān)44選擇性地由層壓的鋼制成，以最小化損耗。由于它們很小的尺寸，可選擇地由金屬玻璃形成磁通量開關(guān)44是經(jīng)濟(jì)的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的上述效率的改進(jìn)和較高的頻率有助于產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)如此巨大的改進(jìn)。因?yàn)榇判緭p耗由于磁滯和渦電流而驚人地增加，所以現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)在這樣高的頻率下不是有效的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)不但提供了在小空間中裝配很多磁極的幾何形狀，這樣允許在適度轉(zhuǎn)速下的高電頻率，而且提供了磁芯損耗的極大減小，以使得高頻率電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)較實(shí)際。
由于磁體2可選擇地為永磁體12、電磁體14，或者兩者的組合，所以可以根據(jù)需要改變場(chǎng)強(qiáng)。這樣允許裝置用作無(wú)限可變電壓控制器。在慢速旋轉(zhuǎn)下增加磁場(chǎng)，和在快速旋轉(zhuǎn)下減小磁場(chǎng)保持電壓恒定，從而不需要變速箱或者其它傳動(dòng)裝置來(lái)與該裝置一起使用。這推斷了該裝置的很多使用。例如，當(dāng)用作連接到飛輪的發(fā)電機(jī)時(shí)，其可選擇地工作為直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，且輸出恒定的電壓，而不需要變速箱?？勺兇艌?chǎng)的另一種使用在于與上述相反的操作，在啟動(dòng)期間減小磁場(chǎng)，以使旋轉(zhuǎn)更容易，然后當(dāng)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)更快時(shí)增加磁場(chǎng)，以用作制動(dòng)系統(tǒng)；這樣恒定的速度、可變的輸出的風(fēng)發(fā)生器是可能的。這大大地節(jié)省了風(fēng)輪機(jī)的成本和維護(hù)問(wèn)題。
由于本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例是有效的60磁極電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)，所以變動(dòng)力矩由于圍繞旋轉(zhuǎn)通道的磁極的均勻分布而減小。替代傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)中的6個(gè)磁極在旋轉(zhuǎn)通道中產(chǎn)生必須由外部轉(zhuǎn)矩機(jī)械克服的六個(gè)點(diǎn)(作為交流發(fā)電機(jī))，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例有60個(gè)磁極，這樣在旋轉(zhuǎn)中有60個(gè)點(diǎn)。通過(guò)只有每隔3度的小增加來(lái)替代傳統(tǒng)的6磁極電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的每隔30度的轉(zhuǎn)矩的大增加，本發(fā)明的實(shí)施例消除了圍繞完全的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的第二個(gè)具體描述的實(shí)施例通過(guò)最小化經(jīng)歷磁滯的材料的量來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化作為交流發(fā)電機(jī)的工作。圖13示出了根據(jù)該實(shí)施例的截面圖，類似于第一個(gè)實(shí)施例的圖9中顯示的視圖。第二個(gè)實(shí)施例的很多元件與第一個(gè)實(shí)施例中的相同，諸如磁體2、功率線圈8和轉(zhuǎn)子罩38。本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例利用在北極磁通量導(dǎo)體疊片52和南極磁通量導(dǎo)體疊片51中的容納功率線圈8的更深的凹口50，以及現(xiàn)在在凹口50中旋轉(zhuǎn)的更小的磁通量開關(guān)54。北極磁通量導(dǎo)體疊片52具有伸長(zhǎng)的上部傳導(dǎo)部分56和伸長(zhǎng)的下部傳導(dǎo)部分58。盡管在圖13中沒(méi)有顯示，南極磁通量導(dǎo)體51類似地具有更長(zhǎng)的上部傳導(dǎo)部分60和下部傳導(dǎo)部分62。
圖14和15示出了兩個(gè)北極磁通量導(dǎo)體疊片52、一個(gè)南極磁通量導(dǎo)體疊片51和一個(gè)磁通量開關(guān)54的截面圖。在這些圖中可以看出，磁通量導(dǎo)體疊片51、52是平的，且在疊片51、52的上部傳導(dǎo)部分56、60和下部傳導(dǎo)部分58、62之間沒(méi)有如在第一個(gè)實(shí)施例中有的那樣的偏移。還可以看出，磁通量開關(guān)54傾斜一定角度，使得其接觸一極的一個(gè)上部傳導(dǎo)部分56、60和相對(duì)極的相鄰的下部傳導(dǎo)部分62、58。在第二個(gè)實(shí)施例中，磁通量導(dǎo)體51、52和磁通量開關(guān)54是平的形狀，其將極大地使制造容易。圖14和15示出了當(dāng)磁通量開關(guān)54旋轉(zhuǎn)通過(guò)磁通量傳導(dǎo)疊片51、52時(shí)的順序。在圖14中，磁通量開關(guān)將北極上部傳導(dǎo)部分56連接到相鄰的南極下部傳導(dǎo)部分62。在圖15中，一會(huì)以后，磁通量開關(guān)將南極上部傳導(dǎo)部分60與相鄰的北極下部傳導(dǎo)部分58連接，這樣，磁場(chǎng)圍繞圖14和圖15之間的功率線圈8反向。
第二個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于小的磁通量開關(guān)54。由于磁通量開關(guān)54是該實(shí)施例的經(jīng)歷磁場(chǎng)的唯一的部分，所以磁通量開關(guān)越小，磁滯損耗越小。此外，由于簡(jiǎn)單形狀的小磁通量開關(guān)，由經(jīng)歷特別小的磁滯損耗的諸如金屬玻璃之類的特殊材料制成的磁通量開關(guān)是經(jīng)濟(jì)的。磁通量開關(guān)54可以將尺寸減小，直到相對(duì)的磁通量導(dǎo)體51、52之間的磁通量泄漏由于很窄的凹口50而成問(wèn)題。
本發(fā)明的第三個(gè)特別描述的實(shí)施例是三相電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)。這里描述的該三相實(shí)施例優(yōu)化為低磁滯損耗，且使用與如本發(fā)明的第二個(gè)特別描述的實(shí)施例所描述的單向交流發(fā)電機(jī)相類似的磁通量導(dǎo)體和磁通量開關(guān)布局。三相型的其它布局是可能的(諸如一個(gè)類似于這里特別描述的第一個(gè)實(shí)施例，或者一個(gè)具有內(nèi)部轉(zhuǎn)子的實(shí)施例)，且考慮為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的三相的第三個(gè)實(shí)施例包括在圖16中顯示的定子101和在圖21中顯示的轉(zhuǎn)子160。圖16顯示了定子101的部件。定子101具有環(huán)形磁體102、一組北極磁通量導(dǎo)體104、一組南極磁通量導(dǎo)體106和三個(gè)功率線圈108、110、112。北極和南極磁通量導(dǎo)體104和106與磁體102直接接觸。類似于前面的實(shí)施例，磁通量導(dǎo)體可選擇地由容易傳導(dǎo)磁場(chǎng)和抵制渦電流的材料制成，諸如粉末狀的鐵。磁通量導(dǎo)體104和106朝著功率線圈108、110、112引導(dǎo)磁體102的磁場(chǎng)。功率線圈108、110、112是電線圈，當(dāng)裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，線圈中產(chǎn)生電壓。當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，功率線圈108、110、112提供電壓和電流，以給裝置供電。每個(gè)功率線圈108、110、112分別包括電導(dǎo)線114、115、116，當(dāng)裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，其收集輸出功率，或者當(dāng)裝置用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，其提供功率。每個(gè)功率線圈108、110、112的電力波形與其它兩個(gè)相位差120度。當(dāng)組合時(shí)，三個(gè)功率線圈108、110、112的輸出產(chǎn)生三相電力。在三相實(shí)施例中的磁體102在各方面都類似于在單相實(shí)施例中的磁體2(如圖2可見)，包括永磁體、電磁體或者采用兩者的混合磁體形式。
連接到磁體102的北極(沒(méi)有顯示)的磁通量導(dǎo)體104可選擇地形成為如圖17所示的單件。磁通量導(dǎo)體包括安裝環(huán)118，其為磁通量導(dǎo)體提供結(jié)構(gòu)支撐。安裝環(huán)118接觸磁體102的北極側(cè)，且將磁體102保持在其合適的位置中。接附到安裝環(huán)118的是多個(gè)磁通量導(dǎo)體疊片120。疊片120從磁體102引導(dǎo)磁場(chǎng)到合適的位置。每個(gè)疊片120從安裝環(huán)118徑向向外延伸，且分離成四個(gè)傳導(dǎo)部分。
圖18示出了單個(gè)北極磁通量導(dǎo)體疊片120。疊片120是具有四個(gè)傳導(dǎo)部分的平的件，這些傳導(dǎo)部分這里以下降的順序描述，如圖18所示。應(yīng)該注意，為了清楚起見，參考在圖中它們的位置，這樣使用措詞“頂部”、“上部”、“下部”和“底部”。在此和在說(shuō)明書中的其它地方這樣使用描述性的標(biāo)記，意在有助于清楚地區(qū)分類似的元件，且絕不是限制本發(fā)明。頂部傳導(dǎo)部分124從安裝環(huán)118直接徑向向外延伸。上部傳導(dǎo)部分126從頂部傳導(dǎo)部分124向下延伸。在頂部和上部傳導(dǎo)部分124和126之間，有限定在每個(gè)疊片120內(nèi)的凹口128，以保持功率線圈108(沒(méi)有顯示)。下部傳導(dǎo)部分130從上部傳導(dǎo)部分126向下延伸。在上部和下部傳導(dǎo)部分126和130之間，有限定在每個(gè)疊片120內(nèi)的凹口132，以保持功率線圈110(沒(méi)有顯示)。底部傳導(dǎo)部分134從下部傳導(dǎo)部分130向下延伸。在下部和底部傳導(dǎo)部分130和134之間，有限定在每個(gè)疊片120內(nèi)的凹口136，以保持功率線圈112(沒(méi)有顯示)。在一個(gè)實(shí)施例中，圖17的磁通量導(dǎo)體104包括60個(gè)疊片120，以致兩個(gè)疊片120之間的分離為6度。磁通量導(dǎo)體104可選擇地由粉末狀的金屬鑄造為單個(gè)件。然而，磁通量導(dǎo)體104可選擇地制造為使得安裝環(huán)118為單個(gè)件，且每個(gè)疊片120為牢固地接附到安裝環(huán)118的分離件。
在圖19中顯示另一組磁通量導(dǎo)體106。磁通量導(dǎo)體106磁連接到磁體102的南極。磁通量導(dǎo)體106與圖17的磁通量導(dǎo)體104簡(jiǎn)單地反向具有類似的結(jié)構(gòu)。磁通量導(dǎo)體106包括安裝環(huán)138，其連接到磁體102的南極。疊片140從安裝環(huán)138徑向向外突出。
圖20示出了磁通量導(dǎo)體106的單個(gè)磁通量傳導(dǎo)疊片140。疊片140是平的件，且分離為如圖20所示的下降順序描述的四個(gè)傳導(dǎo)部分；頂部傳導(dǎo)部分144、上部傳導(dǎo)部分146、下部傳導(dǎo)部分150和底部傳導(dǎo)部分154。底部傳導(dǎo)部分154從安裝環(huán)138直接徑向向外延伸。凹口148、152和156如所示的限定在傳導(dǎo)部分144、146、150、154之間，且分別保持功率線圈108、110和112(沒(méi)有顯示)。
磁通量導(dǎo)體104和106相互定向?yàn)槭沟帽睒O磁通量導(dǎo)體104的疊片120與南極磁通量導(dǎo)體106的疊片140交替。疊片120和140分開為使得只有很少或者沒(méi)有磁通量通過(guò)相鄰疊片之間的空氣間隙泄漏。
到目前為止，只討論了第三個(gè)特別描述的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的定子101。圖21示出了電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子160。轉(zhuǎn)子160包括安裝在軸164上的轉(zhuǎn)子罩162，該軸在軸承166中旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)該裝置用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，軸164由這里描述的裝置驅(qū)動(dòng)，或者當(dāng)該裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，該軸驅(qū)動(dòng)該裝置。接附到轉(zhuǎn)子罩162內(nèi)部，有多個(gè)排列為一個(gè)在另一個(gè)下面的圓周的三排的磁通量開關(guān)168、170、172，其以如圖21所示的下降順序被稱為高排磁通量開關(guān)168、中間排磁通量開關(guān)170和低排磁通量開關(guān)172。應(yīng)該注意，為了清楚起見，參考在圖中它們的位置來(lái)使用措詞“高”、“中間”、和“低”。在此和在說(shuō)明書中的其它地方這樣使用描述性的標(biāo)記，意在有助于清楚地區(qū)分類似的元件，且絕不是限制本發(fā)明。一個(gè)實(shí)施例包括以6度間隔接附到轉(zhuǎn)子罩162內(nèi)部的在每排中的60個(gè)磁通量開關(guān)168、170、172。每排可旋轉(zhuǎn)地與其它兩排偏移2度。在轉(zhuǎn)子160設(shè)置在組裝的定子101上以后，磁通量開關(guān)168、170、172通過(guò)在轉(zhuǎn)子罩162中的槽(沒(méi)有顯示)來(lái)安裝。高磁通量開關(guān)168通過(guò)在磁通量傳導(dǎo)疊片120、140中的凹口128、148來(lái)旋轉(zhuǎn)。中間磁通量開關(guān)170通過(guò)凹口132、152來(lái)旋轉(zhuǎn)，且下磁通量開關(guān)172通過(guò)在磁通量傳導(dǎo)疊片120、140中的凹口136、156來(lái)旋轉(zhuǎn)。在北極磁通量傳導(dǎo)疊片120和南極磁通量傳導(dǎo)疊片140之間的傳導(dǎo)磁通量中的磁通量開關(guān)168、170、172的工作產(chǎn)生三相電力，如圖22、23、24和25中清楚地顯示。
圖22、23、24和25示出了一組三個(gè)磁通量開關(guān)高磁通量開關(guān)168、中間磁通量開關(guān)170和低磁通量開關(guān)172旋轉(zhuǎn)通過(guò)3度弧或者半圓周的序列。在這一系列圖中的旋轉(zhuǎn)為從上部觀察的順時(shí)針?lè)较?。顯示的為功率線圈108、110和112，具有頂部124、上部126、下部130和底部134、傳導(dǎo)部分的兩個(gè)北極磁通量傳導(dǎo)疊片120，以及具有頂部144、上部146、下部150和底部154、傳導(dǎo)部分的兩個(gè)南極磁通量傳導(dǎo)疊片140。在每幅圖中，只標(biāo)記了在圖中的描述中提到的傳導(dǎo)部分。在磁通量開關(guān)168、170或者172和在磁通量導(dǎo)體120和140中的箭頭表示峰值磁通量流的位置和方向。在功率線圈108、110或者112上的箭頭表示峰值電流的方向。為了說(shuō)明起見，當(dāng)電流流到如圖所示的右邊時(shí)，電流定義為正，當(dāng)電流流到如圖所示的左邊時(shí)，定義為負(fù)。
在圖22中，高磁通量導(dǎo)體168將南極磁通量疊片140的頂部傳導(dǎo)部分144磁連接到北極磁通量疊片120的上部傳導(dǎo)部分126，引起磁通量圍繞功率線圈108在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)，感應(yīng)電流在功率線圈108中流到左邊，或者負(fù)方向。依賴于磁通量傳導(dǎo)疊片120、140和磁通量開關(guān)168、170、172的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，任選地還有在兩個(gè)功率線圈108、110、112中(在該圖中線圈110和112)感應(yīng)的一些少量的電流沒(méi)有提到，這是如果需要標(biāo)準(zhǔn)三相電力輸出的情況。為了說(shuō)明起見，只顯示和討論峰值電流和磁通量。
圖23是與圖22旋轉(zhuǎn)1度以后相同的視圖。中間磁通量開關(guān)170將北極磁通量疊片120的上部傳導(dǎo)部分126磁連接到南極磁通量疊片140的下部傳導(dǎo)部分150，引起磁通量圍繞功率線圈110在順時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)，感應(yīng)電流在功率線圈110中流到右邊，或者正方向。
圖24是與圖22旋轉(zhuǎn)2度以后相同的視圖。低磁通量開關(guān)172將南極磁通量疊片140的下部傳導(dǎo)部分150磁連接到北極磁通量疊片120的底部傳導(dǎo)部分134，引起磁通量圍繞功率線圈112在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)，感應(yīng)電流在功率線圈112中流到左邊，或者負(fù)方向。
圖25是與圖22旋轉(zhuǎn)3度以后相同的視圖。高磁通量開關(guān)168將北極磁通量疊片120的頂部傳導(dǎo)部分124磁連接到南極磁通量疊片140的上部傳導(dǎo)部分146，引起磁通量圍繞功率線圈108在順時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)，感應(yīng)電流在功率線圈108中流到右邊，或者正方向，其與圖22相反。這樣，電流在功率線圈108中被反向，在3度旋轉(zhuǎn)以后完成了半周。
本發(fā)明的三相實(shí)施例具有方向性的優(yōu)點(diǎn)，即，向前和向后。在單相實(shí)施例中，當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向是不確定的，但是通過(guò)三相實(shí)施例，有清楚的旋轉(zhuǎn)通道(在圖23-26中顯示的實(shí)施例中為順時(shí)針)。通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，旋轉(zhuǎn)方向通過(guò)切換供給到功率線圈108、110、112的任何兩個(gè)的電力的相對(duì)相來(lái)可選擇地反向。此外，應(yīng)該注意，在本發(fā)明的第三個(gè)特別描述的實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)具有60個(gè)磁極和三相，但是仍然只使用一個(gè)磁體。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的好處在于轉(zhuǎn)子的低慣性。由于只有磁通量開關(guān)旋轉(zhuǎn)，它們可選擇地制成很輕來(lái)使用，其中，轉(zhuǎn)子的慣性是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。為了進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)子的慣性，可以反向轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，使得磁體在定子的外部，功率線圈在內(nèi)部。這允許磁通量開關(guān)位于轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，其中，轉(zhuǎn)子具有較低的慣性力矩，且轉(zhuǎn)子更輕。
裝置的單相內(nèi)部轉(zhuǎn)子變化描述為本發(fā)明的第四個(gè)特別描述的實(shí)施例。雖然在第四個(gè)實(shí)施例中描述單相裝置，但是可以理解，該內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以同樣地用于單相裝置。圖26示出了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的定子201的分解視圖。定子201具有類似于其它實(shí)施例的環(huán)形磁體202、一組北極磁通量導(dǎo)體204、一組南極磁通量導(dǎo)體206和功率線圈208。磁通量導(dǎo)體204和206引導(dǎo)在外部上的磁體202的磁場(chǎng)朝著在內(nèi)部上的功率線圈208。
磁通量導(dǎo)體204和206可選擇地形成為單件，如在其它三個(gè)實(shí)施例中一樣。磁通量導(dǎo)體204、206包括安裝環(huán)218、228，其為磁通量導(dǎo)體204、206提供結(jié)構(gòu)支撐，且將磁體202保持在合適的位置中。接附到安裝環(huán)218、228的分別是多個(gè)磁通量導(dǎo)體疊片220、230。疊片220、230從磁體202傳導(dǎo)磁場(chǎng)到合適的位置。
磁通量導(dǎo)體204和206相互定向?yàn)槭沟帽睒O磁通量導(dǎo)體204的疊片220與南極磁通量導(dǎo)體206的疊片230交替。疊片220和230合適地分開，以便只有很少或者沒(méi)有磁通量通過(guò)相鄰疊片之間的空氣間隙泄漏。
圖27示出了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子237。轉(zhuǎn)子237包括轉(zhuǎn)子軸240，其在軸承242中旋轉(zhuǎn)。當(dāng)該裝置用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，軸240由本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的裝置驅(qū)動(dòng)，或者當(dāng)該裝置用作交流發(fā)電機(jī)時(shí)，該軸驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的裝置。安裝到軸240的外部的是多個(gè)磁通量開關(guān)244。一個(gè)實(shí)施例包括以6度間隔接附到軸240的60個(gè)磁通量開關(guān)244。每個(gè)磁通量開關(guān)244在其中央部分具有雙彎曲，使得其將上部傳導(dǎo)部分222、232與相鄰的相對(duì)極的下部傳導(dǎo)部分234、224連接。
圖28示出了本發(fā)明的第四個(gè)特別描述的實(shí)施例的剖視圖，其中，示出了磁通量開關(guān)244和兩個(gè)北極磁通量傳導(dǎo)疊片220和兩個(gè)南極磁通量傳導(dǎo)疊片230。每個(gè)疊片220、230分離成兩個(gè)傳導(dǎo)部分。這樣，北極疊片220具有上部傳導(dǎo)部分222和下部傳導(dǎo)部分224，在它們之間限定凹口226，南極疊片230具有上部傳導(dǎo)部分232和下部傳導(dǎo)部分234，在它們之間限定凹口236。磁通量開關(guān)244使北極磁通量傳導(dǎo)疊片220的上部傳導(dǎo)部分222與南極磁通量傳導(dǎo)疊片的下部傳導(dǎo)部分234相連。
圖29示出了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的截面?zhèn)纫晥D，類似于第一個(gè)實(shí)施例的圖9中顯示的視圖，以及第二個(gè)實(shí)施例的圖13的視圖。安裝到轉(zhuǎn)子軸240，有連同軸240一起旋轉(zhuǎn)的磁通量開關(guān)244。定子包括磁體202，其提供磁場(chǎng)，使得北極朝上，南極朝下。磁通量導(dǎo)體204和206與磁體202相接觸。磁通量導(dǎo)體204和206包括凹口226和236，其中，安裝功率線圈208。磁通量開關(guān)244接觸磁通量導(dǎo)體204和206，以完成磁路，且傳導(dǎo)來(lái)自磁體202的磁通量。
第四個(gè)實(shí)施例示出了一種與本發(fā)明的前面的實(shí)施例不同的幾何形狀(轉(zhuǎn)子237在內(nèi)部，定子201在外部，磁通量開關(guān)244雙彎曲)。該新描述的幾何形狀有助于減小轉(zhuǎn)子的慣性。還有其它的幾何形狀是可能的，且仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這些替代的幾何形狀可以提供一些優(yōu)點(diǎn)。例如，定子和轉(zhuǎn)子兩者都終止于相互鄰接的平盤形的布局是可能的，且可選擇地需要來(lái)便于構(gòu)造或者需要來(lái)產(chǎn)生跨過(guò)膜的電力。這樣，轉(zhuǎn)子不在定子的內(nèi)部或者外部上，而是在定子面上。另一種可能的形式是作為線性電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)，其中，磁通量導(dǎo)體直線布置，且磁通量開關(guān)接附到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸。這樣的線性交流發(fā)電機(jī)例如與Stirling電動(dòng)機(jī)一起使用將是有用的。意在將產(chǎn)生相同或者類似的電磁效果的布局的上述和其它幾何形狀以及變化包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別描述的實(shí)施例示出了一些本發(fā)明可以包括的變化，但是絕不是意在限制本發(fā)明的范圍。
應(yīng)該注意，本發(fā)明的實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)差別在于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)的基本定向。在現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)的軸線、磁場(chǎng)的定向和定子與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線路都相互垂直。在本發(fā)明的實(shí)施例中，磁場(chǎng)的定向和旋轉(zhuǎn)的軸線是平行的，且每個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線路。該不同可選擇地允許本發(fā)明的實(shí)施例用于現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)不能實(shí)用的地方，諸如上述的跨膜發(fā)電或者傳送電力。
在上述的特別描述的實(shí)施例中的本發(fā)明的電機(jī)包括幾個(gè)部件。這些部件包括磁體(例如圖1中的元件2)、設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體(例如圖1中的元件8)、多個(gè)磁通量導(dǎo)體(例如圖1中的元件4和6)，其將來(lái)自磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體，其中，第一組磁通量導(dǎo)體(例如圖1中的元件4)在第一方向上引導(dǎo)磁通量通過(guò)電導(dǎo)體，且第二組磁通量導(dǎo)體(例如圖1中的元件6)在第二方向上引導(dǎo)磁通量通過(guò)電導(dǎo)體，以及用于交替地連接和斷開第一和第二組磁通量導(dǎo)體的開關(guān)(例如圖8中的元件44)。開關(guān)可以可選擇地接附到電機(jī)的轉(zhuǎn)子，推動(dòng)力可以可選擇地施加到轉(zhuǎn)子，以感應(yīng)電流來(lái)在電導(dǎo)體中流動(dòng)，或者交流電流可以可選擇地施加到電導(dǎo)體，以給予轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該注意，電導(dǎo)體的環(huán)和磁體可選擇地為環(huán)形，盡管它們可以采用不同的形狀或者形式。磁體和電導(dǎo)體可以可選擇地為同中心地定向，盡管其它定向也是可能的。如果磁體和電導(dǎo)體是環(huán)形的，且它們同中心地定向，那么磁體可以可選擇地具有比電導(dǎo)體小的直徑，且可以可選擇地設(shè)置在電導(dǎo)體的外圍內(nèi)，或者電導(dǎo)體可以可選擇地具有比磁體小的直徑，且可以可選擇地設(shè)置在磁體的外圍內(nèi)。磁通量導(dǎo)體可以可選擇地由粉末狀的鐵形成，盡管其它材料也可以很好地工作。開關(guān)可以可選擇地由層壓的鋼或者金屬玻璃形成，盡管其它材料也可以對(duì)開關(guān)很好地工作。本發(fā)明的電機(jī)可以可選擇地包括三個(gè)電導(dǎo)體，每個(gè)設(shè)置為形成環(huán)，其中，磁通量導(dǎo)體將來(lái)自磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)所有三個(gè)電導(dǎo)體的環(huán)。在這樣的情況下，電機(jī)將包括開關(guān)，其用于通過(guò)所有三個(gè)電導(dǎo)體來(lái)交替地連接和斷開磁通量導(dǎo)體，以便電機(jī)作為三相電機(jī)工作。用于本發(fā)明的電機(jī)中的磁體可以可選擇地為永磁體、電磁體或者包括并置的永磁體和電磁體的混合磁體，以便永磁體和電磁體的磁場(chǎng)疊加。
雖然顯示和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會(huì)明白，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以在這些實(shí)施例中進(jìn)行各種修改。因此，意在使本發(fā)明不限于這里描述和顯示的具體的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，其包括磁體，設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，多個(gè)磁通量導(dǎo)體，其將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，以及用于交替地連接和斷開所述第一和第二組磁通量導(dǎo)體的開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述開關(guān)接附到電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
3.如權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，原動(dòng)力施加到所述轉(zhuǎn)子，以感應(yīng)電流來(lái)在所述電導(dǎo)體中流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，交流電流施加到所述電導(dǎo)體，以給予所述轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體和所述電導(dǎo)體兩者都為環(huán)形。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體和所述電導(dǎo)體為同中心地定向。
7.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體具有比所述電導(dǎo)體小的直徑，且設(shè)置在所述電導(dǎo)體的外圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，所述電導(dǎo)體具有比所述磁體小的直徑，且設(shè)置在所述磁體的外圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁通量導(dǎo)體由粉末狀的鐵形成。
10.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述開關(guān)由層壓的鋼形成。
11.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述開關(guān)由金屬玻璃形成。
12.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，還包括兩個(gè)額外的電導(dǎo)體，每個(gè)設(shè)置為形成環(huán)，其中，所述多個(gè)磁通量導(dǎo)體將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)所有三個(gè)電導(dǎo)體的環(huán)，且還包括多個(gè)開關(guān)，用于通過(guò)所有三個(gè)電導(dǎo)體來(lái)交替地連接和斷開磁通量導(dǎo)體，以便所述電機(jī)作為三相電機(jī)工作。
13.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體為永磁體。
14.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體為電磁體。
15.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，所述磁體為包括并置的永磁體和電磁體的混合磁體，以便所述永磁體和所述電磁體的磁場(chǎng)疊加。
16.一種發(fā)電的方法，其包括提供磁體，提供設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，使用多個(gè)磁通量導(dǎo)體，以將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，以及在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間交替地切換所述磁通量導(dǎo)體，以在所述電導(dǎo)體中感應(yīng)交流電。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在轉(zhuǎn)子上提供開關(guān)，以及旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子來(lái)在所述磁通量導(dǎo)體的交替的磁通量導(dǎo)體之間移動(dòng)所述開關(guān)，以便在開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間交替地切換所述磁通量導(dǎo)體的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將所述電導(dǎo)體中的交流電整流為直流電的步驟。
19.一種提供原動(dòng)力的方法，其包括提供磁體，提供設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，使用多個(gè)磁通量導(dǎo)體，以將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，使用轉(zhuǎn)子上的開關(guān)來(lái)在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換所述磁通量導(dǎo)體，以及在所述電導(dǎo)體中提供交流電流，使得當(dāng)所述交流電流的極性改變符號(hào)時(shí)，所述開關(guān)在連續(xù)的磁通量導(dǎo)體之間移動(dòng)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟提供第二和第三電導(dǎo)體，每個(gè)設(shè)置為環(huán)，使用多個(gè)磁通量導(dǎo)體，以將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)所述第二和第三電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述第二和第三環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述第二和第三環(huán)，使用轉(zhuǎn)子上的開關(guān)來(lái)在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換所述磁通量導(dǎo)體，以及在所述電導(dǎo)體中提供三相交流電流，使得所述開關(guān)在連續(xù)的磁通量導(dǎo)體之間移動(dòng)，以在預(yù)定的方向上旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子。
21.一種電機(jī)，其包括磁通量源，設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，多個(gè)磁通量導(dǎo)體，其將來(lái)自所述磁通量源的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，以及用于交替地連接和斷開所述第一和第二組磁通量導(dǎo)體的開關(guān)。
22.一種電機(jī)，其包括磁體，導(dǎo)電材料的環(huán)，多個(gè)磁通量導(dǎo)體，其將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體材料的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，以及用于交替地連接和斷開所述第一和第二組磁通量導(dǎo)體的開關(guān)。
23.一種電機(jī)，其包括磁體，設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，用于將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)的裝置，包括用于在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)的第一裝置，和用于在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)的第二裝置，以及用于交替地連接和斷開用于引導(dǎo)磁通量的所述第一和第二裝置的開關(guān)。
24.一種電機(jī)，其包括磁體，設(shè)置為形成環(huán)的電導(dǎo)體，多個(gè)磁通量導(dǎo)體，其將來(lái)自所述磁體的磁通量引導(dǎo)通過(guò)電導(dǎo)體的所述環(huán)，其中，第一組所述磁通量導(dǎo)體在第一方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，且第二組所述磁通量導(dǎo)體在第二方向上引導(dǎo)所述磁通量通過(guò)所述環(huán)，以及用于交替地接觸所述第一和第二組磁通量導(dǎo)體來(lái)完成第一和第二磁路的開關(guān)。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)由單個(gè)環(huán)形磁體(2)形成，其可以是包括同中心設(shè)置的永磁體(12)和電磁體(14)的混合磁體，具有磁通量導(dǎo)體(4、6)，其結(jié)合磁通量開關(guān)(44)產(chǎn)生圍繞功率線圈(8)的交替磁路。通過(guò)使磁通量開關(guān)(44)小，該電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)最小化經(jīng)歷磁滯的材料的量，且通過(guò)使用很耐渦電流的材料來(lái)減小在磁通量導(dǎo)體(4、6)中渦電流。隨后的磁芯損耗的減小允許很高的電頻率工作，這樣允許高功率密度。磁通量導(dǎo)體(4、6)的形式允許在電動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)中的大量的磁極，這樣使得可以在合適轉(zhuǎn)速下的高電頻率。
文檔編號(hào)H02K19/24GK1615568SQ02827472
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2002年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者戴維·卡利 申請(qǐng)人:戴維·卡利