CN101248571B - 直流感应电动机-发电机 - Google Patents

Abstract

一种电磁装置具有充当两个有源能源之间的传递桥的旋转单元，所述旋转单元提供具有多个螺线管线圈的铁磁芯子，所述螺线管线圈具有来自外部永久磁铁的感应电能；以及通过感应向内部定子的缠绕的有源永久磁铁传递能量的芯子，能量收集器和感应器充当发电机。

Description

直流感应电动机-发电机

相关申请

本申请要求2005年8月22日递交的，标题为“DC InductionElectric Motor-Generator”的第11209525号美国专利申请的国际优先权。

技术领域

笼统地说，本发明涉及电动机一发电机。具体而言，本发明涉及以感应方式工作的直流旋转电磁机器。

背景技术

下文说明这里描述和希望获得专利权的装置所在领域的当前状态。

Tu等等的US 2004/0135452公开了一种平面旋转发电机，它包括用于切割磁力线感应出电流的至少一个环形线圈结构以及与螺旋线圈平行的至少一个碟形磁极结构。如果包括多个环形线圈结构和碟形磁性线圈结构，就以交替的方式排列环形线圈结构和碟形磁性线圈结构。没有给环形线圈结构和碟形磁极结构提供导磁材料。用外力转动环形线圈结构或者上述至少一个碟形磁极结构时，环形线圈结构切割穿过其中的磁力线，产生感应电流。Neal的US 2002/0135263公开了多个定子弧段，它形成用于制作马达的定子组件的环形芯子。在一个优选实施例中，电流流过缠绕环形芯子上的磁极的导线时，产生多个磁场。整块相变材料将导体基本上密封起来，使定子弧段在环形芯子内保持互相接触。还公开了使用马达的硬盘驱动器，以及构建马达和硬盘驱动器的方法。Rose的US 6803691公开了一种电机，它包括在转轴中心的导磁环形芯子，并且具有两个轴向的相对侧。线圈以环形方式缠绕在芯子上，并且沿着圆周方向顺序排列。每个线圈都包括分别在芯子的侧边径向延伸的两个引线端子。在相邻引线端子之间存在没有线圈的空间。支架具有通过桥接结构连接并且分别靠近线圈第一和第二侧边的第一和第二侧边法兰。Mohler的US 6507257公开了一种双向闭锁致动器，它包括一个输出轴，在输出轴上面固定地安装着一个或多个转子。将轴和转子安装成在导磁外壳中转动，在导磁外壳中安装有圆柱形线圈，由导磁端盖闭合。端盖上安装有定子磁极块。在一个实施例中，转子有非对称地安装的至少两个相反磁化的永久磁铁，也就是说，它们在一侧相邻，在另一侧由非磁性空隙隔开。定子磁极块具有非对称的通量传导率，并且在一个实施例中，在轴向比磁极块的其余部分厚。相互靠近能够防止转子摆向中性位置(在这个位置上，转子磁铁在轴向与磁极块的较高传导率部分对齐)。于是，以磁性方式将转子闭锁在两个位置之一，将它拉向中性位置。用相反极性的电流给线圈励磁会使转子朝它的相反闭锁位置转动，在这个位置上它被以磁性方式闭锁。Mohler的US 5337030公开了一种永久磁铁无刷扭矩致动器，它有一个电磁芯子，受到励磁的时候，这个电磁芯子能够产生拉长的环形磁通量场。在总的来说是圆柱形的线圈外面是一个外壳，在每一端有上、下端板。安装在端板上朝对方延伸的是由空气间隙将它与它的相反磁极块分隔的定子磁极块。永久磁铁转子在空气间隙中，安装在轴上，而这个轴则安装在每个端板上，并且能够转动。永久磁铁转子有至少两个永久磁铁，每个永久磁铁覆盖转子的一个弓形部分，并且具有相反的极性。在一个方向上给线圈励磁能够使磁极块磁化，从而使两个磁极块中的每一个吸引转子磁铁之一，排斥转子磁铁中的另一个，在输出轴上产生扭矩。电流反向导致扭矩反向，以及转子朝相反方向转动。公开的优选实施例具有多个单元，也就是多个定子转子定子组合和/或其中在每个定子磁极平面内有多个磁极块的一些单元。Kloosterhouse等等的US 5191255公开了一种电磁马达，它包括一个转子，转子上面沿着转子的周边安装有多个磁铁。最好是相邻的磁铁具有面向外的相反磁极。一个或多个电磁铁与转子周边相邻，因此，当转子转动的时候，安装在转子上的磁铁靠近电磁铁的磁极。驱动电路按照与转子的转动具有预定相位关系将电流提供给电磁铁，从而对于转子的基本上所有角位置，电磁铁的磁极和安装在转子上的磁铁之间的磁性吸引和排斥迫使转子朝希望的方向转动。在转子上预定角位置处安装反射材料。驱动电路包括光敏器件，光敏器件产生信号，信号的值随着器件是否收到从反射材料反射的光而改变。将信号放大来产生电磁铁的驱动电流。Westley的4623809公开了安装有磁极结构的一种步进马达，在其中每一个都有多个磁极的一对相同的定子板，与在相反方向伸出来的磁极背靠背放置，这些定子板位于一对基本相同的定子杯之间，每个定子杯都有多个磁极从后壁向内伸出，周边侧墙在向外延伸的法兰内终止。每个法兰的主面都与定子板之一上的面接触，从而保证磁路径具有低磁阻。Fawzy的4565938公开了一种机电设备，可以将它用作马达或发电机。这种设备有一个外壳，包括轴承装置用来支撑可转动的轴。提供有碟形磁铁装置，磁极的布置使得它具有交替极性，将它安装在轴上形成转子。这种设备包括至少一个第一极靴，这个第一极靴与磁铁装置接触，并且具有一部分从中径向延伸，从而给出第一极性的一个虚拟磁极室。还包括至少一个第二极靴，这个第二极靴与磁铁接触，并且有一部分从中径向延伸，从而给出另一极性的一个虚拟磁极室。环形定子安装在外壳上，上面有绕组。这个定子环绕碟形磁铁，从而使第一和第二极靴的虚拟磁极室用交替极性的圆周交替场包围所述绕组的一些部分。提供有装置用于与定子进行电接触，将这个设备用作发电机的时候用来取出电流，或者提供电流让这个设备作为马达工作。Fawzy的4459501公开了一种机电设备，可以将它用作马达或发电机，它有一个外壳，包括轴承装置用来支撑可转动的轴。一对碟形磁铁的磁极使得它们在每一个的两个面上具有相反的极性。这些磁铁面对面一起安装在轴上形成转子。这个设备包括至少一个第一极靴，这个第一极靴与每个磁铁的一个面接触，并且有一部分从中径向延伸，从而在它的优选形式中给出与所述一个面一样具有相同极性的一对虚拟磁极室。还包括至少一个第二极靴，这个第二极靴与每个磁铁的另一面接触，并且有一部分从中径向延伸，从而在它的优选形式中给出与另一面一样具有相同极性的一对虚拟磁极室。环形定子安装在外壳上，上面有绕组。这个定子环绕碟形磁铁，从而使第一和第二极靴的虚拟磁极室用交替极性的圆周交替场包围所述绕组的一些部分。将这个设备用作发电机的时候，与定子电接触的装置取出电流，或者提供电流让这个设备作为马达工作。

我们对现有技术的检索以及上面给出的摘要给出了马达和发电机形式的旋转电磁铁机器的启示。因此，现有技术说明了在Neal的文献中具有径向弧段的环形芯子，在Fawzy的文献中我们看到了N-N和S-S磁极面相邻，在Tu等等的文献中N-S和S-N磁极与径向线圈绕组相邻，在Rose的文献中我们发现径向缠绕的线圈按顺序环绕环形芯子，并且有N-N和S-S相邻的永久磁铁段。但是，现有技术没有给出如下旋转电磁机器的启示：这种电磁机器提供浸在相反极性单极永久磁铁场内的电磁场，就象通过感应进行工作的本发明的装置一样。

本发明与现有技术的区别是下面将描述的在此以前未知的优点。

发明内容

本公开在构建和使用中具有特定好处，这些成为下面描述的目的。

一种电磁装置提供充当两个有源能源之间的传递桥的旋转单元，所述旋转单元提供具有多个电磁铁线圈的铁磁芯子，所述电磁铁线圈具有来自外部永久磁铁的感应电能；以及通过感应向内部定子缠绕的有源永久磁铁传递能量的铁磁芯子，其中所述缠绕的永久磁铁充当用于产生电力的能量收集器和感应器。

上述装置和方法的主要目的是提供现有技术中没有的优点。

另一个目的是提供一种电磁旋转机器，工作的时候，通过感应它能够提供直流输出或者接受直流输入。

另一个目的是提供能够用作电动机的这样一种机器。

另一个目的是提供能够用作发电机的这样一种机器。

通过下面的详细描述，同时参考附图，本发明的方法和装置的其它特征和优点将会更加清楚。这些附图示例性地说明本发明的装置和方法的原理。

附图说明

附图说明本发明的装置的至少一个最佳模式实施例及其使用方法。在这些附图中：

图1是本发明的装置的横向垂直剖视图；以及

图2是本发明的装置的纵向垂直剖视图。

具体实施方式

上面提到的附图说明至少一个最优、最佳模式实施例中所描述的装置及其使用方法，下面对它进行详细描述。本领域技术人员能够对这里描述的内容进行改变和改进，而不会偏离本发明的实质和范围。因此，必须明白，所给出的内容仅仅是作为实例，不应该将它们看作是对本发明的装置和方法的范围的限制。

图1是第11200920号美国申请中给出的装置实施例的剖视图，本申请是这个申请的部分继续申请，它们以相同的原理工作；在这个附图中，线状-环形铁磁芯子140具有短接的电动机-发电机螺线管线圈148，它是一个旋转自耦变压器，在位于定子的永久磁铁铁磁支撑154外部的有源永久磁铁，和内部缠绕的有源永久磁铁或者电磁铁之间旋转，如同我说的能量收集器&感应器170。

这一优选实施例提供一种圆柱形。这种圆柱形线状-环形电动机-发电机的固定部分与圆盘实施例，有源永久磁铁和它们的支撑中的相同，差别是位于内部的有源永久磁铁将具有同时用作变压器的能量收集器&感应器170线圈。

本发明的装置的工作过程由运动部分决定，在这种情况下，这个运动部分充当两个有源能源之间的传递桥。

上述运动部分是线状-环形铁磁芯子140，旋转的时候，它的每个螺线管线圈独立地从外部永久磁铁感应出电能，然后通过感应将这一能量传递给内部定子的缠绕的有源永久磁铁，能量收集器和感应器170，在这种情况下，后者充当发电机。

为了获得相反的效果，给能量收集器和感应器170馈入选定频率的脉动直流，产生所选旋转速度。受到来自内部能量收集器和感应器170的感应电能激励时，铁磁芯子的线圈具有感应电能，因此每个螺线管都成为有源电磁铁。线圈UMP北和南与外部永久磁铁UMP相互作用，并且与铁磁芯子的UMD相互作用，它自己的UMP它的效果产生转子位移感，以及可移动可翻转机械变压器，已知的电动机。

这里描述的本发明的装置的圆柱形版本的特征在于不使用转换器，这一功能由能量收集器和感应器170”实现。

上面详细描述的实现方式相对于有记录的现有技术而言是新颖的，并且对于本发明的装置的至少一个方面的操作及其使用方法以及上面描述的目的而言是至关重要的。不应该按照其普通意思来理解这一说明书中用来描述实施例的词，而是应该将它们理解成包括：超出常用意义范围的结构、材料或操作。因此，如果在这一说明书中可以将一个单元理解成包括一个以上，就应当将它理解成对于这一说明所支持的所有可能都是通用的。

词的定义或者这里描述的附图单元不仅包括明确提到的单元的组合，还包括用于以基本相同方式实现基本相同功能获得基本相同结果的等价结构、材料或操作。因此从这个意义上讲，可以用两个或更多单元等同替换所描述的和它的各个实施例中的单元中的任何一个，也可以用一个单元替换权利要求中的两个或多个单元。

不管是现在已知的还是以后想出来的，本领域技术人员对权利要求主题的改变都在本发明及其各个实施例的范围之内。因此，本领域技术人员现在知道的或者是以后想出来的显而易见的替换都在给定单元的范围之内。因此，这一公开包括上面具体说明和描述的在概念上等价的，能够显而易见地替换的以及结合了上述基本思想的内容。

Claims (1)

1.一种电磁装置，包括：充当两个固定能源之间的传递桥的线状-环形铁磁芯子旋转单元，所述旋转单元具有多个径向独立的短路的电磁铁线圈，所述电磁铁线圈具有从外部永久磁铁感应的电能；以及所述旋转单元还具有通过感应向内部定子的缠绕的有源永久磁铁传递所感应的能量的铁磁芯子，其中所述两个固定能源是所述外部永久磁铁和所述内部定子的缠绕的有源永久磁铁，并且其中所述缠绕的有源永久磁铁充当用于产生电输出的能量收集器和感应器。

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