CN101278460B - 无刷电机装置 - Google Patents

Abstract

一种马达，其包括定子和转子，其中定子(22a，22b，22c，22d)包括至少一个具有N个环形电磁体的定子模块。转子包括具有多个磁体(40)的圆盘。磁体和电磁体之间的比值为N+1比N，其中，N是马达相位的数目。

Description

无刷电机装置 

相关申请 

这是国际申请，其根据PCT条约8(1)和法则4.10要求于2005年8月15日提交的美国实用新型申请No.11/205,264的权益，而No.11/205,264是根据35USC§120要求于2003年8月4日提交的现在专利号为No.6,930,433且名称为“BRUSHLESS ELECTRO-MECHANICAL DEVICE”的美国实用新型申请No.10/634,511的权益的部分继续申请，其全部内容因此以引用方式并入；要求于2003年4月16日提交的部分继续申请No.10/417,713的优先权，其全部内容因此以引用方式并入；要求于2001年3月8日提交的现在的专利号为No.6,552,460的继续申请No.09/803,007的优先权，其全部内容因此以引用方式并入。 

技术领域

以下发明涉及用于将电能转换为机械运动以及将机械运动转换为电能的无刷电机装置(brushless electromechanical machine)。更具体地，本发明涉及具有自起动能力、高的扭矩和增加的效率的电动马达/发电机。 

背景技术

使用电刷的电动马达特征在于低效并要求精细的起动机构(startermechanism)。最近，开发了一种使用电磁体的无刷马达，其具有由多个环形磁极件(toroidal pole piece)组成的定子。磁极件每个都具有狭窄的间隙以允许盘形转子通过。转子包括围绕圆盘外围隔开的多个永磁体。当永磁体通过定子磁极中的间隙时，永磁体被吸引和排斥以使马达运行。随着适当的开关电路，可以使这样的组合用作无刷电动马达。在Porter的美国专利No.5,179,307中示出了这样的结构的一个实施例。 

′307专利的马达的问题在于马达要求某种类型的辅助的起动机构，以 

本领域中所需要的是转动式和线性式电磁装置(electromagneticmachine)，其对于给出的尺寸和重量提供较高的扭矩和功率密度，对于较高的效率具有较低的损耗，并且不要求辅助的起动机构，即，是自起动的。 

发明内容

本发明提供一种电机装置，其包括：定子，其包括至少一个具有多个环形电磁体的定子模块，所述电磁体中的每一个界定第一间隙和第二间隙，其中，所述电磁体中的每一个沿着弧分离地布置一预定的距离，以界定定子模块弧长；以及转子，其包括圆盘，所述圆盘具有预定数量的永磁体的第一环和相同的预定数量的永磁体的第二环，所述转子界定转动轴，所述第一环与所述圆盘的外围同轴并且围绕所述圆盘的外围布置，所述第二环与所述永磁体的所述第一环同轴并且直径小于所述永磁体的所述第一环的直径，每个环的所述多个永磁体并排隔开并且排列成以便具有交替的南-北极性，所述转子适于使所述永磁体的第一环穿过所述电磁体的所述第一间隙并使所述永磁体的第二环穿过所述电磁体的所述第二间隙，所述永磁体的大小和间隔形成为使得在所述定子模块弧长中，永磁体与电磁体的比值是N+1比N，其中，N等于施加至所述电磁体的电激励相位的数目。 

在一实施方式中，所述永磁体与电磁体的比值可以基于3比2的关系，其中所述电机装置被驱动为两相的装置。 

在一实施方式中，所述电机装置还可以包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器位于所述至少一个定子模块上，并适于提供用于控制所述电磁体的选择性激励的时序信号。 

在一实施方式中，所述电磁体可以被选择性地激励，以提供四个重复的换向间隔。 

在一实施方式中，一控制模块可以控制所述电机装置以第一运行模式作为马达运行，并以第二运行模式作为发电机运行。 

在一实施方式中，一控制模块可以控制所述电机装置作为发电机运行。 

在一实施方式中，当作为马达运行时，所述电机装置可以是自起动的。 

在一实施方式中，一控制模块可以控制所述电机装置作为马达运行。 

在一实施方式中，所述电磁体可以被选择性地激励以便提供N的2倍个重复换向间隔。 

本发明还提供一种电机装置，其包括：定子；以及转子，其中，所述定子包括至少一个定子模块，所述定子模块包括多个环形电磁体，其中，所述电磁体中的每一个沿着弧分离地布置一预定的距离，以界定定子模块弧长，所述电磁体中的每一个具有间隙，其中，所述转子包括圆盘和多个永磁体，所述多个永磁体围绕所述圆盘的外围并排隔开并被排列成以便具有交替的南-北极性，所述转子适于使所述永磁体穿过所述电磁体的所述间隙，所述永磁体的大小和间隔形成为使得在所述定子模块弧长中，永磁体与电磁体的比值是N+1比N，其中，N等于施加至所述电磁体的电激励相位的数目。 

在一实施方式中，所述永磁体与电磁体的比值可以基于3比2的关系，其中所述电机装置被驱动为两相的装置。 

在一实施方式中，所述电机装置还可以包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器位于所述至少一个定子模块上，并适于提供用于控制所述电磁体的选择性激励的时序信号。 

在一实施方式中，所述电磁体可以被选择性地激励，以便提供四个重复的换向间隔。 

在一实施方式中，一控制模块可以控制所述电机装置以第一运行模式作为马达运行，并以第二运行模式作为发电机运行。 

在一实施方式中，所述电磁体可以被选择性地激励以便提供N的2倍个重复换向间隔。 

在一实施方式中，当作为马达运行时，所述电机装置可以是自起动的。 

本发明还提供一种自起动电动机，其包括：定子，其包括至少一个具有多个环形电磁体的定子模块，所述电磁体中的每一个具有界定间隙的心子，每个电磁体适于响应于电激励相位以提供通过所述间隙的磁通量，其 中，所述电磁体中的每一个沿着弧分离地布置一预定的距离，以界定定子模块弧长，其中，所述间隙彼此对准；以及转子，其包括圆盘，所述圆盘具有多个永磁体，所述多个永磁体围绕所述圆盘的外围并排隔开并且被排列成以便具有交替的南-北极性，所述永磁体适于穿过所述电磁体的所述间隙，所述永磁体的大小和间隔形成为使得在所述定子模块弧长中，永磁体与电磁体的比值是N+1比N，其中，N等于施加至所述电磁体的电激励相位的数目。 

在一实施方式中，所述电动机还可以包括霍尔效应传感器，其中，所述霍尔效应传感器位于所述至少一个定子模块上，并提供用于控制所述电磁体的选择性激励的时序信号。 

在一实施方式中，所述电磁体可以被选择性地激励，以便提供四个重复的换向间隔。 

在一实施方式中，一控制模块可以控制所述电动机以第一运行模式作为马达运行，并以第二运行模式作为发电机运行。 

在一实施方式中，所述永磁体与电磁体的比值可以基于3比2的关系，且所述电动机被以两相电激励驱动。 

在一实施方式中，所述永磁体与电磁体的比值可以基于4比3的关系，且所述电动机被以三相电激励驱动。 

在一实施方式中，所述永磁体与电磁体的比值可以基于5比4的关系，且所述电动机被以四相电激励驱动。 

附图说明

在附图中，相同的标号一般表示对应的元件。 

图1是根据本发明实施方案的电机装置的透视图； 

图2是图1的电机装置的俯视图； 

图3是图2的电机装置沿线3-3截取的侧面横截面视图； 

图4是根据本发明实施方案的其上叠加有电磁体轮廓的转子的一部分 的俯视图，示出了两相电机装置的电磁体相对于的永磁体的位置； 

图5是根据本发明实施方案的另一电机装置的俯视图； 

图6是根据本发明实施方案的用于控制电机装置作为电动马达的驱动模块的示意图； 

图7是根据本发明实施方案的结合图6的电子驱动模块使用的霍尔效应传感器的示意图； 

图8是根据本发明实施方案的示出图6的电子驱动电子装置(driveelectronics)的开关特性的时序图(timing diagram)； 

图9是根据本发明实施方案的作为线性式装置(linear machine)的电机装置的局部透视图； 

图10A-10D是根据本发明实施方案的环形电磁体和永磁体的示意图，其示出了图8的驱动电子装置的两相开关特性； 

图11是根据本发明实施方案的使用电机装置作为组合式起动马达和交流发电机的电路的示意图； 

图12A是根据本发明实施方案的其上叠加有电磁体轮廓的转子的一部分的俯视图，示出了三相电机装置的电磁体与的永磁体的相对位置； 

图12B是用于图12A实施方案的三个电磁体的波形的三相时序图； 

图13A是基于图12实施方案的磁体之间11.25度间隔和每个换向间隔3.75度的三相电压波形图和相关的+/-换向表； 

图13B是根据本发明实施方案的用于马达控制模块上的三相全部相位的三相控制电子装置的示意图； 

图13C是根据本发明实施方案的用于三相结构的串联连接的多个电磁体的示意图； 

图13D和13E是根据本发明实施方案的基于三相三角形电连接的三相电机装置的示意图； 

图13F和13G是根据本发明实施方案的基于三相Y形电连接的三相实施方案的示意图； 

图14A和14B是根据本发明的一般N相实施方案的电磁体和永磁体的布置的示意图； 

图15A和15B分别是根据本发明实施方案的作为电机装置的N个激励相位(N为偶数和N为奇数)中的每个的电相位角(electrical phase angle)的函数的相位换向波形； 

图16是根据本发明实施方案的另一电机装置的部分侧面横截面视图； 

图17A、17B和17C是根据本发明实施方案的另一电机装置的透视图、俯视图和部分侧面横截面视图； 

图18是根据本发明实施方案的另一电机装置的部分侧面横截面视图； 

图19是根据本发明实施方案的双环转子(double-ring rotor)的局部俯视图； 

图20是根据本发明实施方案的四-环转子(quad-ring rotor)的局部俯视图； 

图21是根据本发明实施方案的包括堆叠式转子(stacked-rotor)和多 间隙电磁体(poly-gapped electromagnet)的另一电机装置的侧面横截面视图；以及 

图22是根据本发明实施方案的包括堆叠式转子和多间隙电磁体的再一电机装置的侧面横截面视图。 

具体实施方式

在下列详细说明中，参考了附图，而附图未必按比例绘制，并且附图构成了详细说明的一部分，并且在其中经由可以实施设备和方法的所示的具体实施方案示出。这些实施方案被充分地详细描述，以保证本领域的技术人员能够实施它们，并且应该懂得可以组合，或者可以利用其他实施方案，并可进行程序上的变化，而不背离本发明的实质和范围。因此，下列详细说明不采取限制性表达，且范围由所附权利要求及其等价物来界定。在附图中，相同的标号在整个几幅图中实质上表示相似的组件。 

本发明提供了用于电机设备的装置和方法，例如但不限于马达和发电机。将描述多个实施方案，它们可以单独使用以及组合使用。 

图1和2是根据本发明实施方案的电机装置10的透视图和俯视图。图3是沿线3-3截取的电机装置10的横截面视图。电机装置10包括定子20、转子30和轴38。为了清楚，未示出定子20的电连接。定子20包括界定定子组26的四个单间隙电磁体22。电磁体22，即第一电磁体22a、第二电磁体22b、第三电磁体22c和第四电磁体22d沿着具有预定长度的定子弧形长度alpha布置，并界定具有预定长度的定子弧形长度alpha。电磁体22的数量以及其相对于转子30的布置是为了特定目的而预先确定的，以下将进行解释。 

单间隙电磁体22包括单间隙心子27和线圈28。单间隙心子27界定不连续的环，而该环界定具有两个相对的间隙面24的间隙23，相对的间隙面24间隔开一个适于允许转子30通过的预定距离。单间隙心子27包括磁性材料，即，一种具有相对高的磁渗透性和狭窄的磁滞回线的材料。在本领域中，适当的心子材料是公知的，比如，但不限于硅铁。线圈28 包括绝缘的电导体，例如但不限于以预定排列围绕单间隙心子27缠绕的电线。通过线圈28的电流在单间隙心子27中产生也称为磁通量的电磁场(electromagnetic flux field)，其中一个间隙面24被提供具有北极，而另一间隙面24被提供具有南极。间隙面24的南极和北极可以通过改变线圈28中的电流的方向而转换。因为磁通量实质上被限制在心子中，所以环形电磁体是自屏蔽的。相比于传统的马达，因为整个心子材料都被利用了，所以环形电磁体还是一种经济型材料。可以使用并且还预期了其他类似的通量限制的心子结构，以下将对其中的一些进行解释。 

转子30，在本实施方案中为圆盘转子，包括圆盘36，而圆盘36支持从其穿过的多个永磁体40。圆盘36界定圆盘第一面39a和圆盘第二面39b。圆盘36界定与圆盘第一面39a和第二面39b垂直的转动轴32。转子30还包括与转动轴32同轴的轴38。圆盘36还界定接近圆盘边缘35的圆盘外围37。 

转子30包括偶数个的多个永磁体(PM)40。本实施方案的PM 40具有圆柱条形状，其界定两个PM面42，北面42N具有北磁极性，南面42S具有南磁极性。PM 40延伸通过圆盘36，使得圆盘第一面39a和第二面39b接近于北面42N或南面42S。PM 40由圆盘32绕环支撑，该环绕圆盘外围37与转动轴32同轴。PM 40布置在圆盘36上，其中，相邻的PM 40具有相反的极性；从而，在PM 40在接近于圆盘第一面39a处具有北面42N的情况下，相邻的PM 40将以交替关系在接近于圆盘第一面39a处具有南面42S，等等。 

电磁体22中的每个被布置有与转子30对准的间隙23，以允许PM 40通过间隙23。由间隙面24中的一个和北面42N或南面42S界定的间隔界定空隙间隙25。一般，空隙间隙25应该被制造地与考虑到生产公差和磁设计要求的实际情况一样小。 

运行时，电磁体22在极性上电子地改变以吸引和接着排斥转子30中的适当的永磁体40，过程以下描述。该吸引和排斥用于对转子30产生转动扭矩，并从而转动轴32，这可以用于有用目的。这里作为介绍提及，但是以下会更加详细，具有四个电磁体22的定子组26可以作为两相或四 相电机装置运行。电磁体22和PM 40的相对间隔决定电机装置是否作为两相或四相电机装置运行。如以下所解释，如图1-3所示的电机装置10作为两相电机装置运行。 

图4是根据本发明实施方案的其上叠加有电磁体22(22a-22d)轮廓的转子30的一部分的俯视图，示出了电磁体22相对于PM 40的相对间隔。PM 40的尺寸和间隔形成为使得在定子弧长alpha之内，永磁体40与电磁体22的比值是6∶4。在一种实施方案中，PM 40尽量紧密地间隔，在每个相邻的磁体40之间具有间隔R，不超过PM面42的直径的10％。 

图5是根据本发明实施方案的另一电机装置12的俯视图。电机装置12包括两个定子组26，即26a，26b。每个定子组26包括四个电磁体22。在电机装置的另一实施方案中，预定数量的定子组26适于用于特定的目的。在图1和2的一种实施方案中，具有36个PM 40。因此，高达6个定子组26，每个具有四个电磁体22，可以用于根据本发明实施方案的电机装置10。 

图6是驱动电子装置50的示意图，该驱动电子装置50适于用作针对具有四个电磁体22的定子组26的电机装置10的两相实施方案的马达控制。驱动电子装置50包括一对集成电路IC1和IC2，该对集成电路IC1和IC2适于连接至两个电磁体，例如连接到如图1中所示的第一电磁体22a和第三电磁体22c。应该知道，同样的驱动电子装置50适于用于驱动第二电磁体22b和第四电磁体22d。该IC，即IC1和IC2，具有分别连接至晶体管Q1、Q2、Q3和Q4的输出门。 

图7是根据本发明实施方案的适于将输入信号提供至图6驱动电子装置50的感测电子装置60的示意图，其中IC1和IC2是由霍尔效应传感器IC5触发的半桥MOSFET驱动器。霍尔效应传感器IC5的输出分别连接至IC1和IC2的输入。霍尔效应传感器IC5的输出，即管脚2连接至IC1的输入。类似地，霍尔效应传感器IC5的输出，即管脚3连接至IC2的输入。对于第二电磁体22b和第四电磁体22d，具有另一霍尔效应传感器(未示出)，其以实质上相同的方式运行，但是被定位成以便产生电相位角滞后于来自IC5的信号的信号。 

图8是根据运行驱动电子装置50的方法的实施方案的四个换向间隔的时序图，其每当转子30转动20度时重复一次。再次参考图4，PM 40间隔开10度，同时电磁体22间隔开15度。第一电磁体22a和第三电磁体22c被激励为彼此相位差180电度(electrical degree)，并且第二电磁体22b和第四电磁体22d被激励为相位差180电度。第一电磁体22a和第二电磁体22b被激励为彼此相位差90电度，而第三电磁体22c和第四电磁体22d被激励为彼此相位差90电度。 

图9是根据本发明实施方案的具有线性结构，例如，但不限于线性致动器的线性式电机装置13的透视图。电机装置13包括定子20和线性托架(linear carrier)33。为了清楚，未示出定子20的电连接。定子20包括界定定子组26的四个单间隙电磁体22。电磁体22布置成并排平行、同轴的关系，界定具有预定长度的定子组长度z。线性托架33包括多个永磁体40。定子组长度z中的电磁体22的数量以及永磁体40的数量是出于具体的目的而预先设定的，以下将进行解释。 

如图4的实施方案中，在由定子组26占据的定子组长度z中，永磁体40与电磁体22的比值为6∶4。在图9的实施方案中，PM 40的PM面42S、42N为正方形，并且电磁体22的间隙面24是对应的正方形。PM的形状以实施例的形式示出，并不受限于此。只要在由定子组26占据的定子组长度z中，永磁体40与电磁体22的比值是6∶4，PM 40的PM面42就不需要具有产生作用的特定的形状。 

图10A-10D示出了转动图4的两相实施方案的永磁体40和电磁体22之间的时序关系，但是为了图表和示图的清楚，提供了对于本领域的普通技术人员通常清楚的线性图表。图10A-10D示出了相位上彼此连续分隔90电度的4个换向事件(commutation event)，其界定图8中的4个换向间隔。 

图10A-10D中的用于每个相位的箭头表示永磁体40和根据来自图6驱动电子装置50的激励电流的极性的电磁体22之间的吸引和/或排斥的线。再次参考图8的四个换向波形，图10A-10D示意性示出了图8的波形。IC1和IC2产生相位差180(electrical degrees)电度的驱动电流，从而当第一电磁体22a 中的激励电流为正时，第三电磁体22c中的激励电流为负，并且反之亦然。另一驱动电子装置50以相同的方式但与第一电磁体22a和第三电磁体22c相位差90电度或者四分之一个循环的方式控制第二电磁体22b和第四电磁体22d。 

再次参考图4，在第一电磁体22a前部连接至定子组26的霍尔效应传感器IC5、IC6显示为被叠加在转子30上，并且沿着定子弧长alpha间隔开5度，以触发其各自的IC的相应的电磁体(IC’s)，其中IC5用于触发第一电磁体22a和第三电磁体22c，而IC6用于以90度的电相位角度差触发第二电磁体22b和第四电磁体22d，从而将会以彼此适当的相位产生触发信号。 

根据本发明的一些实施方案，电机装置配置成用于作为马达，其中，电能转换为转动能以驱动驱动轴38。根据本发明的其它实施方案，电机装置配置成用于作为发电机或者交流发电机，其中，转动能源用于驱动驱动轴来在电磁体的线圈中产生电流。 

根据本发明的其它实施方案，电机装置配置成用于作为马达、发电机或者交流发电机，以及起动马达和发电机或者交流发电机的组合，例如但不限于用于内燃机。输出轴38连接至发动机的驱动轴。定子20的电磁体22的极性电子地改变，以吸引并接着排斥转子30中适当的永磁体40。这样的吸引和排斥将转动力施加给圆盘转子36，并且因而使得连接至其的输出轴38转动。因为没有包括机械齿轮，但在传统的汽车起动马达中却有，所以起动活动是无声的。电机装置的起动模式由例如图6中所示的适当的驱动电子装置50控制。 

一旦转子30因为如上所述的控制力而转动，通过断开驱动电子装置50并连接发电装置(未示出)，电机装置就被驱动成发电机。随着驱动电子装置50的切断，永磁体40移动通过电磁体22，引起线圈中的电流流动，该电流被输入到发电电子装置中。 

图11是根据电机装置，例如马达/发电机的实施方案的控制定子20的驱动系统53的示意图。转子30连接至轴38，而轴38又可连接至例如但不限于汽车(未示出)的驱动机构(drive train)。永磁体40如之前针 对图1的实施方案所述的一样围绕转子30的圆盘外围37定位。定子组26邻近转子30设置，并且包括具有实质上与图1所示的结构相同的结构的四个电磁体22。切换模块58在从马达驱动模块60接收输入的电路和为整流器和调整器模块62提供输出的电路之间进行切换。调整器模块62对电池64充电。 

输入线上的标记为“起动”和“运行”的信号分别控制例如切换模块58的功能。在起动模式中，起动电路例如但不限于图6的电路在切换模块中接通。一旦发动机起动，信号就被提供至断开起动电路并允许来自起动器20的电流直接流至整流器和调节器模块62的“运行”线。 

图12A和12B示出了根据本发明的电磁装置15的三相实施方案。图12A是其上叠加有三个电磁体22的轮廓的转子30的一部分的俯视图，叠加于其上的第一电磁体22a被指定具有电相位A(A)，第二电磁体22b被指定具有电相位B(B)，而第三电磁体22c被指定具有电相位C(C)，示出了电磁体22与PM 40的相对位置。PM 40的尺寸以及间隔形成为使得在定子弧长alpha中，永磁体40与电磁体22的比值是4∶3；间隔分别是10度和13.33度。 

在图12A的实施方案中，定子121由三个电磁体22，即第一电磁体22a、第二电磁体22b和第三电磁体22c组成。图12B示出了用于第一电磁体22a(A)、第二电磁体22b(B)以及第三电磁体22c(C)的波形的三相时序图。根据运行驱动电子装置的方法的实施方案，时序图在转子30转动每个20度时重复，其对应于360电度。从一个电磁体22，例如第一电磁体22a(A)到下一个电磁体22，例如第二电磁体22b(B)的电相移是电循环(electrical cycle)的60电度，而不是如两相实施方案的90电度。电循环被定义为使得北/南磁体对通过电磁体22的轴所必需的运动的持续时间，其是转子30运动的20度。 

根据三相实施方案，对于每四个永磁体间隔，存在三个电磁体间隔。四对三结构的时序应该以与两相实施方案的三对二结构相同的方式控制；其中，两相实施方案的3∶2结构具有两个如图6和7中所示的相同的电路；三相实施方案的4∶3结构具有三个相同的电路。其中3∶2结构间隔开图7 中电学上所示的两个霍尔效应传感器，从而转换事件(transition event)出现了5度的转动分离，4∶3结构间隔开三个霍尔效应传感器，从而转换事件出现了三又三分之一度的转动分离。 

图13A-13G示出了根据本发明的实施方案的三相4∶3结构电磁装置的其它方面。图13A示出了基于磁体之间11.25度间隔和每个换向间隔3.75度的三相电压波形和相关的+/-换向表。如所示，A、B、C电压极性/永磁体结构可以布置成使得两相实质上在除了换向事件之外的每个换向间隔中产生扭矩。图13B是用于马达控制模块(未示出)上的三相的全部相位的三相控制电子装置150的示意图。图13C是根据本发明实施方案的用于三相结构的串联连接的多个A、B和C相位的电磁体22a、22b和22c的示意图。 

图13D和13E是基于三相三角形电连接91的三相实施方案的示意图。在图13E中，24个电磁体22，即每个定子模块121具有3个电磁体22的8个定子模块121，实质上均匀地围绕在圆盘转子30的周界上，其中具有32个永磁体40，如图13A所示。对于驱动相位A、B、C中的每个提供了单独的母线(bus bar)。第一电磁体22a具有连接至第一母线71的第一线圈导线81以及连接至第二母线72的第二线圈导线82；第二电磁体22b具有连接至第二母线72的第一线圈导线81以及连接至第三母线73的第二线圈导线82；并且第三电磁体22c具有连接至第三母线73的第一线圈导线81和连接至第一母线71的第二线圈导线82。 

图13F和13G是基于三相Y形电连接92的三相实施方案的示意图。在图13G中，24个电磁体22，即每个定子模块121具有3个电磁体22的8个定子模块121，实质上均匀地围绕在圆盘转子30的周界上，其中具有32个永磁体40，如图13A所示。对驱动相位中的每个提供单个母线加之接地母线74。第一电磁体22a具有连接至第一母线71的第一线圈导线81以及连接至接地母线74的第二线圈导线82；第二电磁体22b具有连接至第二母线72的第一线圈导线81以及连接至接地母线74的第二线圈导线82；并且第三电磁体22c具有连接至第三母线73的第一线圈导线81和连接至接地母线74的第二线圈导线82。 

在以上的实施方案中，两相电磁装置的永磁体与电磁体的比值为3∶2；而三相电磁装置的比值为4∶3。预期更高相的电磁装置具有的永磁体与电磁体的比值与(N+1)∶N一致，其中，N是相位的数目。因此，四相电磁装置具有5∶4的比值，等等。 

参考以上所述的电磁装置的两相和三相实施方案，现在将讨论具有驱动N个定子相位的N相激励的电磁装置的一般实施方案的操作，其中N是整数。将用转子圆盘类马达实施方案的电磁装置来描述大致的实施方案，但如上所述的，线性式实施方案的应用对于本领域的普通技术人员而言一般也是清楚的。为了清楚和简洁，还假设了完全填充的定子(fully-populated stator)，即一个在转子的圆周附近所有可用的电磁体位置都被电磁体充满的定子。以下还描述了尤其涉及发电机实施方案的本发明的多个方面。 

电磁装置和用于激励电磁装置的控制器都被描述为具有N个相位。在N相电磁装置的情况下，定子20包括N个不同并分隔开的定子相位，每个定子相位都从N相控制器的适当的相位输出终端接收其自身的不同的电流的激励波形。N相控制器产生N个相位波形。 

本发明电机装置的结构在定子20和转子30中具有空间上的周期性。电磁体22位于一个定子周期Ds的实质上相等的间隔处。一个定子周期Ds定义为两个相邻电磁体22的对应点之间的距离，例如对应间隙面24的中心之间的距离。类似地，转子30上的永磁体40位于一个转子周期Dr的实质上相等的间隔处，定义为两个相邻永磁体40的对应点之间的距离，例如，对应的永磁体面42N、42S的中心之间的距离。 

在具有转子30的电磁装置中，周期Ds和Dr很便利地并始终如一地表达为绕转子30的转动轴32所测量的角度。尽管在原则上，可以通过沿着定子20和转子30的各个弧进行测量来将线性测量用于转动式电磁装置中，但是除非这些弧具有相等的半径并因此而一致，否则就将会由于使用以下指出定子周期和转子周期所要求的比例的公式而产生误差。在线性式实施方案中，出于该目的，Ds和Dr以线形测量正确并方便地表达。对于已经描述的两相和三相实施方案的参考将使得这些方面清晰起来。 

除了或者替换电磁体22和永磁体40的相对数量，参考电磁体22和永磁体40的相对的空间周期是方便的。定子周期Ds与转子周期Dr的比例等于(N+1)/N，其中，N是电相位的数量。在将该公式用于具有转子30的电磁装置的实施方案时，定子周期和转子周期以如上所述的角度测量表达，同时，对于电磁装置的线性式实施方案，这些周期以线性测量表达。从(N+1)/N公式中清楚地看出定子周期Ds总是大于转子周期Dr。 

转子30的位置和其他感兴趣的量可以以术语电相角度(electricalphase angle)phi来描述，而不是以转动的机械角度来描述。360电度的循环对应于两个相邻的具有相反极性的永磁体40运动通过单个电磁体22的间隙23，并从而在电机装置的转动式实施方案中，对应于转子30转动通过一个绕转子30的转动轴32测量的Dr的2倍的角度距离；或者通过一个沿着电机装置的线性式实施方案的运动方向的Dr的2倍的线性距离。一个电循环的转子位移将定子20和转子30的磁极结构返回至其循环开始的状态。对于本领域的普通技术人员而言，这些定义是清楚并熟悉的。 

图14A和14B以类似于上所述的图10A中的两相实施方案的表现方式示意性展示了电机装置的一般N相实施方案中的电磁体22和永磁体40的布置。假定除了在被称为换向或换向事件的激励电流反向的情况下，所有的N个相位总是被激励，构建图14A、14B和10A。为了清楚，示出了线性式布置，但是如以上所提及，转动式操作基本上是一样的。单间隙环形电磁体22再次被用于作为定子20的电磁体。图14A中示出了N为偶数整数的电机装置的实施方案，而在图14B中示出了N为奇数整数的电机装置的实施方案。 

在图14A和14B中，示出了N个电磁体的单个定子模块21N，以及在运动方向上邻接的第二定子模块21-2的第一电磁体40。再次为了清楚，对应的转子模块34N被示出并定义为占据有与定子20N相同弧长alpha并包括彼此直接地邻近的在连续的永磁体40之间没有间距的N+1个永磁体40组的永磁体40。还示出的是运动方向上下一个转子模块34N的第一永磁体40。当转子30转动时，转子模块34N经过定子模块21N，因而连续地改变它们的相对排列。 

定子模块21中的每个电磁体40被依次标以从1至N的整数n，表示其在定子模块21中的顺序以及其所属的相位。每个永磁体40类似地标以从1至N+1的整数m。在定子模块21-1和转子模块34-1中，标号在运动方向上递增。但是，单个的永磁体40不与特定的激励相位有关。示出当随着转子30移动至右侧第一转子模块34的永磁体40-1严格地位于第一定子模块21的电磁体22-1的中心时，转子的位置。电磁体22和永磁体40的瞬时极性如之前的N和S所表示。 

当转子30在所示的方向上运动时，每个电磁体22经历极性交换，极性改变，而无论永磁体40在何时严格地位于电磁体22的间隙23中。这通过利用适当的控制器，例如由例如之前所述的霍尔效应传感器的转子定位传感器而触发的控制器，使电磁体22的线圈中电流的方向反转而实现。具有相同标号的所有的电磁体40属于该标号的相位，并且一起换向，而不考虑的定子模块21，其中它们出现在定子20包括多于一个定子模块21情况下。 

当转子30已经转过2倍于Dr的角度并且当两个相邻的相反极性的永磁体40例如永磁体40-1和40-2已经通过单个电磁体22的间隙23时，产生一个360电度的电循环。在每个电循环中，对于每360电度的电磁体22，并且因此对于的每个定子相位，将具有两个换向事件。换向事件将被一个转子周期Dr或者180电度隔开。因此，在计算所有相位的每个循环中，换向的总数将是N的2倍。在电机装置的两相实施方案中，将会发生四次换向，然而在三相实施方案中，将会发生6次换向，符合以上给出的那些实施方案的描述。单个电磁体22或者其定子相位的连续换向之间的180电度的间隔将被称为换向间隔，在其间该电磁体22的极性保持不变。 

在N个激励相位的一般情况下，不同相位中的换向事件将以电磁体22和与它们有关的定子相位的数字顺序及时出现。在图14A和14B所示的时间点，电磁体40-1刚刚经过从南到北的换向，用上间隙面24表示极性。但是，在其位于电磁体22-2的间隙23的中心之前，永磁体40-2必须运动一段Ds-Dr的距离。定义与该距离等价的电角度(electrical-angle)为 delta phi，电磁体22-2滞后电磁体40-1之后一个相位角delta phi。一般，对于之后的电磁体22，相位滞后增加。电磁体22-n的第一换向/相位n比电磁体22-1的第一换向/相位1滞后(n-1)倍delta phi，在转子30的运动方向上，电磁体的电相位与之前的电磁体和之后的电磁体的电相位相差deltaphi。例如，电磁体22-3/相位3比电磁体22-1/相位1滞后2倍的delta phi，而电磁体22-N/相位N比电磁体22-1/相位1滞后(N-1)倍的delta phi。换向和相位滞后的模式由根据定子周期Ds与转子周期Dr的特定比值的实施方案的结构规定，并且由控制器提供的N个激励波形必须符合该模式。 

当永磁体40-(N+1)最终移动到第二定子模块21-2的电磁体22-1的间隙23的中心时，转子30应该严格地移动一个转子周期Dr或者180电度的二分之一电循环，并且对于计数所有相位的全部N个换向事件，所有N个相位应该经历它们的第一个换向事件。因为此时转子30还应该严格地运动了N倍的delta phi电度，delta phi可以看作等于180/N电度；90度针对两相位，而60度针对三相位，符合以上所述的两或三相位实施方案。当下一个永磁体40-N依次地运动过另一个转子周期Dr进入定子模块21-2的电磁体22-1的间隙23的中心时，360电度的循环将被完成。定子20和转子30的磁极性结构将会返回至其初始状态，并且对于所有相位来说还将在该循环中发生2N次换向。 

图15A和15B根据本发明的实施方案，分别示出了N为偶数和N为奇数时，作为电机装置的N个激励相位中的每一个的电相位角的函数的相位换向波形。每个波形表示每个电磁体22的上面的N或S极性以及其在转子30运动时的换向。斜线表示在激励相位号从1增加至N时累积的相位延迟。 

还示出的是作为最后一个波形的第二定子模块21-2的激励相位1的波形。对于N是偶数的情况，该波形是第一定子模块21-1的相位1的反向或倒置的波形。即，对于N为偶数的实施方案，连续的定子模块21-s必须具有与对应的电磁体22中的电流相反的电流。这通过根据每个定子相位中的交替的极性而电连接连续定子模块21-s的相位n的线圈而提供出。 

对于N是奇数的实施方案，每个定子模块21-m的第一电磁体22-1的波形相同，并且因而给定的定子相位的所有电磁体22在所有相位中以相同的极性被驱动。通过分别比较图14A和14B的偶数和奇数情况，明显，偶数和奇数-N实施方案之间表现的不同源于N为偶数情况下而不是N为奇数情况下第一转子模块34-1的永磁体40-1和第二转子模块34-2的永磁体40-1之间极性的反转。最终的原因是对于N为偶数的情况，一个定子模块弧长中的永磁体40的数量N+1为奇数，当N为奇数时，N+1为偶数。 

以上所述的两相和三相实施方案示出了这个基本差异。注意，在两相实施方案中，示出四个电磁体的定子组26，而不是由N相规则(N-phaserule)所表示的两个电磁体22的定子模块21。实际上这不矛盾：从电和磁的角度来看，四个电磁体22的定子组26是最小的重复单元，因为其包括具有对应的磁性倒置的两个直接和两个相反驱动极性的电磁体22。但是，当电机装置的转子30将以最小数量转动时，需要最小的运作的定子模块21仅仅包括两个电磁体22。利用最小运作的定子模块21将允许指定偶数和奇数-N情况下的N个电磁体22的单个统一的定子模块21-s。利用针对偶数N实施方案的2倍于N个电磁体22的双模块导致在每种情况下的需分别定义的不必要的复杂性：对于偶数N，2倍于N，对于奇数N，即为N。 

马达和发电机领域的普通技术人员应该清楚，图15A和15B中所示的换向波形实质上是提供至传统的N相位马达的激励波形，除了因为这些图中所示的相邻相位之间的波形极性交替而产生的+1或-1因子之外，并且忽略相位换向事件之间的激励波形的严格形状，例如但不限于如本领域中所使用的正弦曲线和梯形。这些激励波形通常相对于彼此偏移如本发明的相同电角度delta phi，并且一般在三相马达情况下从例如但不限于主电源(electrical mains)和电子控制器中提供，并且一般是通过电子控制器。本发明的电机装置的N相实施方案因而可以以与传统的N相马达实施的类似或相同的方式被电子地激励。物理上相邻的定子相位之间的交替的极性可以随着连接至提供激励相位的源的配线连接、定位的传感器和 用于换向触发的逻辑输出电平以及传统方式的控制电路和逻辑等的各种组合而提供。 

为了使普通的N相马达的转子或线性致动器的运动方向反转，利用对于本领域的普通技术人员而言显而易见的用于向前方向的相同步骤构造一组类似于图15A和15B的反向的换向波形。这些反向的换向波形和以前一样将由通过霍尔传感器的现在反转的转子PM的运动或者通过如之前所述的其他方式产生，并且传送至控制器输入。该组的反向换向波形包括与前组相同的波形，但是一些反向换向波形将由与向前运动不同的定子相位产生。 

反向换向波形将使得控制器来将相应的反向激励电流波形组提供至定子相位，从而使转子或线性致动器的运动方向反转。该反向激励电流波形组包括与前组相同的波形，但是随着相应的换向波形调整，某些反向激励电流波形将由控制器提供至与之前不同的定子相位。反向过程的细节取决于相位的数量N的特定值。如之前一样，偶数和奇数N情况必须分开考虑。 

例如，图12B示出了三相实施方案的顺时针(CW)和逆时针(CCW)转动的换向波形组。明显，在这种情况下，转动的反向通过在马达相位2和3的激励中由由控制器装置互换分别与电磁体22b和22c相关联的换向波形B和C而实现，同时保持马达相位1，与电磁体22a相关联的A的换向不改变。即，适于用于CW转动的马达相位2的换向波形被提供用于CCW转动的马达相位3，在同时，适于用于CW转动的马达相位3的换向波形被提供至用于CCW转动的马达相位2。 

根据本发明的电机装置的实施方案的主要益处在于转子是自起动的，即，马达将从转子的任何停止位置开始。从静止来起动根据本发明的电机装置的普通的N相马达的实施方案，要求按照期望为前向转动或反向转动提供极性的相位激励电流，所述极性由换向波形针对转子30的停止位置的电相位角而规定。每相电流的所要求的强度将由预期的特定应用的要求所决定，例如，对于本领域的普通技术人员而言显而易见的，移动重载要求高的初始扭矩。在任何情况下，如本领域所公知的，必须提供至少最 小强度的相位电流以克服因为永磁体40与电磁体22的心子27的残余引力(residual attraction)而产生的任何机械摩擦或者齿槽力(cogging force)。 

无论转子30的停止位置在哪里，本发明的电机装置的实施方案的马达将起动，因为在任何电角度，可以仅仅至多存在一个经历换向事件的相位，并且因而没有产生力或扭矩，例如图12B和13A中所示的相位1的波形A。所有其它的相位将在期望的运动方向上产生有用的力或扭矩。N为2或者更大的电机装置的所有马达实施方案都是自起动的。 

在N等于1的电机的马达实施方案中，马达不会自起动。如果转子30碰巧以相应于换向事件的电角度停止，那么就不可能产生使转子30运动的扭矩，并且没有其他的定子相位来提供该缺失。但是，一相电机装置的转动式和线性式致动器是可能的。 

为了从给出的电磁体22中获得最大可能的力和扭矩，永磁体间距，即转子30的相邻永磁体40之间的间隔，应该尽可能的小并且优选地为零，如为清楚和简明而在与电机装置的两相马达实施方案有关的图10A-10D中所示那样。在图10A中，永磁体40在第一电磁体22a的间隙23的中心。在转子30的该位置，第一电磁体22a未在期望的转动方向上产生力或扭矩。但是，在该相同的转子位置，有两个永磁体40在第二电磁体22b的间隙23中，每个PM 40一半在间隙23中一半在间隙23之外，并且产生了可能针对该结构的最大程度的力和扭矩。 

一个电磁体22施加在转子30上的力和扭矩可以通过判断因为电磁体22及其激励电流在间隙23中产生的磁场强度而产生的永磁体40的等价的安培表面电流(Amperean surface current)所承受的力而计算，永磁体的N/S轴与磁场平行。结果表明在永磁体40的二分之一处于最大可能强度的均匀的磁场空间中，同时另一半处于磁场强度为零的空间中时，最大的力产生。任何偏离该条件的情况都将减少产生的力和扭矩。 

在图10A中，现在通过减小转子30的运动方向的所有永磁体40的宽度同时保持定子周期和转子周期不变，而引入相邻的永磁体40之间的非零间距。现在，第二电磁体22b的间隙23中的两个永磁体40不再延伸，直到进入磁场强度为最高的间隙23的中心区域或者进入磁场强度比较低 的间隙23的另一侧的边缘场区域之前。虽然磁场强度既不如观察上述理想情况下的均匀也不为零，而是平稳地远离间隙23的中心并更快速地落于间隙23之外，但是第二电磁体22b产生的力和扭矩依然趋向于由于永磁体40之间的非零间距的引入而被减小。 

因此，在理想设计中，可以通过选择圆盘36的材料和尺寸来对于应用的要求维持满意的机械硬度而使得永磁体间距降至最小。非零永磁体间距产生的力和扭矩产出的不足必须通过改变设计的其它部分如但不限于增加永磁体40和间隙面24的半径而弥补。 

图16是根据本发明实施方案的另一电机装置16的部分侧面横截面视图。因为包括双环的永磁体的双环转子130，电机装置16与图1的实施方案有所不同，永磁体40的外环接近圆盘236的外围和永磁体140的同轴的内环。进一步地，第一单间隙电磁体22被定位成如图1中所提供的那样，从而永磁体40的外环穿过间隙23。第二单间隙电磁体722嵌套有第一电磁体22并且延伸出第一电磁体22之外，从而永磁体140的内环穿过第二电磁体722的间隙323。与如图1所示的具有单个环的永磁体40的实施方案相比较，图16的实施方案将提供大约两倍的扭矩。但是，因为第二个单间隙电磁体722的附加的尺寸和重量，具有第二单间隙电磁体722的电机装置16实质上会比具有单间隙电磁体22的电机装置10更大和更重。 

图17A和17B分别是根据本发明实施方案的另一电机装置110的透视图和俯视图。图17C是沿切割线17C-17C的局部横截面视图。电机装置110包括定子220、双环转子130和轴38。为了清晰，未示出定子220的电连接。定子220包括多个双间隙电磁体222。双间隙电磁体222包括第一半电磁体222a和第二半电磁体222b。第一半电磁体222a包括第一半心子127，该第一半心子127包括第一线圈128，而第二半电磁体222b包括第二半心子227，该第二半心子227包括第二线圈228。第一半心子127和第二半心子227界定双间隙心子229。 

双间隙心子229界定不连续的环，该环界定具有两个相对的间隙面124的外间隙123和具有两个相对的间隙面224的内间隙223，两个相对 的间隙面124间隔开一段适于允许双环转子130穿过的预定距离，两个相对的间隙面224间隔开一段也适于允许双环转子130穿过的预定距离。外间隙123和内间隙223实质上共面以允许双环转子130同时穿过。 

双环转子130，在该实施方案中为圆盘转子，包括支持多个永磁体40、140在那里通过的圆盘136。圆盘136界定圆盘第一面139a和圆盘第二面139b。圆盘136界定垂直于圆盘第一面139a和圆盘第二面139b的转动轴32。轴38与转动轴32同轴。圆盘136还界定相邻于圆盘边缘35的圆盘外围37。 

双环转子130包括围绕圆盘外围37、围绕外部圆周的、由圆盘136支撑的偶数个多个外永磁体40(PM)，其中圆盘外围37与转动轴32同轴。双环转子130还包括围绕与PM 40的外部圆周同轴的并具有较小直径的内部圆周的、由圆盘136支撑的偶数个内永磁体140。内PM140的数量与外PM40相同，内PM 140中的每个实质上在径向轴(radial axis)上与外PM 40互补，界定径向永磁体对340。内PM140、外40具有圆柱条形，该形状界定了两个PM面，即具有北磁极性的北面42N、142N和具有南磁极性的南面42S、142S。PM 40、140的形状作为实施例示出并不受限于此。PM 40、140延伸通过圆盘136，使得圆盘第一面139a和圆盘第二面139b邻近于北面42N、142N或南面42S、142S。PM 40排列在圆盘136上，在其中相邻的外PM 40具有相反的极性；从而当PM 40具有相邻于圆盘第一面139a的北面42N时，下一个相邻的PM 40将具有相邻于圆盘第一面139a的南面42S等等交替关系。径向永磁体对340中每个的永磁体40、140具有相反的极性。 

第一半心子127相邻于圆盘第一面139a定位，并且径向地对准转动轴32，从而外间隙面124相邻于外永磁体40，而内间隙面224相邻于内永磁体140。第二半心子227相邻于圆盘第二面139b定位，正对第一半心子127并且径向地对准转动轴32，从而外间隙面124相邻于外永磁体40，而内间隙面224相邻于内永磁体140。径向永磁体对340的各个永磁体40、140将实质上同时地穿过各自的外间隙123和内间隙223。 

每个双间隙电磁体222的第一线圈128和第二线圈228连接至相同相 位的激励电流，并被相同相位的激励电流所激励，以维持第一半心子127和第二半心子227中顺时针或者逆时针的相同的稳定的、方向可控制的磁通量。该激励与通过外间隙123和内间隙223的极性相反的永磁体40、140相结合，保证当该激励作用在外永磁体40和内永磁体140上时，双间隙电磁体222的活动在转子130上产生相同方向上(顺时针或逆时针)的扭矩。 

因为双间隙电磁体222占据双环转子130之上和之下的空间，所以与单间隙电磁体22延展在转子30的边缘35上的图1的实施方案的转子30比较，可以提供更大直径的双环转子130，并因此可提供具有更大直径的外永磁体40和内永磁体140的环。 

与图16的具有第二单间隙电磁体722的电机装置16相比，包括具有双间隙电磁体222的定子220的电机装置110将实质上具有从与包括具有单间隙电磁体22的定子20的电机装置10实质上体积和重量相同的马达中获得的双倍的扭矩和功率。 

图18是根据本发明实施方案的另一电机装置112的部分侧面横截面视图。电机装置112实质上与图17C的实施方案相同，但是包括半卷绕的双间隙电磁体(half-wound double-gap electromagnet)322，该双间隙电磁体322包括第一半电磁体222a和无源的磁通量返回路径327，而不具有第二半电磁体222b。无源的磁通量返回路径327包括具有相对高的磁渗透性和狭窄的磁滞回线(例如但不限于由没有线圈228的第二半心子227提供的)的材料。无源的磁通量返回路径327的高度与图17C的第二半电磁体222b相比可以降低，并且因而电机装置112的厚度可以减小。 

图19是根据本发明实施方案的双环转子230的局部俯视图。双环转子230实质上与图17B实施方案的双环转子130相同，不同在于双环转子230包括非径向永磁体对440。非径向永磁体对440以偏移角beta定向，其相应于各个双间隙电磁体222的互补的偏移角。 

图20是根据本发明实施方案的四环转子330的局部俯视图。四环转子330实质上与图17B实施方案的双环转子130相同，外加另一永磁体对440的环。四环转子330允许外加另一双间隙电磁体222环以获得甚至更 多的扭矩和功率。 

图21是根据本发明实施方案的包括堆叠式转子430和多间隙电磁体522的另一电机装置114的侧面横截面视图。多间隙电磁体522包括第一半电磁体222a和第二半电磁体222b以及其间的多个直立电磁体对222c。直立电磁体对222c包括内直立电磁体232a和外直立电磁体232b。闭合磁路的所有的电磁体，即第一半电磁体222a、第二半电磁体222b和直立电磁体对222c，由相同的激励相位驱动。 

堆叠式转子430包括沿转动轴38间隔开的多个双环转子430a、430b、430c，每个实质上如图17A-C的实施方案所述。第一半电磁体222a、第二半电磁体222b以及其间的多个直立电磁体对222c界定适合的多个双间隙223a、223b、223c，从而双环转子430a、430b、430c中的每个穿过双间隙223a、223b、223c中对应的一个。极性随着位于各个间隙223中心的永磁体40、140示出，并且处于电磁体极性刚刚改变符号以将永磁体40、140推出间隙223之外的时间相位上。 

图22是根据本发明实施方案的包括堆叠式转子430和多间隙电磁体622的电机装置116的侧面横截面视图。堆叠式转子430实质上如图21中所提供的那样。多间隙电磁体622包括第一半电磁体222a和第二半电磁体222b以及其间的多个H型电磁体222d。H型电磁体222d独立于其它转子430a、430b、430c的其它永磁体对440，为永磁体对440中的每一个提供闭合的通量路径。 

可以通过利用具有实质上类似结构的无源的磁通量导向装置分别替换直立电磁体对222c和H型电磁体222d而修改图21和22的电机装置114、116的实施方案。 

一般，环形电磁体的磁路中的更多的间隙的增加要求线圈的安培匝数的总数增加以维持每个间隙中的磁感应的强度。因为所有的间隙在相对面之间具有相同的宽度尺寸，因此所要求的安培匝数的数量与每电磁体的间隙总数成比例地增加。例如，每电磁体两个间隙要求两倍的一个间隙所需要的安培匝数。因此，正如对于本领域的技术人员显而易见地，将需要更多的匝数、更多的电流或者其组合。 

在其他方面，例如换向波形、反向和起动的特性，电机装置的双间隙和多间隙实施方案将实质上与之前所述的单间隙实施方案一样地表现。连接线圈、感测转子位置、控制等的方法类似于已经描述过的方法，因为附加的线圈而具有显而易见的修改。定子周期与转子周期的比例依然由(N+1)/N给出，其中N是电激励相位的数目。 

在电磁体的其它实施方案中，替换掉使用具有间隙的圆的环形心子，可以使用如图18所示的正方形心子。正方形心子允许线圈28更方便地集中在间隙23附近。线圈28集中在间隙23附近增加了间隙中的最大的不饱和磁感应，并减少了边缘场(fringe field)的横向延伸。对于特定的正方形心子，内“圆周”和外“圆周”之间心子长度的差异比具有相同间隙和极面(pole face)尺寸的圆形的C形心子要小。这还倾向于通过推迟沿内圆周上的饱和的开始而增加磁通量，在内圆周上因为具有较高的磁场而首先开始饱和。这些改变进一步增加了扭矩和力。 

期望包括多环转子和双间隙电磁体的电机装置的其它应用是步进式马达应用。根据本发明，电机装置的步进式马达实施方案提供了比传统的步进式马达更高的性能。根据本发明，对于允许耐电损耗(resistiveelectrical loss)的大量减少的线圈，更大的体积是可用的。耐电损耗的大量减少与双环或多个双环的实施方案的益处的结合实质上提供了优于当前可用的步进式马达的步进和保持转矩。 

尽管已经结合具体实施方案描述了本发明，明显，对于本领域的技术人员而言，根据前述说明很多替换、选择和变更也将显而易见。因此，本发明旨在包括落于所附权利要求的精神和范围内的所有的替换方案和变更。例如，还应该理解，根据这里所述的各种可替换的实施方案，可以获得各种系统和以及基于该系统的用途和方法。还被描述的各种改进和替换方案以及其他特征可以进行组合，以提供根据本发明的其他优势组合等。同样如本领域的技术人员根据前述发明所理解，实施方案的各个方面可以用在各种子组合中以获得这里所描述的至少一些益处和特征，并且这样的子组合也处于本发明的范围内。本发明的所有这些改进、增强和进一步用途都处于本发明的范围内。 

用在前述说明书中的术语和表达在这里用作说明而非限制性的术语，并且在使用这样的术语和表达时，不旨在排除所示和所述的等价特征或其部分，应该认识到本发明的范围仅由所附权利要求的界定和限制。 

Claims (9)

1.一种电机装置，其包括：

定子，其包括具有多个环形电磁体的至少一个定子模块，所述电磁体中的每一个界定第一间隙和第二间隙，其中，所述电磁体中的每一个沿着弧分离地布置一预定的距离，以界定定子模块弧长；以及

转子，其包括圆盘，所述圆盘具有预定数量的永磁体的第一环和相同的预定数量的永磁体的第二环，所述转子界定转动轴，所述第一环与所述圆盘的外围同轴并且围绕所述圆盘的外围布置，所述第二环与所述永磁体的所述第一环同轴并且直径小于所述永磁体的所述第一环的直径，每个环的多个永磁体并排隔开并且排列成具有交替的南-北极性，所述转子适于使所述永磁体的第一环穿过所述电磁体的所述第一间隙并使所述永磁体的第二环穿过所述电磁体的所述第二间隙，所述永磁体的大小和间隔形成为使得在所述定子模块弧长中，永磁体与电磁体的比值是N+1比N，其中，N等于施加至所述电磁体的电激励相位的数目。

2.根据权利要求1所述的电机装置，其中，所述永磁体与电磁体的比值基于3比2的关系，其中所述电机装置被驱动为两相的装置。

3.根据权利要求2所述的电机装置，还包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器位于所述至少一个定子模块上，并适于提供用于控制所述电磁体的选择性激励的时序信号。

4.根据权利要求2所述的电机装置，其中，所述电磁体被选择性地激励，以提供四个重复的换向间隔。

5.根据权利要求1所述的电机装置，其中，一控制模块控制所述电机装置以第一运行模式作为马达运行，并以第二运行模式作为发电机运行。

6.根据权利要求1所述的电机装置，其中，一控制模块控制所述电机装置作为发电机运行。

7.根据权利要求1所述的电机装置，其中，当作为马达运行时，所述电机装置是自起动的。

8.根据权利要求1所述的电机装置，其中，一控制模块控制所述电机装置作为马达运行。

9.根据权利要求1所述的电机装置，其中，所述电磁体被选择性地激励以便提供N的2倍个重复换向间隔。

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