CN102047529A - 具有可逆发电机-电动机操作的电磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁装置(10)，包括定子(16，20a，20b，18，22a，22b)和转子(12)，所述转子(12)在所述定子(16，20a，20b，18，22a，22b)的相对的表面之间旋转，且承载有多个沿着其边缘以规则间距分布的磁铁(14)。磁铁在朝向定子(16，20a，20b，18，22a，22b)的转子(12)的表面交替取向。定子(16，20a，20b，18，22a，22b)包含两组独立支撑的磁轭(16，18)，位于磁铁前面的转子(12)的两边。磁轭(16，18)具有两个轴向臂，在定子静态时，该轴向臂的末端表面至少部分地朝向转子(12)的相同表面的一对连续的磁铁(14)。

Description

具有可逆发电机-电动机操作的电磁装置

技术领域

本发明涉及一种具有可逆发电机-电动机操作的电磁装置，即一种可以将动能转化为电能及反之亦然的装置。

背景技术

在许多工业领域中，经常需要在包含旋转元件的系统中安装可逆电机，这样，考虑到安装了电机的系统的操作情况，或者开发这样的元件以产生电能来供给其他系统组件，或者为机器提供电能以使旋转元件旋转。

这些机器的基本要求是简单、灵活、且便宜，尤其是应用于运输工具如陆地交通工具或航行器时。

US6,832,486公开了一种这样的机器。该专利公开了一种用于航空领域的可逆电机，与航空器发动机的涡轮相耦合，通过使涡轮旋转产生电能，或反过来启动发动机。该机器的转子是通过被磁化的、涡轮的叶片环的叶片的末端向外呈放射状而成型的。定子环，转子在其内运动，配置有线圈。在一个实施例中，定子包括连续环或一组离散的马蹄形元件，且界定出一个通道，转子在通道内旋转。在这种情况下，线圈缠绕在相对的定子膨胀物上，且它们面对一个相同磁铁的两极。该现有技术的缺陷在于相对的定子环膨胀物之间或每个马蹄形铁心之间的通道的宽度是固定的，不能比一定的最小值更小，这也有赖于转子厚度和需要补偿可能的转子振动。因此，对于给定的定子和给定的转子，定子和磁铁之间的空隙也是固定的，也不能比一定值更小。这样，不能调整或优化定子和转子之间的相对位置，以获得最大效率和最大操作灵活性。

US 5,514,923公开了一种用作调速轮的可逆电机，该电机含有两个转子磁盘，该转子磁盘配置有磁铁，且转子磁盘相对于定子对称设置，所述定子承载有多个相对于磁铁偏移的线圈。在这种情况下，两块磁铁用于感应位于其间的线圈的电场。磁路不闭合，这使大量能量浪费，且导致强烈的电磁干扰。BE867.436公开了一种电装置，该电装置具有由铁环连接的两块铝磁盘组成的转子，且沿着其外围以规则间隔分布有多个磁铁。转子在两块定子板之间旋转，每块定子板带有一个有轴向臂(伸入柱车)的U型磁轭，其中每个磁轭朝向转子磁盘的一对磁铁，且朝向磁轭的磁铁具有一系列交替反向磁极。该机器不可逆，仅用于同步发动机。并且定子和转子之间的空隙是固定的，这样在这方面US 6,832,486的问题也同样适用于该装置。而且，使用的材料在高频时产生高损失，强傅科电流(Foucault current)和磁滞损耗，磁滞损耗导致磁盘非常高的温度，可以使磁铁去磁，甚至引起铝磁盘起火。

US 6,137,203公开了一种无刷轴向电机，带有两个定子和一个转子，该转子可旋转地设置在定子之间，对由定子产生的磁场作出响应。该机器是绕组型的多相机器，即每个相的线圈缠绕在多个相邻线膨胀上，它们之间没有任何不同相的线圈。定子在操作过程中可轴向调节以改变发动机的空隙，从而在空隙小时使发动机可以产生低速高扭矩，在空隙大时，继续产生高速扭矩。

尤其是在优选的应用领域--液压涡轮中，定子的调节只在轴向方向进行，且由于在装置操作过程中达到的高温，顶盖不会发生变形，线圈或定子也不会过热。

US 4,710,667公开了一种线圈型发电机，其中转子和定子之间的间隙只可以轴向调节，且只能在装配阶段调节。转子包括硬铁氧体磁铁，定子包括软铁氧体线圈铁芯。

以上所有现有技术公开了严格的构建结构，不容易改进设计以适应不同的需求和/或更简单、更有效的装配和维修装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种凸出磁极型的可逆装置，其可以广泛应用于如陆地交通工具、船舶和航行器等领域，该装置优选用于与涡轮或通过流体运动驱动的装置的叶轮结合的领域。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种装置，包括定子、在定子前面旋转的转子。转子包括多个以规则间距分布的磁铁，在转子上以环形方式具有交替取向。每个磁轭具有一对伸向转子的伸出臂，且具有线圈用于电连接以利用装置或功率激励器。定子包括至少一组磁轭，每个磁轭具有一对朝向转子延伸的凸出臂，且含有用于与使用装置或功率驱动器电接头的线圈，每组磁轭、与面对磁轭臂距离一定距离的一对磁铁、以及使磁轭与磁铁分开的空隙属于相同的闭合磁路。磁轭是独立地设置可轴向地和径向地调整的支座上，以使磁轭相对于磁铁作静态或动态位置调整。

本发明的优点是，调整还可以包括绕至少一个轴的枢轴运动的调整，更优选地，磁轭可以沿着三个正交轴作平移运动和绕着三个正交轴作枢轴运动而调整。由于磁轭是单独设置的，每个磁轭可被认为是一个定子单元，可以复制想要的倍数，与其他单元处于想要的相对位置。因此，本发明具有非常高的灵活性。其他的优点如下：

装置的装配更简单；

装配装置时，磁轭和磁铁之间的相对位置可以最优化，从而保证装置的效率最大化；

在操作过程中，转子的振动、摆动和变形容易抵消；

当有一个单元操作不顺或短路时，可以排除那个单元的操作，而装置的其他单元可以继续操作；

在包括发电机模组和发动机模组的组合机床中，可以单独调节发电机模组和发动机模组的运行：如，在开始时，发电机模组的磁轭之间的距离可以增加到临时失效、或设置成发电机运行的限定值或电学地使使用电路处于开放，从而有利于启动，而发动机模组的磁轭可以接近磁铁以增大加速度。

也可以含有单组磁轭，然后磁铁在转子的一个表面上形成一系列交替磁极。转子可以由铁磁材料制备而成，其中磁路包括一对磁铁和一个磁轭，且穿过空隙和转子而闭合。在没有磁铁覆盖的区域，如果转子是由非铁磁材料制备而成，朝向相同磁轭的磁铁通过铁磁元件而连接起来，磁路穿过空隙和所述铁磁元件而闭合。

或可选择地，在没有被磁铁覆盖的区域，当转子是由非铁磁材料制备而成，定子可以包括相对于转子对称设置的两组磁轭。在这种情况下，一对连续的磁铁与第一组中的一个磁轭、第二组中的一个磁轭形成闭合磁路(当然，要加上各自的空隙)。每组中的磁轭独立地支撑另一组中的磁轭。

磁轭朝向磁铁的整个环，或仅朝向环的一个弧或离散的弧。当磁轭朝向磁铁的整个环时，转子可以承载磁轭数两倍的磁铁(也就是说磁铁的数目等于凸出臂或线膨胀的数目)，或可以承载偶数个磁铁，不同于线膨胀的数目。

在后一种情况时，臂和面对的磁铁周期性的出现特定的几何相位关系。那些结构适于构建多相电机。在这样的结构中，收集或供应电能的线圈缠绕在臂上，所述臂与面对的磁铁之间也具有相同的几何相位关系，所述线圈可以一起连接在装置内，与电源驱动器或使用装置具有共同接头。

也可以将缠绕在臂上的线圈中第二个线圈连接在一起，所述臂与面对的磁铁之间也具有相同的几何相位关系，也可以通过将电相改变180°，将得到的两个线圈组与电源驱动器或使用装置连接在一起。

这种装置可以在很多领域中看到，尤其是与通过流体运动驱动的装置的叶轮相关的领域，特别是风力发电机、航空或军舰涡轮发动机或螺旋推动器：例如，在航空或军舰领域，可以与叶轮组合在一起用作发电机，或用作涡轮的启动或反馈电机，或与军舰或航空螺旋推进器有关的电机。其他的应用领域为气体管道的泵。

另一方面，本发明还提供了通过流体运动驱动的装置的叶轮，如风力发电机、航空或轮船的涡轮发动机、军舰和航空推进器的螺杆、气体管道的泵等等，其都组合有本发明所述的装置。

附图说明

以下通过非限制性实施例和附图来详细说明本发明：

图1为本发明实施例1的装置为轴向设置的透视图；

图2为图1所示装置的包含一对磁轭和联接的线圈的转子的透视图；

图3为磁路的结构图；

图4为转子旋转过程中磁铁和磁轭之间的空间关系的结构图；

图5和图6与图2和图3类似，为轴向设置实施例的变形；

图7为图1-3实施例变形的结构示意图，磁轭位于磁环的分散区域前；

图8-12为磁铁和磁轭径向设置的实施例的结构示意图；

图13-15为用于多相电机的磁铁和磁轭的结构示意图；

图16和图16b分别为用于图13-15中多相电机的磁轭臂和磁轭的轴向截面放大图；

图17a-17d为具有双锥形的磁铁的不同视图；

图18和19分别为具有外部和内部转子的径向电机的部分平面图，展示磁铁可能的设置情况；

图20-22为含有调节磁轭位置的元件的磁轭的不同视图；

图23为包含于树脂层中的磁轭；

图24为具平移和枢轴调节标示的磁轭；

图25为铁氧体磁导率的图表；

图26为本发明应用于轮船或航行器螺旋推进器；

图27为定子单元的原理图；

图28为将本发明装置用于电磁调速轮的原理图。

具体实施方式

请参阅图1-3，为本发明实施例1的装置，用附图标记10表示，用于构建轴向电机。

装置10主要包括两个不同的结构。

第一个结构为磁盘或环12(为简单起见，以下称为磁盘)，其形成装置10的转子，安装在轴13上。磁盘12的主要表面含有相同的永磁铁14的环，该永磁铁14沿着磁盘12的圆周，在靠近磁盘边缘的外部处，以规则方式分布。磁铁14在磁盘12的每个表面以形成连续交替反向的磁极的方式设置。在图1-3所示的实施例中，磁盘12，在没有磁铁14覆盖的区域，是由非铁磁体材料制备而成。

磁盘12的中心部分具有多个刀片15，其具有推动作用，向磁铁14以及线圈传输冷空气，以收集/提供由装置产生的电能或供其使用。

如图2所示，磁铁14为圆形横截面，或不同的曲线横截面，或多边形横截面，为凸面(尤其是正方形或矩形)或凹面。

优选地，磁铁由具有高电场强度(如在当今科技下约为1.5特拉斯)的材料制备而成。材料的选择取决于应用领域的种类及操作条件，尤其是取决于操作环境的温度。用于这些电机中的材料一般为NdFeB，可以在高达150℃的温度下进行操作，或Sm-Co(或一般为稀土钴)，可以在高达350℃的温度下进行操作，或AlNiCo，可以在高达500℃的温度下进行操作。根据材料，磁铁14可以包括磁盘12的磁化区域，或磁铁14是插入到磁盘成型的位置中的磁体。

第二个结构包括两组磁轭16，18，绕着磁盘12设置成各自的环，对称设置，形成装置的定子。磁轭16、18在磁铁14的前面，绕着磁盘12以规则方式分布。磁轭为C或U型，或一般为凹型，朝向磁盘12，具有两个平行臂或线膨胀，臂或线膨胀在磁轭16中用17a、17b表示，在磁轭18中用19a、19b表示(表3)。臂17a、17b、19a、19b分别承载有线圈20a，20b，22a，22b，其为电传导材料(如铜或铝，后者由于其较低的重量，优选应用于航空领域)，根据装置的使用情况，与发电电源或电源供应装置(更具体地，脉冲发电机或无刷功率驱动器)具有各自独立的接头。优选地，线圈20、22可由薄片制备而成，缠绕在各自的臂上，以减少磁滞损耗、水平表面的涡流和表面效应。当然，对应的线圈与对应的极性连接。

与磁铁14一样，磁轭16、18的臂17a，b，19a，b为圆形横截面或不同的曲线横截面或多边形横截面，为凸面(尤其是正方形或矩形)或凹面。磁铁和/或磁轭臂的非规则形状，和/或磁铁和磁轭的不同的横截面形状也有助于减少钝齿啮合，众所周知，钝齿啮合在高度对称的结构中是很受喜爱的。不管臂和磁铁的横截面形状是怎么样的，重要的是其面积的大小是相似的或是大体相同的。磁铁和臂的面积大小相似或大体等同是有必要的，以保证磁轭16、18和磁铁14中磁通的磁通密度的一致性。

如图4所示，通过利用圆形横截面的磁铁和臂，当转子旋转时，获得磁铁和臂的相对表面的重叠部分的正弦曲线，而当该装置用作发电机时，这会导致几乎完全是正弦电动势(emf)。但是，出于元件的商业应用以及齿轮减少的考虑，可能会使用圆形横截面的磁铁及正方形横截面的臂的磁轭，而横截面的侧面与磁铁的尺寸相等。考虑到用于构成磁轭的材料的大带宽，当产生的emf还是几乎为正弦，具有高次谐波时，几乎不会导致损耗。必须注意的是，考虑到可以计算的磁铁和臂的横向尺寸(如几厘米)，仍然可以达到磁铁和臂的面相似的要求。

为了说明简要，就具有相同圆形横截面的磁铁和臂而言，用D表示其直径，为确保产生的波形对称，每个磁轭16、18的臂有必要间隔距离D，这样每个磁轭的长度为3D。与磁轭16、18相应的是，转子12具有长度为4D′N的圆周，其中N为环中磁轭的数目。因此，有可能构建能设置预期数目的磁轭的转子，或相反的，磁轭的数目由转子尺寸决定。而且，对于给定的转子直径，也可能通过改变磁轭和磁铁界定的圆周的直径(即，在实际中，通过改变磁铁距离转子12边缘的距离)来改变磁轭的数目。

磁铁14的数目M与磁轭的数目N呈相关的，且取决于要建立的装置的种类。对同步电机来说，M＝2N，因此连续磁铁14之间的距离等于其直径D，且在装置10的静态结构时，一对连续磁铁14可以准确位于磁轭16或18的臂的前面。相反地，对异步电机来说，M≠2N，M为偶数，连续磁铁14之间的距离小于或大于其直径D，这取决于M＞2N还是M＜2N。

磁轭16、18的臂末端为平行于转子12和磁铁14的表面的平面。每对磁轭16、18与一对面对的磁铁14形成一个磁路，该磁路通过使磁轭与磁铁分开的空隙而闭合。分别具有线圈20、22的一对磁轭16、18在下文中称为“磁钳”。

从图3可以更清楚地看到，磁轭16、18的臂17a，b，19a，b的末端与各自的磁铁14对的面对的磁极稍微分开，从而分别形成空隙24a，24b和26a，26b，一方面通过避免磁铁和磁轭之间的接触使磁盘旋转，另一方面使磁路去饱和。由于转子12和定子16、18具有平面，机械加工可以获得非常小的空隙，因而获得高效率。必须注意的是，为清楚起见，磁轭臂之间的间距在图中被放大了。

回到图1，外壳28(使得轴13穿过及旋转)使装置10的转子和定子装配。而且，磁轭设置在各自的支座上(在图中没有标记，之后将详细说明)，使得通过沿着三个正交轴x，y，z的平移运动和枢轴运动，可以单独调整磁轭16、18相对与磁铁14之间的位置，相同的正交轴用箭头Ω1，Ω2，Ω3表示(见图24)。

这使得在装配装置时，很容易安装磁轭以及最优化它们之间的位置，以及最大化装置的效率。

磁轭的轴向位置的单独调整不仅使空隙24、26之间的宽度最小化以使效率最大化，并且在操作过程中改变空隙，以适应不同操作阶段要求的磁钳的运作，这也可以从本发明的说明书中清楚看出。而且，具有发电机和发动机模组的装置，在起始时，发电机功能暂时丧失或调节至最小值以利于启动，而发动机模组可以靠近以增加加速度。更进一步地，在过热时，增加空隙可以作为安全因子：增大空隙可以增加磁阻，从而增大线圈的级联电压，因而温度被降低了。一般来说，可以去除一个或多个运作不正常的磁轭，而装置的其余部分继续操作。

垂直于旋转轴的平面的调整也是安全因子，可以用于过热时增加空隙的一种选择办法：事实上，磁轭和磁铁没有对齐，导致磁阻的增加，从而使半导体的级联电压、温度降低。

而且，对于想要产生具有重要变量(转数)的几乎恒定功率的电机来说，可以采用径向地和轴向地调节磁轭的位置以调整级联功率。

优选地，如稍后将讨论，定子支座包括旋转装置(例如滚筒或滚珠)，在磁盘12的外周旋转设置以使磁轭16、18和磁铁14之间的空隙24、26不变，并抵消转子12的轴向地和径向地振动以及热膨胀。大尺寸电机对此尤其感兴趣，其中转子的径向或轴向移动、振动、共振及机械变形和热变形很重要。

具有线圈的磁轭、其支座和控制支座位移的元件，包括任何可能的位置和热传感器，可以被认为是基本定子单元，可以复制以形成整个装置，因而具有模组结构。因此，可以很容易获得一些不同的排列，这在说明书的其他部分能明显看出。

磁轭16、18的材料取决于装置的应用领域。

对于高频应用领域来说，优选的材料为高渗透性、低剩余磁通且低磁滞铁氧体(铁陶瓷材料)。使用铁氧体具有以下优点：

铁氧体具有高磁通密度(约为1/2特斯拉)；

铁氧体为可以熔结的材料，因此可以制成效率最大化的结构和形状；

铁氧体展示的功率曲线，最大值在广泛的频率范围(高达兆赫)内下降，因此，其与本发明应用领域的磁通的频率完全一致；

假设形成铁氧体的材料为高电阻系数，剩余磁化强度处于低值，具有高频有限的磁滞循环，铁陶瓷材料只会发生非常低的损耗，非常低的电磁损耗，从而提高了功率；

铁氧体可以转化从波形的突波谐波获得的能量，这对需要大直径和大量转数的领域尤其有用；

铁氧体具有低特异性重量(约为铁的一半)，这对航空领域非常重要；

铁氧体在过热时具有自我保护的能力，这是由于低居里温度Tc，约为250℃。众所周知，铁氧体在温度超过Tc时的磁导率完全为0(见图25)：因此，如果磁轭温度达到Tc，磁路的总体的磁阻颇为增加，且取对应于空气中磁路的值，因此，级联电压降低到非常低的值。这种特性可以作为磁轭位移的一种选择。

对于相对低的操作频率，从几赫兹到几千赫兹(如达到3KHz)，磁轭可以由厚度为5或10百毫米的铁-硅薄片制备而成。对频率为1KHz到几十KHZ(如达到20KHz)来说，Ni-Zn铁氧体(如由EPCOS生产的N27)可以替代使用。Ni-Zn材料具有高操作温度、非常低的电阻系数(约为100kΩ/m)，且限制磁滞损耗。Mn-Zn铁氧体(如以上提及的立方结构铁氧体材料(如MnZn3C90-6))或Mn-Zn材料也很适合。

本发明装置也可以用作无线发电机和无刷电机。

为了说明用作发电机的装置10的工作原理，有必要回忆变压器的工作原理。绕着初级线圈的电路的电压的动态变化使电流流经的线圈的通量发生变化，这样的动态变化是在整个闭合磁路中感应的。闭合磁路的通量变化在次级线圈中产生与级联绕圈数成比例的次级efm。

在本发明中，使带有磁铁14的磁盘12在磁轭16、18之间旋转会产生磁通变化。这样，由于在相同磁轭之间具有相反磁极的永磁铁14的交替穿越，彼此面对的一对磁轭16、18收到通量的变化，从而绕着线圈20、22诱导efm产生的电压V1-V4(图3)。也就是说，通过对磁盘12施加转矩，在每个线圈，即分别为20a，20b，22a，22b诱导产生efm，由于永磁铁14的磁极的交替，使通量变化串联(连接)起来。从图4可以看出，通过观察磁铁14，以及环上磁轭(即磁轭16)的相对面的相对位置，在转子12的旋转过程中，面对面积交叠越来越多，使通量正弦增加，因而产生的电压正弦增加。

产生的电压-ΔΦ/Δt取决于转子12的大小、磁铁数M(因此N为偶极)和外缘转子的速度，其中ΔΦ是磁通量变化，Δt为在磁轭前面两块磁铁穿越的时间差。虽然旋转速度相对低，但是大的转子磁盘、高M值、高频的磁铁穿越，也可以获得高的电压。

更具体地，在同步电机里，每个线圈20、22产生与其他线圈的波形同相的波形，且形成一个独立的发电机。众所周知，根据线圈是串联还是并联连接，电压为单个线圈的2N倍，但电流相同，或者，经校正后，电流等于电流总和，但是电压相同。在第二种情况下，需要一种合适的滤波器。

对异步电机来说，每个线圈产生一个efm，该efm相对于相邻的线圈移动±2π/2N相，且在磁盘12旋转的一个周期内，调整波形后，将得到具有波纹系数的4N半波，其比单相波形得到的4N半波小4N倍，这样不需要过滤和滤波操作。必须注意的是，对异步电机来说，磁铁和磁轭的数目需要利于产生正弦波形等(即不允许M＝N的联合)。

为了评估装置的性能，以以下有关航空学领域为例来说明。假设磁铁14的环具有约1m的半径，磁铁的螺距约为10cm(因此，D约为5cm)。由于其圆周比6m要长，环可以包括约14个磁铁。如果装置在涡轮上是以压缩级设置，旋转速度一般约为12,000rpm，即200rps。因此，磁铁穿越的频率约为12,000Hz，Δt约为80μs。由于转换时间Δt越短，产生的电压越高，将产生以具有高频率、低电压的高电压为特征的能量。这个特性还具有其他的优点，由于高电压和高频率可以使线圈20、22使用小横截面的铜线，而且，铁磁材料也使能量处理和能量调节变得非常小：这使重量减轻了，这对很多领域来说非常重要，以下将会详细说明。

装置10可以用作无刷电机，通过应用相位旋转的电压变化以可逆形式使用。其磁极位置转化在永磁铁14上诱导产生使磁盘12旋转的力。在这种情况下，施加在线圈上电压产生一对相反磁极的通量，其使磁盘运动以使磁铁以直线形式定位于相对的磁轭16、18之间，且具有反向的磁极。对同步电机来说，所有线圈上产生增加相以启动运作。对异步电机来说，操作简化了，这是由于因结构而产生的转子和定子之间的相位移，而且也足以使任何线圈不平衡，以使电机旋转。

就像传统的无刷电机一样，磁铁14相对于定子16、18的距离被检测。因此，只要系统达到了稳定状态，控制电路启动相旋转，从而使转子再次移动以达到一个新的稳定点。通过逐渐增加控制脉冲的频率，产生转子加速度。

在电机操作中主要的特征为：

加速转矩高：事实上，应用于磁盘外缘12的力，其具有大的半径(转矩臂)；如前所述，大的半径可以在电机操作时安装数目多的共操作的磁性偶极，因此，导致总体的力大；

旋转次数多，这取决于装置的励磁频率(在与发电机操作有关的性能中可见)。

而且，如发电机中所述，由于转子和定子具有两个平行的表面，机械加工可以获得非常小的空隙，因而获得高效率。

必须注意的是，由于装置的模组结构以及不同磁路的独立性，发电机和电动机功能在同一个装置中可以同时存在，尤其是交替单元可以用作发电机或电动机。发电机单位从而可以用作位置检测器以提供电动机运行的反馈。事实上，发电机单元提供与磁铁穿过发电机单元前的位置成比例的电压，且只要发电机和电动机单元的相对位置是已知的，转子相对于发电机和电动机单元的位置也可以很快获得。这使得可以调整发电机单元的脉冲，这样具有无刷电机运作中需要的精准相。

或者，位置反馈也可以通过Hall(霍尔)效应检测器或辅助线圈而获得：然而，考虑到Hall效应检测器在超过150℃时不能准确运行，后一种方法更为优选。

图5和图6分别类似于图2和3，对应于不同的实施例，其中转子12是由铁氧体材料制备而成。这两个图中相同的元件用相同的附图标记表示。在该实施例中，定子包括磁轭16的单环，具有线圈20a、20b，位于磁铁14的对面，相应地，磁铁14粘合于面对磁轭16的转子12的表面(图6)。粘合磁铁14到转子12的合适材料如loctite hisol 9466。

而且，为了使粘合更容易，转子12配置有铝或树脂导轨(图中未示)，可以用于界定磁铁14的位置，且具有防漏、加固和去饱和作用。由于粘合不足以抵挡高速旋转时的离心力效应，可以采用其他的使磁铁固定的方法，以下将说明。在该实施例中，磁路在一对磁铁14、穿过磁盘12的一个磁轭16和空隙24a、24b之间闭合。更具体地，如图6所示，磁路包括：第一磁铁14的N级；空隙24a；具有线圈20a和20b的磁轭16；空隙24b；第二磁铁14的S级；第二磁铁的N级；磁盘12；第一磁铁的S级。该实施例的操作原理与图1-3中所示的实施例的操作原理是一样的，不同之处仅在于线圈数不同。

利用薄铁磁片将面对相同磁轭的磁铁连接，以闭合磁轭臂和一对磁铁之间的磁路，本实施例中的单个磁轭环也可以用在非铁磁材料制备而成的转子中。

该实施例加强了装置的轻便性能。

图7所示为另一个实施例，在该实施例中，磁轭16、18没有沿着磁盘12的圆周分布，而仅沿着其一个或多个离散弧形分布，以两个为例来说明。具有减少的磁轭组是本发明模组结构的一个优点。每组还包括单个磁轭。该实施例适合于应用在通过沿着整个圆周伸展的一组基本单元而得到的过大功率的领域。当然，尽管这种变化在图1-3所示的装置中有标示，在转子12的每个边上具有磁铁也可以应用于图5和6所示的单个磁轭的情况。

图8-12为本发明另一个实施例，其中磁铁和磁轭呈径向设置。之前附图中相同的元件用相同附图标记表示，增加了“′”符号。

在该实施例中，转子12′为圆柱体，在其表面承载有交替取向的磁铁14′。与轴向的实施例一样，根据转子12′的材料，设置两组磁轭16′，18′(图8)或仅设置有一组磁轭16′或18′(图9和10)。磁轭具有径向方向的臂，线圈20′，22′缠绕其上。只有单组磁轭时，磁轭可设置在转子12′外或内，分别如图9和10。图9和10的设置可分别称为“内部转子”和“外部转子”设置。在该实施例中，转子和磁轭的面对表面可以在任何点具有相同的曲度，以保证空隙不变。

当外部转子设置、且具有两对磁轭时，转子12′在大的中空圆柱腔的表面成形，在该中空圆柱腔内设置有磁轭。在内部转子设置情况下，转子12仍为圆环或磁盘，由轴13′运载。在径向的实施例中，磁轭16′和/或18′可以分布在磁铁的整个环的前面或环的一个或多个弧的前面。

在图11和12中，转子12′的表面可以承载两排相邻且平行的的磁铁列14′a，14′b(成对磁铁设置)，一排的磁铁与另一排的相邻的磁铁具有相反的取向。磁轭16′和/或18′的臂在每个环上朝向一个磁铁14′a，14′b。如图12所示，磁轭16′(图中只显示一个)相对于转子环的母线倾斜设置，且两排磁铁彼此相对移动，这样朝向同一个磁轭的磁铁对14′a，14′b也相对于转子环倾斜设置。这个特性也有利于减少钝齿啮合。

必须注意的是，在同步电机和异步电机，成对磁铁设置，磁铁对总是位于穿越两个磁轭臂的相同径向平面，且磁铁和磁轭总是共用旋转平面。在这种情况下，由于磁铁位于磁轭的前方而存在位于磁轭臂的磁通，或由于磁轭前面没有磁铁而不会产生磁通循环。这具有重要的优点，即消除了假定的傅科损耗(即磁通仍然存在于磁轭的一个臂里，且通过另一个臂朝向转子而分散)，这是由于在臂之间没有相位移。相反，在所有其他的设置时，由于在穿越磁铁的横向轴的平面与径向穿越磁轭臂的平面之间总是存在少量相位移(这是因为位于平面的臂互相相位移一定角度)，因此，总是存在一定的假的傅科损耗。

在上文所述的轴向设置或径向设置情况下，都考虑到了磁轭的调节能力，现在我们可以得出结论空隙为径向空隙而不是轴向空隙。例如，为了调节级联功率，磁轭径向移动可以改变空隙，且磁轭相对于旋转轴的纵向移动可以改变磁铁和臂交叠的面积。

必须注意的是，尽管仅在一个径向设置情况下说明了成对磁铁列和磁轭相对于磁铁的倾斜设置，其也可以应用在本发明公开的其他径向设置情况，以及在不同的轴向设置情况。

以上所有实施例中，是假设磁轭的线圈彼此独立，独立于其他磁轭的线圈，且单独与功率驱动器或使用装置连接。单元数量大的话会需要外部接头数量也大，也就是说，每个线圈至少两个接头，这带来了装置复杂性的缺陷。装置模组结构可以减少外部接头的数目，同时每个臂仍有独立的线圈。请参考装置的几何形状，在具有N个(P＝2N臂或线膨胀)磁轭和M个磁铁的电机，通常可以观察到在磁极和面对的磁铁之间产生一定的几何相，周期为X线膨胀，即

X＝P/gcd(P，M)

其中缩写″gcd″表示最大公约数。X线圈组的每个线圈产生efm的相，其相对于组里的其他线圈相位移，且所有组内的线圈的电相相同地重复。具有相同相的线圈可以以平行的或串联的或为星型或为三角形的形状在电机内连接到一起，其共同点可以连接到外部。因此，外部接头的数目减少至不同相的数目。从而得到模组多相电机，其中每个模组包括X线膨胀，且Y＝M/gcd(P，M)个磁铁。也可以使具有反向相的交替模组的线圈连接到外面，这样可以获得X相或2X相电机，具有一定的成对值M，P。当然，当模组多相电机的设置应用于成对磁铁实施例中，在单元的两个臂内仍保持同步磁通的优点。通过将具有同相的模组平行或串联连接，可以随意增加或减少电压，反之，通过磁轭位移也可以取得相同的结果。

图13-15为具有不同P、M值对的示范性设置，其中M是比P-2要小的偶数。这些附图为径向的实施例，但在轴向的实施例中也可以作相同的考虑。

在图13中，P＝64且M＝48，因此X＝4。这就根据第二个四线圈组的线圈相对于邻近的四线圈组的线圈具有相同相还是反向相，获得了四相或八相的电机。

在图14中，P＝48且M＝40，因而X＝6。这就根据第二个六线圈组的线圈相对于邻近的六线圈组线圈具有相同相还是反向相，获得了六相或十二相的电机。

在图15中，P＝48且M＝32，因而X＝3。这就根据第二个三线圈组的线圈相对于邻近的三线圈组的线圈具有相同相还是反向相，获得了三相或六相的电机。

M为偶数，比P大，也可以获得其他的异步结构。

外部接头的简化也可以应用于异步电机中，其中M＝P，这样可以获得相同相的P线圈，或P/2为相同相，P/2为相反相的线圈，外部只需要一个或两个接头。

图13-15也展示了极膨胀的形状，用数字7表示，这对多相电机尤其有利。图16(a)和16(b)为线膨胀的放大图。线膨胀7具有放大的面向磁铁的头部7a、具有缩小的横截面大小的中间杆7b，线圈(用数字21表示)缠绕在中间杆7b上、以及基部或底部7c，用于将线膨胀7固定到支座上(例如之前所述的接头元件)。这种形状具有以下优点，即电机的活性铁氧体截面被放大了，同时减少了线圈对旋转磁铁的暴露。中间杆7b为成直角的平行六面体形状，其最大表面与转子的旋转方向垂直。线膨胀的底部7c的尺寸也比中间杆7b大。如图16(b)所示，线膨胀7可以通过固定元件7d单独地固定到定子支座上，且磁轭(用数字6表示)包括两个通过其基部7c连接到一起的相邻的线膨胀7。这种独立的设置方式有利于使线圈缠绕更容易。而且，底部7c的表面微微倾斜，例如一定的角度，这样在磁轭中间杆7b的轴之间存在朝向转子的一定的角度。磁轭6中中间杆7b的轴的曲度使绕组线圈具有相对大的空间。

当装置用作发电机时减少外部接头的另一种方法为矫正机器内所有线圈的波形，且将机器内的正极和负极平行连接，这样只需要两个输出导体。但是，由于所有线圈都连接在一起，这种方法不能或很难使机器用作发电机。然而，可以参考图13-15的相模块以使一些单元不与整流结构连接，且将这些单元用作发电机功能。例如，如果电机具有48个线膨胀，可以看到以下的顺序：穿过整流器连接的三个线膨胀，一个线膨胀是单独的且可逆的，其中36个线膨胀矫正了方向且连接到一起，12个独立的线膨胀沿着螺距X＝4的圆周分布。

图17(a)-17(d)为尤其适用于抵抗高速旋转(例如磁铁设置于涡轮的叶轮上时的旋转)的磁铁的实施例。磁铁为四边形平面140，其底部形成磁铁的N极和S极，且其边的表面为双锥形：更具体地，磁铁的两个相对面，例如从顶部到底部呈锥形，另外两个边为反向的锥形。换句话说，根据垂直于磁铁底部的两个平面(例如穿过图17(b)中线C-C和D-D的平面)的截面为两个反向的梯形，如图17(c)和(d)所示。这样的形状有利于转移切线的或径向的压缩力，以使对压缩力具有高阻力。

在彼此相邻的磁铁，如果有需要，可以在与磁铁环相交横截的相邻的磁铁之间设置能补足磁铁的相对边的锥形的固定元件(图中未示)，且在成对磁铁设置的情况下，也可以在两排磁铁之间纵向设置。

必须注意的是，在图17(a)-17(d)的不同的实施例中，只有一对相反的边的表面为倾斜的，这样平面为楔形。而且，平面为圆锥或棱锥的平截头体形状，可以使楔形或双锥形平面获得相同的效应。

如图18所示，为使用了图16(b)磁轭6的径向外部转子装置，可以通过使用正切运作的弹性固定元件60加强对离心力的抵抗力，所述固定元件60设置在相邻磁铁140之间，且这样设置以对磁铁边施加压缩力以抵消由于切线应力而产生的尺寸偏差。元件60包括片簧，该片簧具有固定到转子12′上的中间部分60a，元件60还包括两个从中间部分向各自的磁铁140延伸的U型边臂60b，这样U的腿远离靠着磁铁的中间部分60a。可以清楚地看出，可以设置两排固定元件60，一列磁铁，或单列元件60。图18还展示了相邻磁轭6可以通过空隙77而分开，该空隙77相对于由如热膨胀可能引起的机械干预具有一定的自由度。通过使用弹性材料如

制备而成的固定元件也可以达到相同的效果。

图19为使用大的倾斜壁的楔形磁铁140的内部转子电机的实施例的细节图。这种方法适合于转数很大的情况。磁铁140设置于转子边缘形成的座位62里，且在垂直于转子12′的旋转轴的平面具有梯形横截面，与对应的磁铁的横截面形状互补，且包裹在绝缘薄片66内。磁铁140的另外两边与横向固定磁铁的夹子64啮合。

注意图18和19有涉及到成对磁铁设置，也展示了与面对相同磁轭的磁铁连接的铁磁薄片61。

图20-22展示了磁轭16的可能的支撑结构，可以使单元移动、且自动抵消转子位置或姿势的变形或变量。图20和21为根据两个正交平面的原理的截面示意图，为清楚起见，图22为省略了一些元件截面图的的透视图。

这样的支撑结构包括数个旋转元件50(以4个为例来说明，每个臂两个，见图22)，例如球、滚筒、球或滚筒轴承。这些元件设置用来翻滚转子表面的适宜加工的外围区域51，外围区域51充当旋转元件的轨道，使空隙保持不变。所以，旋转元件50与机械、水力或气动操控的调节单元52(如水力或气动汽缸或滑动元件)连接，在装置的校准相时，调节元件如此设置：在正常操作条件下，旋转元件50与转子12分隔开，且只有在后者远离其合适的操作位点或不成形时，旋转元件才与转子12接触。旋转元件50以相对于臂稍微凸出设置，以使当其绕着转子旋转时留下预期的空隙。旋转元件50及其调节单元52，还有其连接的磁轭16是由轴承结构54而引出的，轴承结构54与压缩弹簧56或其他具有相同功能的元件连接，压缩弹簧56或其他具有相同功能的元件被校准了，以与引起所述预期的空隙变动的转子的任何位移作对照。

假设给定结构的可靠性，包括具有线圈20、22的磁轭16、18的整个单元、其支承结构54、促使位置调整和以上所述的磁轭位移的元件、引起位移的检测器可以包含在树脂层中，如图23中70所示，可以嵌入外套里(图中未示)。树脂可以充满增加电和/或热传导材料的粉末，例如硼、硅碳化物、铝等等。

图27为轴向调节单元及其元件的操作原理图。磁轭，如磁轭16配置在臂17上，具有两个供电线圈20和两个信号线圈200，这些线圈被冷却线圈80围绕。单元还配置有温度和位置检测器86、88，其具有相应的信号处理和操控电路90。例如，温度检测器88包括有正极或负极热控制型的热电阻，或热电偶。如前所述，位置检测器88(术语还包括相检测器和旋转频率检测器)可为霍尔效应检测器或辅助线圈或主供电线圈，用于检测相、不同臂的线圈内电流和电压的振幅。必须注意的是，尽管为了便于理解，检测器86、88展示在磁轭的外部，其实际上是位于单元的内部，例如，在加工和控制电路90的位置之处。

对应于转子位移的弹簧56设置在启动活塞或汽缸82内，启动活塞或汽缸82滑动设置在汽缸92内。在装置的空闲状态时，活塞82通过弹簧84完全压缩在汽缸92内。在操作状态时，汽缸92引起活塞82的伸展，这样后者处于稳定的工作位置。动力调节时，合适的由电控元件控制的线性驱动器调节作用于活塞82上的推动器，这取决于操作的需要。通过两个活塞82的不同的作用，单元会倾斜。当然，任何等同于活塞82和汽缸92装配的水压、气动或机械操作装置都可以使用。

检测器86、88，加工和控制电路90、活塞/汽缸82、92与中央处理器(图中未示)相连，中央处理器(是基于从检测器和储存在其内的电机的模型获得的信息)决定电机的常规操作和安全程序。位移命令通过合适的功率驱动器和制动器(其活塞/汽缸82，92或其他的调节元件是与单元连接的元件)发射出去。

可以设置汽缸82、92或等同单元来控制单元沿着/关于其他轴的平移/旋转。

为了清楚起见，图中仅示具有调节活塞52的单个旋转元件50，而与单元其他的元件分离开。旋转元件50与减震元件如弹簧58相连，以抵消旋转元件本身对转子的影响。

之前所述的特性：轻便、高效率，当用作电机时，高转矩、高性能，使本发明装置可以用于不同的领域，如：

安装有涡轮的航空学发电机；

涡轮的启动马达；

涡轮结构的反馈电机；

轮船和航空器螺旋推动器的马达；

垂直起飞的航空器螺旋推动器；

汽油管道的泵电机等；

风力发电机；

一般的工业发电机；

转矩调节器；

汽车系统的调速轮；

能量循环的电磁刹车；

主动刹车。

因此，这些领域可以简要说明。

航空发电机

该应用是源于航空器升降机产生电能的需要。装置10在低操作温度下直接设置于平台上(在这种条件下，图2中的刀片15为涡轮平台上的刀片)，且通过与涡轮轴连接的减速齿轮可以替换接受机械能的常规交流发电机。本发明的发电机是根据现代科技条件下，通过转换电源供应的元件而实现电能转换的一种方案，使完全通过电分布而达到制动器，装置和变频器的远程操控。装置10，可以不与涡轮直接接触而进行高电压、高频发电，能够克服传统技术的很多缺陷。尤其是，其重量轻便、可靠性高、使用期限长，具有容易膨胀的模组结构，且维修很少。而且，其相对便宜，尤其是电机和齿轮盒的成本低。

航空学领域和一般涡轮的启动电机

本发明的装置，全部可逆，也可以作为航行器上发动机的启动系统，而不增加额外的重量和成本，不同于无刷电机的电控元件上的启动系统。相反，当使用外部电机时，航行器上常常没有启动系统，因为其很重且贵，因此点火阶段仅限于航空器处于停止状态时。这种选择限定了航空器本身的适用性和安全性。相同的特性：即轻便性和有限的成本也使本发明可以用作一般涡轮的启动电机，也可以用于航空学以外的领域。

涡轮结构的反馈电机

低压压缩机或高压压缩机带来了旋转速度，该旋转速度不再与涡轮轴的旋转速度有关，而是由围绕压缩机设置或在压缩机外部设置的电机决定(超速)。这使转数及独立于涡轮组的压力最优化，且调整更为可能，以及性能及消耗量最优化。

轮船推进器的电机

轮船电推动器可以使用本发明所述的电机，因为这些电机噪音低，可以与螺杆紧密连接而设置于船体的外表上，其可以相对于船体纵向轴有角度地移动，从而使轮船具有高度的可操控性。如图26所示，本发明应用于这些领域时，其中装置10的径向排列的成对磁铁结合在轮船的螺杆11的外周。移除了外壳框架以展示装置10的排列情况。在这些领域，本发明具有以下优点：

由于电机单元在螺杆外周的排列情况，半径大及极数多时具有高扭矩；

可以单独维修及调节单元；

高可靠性，这是因为即使是一个单元损坏了，其他的单元也可以独立于损坏的单元而继续操作；

因为单元用树脂密封了，在严格的、不利的环境下也可以操作；

螺杆相对于框架的振幅具有高的免疫性，这是因为单元配置有外周旋转元件，当保持空隙一定时，单元可以相对于螺杆枢轴转动。

用于航空器推进器和垂直起飞的航空推进器的电机

本发明装置的高转矩和高可靠性的优点使其也可以用于航空器推进器。使用本发明的航空器推进器的结构见图26。在该领域中，本发明装置可以跟与热机连接的发电机单元、蓄电池、燃料电池、光电电池等共同作业。

而且，由于螺杆和磁铁/磁轭的环也可以设置在水平位置，如平行于机翼表面位置，可能产生用于垂直起飞的垂直气流；然后，垂直起飞后，装配好的螺杆和环可以逐渐旋转至转到水平飞行。本发明应用于该领域解决了与传统涡轮的气流的高温问题，当涡轮垂直设置时，传统涡轮内的气流会损坏航行器和飞机跑道。

用于汽油管道及类似管道的泵的电机

在该领域的应用也是基于轮船推进器相同的原理。然而，在这种情况下磁铁位于管道内，而磁轭位于环外。这种方式需要确保磁轭与管道内的推进器没有任何接触且完全绝缘。因此可以达到高可靠性和内在安全性，这尤其适合于抽吸汽油和烃。

风力发电机

在该领域，位于磁盘12的中间部分的刀片15将形成风力发电机的叶片。由于在构建大的磁盘时没有任何问题，用专用于该领域的尺寸的大小为叶片提供外壳，同时保持较小的重量，因而，可以应用于该领域。由于在大的磁盘上的可以设置数目多的偶极，同时由于磁路的低损耗，在任何有风的情况下都可以取得高效率。多个偶极可以改变结构的大小以使成本和性能之间的平衡最优化。

工业发电机

有旋转轴存在的任何情况下，由于将转子12固定到旋转轴上(因而形成了装置的轴13)很简单，本发明也可以用作发电机，而磁性钳子16、18的环由于其与旋转元件没有任何机械连接可以独立设置。本发明尤其适用于与产能涡轮有关的应用，因为组成装置10的元件可以很容易地与涡轮本身结合在一起。

D.c.(直流)转矩调整器

该领域还要求整个磁轭16、18旋转设置。如果对装置10提供稳定的极性电压，磁铁14以平衡状态稳定位于磁轭16、18之前。因此，通过旋转支承有磁轭16、18的外部，可以引起承载有磁铁14的转子模块12的相似旋转。定子和转子的接合旋转一直继续直到获得最大的转矩，转矩是通过臂(磁环的半径)而施加在磁盘和磁轭的联合的切线力而产生的，随后就开始稳定的转矩变化。在这种情况下，如果需要在不变转矩下多个转数，有必要设置有旋转接收器以使在旋转中有电流流过。

通过改变电压水平，级联力随之改变直到铁磁电路饱和为止。

A.c.(交流)转矩调整器

这种应用为本发明的装置与电机连接在一起作用。然而，在螺纹行程的末尾，装置停止，施加的转矩重新设置，与d.c.转矩调整器的情况一样。然而在这种情况下，不需要旋转收集器以使电流通过。

使用本发明的d.c.或a.c.转矩调整器可以用在瓶盖螺纹连接的机器中，甚至在螺纹完全被拧紧的情况下，这种机器都必须以恒定转矩操控。这样的要求在食品领域和化学制药领域尤其严格。

电磁调速轮

本发明的一个重要的应用为在减速时回收能量，通过将机械能转化为电能，将电能储存在混合蓄电池系统(即该系统包括：在不同时期操控、具有不同加速器和功能特性的装置)里，然后回收电能，这是由于装置的可逆性，也由于在加速阶段的机械能。装置可以用作电磁调速轮。

本发明装置用作电磁调速轮的系统的结构如图28所示。

在该结构中，电磁调速轮，即装置10，设置在发动机30和负载之间的驱动轴上，齿轮盒32的上游。在这种情况下，调速轮10立即以与驱动轴相同的速度旋转(通常从1,000至超过20,000rpm)。调速轮10可以设置在汽车中心的电机轴的横向截面上，从而使回转仪效应最小化，由于运作元件(转子)的惯性具有低动量，回转仪效应是很低的。

一方面，调速轮10与形成能量回收配件33的单元连接，另一方面与形成能量供应配件35的单元连接。配件33、35分别连接蓄电池40的输入端和输出端，如前所述，所述蓄电池可为混合蓄电池系统。能量回收配件33包括转换器34，其可以通过刹车开关36而在调速轮10与电流发生器38之间连接。然后电流发生器38对蓄电池40供能。相应地，能量供应配件35包括与蓄电池40连接的相调节器42和无刷电机从属单元46，相调节器42由调速轮位置编码器44控制，无刷电机从属单元46可以通过蓄电池开关48而与调速轮10连接。

在空闲状态(即当刹车开关36不运作时)，线圈20，22(图1-3)保持开放电路状态，且远离转子12，从而增加空隙以取消正常运作时的刹车效应，这样反电动势为0。在刹车或回收阶段，转换器34上线圈的电路是闭合的，从而产生电流且在调速轮10的磁盘12上产生反电动势。而且，两个磁轭16、18环靠近磁盘12，这样装置以最小空隙、从而最大反电动势而运作。该电动势使动能减少，因此刹车且同时产生高频率电能，该电能通过电流发生器38而转移，这样可以储存在蓄电池40内。

在加速时，启动反向供应过程。在这个阶段，调速轮用作无刷电机。当开启加速开关48时，随着相旋转而产生电压变化，然后极性转化引起永磁铁14上使磁盘12旋转的力。在操作的其他时候，这些问题在作为电机应用的操作中就已经考虑到了。现有技术也在短时间内提供高能量：这使在供能阶段，达到高加速转矩和非常陡的曲线，用于电机反应。

电磁刹车

如图28所示，设置在车辆的热动力发动机20和传动单元32之间的本发明装置10也可以用作电磁刹车。在这个领域，如前所述，正常操作时，线圈20、22(图1-3)保持开放电路状态，且磁轭16、18保持距转子远距离之处，这样反电动势为0。当刹车时，磁轭如前一样靠近转子，线圈的电路在电阻性负载上闭合(而不是如调速轮一样在转换器上闭合)，刹车的能量转化为热力学能量，而刹车的反电动势作用于磁盘上。

主动刹车

本发明的另一种应用为主动刹车。原理是在调速轮的基础上发展的，在车辆的正常运作或运动相时产生能量累积。在刹车阶段，线圈20、22的磁路不再在负载上闭合，被驱动使其如反向旋转电机一样操作：从而能量从蓄电池40(图28)至流向刹车装置，从而减少刹车时间。

通过将装置10排列在每个车轮的轴上，也可以防止制动跑偏：当刹车时，由于可以轴向调节转子和定子的相对位置，主动刹车作用独立地分散于每个车轮，以分化的形式具有反向旋转作用，用于抵消专用于突发刹车的不平衡的负载。这个领域的一般优点是与装置的高转矩、迅速干预和低电能消耗有关的，因为有关的能量很高但只能短期使用。

以上实施例并非限制实施例，有关实施例的改变或修饰，尤其是有关形状、大小、材料、元件种类等的的改变或修饰均没有脱离本发明的保护范围。例如，当磁轭、单元在转子前形成完整环，其不需要沿着转子圆周规则分布，这也没有脱离本发明的保护范围。非规则分布有利于减少齿轮，当装置包括发电机和发电机模组或为多相结构时也一样。如果有必要，定子单元的非规则分布可以通过装置的控制系统而电学地抵消。除了上述提及的其他领域也是可以应用的。

Claims (36)

1.具有可逆发电机-电动机操作的电磁装置(10)，其特征在于，所述电磁装置(10)包括：

转子(12；12′)，所述转子(12；12′)绕着轴旋转，且承载多个规则间距分布的磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)，以环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组磁轭(16，18；16′，18′)，每个所述磁轭具有一对凸出臂(17a，17b，19a，19b；7)，所述凸出臂朝向磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)延伸，且承载用于电连接到使用装置或功率驱动器的各自的线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)；

每组磁轭(16，18；16′，18′；6)、连同以特定的距离面对磁轭臂(17a，17b，19a，19b；7)的一对磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)、以及将磁轭与磁铁分开的空隙属于一个相同的闭合磁路；

所述磁轭(16，18；16′，18′；6)独立地设置于支座(54)上，所述支座可以轴向地和径向地调整，以使每个磁轭(16，18；16′，18′；6)相对于磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)作静态或动态调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支座(54；70)通过沿着三个正交轴作直线运动而轴向地和径向地调整。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述支座(54；70)还通过绕至少一个轴作枢轴运动而调整。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述支座(54；70)通过绕三个轴作枢轴运动而调整。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述定子(16，20a，20b；16′，20′)包括一组磁轭(16；16′)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述转子(12；12′)由铁磁材料制备而成，且所述磁路包括一对磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)和朝向磁铁对的一个磁轭(16；16′)，所述磁路通过所述转子(12；12′)和将磁轭与磁铁分开的空隙而闭合。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在没有被磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)覆盖的区域，所述转子(12；12′)由非铁磁材料制备而成，面对相同磁轭的磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)通过铁磁元件(61)而连接，所述磁路包括一对磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)和面对磁铁对的磁轭(16；16′)，且所述磁路通过铁磁元件(61)和将磁轭与磁铁分开的空隙而闭合。

8.根据权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，所述磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)粘贴到面对磁轭(16；16′)的转子(12；12′)的表面上。

9.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，在没有被磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)覆盖的区域，所述转子(12；12′)由非铁磁材料制备而成；所述定子(16，20a，20b，18，22a，22b；16′，18′，20′，22′)包括相对于所述转子(12，12′)对称设置的第一组磁轭和第二组磁轭(16，18；16′，18′；6)，且所述磁路包括一对相邻的磁铁(14；14′；14a，14b；140)以及第一组和第二组磁轭中的一个磁轭(16，18；16′，18′；6)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)在转子(12；12′)中是磁化区域，且在朝向磁轭(16，18；16′，18′；6)的转子表面形成连续的交替相反的磁极。

11.根据权利要求1-10任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16，18；16′，18′；6)设置在磁环上磁铁的一个弧或多个离散弧前。

12.根据权利要求1-10任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16，18；16′，18′；6)分布在整个磁环前。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述转子(12；12′)承载有M个磁铁(14；14′，14′a，14′b；140)，所述M选自：

2N，N为磁轭(16，18；16′，18′；6)数；

不同于2N的偶数。

14.根据权利要求1-13任一项所述的装置，其特征在于，每个所述磁轭臂(17a，17b，19a，19b；7)的线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)各自连接到使用装置或功率驱动器上。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述磁轭臂(17a，17b，19a，19b；7)的线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)一起连接在装置内，且与使用装置或功能驱动器具有共同接头，所述磁轭臂与其面对的磁铁(14；14′；14′a，14′b)具有相同的几何相位关系。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述交替臂(17a，17b，19a，19b；7)的线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)一起连接在装置内，且与使用装置或功能驱动器的分别具有共同反相接头，所述臂与其面对的磁铁(14；14′；14′a，14′；140)具有相同的几何相位关系。

17.根据权利要求14-16任一项所述的装置，其特征在于，至少一些臂(17a，17b，19a，19b；7)的线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)与使用装置连接，且至少另一些臂(17a，17b，19a，19b；7)的线圈与功能驱动器连接。

18.根据权利要求1-17任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16，18；16′，18′；6)承载第一线圈(20a，20b，22a，22b；20′，22′；21)，用于使用装置或功率驱动器的电接头；且第二线圈用作反馈检测器。

19.根据权利要求1-18任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(12′)为圆柱体，在其表面承载有多个磁铁(14′a，14′b)；且所述多个磁铁在所述表面以两个平行列(14′a，14′b)的形式排列，一列的磁铁与另一列相邻的磁铁具有相反的极性，设置磁轭(16′)以使两列磁铁(14′a，14′b)联通。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，每个所述磁轭(16′)通过相对于转子(12′)的母线倾斜设置而与各自的磁铁对(14′a，14′b)联通。

21.根据权利要求1-20任一项所述的装置，其特征在于，所述臂(17a，17b，19a，19b；7)和所述磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)为的截面形状选自以下一种：圆形；非圆形曲线；凹多边形或凸多边形，尤其是正方形或矩形截面的横截面；其中所述磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)和所述臂(17a，17b，19a，19b；7)的覆盖面积大小相同。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述臂(17a，17b，19a，19b；7)和所述磁铁(14；14′；14′a，14′b；140)横截面形状是不同的。

23.根据权利要求1-7，11-22任一项所述的装置，其特征在于，所述磁铁为磁体(140)，具有以下形状中的一种：

楔形；

多面形，具有与倾斜边连接的四边形底座的四边形底座相对的两对边的倾斜度产生平面相反的锥形；

截头圆锥形。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述相邻磁铁(140)设置在锥形的固定元件之间，所述锥形的固定元件与所述相邻磁铁(140)面对的表面界定的锥形互补。

25.根据权利要求23或24所述的装置，其特征在于，所述相邻磁铁(140)设置在切线操作的弹性固定元件(60)之间。

26.根据权利要求1-25任一项所述的装置，其特征在于，每个磁轭臂(7)包括：

底座(7c)，用于固定至支座上；

中间杆(7b)，该中间杆(7b)从底座(7c)向磁铁(14′；140)伸展，该中间杆(7b)上缠绕有线圈(21)；

头部(7a)，所述头部(7a)与底座(7c)对面的中间杆(7b)末端连接，所述头部横截面比中间杆(7b)和线圈(21)的总体横截面大，所述头部以将线圈(21)隐藏在面对的磁铁(14′；140)而设置。

27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，每个磁轭(6)包括一对单独设置的臂(7)，界定出一个朝向磁铁(14′；140)开口的角度，在分别属于两个相邻磁轭(6)的两个相邻臂(7)的底座(7c)之间具有空隙(77)。

28.根据权利要求1-26任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭臂(17a，17b，19a，19b)利用长度等于臂的横截面大小的元件而连接起来，且相邻磁轭(16，18；16′，18′)的相邻臂的面对的边以等于臂的横截面大小的距离而分开。

29.根据权利要求1-28任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16，18)由选自以下材料中的一种制备而成：高磁导率、低剩余磁通和低磁阻铁磁体；铁-硅片；Ni-Zn或Mn-Zn铁氧体、Mn-Ni材料。

30.根据权利要求1-29任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16)的支座(54)配置有旋转元件(50)，以与转子表面协作保持磁轭(16，18)和磁铁(14)之间的空隙(24，26)恒定，且抵消转子(12)的轴向地和径向地振动。

31.根据权利要求1-30任一项所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16)与温度检测器(86)和位置检测器(88)相关，所述温度检测器(86)和位置检测器(88)与操作和控制电路(90)连接以启动支座(54)上的移动元件(82，92)，来改变磁铁(14)和面对的臂(17)之间的空隙和/或角度，从而改变单个线圈(20)对检测到的温度和/或位置作出反应的级联电压。

32.根据权利要求30或31所述的装置，其特征在于，所述磁轭(16，18；16′，18′；6)与其线圈(20，22；21)、其支座、旋转元件(50)的支承和调节单元(52)、检测器(86，88)、控制和操纵电路(90)嵌入树脂层(70)内，还填满增加热传导的粉末状材料。

33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述树脂层(70)具有散热元件。

34.根据权利要求1-33任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(10)与通过流体运动驱动装置的叶轮结合。

35.一种具有流体运动驱动的叶轮的装置，其特征在于，所述叶轮与权利要求1-34任一项所述的装置(10)结合。

36.根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述装置选自以下中的任一种：尤其用于航空或军舰发动机的涡轮、航空或军舰领域的推进器的螺杆、汽油管道的泵、以及风力发电机。

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