CN102638202A - 电磁运动能量产生装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁运动能量产生装置与方法，摘要附图所示为其装置铁芯线圈(3)在其铁芯(2)激磁饱和后与空心线圈(1)在B、μ～H坐标图中的对比，此时两者虽具有相同的感生抗磁阻力而其作用磁感强度却大为不同，本类装置即是通过在定子与转子高磁导率高磁饱和铁芯工作极上所设励磁绕组，在所定相位与运转区间，电激铁芯磁饱和而达抑制或减小其运动感生反电动势抗磁阻力，反馈回收绕组电感能量，以用较少的电励磁输入功率而利用铁磁质的磁力作用产生大的机械运动能量输出。磁动发电机则是将其和发电机组成一个工作系统，通过机电转换与回输维持磁动机的运转，使其成为一种输出大于输入而自持运转的机电能量产生装置。

Description

电磁运动能量产生装置与方法

技术领域

本发明隶属机电能源动力领域，主要涉及一种利用电磁作用产生机械运动能量的装置与其方法。

背景技术

我们现在使用的各类电动机既是一种利用电流通过线圈产生磁场，通过电流的通断或换向在定子与转子间形成定向磁力作用而驱动运转的，其铁芯电励磁工作状态一般在非线性区。在已有电力电子装置中，普遍见有由励磁绕组和铁心组成的电磁设备等相近技术的应用：如工业装置中的电励起重器既是一种由电励铁芯磁性控制其完成吸力和脱放等不同工作状态；电气开关中的继电器是当线圈中通入励磁电流时铁芯激磁产生磁力吸引衔铁完成电路的接通与关断等操控；电气装置中所采用的旋转电磁铁、步进电机等亦是由铁芯外部线圈中通入励磁电流时驱动转齿位移带动机轴旋转一定角度而达到操控目的；电力电子器件中的磁饱和稳压器、磁饱和放大器是利用铁磁临界磁饱和点处磁导率的变化，以达减小次级输出电压变化或使控制信号电流产生大的变化增益。依此，所属装置是利用电激铁磁变化特征，提供一种磁力作用或磁性控制，稳定工作状态或增强可调性，其目的是以达能量转换、操纵运移或工况控制等。

而本类装置虽也是利用电流通过线圈激磁铁芯产生大的电磁作用力，由磁力产生机械运动能量，但是以抑制或减小铁芯绕组在运动磁场中的感生反电势与抗磁阻力，回收反馈激磁绕组电感衰减能量，以大幅提高供电能量的输出效益比，有鉴于此，它是与现有各类电机等原动机不同意义的一种机电能量产生装置，其与既往装置工作状态与所达目的亦不同。

发明内容

为实现上述目的，本发明所提供的电磁运动能量产生装置与其方法即是采用以下技术过程来实现的。

1工作原理：

众所周知，自然界存在铁磁相吸与同极相斥这种磁力作用并已被我们广泛利用之。但磁场是位场，这种性质不因方向、位置的不同而改变，自然，想利用这种磁力使机器持续运转，则必须提供某种外部条件，使其相对位置周而复始方可形成连续转动。

电机既是一种用来进行电能和机械能之间相互变换的电磁机械装置。其作用原理基于法拉第-楞次与毕奥-萨伐尔电磁基本定律。能量形式的变换依赖于电机定子与转子之磁相互作用的运动，即必须具有磁力和与之相对运动的两个部分。现有多数电机中都使用铁磁材料构成铁心，以便用较小的励磁电流而获得较大的磁通，在相同励磁绕组匝数和电流条件下，铁芯路径中的磁感应强度可增大几百甚至几千倍。

直流电动机即是我们常见并广泛使用的一种利用磁力来做功的机电能量转换装置，它由磁极产生磁场，通入电枢绕组的电流方向随运动位置而变来产生单向持续磁力作用，其理论机电能量转换方程式：E_e(输入电能量UI)＝ε^-I_γ+I_γ ²R_γ，I_γ ²R_γ是电枢总电阻将电流动能转化为热量的部分，ε^-I_γ是转化为机械能时由绕组中所谓感生反电动势所消耗(抵减)的能量，输入能量与输出能量总量相等。其中电机的各种有功损耗均将变成热量，使电机温度升高。

而本类所述运转装置是在类似于常规电机本体上，借助定子与转子高磁导高磁饱和铁芯工作极上所设励磁绕组的电流激磁作用，在定子与转子电磁运转的一定相位区间，电激铁芯进入磁饱和态相吸与或相斥推动转子以达抑制或减小运动感生反电动势与抗磁阻力，并反馈励磁绕组电感衰减能量，以用较少的电激励磁输入(功率)而利用铁磁质间的磁力作用产生大的机械运动能量(功率)输出，即(E_m+I_γ ²R_γ)＞E_e(UI)。E_m为装置产生的机械运动能量，I_γ ²R_γ为电枢电阻将输入电流电子动能转化为热的部分，E_e(UI)为装置输入的总电量，因此，它是与现有各种原动机不同意义的一种机电能量产生装置。

磁动发电机则是把磁动机和发电机复合成一个工作系统，通过机电转换及回输维持磁动机的运转，使其成为一种输出大于输入而自持运转的机电能量产生装置。

1.1一些基本概念

在物理学中表述单位介质磁化程度的术语常用磁感应强度-简称磁强或磁感应密度-简称磁密或磁通密度来表示，本文中既称磁感应强度-简称磁感或磁强。为了便于该类装置工作原理及基本特征的说明，这里需要重申的两个基本概念是：

(1)磁导率在激磁与传导中的区别

由物理实验证明，通电线圈会产生激磁场，但相同电流线圈而不同介芯材料却可产生不同的磁感应强度，表现为不同的磁力大小。例如在载流线圈中分别充入形状大小相同的铜、铝、铁时其磁力作用并不同，原因是线圈电流磁场对其中心介质产生激发磁化H＝B/(μ-1)，B＝μ_rB₀，建立磁感应强度B＝B₀+B′，因铁磁质具有很高的非线性激化磁导率μ，在同样的磁场强度下，与空气或弱磁材料相比，铁磁质中磁感强度B要大得多，而显示强的磁力作用。由此，激磁是在绕组电流作用下介质中所产生的磁化作用，其强度除与激磁安匝IN相关外，还与介质材料本身磁导率也称导磁系数μ及介质磁饱和值B_S相关，真空磁导率μ₀＝4π×10^-7(H/m)或(Wb/A·m)，介质磁导率μ＝μ₀μ_r，其值大小与相对磁导率μ_r成正比。在工程上一般用磁感应强度B和传导电流产生的激磁场强度H的比值定义为磁导率μ或以某点微分磁导率μ_d＝dB/dH来表示点处状态，它亦反映了给定磁场时产生磁感的难易程度。

而导磁则是由别的磁势源所产生经传导的磁强，其不同截面体中磁感B与面积S的乘积等于常数C，即磁路截面体中磁通不变B₁S₁＝B₂S₂，其最大值≤磁势源磁通。

虽激磁与传导的本质均是介质微观运动电荷或状态的一种属性，但其区别在于激磁是电流磁场对介质微观构态的直接激化(激磁电流+表面电流)，而传导则是介质微观对磁源极化力的感应传递(感应诱导电流方向)，其不同条件状态的磁导率μ既有不同的意义。

(2)一个重要的基本概念即铁磁饱和性

铁磁性物质由于磁化所产生的磁感应强度B并不随外磁场H的无限增大而增大，B_Fe～H曲线随H增强而趋向平缓，即微分磁导率μd＝dB_Fe/dH呈非线性减小，当外磁场达一定强度时，磁性物质的磁畴方向全部转向与外磁场方向一致，其后的微分磁导率dμ_r＝1，磁感应强度不再增加时既达到该物质磁化感应强度的饱和值，这种状态就称为磁性材料的铁磁饱和用B_S表示，如图1所示。图中：1是磁场内铁磁性物质的磁导率μ_r曲线；2是磁场内铁磁性物质磁感应强度B_Fe非线性曲线，其中0～a段磁感应强度随磁场H近似成正比增加，a～b段磁感应强度的增加缓慢下来，b点以后磁感应强度呈直线增加很少，磁导率趋于μ₀。b为其铁磁饱和点B_S，H_S为饱和磁场。

实验也证明，含有铁磁介质内芯的电流线圈深磁饱和时的感生行为特征同于相对磁导率μ_r≈1的空心线圈，但不同于空心线圈的是其蕴有比空心线圈大的多的磁感应强度B_SFe。永磁体的磁场及行为特征也完全等效为一个含有磁芯磁导为μ_x的通电线圈，而不同于一般电磁体的是其可提供长期稳定的磁势而不需外加电源，但它是位场。

由此，既可利用铁磁介质所具有的这种有用的磁特性及其在磁场中的作用特征，用以组构其不同磁力运动特征的电磁运动能量产生装置，本文即说明这种不同磁力运动特征的电磁运动能量产生装置与其方法。

1.2基本工作原理

(1).运转原理：

永磁直流无刷凸极电机是我们广泛使用的一种电磁运转装置，当输入电功率时，通过电机内部的电磁作用产生电磁转矩而驱动机械负载，为本原理叙述的便利，现以这种电机为模予以表述。

设永磁直流电机电枢铁芯极与外转子铁轭环上某一永磁体M两物相对，B_M为磁体磁感，W为电枢激磁线圈绕组，B_Fe为其通电铁芯的激磁感。设磁体磁导率μ_r≈1，相对电枢铁芯，转子铁环在运转过程中，可认为回路磁气隙与磁导不变，因永磁体的存在仅有随位置的表观磁场不同，其反电动势及抗磁阻力即与这种外磁变化相关，而与铁芯本身磁化磁感B_Fe状态无关。如果我们在两者铁磁相吸趋近运动达近点有阻碍转子远离的阻力磁场区域时接通绕组供电开关，使之变为电激铁磁相斥，转轮磁体将在斥力作用下做远离运动，此时，因电激铁磁抵减磁体M在铁芯中的传导及衍激磁感而有B_Fe，包括线圈电流本身磁感即有B＝B_w+B_Fe，因铁芯线圈的磁感大为增强，与磁体作用时亦有较大的磁相斥作用力F＝B_MB_w·S_w/2μ+B_MB_Fe·S_Fe/2μ及与其运动相对应的绕组感生反电势ε^-及抗磁阻力。只要我们不断在所定位置对电磁线圈电流进行通断控制，对转子磁体施以间歇吸引或排斥，即可得到一种磁力作用的连续转动。在理想线性过程，感生反电势及抗磁阻力等比于磁体磁场在铁芯中磁感变化的感抗作用，亦可认为产生的磁作用能E_m与其反电势所抵消褪减电能ε^-I(以下将励磁线圈中由感生反电势抵消褪减的输入电能量简称为反电势褪电能)相等。若为空心线圈状态时，因其磁导率系数μ_r≈1，通电的空心线圈磁感小，与磁体作用时只有较小的磁作用力F＝B_MB_w·S_w/2μ和与其相对应的感生反电势ε_w ^-及抗磁阻力。由于铁芯的加入，过程中磁作用力与其相应的感生抗磁阻力均比空心线圈时显著增大，滋长与衰减电感也较空心时增大许多，但铁芯的存在使体积能量密度增高，此即为我们通常所见永磁电机或其它电机的工作特征。

但如在铁磁相吸过近点，电流线圈产生的反向激磁场使铁芯磁化达磁饱和状态后，其铁芯磁导率将发生较大改变，深铁磁饱和线性段的微分导磁系数dμ_r≈1，近似为空心线圈的磁导率，此时即等效在其空心线圈中加入一个磁导μ_r≈1磁感为B的铁心磁体。相对定子电枢线圈铁芯，转子磁体M在运转过程中，这种外磁场变化的感生作用是迭加在增高的铁芯磁饱和区段的饱和磁感B上，因磁导率μ_r≈1，其感生反电势等效电流激磁感很小，或者说感抗很小，此时可认为回路磁导变化与绕组W中的运动感生反电动势及抗磁运动阻力也等同于空心线圈，但由这电流线圈本身所产生的磁感应强度与铁芯磁化产生的磁感应强度之和却比空心线圈时大为增强，磁作用力F＝B_MB_wS_w/2μ+·B_MB_SFeS_Fe/2μ亦增大了，过程磁作用运动能与反电动势褪电能的比值发生改变。当然，这时铁芯线圈较空心线圈有所不同的是电感增大许多，电磁暂态过渡时间延长，并因铁磁作用状态前后磁位势的不同而使衰减能量小于反励磁滋长能量。

图2所示为通电空心线圈与铁心线圈磁感强度/磁导率随磁场变化的B、μ～H关系曲线。图中1为空心状态时的变化曲线，磁感应强度为B_w；3为线圈中有铁磁介质时的变化曲线，磁感应强度为B_wFe；铁芯磁化曲线2中，铁芯的磁感应强度B_Fe，状态处微分dμ或区间磁导率Δμ＝ΔB/ΔH，在初始区段磁导率Δμ_r＞＞1，而在磁饱和后Δμ_r≈1，c为磁饱和点，B_S为饱和磁感，H_S为其饱和磁场。纵坐标值B_w与B_Fe相加即是铁芯线圈B-H变化曲线。从图中可看出，a₁～b₁段磁导率与a₀～b₀段磁导率近似相同μ_r≈1，而其磁感强度却不同，即两点(状态)间存在一个较大差值。

当所设装置运行在图中所示铁芯磁化曲线的a₁～b₁区段时，其将具有似空心线圈的感生反电势与抗磁阻力而有大为增高了的磁饱和铁芯的磁力作用。

当然，在上述电流线圈所产生的磁场中，若分别充填不同种类的铁磁介质，则磁感应强度变化曲线随着介质的不同而不同，取决于介质有效磁导率和磁饱和强度等特征。

图3所示为铁心线圈之铁心呈闭合与开隙回路时磁感应强度B及磁导率μ随磁场强度H的变化关系曲线。图中1为空心线圈的变化曲线，3为闭合铁心线圈回路时的变化曲线，2为其闭合铁芯本身的激磁感变化曲线与磁饱和点c，饱和磁场强度H_S1；3′为开隙铁心线圈时的变化曲线，2′为开隙铁芯本身激磁感变化与磁饱和点c′，相应的饱和磁场强度H_S2。虽相同的线圈与磁场强度

，线圈中铁心磁感应强度在有气隙与闭合时却不同，由于磁气隙磁导率一般远比铁芯材料小，所以整个磁路的等效导磁率dμ～dμ′变小，因材料的饱和磁感应强度B_S不变，反映在B-H曲线上是磁滞回线斜率变小，对应饱和磁感B_S的饱和磁场强度H_S变大。随着铁心开隙的增大回路磁导率呈函数渐变降低，铁心磁饱和激磁场强度要求向横轴H增大方向移动，要得到相等的磁感应饱和强度，需要更大的激磁安匝才可使铁芯磁饱和，其线圈本身磁感亦增大，铁心饱和磁感(通)/线圈磁感(通)的比值逐渐减小，但在一定条件值下其磁饱和铁心磁感与线圈磁感间仍存有较大差值。

激磁绕组中同样的铁芯虽达铁磁饱和比其非饱和时要增加安匝，但这种增加因采用高磁导率铁芯使其饱和磁场降低，此时既便也达普通铁心非饱和状态时的激磁安匝要求，但因这磁饱和铁芯线圈有近空心线圈时的感生作用特征，反电势抗磁阻力相比非饱和时大幅减小，总的输入能量相比还是因为抗磁感的减小而大幅降低了，其能量效益比得到体现。

由此，依其空心线圈与铁芯线圈磁感与磁导之间的变化关系，使其在一定电转角区间形成铁磁相吸，而在过极后的另一转角区间借助绕组电流产生的反激铁磁饱和相斥，即可得到一种铁磁相吸趋近和电激铁磁饱和相斥远离这种同向磁力作用而驱动，我们只要操纵供电开关分别在其一定转角时的转换接通与断开，既可实现转子连续转动而产生机械运动能量。这种方式与通常电机类不同的是利用电激铁磁饱和时感生作用过程之不同，抑制绕组感生反电动势与抗磁阻而产生大的运转磁力作用，组构呈另一磁力运转特征的能量产生装置。

(2).运转过程：

图4所示为一永磁型电激铁芯磁饱和相斥运转模型，r为环状铁轭外覆稀土永磁体的转子，设B_M为磁体磁感；D为高磁导率电磁铁芯的定子，W为其极上的激磁线圈绕组，当通电时铁芯饱和磁感为B_SFe，磁导率μ_r≈1。转子每转过60°电度角(2P＝12极)为一工作周期，设以任意转子磁极r_1N为参照，如果我们观察其定子铁芯极的工作过程可有：

(1)转子磁体极r_1N与定子铁芯极D₁间电轴角

区间时，转子磁极r_1N与定子D₀、D₁铁芯极间有铁磁相吸作用力f＝S_Fe·B_1N(B₁-B₀)/2μ₀，B₀、B₁分别为转子磁极r₀与r₁在定子铁芯D₁极面处的运移变化感应磁感，因B₁＞B₀，在B₁铁磁相吸趋近渐强磁力作用下，由力矩有磁转矩T_i＝ω·(B₁-B₀)²/2μ₀，使转枢极r_1N向定子极D₁轴O₁趋近方向加速转动，产生铁磁相吸磁力运动能量；

(2)当转子磁极r_1N与定子铁芯极D₁间相吸运转达最近点极轴线重合α＝o₁位置时接通定子铁芯线圈W的电源励磁，产生一个反激铁磁饱和磁场，即反激磁铁芯中总磁感大于磁体在铁芯中的传导、衍激磁感而有饱和磁感B_SFe＝(B_mFe-B_M)，使工作铁芯由铁磁相吸转为电激铁磁饱和相斥，此时转枢磁极r_1N与所对定子磁化极D_1N极性相反，在轴角区间，转枢磁极r_1N受定子磁化极D_1N排斥与磁化极D_2S的吸引，有磁作用力f＝S_Fe·B_1N(B_1N+B_2S)/2μ₀，磁转矩T＝ω·B_SFe(B_1N+B_2S)/2μ₀，转子在同向推和拉磁力作用下顺时针向远离定子磁化极D_1N转角α₁增大方向运动。因磁体与气隙磁导近于不变且与磁化铁芯的磁导率均μ_r≈1，此时绕组中的感生反电动势ε^- _W＝S_wN·d(B_1N+B_2S)/dt等于空心线圈时的感生反电动势及抗磁作用特征，而其电磁力却是铁芯磁饱和之磁感+空心线圈磁感两者共同的较强磁力作用。过程中部分电能以绕组电阻焦耳热形式转化为热量Q_e＝(U-ε^-)It释放。

当转枢磁极r_1N运转达定子两极间轴角

时，断开绕组供电开关。

(3)在轴角

后，转枢磁极r_1N与定子铁芯极重又发生铁磁相吸，开始进入下一工作周期的铁磁相吸。不同的是受主作用磁极D₂铁磁吸引，向轴O₂趋近方向加速运动，在

转角区间产生铁磁相吸磁力运动能量；

(4)当转枢磁极r_1N运行至与定子铁芯极D₂轴线重合电轴角α＝o₂位置时，接通铁芯极绕组上的切换式换向供电开关，重新建立激磁场，相对激磁电流方向，原铁芯的磁体感应磁为相反状态，将在反向激磁下使定子铁芯又进入抗磁饱和相斥状态，在转角区间，转枢磁极r_1N受定子磁化极D_2N排斥与主磁极D_3S吸引，有作用力f＝S_Fe·B_1N(B_2N+B_3S)/2μ₀，磁转矩T＝ω·B_1N(B_2N+B_3S)/2μ₀，转枢磁极r_1N向远离定子磁极D_2N转角α₁增大方向连续转动。产生磁力运动能量。

其过程(4)与(2)所不同的仅是铁芯磁化极性改变，而其运动过程基本相同。

其后在

区间即进入下一工作循环。上述过程的重复即可得到一种连续转动。其总运动能量的产生亦是其各极之和。

因此一个工作循环包括两个极性不同的工作周期四个工作过程，即每个铁芯极经历两次极性不同的铁磁相吸和相斥完成一个循环。

通过这种间歇激磁作用方式即可拖动转枢运转，我们只需操纵供电开关分别在其α＝o_i与转角时开与关，即可得到一种铁磁相吸趋近和相斥远离的连续转动而产生机械运动能量，通过控制绕组供电关断角o_i与

导通与关断的时刻与大小即可得到不同功率的输入输出。

由此，该种装置是借助高磁导高饱和铁芯上所设载流线圈，以反激铁磁饱和完成换极和减少绕组感生电势抗磁阻力，产生磁力机械运动能量。

(3).过程特征：

为了分析的便利，现将过程中运用的总电能量E_e(视在功率UI)与产生的总机械能量E_m(机械功率P_m)进行分解分析其能量间的相关特征。因供入的总电能量包括从电磁滋长～断电放出的整个工作过程，依其状态的不同可分为电感滋长吸收、磁移运动感生、电感衰减放出这样三个部分，按能量守恒之原理，包含电磁位势的全过程总电能量应守恒。由此，铁磁饱和相斥运转亦可分解为四个能量过程：

①在电转角区间，转枢磁极受定子铁芯铁磁相吸有机械转矩通过转轴输出机械运转动能为E_m1；

②过极瞬间接通激磁绕组电流使铁芯反转磁化，激磁感由-B_i～+B_S1磁饱和，吸收电感滋长能量E_LZ＝L_ZI²/2；

③极后

转角磁相斥区间，载流绕组以运动感生反电势ε^-＝d(B_1N+B_1S)/dt·S_LN抵减能量ε^-It和以电阻焦耳热形式Q_C＝(U-ε^-)It转化输入的电能，电阻在这里仅起一种限流与能量转换，过程能量守恒。同时磁饱和铁芯极与磁体相斥，由磁力作用产生运转能量为E_m2；

④极间位

时断开激磁绕组电源瞬间衰减磁感由+B_S2～B₀，放出电感衰减能量E_LS＝L_SI²/2回馈电源；

虽环形转枢与定子铁芯间磁气隙间距与回路磁导不变，但过程②与④因其磁位势初末状态不同，电感所蕴含能量亦不同，电磁过渡暂态的电感滋长与衰减能量差ΔE_L＝I²(L_Z-L_S)/2，L_Z＞L_S。

图5所示即为其一工作系统模块示意图。图中：1-电源，2-逆变与整流滤波，3-驱动与自动控制，4-转子位置感测，5-电感能量反馈，6磁动机本体，7-组合的发电机，8-动能或电能输出，9-发电能量回输。系统由图虚线左侧的电子驱动控制部分与右侧的电机本体部分组成，属电磁机械与微电控制技术的相结合。

2装置能量产生作用

2.1能量产生特征

定子与转子之间的磁作用力由铁磁极之间的磁感应强度与面积所限定，这种磁作用能量的转变是通过磁气隙在移动中所进行，而本文所述磁力运动能量产生装置，亦是通过定子与转子间气隙磁场在相对运动中而完成电磁能至机械能量的增大。

因磁作用力是两者磁的相互作用，作用力大小与两极磁状态相关，而线圈感生反电动势与绕组的匝数N和磁通变化率呈正比而与本身电激静态磁感即铁芯本身激磁感大小无关，但其感生反电势与抗磁阻力却与所耦铁芯磁导率相关，当通电的铁芯绕组激磁位势增高并达磁饱和状态之磁导率μ_r≈1并运转于其磁饱和区域时，磁导率的降低减小了外磁通变化通过铁芯磁导的绕组感应反电势及抗磁感-即运转阻力，能量产生作用的基本点亦是在运转中利用电激铁芯磁饱和增大电磁作用力的同时而其感生反电动势的抗磁阻力被抑制，形成具有铁芯磁饱和较强磁感状态这种增大许多的磁感作用力而享有近空心线圈时这种小的感生反电动势抗磁阻力之作用，能量的产生即与电磁绕组磁饱和铁芯的磁力作用与其感生反电动势的抗磁作用两者相关联。

例如在上述所示电激铁磁饱和相斥运转模型中：

因其相对运移中定子电枢铁芯极与转子环形铁轭磁体极在运转过程中回路磁气隙磁导近于不变，远点与近点电感与磁感的位势绝对值，虽滋长电感低位势激磁至铁芯磁饱和所吸收的能量大于末态电感衰减放出的能量，由位势能相等原理，末态电感所减少的能量，应等于此前铁磁相吸磁位势降低过程中所得到的能量，过程能量本身守恒。在等效移除铁磁相吸作用与铁芯线圈滋长电感与衰减电感磁位势差两者能量正负相等对冲这一关系对过程分析的影响后，理想过程时所供电能量与包含磁位势能和感生反电势抵减电能的总能量本身仍应相等。

由此下来，就剩下铁芯线圈磁力作用所产生的机械运动能量E_m2与过程反电动势褪电能ε^-I这两项之关系。增量大小既与铁磁介质的作用特征与状态直接相联，由其过程中的磁作用能与所褪电能这两者的比值所确定。

在运转过程中，因激磁至铁芯磁饱和的感应反电势

取决于外磁的变化速率，而与铁芯本身稳静磁感强度大小与状态无关，而感生作用所产生的抗磁阻力却与其铁芯磁导率相关，铁芯磁饱和态相比非饱和条件时的感生反电动势及抗磁阻力减少，且与空心线圈时的感生作用相当，但此时的铁芯线圈与空心线圈所不同的是存在着一个激磁感绝对值差，即达铁芯磁饱和这种增大许多的磁感作用力而将有空心时那种小的感生反电动势及磁阻力，铁芯线圈的磁相互作用力是激磁线圈磁感与铁芯饱和磁化磁感两者相加后大大增强的磁感与其相对磁极的作用，比仅为空心线圈时增大多倍，磁相互作用能亦增大了。

经这种分解可知，其中激磁线圈本身磁感的磁作用能E_w＝激磁线圈感生反电动势的褪电能ε^-I，而过程所产生的机械运动能量是通过磁气隙由铁芯的磁力作用所产生，故能量的增殖是由饱和磁化铁芯的磁力作用所产生。

由此，能量的增殖是由过程中的电磁力与绕组感生反电势所致阻力这两者之差所确定，其能量产生的机理既是运转中利用铁磁饱和增大磁感作用力的基础上等效减少运动感生反电势与抗磁阻力，是通过定子与转子两者之间的磁气隙由力这特殊的东西在相对运动中所产生。

2.2各能量间的关系

前以表述，所借助使用的电源其在运转过程中，当把运移、传递、转化等全部性质(包括电感能量变化将在磁位势能中表现出来)考虑进去以后，电源能量从电流滋长～衰减放出包含磁位势能的全过程中本身能量守恒。过程中利用了电流的起磁效应并抵抗运动感生反电势维持这种磁状态，电阻在这里也仅起限流与其能量转化。而过程中由磁力作用所产生的机械运动能量在传递和转换中本身亦守恒。即输入电能和输出机械能本身均保持其守恒性，守恒与破盈是系统能量变化的不同部分，两者通过不同能态界面而分离。

3其它工作装置

依据上述基本原理，由其磁极结构配制和工作方式及要求的不同，亦可形成不同的组构与工作方式，当将其磁极设置为永磁和电励磁不同方式时，采用定转子单侧供电激磁或同供电的相吸与相斥或铁磁相吸与断电惯性远离的不同方式，可有相斥运转工作方式、铁磁相吸单极性供电工作方式及复合工作方式等。

下面列举一些不同组构种类予以描述如下：

电磁铁是我们广泛使用的一种电磁装置。设有一组转动衔铁与电磁体两物相对为旋转电磁铁，如果我们在两者相距远处时接通电磁绕组供电开关通以电流，衔铁将在电磁相吸作用下做趋近运动，当其铁磁相吸运动达近点时我们断开绕组电流，转动衔铁将在惯性下越过近极位置向远点继续转动，这种过程的重复进行即可得到一种连续转动。现有开关磁阻电机、感应子电机、步进电机等亦是这样一种仅由定子电磁铁吸引其转子齿而形成的一种运动，因其结构简单而被用于中小型电机中。

1.在这种感应磁作用方式下，这里假设相吸趋近时其衔铁有电磁体传导的镜像感应磁与随距离1/r⁴形式变化的电磁作用力和激磁绕组感应反电势，其1/r⁴增量变化感生反电势褪电能的增大将在末态电感增量中得到体现，包含始末态电感能量的全过程能量仍守恒。当采用高磁导铁芯线圈也激磁达铁磁饱和状态后，在远至近的相吸运移中，由于磁饱和铁心磁导率μ_r≈1，磁回路中线圈共耦磁芯感生反电势抗磁作用等同于空心线圈状态与衔铁作用时，但这磁饱和铁芯线圈却比空心线圈时的磁感大为增强，磁相互作用过程中运动能与其反电势褪电能的比值关系发生改变。虽回路运动磁阻磁导变化相比上述永磁体作用方式时明显加大，且表现为运动近点的电感增量，但因其铁芯磁饱和后，在运动远点与近点的磁导变化减小，末态电感增量也相比变小。

这种组构工作方式通过改变定转子极结构形状可减小运动磁气隙而利于工作段铁芯激磁至磁饱和。在类似磁阻电机或磁滞电机的定子铁芯亦可设置为激磁至磁饱和。因其每个工作周期仅包括两个工作过程，即经历一个电激铁磁相吸和一个惯性远离而形成一个循环，这种工作方式组构和驱动方式简单，通过间歇磁力作用亦可拖动转枢运转，我们只需操纵供电开关分别在其

与α₁转角时开与关，即可得到一种铁磁相吸趋近和惯性远离的连续转动而产生机械运动能量。

2.当采用定子与转子铁芯均设置励磁绕组双向同步激磁至磁饱和相互作用方式时，相对上述组构方式，因其定子与转子绕组均产生运动感生反电势，运动感生反电势褪电能亦增大，此时的运转增殖比取决于激磁绕组输入电能与所做磁力能的比值。实际中因定转子极间有隙磁相链，改变铁芯结构形状和绕组可减小运动气隙变化而利于激磁至工作段铁芯磁饱和，并因定、转子极由远及近的运动为磁导率μ_r≈1同隙运转回路，激磁安匝与回路磁导和铁芯本身饱和磁导相关，等效为双线圈电磁移动耦合而使相吸时激磁安匝有所降低与相斥时反耦合激磁安匝增高的情况，且存在起始滋长和关断衰减不同耦合度和距离的电感能量变化，其中电感变量可与过程磁导变化的感生反电动势褪电能相对冲。

在定子与转子铁芯线圈双激磁饱和相吸或相斥的运转过程中，电能仍可包括电感滋长吸收与电感衰减放出、磁移运动感生和磁导变化的感生这样几个相互电磁作用部分，同样存在铁磁运动做功与所供电能量两者之关系。相应地，电感滋长吸收与衰减放出与过程中回路磁导变化感生补偿总电能量仍应守恒。此时相比线性过程，在磁饱和态，由于磁饱和铁心的磁导率μ_r≈1，其过程的磁力运动与回路磁导变化特征均近于空心线圈，线圈的感生抗磁作用被抑制，初始至末态回路磁导改变引起的电感变化亦减少，与通电空心线圈时相比其初末态电感能量之差的绝对值基本不变，而定、转子双激磁饱和磁力过程中作用能与其反电势褪电能的比值关系相比定子或转子单侧激磁饱和时又会发生改变，而由这增强的磁感所做功与感生反电势褪电能亦发生变化(空心时要达到这样的磁感强度则需很多安匝，其感生反电动势自然也大)。在认为电感滋长能量和衰减能量与过程磁导变化产生的电能变化之和可以正负相抵本身平衡时，能量的产生亦可认为是由过程中磁相互作用能与其感生反电动势褪电能的比值决定的。与前述类型相比，这种定子与转子双向同步激磁至铁磁饱和作用方式的优点是单体能量密度增高。

3.再如一种类似双极性磁阻抵偿(反应)式电机，将前述永磁结构与上述磁阻结构复合为一种，以标准六极转子与四极定子回路中设置径向充磁的永磁体的定子电枢高导磁轭铁细凹径上缠绕有激磁线圈，当转子铁芯极远离或趋近磁极区域时，利用通入绕组电流所产生的饱和激磁场提供一种某极抵消降磁而另极增磁作用，转子的不同磁极将被吸引或依惯性而运动，当达另一磁极区域时转换激磁绕组电流方向，转子的不同铁芯极将受定子磁体磁场作用继续同向运动，依循重复，转子被不断驱动而旋转。由不断变换线圈激磁电流方向的抵磁形成了利用磁体的磁力作用。在运转中，其激磁安匝与铁芯回路磁导率成反比，滋长电感与衰减电感移动回路镜位相同，其初末态回路磁导与电感相同，与此过程相关的改变是铁芯磁移感应与回路磁导变化产生的感应反电势。因激磁段工作铁芯处于磁饱和状态，线圈感生空心状态时的反电势与磁阻作用力。大致讲，在抵偿磁运转过程中，通电去磁其初末态位置可以相同，电感始末能量的差值应相等，回路磁导变化产生的感应反电势抵减的电能与镜像磁移磁通变化感生反电势成正比，产生过程感生反电势褪电能。

上述这类装置的优点是结构简单，技术继承性强，功率密度高，制造便宜，成本低，磁气隙小，激磁饱和功率低，可长期稳定。

当然，除上述所举种类外仍存在许多以其它工作方式不同组构种类的工作机，这里不再一一列举，虽相关特征可以不同，但其遵循的基本工作原理与方法仍相同。

由此可知，采用高导磁铁芯并降低磁气隙宜于减小其激磁强度，亦可知，不同种类中如以电磁代替永磁、由定子与转子单向电励磁转变为双向电激磁既可进一步提高单体功率密度。如在上述铁磁相吸运转方式的装置种类中，当以定子与转子电激相吸或以外置定子多倍极绕组步进相吸方式所驱动亦可提高单体功率密度；再如在上述永磁-铁磁相吸/电激铁磁饱和相斥运转方式中通过设置导磁间极亦可在不降低磁体磁感强度前提下减小磁路气隙，在其基础上定子与转子铁芯均激磁同供电方式既可增大单体功率；亦可在转子磁体极间设置铁芯间极的方式以增大单体功率密度与提高电感衰减能量回收以提高效益比；使用单极性电子开关可减少或避免铁芯材料剩磁对铁芯电感的影响并简化电路。等等。不同的组构方式与工作特征仅是其功率密度或能量效益比不同而已。

由此，利用铁磁介质在激磁绕组作用下的非线性磁导变化之磁饱和磁力作用与其过程感生反电势抗磁作用力的非等衡关系，由铁芯磁力作用产生运动能量的同时抑制绕组感生反电势抗磁阻力来组构与以往不同意义特征的磁力运动能量产生装置。

4装置种类与组构方法

4.1装置种类

文中公开了一种由电磁作用产生机械运动能量--简称磁动机的装置与其方法，装置系统由电磁机械本体和驱动控制部分所组成。其基本工作原理与方法是依据电磁相互作用中激磁铁芯磁饱和时铁芯中的等效感生抗磁作用大为降低，而铁芯线圈本身却存在着一个大的电磁作用力，本类装置亦是利用了这一特征，在其定子与转枢电磁运转的一定相位区间，借助定子与转子高磁导高磁饱和铁芯工作极上共耦所设励磁绕组的电流激磁作用，以使线圈工作区域铁芯电激铁磁饱和相吸与或相斥产生大的电磁作用力推动转子并以其铁芯磁饱和及所辅不同技术方法进一步抑制或降低铁芯绕组在运动磁场中的感生反电动势及抗磁阻力。

这类装置依其运动形式有平移与旋转运动两大类，不同的种类，有些能量效益比较高而有些则单体功率密度较高。若按其结构形式组合功能与用途，将会多种多样，其作用方式、控制特征等方面均有差异。

前面简单描述了本类装置中采用不同种类、不同技术方案所组构的工作机，除上述装置方法外，遵循基本工作原理，亦可组构多种不同类型的工作装置。不同的仅是其组构与控制方法以及制造难易程度和单体功率密度或能量效益比有所区别而已。磁极可为电磁、永磁、超导磁或复合方式设置，或以抵消永磁体磁通方式形成作用磁极，极性可交替分布，亦可使其呈双体结构、磁通平衡过极，以电磁代替永磁，定子与转子双向电励磁、全区、全程电磁作用方式可提高单体功率密度，当然，在全铁心结构中，采用环形隐极定转子结构的特征是磁气隙可以不变且回路中仅有很小的气隙，有易于铁芯激磁至磁饱和。采用磁阻-同步电机结构亦可以减小磁气隙，降低激磁安匝。在定转子双供电方式中，因转子侧励磁绕组与动生反电势的存在，使效益比绝对值有所降低，但其单体功率密度可大幅提高。亦可采用多种不同的组合方式以增大单体功率密度增加效益比，虽其工作方式可多种不同，由于其基本工作原理仍相同，仅是功能及用途或作用方式、控制特征方面有所差异，本技术方案能够完全覆盖所述内容。基本类型中以动能输出的旋转类为最重要应用类型，其结构与现有电机类相近似，至于装置设计，制造方法等均为已知技术，故在此勿庸多叙。

4.2装置组构与工作方法

本发明所述磁动机是一种利用电激铁磁饱和相吸与或相斥而产生机械运动能量的装置与其方法，装置系统可分为电磁机械本体和驱动控制两大部分，主要由磁性、电磁性材料与电子器件等所组构。装置的机械运动本体部分主要由定子电枢、转子、支承机架与基座等所组织，电子驱动控制部分主要由电流驱动、位置感测、状态控制等部件所组织，为电机与电子驱动技术的结合体。

从某种意义上来说，我们现使用的不论直流电机(换流)或交流电机(变流)都是一种通过电流的通断或转换来使其过程重复而形成定向驱动运转的。本类装置能量产生系统的本体结构类似于通常永磁同步、感应式或磁阻电机的定子、转枢中装有电磁作用组件，工作极之间通过磁气隙电磁相链，以旋转或往复运动方式将磁作用力转换为机械动力，用于直接输出机械能量(功率)的装置。所以，涉及到的装置方法与组构特征和其它相关、形状参数、工作磁场、运动方式、各种损耗、能量传递与电磁功率计算等基本相同，在现有技术中既以普遍应用，在此就不再予以赘述。然而与传统电机所不同的是其工作状态与方法的根本区别。

(1).装置组构

装置系统由电磁机械本体和电流驱动控制部分所组成，其基本特征是：在类似于常规电机本体结构的定子铁磁基体具有多个延伸部的磁极单元与设置于各磁极单元区域外部周壁缠绕有若干可使电流通过产生激磁作用的电励磁绕组线圈组成的电枢体，和在其电枢体内侧或外侧铁磁极缘表面相隔一定距离留有气隙设置与其构成磁力作用的装设有铁磁极齿或可使电流通过产生激磁作用的电励磁线圈绕组铁磁极单元或若干不同排列的永磁体组构的电磁转枢组合体，及使两者保持其相对位置相连的支承机架与控制部件，所述转枢轴支承可以是机械的或磁悬浮或气浮等不同方式或其组合，电磁驱动控制部分包括对电磁机械本体工作磁极相互位置状态进行感测的位相传感、供电开关元件构成的馈电驱动、绕组电感能量反馈、运行状态控制以及电源变换电路所组构，以旋转或移动或旋线运动方式将磁力转换为机械动力，输出机械功率的装置。

(2).工作方法

经前上说明可以看出，所述装置其依据的基本工作条件即是通过磁气隙能够相对运动而磁导非线性变化铁芯在相关电磁作用的不同，借助高磁导高饱和低剩磁低损耗之铁芯工作极上所设激磁绕组与电流这种物介对铁磁介质体的激磁作用，由包含转子位置信息的驱动控制转换供电开关的开启、关闭时间与相位而控制其运行特征。在其定子与转枢电磁运转的一定相位区间，感测转子位置，当转子旋转达所设位置时送出触发信号开启激磁绕组供电开关，电流激磁绕组便会对铁芯产生饱和激磁作用，其电源所供起始电压应满足最大感生反电势时的绕组激磁饱和安匝电流及其对电感滋长时间的要求。在每周期电磁运转的所定相位区间，通过可控通电时间，由励磁线圈形成的电磁铁，有效地利用了磁极间同性排斥异性相吸的作用能，以使工作区域线圈铁芯电激铁磁饱和产生大的电磁作用力而使转子处在拉力或推力同向交替作用或同时作用下转动，并以其以电激铁芯磁饱和或缓饱和产生大的电磁作用力而抑制或减小绕组感生反电动势与抗磁阻力，以及所辅技术方法进一步抑制或降低铁芯绕组在运动磁场中的感生反电动势及抗磁阻力。其供电驱动可采用不同技术方法以使电流快速滋长达满足激磁至铁芯磁饱和，励磁线圈铁芯磁饱和激磁电流为可控稳定直流电，以微电程控调制或数控拟合感生反电势作用下的激磁电流大小以减少输入电能损耗而经济运行，充分利用电源所供能量。当转子旋转达另设位置时发出位置信号关断绕组电流，此时激磁绕组电感储存的电能(除器件电阻消耗-部分外)返回储能回路，电感能量本身为一种无功电磁过程而可反馈回流以提高电源利用率。其目的是以电激铁磁饱和产生大的磁力作用并抑制其铁芯绕组感生反电动势抗磁阻力，以达用较少的电激励磁输入功率而利用铁磁质间的磁力作用产生大的机械运动能量(功率)输出，因此，其工作状态与目的与已有电机类装置完全不同。

其基本工作方法既是利用铁芯非线性饱和磁化作用特征，通过定子与转枢高磁导高磁饱和铁芯工作极上所设励磁绕组的电流激磁作用，在电磁运行的一定相位区间，使线圈工作区域铁芯电激饱和磁化产生大的电磁作用力相吸与或相斥而推移转动，是以电磁作用铁芯磁饱和态抑制或减小其激磁铁芯绕组在运移磁场中的感生反电势与抗磁阻力。

作为装置组构方法的首要是以高磁导高磁饱和低饱和磁场低损耗低剩磁拐点明显的铁磁功能材料为工作铁芯，利用其以减少激磁工作安匝，因其相同激磁强度的高磁导高磁饱和铁芯可以产生更大的磁作用力而相对更少的绕组与反电势作用，以电激铁芯磁饱和产生大的磁力作用并抑制或降低绕组运动感生反电动势与抗磁阻力。

影响铁芯磁饱和的是材料特性、系统磁阻、工作磁场，以及实现磁饱和控制，输出极限电磁力。优化设计包括磁路参数优化，铁磁线圈磁化曲线，工作状态和材料的优化。其中涉及一种用于工作在磁饱和区的激磁铁芯与导磁铁芯的不等截面或不等饱和磁感连接体，包括励磁工作段和铁轭导磁段，用不等截面或磁感铁心连接体组成的该两者铁心相连通过磁气隙与相互作用极构成回路，因其铁芯中磁感B＝φ₀/S，励磁工作段铁心的截面积或饱和磁感小于导磁铁轭段。在高磁导不等截面或磁感铁芯上共耦设制激磁绕组，激磁绕组可设计于其铁芯的端部或中部等不同位置，在磁回路中，其所不同的是激磁铁芯工作于磁饱和且截面积小于导磁体或饱和磁感小于导磁体。

所述工作铁芯为铁磁合金或金属的不同种类材料以晶态、非晶态、微晶态的不同薄片或微粉所组构，本类装置不仅利用其具有较大的磁化作用，更重要的是利用其非线性磁化存在磁饱和这一特征，不论哪种类型或方式，采用高磁导率高磁饱和低矩比低铁损磁饱和特征明显的铁磁材料有利于减少励磁绕组安匝而减小输入功率，选用饱和磁场与矫顽磁场小、磁致伸缩率低、电阻率高的铁磁材料及减小磁气隙提高铁芯回路磁导率可减小励磁安匝而降低激磁强度要求。

采用高磁导率铁芯材料可以降低线圈激磁饱和电流或匝数，减少感生反电势和抗磁阻力。在相同激磁条件而其磁导率和饱和磁感值愈大，愈使其激磁绕组安匝相对降低而减小运动感生反电动势，亦可降低输入能量功率得到大的输出或减少体积重量。采用易磁化饱和的高磁导铁芯材料并减小回路磁阻，利于使铁心磁通达所设计的饱和度而减小激磁强度。为了进一步减小感生反电势的作用，在导磁铁轭上附加补偿线圈，反向串入激磁回路以抵消电磁变化，使感生反电势变小。

基本工作状态是铁芯励磁磁饱和，所述工作铁芯磁饱和是指维持具有这个状态特征的一个区域范围，磁饱和不同状态其励磁安匝与感生抗磁作用亦不同，设计励磁工作铁芯与方式为饱和值高效益区段，以致其工作过程的综合电磁作用能/反电动势褪电能的比最大为其优化选择。

铁芯磁饱和需要较多的激磁安匝，磁气隙的增大亦需更多励磁安匝，特别是在退磁场和大气隙下则更要增加较多的安匝，减小这种磁气隙则可减小激磁安匝，降低激磁强度要求。因此，合理选择设计激磁铁芯气隙与工作方式为磁饱和高效益比区段为宜。

减小工作过程中电感电流滋长与衰减时间，因其过渡时间是影响装置性能与效益比的重要组成。过渡时间的减小以提高能量效益比与实用性。

电感本身为一种无功能量过程，关断绕组激磁电流时绕组电感衰减能量反馈回流可以提高电源利用率，使磁作用能相对增加而输入电能减少，以达用较少的电激励磁输入功率而利用铁磁质间的磁力作用产生大的机械运动能量输出。

感生反电动势随磁通的变化率成线性正比，随转速即频率的提高而增大。而装置输出功率也近似有这种随速率即频率呈函数变化的关系。过程所耗能量随转速增高与反电动势增大而加大，因此，这种反电动势的增大与电感过渡时间以不至破坏所设工作条件为前提，一般应在标定工况下运行。

装置中所采用的电子驱动控制与组成元器件在诸如无刷电机、步进电机、开关磁阻电机等中已广泛应用，其驱动控制方法很多，以不同机型使用效率高能量损耗小过程快而工作稳定可靠为其基本原则。此类电子驱动电路亦有众多成熟技术可予借鉴。

这类装置只要通过调控供电开关通断占空比与时间即可达到功率频率的可调输出。

这里我们要明了的一点：传统理论认为电机在运转中是由绕组的感生反电势消耗等效转化为电磁机械输出，是这种能量守恒的先念思维与电感的存在以及非线性介质的作用影响了对本质的判断。而本原理却是力求减少这种过程中反电势及抗磁阻力的作用，以尽减小输入能量而产生大的能量输出。

综此，通过选取有效功能材料及器件，并以减少铜损、铁损、风摩等杂散机械损耗，以求获得较高效益比。

这些装置它们的共同点是：

①由工作铁芯、导磁铁轭与磁气隙所组成的回路铁芯可为环形或多边形且铁芯的极可为多数，工作极可以凸极、隐极、齿状、爪状或复合磁极，以有隙磁传导、磁耦合方式组成旋转电枢而相互作用，磁极方向可轴向或径向或平行以及混合方式布置，而构成工作磁极的励磁绕组可以设置在定子、转子或定子与转子铁芯上的不同区段，组成内电枢或外电枢。

②包括可设于磁回路不同位置的工作在磁饱和区的激磁铁芯截面积或饱和磁感小于导磁铁芯的不等截面或磁感连接体，可将其中配置有激磁线圈部分的软磁铁芯或齿，替代性或补充性地由相对于普通软磁材料具有更有利可磁化性和剩磁更少性能更好的铁磁材料经一种合适的分段方式由不同材料来制造成组成体，不等截面或磁感连接体组成的励磁极经气隙与相互作用极组成磁回路。

③驱动控制部分是装置的重要组成，由电子开关代替换向器与电刷呈无刷驱动方式，可采用不同的非接触位置感测和驱动控制，驱动控制与供电开关可以是电子器件或其集成或其不同的组合，电子驱动馈电换流有利于提高装置稳定性与可靠性，使结构简化易于调控运行状态。

此类装置单独使用时可为一种超高效电机，而把该类装置与发电机以不同方式组合或直接复合成一个工作系统，所产生的机械能量通过机电转换与反馈回输维持电机本体的自身运转，其成为一种输出大于输入而自持运转的机电能量产生装置；亦可以多组链级方式形成复合能量机组，如采用包括由多层转枢组件和多层定子组件组成的复合工作系统，以降低启动能量输入而产生大的能量输出。

不论哪种类型，单体功率密度的提高均是通过提供全区、双向、全程电磁相互作用方式和速度的提高来达到的。

5所采用的一些相关辅助技术方法

本类装置运转过程的能量增殖比理论上较高，但具体实施受各种过程因素的限制，其有益性能并不能较好体现，除优化结构类型工作状态与过程参数外，仍需采用一些辅助技术方法以提高其实用性。

①电感过渡时间的抑制

装置运行过程中其绕组铁芯磁饱和理想激磁电流波形是一种前后沿陡峭的拟合电流。并要求绕组激磁电流维持在最大感生反电势或回路磁阻变化下的铁芯激磁饱和状态，以及减少过程中电源无益消耗以提高效益。因励磁绕阻电感的存在使通电起始的电流滋长与关断电源时电流衰减过渡时间延滞，虽通过采用高磁导铁芯以减少安匝或激磁电流，因电感与铁芯的磁导率与绕匝的多少相关，其过渡时间通常还是过长，转速与实用性受到限制。根据电磁过渡关系，提高供电压可减少电感电流滋长过渡时间，因此，采用高压电容放电、高低压、拟控电压方法缩短励磁绕组电感工作电流滋长过渡时间，以电容高压充电方法缩短励磁绕组电感衰减电流回贮时间，使线圈电感贮存的电磁场能量重新返回供电电容或电源之储电设备中，工作线圈电感衰减能量的反馈循环利用亦是提高装置效益的重要方法。并减少驱动转换过程中的各种有源损耗以提高效益比。

由此，缩短绕组电磁过渡时间与过程拟合电流模式供电及减少相应损耗是提高装置性能的一项重要技术方法。

②电感滋长储能的反馈回流

上述装置类在运行期间将由电源供给作为负载的励磁绕组电能，使其起磁变为电磁铁。从实践与计算中可看出，在每工作周期输入总能量的很大一部分由励磁绕组电感所吸收，因这种能量为电磁场储能，当每供电结束时，全部或大部分将在电磁过程中释放出来，由于电感充放电能量转移为无功电磁过程，让这种线圈电感储能重新返回蓄电设备中使其循环利用，并缩短电感衰减过渡时间等辅助技术亦可降低实际耗电量以提高能量利用率而提高装置效益比和实用性。

电感衰减能量的反馈回收循环利用即是其提高装置效益的一个重要方法。

③磁滞与铁磁过渡时间的抑制

根据铁磁过渡关系式，铁芯磁场的建立与衰减时间t_n＝1/n²·(d/π)²·μσ，其时间常数t₁＝(d/π)²·μσ(d为回流厚度，μ为导磁系数，σ为导电系数)，当t＝3.5t₁时可认为暂态实际结束。如d＝0.5mm，σ＝10⁷/Ω·m，μ_Fe≈1000μ₀的钢片，此时间t≈1.11毫秒；一般合金薄带(d＜0.05mm)t＜10微秒，铁氧体＜2微秒，因此在采用厚度≤0.1mm薄片及电阻率大的铁芯材料时，其铁磁过渡时间一般远小于电感(电磁暂态)过渡时间，故通常在过渡时间计算中可不予考虑。

激磁铁芯在电磁转换中存在磁畴磁化与磁滞对作用时间与能量的损耗以及因剩磁对电感衰减能量的影响，以选择薄片电阻大的高磁导率高磁饱和低铁损零矩比磁饱和拐点明显的铁磁材料以减少磁畴磁化与磁滞对过程能量的损耗及磁滞剩磁对衰减能量的影响。

④电势补偿

为进一步抑制或降低电励磁绕组中的运动感生反电动势，可在激磁铁芯回路导磁铁轭磁通高变部位附加设置辅助绕组或另设独立绕组以抵偿感生反电势方式反向串入励磁绕组回路，为励磁绕组的感生变化提供一种波动抵消而进一步降低，犹如铁磁饱和稳压器中的补偿绕组，以平衡铁芯绕组中的运动感生反电势，使感生反电势进一步降低，因其磁通部位与磁饱和程度不同且匝数较少，对电磁滋长过渡和饱和磁通处的磁通扰动(铁芯在该处的磁导率不同)影响较小，对输出功率的影响亦较小。亦可以电压负反馈方式抵消或降低励磁绕组中这种感生反电动势的作用，以致励磁绕组的综合感生反电势最小。

⑤装置驱动控制与位置感测

驱动电压应满足其电感滋长时间与最大感生反电势时的基本磁饱和磁化电流状态要求。速度的增加当达某一值时可能破坏其工作状态，因此需要设定在一个合理的范围内。涉及本机的驱动换流类型很多，不同的机种亦可采用不同的驱动控制方式，电子开关有利于提高装置的稳定与可靠，可以桥、臂式或其它组合电子驱动开关，其位置感测与驱动采用非接触感测(如光电、霍尔、磁膜、磁导等光控、磁控、程控电子转换)控制和驱动馈电换流有利于提高装置的稳定性与可靠性，并使结构简化易于调控运行状态。

本类装置驱动控制特征与无刷同步电机、开关磁阻电机等电子驱动控制部分基本相同。

⑥装置的启动

根据不同组构类型，既可通过磁极的自身偏极、形状极差、差极、变极、不等极或双体设计等方式，使磁极外缘相对于其中心线两侧的区块呈可使磁通发生偏移的不对称状结构以产生非对称的磁交链而产生起动转矩建立自启动能力或改善启动死点的问题，亦可由公用电源或供电池电磁辅助启动，亦可采用外力起动。

⑦电源

本类装置磁动机可使用市电或直流电源，而磁动发电机依不同方式不同环境和目的的不同可使用蓄电池或储能电容等，以利长期使用。

⑧铁磁屏蔽

铁磁外壳屏蔽与防护是防止电磁泄漏干扰外界与安全的重要措施。

⑨必要时，也可以多组链级方式组成机组，以降低启动能量输入与产生大的能量输出。

因此，该类电磁能量产生装置，通过不同相关辅助技术将显著提高装置性能及实用性。

6本类装置优越性及有益效果

经检索查询，国内外现有各类文献资料中尚未见有该种方法的记载与说明，以及该种装置的使用，故此装置与方法应属机电能源领域的一项基础性发明，具有积极深远的科技效果与现实意义。因该类装置基于现行制造技术，以普通电磁材料及元器件为基础，具有工艺简单、技术成熟、成本较低，易于制造的特点，在目前所知基本作用范围中，以这种电磁力作用方式为最易实现能量的回馈循环，是现有常温下可有效产生机电能量输出的一种理想装置与方法，因具有绿色环保、安全可靠、使用方便、用途广泛等特点，其不同种类动力装置将会在工农业生产、交通运输、日常生活、航宇空间等方面得到广泛应用，如制成发电机组、功率链组、分布电源等，将能够大量减少有源能质消耗，改善生态环境，成为一种用之不竭的能源动力。

附图说明

图1铁磁质磁化特性B-H曲线图

图中：1-磁场内铁磁性物质的磁导率μ_r曲线。2-磁场内铁磁性物质磁感应强度B_Fe非线性曲线，b-为铁磁饱和点B_S，H_S-为其饱和磁场。

图2空心与铁芯线圈磁特征对比

图中1为空心状态时的变化曲线，磁感应强度为B_w；3为线圈中有铁磁介质时的变化曲线，磁感应强度为B_wFe；铁芯磁化曲线2中，铁芯的磁感应强度B_Fe，状态处微分dμ或区间磁导率Δμ＝ΔB/ΔH，在初始区段的磁导率Δμ_r＞＞1，而在磁饱和后Δμ_r≈1，c为磁饱和点，B_S为饱和磁感，H_S为其饱和磁场。

图3闭合与开隙铁芯线圈磁特征变化曲线图

图中1为空心线圈磁感随磁场的变化曲线，3为铁心线圈闭合回路时的变化曲线，2为其闭合铁芯的磁感曲线与磁饱和点c，饱和磁场强度H_S1；3′为开隙铁心线圈时的变化曲线，2′为开隙铁芯磁感变化与磁饱和点c′，相应的饱和磁场强度H_S2。

图4一永磁型电激铁芯磁饱和相斥运转模型工作过程图

图中r为环状内转枢铁轭外覆稀土永磁体M的转子；D为高磁导率电磁铁芯的定子，W为其极上的激磁线圈绕组。

图5其一工作系统模块示意图

图中：1-电源，2-逆变与整流滤波，3-驱动与自动控制，4-转子位置感测，5-电感能量反馈，6电机本体，7-发电机组合，8-电能或动能输出，9-发电能量回输。系统由虚线左侧的电子驱动控制部分与右侧的电机本体部分组成。

图6a与图6b为一种永磁共转子磁动发电复合本体结构平面图与切面图

图中1-电机外壳，2-电机上端盖，3-电机中心转轴，4-转子铝合金轮毂，5-转子铁芯，6-转子外磁体，7-转子内磁体，8-发电定子铁芯，9-绕组支架，10-发电绕组，11-定子激磁铁芯，12-定子激磁绕组，13-位置检测，14-转子启动铁芯，15-定子启动绕组，16-外壳体上的通风孔，17-轮辐上的自扇冷却孔。

图7a与图7b为一种双励磁动机本体结构正视图与切面图

图中1-电机转轴，2-电机前端盖，3-转子铁芯，4-定子铁芯，5-电机外壳，6-定子励磁绕组，7-电机后端盖，8-位置编码器，9-电子驱动控制器，10-后外罩，11-转子励磁绕组，12-转子绕组供电刷。

图8a与图8b为一种开关磁阻磁动机本体结构平面图与切面图

图中1-电机转轴，2-电机前端盖，3-转子铁芯，4-定子铁芯，5-电机外壳，6-定子励磁绕组，7-电机后端盖，8-位置编码器，9-电子驱动控制器，10-后外罩。

具体实施方式

本类工作机即以铁芯磁饱和为其基本工作状态，所述装置除工作状态与传统电机不同外，在装置方法、结构特征、运行过程、能量传递与电磁功率计算等方面基本相同。既可在其基本类型的基础上通过复合或以不同励磁方式而变为不同机种，本说明书中业已充分阐明。因其基本结构与原理仍相似，或仅是其工作方式或组构略有不同，在本具体实施方式中予以选例说明。下面结合具体实施例以附图6、7、8对不同机型予以详细描述说明，以便对本类装置组构与方法的充分公开和补充。

例1：一种短轴立式永磁共转子磁动发电复合机

作为一种小型电源，通常的应用状态特别是在室内，要求结构紧凑体积小噪声低，故采用一体化结构可达这种使用效果。下面即对一种短轴立式永磁共转子型磁动发电复合工作机予以说明。

该工作系统由磁动发电机本体和电子驱动控制器两大部分组成，本体结构见示意图6a、6b。电子驱动控制器与能量反馈部分为公知技术，这里从略。

1.电磁机械本体结构

图6a与图6b所示即为本发明例1所述一种短轴立式永磁共转子磁动与发电复合组构的电磁机械本体结构示意图，其构形采用立式短轴上单臂筒杯形双支承飞轮共转子体结构，其转枢外圈与外侧定子电枢构成发电主体，转枢内圈与内置星形凸极式激磁电枢定子构成电激磁动主体。其本体具有安装在固定支承部上的发电定子铁芯(8)和励磁定子铁芯(11)，发电定子铁芯内侧工程塑料支架(9)上设有不同用途的发电线圈绕组(10)；励磁定子体的铁心采用不等截面结构，该铁心包括励磁段和导磁段，其中励磁段铁心的截面积或磁通面积小于导磁段铁心的截面积或磁通面积，铁心周边呈放射状延伸有数个末端设有励磁极的工作在磁饱和区的延伸部，外缘形成对应转子铁轭内侧弧径的外凸极缘，且于各延伸部励磁段上缠绕有励磁线圈绕组(12)，励磁绕组采用高压恒流驱动方式；轴心枢设于上述励磁定子轭体中央空间，同轴两端通过支承部上下轴承支撑着可自由旋转的转轴(3)，所述转轴上同轴固定套接有有底圆筒状转枢体的转毂和轮辐支架(4)和夹于内外两定子空间中其内外圆表面与定子铁心表面相对的转轭铁芯(5)，沿转轭铁芯内外圆周表面上固定有多极永磁体(7)和(6)，转辋下壁设置有位置感测器(13)，沿边部上下连接紧固孔由螺栓将转子碟形铝合金转辐支架、转轭辋体、环形铁轭、相位感测器盘相连紧固在一起成毂辋复合体，和多极永磁体构成与转轴刚性相连可一起旋转的共转枢体，其励磁定子铁芯(11)极缘和发电定子绕组支架(9)外缘与转枢永久磁铁(6)、(7)间保持有一定的气隙长度。

启动电机定子绕组(15)内置嵌合在励磁电枢定子铁芯内圈并被固定在底盘上，起动后自动断开。起动转子铁心(14)则刚性相连套合于上述复合转枢的转轴上并与之一起旋转。

在覆盖定子和转子的外部装有金属薄板冲压引伸而成具有加强筋的碗形外壳(1)与上下端盖(2)，并起转轴支承作用。使外壳体、定子部分和永磁飞轮共转子体组构在一起形成有机连接整体。其壳体上下端面处开有多条能使冷却风流通的通风通气孔(16)。电机本体采用自扇冷却方式，在转子轮辐上一体地设置多个呈放射状延伸的自扇通风冷却的槽孔(17)，这种结构既有利于飞轮平稳运行，减少振动，利于通风散热，又避免转子支承刚性下降，同时能使工作机整体轴向长度设定得较短，结构紧凑。

所述磁动发电机的发电定子结构槽内嵌有2个以上且各自独立用于不同目的向内回输充电与向外输出电力多套复合功能绕组线圈，它们在电机机械上、电气上独立结构的绕组群，因而能容易确保绝缘，互不干扰。其中有一个绕组群进行再生，将其变换整流后与外接电源或蓄电池连接用于回输充电。另许绕组可进行控制作用和向外输出电能。

这种磁动机结构中所述共转子内外两层磁钢的极性是相对的，发电磁体和磁动磁体磁通共用转子铁心磁路形成内外层磁体两极之间的两个磁路独立的双层磁转子结构，在磁铁两极之间的铁轭截面的大小必须保证全磁通量时，而不会出现磁饱和。

内电枢励磁铁芯采用厚度≤0.1mm无取向高磁饱高磁导低饱和磁场低矩比低损耗(高电阻以减少涡流损耗，零矩比磁回线小以减少磁滞剩磁对衰减能量的损耗)磁饱和拐点明显的铁基非晶、微晶或超导磁铁镍合金电磁薄片材料制作。

感生反电动势辅助抵消绕组设置在激磁铁芯导磁铁轭段磁通高变部位，反向串入励磁绕组回路以辅助抵偿绕组感生反电势，利用这种辅助绕组为定子激磁绕组的感生电势提供一种波动抵消，使定子激磁绕组中的感生反电势进一步降低，因其匝数较少，对电磁滋长和铁芯饱和磁通处的扰动较小，对输出功率的影响也较小。

2.电子驱动控制电路部分

装置驱动控制部分的电路包括电源、电压变换与整流滤波、驱动与微电控制、转子位置感测、电感能量反馈与发电能量回输等几部分，电感能量反馈采用电容高压充贮方式，供电采用高压恒流双极性电子桥驱动。因电子驱动控制电路等在现有各种无刷电机的驱动控制中被广泛应用，均为已有共知技术，其成品在市场上既可购得，在此不予以详细表述，仅对过程特殊要求予以大致说明。

本电路的驱动原理是：由电源所提供的电能转换为不同的直流电压后供驱动控制等部分使用。飞轮每旋转一定角度由位置感测器件(13)输出位置控制信号，电子驱动器根据传感器测取的转子磁极相对于激磁定子铁芯极的位置向电枢激磁绕组按一定相序通入不同方向的激磁电流而转换过极，通电方向随转子旋转位置而呈间歇周期性变化，则转子磁极因受到激磁定子电磁极的吸引和排斥力矩而驱动旋转，同时外侧的发电机绕组向外输出电功率。

其基本工作过程是：

当转子铁磁吸引旋转达两极最近点a₁位置时，位置编码器按一定相序输出控制信号驱动功率电路的开关管S₁、S₃导通向作为电源负载的定子励磁绕组直流高低压斩波恒流供电，以满足绕组电感电流滋长与作用过程中对电压的要求，激磁线圈的电流在电感阻滞下呈指数上升并达工作电流设定值，激磁线圈电流的磁化场使定子铁芯极磁化并维持磁饱和的电磁铁状态，转子与定子两铁磁极间相互排斥发生位移转动，过程中通过取样反馈PWM调制控制电流保持稳定工作状态。

当转子旋转达所设位置时传感器输出信号控制驱动开关管S₁、S₃关闭切断定子励磁线圈电流，激磁绕组电感衰减电流通过与开关管并联的单向导电的续流二极管向上述高压储能电容回贮电感衰减放电转化为电位能，因有大的关断时间间隔，可从容反馈回流电感衰减能量。

此后转子受前极铁磁相吸继续转动至相吸低点位置a₂时，位置编码器按相序输出控制信号驱动电子桥另臂开关管S₂、S₄导通，开始与上周期相同而供电极性不同的激磁线圈的供电过程，在这一供电过程，高压储能电容中的电能将重新进入供电线圈而转化成电感电磁能。

当运转达所设转子位置时传感器输出信号控制驱动开关管S₂、S₄关闭，此时绕组电感电流通过与开关管并联续流二极管重新向储能电容器充电，二极管的单向导电性阻止回流。此时一个循序换流过程完毕。

此过程的重复循环，转子不断被驱动而得到连续转动。

在实际装置的试制中，除结构参数与材料选择外，电源效率与电感衰减能量反馈等也是决定装置效益比的另一重要因素。

例2：一种定转子同步双励磁动机

其本体结构与现有同步电机类基本相似，相互作用的定转子极之齿槽通电时同相同步双励磁至磁饱和而相互作用，其驱动电路有所不同。

1.电磁机械本体结构

图7a与7b所示为本发明例2所述一种定转子同步双励磁动机本体部分结构示意和横切剖视图，结构与现有同步、异步电机基本相同，其本体具有安装在固定支承部上采用整体结构的定子铁芯(4)和励磁绕组(6)，装在转子支架上的转子铁芯(3)和转子励磁绕组(11)，与两端通过支承部轴承支撑可自由旋转的转轴(1)组成刚性相连可一起旋转的共转子体。定子与转子呈隐极结构，对应定子极内缘与转子外缘形成有一定的气隙长度，后外罩(10)内在转轴端设置有转子绕组供电刷(12)，位置编码器(8)和电子驱动控制板(9)。在覆盖定子和转子的外部装有金属板冲压引伸而成具有加强筋的电机外壳(5)与其前端盖(2)和后端盖(7)。在覆盖定子和转子的外壳支架及转子与定子端面开有散热孔和设置有散热部件，在转子内形成流动换热。

定子电枢与转子励磁铁芯采用厚度≤0.1mm无取向高磁饱高磁导低饱和磁场低矩比低损耗(高电阻以减少涡流损耗，零矩比磁回线小以减少磁滞剩磁对衰减能量的损耗)磁饱和拐点明显的铁基非晶、微晶或超导磁铁镍合金电磁薄片材料制作。

定子与转子铁芯同相可以分布式或集中式绕制激磁绕组。

2.电子驱动控制电路部分

装置驱动控制部分的电路包括电源、电压变换与整流滤波、驱动与微电控制、转子位置感测、电感能量反馈等几部分。采用高压斩波恒流双励磁单极性电子臂驱动，电感能量反馈采用电容高压充贮方式。本电路的驱动原理是由电源所提供的电能转换为不同的直流电压后供驱动控制等部分使用。在一定角度由位置感测器件(8)输出位置控制信号，电子驱动器根据传感器测取的转子铁芯励磁极相对于定子激磁铁芯极的位置向定子电枢与转子电枢励磁绕组按一定相序通入不同方向的激磁电流，其电流方向随转子旋转位置而呈间歇周期性变化，转子励磁极受定子电磁极吸引和排斥而驱动旋转，通过转轴向外输出机械功率。其工作过程以下仅予以大致说明。

其基本工作过程是：

当转子铁磁吸引旋转达两极最近点a₁位置时，位置编码器按一定相序输出控制信号驱动功率电路的开关管导通向作为电源负载的定子和转子励磁绕组线圈直流高低压斩波恒流供电，以满足绕组电感电流滋长与作用过程中对电压的要求，供电中激磁线圈的电流在电感阻滞下呈指数上升并达工作电流设定值斩波恒流供电，激磁线圈电流的磁化场使定子与转子铁芯极磁化并维持磁饱和的电磁相互作用状态，定转子两铁磁极间磁相互作用驱动转子发生位移转动，过程中通过取样反馈控制电流按激磁铁芯磁饱和要求，拟合电流大小，以降低输入电功率，提高装置效益。

当旋转达所设转子位置时传感器输出信号控制驱动开关管关闭切断定子与转子励磁线圈电流，激磁绕组电感衰减电流通过与开关管并联的单向导电续流二极管向上述高压储能电容回储电感衰减放电转化为电位能，为下一供电过程励磁线圈电感的滋长提供电磁能。

在实际装置的试制中，除结构参数与材料选择外，电源效率与电感衰减能量反馈等也是决定装置效益比的另一重要因素。采用全功能检测的方法，以控制供电导通时间与状态控制，实现电机的转速一频率稳定运行。其过流、过压、自动相位控制等功能均为共知技术，在此不予赘述。

例3：一种电励磁阻磁动机

作为一种简易机型，本体磁作用部分仅由定子电励铁芯极与其相对转枢上的铁芯作用极组成，定子激磁极通电后对转子铁芯极的电磁吸引而运转，是现代电力电子和微电控制技术的应用，它的特点是结构简单，运行可靠，成本低廉，体积紧凑。

该工作系统由磁阻磁动机本体和电子驱动控制两大部分组成，驱动控制与能量反馈部分为公知技术，这里从略。下面即对其工作机予以说明。

1.电磁机械本体结构

图8a与8b所示为本发明例3所述一种磁阻磁动机本体部分结构示意和横切剖视图，结构与现有铁磁相吸运转方式的开关磁阻电机、步进电机等基本相同。其本体具有安装在固定支承部上的定子铁芯(4)和定子励磁绕组(6)，与装在支架上的转子铁芯(3)两端通过支承部轴承支撑着自由旋转的电机转轴(1)组成刚性相连可一起旋转的共转子体。定子与转子呈8/6极凸极大极面结构，极面外缘宽，在换极处转子磁移交换磁通，保持定子激磁磁导通路。对应励磁定子极内缘与转子外缘形成有一定的气隙长度，在覆盖定子和转子的外部装有薄钢板冲压引伸而成具有加强筋的电机外壳(5)与其前端盖(2)和后端盖(7)，后外罩(10)内安置位置编码器(8)和电子驱动控制器(9)。

定子电枢与转子励磁铁芯采用厚度＜0.2mm无取向高磁饱高磁导低饱和磁场低矩比低损耗(高电阻以减少涡流损耗，零矩比磁回线小以减少磁滞剩磁对衰减能量的损耗)磁饱和拐点明显的铁基非晶、微晶或超导磁铁镍合金电磁薄片材料制作。

为了尽量降低激磁强度要求，亦减小磁气隙，利用定转子间铁芯的导磁作用，采用定转子大极靴以降低运转磁阻易激磁于磁饱和。

2.电子驱动控制电路部分

装置驱动控制部分的电路包括电源、电压变换与整流滤波、驱动与自动控制、转子位置感测、电感能量反馈等几部分。在PWM开关电源电路的输入端常以大电容的方式实现大电流供给。由于高磁导率铁芯与其激磁至磁饱和的线圈绕匝较多，通常励磁线圈的电感亦较大，本例采用高压斩波拟流单极性电子臂驱动，电感衰减能量反馈采用电容高压回贮方式。本电路的驱动原理是由电源所提供的电能转换为不同的直流电压后供驱动控制等部分使用。在一定转角位由位置编码器(8)输出位置控制信号，电子驱动器根据传感器测取的转子铁芯相对于定子励磁极的位置分相分别向定子电枢励磁绕组通入一定相序的可控激磁电流，供电相随转子旋转位置而呈间歇周期性变化，转子铁芯极受励磁定子电磁吸引而旋转，通过转轴向外输出机械功率。其工作过程以下仅予以大致说明。

其基本工作过程是：

当转子铁芯极旋转达某相序两极中点位置时，位置编码器输出控制信号驱动功率电路的开关管导通，上述高压贮能电容C和供电源向作为电源负载的定子相励磁绕组线圈高低压恒流斩波供电，以满足绕组电感电流滋长与作用过程中对电压的要求，激磁线圈的电流在电感阻滞下呈指数上升，工作电流按其相位置设定值维持斩波励磁电流拟流供电，激磁线圈电流的磁化场使定子铁芯磁化并维持运行在磁饱和状态而使两铁磁极间磁相互吸引而驱动转子旋转，过程中通过取样反馈控制电流按激磁铁芯磁饱和要求拟合电流大小，以降低输入电功率，提高效益。

当转子相旋转达两极所设最近位置时传感器输出控制信号驱动开关管关闭切断定子相励磁线圈电流，激磁绕组电感衰减电流通过开关管并联的续流二极管向高压储能电容C反馈回贮电感衰减能量转化为电位能，为下一供电相励磁线圈电感的滋长提供电磁能。

上述步骤的重复进行，每相绕组依次通入电流驱动转子不断位移而运转，控制开关依次循序逻辑运行而驱动，通过转轴向外输出动力。

在实际装置的试制中，除结构参数与材料选择外，电源效率与电感衰减能量反馈等也是决定装置效益比的另一重要因素。采用全功能检测的方法，以控制供电导通时间与状态控制，实现电机的转速一频率稳定运行。其过流、过压、自动相位控制等功能均为共知技术，在此不予赘述。

Claims (10)

1.一种电磁运动能量产生装置与方法，装置系统由电磁机械本体和电流驱动控制部分所组成，其基本特征是：在类似于常规电机本体结构的定子铁磁基体具有多个延伸部的磁极单元与设置于各磁极单元区域外部周壁缠绕有若干可使电流通过产生激磁作用的电励磁绕组线圈组成的电枢体，和在其电枢体内侧或外侧铁磁极缘表面相隔一定距离留有气隙设置与其构成磁力作用的装设有铁磁极齿或可使电流通过产生激磁作用的电励磁线圈绕组铁磁极单元或若干不同排列的永磁体组构的电磁转枢组合体，及使两者保持其相对位置相连的支承机架与控制部件，所述转枢轴支承可以是机械的或磁悬浮或气浮等不同方式或其组合，电磁驱动控制部分包括对电磁机械本体工作磁极相互位置状态进行感测的位相传感、供电开关元件构成的馈电驱动、绕组电感能量反馈、运行状态控制以及电源变换电路所组构，以旋转或移动或旋线运动方式将磁力转换为机械动力；其基本工作方法既是利用铁芯非线性饱和磁化作用特征，通过定子与转枢高磁导高磁饱和铁芯工作极上所设励磁绕组的电流激磁作用，在电磁运行的一定相位区间，使线圈工作区域铁芯电激饱和磁化产生大的电磁作用力相吸与或相斥而推移转动，是以电磁作用铁芯磁饱和态抑制或减小其激磁铁芯绕组在运移磁场中的感生反电势与抗磁阻力。

2.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：所述工作铁芯为铁磁合金或金属的不同种类材料以晶态、非晶态、微晶态的不同薄片或微粉所组构，本类装置不仅利用其具有较大的磁化作用，更重要的是利用其非线性磁化存在磁饱和这一特征，不论哪种类型或方式，采用高磁导率高磁饱和低矩比低铁损磁饱和特征明显的铁磁材料有利于减少励磁绕组安匝而减小输入功率，选用饱和磁场与矫顽磁场小、磁致伸缩率低、电阻率高的铁磁材料及减小磁气隙提高铁芯回路磁导率可减小励磁安匝而降低激磁强度要求。

3.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：基本工作状态是铁芯励磁磁饱和，所述工作铁芯磁饱和是指维持具有这个状态特征的一个区域范围，磁饱和不同状态其励磁安匝与感生抗磁作用亦不同，设计励磁工作铁芯与方式为饱和值高效益区段，以致其工作过程的综合电磁作用能/反电动势褪电能的比最大为其优化选择。

4.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：包括可设于磁回路不同位置的工作在磁饱和区的激磁铁芯截面积或饱和磁感小于导磁铁芯的不等截面或磁感连接体，可将其中配置有激磁线圈部分的软磁铁芯或齿，替代性或补充性地由相对于普通软磁材料具有更有利可磁化性和剩磁更少性能更好的铁磁材料经一种合适的分段方式由不同材料来制造成组成体，不等截面或磁感连接体组成的励磁极经气隙与相互作用极组成磁回路。

5.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：由工作铁芯、导磁铁轭与磁气隙所组成的回路铁芯可为环形或多边形且铁芯的极可为多数，工作极可以凸极、隐极、齿状、爪状或复合磁极，以有隙磁传导、磁耦合方式组成旋转电枢而相互作用，磁极方向可轴向或径向或平行以及混合方式布置，而构成工作磁极的励磁绕组可以设置在定子、转子或定子与转子铁芯上的不同区段，组成内电枢或外电枢。

6.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：磁极可为电磁、永磁、超导磁或复合方式设置，或以抵消永磁体磁通方式形成作用磁极，极性可交替分布，亦可使其呈双体结构、磁通平衡过极，以电磁代替永磁，定子与转子双向电励磁、全区、全程电磁作用方式可提高单体功率密度，虽其工作方式可多种不同，由于其基本工作原理仍相同，仅是功能及用途或作用方式、控制特征方面有所差异，本技术方案能够完全覆盖所述内容。

7.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：为进一步抑制或降低电励磁绕组中的运动感生反电动势，可在激磁铁芯回路导磁铁轭磁通高变部位附加设置辅助绕组或另设独立绕组以抵偿感生反电势方式反向串入励磁绕组回路，为励磁绕组的感生变化提供一种波动抵消而进一步降低，亦可以电压负反馈方式抵消或降低励磁绕组中这种感生反电动势的作用，以致励磁绕组的综合感生反电势最小。

8.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：采用高压电容放电、高低压、拟控电压方法缩短励磁绕组电感工作电流滋长过渡时间，以电容高压充电方法缩短励磁绕组电感衰减电流回贮时间，使线圈电感贮存的电磁场能量重新返回供电电容或电源之储电设备中，工作线圈电感衰减能量的反馈循环利用亦是提高装置效益的重要方法。

9.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：励磁线圈铁芯磁饱和激磁电流为可控稳定直流电，以微电程控调制或数控拟合感生反电势作用下的激磁电流大小以减少输入电能损耗而经济运行。

10.权利要求1所述电磁运动能量产生装置与方法，其特征在于：把该类装置与发电机以不同方式组合或直接复合成一个工作系统，所产生的机械能量通过机电转换与反馈回输维持电机本体的自身运转，其成为一种输出大于输入而自持运转的机电能量产生装置；亦可以多组链级方式形成复合能量机组，以降低启动能量输入。

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