CN102939705B - 用作电动机或发电机的设备 - Google Patents

Abstract

用于作为电动机或发电机使用的设备（10），包括：一个电容器组件（20），该电容器组件包括：限定了一个第一导体区域（38）的一个第一导体部分（36）以及限定了一个第二导体区域（39）的一个第二导体部分（37），该第一和第二导体部分（36，37）是间隔开的以便限定一个通路（40）的相对两侧，该通路在该第一与第二导体区域（38，39）之间延伸；以及一个内部部分（50），该内部部分是沿着在该第一与第二导体区域（38，39）之间延伸的该通路（40）相对于这些导体部分中的至少一个导体部分可移动的。

Description

用作电动机或发电机的设备

说明书

本发明涉及一种作为电动机和/或发电机、或作为传感器/检测器换能器起作用的、处于旋转和线性两种形式的电动机器。

在作为电动机和/或发电机起作用的电动机器领域中的现有技术是由电磁设备主导，几乎排除了其他技术。这些机器分为若干类，如感应机器、有刷DC机器、同步AC电机器、永磁体机器、开关型磁阻机器，仅列出了更常见子类中的一些。毫无例外地，这些机器取决于两个元件（一个转子和一个定子）的电磁相互作用，使得在这些元件之间生成一个力，并且这个力被安排成作用在导致在这些元件之间生成一个力并且因此发生相对运动的一个方向上。

最近，已经被开发出来一类旋转机器，该旋转机器以压电原理运行，由此其中电荷引起一个元件弯曲，该元件然后与一个可旋转地布置的转子元件机械地相互作用并且生成一个转矩。这个原理也可以被应用到直线运动配置中。.

最近被开发出来另一类机器基于对超导材料的使用，该超导材料用作线圈材料，并且因此在这些线圈中形成很小的损失或没有损失。

也有基于静电原理的机器，这些机器一般落入两个子类中：一类基于所谓的“琥珀效应（Amber effect）”或摩擦引起的静电荷，并且第二类是取决于在转子与定子元件之间的外部产生的变化的高电压场。

当考虑全新机器的前景时（这是本发明的目的），考虑现有设计和技术的优势和弱点是有用的。在以下的说明中，旋转机器被用作参考，然而该描述同样适用于线性机器，其中推力取代了转矩并且平移取代了旋转。一个线性机器的可移动元件被称为转子并且静态部分称为定子，然而在旋转 和线性机器二者的某些构型中的，转子可以是静态的部分并且定子是可移动的部分。然而为了以下讨论的目的并且为符合惯例，术语转子在这里用于指代移动的元件。旋转机器可以被简单地视为圆形安排的线性力发生器。

考虑到在所有其他类中占主导的电磁机，有很多的问题应该是有希望消除的。

这一类的机器常常通过在其元件中的至少一个上使用金属丝（通常是铜丝）的线圈来建造，这些线圈以提供合适的力密度的方式被卷绕。由这些机器施加的力与线圈匝数的数量、在线圈中流动的电流水平和磁通量水平是成比例的，该线圈产生的磁场对于这些起反应。那么，旋转配置的机器中的转矩、或线性配置的机器中的推力，由于线圈相对于该转子元件的位置的几何形状以及其反应的磁场而形成。

对于一个给定尺寸的机器，力或转矩与在这些线圈中流动的电流直接相关，并且正是电流的变化产生了可变量值的力和转矩。因此由本领域技术人员应理解的是，这种机器在其输出力/转矩方面由于效率低下而受到其消散/移除所产生的热量的能力所限制。当然这是一个普遍的限制，适用于大多数已知的机器。然而，该电磁机器绕组损耗，即电阻性热损耗，与电流的平方是成比例的，而力是与电流是成比例的。因此，随着力/转矩的增加，损耗按照力/转矩的平方函数而增加，并且由于热学限制而很快限制该机器的输出。

因为磁场与线圈匝数也是成比例的，因此有可能具有更大数量的线圈匝数用以提供更低的工作电流。然而，通过增加线圈匝数来减少电流在任何给定物理尺寸的机器中导致同样水平的损耗。电流减半要求加倍线圈匝数以达到同样的力产生。在同样的可用体积的空间中将线圈匝数加倍需要该线圈导线的直径减半。因此线圈现在是长度加倍并且直径减半，因而产生了导线电阻的平方率增加，这进而给出了相同的损耗产物和减少的电流水平。

还可以看出，由于在电磁机器中的损失与转矩是成比例的，在固定的 转矩水平下（并因此固定损耗水平），随着速度降低，该损耗以输出功率的一个百分比而增加。因此对于将大部分工作时间花费在较低速度下但在较高的力/转矩下的机器而言，以百分比计，是实质上低效率的。

因此对于需要体积小和重量轻的高力/转矩机器，这种电磁机器具有重大的障碍。这种限制在某种程度上是通过使用良好的热学设计以确保热量被很快抽取到大气中、或通过基于在该机器内的某种形式的热交换的一种冷却系统（例如，如流体冷却通道等）来处理的。尽管如此损耗水平可能相当高并且设定了性能限制。电磁机器存在另一个缺点，就是得到既提供高水平的转矩又提供高的最大速度的一种设计是困难的。通常，一台机器以具有限定的最大电压水平的电源来运行。电磁感应规定了在线圈中感应出的反向电压（反电动势）与一个线圈中匝数、线圈产生的磁场与其起反应的磁通量、以及可移动元件相对于固定元件的相对速度的组合效果之间的物理关系。因此，对于限定的匝数和磁通量水平，对于在该反电动势接近或等于电源电压时所达到的相对速度是有限制的。在这一点上，电源电压不再足以迫使电流在系统中流动，从而力/转矩下降到零。因此可以看出，在具有限定的物理尺寸的机器中增加匝数以减少电流水平受到了该机器所要求的速度和可用的电源电压的限制。在多种应用中，如电动车中，同时需要在中等转矩具有较高的速度以及在中等速度有较高的转矩。这通常要求相对较少的匝数，以确保在可用的电源电压内达到所希望的速度，因此需要有相当高的电流以在较低的速度下提供该转矩。这个高电流于是就要求大的和昂贵的功率电子器件，随之需要有主动的和高强度的热交换系统用以保护这些电子器件。通常，必须作出权衡以实现线圈绕组相关的问题与电子器件额定电流之间的平衡。

电磁机器进一步遭受饱和问题（与磁回路，通常但不总是由铁或含铁材料构成）和/或铜绕组中的涡流损耗。在使用铁或含铁材料作为该磁路容纳装置的机器中，对于可以被有效地包含在给定的截面面积的铁内的磁通量水平存在非线性的限制。这个损耗因素是一个复杂的量、但增加了绕组损耗并且增加了热提取的问题。同样，在“无铁的”、即在转子或定子中都没有磁路的电磁机器中，对于线圈紧密地位于有效磁通量气隙中的这种需 要导致了在绕组中引起进一步的损耗。

压电机器不会遭受如电磁机器一样的损耗问题，因为它们形成与施加电压成比例的力而电流通常是非常低的。这提供了显著的机会来提高转矩密度。然而在这种情况下，由压电元件施加的弯曲力转换成线性力或转矩始终要求一个机械接口，例如以行走棘轮系统的形式。这必然导致机械磨损并且限制速度。由于压电元件的位移量是非常小的，在纳米或微米尺度上，在该机械接口处的相互作用是显著和频繁的。

超导机器通过使用无损导体来基本上消除了该机器中的热损耗。因此一旦建立流动电流，则不存在电流平方的损耗。这类机器的挑战是需要将这些导体维持在相对低的温度下—目前通常大约摄氏零下90度。此要求因而导致这些导体比其它情况下大很多。它进一步需要一个适当大小的低温系统，以使这些导体保持冷却并且这一系统本身是大型的、昂贵的、以及不是非常高效的。

在静电的“琥珀效应”情况下，由于在一个给定的尺寸中可能非常低的功率，通常存在很多限制。这主要是由可以在合适的绝缘材料的不连续区域中建立的静电电荷的水平导致的，并且需要某种形式的摩擦以引起与转子相接触。

在第二种静电情况下，自20世纪初起只有很少的工作得到证明。当时建立了静电机器的概念，然而普遍被抛弃掉，这是由于难以使旋转的导电元件紧密接近静止的导电元件，而使这些元件之间的电压为30,000V的量级。空气作为该移动和静止的元件之间的绝缘介质，对施加的电压赋予了固有的限制并且带来了快速击穿的显著风险，特别是如果空气不被保持得完全干燥的话。

虽然现有技术描述了一种形式的静电机器，其中电容系统的一个板是该定子，并且另一个是该转子，在其间具有小的气隙（J.G.Trump——电力的静电源（ElectrostaticSources for Electric Power）1947），所有这些静电设计的问题是，转矩与施加的电压是成比例的、并且与转子和定子元件之间的气隙是成反比的。因此，在现有技术中存在一个严重的限制，在于空 气具有特定水平的介电强度而使得对于给定的气隙而言，施加的电压可以不大于击穿电压。已经通过使用被抽真空的机器来尝试避免与受污染的或潮湿的空气相关的危险。然而，这增加了更多的复杂性并且仍然存在与这些导电元件的紧密靠近相关的风险。其次，转子必须被制作得非常鲁棒以防止转子元件预期在负载下变形，并且由于这种小的气隙，在转子与定子之间存在短路的风险。第三，使得转子被移位到稍微接近一侧或另一侧的任何的转子变形都会导致该力在那个方向上移动该转子，从而成比例地增加距离的平方的倒数。因此两个元件靠得越近，它们尝试更接近就越难。考虑到小的起动和供电隔离气隙，这使得机器处于高度的短路危险中。当该典型的施加电压很可能在30,000V的量级上或更高时，这是特别显著的。

因此，今天仍然需要非常有效的一类机器，该机器具有不依赖于转矩的平方率函数的损耗特性，并且不需要比铜线圈机器更多的容积，优选地更少的容积，并且无需任何用于冷却或生成真空的支持系统。

根据本发明的一个第一方面，提供了用作电动机或发电机的设备，该设备包括：一个电容器组件，该电容器组件包括：限定了一个第一导体区域的一个第一导体部分（或第一外部分）以及限定了一个第二导体区域的一个第二导体部分（或第二外部分），该第一和第二导体部分是间隔开的以便限定在该第一与第二导体区域之间延伸的一个通路（例如，概念上的通路）的相反两侧；以及一个（可电影响的）内部部分，该内部部分是沿着在该第一与第二导体区域之间延伸的该通路相对于这些导体部分中的至少一个可移动的。

以这种方式，可以提供用作电动机或发电机的换能器设备，其中在该第一与第二导体区域（例如导体板）之间产生的一个电场（例如静电场）将一个力施加在（电性非均匀的）内部部分（例如具有非均匀电容率的内部部分）上沿着该通路（例如，基本上垂直于所产生的电场）起作用。例如，该第一与第二导体区域之间产生的电场可以产生在该第一与第二导体区域之间的该内部部分中的不同极化的区域或与之相互作用。有利的是，本发明提供了与已知的现有技术的装置相比更简单并且重量更轻的解决方案以产生高转矩，具有基本上与输出功率成比例的非常低的电损耗的潜 力。它属于在前面讨论的第二类的静电机器，但潜在地没有早前设计的限制。该设备可能被使用在任何其中能源在电能和动能之间转换，反之亦然的应用中，包括用作电动机、发电机或传感器/检测器换能器。

该设备可能被配置成在电能与旋转运动之间进行转换（以下“旋转机器”），例如一个旋转电动机或旋转输入的发电机。然而，在另一个实施方案中该设备可能被配置成在电能与线性运动之间进行转换（以下“线性机器”），例如一个线性电动机或线性输入的发电机。在旋转机器的情况下，该设备的移动部分（例如转子）可以具有基本上环形的轮廓。

该内部部分可以是该设备的可移动部分（例如，转子的形成部分）。该第一和第二导体部分中的至少一个可能是该设备的静止部分（例如一个或多个定子的形成部分）。

在一个实施方案中，该内部部分是一个可极化的（例如一个可极化的介电部分或导电部分）或被极化的（例如一个驻极体部分）部分。以这种方式，该内部部分的一个相对高极化的区域被该第一与第二导体区域之间产生的电场所吸引（或排斥），由此产生的电场尝试将该内部部分与该电场对准或进一步对准。、

在一个实施方案中，该内部部分可以包括一个电绝缘体（例如可极化的电介质）。

该内部部分可以被配置成遵循一条穿过该通路的路径。在一个实施方案中，该内部部分包括沿着该路径间隔开的第一和第二区域（例如相邻的区域），该第一和第二区域被配置成对在该第一与第二导体部分之间形成的电场提供不同水平的（例如电的）吸引（或不同水平的（例如电的）排斥）。在一个实施方案中，该第一区域具有比该第二区域更大的电极化趋势或电极化水平（或具有基本上相反的极性）。在一个实施方案中，该第二区域包括一个框架并且该第一区域被该框架接纳。在一个实施方案中，该框架是围绕该第一区域模制的（例如使用注射模制）。在一个实施方案中，该框架是由玻璃填充的聚碳酸酯或芳纶填充的材料模制的。

在一个实施方案中，该第一和第二区域中的一个是介电区域。例如， 在一个实施方案中，该第一区域是一个第一介电区域并且该第二区域是一个第二介电区域，第一介电区域具有大于该第二介电区域的相对电容率（例如，静态相对电容率）。该第一介电区域可以具有高的相对电容率。该第二介电区域可以具有低的相对电容率。例如，该第一介电区域可以具有超过该第二介电区域100倍的相对电容率。在一个实施方案中，该第一介电区域可以具有超过该第二介电区域的100倍或甚至超过该第二介电区域的1000倍的相对电容率。该第一介电区域与该第二介电区域的比率越大，产生给定水平的转矩所需的施加电压越小。在一个实施方案中，该第一介电区域具有至少500的相对电容率。在另一个实施方案中，该第一介电区域具有至少1000的相对电容率。在一个实施方案中，该第二介电区域具有小于10的相对电容率。在另一个实施方案中，该第二介电区域具有小于5的相对电容率。

在另一个实施方案中，该第一区域是导电的。以这种方式，可以使用在该第一与第二导体区域之间产生的电场可以被用于以与介电性第一区域的极化类似的方式来极化该导电性第一区域。这个被极化的导电性第一区域于是对这个（例如非导电性的）第二区域提供了一种不同水平的电吸引。该导电区域可以包括金属合金。

在使用中，该第一区域可以在相对于该设备的第一取向上被极化，并且该第二区域可以在相对于该设备的第二取向上被极化。例如，该第一和第二取向可以是基本上相反的（例如分别为正和负）。在一个实施方案中，该第一区域包括在相对于该设备的第一取向上被极化的一种永久极化的材料，并且该第二区域包括在相对于该设备的第二取向上被极化的一种永久极化的材料。例如，该第一和第二区域可以包括一种驻极体材料（例如一种静电双极性材料）。

该内部部分可以包括一个本体（即，固体本体）并且被配置成用以在该设备作为电动机或发电机使用过程中的任何时候都保持第一与第二导体部分之间的分离（例如作为该第一与第二导体部分之间的一个永久绝缘的电介质屏障）。例如，在一个线性机器中，该内部部分可以具有超过该通路的一个长度。在一个旋转机器的情况下，该内部部分可以是连续的（例 如具有一个环形轮廓）。至少一个导体部分可以具有一个相应的环形轮廓。在一个实施方案中，该绝缘体部分可以被配置成用于基本上填充在该第一与第二导体区域之间延伸的该通路，同时该绝缘体部分相对于该第一或第二导体部分移动。在一个旋转机器的情况下，该内部部分的这些导体部分和区域（例如第一和第二散布的区域）可以相对于该设备的旋转轴线基本上径向对准。

该第一和第二导体部分中的至少一个导体部分可以包括用于对应地支撑该第一和第二导体区域的一个电绝缘的本体。例如，这个或每个本体可以包括一种高介电强度的、低电容率的绝缘材料。因此，该第一和第二导体部分可以既包括导电的区域又包括不导电的区域。

在一个实施方案中，这个或每个电绝缘本体可以包括至少一个可极化区域（例如可极化的介电区域）。以这种方式，局部静电容被提供用于在该设备中局部地储存能量，因此减少了必须在旋转周期的每个阶段被反复传递回到并且穿过该设备的电源的循环电荷。有利的是，使用这样的局部电容允许更有效地利用高电压导体区域，从而导致力/转矩生成的增加。此外，可以基本上减少或甚至消除互连电感的影响，从而减少瞬态电压尖峰和过电压事件的风险。在一个实施方案中，该电绝缘本体至少一个可极化区域位于该第一和第二导体区域之一与另一个导体区域之间（例如如下文限定的第二与第三导体区域之间）。

该电绝缘本体可以进一步包括至少一个相对不可极化的区域。在一个实施方案中，该电绝缘本体的这个或每个可极化区域包括一个可极化材料的本体，该本体被容纳在由该绝缘本体的不可极化的区域限定的一个室或凹陷中。在另一个实施方案中，该电绝缘本体的可极化的区域是由遍布该电绝缘本体的不可极化的区域分布的可极化颗粒形成的。例如，该电绝缘本体可以包括一种具有分布于其中的可极化颗粒（如陶瓷颗粒，如钛酸钡或钛酸铜钙颗粒）的聚合物（例如聚碳酸酯）。有利的是，使用嵌入的可极化颗粒允许了导体部分的简单且低成本的制造（例如，作为单一的操作注射模制物）。

在一个实施方案中，该电绝缘本体的这个或每个可极化的区域是一个 介电区域，该介电区域具有比该电绝缘本体的不可极化的区域更大的相对电容率（例如静相对电容率）。该电绝缘本体的可极化的区域可以具有一个高的相对电容率。该电绝缘本体的不可极化区域可以具有一个低的相对电容率。例如，该电绝缘本体的可极化区域可以具有超过该电绝缘本体的不可极化区域100倍的相对电容率。在一个实施方案中，该电绝缘本体的可极化区域可以具有超过该电绝缘本体的不可极化区域的100倍、或甚至超过该电绝缘本体不可极化区域的1000倍的相对电容率。

在一个实施方案中，该电绝缘本体的可极化区域具有至少500的相对电容率。在另一个实施方案中，该电绝缘本体的可极化区域具有至少1000的相对电容率。

在一个实施方案中，跨过该电绝缘本体的可极化区域而施加的电压的极性和跨过该内部部分而施加的电压的极性是相反的。以此方式，由于对施加的电场的压电响应，在这些导体部分和内部部分中的可极化部分的轴向尺寸的改变对于任何给定的电压极性在方向上可以是相反的、并且幅度上是大致上类似的，从而允许控制这些相邻部分之间的间距，即使在高电场之下也是如此。

在一个实施方案中，该内部部分相对于该第一和第二导体部分中的每一个都是可移动的（例如这些导体部分相对于彼此是基本上固定的）。

在另一个实施方案中，该内部部分相对于该第一和第二导体部分中的仅一个是可移动的。例如，该内部部分可以包括被附接至该第一和第二导体部分之一上的一个绝缘体层。该设备可以包括被附接至另一个导体部分上的另外一个绝缘体层。该绝缘体层沿着该通路可以是同质的（即，沿着该通路的力产生是由于该第一与第二导体部分之间的吸引而发生的），或者沿着该通路可以是不同质的（即，沿着该通路的力产生是由于所产生的场与该非同质的内部部分之间的相互作用而发生的）。

该设备可以被配置成向该第一与第二导体区域中的至少一个选择性地施加一个激活电压。

该内部部分可以包括多个第一区域和多个第二区域（例如散布在该第 一区域之间）。在一个实施方案中，该第一和第二导体区域之一包括沿着该通路间隔开的多个分立的（例如电隔离的）导体子区域，并且该设备被配置成向该多个分立的导体子区域中的每一个施加一个激活电压。

在一个实施方案中，该多个分立的导体子区域被划分成两个或更多个散布的（例如，均匀散布的）群组，并且该设备被配置成向该多个分立的导体子区域的每个群组施加一个激活电压。该设备可以被配置成对于一个群组中的每个分立的导体子区域施加一个基本上同相位的、但不必相同极性的激活电压。一旦在一个群组中的这些分立的导体子区域被该激活电压激活，由这个群组中的每个分立的导体子区域产生的电场就在该内部部分的多个第一区域之一的附近施加一个力。为了导致产生平滑的力或转矩，该内部部分的这些第一区域可以均等地间隔开（例如，在转子机器的情况下均等地环圆周间隔开）一个距离，该距离大于一个导体部分中均等间隔开的导体子区域之间的间距。以此方式，当该内部部分的该多个第一区域中的一个移动成与一个导体子区域对准时，该内部部分的该多个剩余的第一区域中的至少一个将会与一个附近的导体子区域错开。该内部部分的这些第一区域之间的间隔程度可以被选择成确保在该内部部分的该多个第一区域中的一个移动成与一个导体子区域对准时，与一个附近的导体子区域错开的这至少一个剩余的第一区域与那个导体子区域部分地重叠，以确保由该导体子区域产生的电场可以在第一部分一旦被激活时立即对其施加足够的力。

在一个实施方案中，该设备被配置成按顺序为该多个分立的导体子区域中的每个群组提供一个激活电压（例如电压有可能同时地被施加至该多个分立的导体子区域的多于一个群组中，然而在任何一个时刻，超过阈值水平的电压仅被施加在该多个分立的导体子区域的一个群组中）。在一个实施方案中，该激活电压是可变电压。该激活电压可以具有一个瞬时水平，该瞬时水平是在（可移动的）内部部分与至少一个固定的导体部分之间的电学角度的函数。在一个实施方案中，该电压是以多相位的、基本上以正弦波的方式同步于每个相位群组的角位置地施加的。

该激活电压可以具有足够的幅度以确保这些激活的导体区域之间的电 通量密度是大于每平方米50库仑，并且优选地大于每平方米500库仑。

另一个导体区域可以包括沿着该路径间隔开的多个分立的导体子区域。该多个分立的导体子区域中的每一个都可以与该第一或第二导体区域的该多个分立的导体子区域中的一个对应的导体子区域对齐。

在一个内部部分包括多个第一区域和多个第二区域（例如散布在这些第一区域之间）的情况中，该多个分立的导体子区域可以被安排成在沿着该内部部分的多个位置处产生一个场。在旋转机器的情况下，该多个分立的导体子区域和该内部部分的这些区域（例如散布的第一和第二区域）可以围绕该设备的旋转轴线环圆周地间隔开（例如均匀地环圆周间隔开）。以这种方式，该设备可以被配置成当作为电动机运行时连续地产生转矩以提供连续的旋转、或当作为发电机运行时连续地产生电力。该多个第一区域可以具有一个圆周宽度，该圆周宽度基本上与这些分立的导体子区域中的每个的圆周宽度类似。

这些导体子区域中的每一个都可以被间隔开以确保环圆周地相邻的子区域之间的电压隔离。

在一个实施方案中，另一个导体区域可以包括一个连续的导体区域，该导体区域（例如连续地跨过该多个分立的导体子区域中每一个的一个面）在该第一或第二导体区域的该多个分立的导体子区域的每一个之间延伸。例如，该连续的导体可以形成该电容器组件的一个接地平面。有利的是，使用这样的连续导体可以用于减轻连接的复杂性，因为在运行中仅有在一个导体部分上的这些导体子区域需要被单独地定址。此外，使用这样的连续导体可以允许跨过每个导体对而更容易施加全部电源电压。

在另一个实施方案中，该设备包括另外一个电容器组件，该电容器组件包括：限定了一个第三导体区域的一个第三导体部分以及限定了一个第四导体区域的一个第四导体部分，该第三和第四导体部分是间隔开的以便限定一个另外的通路的相对两侧，该另外的通路在该第三与第四导体区域之间延伸；以及一个另外的内部部分，该另外的内部部分相对于该第三和第四导体区域中的至少一个导体区域沿着该另外的通路是可移动的。该第二和第三导体区域可以是多个可分离的部分或者替代地是连续的（例如能够作为该首先限定的电容器组件和另外的电容器组件的一个电容器板起作用的一个单个部件）。

该内部部分和另外的内部部分可以被配置成同步移动（例如连接在一起）。该内部部分和另外的内部部分可以通过多个销连接，这些销被配置成延伸穿过该内部部分和另外的内部部分。这些销可以被配置成传递由该设备产生的力/转矩。例如，这些销可以基本上是刚性的。在旋转机器的情况下，可以使用多个环圆周间隔开的销将局部应力分布在该设备周围，以便通过避免在该设备的局部部分中循环施加转矩而增加可靠性。每个销可以被配置成通过该设备的所有内部部分（例如来提供将转矩传输到在该设备的相反侧的该连接销上，并且传输到每个内部部分之间的位置上）。

该设备可以被配置成选择性地向该第三与第四导体区域施加一个激活电压。在一个实施方案中，该设备可以被配置成在向该另外的电容器组件的第三和第四导体区域施加一个激活电压的同时向该第一和第二导体区域施加一个激活电压。因此，该首先限定的电容器组件的操作被该另外的电容器组件增强。

在另一个实施方案中，该设备可以被配置成按顺序对该首先限定的电容器组件的第一和第二导体区域施加一个激活电压、并且然后对该另外的电容器组件的第三和第四导体区域施加一个激活电压（例如，在任何一个时刻，高于阈值水平的电压仅被施加到该首先限定的组件和另外的电容器组件中的一个上）。

该设备可以包括至少一个如上文限定的另外的电容器组件。因此，在本实施方案中该设备可以一共包括n个电容器组件，其中n是三个或更多。包括该第三和第四导体部分的该另外的电容器组件可以按n个电容器组件的顺序被指定任何物理位置（即该第三和第四导体部分被限定为如此，因为它们是将在该权利要求书中介绍的第三和第四导体部分，而不是因为它们必须是这些电容器组件被安排在该装置中的物理顺序中的第三和第四个导体部分）。例如，在一个实施方案中，该第一和第四导体部分对应地形成了该设备的第一个和最后一个导体部分，该至少一个另外的电容器组 件位于这二者之间。

在用于在电能与旋转运动之间转换（即从电能到旋转运动，反之亦然）的设备的情况下，这些电容器组件的导体部分可以各自与这些内部部分的旋转轴线对准（例如，使得在这些导体部分上的每个角度点承受相同的轴向力），因此在使用中，作用在位于该第一与第四导体部分之间的这些导体部分上的力被最小化。

在一个实施方案中，该第一和第四导体部分（例如，内部和最外部的导体部分）包括与仅一个内部部分相关联的多个导体区域（即，多个单侧导体部分）。该第一个和最后一个导体部分可以比该位于该第一个与最后一个导体部分之间的这些导体部分在机械上是更加鲁棒的，以便承受住由该设备产生的任何轴向力。在一个实施方案中，第一个和最后一个导体部分可以进一步包括与所处地面隔离的一个导电屏蔽层（例如，定位在这些导体部分的电绝缘本体的向外面向的表面上）。以此方式，噪声电流可以被捕获并且返回到通常状态而不用担心它们通过地面传递，从而最小化电磁干扰。在一个实施方案中，该导电屏蔽层包括一个导电薄膜。

这个或每个内部部分可以通过流体（例如气体或液体）与至少一个相邻的导体部分分离。

在一个实施方案中，该流体是具有大于1的相对电容率的介电流体。例如，该流体可以具有大于该第二介电区域的相对电容率。例如，该流体可以具有高的相对电容率。在一个实施方案中，该流体具有至少10的相对电容率。在另一个实施方案中，该流体具有至少20的相对电容率。

该流体可以具有小于该绝缘体部分的高电容率区域的电容率的50%的一个相对电容率。以此方式，该流体的电容率没有高到替代允许该场通过该内部部分而会将在该第一与第二导体区域之间产生的电场从一个导体子区域分流到一个相邻的子区域的程度。

在一个实施方案中，该设备被配置成在该第一与第二导体区域之的流体中产生一个导电区域（例如，在相对的一对导体子区域之间（例如基本上仅仅在二者之间）的流体中的一个局部导电区域）。以此方式，可以实 现在该内部部分与导体区域之间的有效的无摩擦电接触，由此减少或甚至消除电场强度由于该流体的介电常数的任何损耗。有利的是，在这个或每个内部部分与一个相邻的导体部分之间提供这样的局部导电性运行间隙可以用于减小跨过相对的多对导体子区域之间的运行间隙的电压降，由此对于预定的施加电压提供了改进水平的力产生。

该设备可以被配置成通过对流体施加电场而在该流体中产生具有导电性的局部区域。在这种情况下，该流体可以被配置成当暴露于电场中时将其电学性能从电绝缘体改变到电导体。例如，该流体可以是可电离的流体（例如可电离的气体，如惰性气体或空气）。在一个实施方案中，该可电离的流体在暴露于电场中时形成了等离子体（例如热学的或非热学的等离子体）。在另一个实施方案中，该流体可以是可极化的流体或者是一种包括分散在该非导电性流体中的可对准的导电粒子（例如分子）的流体。在一个实施方案中，在这相对的一对导电子区域之间产生的电场被配置成在该流体中产生具有导电性的局部区域。

在一个实施方案中，该设备可以被配置成使得在该第一与第二导体区域之间的局部区域中的流体电离（例如，可电离的气体）。在一个实施方案中，在该第一与第二导体区域之间产生的电场被配置成用于电离该流体（例如，可电离的气体）。在一个实施方案中，在该第一与第二导体区域之间产生的电场被配置成在一个第一运行模式中对流体施加应力超过其介电极限（例如，产生等离子体）。

该设备可以被进一步配置成使得该流体的电离持续（例如，可电离的气体）。在一个实施方案中，该设备可以被配置成施加一个持续电压以维持该流体的电离。例如，在该第一与第二导体区域之间产生的电场可以被配置成在第二操作模式中保持该流体的电离（例如，通过按照第一和第二控制项来控制被施加到该第一和第二导体区域上的电压，其中第一控制项对应于对于一个需求的力/转矩所要求的电压，并且该第二控制项是为了使得该气体的电离持续而对该第一控制项的调制）。在另一个实施方案中，该设备可以进一步包括用于维持该流体的电离的一个维持装置。在一个实施方案中，该维持装置可以包括一种光子源。

这些导体子区域可以各自包括一个暴露的周边，该周边基本上不含尖锐边缘（例如，具有基本上修圆的拐角和/或边缘），从而将该暴露的周边周围的电应力的出现概率最小化。以此方式，可以降低电晕放电的风险。

这个或每个内部部分可以与每个相邻的导体部分分离开小于0.5mm的运行间隙。

该设备可以进一步包括用于维持该内部部分与这个或每个电容器组件的这些导体部分之间的预定最小间隔的定位装置。

在一个实施方案中，该定位装置包括一种加压流体系统，该加压流体系统被配置成在该（或每个）内部部分与这些导体部分（例如，向这个或每个内部部分的相对的面）的相对的（径向）面之间施加一个平衡性流体压力（例如，基本上均匀地在它们之间），从而矫正或防止这个或这些内部部分相对于这些导体部分的任何偏移性位移。在一个实施方案中，该加压流体系统被配置成在高于大气压的压力（例如大于1.1巴）下提供流体。在一个实施方案中，该加压流体系统被配置成在1.1至6巴的压力下提供流体。通过使用加压系统，可以在高且波动性的力下实现低摩擦运行。另外，穿过该设备的加压流体可以被用于为该设备提供主动冷却，并防止（或至少减少）污染物凭借压差而进入到该系统中。

该流体（例如气体或液体）可以是如以上限定的流体。

该加压流体系统可以包括一个加压流体源。

在一个实施方案中，该流体压力系统被配置成提供一个力以用于抵消（例如基本上抵消）在内部部分与这些导体部分之间的电动力（例如吸引性电动力）（例如，在该装置被配置成在电能和旋转运动之间转换的情况中，为轴向力）。此外，该加压流体系统可以被配置成提供一个力以用于抵消（例如基本上抵消）起作用来减少该内部部分与这些导体部分之间的分离的外部引起的力（例如，外部引起的轴向力）。

该流体压力系统可以被配置成提供一个负载支撑力以用于将该内部部分维持在相对于该至少一个导体部分（即静止的导体部分）的一个预定的位置中（例如在该装置被配置成在电能和旋转运动之间转换的情况中为径 向位置）。以此方式，该流体压力系统可以起作用来作为该设备的移动部分与静止部分之间的一个流体支承系统，以用于将该内部部分维持在相对于该至少一个导体部分的一个预定的位置中，即使在外部引起的力下也是如此。当用作流体支承系统时，该流体压力系统可以用比仅用于抵消该内部部分与这些导体部分之间的电动力时的更高的压力来提供流体。相应地，可能需要一种低粘度的流体以最小化由该流体中的剪切应力引起的阻力损失（例如，介电常数大约为1的空气，或介电常数约为1.6的二氧化碳，或另一种合适的流体）。

在一个实施方案中，该流体压力系统包括至少一个加压流体通道，该加压流体通道与该加压流体源是流体连通的以用于向一个相邻的内部部分供应加压的流体。该至少一个加压流体通道可以包括一条通路或多条通路以及进入该通路中的一个出口，这些通路被配置成用于当流体从中穿过时提供一个预定的压力降。在一个实施方案中，该出口与该内部部分的底侧相邻。在一个实施方案中，该出口与该内部部分的一个面相邻。在出口与该内部部分的一个面相邻的情况下，该流体系统可以包括多个均匀分布的出口（例如围绕旋转轴线环圆周地均匀分布在一个旋转机器中）。

该加压流体系统可以被配置成用于改变流体压力（例如取决于对该设备的力/转矩需求、和/或取决于用于在电能与旋转运动之间转换的设备中转子的旋转速度）。在一个实施方案中，流体压力被配置成与力/转矩需求是成比例的（例如，基本上是成正比的）。以此方式，当存在大的力/转矩需求时，由该加压流体系统提供的恢复力可以被用于抵消在该设备中产生的大的电动力。

在包括多个旋转盘作为转子的旋转机器的情况下，这些旋转盘可以在使用中提供一种泵送效应（由这些盘的表面与该加压流体之间的边界层相互作用而产生，在高的旋转速度下这可以是显著的），以用于将流体从该加压流体源中抽出。在该加压流体源包括一个泵的情况下，通过这些转子的运动而产生的泵送效应可以有利地减小该泵上的负荷。

该加压流体系统的一个进一步的优点是侵入保护。通过确保内部压力总是高于环境或大气压力，就保护了该机器免于污染物例如水或灰尘的进 入。

以上限定的这些导体部分和/或内部部分中至少一个可以包括一个涂层（例如，耐磨的涂层）。例如，以上限定的这些导体部分和/或内部部分中至少一个可以被涂有陶瓷涂层（例如，二氧化钛、钛酸钡、钛酸锶或氧化钛）或类金刚石碳涂层、或聚合物涂层。该涂层材料针对其电容率属性和/或其耐磨性/低摩擦特性进行选择。该涂层可以具有小于100微米的厚度（例如小于50微米）。例如，该涂层可以具有介于5至10微米之间的厚度。该涂层可以具有这样的厚度：该厚度比该内部部分与这个或每个电容器组件的导体部分之间的间距（即，限定了该内部部分与导体部分的多个相邻外表面之间的运行间隙的这个间距）大。例如，该涂层可以比该内部部分与这个或每个电容器组件的这些导体部分之间的最小间距（例如，如果该导体部分包括该涂层的话，为该内部部分与涂层导体部分的外表面之间的这个间距）至少厚三倍。以这种方式，由该内部部分的位移产生的任何偏移力的幅度可以被被限制在一个水平，该水平与该涂层关于该内部部分与多个导体部分之间的运行间隙的相对厚度成比例。

该涂层可以具有多种物理属性，这些物理属性提供了耐磨/低摩擦以及相对高的介电常数。例如在一个实施方案中，该涂层具有大于5的相对电容率。在一个实施方案中，该涂层材料是氧化钛，氧化钛具有30至50的介电常数，同时具有适当的硬度与低摩擦。有利的是，提供一个具有相对高的介电常数的涂层允许使用具有低的介电常数的流体例如空气（例如，清洁的干燥空气），来作为在以上限定的流体压力系统中的流体，而总的电容率只有极小的减小。在另一个实施方案中，类金刚石碳因为其硬度和低摩擦而被主要地使用。类金刚石碳具有较差的介电常数，并且所以能以有可能最薄的涂层厚度来施加以便防止在该内部部分中主动场强度的减少（例如，当与具有高的相对电容率的流体一起使用时）。可以使用一个双层陶瓷涂层，其中将相对硬的低摩擦材料（如类金刚石碳）的顶部相对薄的层施加在更厚的、更高电容率的材料上，如二氧化钛。以此方式，利用了每种材料的最佳属性。

在一个实施方案中，在这个或每个电容器组件内的这些导体部分与内 部部分之间可能基本上为零间隙。以此方式，该涂层可以用于实质性地将该内部部分保持在相对于这些导体部分的一个预定的中央位置中（例如在沿着旋转轴线的一个轴向的中央位置中），并且因此将由一个偏离中央的内部部分产生的任何轴向力最小化。在一个实施方案中，这些导体部分和/或内部部分中的至少一个可以包括具有至少一个导电区域的涂层（例如耐磨涂层）。例如，这些部分中的一个（例如这些导体部分中的一个）可以包括一个类金刚石碳涂层，该涂层被配置成提供至少一个导电区域。以此方式，一个耐磨的、低摩擦的表面可以配备有在该内部部分与这些导体部分之间的一种电连接，因此减少或甚至消除了在该涂层区域中的电场强度的任何损耗。

在另一个实施方案中，该设备可以在一种第一构型与一种第二构型之间是可移动的，在该第一构型中该内部部分与至少一个导体部分之间的间隙基本上为零并且在该第二构型中该内部部分与该一个或多个导体部分之间的间隙不为零。在这个实施方案中，当该设备在该第一构型中时，该内部部分与至少一个导体部分的多个相对面可以被配置成提供足够的接触摩擦以将该内部部分相对于该至少一个导体固定在位。然后，当该设备移动到第二构型中时这些部分可以被释放，以允许该内部部分相对于该至少一个导体部分的自由运行。以此方式，这些部件之间的“离合器板”摩擦可以被用于提供一种手刹（例如在结合了本发明的设备的车轮电动机系统中）。

在一个实施方案中，通过流体压力的改变，该设备可以是可移动在该第一与第二构型之间的（例如相对于大气而言低的或为零的相对压力导致这些部分处于该第一构型的高摩擦状态下，并且施加增加的流体压力导致在这些部分之间形成间隙，以便能够实现该第二构型的低摩擦运行）。

在另一个实施方案中，在该第一与第二构型之间的移动可以通过该内部部分对该设备中产生的电场的压电响应来实施（例如，施加一个电场导致该内部部分的轴向尺寸收缩，以便能够实现该第二构型的低摩擦状态）。当第一或第二导体部分包括如以上限定的、用于提供局部静电容的目的的一个可极化区域时，该可极化区域将具有与该内部部分相同的压电特性、 并且因此也可以有助于收缩，该收缩产生了该第二构型的低摩擦运行效果。

在一个实施方案中，这个或每个内部部分另外在与穿过该通路的路径正交的方向上是可移动的（或具有一个可移动的部分）。例如，在用于在电能与旋转运动之间转换的设备的情况下，这个或每个内部部分（或其一部分）可以是另外平行于该内部部分的旋转轴线而可移动的。以此方式，这个或每个内部部分能够获得对这些导体部分之间的移动具有最小阻力（例如对旋转具有最小阻力）的位置。在一个内部部分包括沿着该路径间隔开的多个第一和第二区域的情况下，该内部部分的不同部分可以在与穿过该通路的路径正交的方向上是独立地可移动的。在多个内部部分的情况下，每个内部部分可以在与对应地穿过该通路和另外的通路的路径正交的方向上是独立可移动的。以此方式，热误差以及制造位置误差和改变可以被每个内部部分的低水平移动所容纳。在一个实施方案中，这个或每个内部部分可以可移动地安装在一个框架上，该框架相对于至少一个导体部分是固定的。

在一个实施方案中，至少一个导体部分形成一个接地平面元件。以此方式，至少一个导体部分可以充当对于外界的静电屏蔽（例如，如果用作一系列的三个或更多导体部分中的第一个和最后一个导体部分的话）。在一个实施方案中，这些导体部分在形成一个接地平面元件的这些导体部分与没有形成接地平面元件的这些导体部分之间交替（例如，可相位定址的元件）。例如，该设备可以包括位于末端导体部分（例如静电屏蔽的导体部分）之间的多对形成了可相位定址的元件的相对的导体部分以及形成了多个接地平面元件的相邻的多对的相对的导体部分对。

至少一个导体部分可以连接至一个基础结构上。在至少一个导体部分形成定子的一部分的情况下，该定子可以连接至该基础结构上。该基础结构可以被配置成将该至少一个导体部分所承受的力/转矩传输到一个地面（例如，固定的地面）机械连接件上。该基础结构可以是电绝缘的。

在用于在电能与旋转运动之间转换的设备的情况下，该基础结构可以是分段的以便于在轴向方向上组装。在另一个实施方案中，该基础结构可 以在直径上被分段以便于在径向方向上组装。

该基础结构可以结合该加压流体系统的流动与返回路径。在空气的情况下，这种返回可以通过该设备的固定部分与移动部分之间的接口（例如接触式密封接口）而到大气中。有利的是，空气排到大气中可以有助于最小化密封件的磨损（如果使用接触式密封接口的话）并且有助于提供一个正压力以防止污染物进入。

这些导体部分可以被配置有多个导电区段和轨道，以在相邻的导体部分之间提供相互连接。例如，在用于在电能与旋转运动之间转换的设备的情况下，这些导体部分可以被配置成在多个导体部分之间提供相互连接，这些导体部分沿着该内部部分的旋转轴线轴向地间隔开。

这些导体部分可以被配置有多个导电区段和轨道，以在环圆周分布的并且重复的多个电容器相位之间提供相互连接。

在一个实施方案中，至少一个导体部分包括一个连接器，以用于将一个导体部分的一个群组中的多个子区域连接在一起。此外，在沿着轴线间隔开的、首先和另外限定的电容器组件的情况下，该设备可以进一步包括一个轴向延伸的连接器，该连接器连接了多个不同导体部分中的多个群组的子区域。以此方式，一个激活电压可以被施加在该至少一个导体部分的一个位置上、并且可以被分布在该群组中连接的每个子区域上。相应地，在一条共用轴线上组装这些电容器组件可以将类似相位的连接件轴向地对准且连接、或允许其连接，而不论多少个轴向间隔开的电容器组件将被包括在该设备中。在一个实施方案中，每个另外的电容器组件包括至少一个导体部分，该导体部分包括一个另外的连接器，以用于连接该导体部分的每个群组中的多个子区域。该连接件和另外的连接件可以被配置成在一个共用的（例如单一的）位置处接收该激活电压（例如在用于在电与旋转运动之间进行转换的、限定了旋转轴线的设备的情况下，是在轴向可对准的共用位置）。例如，每个连接器可以包括一个在子区域之间延伸的导体路径。在一个实施方案中，一个群组中的每个子区域是由该连接器（例如，在每个子区域之间环圆周地延伸的一个连接器）连接的。以此方式，仅需要使一组连接件来连接该整个组件。

在一个实施方案中，一个连接器被设置在一个相邻的导体部分上，该连接器连接了一个导体部分上的一个群组中的多个子区域。例如，该连接器可以包括在该相邻的导体部分周围环圆周地延伸的一个导体路径。该连接器可以被配置成通过多个导电触点来连接该导体部分中的多个子区域。

不论该设备是包括一个电容器组件还是更多个，这些导体部分都可以沿着轴线间隔开，并且该设备可以进一步包括一个轴向延伸的连接器（即，具有平行于该轴线延伸的一个部件），以用于连接多个不同的导体部分（例如，连接如上文描述的多个不同的导体部分中的多个子区域的群组）。该连接器可以包括一个或多个长形的连接销，该长形的连接销被配置成延伸穿过多个导体部分。在用于在电能与旋转运动之间转换的设备的情况下，该连接器可以包括多个环圆周地间隔开的连接销，这些连接销轴向地延伸穿过该设备。这些连接销可以包括一个导电本体，以用于传输激活电压。

在一个导体部分包括用于将一个导体部分的一个群组中的多个子区域连接在一起的连接器的情况下，多个轴向延伸的连接器（例如多个长形的连接销）可以被连接在该连接器上（例如在旋转机器的情况下，连接在多个圆周间隔开的点处）。以这种方式，可以提供一个多向平行的连接路径来确保连续的操作，即使该多个连接中的一些在使用中失效也是如此。

除了传输激活信号（例如，激活电压）之外，这些连接销可以另外被配置成用于传递该设备所产生的力或转矩。例如，这些连接销可以基本上是刚性的。有利地，可以使用多个环圆周地间隔开的连接销来将局部应力围绕该设备进行分布以便通过避免在该设备的一个局部部分中循环施加转矩来增大可靠性。每个连接销可以被配置成穿过所有的导体部分（例如，用于提供向该设备的相反侧处的这些连接销末端的以及向每个导体部分之间的位置的和向该设备的基础结构的转矩传输）。

在一个实施方案中，这些导体部分被配置成相对于该设备的固定基准而维持一个预定的取向。例如，在用于在电能与旋转运动之间进行转换的设备的情况下，这些导体部分可以被配置成相对于该内部部分的旋转轴线 而维持一个预定的取向。

在一个实施方案中，这个或每个内部部分相对于至少一个导体部分的定位（例如，在用于在电与旋转运动之间进行转换的设备中的转子位置或对应于转子位置的电角度）是通过一个传感器（例如，内部传感器）来检测的。为了使所施加的电压被定时以便于该内部部分相对于这些导体部分的位置精确同步，可能必须要精确地识别该内部部分的位置。该传感器可以用于提供关于该内部部分的位置（例如，角位置）的反馈，这样使得用于该设备的一个控制系统可以确定在该循环的每个相位过程中何时施加电压、并且在何种水平上施加电压。此外，来自该传感器的位置反馈可以被用于提供关于该内部部分的速度的信息（例如，用于确定由该设备所驱动的车辆的速度）。

在一个实施方案中，该传感器包括一个被动传感器（例如，被动光学传感器）。例如，该传感器可以包括一个或多个（例如两个）光缆以用于通过参照一个光学基准（例如，基准环）来检测这些部分的相对位置（例如，在用于在电与旋转运动之间进行转换的设备中的转子位置或对应于该转子位置的电角度）。在两个光缆的情况下，这些光学传感器可以被配置成以正弦和余弦形式返回位置信息。在该设备的控制系统处的处理电子器件可以被配置成将数据解码并且对该控制系统提供角度和速度反馈。有利地，使用被动光学传感器提供了基本上不受该设备的高压部分内的内部电噪声影响的位置反馈系统。通过使用两个这样的传感器，这些传感器中的任意一个可以失效而该位置反馈系统还能继续起作用。

在另一个实施方案中，这个或每个内部部分相对于至少一个导体部分的定位（例如，在用于在电与旋转运动之间进行转换的设备中的转子位置或对应于该转子位置的电学角度）是通过监测在该设备的循环操作过程中该电容器组件的电容量改变所产生的变化来确定的。例如，可以监测针对给定的施加电压的充电电流以便确定该循环中的位置（至少在电学意义上）。用于监测这些部分的相对定位的这种技术利用了在该内部部分的第一区域移入和移出与这些导体子区域的对准状态时该电容器组件的电容量水平的固有变化。任何电循环内的角位置可以被确定并且用于确定适当 施加的电压而不需要专门的反馈传感器。

在一个实施方案中，该设备可以由一个几十至几千伏特量级的供应电压（例如，变化的或不变化的供应电压）来供能。在另一个实施方案中，该设备可以由一个大于10,000V的供应电压（例如，变化的或不变化的供应电压）来供能。例如，该设备可以由40,000V左右的不变化的供应电压来供能。在另一个实施方案中，该设备可以由变化的供应电压来供能。例如，该设备可以由变化的正弦波电压来供能。该变化的电压可以具有高达50,000V的峰值电压。

在一个实施方案中，该供应电压可以关于该内部部分相对于该至少一个导体部分的位置被电整流，以便向该第一和第二导体部分提供变化的激活电压。

在一个实施方案中，该激活电压可以是正弦波形的。在另一个实施方案中，该设备可以由非正弦波形的、变化的电压来供能。使用非正弦波电压在没有固有驻极体属性的机器中可能具有优点，因为在此情况下该机器仅在该高电容率的材料进入这些导体区域之间的区域中时产生正力。由于在该高电容率的材料从这些导体区域的区域离开时没有对力的预期，因此在这样的机器中正弦波可能不是最佳的。在此情况下，单向波形可能是更合适的（例如，从不为负或从不为正的波形）。该单向波形可以包括由基本上零伏特的多个周期（即，对应于一对子导体板失活时的周期）间隔开的一系列的脉冲。这些脉冲可以具有比尾随边沿更快的上升边沿来考虑当该内部部分和导体部分在一个循环中改变对准状态时该内部部分所提供的变化的电容量。

在一种运行模式中，每个导体部分上的电荷被维持在非零伏特的水平（例如，高电压水平）、但在高水平与低水平电压之间变化。虽然此操作不可避免地由于较低水平电压的存在而造成阻力，但这同时可以被其他相位上的较高电压水平的增大的力所完全抵消。由于力是电压平方的函数，在较高平均电压水平下运行可能出现所阻留的电荷阻力被较高电压的较高力所克服。与电压在每个循环都被带到零的运行相比，就可以有利地实现平均转矩的增大。

该电压供应可以来自一个dc储备源（例如电池或电容器）。在一个实施方案中，该电压供应被配置为多个低水平电压源的级联，这些电压源被电切换以便对该设备提供可控的多相位高电压供应。

在一个实施方案中，这些导体部分足够强而能承受电场所产生的任何所得轴向力（例如，没有加强件）。

在一个实施方案中，至少一个导体部分形成了一个接地平面元件。例如，这些定子部分可以在形成接地平面元件的多个导体部分与未形成接地平面元件的多个导体部分之间交替。具有接地平面元件的好处首先是提供了共用的返回连接，例如以三相星点，由此提供这些导体部分至电源的平行连接，并且其次是免除切换相邻电容器组件的两侧的需要。

在一个实施方案中，这些导体部分形成了在直径上分裂成两个部分的一个定子，而在另一个实施方案中，这些导体部分形成了包括一系列轴向堆叠的区段的一个定子。在后一种情况下，该定子的组装是与这些内部部分交替地进行的，因而它们介于其间。在前一种情况下，这些内部部分可以被完全组装并且然后围绕它们组装这两个定子半件。

这些内部部分和导体部分中的至少一个可以是分段的。例如，在用于在电能与旋转能之间进行转换的设备的情况下，这些内部部分和导体部分可以包括分段的（例如，环圆周地分段的）多个环形部分。以此方式，可以避免或至少减少与大直径环形部件的热膨胀和收缩相关联的问题。在一个实施方案中，这些分段的环形部分各自包括一个弧形区段，并且每个弧形区段的环圆周间隔开的区段边缘被安排成非放射状的。以此方式，可以避免该分段的内部部分和导体部分之间发生干扰的危险，因为内部部分的边缘将以渐进的方式经过这些导体部分。在相对的内部部分和导体部分各自具有非放射状的区段边缘的情况下，这些边缘能以不同的角度扫过（例如，其中相对部分的这些边缘在相反方向上被扫过，如果这两个边缘相对于径向方向被扫过的话）。以一种类似方式，这些导体子区域的边缘可以相对于径向方向被扫过（例如，用于最小化内部部分的干扰，如果这些导体子区域相对于这些导电部分的周围部分伸出的话）。该内部部分的第一或第二区域的边缘可以类似地相对于径向方向被扫过（例如，用于最小化 这些导体部分的干扰，如果该第一或第二区域相对于该内部部分的相邻区域伸出的话）。

此外，这些分段的环形部分可以包括轴向相邻的多对弧形区段，这些区段被配置成在该区段组件的每个面之间提供实质性程度的压力隔离，例如通过使用一种部分圆周的重叠。以此方式，当与以上限定的加压流体系统一起使用时，就可以提供一定程度的压力隔离。

在第一和第二导体部分形成一个定子的一部分并且该内部部分形成一个转子的一部分的一种旋转装置的情况下，该定子可以连接至（例如，刚性连接至）一个固定轴上，并且该转子可以被配置成围绕该轴旋转（例如，通过一个或多个轴承）。在一个实施方案中，该转子限定了一对轴向间隔开的长形臂（例如，形成了该转子的轴向最外端），这些臂各自被配置成围绕该轴转动。在一个实施方案中，这对轴向间隔开的臂是在轴向上刚性地附接（即，为了防止沿着旋转轴线的相对移动）至一对轴承（例如，一对轴对称的轴承）的外座圈上并且该定子在轴向上刚性地附接至这对轴承的内座圈上。以此方式，可以通过确保轴向位移均匀地围绕该设备的轴向中线发生而减少热膨胀的作用（例如，与轴向固定的/轴向可移动的轴承对相比，有效地将对于内部部分与导体部分之间的运行间隙的影响减半）。

根据本发明的一个第二方面，在此提供了用于安装在轮子（例如车轮）中的、包括如在之前任一实施方案中限定的设备的一个电动机。

根据本发明的第三方面，在此提供了用于车辆的、包括本发明的第二方面的电动机的轮子。

根据本发明的第四方面，在此提供了包括如在本发明的第一方面的任一实施方案中限定的设备的一种传感器/检测器换能器。

根据本发明的第五方面，在此提供了用于在用作电动机或发电机的设备中连接（例如，电连接）多个元件的一种方法，该设备包括：一个第一部分，该第一部分包括沿着一个第一路径间隔开的多个第一元件；以及一个第二部分，该第二部分沿着该设备的轴线与该第一部分间隔开并且包括沿着该第二路径间隔开的多个第二元件，该方法包括以下步骤：使用一个 第一连接器连接一个有多个间隔开的第一元件的第一相位群组；使用一个第二连接器连接一个有多个间隔开的第一元件的第二相位群组；使用一个第三连接器连接一个有多个间隔开的第二元件的第一相位群组；使用一个第四连接器连接一个有多个间隔开的第二元件的第二相位群组；使用一个第一轴向延伸的连接器将该有多个间隔开的第一元件的第一相位群组连接到该有多个间隔开的第二元件的第一相位群组上；并且使用一个第二轴向延伸的连接器将该有多个间隔开的第一元件的第二相位群组连接到该有多个间隔开的第二元件的第二相位群组上。

在一个实施方案中，该第一和第二轴向延伸的连接器中的至少一个可以包括一个或多个长形的连接销，该连接销被配置成延伸穿过该第一和第二部分。这个或每个连接销可以包括用于传输激活电压的一个导电本体。这些连接销可以另外被配置成传递该设备所产生的力或转矩。例如，这些连接销可以基本上是刚性的。

在旋转装置的情况下，该设备的轴线可以包括该第一和第二部分的旋转轴线。该第一和第二元件可以围绕该第一和第二部分的旋转轴线环圆周地间隔开（即，其中圆形的第一和第二路径限定了围绕该旋转轴线居中的一个圆周路径）。

该设备可以包括如本发明的以上任一方面中限定的设备。

根据本发明的第六方面，在此提供了如本发明的以上任一方面中限定的设备作为电动机的用途。在一个实施方案中，该设备可以用作直接驱动电动机（即，没有齿轮箱）。

本发明的设备可以用在要求电动机的任何应用中，包括但不限于以下应用列表：

-轮驱动的车辆（例如，道路车辆，如载人汽车、货车、摩托车以及小型摩托车）。在这种应用中该设备的重量轻、转矩高、以及高效率的潜力完美地适合此类车辆。此外，该设备还提供了对不具有机械制动器的车辆提供了可能性并且因此对将能量回收率和行程距离最大化提供了可能性。本发明的电动机还在高转矩车辆中具有特殊用途，例如重型卡车和/ 或陆地运输车辆、运土设备和牵引车。有利地，本发明的设备直接驱动（即，无齿轮箱）重型车辆的潜力提供了大大节省能量和延长行程距离的可能性。此外，此类直接驱动车辆所提供的比较简单的结构以及磨损部件的减少可以降低制造和维护成本。

-转子驱动的航空器（例如直升机）。在这种应用中，本发明的设备可以有利地用于对转子（例如直升机的转子）提供直接驱动。高转矩、高速可变的直接驱动将允许实现固定桨距的转子设计并且因此消除机械复杂性和相关的可靠性风险。快速响应速度/转矩的变化将进一步有利地增大直升机的敏捷性。

-螺旋桨驱动的航空器。该设备对变速电动机提供轻质和高转矩的潜力允许实现简单的螺旋桨设计而不需要变化的桨距控制。

-螺旋桨驱动的轮船。提供可以构造成几乎无限的直径范围内的环形的一种高转矩电动机的这种潜力允许围绕轮船的螺旋桨轴的直接安装。有利地，可以沿着一个单个轴串联安装多个电动机以便提供冗余性和高低功率额定值。

-传送器驱动器（例如电梯或电动扶梯驱动器、绞车或动力拖绳）。高效率和高转矩有利地允许直接驱动。在电梯情况下，直接驱动可以与电梯下降过程中的最大的能量回收相结合，从而导致显著节约电力的潜力。

-加速器装置（例如用于在物体释放前加速该物体的直线加速器）。本发明的设备提供了在紧凑空间内有效递送非常高的力的潜力。

根据本发明的第七方面，在此提供了如本发明的以上任一方面中限定的设备作为发电机的用途。在一个实施方案中，该设备可以用作直接驱动发电机（即，没有齿轮箱）。

在一个实施方案中，本发明的设备可以用于风力发电机（尤其是竖直轴线机组）或波能涡轮机，例如安装至固定的原动机上的发电机。有利地，本发明的设备可以被用作没有变压器的发电机（典型地，风力发电机在发电机与电网之间要求一个变压器），因为该设备可以被配置成输出不同水平的高电压。此外，本发明的设备提供了提供非常高效率的直接驱动发电 机的潜力。

根据本发明的第八方面，在此提供了如本发明的以上任一方面中限定的设备作为传感器/检测器换能器的用途。

现在参考附图通过举例来描述本发明的实施方案，在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施方案的机器的示意性截面侧视图；

图2示出了图1的机器的示意性正视图；

图3示出了用于图1的机器中的加压流体系统的示意性图解；

图4示出了用于图1的机器中的加压流体系统的示意性图示；

图5A和5B示出了用于图1的电动机中的转子元件支撑托架的示意性图示；

图6示出了根据本发明第二实施方案的电容器组件的示意性图示；

图7示出了根据本发明另一个实施方案的电容器组件的示意性图示；

图8A示出了根据本发明另一实施方案的机器的示意性截面视图；

图8B示出了图8A的机器的电容器组件的示意性图示；

图9A示出了根据本发明另一实施方案的机器的示意性截面图；

图9B-9I示出了图9A的机器的细节；

图10A和10B示出了图9A的机器的另外的细节；

图11和12是用于图9A的机器中的替代性加压流体系统的示意性图示；

图13A示出了根据本发明又一实施方案的机器的示意性截面视图；

图13B示出了图13A的机器的细节；

图14-16示出了图9A或图13A的机器的多个替代性零件的示意图；

图17A-17C示出了替代性定子构型的示意性图示；并且

图18示出了根据本发明又一实施方案的机器的示意性截面图。

图1和2示出了一个旋转机器10，该旋转机器包括一个电容器组件20， 该电容器组件20被配置成将电能转换为旋转运动并且反之亦然。旋转机器10包括一个定子30和可旋转地安装在该定子30周围的一个转子50从而形成一个电容器组件20。在使用中，转子50被配置成遵循围绕中央旋转轴线“A”的一条圆形路径，该轴线延伸穿过定子30的中心。在围绕定子30的旋转过程中，一个中央或外直径支承系统（未示出）支撑该转子50。旋转机器10以AC或DC电压来工作，其中该DC电压是半波整流过的。

定子30包括一个环形定子本体32、一个第一电绝缘定子部分34以及一个第二电绝缘定子部分35，该第一电绝缘定子部分从该定子本体32径向延伸并且包括支撑着一个第一导体区域38的一个第一环形表面36，并且该第二电绝缘定子部分从该定子本体32径向延伸并且包括支撑着一个第二导体区域39的一个第二环形表面37，该第一和第二定子部分34、35是间隔开的以便限定在该第一与第二导体区域38、39之间延伸的一个通路40的多个相对侧。该第一导体区域38包括多个分立的第一导体子区域（或板）38A，其中这些子区域是沿着旋转轴线“A”周围的圆形路径均匀地环圆周间隔开的；该第二导体区域39包括在各个第一导体子区域38A之间延伸的并且形成了接地平面的一个环形导体子区域39A。然而在另一个实施方案中，该第二导体区域39还可以包括多个分立的第二导体子区域（或板），其中这些第一导体子区域中的每一个都与一个对应的第二导体子区域对准。

每个子区域38A、39A包括一个导电板42，该导电板包括一种适当的金属材料，如铝、钛或镁。这允许随后施加一个耐久的且强力附接的陶瓷涂层（见以下讨论）。

每个导体板42可以按若干方式中的一种方式来施加，例如等离子体喷涂、电子气相沉积，或者可以使用适当的蚀刻过程（例如在印刷电路板的生产中）来简单地形成。

转子50包括一个环形转子本体52以及从转子本体52延伸到通路40中的一个绝缘体部分60。绝缘体部分60包括一个基本上环形的、低电容率（即，较低的电极化潜力）的转子框架62，该转子框架限定了多个均匀 地环圆周间隔开的孔（或切口）64，这些孔各自容纳了一个高电容率（即，相对高的电极化潜力）的区域70（例如，这些高电容率的区域被安排成辐条状的构型）以便形成围绕中央旋转轴线“A”均匀分布的、环圆周交替的高电容率区域和低电容率区域。然而，在另一个实施方案中，该绝缘体部分可以包括一个压制部分，该压制部分具有在该制造过程中在其中形成的这些高电容率区域（例如，使用粉末陶瓷工艺）。

每个高电容率区域70可以具有与每个相邻的高电容率区域之间的间距类似的环圆周尺寸以及基本上等于转子框架62的厚度。该绝缘体部分60可以取决于该机器的规模而具有在0.5-8mm之间或更大的厚度。

转子框架62可以包括一种不导电的、低电容率的材料，例如玻璃增强的塑料（GRP）、Peek、陶瓷或任何机械方面声誉很好的、具有低量值（理想地小于5）的电容率的电绝缘体。每个高电容率区域70可以包括一种高电容率材料，如电容率在1000-5000量级上的陶瓷材料钛酸钡。存在多类材料其包含陶瓷和聚合物两者的程度是使得这些高电容率区域的电容率可以增大至较高的水平，例如100000左右。转子框架62以及高电容率区域70二者的材料的另一个特性是它们具有很好的介电强度。虽然所描述的实施方案的设计由于绝缘体部分60在第一与第二定子部分34、35之间形成了绝缘屏障而对于需要优异的介电强度具有极小的依赖性，但从长寿命预期的观点来看这仍是希望的。

这些高电容率区域70可以通过使用粘合剂和/或其他固定手段而被适当地固定在转子框架62中。例如，转子框架62可以包括两个可连接的半件（例如，两个圆盘）。这两个半件接着可以粘结在一起而将高电容率的材料局限在其之间（例如，以燕尾的方式）。

转子50可以使用以上描述的若干绝缘体部分60来构造，例如可以轴向地堆叠两个或更多个绝缘体部分。

在使用中，机器10作为切换电容率的静电旋转机器运行，其中通过施加跨过相对的多对第一和第二导体子区域的高电压来形成转矩，从而在其间形成一个电场（例如，静电场）。在选定的一对第一与第二导体子区域 之间产生的电场起作用使相邻的高电容率区域极化而形成了具有以下两个交替路径的电场：低电容率路径和高电容率路径。这产生了一个圆周应力，该应力在相邻的高电容率区域上施加一个力而引起该高电容率区域与相邻多个导体子区域对准，由此致使转子50旋转直到该高电容率区域与第一和第二导体子区域对准。一旦对准，就不再有对准力并且因此在这一点处转子50不产生转矩。

机器10将根据电压施加以及因此的转矩的产生的时刻来作为电动机或发电机运行。例如，如果对第一和第二导体区域38、39施加电压而一个高电容率区域70逐渐进入在一个导体子区域38A处产生的电场中，则机器10将产生“正”转矩并且辅助运动，即，使转子50加速。然而，如果在施加电压时一个高电容率区域70正离开导体子区域38A之间的区域，则效果是试图将该高电容率区域70拉回到电场中从而产生负转矩，即使转子50减速。减速过程从转子50的旋转质量，或在机器10被安装于电动车辆中（例如，在车辆的一个车轮中）的情况下是从车辆的质量的动量中收集能量。接着这个能量被体现为超过供应电压的一个电压并且致使电流流回到电源中，即，产生电力。

转子50相对于定子30的连续旋转可以通过依次跨过多对相对的第一和第二导体子区域施加电压、或（如下面更详细描述的）通过跨过位于至少一个另外的绝缘体部分的任一侧上的多对导体区域施加电压来实现。值得注意地，机器10的旋转力不依赖于电压的极性逆转。机器10可以跨过其整个旋转范围具有任何数目的驱动相位（例如，每个循环三个驱动相）。

取决于使用的是何种技术，可以采用至少两个替代性的导体子区域图案形式。

在第一种技术的情况下，导体子区域可以被安排成使得每个导体区域中的导体子区域的数目与高电容率区域的数目相差了一个数目，这提供了该转子的完全旋转。换言之，在一个三相位实例中，每个导体区域中的这些导体子区域可以被安排成依次在圆周方向上连接到相位一、相位二和相位三上。通过适当的数目差异，例如每个导体区域的三个导体子区域对两个高电容率区域，就使用具有单个绝缘体部分的定子形成了一种渐进的并 且旋转的对准力。例如，在三相循环机器10的情况下可以包括54个导体子区域和36个高电容率区域（即，是导体子区域数目的2/3），其中导体子区域1、4、7、10等可以在运行的第一相位中被激活。导体子区域2、5、8、11等接着在运行的第二相位中被激活。最后，导体子区域3、6、9、12等在该循环的第三和最后相位中被激活。这些导体子区域和高电容率区域二者均可以具有5机械度的圆周尺寸，其中这些高电容率区域环圆周地间隔开5度。导体子区域之间的间距可以选择为这些高电容率区域之间的间距的三分之一（即，1.6667度）以便确保当一组高电容率区域移动成与具有激活的电场的导体子区域相对准时，另一组高电容率区域与附近的导体子区域部分地重叠。如果采用一个驻极体代替一个高电容率区域，则后一个尺寸可以不同。

与例如切换磁阻的电磁机器中部件的几何特性类似，导体子区域的数目、高电容率区域的相对数目、角度以及间距全都是对任何多相机器的有效且平滑的转矩性能重要的几何特性。因此，本领域技术人员将理解这些参数的重要性并且将熟练地确定不同尺寸、相位数目和可变电源的运行频率的机器的适当特性。在高电容率区域的数目（由此频率和电源阻抗以高速整流）与转矩容量之间存在折中。转矩容量随着高电容率区域的数目（即，随着主动边缘拉动或推动的次数）的增加而增大，而维持电压所需的电流随着频率的增加而增大，因为该机器的容抗与频率成反比。

在第二种技术（即，对于涉及包含两个或更多可分开地定址的绝缘体部分的转子的实施方案）的情况下，每个导体区域中的这些导体子区域可以被安排成与在其对应的绝缘体部分中的这些高电容率区域的圆周间距相匹配。因此，在这种构型中，当一个第一绝缘体部分的这些高电容率区域与包围第一绝缘体部分的这些导体子区域部分地环圆周对准时，跨越该第一绝缘体部分的任一侧上的这些导体子区域所施加的一个高电压产生了一个电场，该电场起作用来引起该第一绝缘体部分的这些高电容率区域与第一和第二导体子区域的对应部分完全对准。位于一个第二绝缘体部分的任一侧上的一个第二组的导体子区域从位于该第一绝缘体部分的任一侧上的这些第一和第二子区域环圆周地移位（例如，对于三相安排是移位 了120电学度，但其他的相位安排以及由此的其他角度偏移是有可能的）。当第一绝缘体部分中的这些高电容率区域已经与第一和第二导体子区域对准并且已经停止生成转矩时，位于第二绝缘体部分的任一侧上的一个第二组的导体子区域将已经逐渐变得偏移并且因此一旦电压被施加至这些导体子区域上就接过产生转矩的任务。这种情况以位于一个第三绝缘体部分的任一侧上的一个第三组的导体子区域（从第二组的导体子区域移位了120电学度并且从第一组导体子区域移位了240电学度）来重复发生。因此以三相位的方式，该转子跨越全范围的旋转提供了平滑的转矩。

前一个实施方案在这两个选项中可能是优选的替代方案，因为它在任何时刻在任何角度位置都提供了轴向力的平衡。后一个替代方案沿着一个轴向路径产生了变化的力并且这可能具有的后果是对这些内部定子圆盘施加显著的轴向力。

由于希望的是保持运转间隙尽可能小，并且因为吸引力随着间隙的减小而增大，因此在该设计中可能需要减轻对该机器中的多个部分的任何不希望的移动的影响。热膨胀系数的类似差别可能导致作用在定子圆盘的每一侧上的力的不平衡。为此可以结合以下措施来确保在此类条件和作用下的可靠运行。

增大可靠性的一个措施是提供一个耐磨的表面（例如，耐磨的低摩擦表面）。例如，定子30和/或转子50可以包括陶瓷涂层或类金刚石碳的涂层。陶瓷涂层可以允许低摩擦且非常耐磨的表面、而要求厚度等级小于50微米并且典型地在5-10微米左右。因此对于进入该运行空隙中的小侵入物而言，第一和第二定子部分上的表面处理确保了如果转子和定子相接触并且这事实上可能是某种程度上有意设计的情况下，将存在极小的磨损或没有磨损（特别是如果转子也包括陶瓷元件的话）。如果该涂层具有相对高的电容率，例如二氧化钛（具有的相对电容率为40-100），其涂层厚度不及更低电容率的材料那样关键，例如类金刚石碳。使用涂层（例如，陶瓷涂层）具有若干优点：

1)它防止了任何金属部分与任何流体相接触。这防止了离子性污染和绝 缘或介电特性的退化。

2)它提供了一个耐磨的表面来抵抗快速流动的流体造成的侵蚀。

3)它提供了一个低摩擦的表面来防止在发生转子与定子触碰的情况下的损坏。

4)它充当了一个抗电晕的额外绝缘屏障。

5)它增大了定子板以及因此定子环的刚性，由此有助于减小在高电场/力/转矩条件下的定子挠曲。

6)当该涂层具有相对高的电容率时，它减小了内部（转子）与导电性子区域之间的低电容率空间的距离，由此提高了主动电场的强度。这允许涂层厚度与运行空隙尺寸之比被最大化，从而允许该绝缘体部分的潜在位移被最小化并且因此使导体子区域与内部绝缘体部分之间的力也被最小化。

增大可靠性的另一种措施是包含一种如图4所述的加压流体系统100，以用于将绝缘体部分居中地稳定和维持在第一与第二定子部分之间。加压流体系统100包括与多个加压流体通道102处于流体连通的一个加压流体源（未示出），这些通道延伸穿过第一和第二定子部分34、35以用于将加压流体供应至每个定子部分的每个导体子区域38A处的出口孔104。加压流体从该加压流体源通过一个流体入口通道106供应每个加压流体通道102。提供了一个或多个返回路径通道108以便允许加压流体在该系统中循环，每个返回路径通道108包括一个入口孔（未示出）。每个出口提供了一个固定的流阻，该固定的流阻被配置成提供的压降大致等于流体在穿过出口孔104与这一个或多个返回路径通道108的至少一个入口孔之间的通路40时所经历的压降。

如图3中图解展示的，加压流体系统100起作用以形成一个液压惠斯通桥，该惠斯通桥被配置成提供一个对中力，该对中力将绝缘体部分60轴向地保持在第一与第二定子部分34、35之间的中央。当绝缘体部分60从一个定子部分移动离开时，跨过一侧上的转子/定子空隙的可变流阻区110的压力降减小并且因此跨过固定流阻的压力降增加。因此在绝缘体部分60这一侧上的中点处的压力下降，从而允许绝缘体部分60朝中央位置 移动返回。在绝缘体部分60的另一侧上出现相反的情况，在那里一个封闭空隙造成跨过可变流阻下降的压力增大，这进而增大了绝缘体部分60这一侧上的中点处的压力，从而产生了绝缘体部分60移回更中央的位置的进一步趋势。因此，该加压流体系统允许将转子50与定子30之间的运行空隙保持得尽可能小，由此对于给定的施加电压提供最大的力/转矩。

加压流体的选择是重要的材料选择，因为它有效地形成了该电容器介电区的这些层之一。

在一个实施方案中，该加压流体可以是一种高介电性润滑剂。若干候选材料可用于高介电性润滑剂并且一些适当的材料是水和甲醇。

该加压流体的有利属性包括：电绝缘体–高介电强度；低粘度；高介电常数；良好的润滑性；以及足够宽的温度范围。

去离子水因为它具有在0摄氏度左右的冰点而提供了以上属性中除最后一项之外的所有项。甲醇消除了这个问题，其代价是更低（但仍是足够的，为34，而水在80）介电常数以及固有地更高的燃烧风险。然而它没有额外提供更低的粘度，是水的60%至70%左右。

在另一个实施方案中，该加压流体是离子性流体（例如，离子性气体如空气或稀有气体）并且跨过相对的多对第一和第二导体子区域38A、39A的电压被配置成第一（激活）模式以便形成一个电场，该电场足以将第一与第二导体子区域之间的局部区域的流体离子化（例如，通过对该局部区域流体中的流体加应力超过其介电极限以产生等离子体）。一旦被离子化，该机器以第二（维持）模式运行以便维持这些导体子区域38A、39A之间的流体的离子化并且该流体将充当导体，从而允许在该高电容率区域70与每个导体子区域38A、39A之间产生电连接。有利地，这个传导路径的作用是减小（并且有可能消除）流体的介电影响，这种影响用于与该高电容率区域70的介电常数与流体的介电常数之间的差异成比例地来减小该机器的力潜能。通过在激活的导体子区域38A、39A之间产生一个导电性流体区域，可以在移动的与静止的部分之间实现机械间隙的显著增大，由此简化制造并且减小部件的精密度和成本。可以实现这种机械间隙的增大 而同时实现来自机器的最大（或接近最大）力输出。由于该导电性流体区域可以使用气体来产生，因此粘性阻力和其他流体动力损失以及如侵蚀和空蚀等影响可能有利地被保持在低水平上。

绝缘体部分60可以被安装成对低水平的轴向力允许一定程度的轴向位移（即，在旋转轴线的方向上），而具有高的扭转刚度。因此绝缘体部分60可以被配置成轴向“浮动”并且采用具有最低流阻的轴向位置，例如在第一与第二定子部分34、35之间的中点处。

图5A和5B展示了所提出的平行四边形形式的支撑臂系统120，该支撑臂系统用于当绝缘体部分60轴向移动时确保这些高电容率部分70被维持在径向地取向而平行于第一和第二定子部分34、35的相对的内面36、37（例如，以矫正任何偏离中心的位置）。支撑臂系统120包括一对平行四边形的支撑臂122连同有通过提供基本上U形的槽缝126而形成的定子托架区段124。在支承每个高电容率部分70的转子框架62的区段的相反的横向侧上提供的狭缝128允许每个高电容率部分70彼此独立地移动（即，每个高电容率部分70具有其自身的支撑臂系统120）。维持平行于定子部分34、35的移动允许了恒定的压力平衡并且减小了局部磨损点的风险。

因此通过组合以上措施的一些或全部，有可能允许该运行间隙低至零并且典型地远小于0.5mm。例如，最大运行间隙可以低至0.1mm或甚至低至0.001mm。

当然也可以希望将这些不同部件安排成具有密切相似的热膨胀系数，这样使得热增长差异对运行间隙的变化的造成尽可能小量的影响。

为了进一步将泵送和粘性阻力损失（超过由于使用低粘度流体所产生的泵送和粘性阻力损失）最小化，希望的是使得该第一和第二定子部分以及绝缘体部分是光滑和平坦的。对于配备有导体区域的第一和第二定子部分而言，一种制造方法是使用印刷电路板制造技术。在这个或其他方法中，希望的是使得最终外观是平坦且光滑的并且因此这可能要求对在由一个导体层产生这些导体区域时通过去除金属的蚀刻过程所产生的浅凹陷进 行填充。

为了长寿命可靠性，希望的是导体区域与第一和第二定子部分的附接是强力的并且耐久的。这可以例如通过电镀、真空蒸镀、溅射、高冲击金属沉积喷砂、高强度粘合剂等来实现。铝和钛作为导体区域的竞争者是良好的材料，因为二者均具有能够通过一些形式的电化学工艺而接纳非常硬的陶瓷涂层的固有属性。然而如之前讨论的，也存在使用类金刚石碳涂层的前景，该涂层可以施加至许多基底材料上，导电性和非导电性的均可。

在类金刚石碳涂层的情况下，取决于该涂层的低摩擦特性，可设想的是定子30和转子50可以在极端实例中以零间隙（即，定子30和转子50是连续地相接触的）来运行。以此方式，转子相对于定子的正确取向可以在不使用任何额外的定向技术的情况下得以维持。

对于绝缘体部分的构造，这些高电容率区域应该被制造和组装成确保如关于转子框架可以实际上实现的的轴向厚度那样紧密的匹配。类似地，热膨胀系数应该尽可能靠近地相匹配，但这此情况下和在定子的情况下这对于恰当的运行不是必不可少的，但仍然是希望的。

图6示出了用于线性或旋转机器中的电容器组件150的实例，该机器使用了具有不同水平的永久电极化的多个部分来产生力，而不是在图1的电容器组件20中使用的电极化的部分。电容器组件150包括一个定子160以及一个中央部分180，该定子包括一对间隔开的电绝缘的板162、164，这对板限定了一个通路170的相对两侧，该中央部分是沿着通路170相对于定子160可移动的。每个板162、164支撑了一个导体区域166、168，该导体区域包括多个间隔开的导体子区域172、174以形成如图所示的多个电容器区域。中央部分180包括一个电绝缘本体185，该电绝缘本体容纳了多组的驻极体对190。每个驻极体对190包括一个上部驻极体对192和一个下部驻极体对196，该上部驻极体对包括一个前导的负极化的驻极体部分193以及一个尾随的正极化的驻极体部分194，该下部驻极体对包括一个前导的正极化的驻极体部分197以及一个尾随的负极化的驻极体部分198。当在如图所示的导体区域166、168之间产生了电场时，每组驻极体对190的这些前导的驻极体部分193、197被吸引向它们最近的（带相 反电荷的）导体子区域。同时，这些尾随的驻极体部分194、198被它们最近的（带相似电荷的）导体子区域排斥而产生推/拉效应。

图7示出了用于线性或旋转机器中的另一个电容器组件200的实例，该机器使用了一个可永久电极化的导体来产生力，而不是在图1的电容器组件20或图6的电容器组件150中使用的这些可电极化的介电部分。电容器组件200包括一个定子210以及一个中央部分230，该定子包括一对间隔开的电绝缘的板212、214，这对板限定了一个通路220的相对两侧，该中央部分是沿着通路220相对于定子210可移动的。每个板212、214支撑了一个导体区域216、218，该导体区域包括多个间隔开的导体子区域222、224以形成如图所示的具有交替极性的多个电容器区域。中央部分230包括一个电绝缘本体235，该电绝缘本体支撑了多个间隔开的导体板240。当在如图所示的导体区域216、218之间产生了电场时，每个导体板240的前导和尾随的末端被局部电场相反地极化，从而导致沿着通路220在中央部分230上产生一个力。

图8A和8B示出了另一个旋转机器250的实例的细节，该机器包括一个定子260和围绕中央旋转轴线“A”可旋转地安装在定子260周围的转子270，该轴线延伸穿过定子260的中心。定子260和定子260一起形成了沿着旋转轴线“A”间隔开的多个电容器组件280，每个电容器组件280与一个通路282相关联。定子260包括一个环形定子本体262以及从定子本体262径向延伸的多个电绝缘的定子部分264，每个定子部分264包括一个第一环形表面266，该第一环形表面支撑了一个第一导体区域268，该第一导体区域包括多个分立的、环圆周间隔开的第一导体子区域269。转子270包括一个环形转子本体272以及在相邻多对定子部分264之间从转子本体272径向延伸的多个电绝缘的转子部分274，每个转子部分274包括一个第二环形表面276，该第二环形表面支撑了一个第二导体区域278，该第二导体区域包括多个分立的、环圆周间隔开的第二导体子区域279。定子260和转子270各自进一步包括一个介电性绝缘体层280，该绝缘体层覆盖了第一和第二导体子区域269、279的暴露表面。当如图所示在环圆周地偏离的导体子区域269、279之间产生电场时，子区域对269、 279之间的吸引导致了转矩的产生。

图9A-9I示出了基于以上所述的机器10的原理的、用于安装在车轮的轮毂空间内的一个机器310（及其多个部分）。

机器310包括一个定子330和可旋转地安装在定子330周围的一个转子350。在使用中，转子350被配置成遵循围绕中央旋转轴线“A”的圆形路径，该轴线延伸穿过定子330的中心。如下面更详细地说明的，一个流体（空气）支承系统400在转子围绕定子330旋转的过程中支撑转子350而同时维持转子350与定子330之间的间隙。

定子330包括一个环形定子本体332、从定子本体332径向延伸的第一和第二端壁333、从定子本体332径向延伸的第一和第二末端定子部分334、在第一和第二末端定子部分334之间从定子本体332径向延伸而形成多个通路340的多个内部定子部分335A、335B、以及从定子本体332径向延伸进入通路340的下部中的多个基本上环形的间隔部分341，每个环形的间隔部分341具有一个径向最外部的表面，该表面限定了一个突出的脊342，该脊围绕每个间隔部分341环圆周地延伸并且具有一个弯曲的、楔形的截面轮廓。第一和第二末端定子部分334各自包括一个电绝缘本体336A，该电绝缘本体限定了一个环形表面336B，该环形表面支撑了用于对该设备提供电筛选的一个接地平面末端导体区域338。每个内部定子部分335A包括一个电绝缘本体337A，该电绝缘本体限定了一对相反的环形表面337B，这些环形表面支撑了一对可相位定址的内部导体区域339A，并且每个内部定子部分335B同样包括一个电绝缘本体337A，该电绝缘本体限定了一对相反的环形表面337B，这些环形表面支撑了一对接地平面内部导体区域339B。此外，每个内部定子部分335A、335B进一步包括一个径向最外部的表面，该表面限定了一个突出的脊343，该脊围绕该定子部分环圆周地延伸并且具有一个直的、楔形的截面轮廓。虽然内部定子部分335A、335B被显示为包括多对轴向相邻的板，但这些部分同样可以包括多个单个板来在其相反侧面上支撑内部导体区域339A、339B。

内部定子部分335A的可相位定址的内部导体区域339A各自包括多个分立的导体子区域345，这些导体子区域通过多个环圆周延伸的连接件346 而成对地相连以形成三个单独的可相位定址的组345A、345B、345C，其中导体子区域345是围绕旋转轴线“A”沿着圆形路径环圆周地均匀间隔开的。末端导体区域338和内部导体区域339B各自包括多个分立的导体子区域347，这些导体子区域与导体子区域345对准，并且多对导体子区域347通过多个连接件348成对地相连而形成一个单个的接地平面。每个导体子区域345、347对应地在环形表面336B、337B的平面内具有基本上梯形的轮廓并且包括多个修圆的拐角以便将电晕放电的风险最小化。导体子区域345、347相对于环形表面336B、337B被抬高并且与抬高的绝缘体区域349A一起形成了多个凹陷349B，这些凹陷延伸过每个定子部分中相邻的每对导体子区域345、347之间的导体子区域345、347长度的大约一半。抬高的绝缘体区域349A可以由与在定子部分334、335A、335B的制造过程中对导体子区域345、347施加陶瓷涂层（例如氧化钛涂层或类似物）所添加的陶瓷涂层材料相同的材料来形成。

转子350包括一个环形转子本体352以及从转子本体352延伸进入多个通路340中的多个间隔开的绝缘体部分360。环形本体352包括一个内边缘365，该内边缘限定了多个轴向间隔开的圆周凹陷366，每个凹陷具有一个直的楔形的截面轮廓，以用于接纳围绕每个内部定子部分335A、335B环圆周延伸的、突出的脊343。绝缘体部分360各自包括一个基本上环形的、低电容率的转子框架362，该框架限定了多个环圆周均匀地间隔开的孔364，每个孔容纳了一个高电容率区域370以形成围绕中央旋转轴线“A”均匀分布的多个具有环圆周交替的高和低电容率的区段。每个绝缘体部分360包括一个径向最内部的边缘367，该边缘限定了一个具有基本上抛物线截面的圆周凹陷368，该圆周凹陷用于接纳围绕定子330的每个间隔部分341环圆周延伸的突出的脊342。

绝缘体部分360各自进一步包括一个平行四边形形式的支撑臂系统420，该支撑臂用于在绝缘体部分360轴向移动时确保这些高电容率部分370被维持为径向地取向而平行于这些定子部分的相反的内面336、337，以矫正任何偏离中心的位置。支撑臂系统420包括一对平行四边形的支撑臂422以及通过提供基本上U形的槽缝426而形成的定子托架区段424。 在支承每个高电容率部分370的转子框架362的区段的相反横向侧上提供的狭缝428允许每个高电容率部分370彼此独立地移动。

定子部分334、335A、335B是轴向对准的，这样使得当跨过机器310的这些系列的定子部分施加一个激活电压时，作用在这些内部定子部分335A、335B上的净轴向力基本上为零。因此在这两个末端定子部分334上施加了这个总轴向力，这些末端定子部分在其外侧边上没有起平衡作用的定子部分。因此，与第一和第二端壁333相组合的这些末端定子部分334被构造成在轴向方向上具有显著的机械刚度，以便更好地抵抗这种吸引力。因此这些内部定子部分335A、335B仅需要具有抵抗由制造过程的不完美或不平衡的热生长而导致的任何力的这种比例。因此，内部定子部分335A、335B应该是足够坚实的而使得它们能以可接受水平的应变来承受由部件和组件公差所导致的应力。

绝缘体部分360和定子部分334、335A、335B各自由一系列的九个弧形区段形成，这些区段配合在一起而形成一系列的弧形部件。以此方式，可以避免或至少减少与大直径环形形式的部件的热膨胀和收缩相关联的问题。此外，将这些环形部件分段使得以非常小的公差来生产这些部分是更实际的，因为比起较大的环，精确地处理和加工小的部分是总体上更容易的。当这些部分是使用陶瓷材料构造时尤其是如此。应注意的是每个弧形区段的区段边缘被安排成是非放射状的以便在绝缘体部分360移动经过定子部分334、335A、335B（在它们之间具有渐进式的边缘过渡）时提供平滑的过渡。如果情况不是如此，则每个绝缘体部分360将作为单一的事件而遇到该定子区段边缘，从而使之有可能出现不希望的干扰。如图9E和9F所展示的，在组装好的机器中，每个弧形区段从一个定子部分到下一个定子部分是错开的。

如图9E和9F中展示的，内部导体区域339A上的这三个相位群组345A、345B、345C是可使用多个环圆周间隔开的、传输转矩的电气连接销380而定址的，这些电气连接销轴向地延伸穿过位于多个内部定子部分335A中的孔381以及位于多个内部定子部分335B中的孔382。环圆周延伸的多个连接件346延伸跨过定子部分335A的每侧，以便连接每个相位 中的多对导体子区域。位于多个内部定子部分335B的相反两面上的内部导体区域339B通过多个环圆周间隔开的、传输转矩的电气连接销383相连接，这些电气连接销轴向延伸穿过位于多个内部定子部分335B中的孔385以及位于多个内部定子部分335A中的孔384，以便在每个定子部分335B中形成一对接地平面。

每个定子部分334、335A、335B如所展示的是相对于前一个定子部分错开的，这样使得所有三个相位群组345A、345B、345C以及所有这些对的导体子区域347在圆周方向通过连接件346、348并且在轴向上通过导电销380、383而连接到一个激活电压源（未显示）上。如所展示的，多个内部定子部分335B与这些相位导电性内部定子部分335A相比错开了不同的节距，其中后面这些部分错开了一个相位的节距（即，错开了一个导电子区域345）而内部定子部分335B错开了三个节距（即，内部定子部分335B通过延伸穿过交替孔385的销383而轴向地连接）。错开的这种程度与导电子区域的相关数目有关，并且因此这不是任何绝对数目，而是与子区域的数目选择相关的一个数目。

如图9I所示，多个连接销380（和383）延伸穿过多个定子部分334、335A、335B，并且这些基本上环形的间隔部分341从定子本体332径向地延伸进入第一端壁333中。以此方式，定子部分334、335A、335B所承受的转矩被分布在定子330上。多个连接销380、383通过触及孔450被连接至控制装置（未示出）上。

流体（空气）支承系统400仅仅在转子围绕定子330旋转的过程中支撑转子350而同时维持转子350与定子330之间的轴向间隙。如图9H中所示，流体支承系统400包括连接到加压空气源（未示出）上的一个圆周室402，该圆周室402是与多个环圆周地间隔开的孔403处于流体连通的（每个圆周导电子区域位置有一个孔403），每个孔轴向地延伸穿过环形定子本体332以便将流体供应至多个轴向间隔开的加压流体通道404，这些通道径向地延伸穿过位于相邻的定子部分334、335A、335B之间的每个环形间隔部分341。每个加压流体通道404包括一个通路406以及一个出口408，该通路被配置成当空气穿过其中时提供预定的压力降，该出口位于 突出的脊342的径向最外点处。出口408在每个通路340中位于每对相对的导体子区域345、347旁边以便靠近该机器中的主动元件来施加加压空气。空气穿过多个环圆周间隔开的流体出口通道410离开通路340并且被排放至大气，这些出口通道位于转子350中的圆周凹陷366中。在每个定子部分334、335A、335B中形成的凹陷349B提供了一个空间，该空间相对于导体子区域345、347与每个相邻的绝缘体部分360之间的间隙是大的并且起作用来在导体子区域345、347与绝缘体部分360之间泄漏空气之前使加压空气靠近空气离开通路340累积。以此方式，导体子区域345、347与每个相邻的绝缘体部分360之间的窄间隙所造成的压力损失被有利地最小化。定子部分334、335A、335B的错开式安排提供了跨过这些定子部分的面的显著程度的压力隔离，从而有助于防止压力通过这些定子部分而立即泄漏。

当空气从多个环形间隔部分341进入每个通路340中时，它被绝缘体部分360的圆周凹陷368的凹形形状所引导而在相反的两个轴向方向上流动。如果一个力使绝缘体部分360轴向移动，则这具有的作用是将空气流导向与该力相反的轴向侧而不提供给有助于该力的那一侧，由此重新建立平衡和中间位置的状态。类似地，当空气离开每个通路340时，它被引导过突出的脊343，该脊在定子部分335A、335B周围环圆周地延伸至多个流体出口通道410，这些流体出口通道位于相邻的每对绝缘体部分360之间的中途。如果一个力使得定子部分335A、335B相对于绝缘体部分360偏离中心，则空气流在定子部分335A、335B已经移动至更靠近绝缘体部分360的这个轴向侧上受阻，并且在另一个轴向侧上是通畅的。在流动受阻的地方，建立了抵抗移动的压力，并且另一侧上的压力减小，由此提供了起稳定作用的伺服效应，这种效应趋向于维持平衡的中间位置。

使用空气支承系统400的好处是：

事实上无摩擦的旋转；

机器中低的摩擦、阻力和泵送损失；

密封件的可能延长的寿命；

没有机械支承作用而机器更轻；

无声的或接近无声的旋转；

利用陶瓷涂覆的/形成的部分，机器能以低压力或无压力地运行，虽然具有额外损失造成的转矩损失；

免除了中央电动机区段的必要性，从而允许提供在车辆移动时保持静止并且可以用于结构用途的中央区域

无磨损零件

在更高速度下，机器旋转的泵送动作可以用于提供全部或一些支承空气流要求并且减少对压力源泵能量的需要。

参见图10A和10B，电晕放电被认为是高电压系统失效的主要原因之一。除了以上讨论的对导体子区域345、347提供修圆拐角之外，电晕放电造成的故障风险可以通过将导体子区域345、347的外周边缘融入环形表面336B、337B中（如图10B展示的）来最小化，以便创造一种“失去了边缘”的轮廓。此外，以下设置可以帮助抑制电晕放电：对所有导体表面提供陶瓷涂层；插入转子绝缘体部分360；在导体子区域345、347之间提供足够大的圆周空间；并且在转子350与定子330之间的运行间隙中提供绝缘流体。

图11和12示出了与机器310一起使用的其他流体支承系统400’、400”的实例。在流体支承系统400’中，加压气体（例如空气或介电常数大于1的气体，如二氧化碳）从一个加压流体源（未示出）供应至多个圆周室402’，这些圆周室与延伸穿过定子部分334、335A、335B的、环圆周间隔开的多个加压流体室404’是处于流体连通的。每个加压流体通道404’包括一个通路406’以及一个出口408’，该通路被配置成当流体从中穿过时提供预定的压力降，该出口在环形表面336B、337B中在每个成对的相邻导体子区域345、347之间，以用于在每个绝缘体部分360的相反两侧上的多个环圆周间隔开的区域处提供流体压力。于是流体径向向内和向外地流动穿过定子部分334、335A、335B与绝缘体部分360之间的运行间隙并且经由多个返回通道410’返回至圆周室402’，这些返回通道是沿着定子部分334、335A、 335B的径向端面和环形定子本体332定位的。

图11中所示出的灰色区域展示了径向和轴向压力的区域。因此，径向支承效果是由于定子部分334、335A、335B的外直径面与定子350的相对面之间的压力、以及绝缘体部分360的内直径面与定子330的相对面之间的压力而产生的。轴向支承效果是由于绝缘体部分360与定子部分334、335A、335B的轴向径向相对面之间的压力而产生的。由流体的压力产生的轴向力既起作用来抵消由绝缘体部分360在运行间隙中的任何偏离所产生的静电吸引力又起作用来作为轴向推力轴承而抵消试图使转子350相对于定子330轴向移动的外部作用所引起的轴向力。

通路406’的构型和尺寸对于提供稳定且自我矫正的系统是重要的。这是通过确保主动支承区之前的压力降而实现的。例如，如果施加了外部径向力，例如在车轮的情况下为车辆的质量，则该流体系统必须自动调整压力以便对该不对称的力进行补偿。这是通过确保一个压力降通路延伸至该主动区从而产生径向力来实现的。在任何扰动力之前，该系统是平衡的，具有对称的压力和间隙。当一个力使得转子330径向移动从而关闭该机器一侧上的径向运行间隙而增大该机器相反一侧上的间隙时，其效果是增大了该机器一侧上的背压而减小了另一侧上的背压。具有增大的背压和减小的运行间隙的这一侧由于减小的主动通路而致使该区域中的流动减少。减小的流动造成了这个延伸的压力降通路上的更小压力降，这提供了可用于该主动区处的增大的压力，因此施加更大的力来抵消这种扰动。

为了使该流体系统起到主要轴承的作用，转子330应该具有有限的在其自身内进行轴向位移的范围。例如，绝缘体部分360可以在轴向上基本上是刚性的，这样使得可以对外部轴向力实现实质性刚性的响应。然而，希望的是在每个绝缘体部分360中具有少量的轴向位移，因为这赋予了对于任何实际机器中不可避免的任何制造/组装公差进行局部补偿的能力。与每个绝缘体部分360相关联的固有轴向顺应性的程度需要不大于一个量，这个量是等于所累积的公差，该公差造成了绝缘体部分360的实际轴向位置相对于它应该占据的绝对位置的偏差。典型地，这将是不大于该轴向运行间隙。在一个实施方案中这将在0.01mm的量级上。

流体支承系统400”是流体支承系统400’的改进形式，其中定子部分334、335A、335B和绝缘体部分360具有互相倾斜的表面，由此径向力成为转子350所承受的轴向力的基于该楔角的分量。与系统400’共有的特征被相应地标记出。这种构型具有的优点是该机器的这些元件是固有地更加刚性的并且因此能够以更小的应变承受大的应力。

图13A和13B示出了基于机器310的、但用机械支承件500代替机器310的空气支承400的另一种机器310’。与系统310共有的特征具有相应的标记。靠近机器的主动部分提供机械支承件500允许了在这些主动部分的区域内将转子350’相对于定子330’精确地定位。除了机械支承件500之外，机器310’可以还包括一个加压流体系统（例如，基于以上描述的加压流体系统100的原理）以用于维持转子350’与定子330’之间的运行间隙。

图14示出了用于与机器310或310’一起使用的另一种内部定子部分335A”的实例，该内部定子部分包括一个电绝缘本体337A”，该电绝缘本体限定了一对相反的环形表面337B”，每个环形表面支撑了一个内部导体区域339A”，该内部导体区域包括一个连续的环形导体子区域347”，该子区域形成了一个接地平面。内部导体区域339A”是通过一对轴向延伸穿过主级孔384”的金属丝（未示出）可定址的。主级孔381A”、381B”、381C”允许金属丝对相位群组345A、345B、345C定址而穿过内部定子部分335A”。内部定子部分335A”进一步包括一个连续导体轨道348”，该连续导体轨道在使用中通过延伸穿过次级孔385”的多个导电销（未示出）将激活电压分布至内部定子部分335B或335B’中的这些三个相位群组345A、345B、345C之一上。环形导体子区域347”和导体轨道348”是由一个基本上环形的绝缘部分390电分离的。

图15示出了用于与机器310或310’一起使用的另一种内部定子部分335A”的实例，该内部定子部分包括一个电绝缘本体337A”，该电绝缘本体限定了一对相反的环形表面337B”，每个环形表面支撑了一个内部导体区域339A”。内部导体区域339A”各自包括多个分立的导体子区域345”，这些导体子区域形成了三个相位群组345A、345B、345C以及一个连续的导体轨道346”，该导体轨道在使用中将一个激活电压分布至这三个相位群 组之一中的每个导体子区域345”上。孔381’”允许多个连接销（未示出）对相位群组345A、345B、345C定址而穿过内部定子部分335A”。孔384”’允许另一组连接销（未示出）对内部定子部分335B”定址而穿过内部定子部分335A”。

图16示出了用于与机器310或310’一起使用的又一个内部定子部分335B”的实例，该内部定子部分包括一个电绝缘本体337A’”，该电绝缘本体限定了一对相反的环形表面337B’”’，每个表面支撑了一个内部导体区域339B”’，该内部导体区域包括一个连续的环形导体子区域347”’，该子区域形成了一个接地平面以及一个电绝缘体区段390’。内部导体区域339B’”’是通过轴向延伸穿过位于绝缘体区段390’中的多个孔385””的多个连接销（未示出）而可定址的。位于绝缘体区段390’中的多个孔3382””允许多个连接销在机器中对相位群组345A、345B、345C定址而穿过内部定子部分335B’”。绝缘体区段390’进一步包括多个环圆周间隔开的互连垫片395以允许连接至相邻定子部分上，从而能够实现定子部分之间的平行连接。

图17B示出了用于与机器310或310’一起使用的定子部分535的一个剖面，该定子部分535包括一个电绝缘本体537，该电绝缘本体包括一个具有高电容率材料的区域540以及一个不可极化的框架545。高电容率区域540是由容纳在由不可极化的框架545所限定的一个室之中的一块高电容率电介质（即，高电容率的陶瓷材料）来提供的。如所展示的，高电容率区域540基本上延伸在相对的导体区域539之间并且具有的截面积的尺寸和形状与这些相对的导体区域539基本上相同，以便将这种高电容率材料所提供的电容水平最大化。

图17C示出了用于与机器310或310’一起使用的定子部分535’的一个剖面，定子部分535’包括一个电绝缘本体537，包括一个电绝缘本体537’，该电绝缘本体537’包括一个高电容率区域540’，该区域是由散布在（例如均匀分散在）一个不可极化的本体545’（例如，聚合物本体）中的多个高电容率颗粒（例如，陶瓷颗粒）形成的。在一个实施方案中，这些介电颗粒包括分散在聚碳酸酯本体中的填充剂粉末（例如钛酸钡或钛酸钙铜）。该陶瓷填充剂可以代替通常用于对聚合物提供刚度的玻璃并且因此提供 了适度水平的电容而不需要任何多部分组装的操作（即，提供了简单且低成本的将定子部分制造为单操作注射模制物的方法）。

有利地，定子部分535和535’在该机器的主动区域的紧密附近提供了局部的静电容以便防止需要在该旋转循环的每个阶段处将循环电荷全部传递回到并且穿过相关联的动力电子设备。另外，可以示出的是可以通过在机器中维持高的平均电荷来增大力。力与V²/2d(k₁–k₂)相关，其中V是电压梯度，k₁是该高电容率电介质的介电常数，k₂是该不可极化的（或低电容率）的区域的介电常数，并且d是这些导体板539之间的距离。因此，通过高的平均电荷，电压水平可能更高并且因此力/转矩的产生更高。

与之前描述的定子部分（其中每个定子部分使得相同的相施加到直接相反的定子部分上的导体区域上（如图17A中所示，其中定子部分535”包括一个没有内建式电容的本体537”，该本体上安装有相反的导体区域539”）以便减小这些相反的导电区域之间的电绝缘水平）相比，定子部分535和535’要求跨过这些部分的一个电势差，这样使得高电容率区域540、540’产生了所希望的电容并且因此电荷被储存。为了实现跨过定子部分535和535’的这个电势差，轴向的定子至定子连接成使得该定子部分的一侧上的导体区域为正并且使得该定子部分的相反一侧上的导体区域为负（如图17B所展示的）。

图18示出了基于以上所述的机器10的原理的、用于安装在车轮的轮毂空间内的一个机器600。机器600包括一个中央定子610以及一个转子630，该中央定子包括刚性连接至固定轴620上的一个楔形本体，该固定轴限定了旋转轴线“A”””，该转子限定了一对轴向间隔开的楔形的长形臂632，这些长形臂刚性地附接至（即，用于防止沿着该旋转轴线的相对移动）一对轴向对称的轴承640的外部座圈上。定子610和转子630一起限定了在机器310或310’中所提供的类型的主动电动机区域650（即，具有交错的导体部分和内部部分，它们为简化而从附图中省略）。定子610在轴向上刚性地附接至轴承640的外部座圈上。通过将这两个轴承640固定至转子630和定子610二者上，该系统围绕轴向中心线B变为刚性的。于是热生长围绕该轴向中心线被均匀拆分，从而与辅助固定的/轴向可移动的 轴承对相比，将对于主动电动机区域650内的这些内部部分与导体部分之间的运行间隙的影响有效地减半。虽然常规地，这样的安排将会由于在热膨胀状态下产生自这种刚性组件的侧向荷载而将轴承置于危险中，但在此情况下通过这些长形转子臂的长度避免了这个问题。在这些外部区域或内部区域处的任何膨胀都会造成这些转子臂的一点挠曲，从而限制了应力被传递至轴承640。

Claims (45)

1.用作电动机或发电机的设备，该设备包括：

一个电容器组件，该电容器组件包括：

限定了一个第一导体区域的一个第一导体部分以及限定了一个第二导体区域的一个第二导体部分，该第一导体部分和第二导体部分是间隔开的以便限定一个通路的相对两侧，该通路在该第一导体区域与第二导体区域之间延伸；以及

一个内部部分，该内部部分是沿着在该第一导体区域与第二导体区域之间延伸的该通路相对于这些导体部分中的至少一个而可移动的；

其中该设备的特征在于：

a)一个连接器，该连接器用于将一个导体部分的一个群组中的多个子区域连接到一起的，其中这些导体部分是沿着一条轴线间隔开的，并且该设备还包括用于连接多个不同的导体部分的多个轴向延伸的连接器，每个轴向延伸的连接器包括一个长形的连接销，该长形的连接销被配置成延伸穿过多个导体部分以及传递该设备产生的力或转矩；或

b)该内部部分与至少一个相邻的导体部分由一种流体来分离，并且该设备被配置成通过对该流体施加一个电场而在该第一导体区域与第二导体区域之间的该流体中产生一个导电区域以产生在该内部部分与该至少一个相邻的导体部分之间的有效的无摩擦电接触；或

c)该第一导体部分和第二导体部分中的至少一个导体部分包括用于对应地支撑该第一导体区域和第二导体区域的一个电绝缘的本体，该电绝缘的本体包括至少一个电可极化的区域和一个相对不可极化的区域。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括定位装置，该定位装置用于维持该内部部分与该电容器组件的这些导体部分之间的预定最小空间，其中该定位装置包括一个加压流体系统，该加压流体系统被配置成在该内部部分以及这些导体部分的相反面之间施加一个平衡流体压力，以便矫正或防止该内部部分相对于这些导体部分的任何偏置位移，该加压流体系统包括加压流体源以及与该加压流体源是流体连通的多个加压流体通道以用于向一个相邻的内部部分供应加压的流体，每个加压流体通道包括一条通路或多条通路以及进入该通路中的一个出口，所述通路被配置成当流体从中穿过时提供一个预定的压力降。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，该加压流体系统被配置成提供一个负载支撑力以用于将该内部部分维持在相对于该至少一个导体部分的一个预定的位置中。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，该加压流体平衡系统被配置成取决于对于该设备的力/转矩需求而改变流体压力。

5.根据权利要求3所述的设备，其中，该加压流体是离子性流体并且跨过第一导体区域和第二导体区域的电压被配置成将第一导体区域与第二导体区域之间的局部区域的流体离子化，其中该设备还被配置成使得该流体的电离持续。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，该流体具有大于1的相对电容率。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，该电绝缘的本体的可极化的区域是由遍布该电绝缘的本体的不可极化的区域分布的可极化颗粒形成的。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，跨过该电绝缘的本体的可极化区域而施加的电压的极性和跨过该内部部分而施加的电压的极性是相反的。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，该内部部分是一个可极化的或已极化的部分。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，该内部部分包括一个电绝缘体。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，该内部部分被配置成遵循穿过该通路的一个路径，并且该内部部分包括沿着该路径间隔开的第一区域和第二区域，该第一区域和第二区域被配置成向在该第一导体部分与第二导体部分之间产生的电场提供不同水平的吸引力。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，该内部部分的第一区域具有高于该第二区域的电极化潜力或电极化水平。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，该第一区域是一个第一介电区域并且该第二区域是一个第二介电区域，该第一介电区域具有大于该第二介电区域的相对电容率。

14.根据权利要求11所述的设备，其中，该内部部分的第一区域是导电性的并且该第二区域是电绝缘的。

15.根据权利要求12所述的设备，其中，在使用中，该第一区域在相对于该设备的一个第一取向上被极化，并且该第二区域在相对于该设备的第二取向上被极化。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，该第一取向和第二取向是相反的。

17.根据权利要求15所述的设备，其中，该第一区域包括在相对于该设备的一个第一取向上被极化的一种永久极化的材料，并且该第二区域包括在相对于该设备的一个第二取向上被极化的一种永久极化的材料。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，该第一区域和第二区域包括一种驻极体材料。

19.根据权利要求1所述的设备，其中，该内部部分是相对于该第一导体部分和第二导体部分可移动的。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，该内部部分相对于该第一导体部分和第二导体部分中的仅一个是可移动的。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，该内部部分包括被附接至该第一导体部分和第二导体部分中的一个导体部分上的一个绝缘体层。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，该设备包括被附接至另一个导体部分上的另外一个绝缘体层。

23.根据权利要求1所述的设备，其中，该第一导体区域和第二导体区域中的至少一个导体区域包括沿着该通路间隔开的多个分立的导体子区域，并且该设备被配置成向该多个分立的导体子区域中的每一个导体子区域选择性地施加一个激活电压。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，该多个分立的导体子区域被划分成两个或更多个散布的群组，并且该设备被配置成向该多个分立的导体子区域的每个群组施加一个激活电压。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，该设备被配置成按顺序向该多个分立的导体子区域中的每一个导体子区域施加一个激活电压。

26.根据权利要求23所述的设备，其中，另一个导体区域包括沿着该通路间隔开的多个分立的导体子区域，每个导体子区域基本上是与该第一导体区域或第二导体区域的该多个分立的导体子区域中的一个对应的导体子区域基本上对准的。

27.根据权利要求23所述的设备，其中，另一个导体区域包括在该第一导体区域或第二导体区域的该多个分立的导体子区域中的每一个导体子区域之间延伸的一个连续的导体区域。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，该连续的导体区域形成了该电容器组件的一个接地平面。

29.根据权利要求1所述的设备，包括一个另外的电容器组件，该另外的电容器组件包括：

限定了一个第三导体区域的一个第三导体部分以及限定了一个第四导体区域的一个第四导体部分，该第三导体部分和第四导体部分是间隔开的以便限定一个另外的通路的相对两侧，该另外的通路在该第三导体区域与第四导体区域之间延伸；以及

一个另外的内部部分，该另外的内部部分是沿着在该第三导体区域与第四导体区域之间延伸的该另外的通路相对于该第三导体部分和第四导体部分中的至少一个导体部分而可移动的。

30.根据权利要求29所述的设备，其中，该设备被配置成向该第三导体区域与第四导体区域中的至少一个导体区域选择性地施加一个激活电压。

31.根据权利要求30所述的设备，其中，该设备被配置成按顺序向首先限定的电容器组件的第一导体区域和第二导体区域中的至少一个导体区域施加一个激活电压并且同时向该另外的电容器组件的第三导体区域和第四导体区域施加一个激活电压。

32.根据权利要求29所述的设备，其中，该设备包括至少一个另外的如权利要求1中所限定的电容器组件。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，该第一导体部分和第四导体部分对应地形成了该设备的第一个导体部分和最后一个导体部分，而该至少一个另外的电容器组件位于这二者之间。

34.根据权利要求33所述的设备，其中，该设备被配置成在电能与旋转运动之间进行转换。

35.根据权利要求34所述的设备，其中，这些电容器组件的这些导体部分各自与这些绝缘体部分的旋转轴线是对准的，由此在使用中，作用在位于该第一导体部分与第四导体部分之间的多个导体部分上的力被最小化。

36.根据权利要求24所述的设备，其中，这些导体子区域各自包括一个暴露的周边，该周边不含尖锐的边缘，以便将该暴露的周边周围的电应力的出现概率最小化。

37.根据权利要求1所述的设备，其中，这些以上限定的导体部分和/或内部部分中的至少一个包括一个涂层。

38.根据权利要求37所述的设备，其中，该涂层具有高于5的相对电容率。

39.根据权利要求37所述的设备，其中，该涂层包括陶瓷涂层或类金刚石碳的涂层。

40.根据权利要求1所述的设备，其中，该内部部分和导体部分中的至少一个是分段式的。

41.根据权利要求1所述的设备，其中，该设备在一种第一构型与一种第二构型之间是可移动的，在该第一构型中该内部部分以及至少一个导体部分之间的间隙为零并且在该第二构型中该内部部分以及该导体部分之间的间隙不为零。

42.一种用于安装在车轮中的、包括根据以上权利要求中任一项所限定的设备的电动机。

43.一种用于车辆的、包括权利要求42所述的电动机的车轮。

44.根据权利要求1-41中任一项所述的设备的作为电动机的用途。

45.根据权利要求1-41中任一项所述的设备的作为发电机的用途。