CN106849577B - 涡电流排斥电动机 - Google Patents

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Abstract

涡电流排斥电动机。用于控制电动机的方法和设备。通过所述电动机中的多个定子线圈的交流电流的流动是基于所述电动机中的转子的位置而控制的，使得当所述交流电流流过所述多个定子线圈中的定子线圈时，转子与该定子线圈之间的排斥力发生。

Description

涡电流排斥电动机
技术领域
本公开一般地涉及电动机，并且具体地，涉及使用交流电流的电动机。
背景技术
电动机是将电力转换成机械动力的装置。电动机可以被用于各种应用。例如但不限于，电动机可以用于驱动风扇、泵、工具、磁盘驱动器、钻头以及其它类型的装置。电动机可以被用在各种环境中。例如，电动机可以被用于各种固定和移动平台(诸如飞机和其它运载工具)上的应用。
电动机可以被用在飞机上以执行各种功能。例如但不限于，飞机上的电动机可以用于移动飞行操纵面，举起和降低起落架，打开和关闭阀门，并且对飞机执行其它功能。
当电动机被用在飞机中时，诸如重量和空间的因素是重要的考虑事项。当前使用的电动机采用包含铁磁材料的转子。铁磁材料具有高密度。结果，转子的重量可能将比期望更多的重量添加到电动机。转子重量也可能影响电动机的响应性、速度和功率密度。
例如，电动机起动和停止可能花费非期望量的时间。转子中的铁与其它更轻的材料相比导致更大的惯性矩(moment of inertia)。更大的惯性矩导致非期望的响应性。附加地，电动机可能具有由离心应力、换向电压(commutation voltage)限制或其某种组合引起的最大速度限制。
附加地，电动机可能比期望的更昂贵。例如，材料和零件增加电动机的成本。
作为另一示例，组装的成本可能比期望的更大。例如，制造电动机可以包括缠绕线圈、将层压铁片与绝缘层堆叠在一起以及采取来组装电动机的步骤。用于组装不同零件的步骤增加电动机的成本。
电动机所需的制造精度也增加成本。例如，电动机可能对转子与定子线圈之间的气隙距离非常敏感。因此，零件以及为了将这些零件组装成电动机而执行的不同操作的数量可以增加成本超出预期。
无刷直流电流(DC)电动机是一种使用永久磁体的电动机。这些永久磁体通常由钐钴或钕铁硼组成。这些类型的磁体制作起来昂贵并且更难以加工和组装。
无刷直流电流电动机包括来自被选择来抵消可能由通过绕组产生的热而产生的磨损的轴承的重量。这种类型的电动机的惯性矩常常非常大，从而降低响应性。绕组中的重量和热也限制无刷直流电流电动机的速度。
磁阻电动机是一种在铁磁转子上包括非永久磁极的电动机。转矩使用磁阻来产生。这种类型的电动机与无刷直流电流电动机比不太昂贵，因为磁阻电动机不使用永久磁体。
然而，磁阻电动机仍然通常将堆叠层压材料用于转子和定子二者。在转子和磁通返回路径中利用层压材料和铁磁材料，重量可能比预期更高。
此外，仅定子与转子之间的引力发生限制这种类型的电动机的响应性。附加地，利用这种类型的电动机的更快换向需要更高的电压以停止或者使方向反向。磁阻电动机对于特定供应电压具有固定速度，并且速度也受转子中的离心应力约束。
感应电动机是交流电流(AC)电动机，其中在电动机中用于产生转矩的电流是通过来自由定子中的绕组产生的磁场的电磁感应而获得的。与使用永久磁体的其它电动机相比感应电动机具有更低的成本。附加地，感应电动机比其它类型的电动机更易于控制，从而导致不太复杂的控制电路。
然而，感应电动机由于鼠笼转子设计是相对较重的。这种类型的转子设计使用堆叠层压材料、绕组或过度成形的导电材料。利用这种重量的转子，感应电动机的响应可能不和期望的一样大，特别是在使方向反向时。
因此，将期望具有考虑上面所讨论的问题中的至少一些以及其它可能的问题的方法和设备。例如，将期望具有克服电动机的重量的技术问题的方法和设备。作为另一示例，将期望具有克服电动机的成本的技术问题的方法和设备。将期望具有克服电动机的响应性和速度的技术问题的方法和设备。
发明内容
本公开的一个示例提供一种设备。该设备包括转子、多个定子线圈和电流控制系统。所述转子由导电材料组成，其中，所述转子能够绕轴旋转。所述多个定子线圈被定位为与所述转子相邻，使得当交流电流流过所述多个定子线圈时在所述转子中产生涡电流。所述电流控制系统基于所述转子的位置来控制通过所述多个定子线圈的所述交流电流的流动，其中，所述多个定子线圈中的定子线圈在所述交流电流流过该定子线圈产生交变磁场，从而在所述转子中引起所述涡电流时，使得所述定子线圈与所述转子之间的排斥力使所述转子绕所述轴旋转。
本公开的另一个例示性示例提供一种双频电动机。该双频电动机由转子、多个定子线圈和电流控制系统组成。所述转子是能够绕轴旋转的转子，其中，所述转子包括由铁磁材料形成的芯以及包围该芯的层，其中，所述层包括为非铁磁的导电材料。所述多个定子线圈连接至交流电源和直流电源。所述电流控制系统基于所述转子的位置来控制通过所述多个定子线圈的交流电流和直流电流的流动，其中，所述多个定子线圈中的定子线圈在所述交流电流流过所述定子线圈时产生交变磁场从而在所述定子线圈与所述转子之间引起排斥力并且在所述直流电流通过所述定子线圈时产生单向磁场从而在所述定子线圈与所述转子之间引起吸引力使得所述转子绕所述轴旋转。
本公开的又一个例示性示例提供一种用于控制电动机的方法。通过所述电动机中的多个定子线圈的交流电流的流动是基于所述电动机中的转子的位置而控制的，使得当所述交流电流流过所述多个定子线圈中的定子线圈时，所述转子与所述定子线圈之间的排斥力发生。
本公开的再一个例示性示例提供一种用于控制电动机的方法。当所述电动机的转子相对于所述电动机中的定子线圈处于第一位置时，直流电流被发送通过该定子线圈，其中，所述定子线圈与所述转子之间的吸引力使所述转子绕轴旋转。当所述转子相对于所述电动机中的所述定子线圈处于第二位置时，交流电流被发送通过所述定子线圈，其中，所述定子线圈与所述转子之间的排斥力使所述转子绕所述轴旋转。
能够在本公开的各种示例中独立地实现这些特征和功能，或者可以在能够参照以下描述和附图看到另外细节的其它的示例中组合这些特征或功能。
附图说明
新颖特征认为例示性示例的特性在所附权利要求中被阐述。然而，例示性示例以及优选使用模式、另外的目标及其特征将最好在结合附图阅读时通过参照本公开的例示性示例的以下详细描述来理解，其中：
图1是根据例示性示例的电动机环境的框图的例示；
图2是根据例示性示例的电流控制系统的框图的例示；
图3是根据例示性示例的具有转子的电动机的例示；
图4是根据例示性示例的电动机的操作的例示；
图5是根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示；
图6是根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示；
图7是根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示；
图8是根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示；
图9是根据例示性示例的双频电动机的例示；
图10是根据例示性示例的双频电动机的操作的例示；
图11是根据例示性示例的双频电动机的操作的例示；
图12是根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示；
图13是根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示；
图14是根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示；
图15是根据例示性示例的电动机的转子的例示；
图16是根据例示性示例的用于控制电动机的过程的流程图；
图17是根据例示性示例的用于控制双频电动机的过程的流程图；
图18是根据例示性示例的飞机制造和服务方法的框图的例示；以及
图19是可以在其中实现例示性示例的飞机的框图的例示。
具体实施方式
例示性示例识别并考虑一个或更多个不同的考虑事项。例如，例示性示例识别并考虑铁磁材料在转子中的使用以及电动机的转子和其它部分中的零件的数量可能导致不和期望一样大的响应性以及比期望大的成本。例示性示例还识别并考虑将期望具有速度不受在转子中可能发生的离心应力约束的电动机。
例示性示例还识别并考虑期望具有与当前可用的电动机相比在更小大小上提供更大转矩的轻便电动机。例如，期望在可以被放置到飞机(诸如无人机)的机翼中的电动飞行控制致动器中具有高加速度和高功率密度。
例示性示例还识别并考虑用于医疗用途或研究的电动机的更小大小和更快速度是所希望的。具有期望量的转矩的更小电动机与当前可用的电动机相比可能可用于医疗装置，诸如假体或可植入装置。关于研究，提供期望水平的旋转速度的电动机是医疗装置(诸如离心机)所希望的。
例示性示例还识别并考虑重量、空间和速度是用在车中的电动机的因素。在电动车和混合电动车的情况下，并且具体地，在这些类型的车的高性能版本中，电动机的大小、重量和速度是设计车辆时的考虑事项。
因此，例示性示例识别并考虑将期望具有利用更少量的铁磁材料或更少零件中的至少一个的电动机。如本文所使用的，短语“...中的至少一个”当与项目的列表一起使用时，意味着可以使用所列举的项目中的一个或更多个的不同组合，并且可能需要列表中的各个项目中的仅一个。换句话说，“...中的至少一个”意味着可以根据列表使用项目的任何组合或任何数量的项目，但是并非列表中的所有项目都是需要的。项目可以是特定物体、事物或类别。
例如但不限于，“项目A、项目B或项目C中的至少一个”可以包括项目A、项目A和项目B或项目B。这个示例还包括项目A、项目B以及项目C或项目B和项目C。当然，可能存在这些项目的任何组合。在一些例示性示例中，“...中的至少一个”可以是例如但不限于项目A的两个；项目B的一个；以及项目C的十个；项目B的四个和项目C的七个；或其它适合的组合。
例示性示例识别并考虑可以实现更少量的铁磁材料或更少零件的一个方式涉及减少转子的重量。以这种方式，可以减少响应性、速度和功率密度的局限。在一个例示性示例中，可以按照减少电动机中的转子的重量的方式使用具有在导电材料中引起发生的频率的磁场。
如所描绘的，例示性示例识别并考虑感生电流在与产生了该感生电流的改变相反的方向上流动。此外，在相反方向上流动的电流往往彼此磁排斥。换句话说，这些电流创建彼此排斥的磁场。结果，被称为“涡电流”的感生电流通常被引起“涡电流”的电流排斥。
在一个例示性示例中，设备包括转子、定子线圈和电流控制系统。转子含导电材料，其中，转子可绕轴旋转。定子线圈被定位为与转子相邻，使得当交流电流流过定子线圈时在转子中产生涡电流。电流控制系统基于转子的位置来控制通过定子线圈的交流电流的流动。定子线圈中的定子线圈在交流电流流过该定子线圈时产生交变磁场，从而在该定子线圈中引起涡电流，使得该定子线圈与转子之间的排斥力使转子绕轴旋转。
现在参照图，并且具体地，参照图1，描绘了根据例示性示例的电动机环境的框图的例示。电动机环境100是可以在其中实现例示性示例的环境的示例。
电动机环境100可以是电动机系统102为平台106提供机械动力104的任何环境。例如但不限于，电动机环境100可以包括机械动力104是平台106所需要或期望的制造环境、研究环境、医疗环境、军事环境、运输环境或任何其它适当的环境。
例如，可以从包括移动平台、固定平台、陆基结构、水基结构和空基结构的组中选择平台106。更具体地，可以从包括水面舰艇、坦克、个人载体、火车、太空飞船、空间站、卫星、潜艇、汽车、电站、桥梁、水坝、房屋、制造设施、建筑物和其它适合的平台的组中选择该平台。在一个例示性示例中，平台106可以是人体。
电动机系统102可以被配置为在电动机环境100中为任何适当的应用提供机械动力104。例如但不限于，应用可以包括驱动风扇、泵、工具、磁盘驱动器、钻头、任何其它适当类型的装置或这些装置的各种组合。例如但不限于，当平台106采取飞机的形式时，针对电动机系统102的应用可以包括移动飞行操纵面、举起和降低起落架以及对飞机执行其它功能或这些功能的各种组合。
在这个例示性示例中，电动机系统102包括许多不同的部件。如所描绘的，电动机系统102包括电动机108、传感器系统110、电流控制系统112和电源114。
电动机108在这个例示性示例中产生机械动力104。电动机108包括转子116和定子线圈118。
如所描绘的，转子116由导电材料120组成。此外，转子116可绕轴122旋转。在该例示性示例中，导电材料120是从导电铁磁材料124或导电非铁磁材料126中的至少一种中选择的。
如所描绘的，导电铁磁材料124是从铁、氧化铁、镍、钐钴或某种其它适合的材料中的至少一种中选择的。在这个示例中，导电非铁磁材料126是从铝、铜、金、夹层石墨烯、铅、镍、银、锡、钛、锌或某种其它适合的材料中的至少一种选择的。
定子线圈118被定位为与转子116相邻。在该例示性示例中，定子线圈118被定位为与转子116相邻，使得能够以足以从转子116的任何固定位置使转子116旋转的水平产生排斥力140。
所述位置是这样的，即，当交流电流130流过定子线圈118时，在转子116中产生涡电流128。在这个例示性示例中，交流电流130流过定子线圈118中的绕组132。绕组132是搁置在定子线圈118中的线圈中的导电电线。
在该例示性示例中，交流电流130的第一频率与转子116的旋转的第二频率无关。换句话说，第一频率与第二频率无关。例如，第一频率是第二频率的整数倍或第一频率和第二频率的有理数乘积。在一个例示性示例中，交流电流130的频率大于或者等于大约10kHz。
如所描绘的，可以基于涡电流128的期望位置来选择频率。例如，频率可以基于是否期望使涡电流128更靠近表面或者更深入转子116内。离轴122更远的涡电流128的发生在例示性示例中导致更大转矩。
传感器系统110识别转子116的位置134。如所描绘的，位置134由传感器系统110发送到电流控制系统112。
在一个例示性示例中，传感器系统110是指示转子116的位置134的旋转编码器。该旋转编码器可以附接至转子116或上面安装有转子116的轴中的至少一个。在该例示性示例中，可以从机械编码器、光学编码器、磁编码器、电容编码器或某种其它适合的编码系统中的一个中选择旋转编码器。
在另一例示性示例中，传感器系统110是基于转子116的位置134与转子116中的涡电流128起反应的一组位置感测线圈，其中，转子116的位置134使用该组位置感测线圈来识别。
利用位置感测线圈，交流电流被连续地发送通过这些位置感测线圈中的每一个。随着转子116转动，在转子116中通过位置感测线圈感生涡电流128。涡电流128随着转子116接近位置感测线圈而越来越强。结果，流过位置感测定子线圈的交流电流减少。以这种方式，可以通过如由涡电流128引起的流过位置感测线圈的交流电流的改变来识别转子116的位置。
发送通过位置感测线圈的交流电流相对于交流电流130较弱。这个交流电流被选择为使得排斥力140不产生或者足够小以致不以非期望的方式影响转子116的旋转。
传感器系统110的这种类型的实施方式不需要可能被可能因旋转编码器而出现的灰尘或其它碎片阻挡的光学部件。以这种方式，可以基于如受涡电流128影响的流过位置感测线圈的电流的改变来确定转子116的位置134。
在这个例示性示例中，电流控制系统112基于转子116的位置134来控制通过定子线圈118的交流电流130的流动。电流控制系统112可以采取换向器(commutator)的形式。如所描绘的，当转子116的位置134相对于定子线圈118落入选择的位置时，电流控制系统112可以将定子线圈118中的不同定子线圈连接至电源114。
定子线圈118中的定子线圈136在交流电流130流过定子线圈136时产生交变磁场138，从而在转子116中引起涡电流128，使得定子线圈136与转子116之间的排斥力140使转子116绕轴122旋转。
更具体地，涡电流128产生交变磁场144。来自定子线圈136的交变磁场138以及来自转子116的端部142的交变磁场144相互作用以产生排斥力140。
在所描绘的示例中，当转子116的位置134是这样的，即，转子116的端部142与定子线圈136相邻时，电流控制系统112发送交流电流130通过定子线圈136。
现在参照图2，描绘了根据例示性示例的电流控制系统的框图的例示。在该例示性示例中，可以在超过一个图中使用相同的附图标记。附图标记在不同图中的这种再使用表示不同图中的同一元素。
如所描绘的，可以按照许多不同的方式实现电流控制系统112。在一个例示性示例中，电流控制系统112包括控制器200和开关202。
开关202连接至图1中的定子线圈118并且连接至图1中的电源114。如所描绘的，定子线圈118通过开关202间接连接至电源114。如所描绘的，开关202中的各个开关连接至定子线圈118中的对应的定子线圈。
例如，当开关202中的开关204处于闭合位置206中时，开关204发送交流电流130通过定子线圈136。当开关204处于断开位置208中时，交流电流130不流过定子线圈136。
控制器200通过基于转子116的位置134来控制通过定子线圈118的交流电流130的流动而控制开关202。换句话说，控制器200基于转子116的位置134使开关202接通和断开。转子116的位置134使用图1中的传感器系统110来识别。
在这个例示性示例中，当交流电流130流过定子线圈136时，定子线圈118中的定子线圈136产生交变磁场138。交变磁场138在转子116中引起涡电流128，使得定子线圈136与转子116之间的排斥力140使转子116绕轴122旋转。更具体地，涡电流128产生交变磁场144。来自定子线圈136的交变磁场138以及来自转子116的端部142的交变磁场144相互作用以产生排斥力140。
控制器200被配置为切换通过定子线圈118中的定子线圈136的交流电流130，其中转子116具有转子116的端部142与定子线圈136对准的位置。在所描绘的示例中，对准被选择为使得转子116的端部142经过定子线圈136的中心。
除位置之外，当交流电流130在交流电流(AC)循环中为零或者接近零时，控制器200还可以切断交流电流130到定子线圈136的流动。以这种方式，可以减少换向电压。这个减少可以允许导致更高转矩的更高电流的使用。更高电流的使用可以在无需使用昂贵的或笨重的高电压部件的情况下发生。此外，与使用磁吸引力的电动机相比，接通和断开交流电流130的流动的模式(pattern)可以使用相对于转子的不同相位角而发生。
在该例示性示例中，控制器200可以用软件、硬件、固件或其组合来实现。当使用软件时，由控制器200执行的操作可以用被配置为在硬件(诸如处理器单元)上运行的程序代码来实现。当使用固件时，由控制器200执行的操作可以用存储在持久存储器中以在处理器单元上运行的程序代码和数据来实现。当采用硬件时，硬件可以包括操作来在控制器200中执行操作的电路。
在例示性示例中，硬件可以采取电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件或者被配置为执行许多操作的某种其它适合类型的硬件的形式。例如，控制器200可以由固态电路、硅控整流器(SCR)、交流电流三极管电路(TRIAC)或某种其它适合类型的电路中的至少一个组成。
利用可编程逻辑器件，装置可以被配置为执行许多操作。装置可以在后期被重新配置或者可以被永久性地配置为执行许多操作。可编程逻辑器件包括例如可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列以及其它适合的硬件器件。附加地，过程可以用与无机部件集成在一起的有机部件来实现并且可以完全由有机部件(排除人类)组成。例如，过程可以作为电路被实现在有机半导体中。
在另一例示性示例中，电流控制系统112可以由电刷210和电触点(electricalcontact)212组成。在这个例示性示例中，定子线圈118具有连接至电源114的第一端部。电刷210连接至定子线圈118的第二端部。
电触点212被定位在图1中的轴122附近。电触点212连接至电源114。如所描绘的，电刷210可以根据转子116的位置134接触电触点212。
电触点212随着转子116旋转而旋转。此外，电触点212按照图案(pattern)214布置，使得当电触点212绕轴122旋转时电刷210在转子116的不同位置处接触电触点212，从而控制通过定子线圈118的交流电流130的流动。
如所描绘的，电触点212与转子116关联。关联可以是电触点212位于转子116上的直接关联。在另一示例中，关联可以是电触点212位于连接至转子116的轴上的间接关联。
电刷210和电触点212的使用可以具有更低的成本并且减少电路在电动机系统102中的使用。结果，减少的成本可以利用这种类型的配置而发生。
因此，例示性示例提供了用于克服电动机的重量的技术问题的一个或更多个技术解决方案。例如，可以在电动机108中使用更轻的材料代替当前使用的电动机中使用的材料。
作为另一示例，例示性示例提供了克服电动机的成本的技术问题的技术解决方案。例如，可以在制造电动机108时使用更少的部件，从而导致部件的更低成本以及比组件更低的成本。例如，电动机108中的转子116不需要使用层压材料和重材料的层。
此外，例示性示例还可以提供用于克服电动机的响应性和速度的技术问题的技术解决方案中的一个或更多个。可以减少关于基于增加的惯性的响应性和速度的局限。此外，可以使用例示性示例来减少关于基于转子上的应力的位置和速度的局限。例如，转子116与当前使用的转子相比可以具有更简单的设计，以提供期望水平的性能。
图1和图2中的电动机环境100和不同部件的例示不意在对可以用来实现例示性示例的方式暗示物理或架构局限。可以使用除所例示的部件之外或者代替所例示的部件的其它部件。一些部件可能是不必要的。并且，这些块被呈现来例示一些功能部件。这些块中的一个或更多个在被实现在例示性示例中时可以被组合、划分或者组合并划分成不同的块。
例如，传感器系统110可以识别除转子116的位置134之外或者代替转子116的位置134的其它信息。例如，传感器系统110可以识别从温度、速度、转矩、磁场水平或关于电动机108的某种其它期望信息中的至少一种中选择的信息。
在这个例示性示例中，电源114向定子线圈118供应交流电流130。交流电流130的供应在电流控制系统112的控制下发生。可以直接或间接供应交流电流130。例如，可以直接通过电线或者间接通过无线磁耦合向定子线圈118供应交流电流130。
作为另一示例，定子线圈118中的每一个可以具有与其它定子线圈不同的谐振频率。谐振频率是交流电流的大小对于特定定子线圈具有最大响应的频率。在该例示性示例中，可以通过使用并联连接至定子线圈的电容器来设置谐振频率。
在这个示例中，控制器200包括被配置为通过到定子线圈118的无线磁耦合来向定子线圈118发送电力的电力发送器。所发送的电力导致交流电流130流过定子线圈118。
在又一个例示性示例中，当电流控制系统112是模拟电流控制系统时，可以省略传感器系统110。当电刷和电触点存在时，不需要传感器系统100来识别转子116的位置134。
接下来参照图3、图4、图5、图6、图7和图8，描绘了根据例示性示例的电动机的操作的例示。这些图例示了排斥力如何用于使电动机的转子旋转。
首先转向图3，描绘了根据例示性示例的具有转子的电动机的例示。在这个例示性示例中，电动机300包括转子302和定子线圈304。
如所描绘的，转子302具有从轴312延伸的臂301和臂303。在这个例示性示例中，转子302不包括磁材料。转子302由形式为导电非铁磁材料的导电材料组成。在这个特定示例中，转子302由铝组成。
在这个例示性示例中，定子线圈304包括定子线圈306、定子线圈308和定子线圈310。可以在电动机300中使用大于二的任何数量的定子线圈304。
如所描绘的，转子302处于固定位置中。此固定位置在这个例示性示例中是起始位置。在这个示例中，转子302的期望旋转方向在箭头314的方向上绕轴312。
在这个例示性示例中，转子302的臂301的端部316被示出为相对于定子线圈306在起始位置中。一系列操作激活并去激活定子线圈304以使转子302旋转。
在转子302的起始位置中，转子302的臂301的端部316以及定子线圈306的对准是这样的，即，端部316的中心线320偏离定子线圈306的中心线318。换句话说，端部316经过定子线圈306的中心。在这个例示性示例中，偏移用度测量。偏移可以是例如一度或两度。
中心线是将物体划分或者截开成二等分(诸如转子302和定子线圈306)的线。如所描绘的，定子线圈308具有中心线322，并且定子线圈310具有中心线324。这些描绘的示例中的中心线是虚构的并且实际上在结构上看不见。
这个示例中描绘的偏移在电动机300的操作开始时导致转子302在箭头314的方向上旋转。中心线318与中心线320之间的偏移的大小可以根据当交流电流被施加到定子线圈306时期望的排斥力的量而变化。
现在参照图4，描绘了根据例示性示例的电动机的操作的例示。如所描绘的，定子线圈306在交流电流400流过定子线圈306时被接通。
交流电流400的流动使交变磁场404被产生。作为交变磁场404的结果，在转子302的端部316中产生涡电流402。涡电流402产生交变磁场406。
在这个例示性示例中，与当前可用的其它交流电流电动机相比，交流电流400可以具有相对较高的频率。例如，该频率可以大于或者等于10kHz。
来自这两个电流的磁场导致排斥力408。进而，排斥力408使转子302在箭头314的方向上旋转，如此图所示。
如所描绘的，排斥力408具有两个分量。这些分量是切向力410和径向力412。这些分量是相对于转子302的旋转的。切向力410产生使转子302转动的转矩。
接下来参照图5，描绘了根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示。在这个示例中，转子302已旋转，使得转子302的中心线320与定子线圈310的中心线324对齐。
在这个位置中，定子线圈306被断开。换句话说，图4的交流电流400不再流过定子线圈306。结果，图4的交变磁场404不再存在。
在图6中，描绘了根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示。如所描绘的，转子302已通过转子302中的惯性矩从图5所示的位置旋转至图6所示的位置。
在这个图中，转子302已旋转，使得转子302的端部317的中心线320已经过定子线圈310的中心线324。换句话说，转子302的端部317与定子线圈310的对准是这样的，即，在定子线圈310的中心线324与端部317的中心线320之间存在偏移。
利用端部317和定子线圈310的这种对准，发送交流电流600通过定子线圈310，从而使定子线圈310接通。换句话说，交流电流600随着转子302的端部317旋转经过定子线圈310的中心线324而发送通过定子线圈310。在交流电流600流过定子线圈310的情况下，交变磁场602被产生。
交变磁场602使涡电流402流过转子302的端部317。进而，涡电流402在转子302的端部317处产生交变磁场604。
定子线圈310中的交流电流600以及涡电流402从交变磁场602与交变磁场604之间的相互作用产生排斥力408。结果，转矩被施加到转子302，从而使转子302在箭头314的方向上转动。
接下来转向图7，描绘了根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示。转子302已旋转，使得端部316的中心线320与定子线圈308的中心线322对齐。在这个位置中，定子线圈310被断开。
参照图8，描绘了根据例示性示例的使用排斥力的电动机的操作的例示。如所描绘的，转子302已通过转子302中的惯性矩从图7所示的位置旋转至图8所示的位置。
在这个例示中，转子302的中心线320与定子线圈308的中心线322对准。该对准是这样的，即，中心线320偏离中心线322。
利用这种对准，定子线圈308在交流电流800流过定子线圈308的情况下被接通，并且交变磁场802由定子线圈308产生。结果，涡电流402在转子302的端部316中流动。涡电流402导致交变磁场804。
以这种方式，交流电流800和涡电流402产生排斥力408。排斥力408使转子302在箭头314的方向上旋转。转子302的这个旋转使转子302旋转回至图3所示的位置。
在所描绘的示例中，使定子线圈304接通和断开的模式发生，使得在箭头314的方向上总是存在转矩。如所描述的，端部304和定子线圈304在电动机300的操作期间的对准发生，使得在转子302的端部316的中心线320与定子线圈304的中心线之间存在偏移。在该例示性示例中，偏移用度测量。度数可以根据特定实施方式而变化。
已经出于例示图1中以块形式所示的电动机108的一个实施方式的目的示出了图3、图4、图5、图6、图7和图8中的电动机300的例示。电动机300的例示不意在限制可以在其它例示性示例中实现电动机108的方式。
尽管定子线圈304包括三个定子线圈，然而如电动机300所示，可以在其它例示性示例中使用其它数量的定子线圈304。例如，在其它例示性示例中，可以在电动机300中使用两个、五个、七个或某个其它数量的定子线圈304。
在这个例示性示例中，定子线圈的数量可能取决于转子302的配置。如所描绘的，转子302具有形式为从轴312延伸的臂301和臂303的两个细长构件。在其它例示性示例中，臂的数量可以变化。
在选择定子线圈304以及转子302的臂的数量时，可以按照许多不同的方式选择定子线圈304的数量。例如，定子线圈304的数量可以被选择为大于二并且不等于转子302的臂数乘以0.5、1或2的值。0.5、1和2的比率允许转子302占据其中来自定子线圈304的排斥力对称的位置。这些比率对于转子302来说是不太希望的，因为当存在排斥力对称的位置时，这些位置对转子302产生零净转矩(zero net torque)。
结果，如果转子302停止在这些位置中的一个中，则转子302不能够再次开始移动。例如，具有四个定子线圈304并且在转子302上具有两个臂的配置是不太希望的。
在所希望的配置的一个示例中，定子线圈304的数量和转子302的臂的数量可以彼此相差一个或者是连续的。例如，当转子302具有九个臂时，十个定子线圈可以被用于定子线圈304。
在所希望的配置的另一示例中，定子线圈304的数量可以是三的倍数。例如，当在转子302中存在四个臂时，六个定子线圈304可以被用于定子线圈304。三的倍数个定子线圈304使得电动机能够按三个换向器相位而操作。
在图3中的例示性示例中，示出了具有转子302的电动机300，所述转子302具有轻微经过(past)定子线圈306的中心线318的中心线320作为当电动机300从完全停止开始操作时的起始位置。在控制电动机300的操作时，可以发送电流通过定子线圈304，使得转子302根据需要从完全停止在箭头314的方向上或者在相反方向上转动，而不管转子302的起始位置如何。例如，如果端部316的中心线320与定子线圈306的中心线318对齐，则在向定子线圈306和定子线圈308发送交流电流时的轻微重叠可以用于使转子302在箭头314的方向上旋转。
在所描绘的示例中，向定子线圈304发送交流电流的轻微重叠可能存在，使得可以使定子线圈304中的超过一个定子线圈接通。例如，当转子302的端部316的中心线320与定子线圈306的中心线318对齐时，定子线圈310仍被接通。
因此，当转子302从彼此对齐的中心线开始时，转子302不会停留在该位置处或者在非期望的方向上旋转。当转子302的端部316的中心线320旋转经过定子线圈306的中心线318几度时，定子线圈310被断开。
当转子302的端部316的中心线320与定子线圈308的中心线322重合时，相同的模式适用。在这个位置中，定子线圈306仍被接通以得到几度的旋转。当转子302的端部316移动经过定子线圈310时，发生类似的序列。
使定子线圈304接通的不同模式可以用于在箭头314的相反方向上使转子302旋转。换句话说，可以使转子302旋转为逆时针或顺时针运动。此外，发送通过一个或更多个定子线圈304的电流的量以及电流的持续时间中的至少一个可以用于改变转子302的速度、转矩或旋转方向中的至少一个。
此外，传感器可以用于测量旋转的速度。这个测量可以用于在电动机300中的转子302旋转高于某个阈值速度时估计重叠区域。以这种方式，如所描述的，发送电流通过定子线圈304中的两个所需的电力中的尖峰的量在转子302已开始旋转之后减少或者消除。
现在参照图9，描绘了根据例示性示例的双频电动机的例示。如所描绘的，示出了双频电动机900的顶部横截面图。在这个例示性示例中，双频电动机900包括转子902和定子线圈904。双频电动机900使用排斥力和吸引力二者来使转子902旋转。使用排斥力和吸引力二者对于各个定子线圈允许百分之一百占空比实现，并且还增加可以由双频电动机900产生的转矩。
在这个例示性示例中，转子902具有从轴908延伸的臂905和臂906。如这个横截面图中看到的，转子902包括芯910和层912。层912是形成在芯910上的涂层。
在这个例示性示例中，芯910由导电铁磁材料组成。在这个示例中，可以从铁、氧化铁、镍或衫钴中的至少一种中选择导电铁磁材料。
层912由导电非铁磁材料组成。在这个示例中，导电非铁磁材料是从铝、铜、金、夹层石墨烯、铅、银、锡、钛或锌中的至少一种中选择的。
在这个例示性示例中，定子线圈904包括三个定子线圈。更具体地，定子线圈904包括定子线圈914、定子线圈916和定子线圈918。
如所描绘的，双频率可以用于操作双频电动机900。在这个例示性示例中，第一频率可以用于产生吸引力，然而第二频率可以用于在双频电动机900中产生排斥力。这种类型的电动机还可以被称为双频电动机，其中吸引力或排斥力中的至少一个用于使转子902旋转。
在选择层912的厚度时，层912具有取决于材料的电导率和磁导率以及施加的磁场的频率的电集肤深度(δ)。在这个例示性示例中，集肤深度是外表面与电流流动的水平面之间的距离。集肤深度根据下式确定在深度(d)下的电流密度(J)：
J＝Jδe-d/δ
其中(Js)是在表面处的电流密度。集肤深度(δ)可以被估计如下：
Figure BDA0001142136000000161
其中ρ＝导体的电阻率；ω＝电流的角频率2π×频率；
Figure BDA0001142136000000162
＝导体的相对磁导率；μ0＝自由空间的磁导率；
Figure BDA0001142136000000163
Figure BDA0001142136000000164
＝材料的相对磁导率；∈0＝自由空间的磁导率；并且
Figure BDA0001142136000000165
层912的涂层厚度被选择为使得它在低频率下比一个集肤深度小得多并且在高频率下超过一个集肤深度。低频率可以是从大约30Hz到100Hz的换向频率。低频率可以和直流电流一样低。高频率可以是涡电流电动机操作的交流电流(AC)频率。该频率可以是大约10kHz。在这个例示性示例中，形式为铝涂层的层912是大约1.5毫米厚。
现在参照图10，描绘了根据例示性示例的双频电动机的操作的例示。如此图所描绘的，转子902在箭头1000的方向上绕轴908旋转。
当转子902的臂905的端部1004接近定子线圈914时，直流电流1006被发送通过定子线圈914。直流电流1006流过定子线圈914并且使定子线圈914产生单向磁场1008。在这个例示性示例中，单向磁场1008具有大约30Hz的频率。这个变化频率在单向磁场1008的强度中。
在这个频率下，单向磁场1008的集肤深度是大约14毫米。如果频率是0Hz，则集肤深度是无限大的。结果，单向磁场1008中的几乎所有的磁通量通过为大约1.5毫米的层912。
单向磁场1008在芯910上产生吸引力1010。吸引力1010朝向定子线圈914拉转子902的臂905的端部1004。芯910上的这种拉使转子902旋转以在箭头1000的方向上绕轴908旋转。
接下来参照图11，描绘了根据例示性示例的双频电动机的操作的例示。在这个图中，转子902的臂905的端部1004被示出为开始旋转经过定子线圈914。在转子902的这个位置中，图10的直流电流1006的流动被断开，并且交流电流1100的流动通过定子线圈914而发生。
流过定子线圈914的交流电流1100引起交变磁场1102。在这个例示性示例中，交变磁场1102具有大约10kHz的频率。在这个频率下，层912中的铝的集肤深度是大约0.8毫米。交变磁场1102的大多数被在层912内流动的涡电流1104阻挡。
涡电流1104使交变磁场1106被产生。这些磁场的相互作用导致在定子线圈914与转子902的臂905的端部1004之间产生排斥力1108，使得转子902在箭头1000的方向上绕轴908旋转。对于转子902的端部1004相对于定子线圈916和定子线圈918的类似位置来说，流过定子线圈914的直流电流1006和交流电流1100的这个模式还可以被应用于定子线圈916和定子线圈918。
图9、图10和图11中的双频电动机900的例示是出于例示如图1中以块形式所示的电动机108的实施方式的目的而提供的。如所描绘的，双频电动机900除了使用排斥力1108之外还使用吸引力1010来使转子902旋转。
现在参照图12，描绘了根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示。这个图示出了可以给双频电动机(诸如图9中的双频电动机900)供电的一个方式。
在这个例示性示例中，电源1200包括直流电源1202和交流电源1204。电源1200是如图1中以块形式所示的电源114的实施方式的示例。电源1200向双频电动机1208中的定子线圈1206供应直流电流1210和交流电流1212二者。各个电源具有不同的频率。
在这个例示性示例中，电流控制系统1214是如图1中以块形式所示的电流控制系统112的实施方式的示例。如所描绘的，电流控制系统1214包括控制器1216、选择器开关1218和选择器开关1220。电流控制系统1214是如图1中以块形式所示的电流控制系统112的一个实施方式的示例。
控制器1216可以用硬件、软件或其某种组合中的至少一个来实现。控制器1216可以采取换向电子装置的形式。控制器1216控制选择器开关1220以通过选择直流电源1202或交流电源1204中的一个来选择频率。在这个例示性示例中，交流电源1204具有大约10kHz的频率。
来自所选择的电源的电流被发送到选择器开关1218。控制器1216控制选择器开关1218以将所选择的电流导向定子线圈1206中的特定线圈。在该例示性示例中，可以根据特定实施方式将电流导向定子线圈1206中的超过一个定子线圈。
在这个例示性示例中，转矩的基本上百分之一百占空比是从定子线圈1206中的各个定子线圈提供的。与来自磁阻电动机中的各个定子线圈的百分之五十占空比相比，该配置增加来自给定大小的电动机的平均转矩。
现在参照图13，描绘了根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示。在这个例示性示例中，电源1300是直流电源1302。电流控制系统1304包括控制器1306、选择器开关1308和选择器开关1310。
如所描绘的，电容器1312并联连接至选择器开关1310以及电动机1316中的定子线圈1314。电流控制系统1304是如图1中以块形式所示的电流控制系统112的一个实施方式的示例。
在操作期间，控制器1306控制选择器开关1310以将来自直流电源1302的电流发送到选择器开关1308中。附加地，控制器1306控制选择器开关1308以选择在定子线圈1314中要连接至直流电源1302的特定定子线圈。直流电源1302用于供应电流，直到转子的端部处于它最靠近所选择的线圈的位置为止。在直流电源1302连接的同时，直流电源1302还对电容器1312进行充电。
当转子的端部在其最近位置处时，控制器1306然后断开直流电源1302并且使用选择器开关1308将电容器1312连接至定子线圈。结果，在定子线圈1314中所选择的定子线圈与电容器1312之间形成电路。电流流入电容器1312。
定子线圈和电容器1312形成振荡以发送交流电流通过线圈的电感器电容器(LC)振荡电路。这个交流电流在转子中引起涡电流，从而引起使转子旋转的排斥力。
在为电容器1312选择值时，集肤效应被完全包含在转子的导电涂层中的频率(ω0)以及线圈的电感(L)用于使用下式来确定电容器1312的电容(C)的值：
Figure BDA0001142136000000181
在这个示例中，集肤效应被完全包含在转子的导电涂层中的频率(ω0)可以被选择为集肤深度小于涂覆转子的芯的层的厚度的一半的频率。
在该例示性示例中，定子线圈1314中的各个定子线圈连接至电容器1312。在另一例示性示例中，对于如图13所描绘的所有的定子线圈1314来说，各个定子线圈可以具有电容器而不是使用单个电容器(电容器1312)。
现在参照图14，描绘了根据例示性示例的双频电动机的电源的框图的例示。在这个图中，定子线圈1400连接至电容器组1402。
如本文所使用的，“…组”当参照项目使用时，意指一个或更多个项目。例如，电容器组1402是一个或更多个电容器。例如，多个电容器可以串联、并联或者按照其某种组合连接以获得期望水平的电容。
如所描绘的，电容器组1402连接至定子线圈1400的第一端部1406以及定子线圈1400的第二端部1408。附加地，第一端部1406通过开关1412连接至直流电源1410。第二端部1408连接至直流电源1410。
在这个配置中，电容器组1402并联连接至定子线圈1400和直流电源1410。在这个例示性示例中，定子线圈1400和电容器组1402形成谐振电感器电容器(LC)振荡电路。
当开关1412闭合时，直流电源1410对定子线圈1400和电容器组1402二者施加直流电压。在开关1412闭合的情况下，电流在箭头1414的方向上并且流动通过定子线圈1400。在这个时间期间，电容器组1402被充电。此外，吸引力在来自直流电源1410的直流电流流过定子线圈1400的情况下通过图10中的由定子线圈1400产生的单向磁场1008来产生。
当开关1412断开时，定子线圈1400与直流电源1410断开。电流继续在箭头1414的方向上流动，从而从电容器组1402消耗电荷，然后利用相反极性以及比直流电源1410高的电压对电容器组1402进行充电。
由定子线圈1400和电容器组1402形成的谐振电感器电容器(LC)振荡电路然后在电流在箭头1416的方向上流动的情况下振荡。电流的振荡随着时间的推移而衰减。电流的这个振荡在转子中引起涡电流，从而导致使转子转动的排斥力。
各个定子线圈具有电容器组的这个配置使用比仅单个电容器被与定子线圈一起使用的图13所示的配置更多的电容器。使电容器组与定子线圈中的每一个关联导致使用更少的开关。
图13和图14二者中的电源的配置对于来自各个定子线圈的转矩提供大于百分之五十但是小于百分之一百的占空比。这个类型的性能比磁阻电动机大，但是比如图12所描绘的使用具有直流电源1202和交流电源1204的电源1200的双频电动机1208小。
已经出于例示可以针对如图1中以块形式所示的电动机108来实现双频电动机的一个方式的目的提供了图9、图10、图11、图12、图13和图14中的双频电动机系统的例示。这个例示不意在限制实现其它双频电动机的方式。
例如，可以使用除针对双频电动机900中的转子902所示的两个臂以外的其它数量的臂。例如，可以使用三个臂、四个臂或某个其它数量的臂来实现转子902。此外，定子线圈904的数量也可以基于转子902的配置而改变。
接下来转向图15，描绘了根据例示性示例的电动机的转子的例示。如所描绘的，转子1500是如图1中以块形式所示的转子116的一个实施方式的示例。
如所描绘的，转子1500可绕轴1502旋转。转子1500具有三个臂：臂1504、臂1506和臂1508。如可以看到的，这些臂随着臂远离轴1502延伸而在宽度上逐渐变细。
附加地，转子1500可以由超过一种材料组成。在这个示例中，转子1500包括芯1510。芯1510可以由具有张力强度与密度的高比率的材料组成，这与当前使用的转子相比使得转子1500能够在臂的尖端处以更高速度旋转。
例如，张力强度与密度的比率可以被选择来提供至少和铍的强度与密度比率一样大的强度与密度比率。铍的强度与密度比率是大约200,000帕斯卡每千克每立方米。
如所描绘的，芯1510可以由具有各向异性张力强度的材料组成，因为转子中的应力主要在径向方向上。这种类型的材料可以给转子1510提供径向方向上的张力强度与密度的更高比率。例如，具有大约60％纤维体积的标准单向碳纤维加强塑料(CFRP)导致可能至少和大约937,500帕斯卡每千克每立方米一样大的径向强度与密度比率。
芯1510中的材料也可以是导电的。与转子中当前使用的材料相比，芯1510中的材料也可以具有期望水平的热导率。增加的热导率帮助将由靠近转子1500的尖端的涡电流产生的热传递到转子1500的其它部分。结果，转子1500中的材料可以被维持在具有期望水平的强度的温度下。例如，铍和铝具有比铁或刚基本上更高的热导率。如所描绘的，铍具有175W/m-K的热导率，并且铝具有220W/m-K的热导率。相比之下，铁和刚具有作为这些材料和合金的典型值的16W/m-K至60W/m-K的热导率。
此外，转子1500还具有用于覆盖芯1510的一些或全部的层1512。如所描绘的，层1512是导电的并且可以使用导电非铁磁材料来形成。例如，当芯1510是非导电的时，层1512的厚度可以被选择为针对交流电流频率以及被使用的层1512中的材料的集肤深度的大约两倍。
利用这个设计和对材料的选择，转子1500可以比具有在宽度和厚度上均匀的而不是逐渐变细的固体铁臂的当前使用的转子更快地旋转。以这种方式，可以制造更快且更轻的电动机。
图15中的转子1500的例示不意在限制可以实现其它转子以用于在如图1中以块形式所示的电动机108中使用的方式。例如，其它电动机可以具有其它数量的臂，诸如两个臂、六个臂、七个臂或某个其它数量的臂。在其它的例示性示例中，芯上的层可以不完全封装芯。例如，可以暴露更靠近旋转轴的芯的一部分，同时更靠近臂的端部的转子的部分被所述层覆盖。
此外，可以使用排斥力或者排斥力和吸引力二者来使转子1500旋转。对用于芯1510和层1512的材料的选择可以基于排斥力或者排斥力和吸引力二者是否将用于使转子1500旋转来做出。
接下来转向图16，描绘了根据例示性示例的用于控制电动机的过程的流程图。可以在图1中的电动机环境100中实现图16所例示的过程。具体地，可以使用图1中的电动机系统102来实现不同的操作。
该过程通过识别电动机中的转子的位置而开始(操作1600)。在这个例示性示例中，位置识别转子的臂的端部的位置。
该过程基于电动机中的转子的位置来控制通过电动机中的定子线圈的交流电流的流动(操作1602)，同时该过程返回到操作1600。在操作1602中，交流电流的流动被控制为使得转子与这些定子线圈中的定子线圈之间的排斥力在交流电流流过该定子线圈时发生。
这个过程在电动机正在操作的同时被重复。此外，可以执行交流电流的流动的控制以改变速度、转矩的量、旋转方向或某个其它适合的参数中的至少一个。
现在参照图17，描绘了根据例示性示例的用于控制双频电动机的过程的流程图。可以使用图9中的双频电动机900来实现图17所例示的过程。
该过程通过识别电动机中的转子的位置而开始(操作1700)。这些位置包括相对于电动机中的定子线圈中的定子线圈的第一位置和第二位置。
该过程在电动机的转子相对于电动机中的定子线圈处于第一位置时发送直流电流通过该定子线圈(操作1702)。在操作1702中，定子线圈与转子之间的吸引力使转子绕轴旋转。
该过程在转子相对于电动机中的定子线圈处于第二位置时发送交流电流通过该定子线圈(操作1704)，同时该过程返回到操作1700。在操作1704中，定子线圈与转子之间的排斥力使转子绕轴旋转。
以这种方式，吸引力和排斥力二者用于操作电动机。通过使用两种类型的力，与当前使用的电动机相比，可以改进速度、转矩，以及速度、占空比或参数中的至少一个。
不同描绘的示例中的流程图和框图例示了例示性示例中的设备和方法的一些可能的实施方式的架构、功能性和操作。在这方面，流程图或框图中的各个块可以表示操作或步骤的模块、段、功能或一部分中的至少一个。例如，这些块中的一个或更多个可以作为程序代码、硬件或者程序代码和硬件的组合被实现。当用硬件实现时，硬件可以例如采取被制造或者配置为执行流程图或框图中的一个或更多个操作的集成电路的形式。当作为程序代码和硬件的组合被实现时，实施方式可以采取固件的形式。
在例示性示例的一些替代实施方式中，这些块中指出的一个或多个功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，取决于所涉及的功能性，可以基本上同时执行相继示出的两个块，或者有时可以按照相反的顺序执行这些块。并且，可以添加除流程图或框图中所例示的块之外的其它块。
可以在如图18所示的飞机制造和服务方法1800以及如图19所示的飞机1900的背景下描述本公开内容的例示性示例。首先转向图18，描绘了根据例示性示例的飞机制造和服务方法的框图的例示。在预生产期间，飞机制造和服务方法1800可以包括图19中的飞机19的规格和设计1802以及材料采购1804。
在生产期间，图19中的飞机1900的部件和子组件制造1806以及系统集成1808发生。此后，飞机1900可以通过认证和交付1810以便被置于服务中1812。虽然通过客户在服务中1812，但是飞机1900被调度以便于例行维修和保养1814，其可以包括修改、重新配置、翻新以及其它维修或保养。
飞机制造和服务方法1800的过程中的每一个可以由系统集成商、第三方、运营商或其某种组合来执行或者实行。在这些示例中，运营商可以是客户。出于本描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任何数量的厂商、转包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
现在参照图19，描绘了可以在其中实现例示性示例的飞机的框图的例示。在这个示例中，飞机1900通过图18中的飞机制造和服务方法1800来生产并且可以包括具有多个系统1904和内饰1906的机身1902。系统1904的示例包括推进系统1908、电气系统1910、液压系统1912和环境系统1914中的一个或更多个。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航天示例，然而不同的例示性示例可以被应用于其它工业，诸如汽车工业。
可以在图18中的飞机制造和服务方法1800的各阶段中的至少一个期间采用本文所具体实现的设备和方法。在一个例示性示例中，例示性示例中的电动机系统的部件或子组件可以用图18中的部件和子组件制造1806来生产，可以按照与图18中的在飞机1900在服务中1812的同时生产的部件或子组件类似的方式制作或者制造。在另一例示性示例中，例示性示例中的电动机系统可以被用在用于为飞机1900制作部件或子组件的设备中。
可以在飞机1900在服务中1812的同时利用一个或更多个设备示例、方法示例或其组合。例如，根据例示性示例的电动机系统可以在飞机1900在服务中1812的同时在飞机1900内操作。例如，电动机系统可以被用于移动诸如襟翼、副翼和操纵面的操作面的飞行控制致动器。此外，电动机的大小还可以提供期望水平的转矩，使得电动机可以被用在空间(诸如飞机的机翼、垂直稳定翼、水平稳定翼或某个其它适合的位置)内部。
附加地，例示性示例中的电动机可以控制飞机1900中的流体系统的阀门。许多不同的例示性示例的使用可以基本上加快飞机1900的组装，降低飞机1900的成本，或者既加快飞机1900的组装又降低飞机1900的成本。
因此，与当前使用的电动机相比，一个或更多个例示性示例提供对于转矩具有更高水平的加速度的电动机。转矩的增加量可能在空间(诸如飞机的机翼中的那些空间)常常需要具有更小大小的电动机、但是还期望比可被当前使用的电动机利用的更高水平的转矩的飞机中是特别有用的。此外，由不同的例示性示例中的电动机提供的转矩的增加量可能在制造机器人以及在选择电动机时转矩为所希望的因素的其它仿制品时有用。
例示性示例所示出且描述的电动机可以在各式各样的速度之上提供期望水平的转矩或旋转动力中的至少一个。此外，例示性示例所描述的电动机可以相对于起动、停止以及改变速度或方向提供期望水平的响应性。电动机利用比当前使用的电动机更小、更轻或更便宜中的至少一个的配置来提供这些特征。
此外，例示性示例中的电动机与磁阻电动机相比更轻并且具有更少的零件。另外，与磁阻电动机中的速度相比，可以在更高速度下使用例示性示例中的转子。更高速度由转子被构造为与磁阻电动机中的当前使用的转子相比具有更高重量比来产生，因为换向电压不随着电动机速度而上升。
此外，与磁阻电动机相比，由于基于可以为例示性示例中使用的电动机选择的材料的更低惯性矩，存在与当前电动机相比的加速度的增加。而且，例示性示例中的控制器可以具有更低的成本，因为所使用的电路切换交流电流而不是直流电流。
例示性示例中的电动机比当前使用的感应电动机更高效。在例示性示例中，电动机的旋转的频率与交流电流频率去耦。例如，旋转的频率可以是几十赫兹，然而交流电流的频率可以是几十千赫兹。
并且，例示性示例中的电动机提供优于无刷直流电流电动机的优点。例如，永久磁体是不必要的。结果，例示性示例中的电动机可以在不使用永久磁体的情况下提供相同或更好的功率密度。结果，例示性示例中的电动机可以是不太复杂的，从而与无刷直流电流电动机相比导致更低的组装成本以及具有更低的材料成本。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种设备，该设备包括：转子(116)，该转子(116)包括导电材料(120)，其中，该转子(116)能够绕轴(122)旋转；多个定子线圈(118)，该多个定子线圈(118)被定位为与所述转子(116)相邻，使得当交流电流(130)流过所述多个定子线圈(118)时在所述转子(116)中产生涡电流(128)；以及电流控制系统(112)，该电流控制系统(112)基于所述转子(116)的位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的流动，其中，所述多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)，从而在所述转子(116)中引起所述涡电流(128)，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转。
条款2.根据条款1所述的设备，其中，当所述转子(116)的所述位置(134)使得所述转子(116)的端部(142)与所述定子线圈(136)相邻时，所述电流控制系统(112)发送所述交流电流(130)通过所述定子线圈(136)。
条款3.根据条款1所述的设备，其中，所述导电材料(120)是从导电铁磁材料(124)或导电非铁磁材料(126)中的至少一种中选择的。
条款4.根据条款3所述的设备，其中，所述导电铁磁材料(124)是从铁、氧化铁、镍或衫钴中的至少一种选择的。
条款5.根据条款3所述的设备，其中，所述导电非铁磁材料(126)是从铝、铜、金、夹层石墨烯、铅、银、锡、钛或锌中的至少一种选择的。
条款6.根据条款1所述的设备，其中，所述多个定子线圈(118)中的每一个定子线圈具有与所述多个定子线圈(118)中的其它定子线圈不同的谐振频率并且还包括：电源(114)，该电源(114)被配置为通过到所述多个定子线圈(118)的无线磁耦合来向所述多个定子线圈(118)发送电力，其中，所发送的所述电力导致所述交流电流(130)流过所述多个定子线圈(118)。
条款7.根据条款1所述的设备，其中，所述电流控制系统(112)包括：多个开关(202)，所述多个开关(202)连接至所述多个定子线圈(118)，其中，所述多个开关(202)中的开关(204)在所述开关(204)处于闭合位置中时发送所述交流电流(130)通过所述定子线圈(136)；以及控制器(200)，该控制器(200)在基于所述转子(116)的所述位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的所述流动时控制所述开关(202)，其中，所述多个定子线圈(118)中的所述定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)，从而在所述转子(116)中引起所述涡电流(128)，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的所述排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转。
条款8.根据条款7所述的设备，其中，所述控制器(200)被配置为切换通过所述多个定子线圈(118)中的所述定子线圈(136)的所述交流电流(130)，其中所述转子(116)具有所述转子(116)的端部(142)与所述定子线圈(136)对准的所述位置(134)。
条款9.根据条款7所述的设备还包括：旋转编码器，该旋转编码器指示所述转子(116)的所述位置(134)。
条款10.根据条款7所述的设备，其中，所述控制器(200)由固态电路、硅控整流器或交流电流三极管电路中的至少一个组成。
条款11.根据条款7所述的设备还包括：一组位置感测线圈，该一组位置感测线圈基于所述转子(116)的所述位置(134)与所述转子(116)中的所述涡电流(128)起反应，其中，所述控制器(200)使用该一组位置感测线圈来识别所述转子(116)的所述位置(134)。
条款12.根据条款1所述的设备，其中，所述多个定子线圈(118)的第一端部连接至交流电源并且所述电流控制系统(112)包括：电刷(210)，该电刷(210)连接至所述多个定子线圈(118)的第二端部；以及电触点(212)，该电触点(212)被定位在所述轴(122)附近，其中，所述电触点(212)连接至电源(114)并且按照图案(214)布置，使得所述电刷(210)当电触点(212)绕所述轴(122)旋转时在转子(116)的不同位置处接触所述电触点(212)，从而控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的所述流动。
条款13.根据条款1所述的设备，其中，所述转子(116)包括：芯(910)，该芯(910)包括铁磁材料；以及位于所述芯(910)上的层(912)，其中，所述层(912)包括导电非铁磁材料(126)，其中，所述电流控制系统(112)控制通过所述多个定子线圈(118)的直流电流(1210)和交流电流(1212)以选择性地吸引和排斥所述转子(116)。
条款14.根据条款13所述的设备，该设备还包括：电容器(1312)，该电容器(1312)并联连接至所述多个定子线圈(118)和直流电源(1302)，其中，所述电容器(1312)从存储在所述电容器(1312)中的电荷产生所述交流电流(130)。
条款15.根据条款1所述的设备，其中，所述多个定子线圈(118)被定位为与所述转子(116)相邻，使得所述排斥力(140)足以从所述转子(116)的任何固定位置使所述转子(116)旋转。
条款16.根据条款1所述的设备，其中，所述交流电流(130)的第一频率与所述转子(116)的旋转的第二频率无关。
条款17.根据条款16所述的设备，其中，所述交流电流(130)的所述第一频率大于或者等于大约10kHz。
条款18.根据条款1所述的设备，其中，所述涡电流(128)当与所述交变磁场(144)相互作用时引起所述排斥力(140)，其中所述排斥力(140)中的切向力引起使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转的转矩。
条款19.一种双频电动机(900)，该双频电动机(900)包括：转子(116)，该转子(116)能够绕轴(122)旋转，其中，所述转子(116)包括由铁磁材料形成的芯(910)以及包围该芯的层(912)，其中，所述层(912)包括导电非铁磁材料(126)；多个定子线圈(118)，所述多个定子线圈(118)连接至交流电源(1202)和直流电源(1204)；以及电流控制系统(112)，该电流控制系统(112)基于所述转子(116)的位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的交流电流(130)和直流电流的流动，其中，所述多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)从而在所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间引起排斥力(140)并且在直流电流(1210)流过所述定子线圈(136)时产生单向磁场(1008)从而在所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间引起吸引力(1010)，使得所述转子(116)绕所述轴(122)旋转。
条款20.根据条款19所述的双频电动机(900)，所述双频电动机(900)还包括：电容器，该电容器并联连接至所述多个定子线圈(118)和所述直流电源(1410)，其中，所述电容器(1402)在所述直流电源(1410)与所述多个定子线圈(118)断开时是所述交流电源(1204)，并且其中，所述多个定子线圈(118)中的每一个定子线圈(136)具有并联或串联连接的电容器组(1402)。
条款21.根据条款19所述的双频电动机(900)，其中，导电铁磁金属(124)是从铁、氧化铁、镍或衫钴中的至少一种选择的。
条款22.根据条款19所述的双频电动机(900)，其中，导电非铁磁材料(126)是从铝、铜、金、夹层石墨烯、铅、镍、银、锡、钛或锌中的至少一种选择的。
条款23.一种用于控制电动机(108)的方法，该方法包括以下步骤：基于所述电动机中的转子(116)的位置(134)来控制通过所述电动机中的多个定子线圈(118)的交流电流(130)的流动，使得当所述交流电流(130)流过所述多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)时，所述转子(116)与所述定子线圈(136)之间的排斥力(140)发生。
条款24.根据条款23所述的方法，所述方法还包括以下步骤：识别所述转子(116)的所述位置(134)。
条款25.根据条款24所述的方法，其中，所述转子(116)的所述位置(134)使用旋转编码器、与所述转子(116)关联的触点或位置感测线圈中的至少一个来识别。
条款26.根据条款23所述的方法，其中，所述转子(116)包括由铁磁材料形成的芯(910)以及包围该芯(910)的层(912)，其中，所述层(912)包括导电非铁磁材料(126)，并且所述方法还包括以下步骤：控制通过所述定子线圈(136)的直流电流(1210)的流动，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的吸引力(1010)使所述转子(116)绕轴(122)旋转。
条款27.一种用于控制电动机(108)的方法，该方法包括以下步骤：在所述电动机(108)的转子(116)相对于所述电动机(108)中的多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)处于第一位置中时，发送直流电流(1210)通过定子线圈(136)，其中，所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的吸引力(1010)使所述转子(116)绕轴(122)旋转；以及在所述转子(116)相对于所述电动机(108)中的所述定子线圈(136)处于第二位置时，发送交流电流(130)通过所述定子线圈(136)，其中，所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转。
条款28.根据条款27所述的方法，所述方法还包括以下步骤：识别包括所述第一位置和所述第二位置的所述转子(116)的位置。
不同的例示性示例的描述已被呈现用于例示和描述的目的，而不旨在为详尽的或者以所公开的形式限于示例。不同的例示性示例描述了执行动作或操作的部件。在例示性示例中，部件可以被配置为执行所描述的动作或操作。例如，部件可以具有针对给该部件提供执行在例示性示例中被描述为由该部件执行的动作或操作的能力的结构的配置或设计。
此外，许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。此外，与其它所希望的示例相比不同的例示性示例可以提供不同的特征。所选择的一个或多个示例被选择和描述，以便最好地说明示例的原理、实际应用，并且以便使得本领域普通技术人员能够针对具有如适于所设想的特定用途的各种修改的各种示例来理解本公开。

Claims (15)

1.一种用于控制电动机(108)的设备，该设备包括：
转子(116)，该转子(116)包括导电材料(120)，其中，该转子(116)能够绕轴(122)旋转；
多个定子线圈(118)，所述多个定子线圈(118)被定位为与所述转子(116)相邻，使得当交流电流(130)流过所述多个定子线圈(118)时在所述转子(116)中产生涡电流(128)；
电流控制系统(112)，该电流控制系统(112)基于所述转子(116)的位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的流动，其中，所述多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)，从而在所述转子(116)中引起所述涡电流(128)，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转；以及
传感器系统(110)，该传感器系统(110)包括一组位置感测线圈，该一组位置感测线圈基于所述转子(116)的所述位置(134)与所述转子(116)中的所述涡电流(128)起作用，其中，使用该一组位置感测线圈来识别所述转子(116)的所述位置(134)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述转子(116)的所述位置(134)是使得所述转子(116)的端部(142)与所述定子线圈(136)相邻时，所述电流控制系统(112)发送所述交流电流(130)通过所述定子线圈(136)。
3.根据权利要求1所述的设备，其中以下各项中的至少一个：
所述导电材料(120)是从导电铁磁材料(124)或导电非铁磁材料(126)中的至少一种中选择的；以及
所述多个定子线圈(118)中的每一个定子线圈具有与其它定子线圈不同的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的设备，其中以下各项中的至少一个：
所述导电铁磁材料(124)是从铁、氧化铁、镍或钐钴中的至少一种选择的；以及
所述导电非铁磁材料(126)是从铝、铜、金、夹层石墨烯、铅、银、锡、钛或锌中的至少一种选择的。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电流控制系统(112)包括：
多个开关(202)，所述多个开关(202)连接至所述多个定子线圈(118)，其中，所述多个开关(202)中的开关(204)在该开关(204)处于闭合位置时发送所述交流电流(130)通过所述定子线圈(136)；以及
控制器(200)，该控制器(200)在基于所述转子(116)的所述位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的所述流动时，控制所述多个开关(202)，其中，所述多个定子线圈(118)中的所述定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)，从而在所述转子(116)中引起所述涡电流(128)，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的所述排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转。
6.根据权利要求5所述的设备，其中以下各项中的至少一个：
所述控制器(200)被配置为切换通过所述多个定子线圈(118)中的所述定子线圈(136)的所述交流电流(130)，其中所述转子(116)具有所述转子(116)的端部(142)与所述定子线圈(136)对准的所述位置(134)；并且
所述控制器(200)由固态电路、硅控整流器或交流电流三极管电路中的至少一个组成。
7.根据权利要求5所述的设备，该设备还包括旋转编码器，该旋转编码器指示所述转子(116)的所述位置(134)。
8.根据权利要求1所述的设备，其中以下各项中的至少一个：
所述多个定子线圈(118)被定位为与所述转子(116)相邻，使得所述排斥力(140)足以从所述转子(116)的任何固定位置使所述转子(116)旋转；以及
所述涡电流(128)当与所述交变磁场(144)相互作用时引起所述排斥力(140)，其中所述排斥力(140)中的切向力引起使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转的转矩。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转子(116)包括：
芯(910)，该芯(910)包括铁磁材料；以及
位于所述芯(910)上的层(912)，其中，所述层(912)包括导电非铁磁材料(126)，
其中，所述电流控制系统(112)控制通过所述多个定子线圈(118)的直流电流(1210)和所述交流电流(1212)以选择性地吸引和排斥所述转子(116)。
10.根据权利要求9所述的设备，该设备还包括：
电容器(1312)，该电容器(1312)并联连接至所述多个定子线圈(118)和直流电源(1302)，其中，所述电容器(1312)从存储在所述电容器(1312)中的电荷产生所述交流电流(130)。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述交流电流(130)的第一频率与所述转子(116)的旋转的第二频率无关。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述交流电流(130)的所述第一频率大于或者等于大约10kHz。
13.一种用于控制电动机(108)的方法，该方法包括以下步骤：
使转子(116)绕轴(122)旋转，该转子(116)包括导电材料(120)；
使交流电流(130)流过被定位为与所述转子(116)相邻的多个定子线圈(118)，使得在所述转子(116)中产生涡电流(128)；
由电流控制系统(112)基于所述转子(116)的位置(134)来控制通过所述多个定子线圈(118)的所述交流电流(130)的流动，其中，所述多个定子线圈(118)中的定子线圈(136)在所述交流电流(130)流过所述定子线圈(136)时产生交变磁场(144)，从而在所述转子(116)中引起所述涡电流(128)，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的排斥力(140)使所述转子(116)绕所述轴(122)旋转；以及
使一组位置感测线圈基于所述转子(116)的所述位置(134)与所述转子(116)中的所述涡电流(128)起作用，其中，使用该一组位置感测线圈来识别所述转子(116)的所述位置(134)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述转子(116)的所述位置(134)使用旋转编码器或与所述转子(116)关联的触点来识别。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述转子(116)包括由铁磁材料形成的芯(910)以及包围该芯(910)的层(912)，其中，所述层(912)包括导电非铁磁材料(126)，并且所述方法还包括以下步骤：
控制通过所述定子线圈(136)的直流电流(1210)的流动，使得所述定子线圈(136)与所述转子(116)之间的吸引力(1010)使所述转子(116)绕轴(122)旋转。
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