CN110050403A - 用于ac/dc发电机的固态多极和单极发电机转子 - Google Patents

Abstract

一种固态电磁转子，该固态电磁转子包括：多个凸极片，该多个凸极片围绕支撑结构布置，其中每个凸极片的第一端附接到支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离支撑结构而向外指向；以及围绕每个凸极片缠绕的导线，其中当多个凸极片的导线由激励电路顺序地激励时，凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。

Description

用于AC/DC发电机的固态多极和单极发电机转子

技术领域

系统和方法用于以减小的电磁阻力(通常称为反向扭矩)产生交流电(AC)或直流电(DC)，从而提高了发电机的运行效率。

背景技术

地球化石燃料资源的迅速枯竭以及土地、空气和水的环境污染以及同时发生的气候变化使得显而易见的是，明确且迫切需要高效的、不需要化石燃料且无污染的替代能源供应。

安全地解决地球人口对不断增加的能源消耗的需求的重大贡献是通过从旋转式发电机中消除反向扭矩来提高发电效率。从与将机械能转换成电能相关联的旋转式发电机中消除反向扭矩，可以为电动的、高效的发电设备提供机会。反向扭矩的消除使得AC或DC发电机运行到达4％至可能500％的效率增加，从而用较小电动机来驱动发电设备的发电机。

世界上第一个已知的发电机是法拉第圆盘发电机。迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)在1831年至1889年间发现了电磁发电机的工作原理。他的观察发现后来被归纳为由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)所撰写的称为法拉第定律的原理。该定律简单地指出，在环绕变化的磁通量的电导体中产生电磁力。法拉第建造了称为法拉第圆盘的第一台磁旋转感应式发电机。该第一台机器是一种同极性发电机，使用了在马蹄形磁铁的两极之间旋转的铜盘。这台发电机产生的DC电压很小，但安培数很高。然而，由于其输出的性质，即在极高电流下非常低的DC电压，使得法拉第发电机或单极(或单极性)发电机自身不能很好地适用于实际的商业开发。然而，法拉第发电机自身确实很适合研究感应电机中的反向扭矩机制。

当今所使用的传统发电机需要按一般定义的1马力(HP)的动能输入以产生746瓦特(W)的电能。这种机械马力与电瓦特的关系涉及从对物理机器和电机器(以及马)的观察和测量演变而来的功率的导出单位。

术语“瓦特”是以苏格兰科学家詹姆斯·瓦特(James Watt)的名字命名的，原因是他在改良蒸汽机和量化蒸汽机的功率方面所做的工作。单位“瓦特”于1882年被英国科学促进协会的第二次代表大会认可，同时开始了商业发电。发电机是第一台能够为工业提供电力的发电机并且至今仍是所使用的重要的发电机。发电机使用特定的机器设计和电磁原理以将磁极的机械旋转转换成交流电流。于1870年在巴黎运营的第一批商业发电设备由泽诺布·格拉姆(Zenobe Gramme)设计。发电机的使用使得需要建立用于电能的公用单位，以便使这种新发展的能源标准化。瓦特是功率的导出单位(即，基本单位的代数组合)。瓦特现在是国际单位制(SI)的核准单位。

根据定义，1瓦特是当物体的速度保持恒定在1米/秒时相对于1牛顿的恒定反向力做功的速率。

W＝J/S＝N·M/S＝Kg·M²/S³

J＝焦耳 M＝米 N＝牛顿 Kg＝千克

焦耳＝当使1牛顿的力移动1米的距离时所做的功

1焦耳＝1瓦特-秒，10⁷尔格＝0.2390卡路里或0.738英尺-磅(ft-lb)。

因此，如果1机械马力等于每秒550ft-lb(或每分钟33,000ft-lb)，那么根据定义，1瓦特等于每秒0.738ft-lb，1HP＝每秒550ft-lb/每秒0.738ft-lb＝745.257W，并且根据定义，电瓦特是当1安培(A)的电流流过1伏特(V)的电势差时做功的速率：

W＝V×A

745.257瓦特＝27.299V×27.299A或乘积等于745.257瓦特的安培和伏特的任意组合。因此，根据定义和推导，1HP＝746瓦特。

这些单位所依赖的原始工作由詹姆斯·瓦特完成，詹姆斯·瓦特在他想要解释他的蒸汽机与马相比有多强大时引入了术语“马力”。经过一些试验(不是用发动机，而是用马)，他确定，平均而言，使用的马可以以每分钟22,000ft-lb的速率将煤炭提升到矿井上。无论出于何种原因，他决定将这个数字提高50％并得到一个通常被接受为每分钟33,000ft-lb的数字。因此，如果发动机或任何旋转式机器可以在1分钟内将33,000磅的某物推动1英尺，则该机器被认为是1HP发动机。

如上文所述，根据定义，传统发电机需要1HP产生746瓦特，加上足够的额外马力使转子的物理机构以适当的速度转动，以保持所需的频率。在传统发电机中，使机构旋转所需的马力通常为约0.2HP以产生746瓦特，因此产生746瓦特总共需要1.2HP，尽管只有0.2HP的能量用于实际产生电能。需要剩余的1HP(等于746瓦特)来克服反向扭矩或所谓的“反电动势”(back EMF)。

当今所使用的旋转式发电机的反电动势或反向扭矩可以参照“楞次定律”来最佳地描述。总之，该定律指出当磁通量的变化产生EMF时，根据法拉第定律，感应EMF的极性使得它产生其磁场与产生EMF的磁通量相反的电流。在任何导线回路内的感应磁场用于保持回路中的磁通量恒定。如果磁场B增加，则感应磁场沿着与磁场B相等且相反的方向作用；如果磁场B减小，则感应磁场以相等的力沿着施加场的方向作用。在传统发电机中，转子位于定子的线圈回路内并旋转以在定子中产生电流，该电流又会产生具有的力与磁场B相等且极性与磁场B相反的磁场。因此，反向转矩是传统发电机的设计或设计缺陷的结果。

在本公开的发电机的情况下，转子不旋转。相反，磁极旋转，因此在转子和定子之间没有反向扭矩或极对极磁阻力。定子铁中的这种感应极由电流引起并且不是电流的原因，这可以通过发电机在电流进入电负载之前达到全电压的事实来证明。

由于反向扭矩，使转子转动所需的机械能比发电所需的机械能多约85％。然而，在本公开的情况下，发电机仅需要能量来激励转子以产生旋转磁极。因此，该系统和方法获取所需的功率并使其循环回来以帮助驱动发电机，并且剩余的功率是可用的电功率，以用于所需的任何目的。

如上文所述，楞次(Lenz)损耗与在转子直立极和定子感应极之间的电感耦合有关。关于减小反向扭矩所做的努力，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)发表了一篇题为“关于单极发电机的注意事项”的文章，尼古拉·特斯拉，电气工程师，纽约，1891年9月2日。特斯拉报道了关于对法拉第发电机设计的修改。特斯拉的设计在两个主要方面不同：

1、首先，他使用直径大于圆盘直径的磁铁，使得磁铁完全覆盖圆盘。

2、其次，他将圆盘分成具有从外边缘的中心出来的螺旋曲线的部分。

特斯拉的修改使电流围绕圆盘的外边缘进行一次完整的行程。因为电流在圆盘的边沿处以大圈流动，所以所产生的磁场对场磁铁不起作用。这种修改消除了发电的重大问题，即对每种作用的反应或者如通常所称的反向扭矩或反向EMF。

这种设计变化及其对反向扭矩的影响通过将机器的直立极与机器的感应极几何隔离来实现。在本公开的情况下，转子静止即不旋转，并因此，反向扭矩不是问题。感应极由直立极所产生的电流引起。感应极不是感应线圈中的电流或发电的原因。这种设计变化消除了由在定子极和转子极之间的感应定子吸引极与排斥极耦合产生的楞次损耗。

与具有旋转转子的传统发电机相比，本公开的固态转子由于四个设计变化而几乎没有反向扭矩：

1、转子没有移动部件。

2、转子在定子腔中不旋转。

3、磁极以适当的频率和顺序旋转，以产生所需的电功率输出。

4、转子可用于改造任何传统发电机(单相、两相或三相)。

发明内容

与本公开一致，提供了用于具有减小的反向扭矩的发电机的系统和方法。与本公开一致的实施例包括用于一个或多个发电机转子的系统和方法，该一个或多个发电机转子可以是固态的并且可以用于将任何传统的旋转式发电机转换成高效的发电机。根据一些示例性实施例，提供了一种用于以减小的反向扭矩发电的系统。例如，与本公开一致的固态电磁转子可包括围绕支撑结构布置的多个凸极片，其中每个凸极片的第一端附接到支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离支撑结构而向外指向；以及围绕每个凸极片缠绕有导线，使得当多个凸极片的导线由激励电路顺序地激励时，凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。

根据一个方面，公开了一种用于从旋转式发电机消除反向扭矩的方法，该方法包括用单极、偶极或多极的静态固态转子插入件替换传统的偶极或多极旋转转子，在转子不旋转的情况下产生旋转磁极并产生电功率。由于转子不旋转，因此当发电机连接到电负载时，在定子铁中形成的磁极之间不存在能量消耗的相互作用。发电机也不需要能量来使转子以适当的频率旋转。

在详细说明本公开的某些实施例之前，应理解的是，本公开不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的部件的布置。除了所描述的实施例之外，本公开还能够具有实施例并以各种方式实践和实施。而且，应该理解的是，在本文以及摘要中所采用的措辞和术语用于描述的目的，而不应视为限制性的。

如此，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的构思和特征可以容易地用作设计用于实现本公开的若干目的的其它结构、方法和系统的基础。此外，权利要求应视为包括这样的等同构造，只要这些构造不脱离本公开的精神和范围即可。

附图说明

包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图，与说明书一起说明并用于解释各个示例性实施例的原理。在附图中：

图1是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层的横截面端视图的示意图，该示意图示出了凸极铁和μ金属磁通返回环。

图2是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层的横截面端视图的示意图，该示意图示出了凸极铁、μ金属磁通铁和极铁绕组。

图3是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层的横截面端视图的示意图，该示意图示出了以顺时针方式成角度的凸极铁和极铁绕组。

图4是示出了与本公开的实施例一致的示例性固态转子的端视图的示意图，该示意图示出了16个缠绕凸极铁以及磁通返回插入件。

图5是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#1针对所有16个凸极进行说明。

图6是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#2针对所有16个凸极进行说明。

图7是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#3针对所有16个凸极进行说明。

图8是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#4针对所有16个凸极进行说明。

图9是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#5针对所有16个凸极进行说明。

图10是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#6针对所有16个凸极进行说明。

图11是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#7针对所有16个凸极进行说明。

图12是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#8针对所有16个凸极进行说明。

图13是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#9针对所有16个凸极进行说明。

图14是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#10针对所有16个凸极进行说明。

图15是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#11针对所有16个凸极进行说明。

图16是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#12针对所有16个凸极进行说明。

图17是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#13针对所有16个凸极进行说明。

图18是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#14针对所有16个凸极进行说明。

图19是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#15针对所有16个凸极进行说明。

图20是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#16针对所有16个凸极进行说明。

图21是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#1针对所有16个凸极进行说明。

图22是描绘了与本公开的实施例一致的示例性双极转子以及必要的激励电路的示意图。

图23是描绘了与本公开的实施例一致的示例性四极转子以及必要的激励电路的示意图。

图24是描绘了与本公开的实施例一致的交替单极转子的示例性北极以及必要的激励电路的示意图。

图25是描绘了与本公开的实施例一致的交替单极转子的示例性南极以及必要的激励电路的示意图。

图26是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态四极转子的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极60Hz周期说明性脉冲#1针对所有16个凸极进行说明，并描绘了磁通场。

图27是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子的端视图的磁通场的示意图，其中每组中的前两个极顺序被激励并描绘了磁通场。

图28是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子的端视图的磁通场的示意图，其中在顺序地被激励的前三个极中说明了磁通场。

图29是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子的端视图的磁通场的示意图。

图30是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子的端视图的磁通场的示意图，其中激励排序沿顺时针前进。

图31是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子的端视图的磁通场以及顺时针旋转的磁通场的示意图。

图32是示出了与本公开的实施例一致的示例性双极定子和转子的示意图。

图33是示出了与本公开的实施例一致的示例性四极定子和转子的示意图。

图34是示出了与本公开的实施例一致的位于三相定子中的示例性四极转子的示意图，该三相定子描绘了三相绕组。

图35是示出了与本公开的实施例一致的具有“高Y形”连接的三相绕组的示例性定子的示意图。

图36是示出了与本公开的实施例一致的“高Y形”配置中的三相绕组的示例性图形连接的示意图。

图37是示处了与本公开的实施例一致的发电机的三相脚中的电流的示例性示波器跟踪的示意图，该发电机具有覆盖整个360°旋转的“高Y形”连接。

图38是示出了与本公开的实施例一致的包含单极转子但不包含定子线圈的示例性定子的横截面的示意图。

图39是示出了与本公开的实施例一致的包含单极转子并布置了1/3定子线圈的示例性定子的横截面的示意图。

图40是示出了与本公开的实施例一致的包含单极转子并布置了所有定子线圈的示例性定子的横截面的示意图。

图41是示出了与本公开的实施例一致的包含转子的示例性定子的横截面的示意图，但是未描绘定子线圈。

图42是示出了与本公开的实施例一致的包含转子的示例性定子的横截面的示意图，并描绘了三个线圈中的一个在定子中的路线。

图43是示出了与本公开的实施例一致的可以用转子改造的传统商业发电机的示意图。

图44是示出了与本公开的实施例一致的可以用转子改造的、现今在使用的传统发电机的示意图。

图45是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子单元的侧视图的示意图，该示意图示出了倾斜的转子槽、滑环、轴承座和绕组。

图46是示出了与本公开的实施例一致的、示例性磁极之间的180°分离的激励极性对可以发出的示例性外部磁通场的影响的示意图。

图47是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层和单极(或单极性)斜槽转子的示例性槽楔的横截面图的示意图。

图48是示出了与本公开的实施例一致的用于示例性功能单极转子的示例性转子叠层中的内部极性的示意图，该示例性功能单极转子是机械或固态的北极单极转子。

图49是示出了与本公开的实施例一致的用于示例性功能单极转子的示例性转子叠层中的内部极性的示意图，该示例性功能单极转子是机械或固态的南极单极转子。

图50是示出了与本公开的实施例一致的用于示例性功能单极转子的示例性内部绕组和磁极性的示意图，该示例性功能单极转子是功能机械或固态的单极北极。

图51是示出了与本公开的实施例一致的用于示例性功能单极转子的示例性内部绕组和磁极性的示意图，该示例性功能单极转子是功能机械或固态的单极南极。

图52是示出了与本公开的实施例一致的示例性传统三相定子的示意图，固态转子准备滑动配合在内部。

图53是示出了与本公开的实施例一致的可编程逻辑中心(PLC)电路和极切换电路的示例性电路图。

图54是示出了与本公开的实施例一致的用于转子激励系统的电路以及与PLC和极切换电路的相互作用的示例性电路图。

图55是与本公开的实施例一致的示例性固态发电机连接到转子激励电路，以及电力电缆连接到电负载和再生电路连接到电池整流器接口。

具体实施方式

本文的实施例包括系统和方法。至少一些公开的方法可例如由至少一个处理器执行，至少一个处理器从非暂时性计算机可读存储介质接收指令。类似地，与本公开一致的系统可包括至少一个处理器和存储器，存储器可以是非暂时性计算机可读存储介质。如本文使用的，非暂时性计算机可读存储介质指的是任何类型的物理存储器，可在该物理存储器上存储可由至少一个处理器读取的信息或数据。示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、易失性存储器、非易失性存储器、硬盘驱动器、CD ROM、DVD、闪存驱动器、磁盘以及任何其它已知的物理存储介质。诸如“存储器”和“计算机可读存储介质”的单数术语可另外指的是多个结构，例如多个存储器和/或计算机可读存储介质。如本文提及的，“存储器”可包括任何类型的计算机可读存储介质，除非另有规定。计算机可读存储介质可存储由至少一个处理器执行的指令，该指令包括使得处理器执行与本文的实施例一致的步骤或阶段的指令。另外，一个或多个计算机可读存储介质可用于实现计算机实现的方法。术语“计算机可读存储介质”应该被理解为包括有形物品且排除载波和瞬变信号。

与之前的系统和方法相比，本公开的实施例提供许多优点。例如，本文讨论和描述的各个示例性实施例涉及电机的多个方面，例如高效地且非常低电磁阻力地发电的发电机。提出并讨论了阻力的消除与其使用和应用的相关性以及超导线圈的使用。例如，本公开的实施例提供用于发电机设计的系统和方法，由于当与传统电旋转式发电机相比时存在四个设计变化，因此该发电机设计实际上不存在反向扭矩。接下来解释包括几何隔离、单定子绕组图案、屏蔽和独特转子设计的这些设计特征。

几何隔离：每个定子电枢感应线圈可位于两个分开的转子腔中，使得定子线圈只有一侧紧邻第一磁化转子，同时线圈的相对侧紧邻第二磁化转子。两个转子位于闭合感应回路之外。当单个转子激励定子线圈的两侧(其中一个是至少一个北极，另一个是至少一个南极)时，可形成传统发电机的反向扭矩。基于楞次定律，如果通过回路的磁通量改变，则在闭合回路中存在感应电流。感应电流的方向使得感应的磁场对抗磁通的改变。在本公开的情况下，转子的磁场在几何学上被去除并与定子磁极的磁轴线或中心线隔离。因此，由于潜在的相对磁极的这种几何分离，使得不会以任何显著的程度发生反向扭矩。

单定子绕组图案：定子电枢可以用包围线圈在导线槽中进行缠绕，使得包围线圈中的电流的方向与单独的转子腔的所有槽中的电流的方向相同。然而，当线圈离开定子感应槽时，线圈沿着相反方向物理地缠绕，从而创建相反的磁极性并有效地消除原本可形成少量有效反向扭矩的可用磁极性。

屏蔽：定子电枢铁还包含位于导线槽之间的一系列μ金属屏蔽件，这些μ金属屏蔽件允许在边铁和护铁的窄段与单极转子磁通之间的磁链，使得可获得电枢线圈感应发电。然后，不会产生显著的反向扭矩。

独特转子设计：改进的凸极转子可以是单个交替单极(起到单极的作用)转子。改进的凸极转子的设计允许针对360°旋转存在北磁极磁通，然后针对360°旋转存在南磁极磁通。该转子设计不会展示可检测的磁中心极或中心线，该磁中心极或中心线趋向于关于定子的小磁极对齐，从而产生某个反扭矩。转子磁线圈由固态DC电激励系统通过滑环激励，针对完整的360°转子表面，这允许北磁极和南磁极之间的交替。频率可由单独的小机动式传感器轮或固态频率生成器和可编程逻辑中心控制，频率可通过主计算机控制被调节到任何期望的频率，而不管发电机转子的速度。

本文公开的固态静态转子允许发电机转子在发电机转子的任何实施例或设计中运行。这允许转子的磁极以任何速度旋转，而不必考虑功率输出频率。频率可由激励电路(而非转子的速度)控制。该设计通过在不改变频率的情况下增加和减小转子场的速度而允许功率输出的灵活性。例如，以3,000rpm运行的发电机可通过使转子磁极的运行速度增加高达6,000rpm或更大值而使功率输出翻倍。此外，针对减小功率，可通过逐渐减小转子的速度但是通过转子线圈的定时激励来维持频率，使功率减小到如期望的低值。如果使用对电子流的阻抗非常低的导体材料(使用室温超导体例如镀石墨烯的磁导线来缠绕定子和转子)，则可在不改变输入功率的情况下实现功率输出的增加。可选地，如果使用这种超导线圈，则可建造1/5或1/10尺寸的发电机以生成相同的功率输出。

根据一些实施例，前面提到的发电机的这些设计变化允许发电机对原动机的机械能需求不改变，而不管发电机的定子线圈上的电负载一直升高至其最大功率输出能力。前面提到的设计变化位于不存在运动部件的固态系统的转子内，转子不在定子腔内旋转，磁极以合适的频率和顺序旋转以生成期望的电功率输出，固态转子可用于改造任何传统的单相、两相或三相发电机。

根据一些实施例，第一构件和第二构件不需要以同步的方式驱动，原因是交替的第一磁极性和第二磁极性由固态PLC激励系统同步，当PLC从由驱动电机以任何期望的频率(例如60Hz)驱动的轮传感器和光电传感器接收信号时，PLC激励系统激励单极磁极性的合适的引线。还可使用固态频率生成器。

根据一些实施例，当槽转子对的第一构件和第二构件设置有合适的交替的第一磁极性和第二磁极性时，可生成AC电。当该对的第一槽转子仅生成第一极性且第二槽转子仅生成第二极性时，可从相同的槽转子对生成DC电。通过改变合适的极中激励电流的方向和持续时间(可以以“从属”于主计算机的激励PLC中的编程变化来实现)，这允许发电机从AC电改变到DC电和/或变回到AC电。

根据实施例，每个槽转子构件至少具有单极磁极的交替对，即使第一磁极性和第二磁极性交替，其中每个槽转子构件能够围绕纵轴旋转。在该实施例中，针对第一转子和第二转子的整个360°圆周，第一转子和第二转子是单极的。由固态切换系统激励的单极电路允许所有转子绕组沿着交替方向切换，即将整个转子从北极切换到南极以及从南极切回到北极。该设计变化允许PLC固态换向器电路，控制激励电路向第一槽转子构件和第二槽转子构件施加激励电流，以每秒50次(50Hz)或每秒60次(60Hz)在与槽转子构件关联的第一极性的一个磁极中生成磁通量(而不管转子在旋转空间中的位置)，以及当与第二槽转子构件关联的第二极性的一个关联磁极被施加激励电流时生成磁通，从而生成相反极性的磁通，使得在转子磁极、边铁、护铁和定子槽线圈之间发生磁耦合。该实施例允许发电机转子以任何速度运行，频率由激励电路(而非转子的速度)控制。

根据一些实施例，转子绕组的结构必须改变，以作为功能单极转子运行。当通过北极-北极或南极-南极同时激励双极转子时，内部极消除大部分外部磁通。实际上，单极是通过μ金属/铁磁通返回板分开和组合但是包含在单个转子内的、两个完整的偶极电磁铁。当通过线圈例如(a)和(b)激励偶极磁铁(例如磁铁A)时，(a)沿着北极方向被激励同时(b)沿着南极方向被激励，而且(a)位于转子的外转子表面上；同时，通过线圈例如(c)和(d)激励偶极磁铁(例如单极磁铁B)，(c)沿着北极方向被激励同时(d)沿着南极方向被激励。磁线圈A和B彼此的这种隔离允许针对360°转子表面的完整的北极磁通并允许与针对360°转子表面的南极磁通交替。

该转子设计的功能进一步通过彼此分开180°的线圈绕组槽的必要的倾斜来改进。需要倾斜大约2cm并沿着与定子斜槽相反的方向倾斜。

根据本公开的实施例，公开了一种用于减小发电机中的阻力的方法，该方法包括几何设计的变化、一系列单极静态或旋转转子与定子线圈相关地放置、以及磁屏蔽系统，当发电机连接到电负载时，磁屏蔽系统使得转子磁场与定子的感应磁场的相互作用非常小。这种设计的变化包括沿着第一定子部分的外周分布第一数量的槽转子对，第一定子部分具有容纳在槽中的感应绕组。可沿着第二定子部分的外周分布第二数量的槽转子对，第二定子部分具有容纳在槽中的感应绕组。第一定子部分的槽和第二定子部分的槽可沿着纵向和深度方向的路径轴向地对齐。第二定子部分的外周还可对应于对圆形或其它合适形状的定子做参考的内周。第一定子部分的内周和第二定子部分的内周可彼此相邻。槽转子对的第一构件和第二构件可包括槽单极转子，槽单极转子具有交替的第一磁极性和第二磁极性的至少一对缠绕电枢极部分。槽转子对的第一构件和第二构件可以以同步方式旋转，使得具有第一磁极性的第一构件的极部分中的第一极部分和具有第二磁极性的第二构件的极部分中的第二极部分可与槽对齐，以在感应绕组中提供最大磁通密度，从而在感应绕组中感应出电流。换句话说，第一磁极性和第二磁极性可顺序地交替，使得每个转子作为交替的单极转子运行，即针对360°转子表面的北极，交替发生针对360°转子表面的南极。针对360°表面交替的北极-南极通过设计和绕组图案成为可能。槽转子对的第一磁极性和第二磁极性可以以磁性同步的方式旋转，使得具有第一磁极性的第一极和具有第二磁极性的第二极位于第一定子和第二定子的在几何学上相邻的拐角中。因此，定子电枢线圈的第一侧可激励成具有第一磁极性，定子电枢线圈的第二侧可激励成具有第二磁极性，使得可在感应绕组中提供最大磁通密度，从而在感应绕组中感应出电流。

相应的槽转子对的第一构件和第二构件可沿着第一构件、第二构件和槽的相应的纵轴与第一定子部分和第二定子部分的对齐的槽对齐，使得第一构件和第二构件的纵轴与对齐的槽的深度方向的轴线正交地对齐。

根据一些实施例，第一构件和第二构件可磁性地被屏蔽，使得第一构件和第二构件产生的磁通可仅被引导到槽中，以最小化磁漏和转子对与定子磁场的相互作用导致的磁阻力。第一构件和第二构件屏蔽装置可插入设置在第一定子部分和第二定子部分中的相应的开口中，例如插入定子斜槽之间的齿形铁中，使得只有直接位于槽区域上方的齿形铁可暴露到转子的第一磁极性和第二磁极性的磁场。相应的开口可布置成沿着纵向与槽对齐以部分地屏蔽第一构件和第二构件，第一构件和第二构件可设置有对应于槽的纵向开口的纵向开口，以给槽的对应的纵向开口提供磁连通，最终给设置在槽的对应的纵向开口中的绕组提供磁连通。当槽转子对的第一构件和第二构件设置有合适的交替的第一磁极性和第二磁极性时，可产生AC电。当第一槽转子对仅产生第一极性且第二槽转子对仅产生第二极性时，可从相同的槽转子对产生DC电。这允许通过改变合适的极中的激励电流(可通过激励PLC控制器中的编程变化来实现)而将发电机从AC电改变到DC电。根据实施例，第一构件和第二构件可被屏蔽，使得当供应到第一构件的电枢和第二构件的电枢的激励电力可基本上朝着槽被引导时产生磁通。

每个槽转子构件可至少具有一对磁极，这一对磁极中的一个磁极具有第一磁极性，这一对磁极中的另一个磁极具有第二磁极性。每个槽转子构件能够围绕纵轴旋转。槽转子对可沿着槽对设置，使得设置在槽对中的感应线圈绕组暴露到槽转子对产生的磁通。

根据一个实施例，第一极性的槽可包括四个导线槽，第二极性的槽可包括四个导线槽。第一定子部分和第二定子部分中的每一个可具有基本上正方形的形状，导线槽位于正方形的拐角中，其中第一定子部分和第二定子部分关于双定子的纵轴是同轴的。在该实施例中，与定子中的磁动势极的几何隔离大大减小了定子和磁化转子之间的阻力。根据一个实施例，第一极性的槽和第二极性的槽可包含高达12个导线槽，但是不限于12个，每一个导线槽不会导致阻力的显著增加。

根据一些实施例，激励电路可包括与第一槽转子构件和第二槽转子构件关联的换向器电路(机械或固态的)，当合适的槽转子构件按照定时顺序旋转时，换向器电路选择性地将第一槽转子构件和第二槽转子构件中的一个耦合到激励电流。

根据本公开的实施例，公开了一种用于减小发电机中的阻力的方法，该方法包括几何设计的变化、转子与定子磁极相关地放置，使得由发电机中的负载电流的流动创建的定子磁极与转子腔在几何学上隔离并被磁屏蔽系统以及绕组屏蔽，该绕组提供继发于定子绕组中的负载电流的有效定子磁极的电磁屏蔽和消除。

根据一些实施例，通过切割线圈的每一匝并将连接器放置在切断的端部上，平分感应线圈，使得当线圈放置在感应导线槽中时，可重新连接线圈匝。物理屏蔽包括围绕转子腔的电磁屏蔽和金属μ金属屏蔽。进一步地，通过定子的转子腔部分中的绕组图案提供屏蔽。更进一步地，转子磁极和潜在的定子磁极之间的磁相互作用的减小可通过定子绕组图案的进一步的独特性来实现，定子绕组图案的进一步的独特性包括在负载电流期间相邻的绕组中的双向电流，这抵消了定子的感应磁极性。当发电机连接到全电负载时，转子与由定子感应绕组创建的潜在的定子磁极的这种屏蔽和几何隔离导致转子磁场与定子的感应磁场的磁通链非常小。来自传统发电机的设计变更包括沿着第一定子部分的外周分布第一数量的槽转子对，第一定子部分具有容纳在槽中的感应绕组，该槽位于转子对腔的内周中。

根据一些实施例，槽是多个轴向对齐的槽，槽可倾斜一个定子槽齿宽或槽距。当转子旋转经过导线槽时，槽的倾斜可用于减小由槽导致的气隙永久谐波。沿着第二定子部分的外周的转子对的第二构件可具有容纳在槽中的感应绕组，该槽位于槽转子对腔的内周中。

根据一些实施例，第一定子部分的槽和第二定子部分的槽通过倾斜一个定子槽齿宽或一个槽距而沿着纵向或深度方向的路径轴向对齐。根据一些实施例，第二定子部分的外周可对应于对圆形或其它类似形状的定子做参考的内周。

根据一些实施例，第一定子部分的内周和第二定子部分的内周可彼此相邻。槽转子对的第一构件和第二构件可包括槽转子，槽转子具有至少一个缠绕电枢交替极部分，该至少一个缠绕电枢交替极部分可由具有选通机制的固态激励来激励，该选通机制允许缠绕电枢的整个转子极部分在第一磁极性和第二磁极性之间交替。

根据一些实施例，槽转子对的第一构件和第二构件可以以同步方式旋转，使得第一磁极性和第二磁极性与槽对齐，以在感应绕组中提供最大磁通密度，从而在感应绕组中感应出电流。

根据一些实施例，相应的槽转子对的第一构件和第二构件可沿着第一构件、第二构件和槽的相应的纵轴与第一定子部分和第二定子部分的倾斜对齐的槽对齐，使得第一构件和第二构件的纵轴与对齐的槽的深度方向的轴线正交地对齐。

根据一些实施例，第一构件和第二构件可磁性地被屏蔽，使得第一构件和第二构件产生的磁通可被引导到感应导线槽中，最小化转子对和/或定子磁场之间的相互作用。第一构件和第二构件的屏蔽通过两种方式实现。第一，μ金属屏蔽装置可安装在策略性位置，以使转子中的转子磁场与定子磁场分离。第二，转子腔和定子感应绕组在转子的磁场和定子的磁场之间提供纯零磁通相互作用或磁通链。

根据一些实施例，第一定子部分和第二定子部分中的转子对腔开口仅足以适应定子线圈绕组过程。在绕组过程完成之后，可通过放置可去除的叠置定子部分来关闭开口。针对整个360°旋转，这种360°叠置的通道以及定子槽的倾斜在磁化转子和定子铁之间提供相等的磁通链。在操作条件下，可提供磁轴承效果，从而消除由于不规则的磁通链和由此产生的气隙谐波导致的磁化转子极和定子铁之间的阻力。

在实施例中，不存在定子开口。通过切割线圈匝并将连接器放置在切断的端部上，缠绕定子斜槽。当线圈匝放在定子的斜槽中时，连接器允许重新连接线圈匝。

根据一些实施例，第一构件和第二构件可以以同步方式驱动，该同步方式包括当第一构件沿着第一方向被驱动时，立即接通具有第一磁极性的第一构件的磁化单极中的第一磁化单极的电枢中的激励电流。具有第二磁极性的第二构件的电枢中的激励电流可类似地接通。转子中的槽开口沿着与定子的倾斜相反的方向倾斜，以消除转子和定子之间的气隙中的任何剩余谐波。当槽转子对的第一构件和第二构件设置有合适的交替的第一磁极性和第二磁极性时，可产生AC电。当该对的第一槽转子仅产生第一极性且第二槽转子对仅产生第二极性时，可从相同的槽转子对产生DC电。这允许通过改变合适的极中的激励电流的顺序(可通过激励PLC控制器中的编程变化来实现)而将发电机从AC电改变到DC电。根据一些实施例，感应绕组可针对AC电、DC电连接以及以单相或三相“高Y形”或“低Y形”连接；然而，不禁止三角形连接。

根据一些实施例，可通过改变槽转子对的第一构件和第二构件的速度和/或改变第一转子和第二转子的激励频率，改变产生的电的频率。

根据本公开的实施例，可提供用于发电机的电磁组件，该电磁组件包括具有第一定子部分和第二定子部分的双定子。第一极性的转子腔布置在第一定子部分的外周上。第二极性的转子腔布置在第二定子部分的外周上。再次，如上面提到的，针对封闭的几何定子布置，第二定子部分的外周可指的是内周。第一部分和第二部分的相应的内周以相邻的关系设置并可包括设置在二者之间的任何期望尺寸的护铁，以通过感应导线槽改进磁耦合。第一极性转子腔和第二极性转子腔中的每一个沿着纵轴对齐并可包含感应导线槽，感应导线槽倾斜了槽距或槽齿宽的距离、分别沿着纵向和深度方向的轴线对齐。每个槽具有设置于槽中的感应线圈绕组。组件可进一步包括转子腔内的槽转子对。每个槽转子具有交替的磁极，在360°的第一极和360°的第二极之间交替。每个槽转子构件能够围绕纵轴旋转。槽转子对沿着槽对设置，使得设置在定子的转子腔中的感应线圈绕组可暴露到槽转子对产生的磁通。每个槽转子构件可设置有磁屏蔽件，该磁屏蔽件放置在合适的槽中，将转子腔与定子磁极分离。屏蔽件可以由μ金属制造。

在实施例中，与第一极性关联的槽包含在四个转子腔中，与第二极性关联的槽包含在四个分开的转子腔中。第一定子部分和第二定子部分中的每一个可具有基本上正方形的形状，但是不限于正方形的形状，转子腔位于正方形的拐角中，其中第一定子部分和第二定子部分关于双定子的纵轴是同轴的。该实施例提供与定子中的磁动势极的几何隔离，从而大大减小了定子和磁化转子之间的阻力。

根据一些实施例，第一极性的槽和第二极性的槽可包含高达48个导线槽，但是不限于48个。槽布线，使得360°槽沿着逆时针方向缠绕并被沿着顺时针方向缠绕的360°槽包围。因此，感应北极抵消感应南极，从而将转子磁场与感应的潜在的定子磁场电磁隔离。

根据一些实施例，可提供激励电路，以向第一槽转子构件和第二槽转子构件施加激励电流，从而当第二极性的一个关联磁极被激励时，当与槽转子构件关联的第一极性的一个磁性单极被激励时生成磁通。激励电路可进一步从第一槽转子构件和第二槽转子构件去除激励电流，以立即去除磁通。

根据一些实施例，第一槽转子构件和第二槽转子构件的磁极或极可供应有恒定的激励电流，或者可以以这种方式激活：转子的整个360°圆周可在第一磁极性和第二磁极性之间交替。

在实施例中，第一转子和第二转子是单极的，即针对转子对的第一转子和第二转子的整个360°圆周，北极与南极交替。由固态切换系统激励的单极电路允许所有转子绕组沿着交替方向切换，即将整个转子从北极切换到南极以及从南极切换到北极。该设计允许编程PLC或换向器电路，控制激励电路向第一槽转子构件和第二槽转子构件施加激励电流，以例如每秒50次(50Hz)或每秒60次(60Hz)在与槽转子构件关联的第一极性的一个磁极中生成磁通量(而不管转子在旋转空间中的位置)，以及当与第二槽转子构件关联的第二极性的一个关联磁极被施加激励电流时生成磁通，从而生成相反极性的磁通，使得通过每个槽、介于中间的护铁和定子线圈发生磁耦合。这允许发电机转子以任何速度运行，频率由激励电路控制(而非由转子的速度控制)。

在另一实施例中，传统转子或电枢可被平坦构件替代，该平坦构件由高效率电钢和/或仅仅高效率电钢和/或镀石墨烯的高效率电钢形成。电枢和定子可从高导磁率的层压材料制造。两个构件可以是平坦的并可以处于各种形状，例如正方形、矩形等。电枢和定子可制造成具有平行的导线槽。预成形的或预缠绕的线圈放置在槽中并以合适的方式连接。可通过使导线槽彼此面对且导线槽平行来放置两个部件，而组装两个部件。

现在，将详细参考根据本公开实现的示例性实施例，其示例在附图中示出。

图1是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层的横截面端视图的示意图，该示意图示出了凸极铁和μ金属磁通返回环。转子主体可以由例如0.34毫米退火电钢型激光切割盘20制成，该退火电钢可以以形成凸极40的方式堆叠在夹具上。夹具包含轴15，轴15与μ金属套筒41配合滑动。转子主体和凸极可以通过孔38中的螺栓被按压和保持。然后可以围绕极片39缠绕绝缘的凸极绕组。

图2是示出了与本公开的实施例一致的由激光切割盘20制成的示例性转子的横截面端视图的示意图，该示意图示出了凸极39、μ金属磁通铁和极铁绕组。每个凸极可以具有两条引线，例如，极1可以使用引线K和引线L被激励北极，并且极5可以使用引线M和引线N被激励南极。包含保持螺栓的保持孔38与支撑轴15和μ金属套筒41一起被示出。

图3是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层的横截面端视图的示意图，该示意图示出了具有顺时针方向的角度的凸极铁和极铁绕组。该角度可以允许来自每个极的不断演变的磁场沿着顺时针方向以45°角发出，并且当磁场被现有的相邻极排斥时，磁通量可以沿着顺时针方向平行于转子表面旋转。

图4是示出了与本公开的实施例一致的示例性固态转子主体70的视图的示意图，该示意图示出了16个缠绕的凸极以及磁通返回插入件。转子70被示出为具有作为磁通返回插入件的堆叠及压平的叠层20、凸极39和μ金属套筒41以及支撑轴15。

根据本公开的实施例，公开了一种用于从旋转发电机移除反向扭矩的方法，该方法包括用单极、偶极或多极静态固态转子插入件代替传统的偶极或旋转转子，该转子插入件产生旋转磁极并产生电能。由于转子静止，所以当发电机连接到电负载时，在定子铁中形成的磁极之间没有能量消耗的相互作用，发电机也不需要能量来以适当的频率旋转转子。

这种转子的重新设计通过例如但不限于以所需直径从电钢切割叠层来实现，所需直径例如6英寸，但不限于6英寸，切割成例如16个凸极片，但不限于相同尺寸和相同分布的16个凸极片。稍后描述的图5至图21说明了这种重新设计。极片可以用所需的和适当的电磁导线缠绕。磁线圈可以终止于两条引线中，这两条引线可以使用例如可编程逻辑中心(PLC)连接到计算机控制的选通系统，该选通系统允许通过使用例如激励电路中的MOSFET选通系统以交替方式从第一极性切换到第二极性以及从第二极性切换到第一极性。例如，在稍后在图23、图26至图31以及图33至图35中描述的四极转子的情况下，凸极被布线成四组，每组四个极，或者凸极被布线成两组，每组八个极，但不限于被布线成两组或四组。

在60Hz功率和四极转子的情况下，组#1的极1是第一极性，组#2的极1是第二极性；组#3的极1是第一极性，组#4的极1是第二极性。来自每组的极1可以由固态激励器板通道#1(CH1)激励。来自每组的极2可以由固态激励器板通道#2(CH2)激励。来自每组的极3可以由固态激励器板通道#3(CH3)激励。来自每组的极4可以由固态激励器板通道#4(CH4)激励。每组的极1可以被激励，例如在2.084毫秒之后，极2可以被激励；然后再次，例如在2.084毫秒之后，极3可以被激励；然后再次，例如在2.084毫秒之后，极4可以被激励；并且例如在2.084毫秒之后，极1可以再次被激励，并且循环重复。

可以利用第一周期中的第一极性DC电流和第二周期中的第二极性DC电流来激励极电路。在60Hz电流的情况下，第一周期和第二周期每16.667毫秒构成一个AC周期。可以对其它频率例如50Hz进行适当的调整。每个极可以例如以4.167毫秒被激励，例如对于每个磁性凸极，具有4.167毫秒的塌缩(collapse)时间。激励波顺时针前进，激励波在每个极形成时使每个极变形，这通过前面极的排斥磁通以渐进的顺时针方式推动磁通量。这实际上不断地以所需频率以顺时针圆形方式推动离散的分离磁极，并且极被分离，使第一极性和第二极性交替。因此，每个完整的16.667毫秒周期，激励从第一极性切换到第二极性，使得四个不同的磁极继续旋转，而转子构件自身没有物理旋转。

在稍后在图22和图32中描述的双极磁转子的情况下，凸极可以布线成两组，每组八个极片。每组中的极片可以连接至来自激励器系统的电路。例如，组#1的极1是第一极性，组#2的极1是第二极性。每组的极1可以被固态激励器通道#1激励。每组的极2可以被固态激励器板通道#2激励。每组的极3可以被固态激励器板通道#3激励。每组的极4可以被固态激励器板通道#4激励。每组的极5可以被固态激励器板通道#5激励。每组的极6可以被固态激励器板通道#6激励。每组的极7可以被固态激励器板通道#7激励。并且每组的极8可以被固态激励器板通道#8激励。

例如，每组的极1可以被激励，例如在1.042毫秒之后，每组的极2可以被激励。每组的极2可以被激励，例如在1.042毫秒之后，每组的极3可以被激励。每组的极3可以被激励，例如在1.042毫秒之后，每组的极4可以被激励。每组的极4可以被激励，例如在1.042毫秒之后，极5可以被激励。每组的极5可以被激励，例如在1.042毫秒之后，极6可以被激励。每组的极6可以被激励，例如在1.042毫秒之后，极7可以被激励。每组的极7可以被激励，例如在1.042毫秒之后，极8可以被激励。每组的极8可以被激励，例如在1.042毫秒之后，每组的极1可以被激励，并且循环重复。

激励极性随每个周期而变化。因此，在四极单元的情况下，极性每16.667毫秒切换两次，并且对于两极单元，对于60Hz电流，激励的极性每16.667毫秒/周期切换两次。

例如，在稍后在图24、图25和图38至图40中描述的单极磁转子的情况下，16个凸极被布线成四组，每组四个极片。所有16个极片可以被激励北极，例如持续8.3335毫秒；然后所有16个极片可以被激励南极，例如持续另一个8.3335毫秒，使得每个完整周期是16.667毫秒。每组中的极片可以被连接到来自PLC驱动的激励器系统的电路。因此，组#1的极片#1可以是第一极性；第2组、第3组和第4组的极片#1可以在一个周期是第一极性；然后，均切换到极片#1、#2、#3和#4的第二极性。也就是说，整个转子在360°的第一极性和360°的第二极性之间交替。交替极性可以通过例如MOSFET选通系统来控制。旋转磁场的速度与产生的电流频率无关。频率可以由计算机控制的选通系统控制，例如，50Hz、60Hz或任何其它所需频率。可以通过激励的前进速率来控制磁场的旋转速度。

例如，为了获得例如7,500rpm的磁场旋转速率，应用以下顺序。每组的极片#1可以被激励，例如在0.5毫秒之后，极片#2可以被激励；并且例如在0.5毫秒之后，极片#3可以被激励；并且例如在0.5毫秒之后，极片#4可以被激励，并且例如在0.5毫秒之后，极片#1可以再次被激励，并且循环重复直到切换激励极性。每个极片可以被激励，例如0.1毫秒。可以利用第一周期中的第一极性DC电流和第二周期中的第二极性DC电流来激励极电路。第一个周期加上第二个周期构成一个完整的AC周期。

为了作为功能旋转磁场运行，必须改变转子层叠和转子绕组的结构。当传统的双极转子被布线和被激励，使得转子的两个极都是北极或南极(即北-北或南-南)时，内部极消除了大部分外部磁通量。如下面参照图46至图51所讨论的，当极性从北-南变为北-北或者南-南时，外部磁通量从4000高斯下降到100高斯，磁通密度降低40倍。

为了纠正这种降低问题，可以构造单极固态转子，使得与单极转子的另一个极相对180°的单极转子的极实际上被缠绕并构造成两个完整的偶极磁铁，这两个偶极磁铁由位于两个偶极之间的μ金属-钢磁通返回结构组合和分离。当具有外线圈(a)和内线圈(b)的偶极磁铁A侧被激励时，(a)可以向外朝向观察者被激励北极并且(b)可以向外朝向观察者被激励北极，其中(a)缠绕在外转子槽中，(b)缠绕在内转子槽中。同时，单极的磁铁B侧可以用外线圈(c)和内线圈(d)激励，其中(c)可以向外朝向观察者被激励北极并且(d)可以向外朝向观察者被激励北极。通过μ金属钢磁通返回装置与上述绕组图案一起使磁铁B与磁铁A隔离，允许在每个被激活的转子极的极表面上具有例如6,000高斯的全北极磁通量和交替的具有例如6,000高斯的南极磁通量，该南极磁通量用于整个360°的凸极靴表面，这通过MOSFET选通系统交替引线的正激励和负激励而获得。

可以通过上述PLC改变DC供电电流来控制激励极性。DC供电可以由主PLC控制，主PLC通过使用MOSFET选通系统来交替DC极性，该MOSFET选通系统例如在60Hz电流的情况下每隔8.3335毫秒交替极性，以及例如在50Hz电流的情况下每隔10毫秒交替极性。

本公开的固态静态转子的设计允许发电机转子在发电机定子的任何实施例或者设计中运行。该设计允许转子磁极以任何速度旋转，而不考虑功率输出频率。频率可以通过激励电路而不是通过转子的速度来控制。

如前所述，转子的重新设计通过例如以所需直径从电钢切割叠层来实现，所需直径例如6英寸，但不限于6英寸，切割成例如16个凸极片，但不限于相同尺寸和相同分布的16个凸极片。接下来描述的图5至图21示出了这种重新设计，其中极片可以用所需的和适当的电磁导线缠绕。

图5是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#1针对所有16个凸极进行说明，该固态转子产生旋转磁极。固态转子70显示端部叠层20和保持螺栓孔38。图5是具有4个磁极的静态转子和与每个磁极相关的凸极的激励方案的描绘。凸极39编号为1至16。4个转子磁极包括北极#1(标记为N-A)、南极#1(标记为S-A)、北极#2(标记为N-B)和南极#2(标记为S-B)。每个磁转子极包括4个电激励的缠绕凸极片。北极激励引线K和L以及南极激励引线M和N以下列方式被顺序激励。

在如图5所示的脉冲#1中，第一磁极组(凸极1至凸极4)以第一极性被激励，第二磁极组(凸极5至凸极8)以第二极性被激励。第三组(凸极9至凸极12)以第一极性被激励，第四磁极组(凸极13至凸极16)以第二极性被激励。凸极1、凸极5、凸极9和凸极13被固态激励器板通道#1(CH1)和通道#2(CH2)激励。凸极2、凸极6、凸极10和凸极14被固态激励器板通道#3(CH3)和通道#4(CH4)激励。凸极3、凸极7、凸极11和凸极15被固态激励器板通道#5(CH5)和#6(CH6)激励。凸极4、凸极8、凸极12和凸极16被固态激励器板通道#7(CH7)和通道#8(CH8)激励。在每组中，凸极片不是同时被激励，而是顺序地被激励。例如，在第一组(极1至极4)中，凸极1以第一极性被激励，并且例如在2.084毫秒之后，凸极2以第一极性被激励；例如在2.084毫秒之后，凸极3以第一极性被激励；并且例如在2.084毫秒之后，凸极4以第一极性被激励。在所有极以一个极性顺序地被激励之后，切换极性。例如，在极4以第一极性激励持续2.084毫秒之后，再次激励凸极1，这次是以第二极性激励凸极1，并且循环重复。换句话说，极在第一个半周期中被第一极性DC激励而在第二个半周期中被第二极性DC激励。在60Hz电流的情况下，第一个半周期和第个二半周期每16.667毫秒组成一个AC周期。可以对60Hz以外的频率进行适当的调整。

在60Hz电流的情况下，每个极被激励，例如4.167毫秒，例如对于每个凸极，放松(relaxation)时间为4.167毫秒。顺时针前进的激励波在每个磁极形成时使每个磁极变形，结果是由于来自前一极的磁通的排斥而以平行于转子表面的渐进的顺时针方式推动磁通量。在图5的情况下的效果是四个离散的交替磁极以所需频率以顺时针圆形方式循环。极以交替的第一极性和第二极性被分开。每个16.667毫秒的完整周期包括在每个半周期中180°旋转的第一极性和第二极性。两个半周期涉及360°旋转。四个不同的磁极继续旋转，而转子构件没有物理旋转。

图6是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#2针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图6是在产生旋转磁极的凸极的激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。在离散磁极的16步旋转的该脉冲#2中，还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极2至凸极5)、南极#1标记为S-A(凸极6至凸极9)、北极#2标记为N-B(凸极10至凸极13)以及南极#2标记为S-B(凸极14至凸极16以及凸极1)。与图5类似，图6中的每个磁转子极也包括四个使用合适的导体(例如磁铁导线)缠绕的电激励的凸极片。然而，与图5中的位置相比，这些极组顺时针旋转一个极。例如，第一磁极组现在包括转子极2至转子极5，第二磁极组现在包括转子极6至转子极9，第三磁极组现在包括转子极10至转子极13，第四磁极组现在包括转子极14至转子极16和转子极1。在这些组中，具有N-A和N-B极性的转子极(即，转子极2至转子极5和转子极10至转子极13)通过北极缠绕的磁引线K-L被激励，以及具有S-A和S-B极性的转子极(转子组6至转子组9和转子组14至转子组16和转子组1)通过南极缠绕的磁引线M-N被激励，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位一个转子极之外，这些激励引线被顺序激励，类似于如结合图5所描述的。

图7是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#3针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图7是在产生旋转磁极的凸极的激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。这是四个离散磁极的16步旋转的脉冲#3。还显示出μ金属环41和轴15。磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极3至凸极6)、南极#1标记为S-A(凸极7至凸极10)、北极#2标记为N-B(凸极11至凸极14)以及南极#2标记为S-B(凸极15至凸极16和凸极1至凸极2)。每个磁转子极组包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)和L(-)，M(-)和N(+)。除了极性组已经移位两个转子极之外，激励引线如图5中那样被顺序激励。

图8是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#4针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图8是在产生旋转磁极的凸极的激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。这描绘了涉及360°旋转的四个离散磁极的16步旋转的脉冲#4。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极4至凸极7)、南极#1标记为S-A(凸极8至凸极11)、北极#2标记为N-B(凸极12至凸极15)以及南极#2标记为S-B(凸极16和凸极1至凸极3)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位三个转子极之外，这些激励引线如图5中类似地被顺序激励。

图9是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#5针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图9是在产生旋转磁极的凸极的激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。这描绘了涉及360°旋转的离散磁极的16步旋转的脉冲#5。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极5至凸极8)、南极#1标记为S-A(凸极9至凸极12)、北极#2标记为N-B(凸极13至凸极16)以及南极#2标记为S-B(凸极1至凸极4)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位四个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图10是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#6针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图10是在产生旋转磁极的凸极的激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。这描绘了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#6。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极6至凸极9)、南极#1标记为S-A(凸极10至凸极13)、北极#2标记为N-B(凸极14至凸极16和凸极1)以及南极#2标记为S-B(凸极2至凸极5)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位五个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图11是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#7针对所有16个凸极进行说明。本发明的转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图11是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图11示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#7。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极7至凸极10)、南极#1标记为S-A(凸极11至凸极14)、北极#2标记为N-B(凸极15至凸极16和凸极1至凸极2)以及南极#2标记为S-B(凸极3至凸极6)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位六个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图12是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#8针对所有16个凸极进行说明。本发明的转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图12是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图12示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#8。显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极8至凸极11)、南极#1标记为S-A(凸极12至凸极15)、北极#2标记为N-B(凸极16和凸极1至凸极3)以及南极#2标记为S-B(凸极4至凸极7)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位七个转子极之外，这些激励引线如图8中那样被顺序激励。

图13是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#9针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图13是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图13示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#9。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极9至凸极12)、南极#1标记为S-A(凸极13至凸极16)、北极#2标记为N-B(凸极1至凸极4)以及南极#2标记为S-B(凸极5至凸极8)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位八个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图14是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#10针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图14是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图14示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#10。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极10至凸极13)、南极#1标记为S-A(凸极14至凸极16和凸极1)、北极#2标记为N-B(凸极2至凸极5)以及南极#2标记为S-B(凸极6至凸极9)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位九个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图15是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#11针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图15是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图15示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#11。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极11至凸极14)、南极#1标记为S-A(凸极15至凸极16和凸极1至凸极2)、北极#2标记为N-B(凸极3至凸极6)以及南极#2标记为S-B(凸极7至凸极10)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图16是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#12针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图16是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图16示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#12。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极12至凸极15)、南极#1标记为S-A(凸极16和凸极1至凸极3)、北极#2标记为N-B(凸极4至凸极7)以及南极#2标记为S-B(凸极8至凸极11)，每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十一个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图17是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#13针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图17是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图19示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#13。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极13至凸极16)、南极#1标记为S-A(凸极1至凸极4)、北极#2标记为N-B(凸极5至凸极8)以及南极#2标记为S-B(凸极9至凸极12)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十二个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图18是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#14针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图18是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图18示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#14。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极14至凸极16和凸极1)、南极#1标记为S-A(凸极2至凸极5)、北极#2标记为N-B(凸极6至凸极9)以及南极#2标记为S-B(凸极10至凸极13)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十三个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图19是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#15针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓孔38。图19是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图19示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#15。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极15至凸极16和凸极1至凸极2)、南极#1标记为S-A(凸极3至凸极6)、北极#2标记为N-B(凸极7至凸极10)以及南极#2标记为S-B(凸极11至凸极14)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十四个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图20是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#16针对所有16个凸极进行说明。转子70显示出端部叠层20和保持螺栓38。图20是在产生旋转磁极的凸极的顺序激励周期的静态视图中的四极转子的描绘。凸极39编号为1至16。图20示出了涉及360°旋转和两个60Hz电流周期的四个离散磁极的16步产生和旋转的脉冲#16。还显示出μ金属环41和轴15。4个磁极标记为：北极#1标记为N-A(凸极16和凸极1至凸极3)、南极#1标记为S-A(凸极4至凸极87)、北极#2标记为N-B(凸极8至凸极11)以及南极#2标记为S-B(凸极12至凸极15)。每个磁转子极包括四个用磁铁导线缠绕的电激励的凸极片。北极缠绕的磁引线表示为K-L，南极缠绕的磁引线表示为M-N，其中K(+)、L(-)、M(-)及N(+)。除了极性组已经移位十五个转子极之外，这些激励引线如图5中那样被顺序激励。

图21是示出了与本公开的实施例一致和在图5中描述的、具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态转子70的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极、60Hz周期-脉冲#1针对所有16个凸极进行说明。

图22是描绘了与本公开的实施例一致的示例性双极转子71及其激励电路的示意图。在双极磁转子的情况下，凸极被布线成两组，每组8个凸极片。每组中的极片的缠绕线圈连接至来自激励器系统的电路。第一磁极组(例如，N极组)的极片#1(例如，图5中的凸极1)是第一极性，第二磁极组(例如，S极组)的极片#1(例如，图5中的凸极5)是第二极性。用于每组的极片#1的线圈由包含在激励板74中的固态激励器通道#1激励。因此，激励板74以及极片的缠绕线圈由电池75通过导体80供电。激励控制信号从PLC 73通过导管79传输。用于激活适当的PLC参数的信号从控制面板72通过导体78传输。两个极组中的每一个极组的极片#1由激励板74中的固态激励器通道#1通过导管77激励。每组的极片#2由激励板74中的固态激励器板通道#2通过导管77激励。每组的极片#3由激励板74中的激励器板通道#3通过导管77激励。每组的极片#4由激励板74中的激励器板通道#4通过导管77激励。每组的极片#5由激励板74中的激励器板通道#5通过导管77激励。每组的极片#6由激励板74中的激励器板通道#6通过导管77激励。每组的极片#7由激励板74中的激励器板通道#7通过导管77激励。每组的极片#8由激励板74中的激励器板通道#8通过导管77激励。每个磁极组内的极片被顺序激励。例如，每组的极片#1首先被激励，例如在1.042毫秒之后，每组的极片2被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#3被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#4被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#5被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#6被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#7被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#8被激励；例如在1.042毫秒之后，每组的极片#1再次被激励，但是以相反的极性被激励，并且通过使一个极中的第一极性的和第二极中的第二极性的两个离散转子极循环来重复该循环。结果，每个极以第一极性循环8.336毫秒，以第二极性循环8.336毫秒。每个凸极被激励例如4.168毫秒，具有例如为4.168毫秒的塌缩时间。

如前所述，极片可以用所需的和适当的电磁导线缠绕。磁线圈可以终止于两条引线中，这两条引线可以连接到PLC控制的激励系统，该激励系统允许通过使用激励电路中的MOSFET选通系统以交替方式从第一极性切换到第二极性以及从第二极性切换到第一极性。例如，在接下来在图23中描述的四极转子的情况下，凸极被布线成四组，每组四个极，或者凸极被布线成两组，每组八个极，但不限于被布线成两组或者四组。

图23是描绘了与本公开的实施例一致的示例性四极转子91及其激励电路的图。每组中的四极转子缠绕凸极#1连接到来自控制面板72中的激励系统的MOSFET电路。缠绕凸极被分组为四个磁极组，包括组#1(极1至极4)，组#2(极5至极8)，组#3(极9至极12)和组#4(极13至极16)。极被如下激励：组#1的极1是第一极性，组#2的极1是第二极性。组#3的极1是第一极性，组#4的极1是第二极性。每组的极1由容纳在控制面板72中的固态激励系统的公共通道#1(CH1)激励。每组的极2由激励器板通道#2(CH2)激励。每组的极3由激励器板通道#3(CH3)激励，以及每组的极4由激励器板通道#4(CH4)激励。激励凸极的能量从电池36获取、通过导体35进入激励器系统34。用于激励器系统的控制信号从PLC 32通过导体33发出。对PLC32的命令在控制面板72中产生。极通过导体37和导体38被激励。极引线39、极引线40、极引线41和极引线42在合适的位置连接到导体38。该编号方案代表所有极1-16。每组的极1被激励，例如在2.084毫秒之后，每组的极2被激励；例如在2.084毫秒之后，极3被激励；例如在2.084毫秒之后，极4被激励；例如在2.084毫秒之后，极1再次被激励，但是以第二极性被激励，并且该循环连续地重复。极电路在第一个半周期中以第一极性DC电被激励，而在第二个半周期中以第二极性DC电被激励。在60Hz电力的情况下，第一个半周期和第二个半周期每16.667毫秒组成一个AC电周期。对于其它频率(例如50Hz电)，在控制系统中进行适当的调整。对于60Hz电，每个极被激励例如4.167毫秒，例如对于磁性凸极铁，塌缩时间是4.167毫秒。激励波顺时针前进，每个极的磁通量由前一个类似的磁极以顺时针方式变形。因此，由于前一个凸极的排斥磁通，使得在任何一个时间点由四个凸极片组成的离散转子极以顺时针前进。这实际上不断地以所需频率以顺时针圆形方式推动离散的分离磁极。极分离并使第一极性和第二极性交替。四个离散的磁极继续旋转，而转子构件本身没有物理旋转。

图24是描绘了与本公开的实施例一致的示例性北极单极转子2及其激励电路的示意图。所有16个凸极布线成四组，每组四个凸极片。所有16个极片可以以第一极性(北极)被激励例如8.333毫秒；然后所有16个凸极片可以以第二极性(南极)被激励例如8.333毫秒，每一个完整的周期是16.667毫秒。每组中的极片连接到来自PLC 32的电路，PLC 32的电路通过导管33将信号发送到激励器面板34。该激励系统利用来自CH1、CH2、CH3和CH4通过导管37和导管38的DC电流来激励凸极线圈。组#1(1-4个线圈)的极片以第一极性被激励。组2、组3和组4中的每一组的凸极1也以第一极性(北极)被激励一个周期。然后，将组2、组3和组4中的每一组的凸极1切换到第二极性(南极)以进行下一个周期。也就是说，整个转子在360°第一极性和360°第二极性之间交替。交替极性由包括通道CH1、CH2、CH3和CH4的MOSFET选通系统51(未示出)控制。频率由计算机控制的选通系统控制，可以是50Hz、60Hz或任何其它所需的频率。磁场旋转的速度由每个磁极组内的凸极激励的前进速率控制。功率输出的频率由系统控制，在60Hz电的情况下每隔例如8.3335毫秒交替DC电源电流极性的极性。为了获得例如7,500rpm的磁极的旋转速率，应用以下顺序。每组中的极1被激励，例如在0.50毫秒之后，极2被激励；例如在0.50毫秒之后，极3被激励；例如在0.50毫秒之后，极4被激励；以及例如在0.50毫秒之后，极1再次被激励，并且循环重复直到切换激励极性。为了产生60Hz电，用第一极性DC电流激励极线圈电路例如8.3335毫秒，然后用第二极性DC电流激励极线圈电路例如8.3335毫秒。激励极性由来自PLC和MOSFET电路的DC电源电流控制。DC电源由主PLC 32控制，主PLC通过使用MOSFET选通系统来交替DC电极性，该MOSFET选通系统例如在从发电机输出60Hz电流的情况下每隔8.3335毫秒交替DC电源电流极性，以及例如在从发电机输出50Hz电流的情况下每隔10毫秒交替DC电源电流极性。在图24中所示的单极转子的情况下，使用如图35和图36的定子结构，这将在后面讨论。

图25是描绘了与本公开的实施例一致的示例性南极单极转子2及其激励电路的示意图。除了不同的极性之外，图25的单极转子的结构和激励方式类似于图24的转子的结构和激励方式。因此不再重复详细描述。

图26是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序电路的示例性固态四极转子91的端视图的示意图，所述极绕组和激励极性排序电路通过四极60Hz周期说明性脉冲#1针对所有16个凸极进行说明，并描绘了磁通场。以四极顺序被激励的第一凸极(1，5，9和13)由北磁通场171和南磁通场172表示。向上指向的箭头(↑)表示磁通场增加，极上的阴影表示第一极性例如北极，非阴影的极是第二极性例如南极。

图27是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子91的端视图的磁通场的示意图，其中每组中的前两个极顺序被激励并描绘了磁通场。在极1、极5、极9和极13之后，凸极2、凸极6、凸极10和凸极14被激励例如2.084毫秒。磁通场171、172、173和174在这些极处被示出并且正在增加。来自凸极2、凸极6、凸极10和凸极14的磁通量被排斥极1、5、9和13“推动”，并且沿顺时针方向旋转一个角度。当所有极顺序地被激励时，这种现象导致四个离散的交替磁极的连续旋转。

图28是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子91的端视图的磁通场的示意图，其中在顺序地被激励的前三个极中说明了磁通场。在极1、极5、极9和极13被激励之后，凸极2、凸极6、凸极10和凸极14被激励例如2.084毫秒。在磁通场171、172处示出的水平条(_)表示那些场达到最大磁通量势。由极1、极5、极9和极13激励的磁通场171和172使由极2、极6、极10和极14激励的生长场173和174偏转。因此，磁通场沿顺时针方向旋转。类似地，在极2、极6、极10和极14之后，凸极3、凸极7、凸极11和凸极15被激励例如2.084毫秒。来自凸极3、凸极7、凸极11和凸极15的凸极磁通场175和176在它们产生时沿顺时针方向被排斥。

图29是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子91的端视图的磁通场的示意图。如上所述，在极1、极5、极9和极13之后，凸极2、凸极6、凸极10和凸极14被激励例如2.084毫秒；磁通场171和172排斥变化的场173和174；来自凸极2、凸极6、凸极10和凸极14的磁通被排斥极1、排斥极5、排斥极9和排斥极13排斥和偏转。因此，磁场沿顺时针方向旋转。在极2、极6、极10和极14被激励之后，凸极3、凸极7、凸极11和凸极15被激励例如2.084毫秒；因此，来自3、7、11和15的凸极磁通场175和176在它们产生时沿顺时针方向被排斥。在极3、极7、极11和极15之后，凸极4、凸极8、凸极12和凸极16被激励例如2.084毫秒；因此，来自极4、极8、极12和极16的凸极磁通量177和178沿顺时针方向被排斥。这种渐进排序继续，从而产生四个交替磁极，四个交替磁极以例如1800rpm旋转，因此产生60Hz电力。在磁通场171、172处的向下指向的箭头(↓)表示磁通场正在塌缩。

图30是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子91的端视图的磁通场的示意图，其中激励排序沿顺时针前进。凸极1、凸极5和凸极9和凸极13在凸极激励的过程中改变了极性。因此，磁通场171现在是南极或第二极性，磁通场172是北极或第一极性。当四个交替磁极以例如1800rpm旋转并产生60Hz电力时，该过程继续。

图31是示出了与本公开的实施例一致的具有极绕组和激励极性排序的示例性固态四极转子91的端视图的磁通场以及顺时针旋转的磁通场的示意图。磁通场171是第一极性并且正在塌缩，磁通场172是第二极性并且正在塌缩。171和172都可以被激励例如4.167毫秒。磁通场173是第一极性并且在例如4.167毫秒的激励之后处于激励峰值。磁通场174是第二极性并且在例如4.167毫秒的激励之后处于激励峰值。磁通场175是第一极性并且例如进入激励周期是2.084毫秒。磁通场176是第二极性并且例如进入激励周期是2.084毫秒。因此，磁通场177和磁通场178是第二极性并且进入激励阶段仅微秒。图31描绘了磁极的顺时针旋转扫描。当凸极以顺时针方式排序时，这种旋转效应由沿着顺时针方向偏转磁通量的相邻的类似极产生。

图32是描绘了与本公开的实施例一致的示例性双极发电机60的示意图。双极发电机60包括具有定子场线圈61和62的定子以及固态双极转子71。固态双极转子71就位，定子场线圈通过导体58和导体59连接到电负载。

图33是描绘了与本公开的实施例一致的示例性四极发电机90的示意图。发电机包括具有定子场线圈65、66、67和62的定子以及固态四极转子91。定子场线圈65、66、67和62连接到向电负载送电的引线63和引线64。

图34是描绘了与本公开的实施例一致的位于三相定子中的示例性四极发电机69的示意图，该三相定子描绘了三相绕组。示出了包含位于基座70上的场线圈68和固态转子91的三相发电机69。

图35是描绘了与本公开的实施例一致的具有“高Y形”连接的三相绕组的示例性定子的示意图。每个相可以被配置成包括两个绕组电路，这两个绕组电路可以串联连接以产生例如480伏(高Y形)，或者替代地，两个绕组电路可以并联连接并称为“低Y形”且产生例如240伏特。电压不同，但是功率输出相同，原因是安培数也在两个连接之间变化。在相电路从功率输出引线通过电路到达中性“Y形”连接之后，相脚83包括沿着逆时针或北极(N)方向缠绕的线圈组71-A。输入位于①，输出位于④。输出引线92与线圈组74-A连接，线圈组74-A沿着顺时针或南极(S)方向缠绕，输入位于①，输出位于④。输出引线86与线圈组77-A连接，线圈组77-A沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于⑦，输出位于⑩。输出引线95与线圈组80-A连接，线圈组80-A沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑦，输出位于⑩。输出引线90在中央“Y形”连接62处与另外两相连接。相脚85包括线圈组73-B，线圈组73-B沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于②，输出位于⑤。输出引线93与线圈组76-B连接，线圈组76-B沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于②，输出位于⑤。输出引线88连接到线圈组79-B，线圈组79-B沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于⑧，输出位于输出引线96连接到线圈组82-B，线圈组82-B沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑧，输出位于输出引线91在62处与“Y形”连接相连。相脚87连接到线圈组75-C，线圈组75-C沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于③，输出位于⑥。输出引线97连接到线圈组78-C，线圈组78-C沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于③，输出位于⑥。输出引线89连接到线圈组81-C，线圈组81-C沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于⑨，输出位于。输出引线97连接到线圈组72-C，线圈组72-C沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑨，输出位于输出引线84形成“Y形”连接62的第三脚。

如前所述，必须改变转子叠层和转子绕组的结构，以便作为功能旋转磁场来运行。当传统的双极转子被布线和被激励，使得转子的两个极都是北极或南极，即北-北或南-南时，内部极消除了大部分外部磁通量。

图36是描绘了与本公开的实施例一致的“高Y形”配置中的三相绕组的示例性图形连接的示意图。参考图36，相脚83连接到线圈组71-A，线圈组71-A沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于①，输出位于④。输出引线92连接到线圈组74-A，线圈组74-A沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于①，输出位于④。这两个线圈组的输出引线86连接到线圈组77-A，线圈组77-A沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于⑦，输出位于⑩。输出引线95连接到线圈组80-A，线圈组80-A沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑦，输出位于⑩。输出引线90与其它两相形成“Y形”连接62。

相脚85连接到线圈组73-B，线圈组73-B沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于②，输出位于⑤。输出引线93连接到线圈组76-B，线圈组76-B沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于②，输出位于⑤。输出引线88连接到线圈组79-B，线圈组79-B沿着逆时针方向N(N)缠绕，输入位于⑧，输出位于输出引线96C连接到线圈组82-B，线圈组82-B沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑧，输出位于输出引线91连接到“Y形”连接62的一部分。相脚87连接到线圈组75-C，线圈组75-C沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于③，输出位于⑥。输出引线94连接到线圈组78-C，线圈组78-C沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于③，输出位于⑥。输出引线89连接到线圈组81-C，线圈组81-C沿着逆时针方向(N)缠绕，输入位于⑨，输出位于输出引线97连接到线圈组72-C，线圈组72-C沿着顺时针方向(S)缠绕，输入位于⑨，输出位于输出引线84连接到“Y形”连接62。

图37是描绘了与本公开的实施例一致的发电机的三相脚中的电流的示例性示波器跟踪的示意图，该发电机具有覆盖整个360°旋转的“高Y形”连接。图37描绘了图36中所示的来自三相发电机的示波器跟踪。相脚(142)进入相脚(143)和相脚(144)。当转子旋转经过360°的旋转时，如图所示关系从0°开始变化，但是各相脚彼此馈入而不是至接地中性处。

图38是描绘了与本公开的实施例一致的包含单极转子2的示例性定子148的横截面的示意图。定子线圈#1-#8(图38中未示出)可以如下缠绕：转子腔146a和转子腔146b之间的线圈#1，转子腔146b和转子腔146c之间的线圈#2，转子腔146c和转子腔146d之间的线圈#3，转子腔146d和转子腔146a之间的线圈#4，转子腔146e和转子腔146f之间的线圈#5，转子腔146f和转子腔146g之间的线圈36，转子腔146g和转子腔146h之间的线圈#7，转子腔146h和转子腔146e之间的线圈#8。利用定子线圈回路外部的转子，在转子磁极之间没有磁相互作用，因此定子磁极可以大大减小或消除反向转矩或电磁阻力。如上所述，固态转子2使磁极旋转但保持物理转子主体静止。通过使用转子磁极与定子磁极和固态转子的几何隔离，可以减小反向扭矩。因此，为发电机供电所需的唯一能量可以是激励转子所需的DC电。定子148由附接到端板的支撑柱支撑，所述支撑柱滑动配合到端口孔147中。定子148的中心部分通过保持螺栓151保持就位。定子通过通气孔149被冷却。

图39是描绘了与本公开的实施例一致的包含单极转子的示例性定子的横截面的示意图，并示出了1/3定子线圈。图39类似于图38，除了图39显示了多个导线槽而不是接收平坦导体的单个槽。图39还示出了绕组152和1/3的槽，在所有腔中具有固态转子2。

图40是描绘了与本公开的实施例一致的包含单极转子的示例性定子的横截面的示意图，并示出了所有定子线圈。除了所有导线槽包含绕组之外，图40类似于图39。同样，转子位于定子线圈回路的外部并利用固态转子2。

图41是描绘了与本公开的实施例一致的包含转子的示例性定子的横截面的示意图，但是未描绘定子线圈。图41示出了四个定子155，它们聚集在壳体154中并以与图38至图40相同的方式缠绕。固态转子70位于定子转子腔内。尽管在每个定子155内仅示出了一个转子70，但是可以设想可以如图38至图40那样使用多个转子70。由支撑装置153支撑着定子155。

图42是与本公开的实施例一致的包含转子的示例性定子的横截面的示意图，并描绘了三个线圈中的一个在定子中的路线。图42示出了聚集在壳体154中的四个定子155，并且每个定子与绕组导管156连接。导管安装在定子壳体的每个端部上，使得可以安装绕组159、159a、159b和159c。

图43是描绘了与本公开的实施例一致的可以用转子改造的传统发电机的示意图。所示的发电机具有位于基座166上的励磁发电机165。传统上，转子163由轴164驱动。励磁发电机165、轴164和转子163可以被与本公开一致的固态转子以及本文所公开的转子激励系统代替。

图44是描绘了与本公开的实施例一致的可以用转子改造的另一种传统发电机的示意图。发电机167示出为具有激励器168。转子和激励器可以被移除并且可以用与本公开一致的固态转子和激励器系统进行改造。

图45是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子单元的侧视图的示意图，该示意图示出了倾斜的转子槽、滑环、轴承座和绕组。该示意图示出了单极转子和具有环的滑环组件，所述环能够向四个单独的电磁铁和一个涡流接地(环9至环17)提供正引线和负引线的激励。转子主体2可以由例如0.34mm退火电钢型激光切割盘制成。盘以这样的方式堆叠在夹具上，该方式是使得任一侧上的导线槽可以从滑环端部倾斜到转子的非滑环端部。将叠层浸入电动机绝缘漆中并在例如300°F烘烤直至固化。转子主体2被描绘为包含磁线圈3，该磁线圈3在内部构成并且由滑环通过适当的引线电激励。还示出了用于轴8的轴承座1和7以及涡流放电引线6。

图45中示出的转子单元对于360°转子表面通过两个引线(+)和(-)是脉冲北极(第一极性)。对于360°转子表面，北极激励与南极(第二极性)例如每秒交替50或60次。通过利用MOSFET激励选通系统，可以通过相同的两个引线实现交替极性激励。

对于第二极性(南极)，激励如下：磁铁(A)，例如如图48所示，具有缠绕槽19和20(例如，图48至图51)，缠绕槽19和20用适当的磁导线缠绕并连接，使得当从垂直于线圈的转子的外表面观察时，外部线圈(a)可以以第二极性(南极)沿顺时针方式被激活。可以缠绕和连接磁铁(A)的内部线圈(b)，使得当从垂直于构成磁铁(A)的转子部分的线圈的外表面观察时，内部线圈可以以与外部线圈(a)相同的第二极性(南极)沿顺时针方式被激活。磁铁(B)(例如，在图48中)具有绕组槽19a和20a(例如，图48至图51)，绕组槽19a和20a以顺时针方式用适当的线缠绕并且连接，使得外部线圈(c)可以从垂直于线圈的转子的外表面观察以第二极性(南极)激活。图48中的磁铁(B)的内部线圈(d)可以以顺时针方式被缠绕并连接，使得当从转子的外表面观察且垂直于构成磁铁(B)的转子部分的线圈观察时，内部线圈(d)与外部线圈(a)、内部线圈(b)和外部线圈(c)可以以相同的第二极性(南极)被激活。

图46示出了当作为偶极和单极转子运行时的示例性传统偶极转子，其中转子叠层和转子绕组的结构被改变以作为功能单极电磁转子运行。如图46中左侧所示，当传统的双极转子被布线和被激励，使得转子的两极都是北极或南极，即北-北或南-南时，内部极相互作用以抵消大部分外部磁通。图46示出了示例性磁极之间的180°分离的激励极性对可以发出的示例性外部磁通场的影响。在图46的示例中，外部磁通量可从4000高斯(针对图中左侧在北极和南极的偶极产生的磁通量)下降到100高斯(针对图中右侧在北极的单极产生的磁通量)，或者外部磁通密度降低40倍。例如，来自单极运行的外部磁通量可以仅是作为偶极运行的磁通量的2％。为了纠正这个问题，本公开的单极实际上是两个完整的偶极电磁铁，由μ金属钢磁通返回板组合和分开并包含在单个转子中，如下面所讨论的。

图47是示出了与本公开的实施例一致的示例性转子叠层和单极斜槽转子的示例性槽楔的横截面图的示意图。图47描绘了图45中所示的转子的横截面叠层。转子主体2可以由例如0.34mm电钢切割而成。绕组槽19和20用适当的磁导线缠绕并连接，使得外部线圈以第一极性被激活，内部线圈以第二极性被激活，从而可以为360°转子表面产生完整的北极面，与一个完整的360°南极转子表面交替。键槽21、21a、21b、21c可以从中心叠层朝向滑环端部形成螺旋并且朝向非滑环端部形成螺旋，如同μ金属屏蔽槽22一样，以容纳和形成导线槽22a和导线槽22b的螺旋倾斜。槽楔形锁23插入槽18中，以帮助稳定处于运行速度的转子。键槽21、21a、21b和21c还对齐并稳定处于运行速度的转子。压缩杆孔2a、2b、2c、2d、2e和2f包含压缩杆，该压缩杆还保持保持环以在操作期间进一步稳定转子。

为了操作本公开的电磁单极转子，或者操作与另一个第一极性电磁铁分离180°的第一极性电磁铁和/或操作与另一个第二极性电磁铁分离180°的第二极性电磁铁，结构绕组和激励变化可以与传统电磁转子不同。

图48是示出了与本公开的实施例一致的用于建造示例性功能单极转子的内部极性的示意图，该示例性功能单极转子是机械或固态的北极单极转子。图48示出了偶极磁铁(A)侧被外部线圈(a)和内部线圈(b)激励。外部线圈(a)可以向外朝向观察者被激励北极，并且内部线圈(b)也可以向外朝向观察者被激励北极，(a)缠绕在外转子槽中以及(b)缠绕在内转子槽中。同时，单极的磁铁(B)侧可以被外部线圈(c)和内部线圈(d)激励。外部线圈(c)可以向外朝向观察者被激励北极，并且内部线圈(d)也可以向外朝向观察者被激励北极。通过μ金属钢叠层磁通返回板和/或环使磁铁(A)侧与磁铁(B)侧隔离以允许全部北极磁通量，或者例如6000高斯用于整个360°转子表面并允许与360°转子表面的南极磁通量交替，例如通过MOSFET选通系统使引线的(+)和(-)激励交替来实现。

图48中的磁铁(A)的绕组槽19和20可以如图50至图51所示用适当的磁导线缠绕和连接，使得外部线圈(a)从转子的外表面并垂直于线圈观察以第一极性以逆时针方式被激活。磁铁(A)的内部线圈(b)可以被缠绕和被连接，使得当从垂直于构成磁铁(A)的线圈的转子的外表面观察时，内部线圈与外部线圈(a)以相同的第一极性以逆时针方式被激活。磁铁(B)的绕组槽19a和20a如图50至图51所示可以用适当的磁导线以逆时针方式缠绕并连接，使得当从转子的外表面并垂直于线圈观察时，外部线圈(c)可以以第一极性被激活。磁铁(B)的内部线圈(d)(例如，在图48中)可以以逆时针方式缠绕(例如，如图50至图51所示)并且连接，使得当从转子的外表面并垂直于构成磁铁(B)的转子部分的线圈观察时，内部线圈(d)可以以与外部线圈(a)、内部线圈(b)和外部线圈(c)相同的第一极性被激活。

图52是示出了与本公开的实施例一致的示例性传统三相定子的示意图，固态转子181准备滑动配合在内部。支撑转子端部件171附接到轴184。示出了磁场从凸极顺序地变化。示出了磁通场187、189和201顺时针移动。还示出了极激励引线183。

图53是与本公开的实施例一致的PLC电路和极切换电路的示例性电路图的描绘。图54是示出与本公开的实施例一致的转子激励系统的电路以及与PLC和极切换电路的相互作用的示例性电路图的描绘。这两个图将一起解释。

本公开的可编程电子逻辑选通系统允许对系统的凸磁极的交替进行排序。该系统在图53和图54中示意性地示出。一旦接收到来自频率发生器(例如传感器轮240或固态频率发生器)的信号时，图53中的电路就产生DC转子激励脉冲。图54中的电路接收图53的电路中产生的脉冲，以使控制转子的南-北凸极选通。在四极、60Hz发电机的情况下，周期为16.667毫秒或半周期为具有8.333毫秒北极和8.333毫秒南极的一个180°旋转。在旋转传感器轮的情况下，90°相当于8.333毫秒，180°相当于16.667毫秒，以及67.5°相当于6.250毫秒。

示例性MOSFET PLC系统允许对本公开的实施例的凸磁极的交替进行排序。本文描述了每个极的排序。通过完整的北/南循环实现的每个凸极的激励周期由PLC的两个通道控制。图53中的传感器轮240在三相四极60Hz发电机的情况下以1800rpm旋转。传感器轮可以由设置为每分钟1800个信号或其它适当速度的频率发生器代替。传感器轮开口穿过传感器241，并且当系统由HMI(人机界面)的开/关开关236接通时产生信号。DC脉冲信号通过导管242发送到PLC 239的第一通道和第二通道。PLC CH1通过导管244和导管243控制到激励板的信号。PLC CH2通过导管231和导管245控制到极切换板的信号。

激励被传递到激励板并通过接触块277进入电路(图54)。信号控制MOSFET栅极272和栅极269。MOSFET栅极272和栅极269具有例如12+伏的DC电流，该DC电流不断地保持栅极闭合。这些栅极的默认位置是打开。PLC CH1和CH2将MOSFET的DC电流关闭到例如信号速度以1800rpm分别旋转135°和180°，并允许在CH1情况下栅极打开到135°的旋转，以及在CH2中打开到180°的旋转，这允许在CH1的情况下通过导管279和导管273将电流发送到接触块278，接触块278具有四个接触点，这里四个接触点称为触点C#1、C#2、A#1和A#2。跳线连接将触点C#1块278连接到极切换板上的触点213。跳线连接将触点A#1块278连接到极切换板上的触点214。跳线连接将触点A#2块278连接到极切换板上的触点215。跳线连接将触点C#2块278连接到极切换板上的触点216。这些电路向极切换板的两侧提供DC电流(例如，20伏和6安培)的定时交替脉冲。PLC通道#2将信号发送到极切换板上的MOSFET栅极209和栅极225，以通过导管245打开180°到第一侧，并且通过导管231到第二侧。

用于操作激励电路的DC电由例如两个24伏525安培DC铅酸电池(但不限于铅酸电池)提供。电池248(电池A)通过导体259连接接触块250到A侧阳极并通过导体260连接到A侧阴极。电池249(电池B)通过导管257连接接触块250到B侧阳极并通过导管258连接到B侧阴极。到转子的脉冲电流包括20伏特和6.25安培DC。电流流动由导管255和导管263中的3.2欧姆的电阻(261，262)控制。第一极性电流(北极)如下产生：当传感器轮240向PLC通道1(CH1)发送信号时，MOSFET栅极209、栅极225、栅极272和栅极269由12伏电流闭合(默认位置是打开)，通道1进而发送信号以中断12伏电流到达激励板上的MOSFET 269，持续135°的旋转。通道2(CH2)同时接收信号并打开MOSFET 225，持续180°的旋转。当这两个栅极打开时，20伏和6.2安培的DC电流从电池A通过电阻262(3.2欧姆)流入阴极A(IN)。当电源接通阴极A和阳极A时，MOSFET 270打开并允许电流流过MOSFET 270、导管268、MOSFET 269，导管279并流入到接触块278上的阴极#1柱。跳线将电流从接触块278(图54)上的阴极柱#1传输到接触块柱213(图53)。然后电流通过导管204流入“阴极#1(in)”，“阳极#1(in)”通过极切换板上的导管206连接(图53)。电流流过打开的MOSFET 207，通过导管207a到达转子接触块219，经过引线221到达北极缠绕的线圈并通过引线220流出，以及经过导管224，然后流过打开的MOSFET225并通过导管226到达接地处。

该电路向转子极(北极)提供第一极性电流，持续135°的旋转。在第一个180°结束时，MOSFET 269和MOSFET 225闭合。PLC通道1(CH1)和通道2(CH2)的第二个电路在第一个180°旋转结束时起作用。通道1关闭12伏电流到达激励板上的272，持续135°的旋转。PLC的通道2打开MOSFET 209，持续180°的旋转。DC电流(20伏，6.2安培)从电池B通过电阻器261(3.2欧姆)流入“阴极B(in)”。当电源接通阴极B和阳极B时，MOSFET 256打开并允许电流流过MOSFET 256和导管271进入MOSFET 272，通过导管273流入到接触块278上的阴极C#2柱。跳线将电流从接触块278上的阴极柱C#2(图54)传输到接触块柱216(图53)。然后电流通过导管276流入“(阴极C#2in)”，阳极#2通过图53中的极切换板上的227连接。电流流过打开的MOSFET 223通过导管223a到达转子接触块219，经过引线220到达南极缠绕线圈并通过引线221流出，以及经过导管207a和导管208然后通过打开的MOSFET 209流出，并通过导管210到达接地处。在旋转135°之后是第二个180°旋转，MOSFET 272闭合，并且在180°旋转之后，MOSFET 209闭合，以及循环全部重新开始。

在16.66毫秒的完整周期中相同顺序的事件被重复两次。因此，如上所述，每组中的凸极#1被激励。凸极#1以第一极性被激励，并且在2.084毫秒之后，凸极#2以第一极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#3以第一极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#4在第一极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#1再次被激励，但是这种交替激励处于第二极性。在2.084毫秒之后，凸极#2以第二极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#3以第二极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#4以第二极性被激励，在2.084毫秒之后，凸极#1再次以第一极性被激励。刚刚讨论的段的相邻极组将具有以相反极性执行的激励顺序。

图55是与本公开的实施例一致的固态三相发电机285的描绘，示出了来自转子激励电路的转子电路280、281、282、283以及电力电缆288到电负载的输入连接和再生电路到电池整流器接口的输入连接。输入电路可以通过导管286进入该单元。固态转子173可见并且由安全笼172保护，安全笼172可以附接到端板171并且返回到定子主体。电缆288可以在接线盒175中制成。电缆288可以向电负载传输三相电。电池的再生电可以通过导管287离开接线盒175。可以通过三相降压变压器284输入480伏和25安培的电，以将电压降低到例如24伏和500安培。三相电可以通过导管289穿过单向二极管291并通过三相桥式整流器转换为DC电，以对电池A 248和电池249充电。可以使用除了电池之外的能量存储装置和机制例如电力网或其它类型的能量存储器。至少一部分存储的电可用于重新激励转子。

Claims (63)

1.一种固态电磁转子，所述固态电磁转子包括：

多个凸极片，所述多个凸极片围绕支撑结构布置，其中每个凸极片的第一端附接到所述支撑结构，并且每个凸极片的第二端远离所述支撑结构而向外指向；

以及

围绕每个凸极片缠绕的导线，

其中，当所述多个凸极片的所述导线由激励电路顺序地激励时，所述凸极片通电以提供所需的不同磁极形式的移动极性磁场来实现发电。

2.如权利要求1所述的固态电磁转子，其中，在任何给定时间以不同的极性激励转子凸极片。

3.如权利要求1和2所述的固态电磁转子，其中，所述多个凸极片分成N个组，并且每个组内的每个所述凸极片顺序地激励持续预定时间量。

4.如权利要求3所述的固态电磁转子，其中，激励每个组内的所述凸极片，每个凸极片从前一个凸极片延迟，每个凸极片激励持续预定时间量。

5.如权利要求1至4所述的固态电磁转子，其中，所述固态转子为单极转子，并且所述多个凸极片在任何给定时间以单个极性激励。

6.如权利要求1至5所述的固态电磁转子，其中，围绕每个凸极片缠绕的所述导线包括内导线和外导线，所述内导线更靠近所述支撑结构，所述外导线更远离所述支撑结构，其中激励所述内导线和所述外导线，使得所述凸极片形成偶极磁铁。

7.如权利要求1至6所述的固态电磁转子，其中，所述多个凸极片包括由第一凸极片和与所述第一凸极片180°相对的第二凸极片组成的至少一对，其中所述导线围绕所述第一凸极片和所述第二凸极片缠绕，使得当所述导线被激励时，所述第一凸极片和所述第二凸极片形成两个完整的偶极。

8.如权利要求7所述的固态电磁转子，所述固态电磁转子还包括位于所述第一凸极片和所述第二凸极片之间的屏蔽装置。

9.如权利要求8所述的固态电磁转子，其中，所述屏蔽装置包含μ金属。

10.一种系统，所述系统包括：如权利要求1所述的固态电磁转子；定子，其中所述转子放置在所述定子内部；以及电源引线，所述电源引线被配置为向存储装置提供输出功率的至少一部分，所存储的功率的一部分用于重新激励所述转子。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述定子为传统发电机的定子。

12.如权利要求10所述的系统，其中，所述定子包括专门建造的定子壳体。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述定子具有多个转子腔。

14.如权利要求10所述的系统，所述系统还包括将输出功率的至少一部分存储在能量存储装置中。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为一个或多个电池。

16.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为电网。

17.如权利要求14所述的系统，其中，所述能量存储装置为任何类型的合适存储技术。

18.一种用于提供发电的组件，所述组件包括：

发电机定子，所述发电机定子具有定子壳体；以及

固态发电机转子，所述固态发电机转子放置在所述定子壳体中并附接到所述定子壳体，其中所述固态发电机转子保持静止并使用电子激励系统顺序地激励来产生旋转磁场，其中来自所述组件的输出功率的一部分反馈给所述激励系统。

19.如权利要求18所述的组件，其中，所述固态转子由一系列相邻凸极构成，所述一系列相邻凸极附接到中心支撑轴。

20.如权利要求18和19所述的组件，其中，所述固态转子通过切割叠层并将所述叠层组装成适当尺寸的转子的形式而构成。

21.如权利要求19和20所述的组件，其中，所述固态转子由铁磁材料构成。

22.如权利要求19和20所述的组件，其中，所述固态转子的所述凸极缠绕有磁导线。

23.如权利要求22所述的组件，其中，所述磁导线连接到来自所述激励系统的激励引线。

24.如权利要求19所述的组件，其中，所述凸极分成两个或四个或其它适当数量的N个组，并且绕组通过引线连接到所述激励系统。

25.如权利要求24所述的组件，其中，所述激励系统包括多个通道，并且所述多个通道分别连接到每个组的所述凸极。

26.如权利要求25所述的组件，其中，所述激励系统顺序地激励每个组内的所述凸极，使得离散的交流磁极以预定的速度和频率平行于所述固态转子的表面旋转。

27.如权利要求18所述的组件，其中，所述电子激励系统包括受计算机控制的电子选通系统。

28.如权利要求27所述的组件，其中，所述电子选通系统使用一个或多个MOSFET。

29.一种发电机，所述发电机包括：

定子，所述定子具有腔和定子导线，所述定子导线被配置为提供输出功率；

静态转子，所述静态转子插入所述腔中并位于所述定子导线外部，其中所述静态转子包括：

支撑结构；

多个凸极片，所述多个凸极片围绕所述支撑结构成圆形地布置，其中每个凸极片的第一端附接到所述支撑结构，并且每个凸极片的第二端朝向所述腔的内圆周；以及

围绕每个凸极片缠绕的导线，

其中，当所述多个凸极片的所述导线由激励电路顺序地激励时，所述凸极片通电以提供由不同极组成的移动磁场。

30.如权利要求29所述的发电机，其中，所述静态转子为固态转子。

31.如权利要求29所述的发电机，其中，所述定子还包括位于所述腔中的导线槽，其中所述定子导线缠绕在所述导线槽中，使得在所述定子导线的第一部分中的电流在所有导线槽中沿着第一方向，并且在所述定子导线的第二部分中的电流在所有导线槽中沿着与所述第一方向相反的第二方向。

32.如权利要求31所述的发电机，其中，所述定子还包括位于所述导线槽之间的屏蔽装置。

33.如权利要求32所述的发电机，其中，所述屏蔽装置包含μ金属。

34.如权利要求29所述的发电机，其中，所述静态转子为N极转子，并且所述多个凸极片分成N个组，其中在任何给定时间以不同的极性激励每个组的凸极片。

35.如权利要求34所述的发电机，其中，每个组内的所述多个凸极片中的每个凸极片顺序地激励持续预定时间量。

36.如权利要求29所述的发电机，其中，所述静态转子为单极转子，并且在任何给定时间以单个极性激励所述多个凸极片。

37.如权利要求29所述的发电机，其中，通过改变用于激励所述凸极片的所述导线的激励周期来控制所述输出功率的频率。

38.一种用于控制具有静态转子的发电机的控制器，其中所述静态转子包括多个凸极片，每个凸极片缠绕有导线，所述控制器包括：

连接端子，所述连接端子通过端子块耦接到与所述导线连接的电路；以及

处理器，所述处理器被配置为：

基于所述发电机的目标频率确定激励周期；以及

根据所述激励周期切换激励所述导线的所述电路以顺序地使所述多个凸极片通电，使得每个凸极片在所述激励周期的第一个半周期中以第一极性通电并且在所述激励周期的第二个半周期中以第二极性通电。

39.如权利要求38所述的控制器，其中，所述处理器还被配置为从固态频率发电机中接收信号并基于所述信号确定所述发电机的所述目标频率。

40.如权利要求38所述的控制器，其中，所述电路包括多个切换元件，其中所述处理器被配置为在所述激励周期内顺序地接通和断开所述多个切换元件。

41.如权利要求40所述的控制器，其中，所述多个切换元件为MOSFET。

42.如权利要求38所述的控制器，其中，所述处理器还被配置为切换所述电路以在任何给定时间以单个极性激励所述多个凸极片。

43.如权利要求42所述的控制器，其中，所述处理器还被配置为将所述多个凸极片分成N个组并切换所述电路以在任何给定时间以不同极性激励每个组的凸极片。

44.如权利要求43所述的控制器，其中，所述处理器还被配置为将每个组内的每个所述凸极片顺序地激励持续预定时间量。

45.如权利要求40所述的控制器，其中，所述多个切换元件接通和断开以提供脉冲电流来激励所述导线。

46.一种用于控制具有静态转子的发电机的方法，其中所述静态转子包括多个凸极片，每个凸极片缠绕有导线，所述方法包括：

基于所述发电机的目标频率确定激励周期；以及

根据所述激励周期切换与所述导线连接以激励所述导线的电路以使所述多个凸极片顺序地通电，使得每个凸极片在所述激励周期的第一个半周期中以第一极性通电并且在所述激励周期的第二个半周期中以第二极性通电。

47.如权利要求46所述的方法，所述方法还包括从固态频率发电机中接收信号并基于所述信号确定所述发电机的所述目标频率。

48.如权利要求46所述的方法，其中，切换所述电路包括在一个激励周期内顺序地接通和断开所述电路的多个切换元件。

49.如权利要求46所述的方法，其中，切换所述电路包括在任何给定时间以单个极性激励所述多个凸极片。

50.如权利要求46所述的方法，其中，切换所述电路包括将所述多个凸极片分成N个组并且切换所述电路以在任何给定时间以不同的极性激励每个组的凸极片。

51.如权利要求50所述的方法，其中，切换所述电路还包括将每个组内的每个所述凸极片顺序地激励持续预定时间量。

52.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质上存储有指令，其中所述指令在由处理器执行时执行用于控制具有静态转子的发电机的方法，其中所述静态转子包括多个凸极片，每个凸极片缠绕有导线，所述方法包括：

基于所述发电机的目标频率确定激励周期；以及

根据所述激励周期切换与所述导线连接以激励所述导线的电路以使所述多个凸极片顺序地通电，使得每个凸极片在所述激励周期的第一个半周期中以第一极性通电并且在所述激励周期的第二个半周期中以第二极性通电。

53.一种电路，所述电路连接到发电机中的静态转子的导线，其中所述静态转子包括缠绕有所述导线的多个凸极片，所述电路包括：

受计算机控制的激励系统，所述受计算机控制的激励系统具有至少两个控制通道；以及

多个极切换电路，所述多个极切换电路耦接到所述至少两个控制通道，其中所述极切换电路连接到所述多个凸极片的所述导线，其中每个极切换电路包括多个切换元件，所述多个切换元件通过所述至少两个控制通道接通和断开，以激励所述导线来使所述多个凸极片顺序地通电。

54.如权利要求53所述的电路，其中，根据激励周期切换所述多个切换元件，使得每个凸极片在所述激励周期的第一个半周期中以第一极性通电并且在所述激励周期的第二个半周期中以第二极性通电。

55.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个切换元件为固态开关。

56.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个切换元件为MOSFET。

57.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个极切换电路中的每个极切换电路还包括接触块，所述接触块具有多个接触点，其中当切换元件接通时，电流通过至少一个导管流到所述触点块。

58.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个极切换电路由至少一个电池供电。

59.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个切换元件接通和断开以提供脉冲电流来激励所述导线。

60.如权利要求59所述的电路，其中，所述多个极切换电路向第一凸极片提供持续预定时间量的第一脉冲电流并随后向与所述第一凸极片相邻的第二凸极片提供持续预定时间量的第二脉冲电流。

61.如权利要求53所述的电路，其中，所述多个极切换电路各自连接到一组凸极片并被配置为在任何给定时间以不同的极性激励每个组的凸极片。

62.如权利要求61所述的电路，其中，所述多个极切换电路还被配置将每个组内的凸极片激励持续预定时间量。

63.如权利要求53所述的电路，其中，所述受计算机控制的激励系统为可编程逻辑中心(PLC)电路。