CN1294770A - 电动机或发电机 - Google Patents

Abstract

一种装置,例如电动机、发电机或再生电动机包括转子装置和定子装置。定子装置具有绝缘的电磁体壳体和至少一个包括无定形金属磁心的可激励的电磁体组件。整体无定形金属磁心由多个被单独形成的无定形金属磁心件构成。绝缘的电磁体壳体具有在其中形成的磁心件开孔,用于保持被单独形成的无定形金属磁心件处于彼此相邻的位置,使得形成整体无定形金属磁心。所述装置还包括控制装置,其能够使用多个激励和去激励参数的任意组合可变地控制所述电磁体的激励和去激励,从而控制所述装置的速度、效率、转矩和功率。

Description

电动机或发电机

发明领域

本发明一般涉及电动机、发电机和再生电动机。此处使用的再生电动机这个术语指的是可以作为电动机或发电机而操作的装置。更具体地说，本发明涉及包括这样一种定子装置的电动机、发电机或再生电动机，所述定子装置本身包括具有由多个单独形成的无定形金属芯片构成的无定形金属磁心的电磁体组件。本发明还提供一种控制装置，其能够使用多个激励和去激励参数的任意组合不同地控制电磁体组件的激励和去激励，以便控制所述装置的速度、效率、功率和转矩。

现有技术的描述

电动机和发电机工业一直寻求提供具有增加的效率和功率密度的电动机和发电机的方法。一段时间以来，一直认为，使用永久超磁体转子(例如钴稀土磁体和钕铁硼磁体)和包括具有无定形金属磁心的电磁体的定子构成的电动机和发电机和常规的电动机和发电机相比可能提供高得多的效率和功率密度。此外，因为无定形金属磁心比常规的铁心材料能够更快地响应磁场的改变，无定形金属磁心能够允许在电动机和发电机内进行更快的磁场转换，因此和常规的铁心电机相比，能够实现速度更高的和控制性能更好的电动机和发电机。不过，迄今证明提供一种包括无定形金属磁心的容易制造的电动机和发电机是非常困难的。

无定形金属一般以具有均匀带宽的薄的连续的带被提供。然而，无定形金属是一种非常硬的材料，使得难于切割和成形，并且一旦退火达到峰值磁性能之后，便变得非常脆的。这使得难于利用常规的方法制造磁心，并且成本太高。这种常规的方法一般涉及切割由磁心材料片构成的各个心层成为所需的形状，并把这些芯片层叠在一起而形成所需的整个磁心的形状。无定形金属的脆性也导致了对利用无定形金属磁心的电动机和发电机的耐用性的担心。磁心受到以非常高的频率变化的极高的磁力。这些磁力能够使磁心材料受到很大的应力，这些应力可能引起无定形金属磁心的破坏。

无定形金属磁心存在的另一个问题是当其受到物理应力时无定形金属材料的导磁率减小。这种导磁率的减小可能和无定形金属材料上的应力的强度非常相关。当无定形金属磁心受到应力时，磁心引导或聚集磁通的效率便被降低，因而引起较大的磁损，降低效率，增加发热，因而减少功率。这个现象被叫做磁致伸缩现象，这种现象可以在电动机或发电机操作期间由来自磁力的应力、来自机械阻尼的或者在安装磁心时产生的机械力、或者由于无定形金属材料的磁饱和而导致的热膨胀与／或收缩而产生的内部应力引起。

常规的磁心通过把磁心层材料连续地层叠在一起而制成，从而形成整个磁心。不过，如上所述，无定形金属难于切割或者不容易加工。因此，在过去，无定形金属磁心通常通过把无定形金属带卷成卷被制成，其中每个相继的材料层利用黏合剂例如环氧树脂被层叠在前一层上。当用于电动机或发电机中时，这种层叠的结构限制了无定形金属材料卷的热膨胀和磁饱和膨胀，因而引起高的内部应力。这些应力引起降低电动机和发电机的效率的磁致伸缩，如上所述。此外，这种结构使得在磁心的每个卷之间具有黏合剂层。因为无定形金属材料一般作为很薄的带被提供，例如只有两个密耳厚，所以黏合剂材料占据磁心体积的很大的部分。黏合剂的体积降低了层叠的磁心内的无定形金属材料的密度，因此，对于整个磁心材料的一个给定的体积，降低了磁心聚集或引导磁通的效率。

本发明提供一种用于使加于电动机、发电机或再生电动机中的无定形金属磁心上的应力最小的方法和装置。这种方法和装置不需要层叠许多无定形金属层，因而减少加于材料上的内部应力，并增加整个磁心内的无定形材料的密度。此外，为了利用无定形金属磁心材料的高速转换能力，本发明提供一种能够可变地控制包括无定形金属磁心的电动机、发电机或再生电动机装置的激励和去激励的控制方法和装置，其中使用多个不同的激励和去激励参数的组合，以便控制所述装置的速度、效率、转矩和功率。

发明概述

如在下面将要详细说明的，本发明披露了一种装置例如电动机、发电机或再生电动机。所述装置包括转子装置，至少一个定子装置，以及以预定的位置关系支撑转子装置和定子装置的装置壳体。所述装置壳体还支撑着转子装置，使其沿着一个围绕给定的转子轴线的预定的转动路径旋转。定子装置具有至少一个可激励的电磁体组件，其包括一个整体的无定形金属磁心和一个电线圈阵列，它们共同限定至少一个磁极件。整体的无定形金属磁心由多个单独形成的无定形金属磁心件构成。定子装置还包括绝缘的电磁体壳体，用于支撑电磁体组件，使得磁极件位于转子装置的旋转路径附近。绝缘的电磁体壳体具有在电磁体壳体中形成的磁心件开孔，用于保持被单独形成的无定形金属磁心件处于彼此相邻的位置，使得形成整体的无定形金属磁心。

在一个优选实施例中，转子装置具有至少一个具有北极和南极的转子磁体，并具有用于支撑转子磁体使其围绕给定的转子轴线旋转的装置，使得至少一个磁极沿着围绕给定转子轴线的预定的旋转路径是可以接近的。在优选实施例中，转子磁体是一种超磁体。

在一些实施例中，被单独形成的无定形金属磁心件是由连续的无定形金属带制成的无定形金属绕组。最好是，连续的无定形金属带具有基本上恒定的带宽。被单独形成的无定形金属磁心件可以具有各种截面形状，包括圆形，椭圆形，卵形，环形，具有圆角的三角形和具有圆角的梯形。此外，被单独形成的无定形金属磁心件可以由被叠置在磁心件壳体的相关的磁心件开孔中的各个无定形金属材料带制成。此外，在一些实施例中，在用于保持无定形金属磁心件的电磁体壳体的磁心件开孔中的任何空隙都充有绝缘油。此外，无定形金属磁心件可以是油浸的。

在一个实施例中，定子装置包括多个电磁体组件，每个电磁体组件具有多个磁极件。每个磁极件是一个被单独形成的无定形金属磁心件。此外，至少一个被单独形成的无定形金属磁心件是一个圆环，其构成使每个磁极件彼此以磁的方式相连的电磁轭。圆环电磁轭包括在无定形金属带围绕自身被绕制之后由连续的无定形金属带的一个连续的边沿限定的环形的或其它形状的连续的表面。电磁体组件的每个磁极件具有位于转子磁体的预定旋转路径附近的第一端(由带的一个连续的边沿限定)。此外，电磁体组件的每个磁极件具有位于圆环电磁轭的圆环表面附近的第二端(由带的另一个连续的边沿限定)。

在另一个实施例中，定子装置的电磁体包括基本上呈U形的具有两个磁极的整体的无定形金属磁心。两个磁极件的每一个单独地由无定形金属磁心件构成。一个附加的被单独制成的无定形金属磁心件形成电磁轭，其以磁的方式使两个磁极件彼此相连，使得磁心件共同限定U形的整体磁心。

在另一个实施例中，支撑转子磁体的装置的装置这样支撑着转子磁体，使得转子磁体的北极和南极围绕给定的转子轴线沿着不同的预定的旋转路径是可以接近的。定子装置的电磁体包括基本上呈C形的整体无定形金属磁心，其具有两个磁极件，每个磁极件位于转子磁体的北极和南极的预定的旋转路径中的相应的一个路径附近。电磁体组件的整体磁心是基本上呈C形的整体无定形金属磁心，其限定两个磁极件，使得每个磁极件位于不同的预定的旋转路径中相应的一个路径附近。两个磁极件是分别被单独制成的无定形金属磁心件。附加的被单独形成的无定形金属磁心件形成一个电磁轭，其以磁的方式使两个磁极件彼此相连，使得磁心件共同限定C形的整个磁心。

本发明还披露了一种用于制造一种装置例如电动机、发电机或再生电动机的电磁体的无定形金属磁心的方法，所述方法包括用于形成多个单独形成的无定形金属磁心件的步骤，每个所述无定形金属磁心件具有所需的心件形状。提供一个绝缘的磁心壳体，其包括磁心件开孔，用于限定所需的整体磁心的形状。多个单独形成的无定形金属磁心件被装配在绝缘的磁心壳体的磁心件开孔中，使得绝缘的磁心壳体保持磁心件彼此相邻，使得形成所需的整个磁心的形状。在一个优选的方法中，每个磁心件由连续的无定形金属带绕成其最后的形状。

按照本发明的另一个方面，披露了一种方法和设备，用于控制一种装置例如电动机、发电机或再生电动机的转速和输入／输出功率和转矩。所述装置包括转子，其被支撑着以便沿着围绕给定的转子轴线的预定的转子路径转动。最好是，所述转子包括至少一个永久超磁体。所述装置还包括定子，其具有多个具有无定形金属磁心的可以被动态地激励和去激励的电磁体组件(也被称为电磁体)。所述电磁体被相互分开地设置，它们和预定的转子路径相邻，使得在转子上的特定一点(转子点)从一个电磁体附近的给定点(定子点)到下一个相继的电磁体附近的给定点(定子点)的运动限定一个工作周期。一个位置检测器装置在工作周期中的任何给定的时刻确定转子相对于定子的位置和转速，并产生相应的信号。响应所述信号的一个控制器使用预定的装置控制参数控制定子的电磁体的激励和去激励，使得在每个工作周期期间，控制器能够控制多个激励和去激励参数的任意组合，以便控制所述装置的速度、效率和输入／输出功率以及转矩。

在优选实施例中，激励和去激励参数包括(ⅰ)工作周期激励时间，这是一个连续的时间间隔，在此时间间隔内，对于每个工作周期，定子的电磁体被激励(具有一个极性或另一个极性)，(ⅱ)工作周期激励时间的开始点和结束点，即在工作周期期间，当转子在一个工作周期内从一个定子点到下一个相邻的定子点运动时，相对于转子的转动位置的这样一些时刻，在此时刻，工作周期激励时间开始和结束，以及(ⅲ)工作周期激励时间的调制，这是一种电磁体的脉宽调制，其中在如果不进行调制电磁体将连续地被激励的时间间隔内对电磁体进行激励和去激励。

在另一个实施例中，位置检测器装置包括一个编码器盘，其被支撑着和转子一道转动，还包括靠近编码器盘设置的光检测器阵列。编码器盘具有多个同心的轨迹，轨迹上具有分开的位置指示孔，这些孔实际上是盘上的一些通孔。每个光检测器对应于一个同心轨迹，并和一个相关的同心轨迹以光的方式对准，使得每个检测器能够检测到限定其相关的同心轨迹的位置指示孔的出现，从而能够检测转子相对于定子的位置。最好这些开孔的尺寸和位置被这样设计，使得它们代表转子位置信息的数字字节，其中每个轨迹构成整个数字字节的一位。以这种方式，在电动机和发电机装置的启动期间，可以精确地确定转子的位置。

在另一个实施例中，控制器还包括一个计数器装置，所述计数器装置能够以时间的增量进行计数，这使得每个工作周期能够被分成多个时间间隔，控制器使用这些时间间隔对电磁体进行激励和去激励。

按照本发明的另一个方面，披露了一种用于调节由输入驱动装置驱动的发电机的电输出的方法和装置。所述发电机包括具有至少一个可动态地激励与去激励的定子线圈的定子装置和转子装置。一个位置检测器装置用于确定转子装置相对于定子装置在任何给定的时刻的位置和转速，并产生相应的信号。一个控制器响应所述信号控制定子线圈的激励与去激励，使得发电机的电输出被调节到一个所需的电输出而不需要使用附加的电功率调节装置。在一个实施例中，输入驱动装置是风车。此外，控制器可以使用由发电机发出的一部分电功率用于作为电动机驱动发电机。发电机可以以使得减少发电机加于输入驱动装置上的阻力或者以使得增加发电机加于输入驱动装置上的阻力的一种方式被作为电动机驱动。

附图的简要描述

通过结合附图参考下面的目前优选实施例的说明可以更好地理解本发明的特征，其中：

图1是按照本发明设计的装置的示意的截面图，其中包括转子装置、具有定子壳体和由被单独制成的无定形金属磁心件构成的整体无定形金属磁心的定子装置和具有控制盘的控制装置；

图2是图1的装置的转子装置的示意的平面图；

图3A是构成图1的装置的定子装置的一部分的整体无定形金属磁心的一个实施例的示意的透视图；

图3B是图1的定子壳体的示意的截面图；

图4是图1的装置的编码器盘的平面图；

图5是说明图1的装置的控制装置可以使用的用于控制图1的装置的各个激励与去激励参数的曲线；

图6是按照本发明设计的利用风车驱动发电机的一个实施例的示意图；

图7是按照本发明设计的利用汽轮机驱动发电机的另一个实施例的示意图；

图8是按照本发明设计的整体无定形金属磁心的第二实施例的透视图；

图9是按照本发明设计的整体无定形金属磁心的第三实施例的透视图；

图10是按照本发明设计的整体无定形金属磁心的第四实施例的透视图；

图11A-11H是具有不同截面形状的各个无定形金属磁心件的各个实施例的示意的透视图；

图12是按照本发明设计的多相装置的截面图；

图13是按照本发明设计的多相装置的另一个实施例的定子装置的截面图。

优选实施例的详细描述

参看附图，其中相同的元件用相同的标号表示。首先参看图1-3B，图1说明按照本发明设计的装置10的截面图。虽然在本说明中装置10有时被称为电动机，有时被称为发电机，但是应当理解，根据所述装置的应用要求，装置10可以采取电动机、发电机、交流发电机或再生电动机的形式。为了便于说明，术语再生电动机指的是可以作为电动机或者作为发电机操作的装置。此外，虽然在大部分情况下装置10被作为直流无刷电动机进行说明，但是应当理解，其可以采取各种其它的电动机和发电机的形式，这仍然处于本发明的范围内。这些其它类型的电动机和发电机包括但不限于直流同步装置、可变磁阻或开关磁阻装置以及感应电动机。

由图1可见，装置10包括转轴14、转子装置16、定子装置18和装置壳体20。装置壳体20支撑着轴14，使得围绕转轴的纵向轴线旋转，其中使用轴承22或任何其它合适的并且容易提供的装置支撑着转轴以便旋转。转子装置16被固定在轴14上，以便围绕轴14的纵向旋转轴线旋转。定子装置18被装置壳体20支撑着，使得定子装置位于转子装置的旋转路径附近。

现在参看图2，图2是转子装置16的一个优选实施例的平面图，下面将详细说明转子装置16。在本实施例中，转子装置16是一种盘形或轴形的转子，其包括6个径向分开的永久超磁体24a-f(例如钴稀土磁体)，每个磁体具有限定北极和南极的相对端。磁体24a-f被转子盘26或其它合适的装置支撑着，以便围绕轴14的轴线转动，使得磁体24a-f的磁极沿着两个预定的围绕转轴并在转子装置附近的旋转路径是可以接近的。它们的相互位置被这样设置，使得在转子盘的每一侧上，磁体交替地呈现北极和南极，如图2所示。

虽然以永久超磁体为例说明了磁体24a-f，但并不限于此。此外，磁体可以是其它材料的，或者在一些情况下，可以是电磁体。此外，虽然以盘形转子或轴形转子说明了转子装置，但并不限于此。而是，转子可以采取各种构型，例如筒形或辐射状的转子，使磁体位于其外圆周上。虽然说明的转子具有6个磁极，但是应当理解，转子可以包括任意数量的磁极，这些都处于本发明的范围内。最后，虽然说明的转子装置中包括磁体，但并不限于此。例如在感应电动机的情况下，转子装置16将不包括磁体24a-g。本领域技术人员应当理解，此时转子盘26将由基于铁的材料或者一些其它的磁性材料制成，从而形成一个转子磁心，其利用定子装置的开关而产生的旋转磁场驱动。

由图1可见，在所述的实施例中，定子装置18包括两个定子壳体28a，28b，它们被设置在转子装置16的相对侧附近。定子壳体28a，28b彼此互为镜像，因此，只详细示出了定子壳体28a。定子壳体28a由绝缘材料构成，例如包括但不限于高强度的合成材料或塑料。可以使用任何合适的材料形成定子壳体，只要是绝缘材料并且能够合适地支撑着构成定子装置18的所有有关的部件即可。

按照本发明，定子壳体28a具有多个开孔，其中包括磁心件开孔30和线圈开孔32，它们被形成在壳体中，用于支撑可动态地激励和去激励的电磁体组件34。电磁体组件34包括整体无定形金属磁心36和线圈阵列38。线圈阵列38被支撑在线圈开孔32中。按照本发明，整体无定形金属磁心36由多个被单独制成的无定形金属磁心件36a-g，其中的一些形成磁极件，如图3A所示。定子孔28a支撑着电磁体组件34，使得电磁体组件的磁极件被保持靠近转子装置16上的磁极24a-f的磁极的预定旋转路径附近，如图2所示。

图3A表示图1所示的特定实施例的整体无定形金属磁心36的一种特定的构型。每个单独的磁心件36a-g借助于把连续的无定形金属带绕制成所需的形状制成。在磁心件36a-f的情况下，磁心件的形状基本上是圆柱形，使得每个磁心件的相对的连续的边沿限定磁心件的相对端37a和37b。不过，在磁心件36g的情况下，磁心件的形状是圆环形，其具有一个由被绕成圆环的磁心件36g的连续的无定形金属带的一个连续的边沿限定的环状表面40。在每种情况下，对于本实施例，连续的无定形金属带不被切割、刻蚀或者机加工，而是首先把连续的无定形金属带切成为制成所需形状的磁心件所需的长度。每个圆柱形的磁心件36a-f形成整个磁心36的磁心件36a-f，每个圆柱形的磁心件的一端37a被设置在靠着圆环形状的磁心件36g的环形表面40，另一端37b从环形表面40伸出。环形磁心件36g作为磁轭，用于阻止磁通泄漏，并以磁的方式使每个圆柱形磁心件36a-f彼此相连。

图3B说明定子壳体28a，其和图3A的磁心36是分开的，但是被设计用于容纳磁心36。应当特别注意各种磁心件开孔30和线圈开孔32。定子壳体28a还包括冷却剂开孔39和导线通路开孔41。利用冷却剂开孔39，冷却剂流体可以在定子壳体28a内循环，从而阻止在定子壳体28a、线圈阵列38和磁心36内积聚过多的热量。冷却剂开孔可以在定子壳体内的任何合适的位置形成，以便对装置提供冷却。导线通路开孔41被用于设置用于互连线圈阵列38的导线。虽然图3B示出了定子壳体的一个特定的实施例，其被设计用于容纳图3A所示的磁心件，但是应当理解，定子壳体可以采用各种合适的构型，这取决于特定的磁心设计。

由图1，3A和3B可见，被单独制成的磁心件36a-g被支撑在定子壳体28a的磁心件开孔30内，使得它们被保持在各自的相互位置上。因为磁心件开孔30被形成在定子壳体28a中，以便具有合适的形状用于支撑每个被单独形成的磁心件36a-f，磁心件36a-f可以通过缠绕无定形金属带材料而不使绕制的层叠置而被制成。这允许每个被单独形成的磁心件受热膨胀或者由于磁饱和膨胀，使得绕组稍微松开，而不在整个磁心内或在任何被单独形成的磁心件内产生应力。这种结构大大减少了在本发明的背景技术中所述的由于磁致伸缩而引起的问题。此外，这种结构使得不需要叠置磁心件，因此，在整个磁心内不需要由层叠材料占据的空间。因此，能够将大量的无定形金属材料放置在给定的空间内，这改善了磁心引导或聚集磁通的效率。同时，每个定子壳体包括磁极件36a-f和磁轭36g直接接触，使得从功能的观点看来，整个磁心近似一个被整体形成的磁心。定子壳体28a也可以完全容纳整个无定形金属磁心36，从而形成一个密封的壳体，这能够阻止磁心件的锈蚀。

在图1所示的实施例中，在磁心件开孔30中的未被磁心件36a-g填满的任何空隙由绝缘油42填满，并且磁心件开孔30被密封从而把油保持在空隙内。这种在磁心件开孔中填充的油作为一种缓冲器用于防止当无定形金属材料受到和电动机有关的大的和变化的磁力时被破坏。这种油填充也帮助定子装置实现热均衡，并且可以用于改善整个装置的热耗散特性。此外，无定形金属磁心件36a-36g是油浸的。这使得无定形金属磁心件由于磁饱和更容易膨胀，并且在热膨胀时进一步减少由磁致伸缩引起的应力。虽然上述的磁心件开孔是充油的并且磁心件是油浸的，但是这不作为要求。本发明同样适用于这样的装置，其使用被支撑在壳体的开孔中的单独形成的无定形金属磁心件构成的磁心形成一个整体的无定形金属磁心形状，而不管开孔中是否充油以及磁心件是否被油浸。

装置10是无刷的同步装置，其中由定子壳体28a内的电磁线圈阵列38构成的线圈被这样进行电连接，使得它们被同时激励与去激励。在图1所示的实施例中，线圈阵列38包括6个极件线圈，图1中以38a和38d示出了两个。线圈阵列38可以利用环氧树脂或者其它方法被固定在其位置，以便增加定子装置的整体性。每个线圈被固定在相应的一个磁心件36a-f的周围，图1中以36a，36d示出了其中的两个。线圈阵列38被这样绕制，使得当线圈阵列被激励时，由磁心件36a-f形成的磁极件的凸出的末端形成交替的北极和南极。圆环磁心件36g作为磁轭引导和圆环磁心件36g相邻的磁心件36a-f的端部相连的磁通进入相反极性的相邻的磁极件。当所述装置被作为电动机操作时，通过改变通过线圈阵列38的电流的方向使电磁体组件34的每个磁极件的极性反向。如在下面要详细说明的，在发电机的情况下，通过改变电磁体和负载连接的方式控制功率输出和由发电机产生的电能的状态。这种结构使得定子装置18的电磁体组件34的交变的北极和南极能够可控地和转子装置16的永久磁体24a-f的交变的北极和南极相互作用。

装置10还包括用于激励和去激励具有交变极性的线圈阵列38的控制装置44。控制装置44包括控制器46，其可以是任何合适的容易得到的控制器，能够动态地激励与去激励具有交变的极性的电磁体组件34。最好是，控制器46是一种可编程的控制器，其能够以比常规的电动机和发电机高得多的速率激励和去激励电磁体组件34。因为在无定形金属心中磁场可以被改变的固有的速度，对于装置的每个工作周期，装置10的定子装置允许控制器使用多个激励和去激励参数的任意组合控制装置10的转速、功率和转矩输出。为了便于说明，一个工作周期被定义为转子的一个特定点从一个和定子装置的一个电磁磁极件相邻的给定的定子点到和定子装置的下一个相继的电磁磁极件相邻的给定的定子点的运动，如前所述。

仍然参看图1，控制装置44还包括位置检测器装置48用于在每个工作周期的任何给定的时刻检测转子装置16相对于定子装置18的位置和转速，并提供相应的信号。检测器装置48包括被支撑在转轴14上随转子装置16一起旋转的编码盘50。检测器装置48还包括位于编码器盘附近的光检测器阵列52。

如作为编码器盘50的平面图的图4所示，编码器盘50包括多个同心轨迹54，在每个轨迹上具有位置指示孔56。在本实施例中，盘50包括6个同心轨迹54a-f。盘50被分成3个120度弧的饼状部分58，每个饼状部分彼此相同。每个部分58和转子装置的从具有特定极性的第一转子磁体上的一个给定点延伸到在具有相同极性的下一个相继的磁体上的相应的点(即从一个南极经过北极到下一个南极)的一个饼状部分相关。内部轨迹54a具有一个长的开孔56a，其延伸过每个部分58中的轨迹54a的长度的一半(60度弧)。在这种情况下，这些开孔的每一个相应于装置的一个工作周期，并且3个开孔一起和6个转子磁体中的每另外一个对准(即在转子盘的每个给定的侧面上的具有相同极性的3个磁体)。在每个部分内，每个相继的轨迹具有是前一个轨迹的两倍的开孔，其长度是前一个轨迹的开孔的长度的一半。即轨迹54b在每个部分内具有两个开孔56b，轨迹54c具有4个开孔56c，依此类推直到外侧的轨迹具有22个开孔，每个具有17／8度的长度。

光检测器52包括6个光检测器，它们相应于编码器盘50上的一个同心轨迹并和所述同心轨迹以光学的方式对准。阵列52位于编码器盘50附近，使得光检测器检测开孔56的存在。通过使每个光检测器提供一位信息，阵列52能够向控制器46提供二进制字(字节)，其在小于2度弧内识别转子装置的位置。使用最高有效位，即和轨迹54a相关的一个检测器，控制器46还能够确定磁体的交变的北极和南极的位置，因为轨迹54a的开孔56a相应于转子盘上的每另一个磁体，如上所述。

控制器46还包括计数器装置49，其能够以时间的增量进行计数，这使得每个工作周期(60度弧)能够被分成多个时间间隔或计数，例如当装置以预定的最大速度旋转时，每个周期具有1600个计数。这相应于每个开孔56f对应100个计数，或者换句话说，是由编码器盘提供的分辨率的100倍。为了便于说明，对于能够以20000RPM旋转的高速电动机，这将要求以每秒3．2×10⁶的速度操作的计数器装置或时钟。虽然只详细说明了一种特定的时钟速度，但是应当理解，本发明同样适用于其它的时钟速度而和计数器装置的特定的时钟速度无关。

设置控制器46使得能够以任何预定的计数器装置49的计数激励或去激励电磁体组件。这以极高的精度提供电磁体的激励或去激励控制。虽然在所述的例子中使用2000RPM的操作速度，但是应当理解，这不是最高的上限。因为无定形金属定子装置的极快的转换能力和如上所述的由控制装置提供的电磁体的精确的激励或去激励，按照本发明设计的电动机和发电机装置能够提供极高速度的装置，速度高达50000RPM，甚至大于100000RPM。本发明还提供一种定子装置结构和转子装置结构，使得能够经得起由于极高的速度而产生的离心力。

为了使控制器46能够离散地检测在编码器盘50中的各个轨迹的开孔的存在，在各个轨迹中的开孔相互之间被略微错开，使得阵列52的不同的光检测器52不试图在同一精确的时刻指示检测到不同轨迹的开孔的开始。这种编码结构通常被称为灰度代码，并用于由控制器阻止由于开孔位置指示中存在的小的误差而引起的误差。

回头参看图1，现在已经说明了构成装置10的各个元件，下面详细说明所述装置的各种操作方式。因为无定形金属磁心材料能够以极快的速度转换其磁场，并因为控制装置14能够在极精确的定时激励或去激励电磁体组件34，本发明的控制装置44允许控制器46使用多个电磁体组件激励或去激励参数的任意组合，以便控制所述装置的速度、效率、转矩和功率。这些参数包括但不限于，工作周期激励时间，工作周期激励时间的开始和停止点，以及工作周期激励时间的调制。激励或去激励参数将参照图5A-C进行详细说明，图5A-C是在两个相继的工作周期D1和D2内电磁体组件34的激励或去激励状态的曲线。

电磁体组件被激励，使得每个构成电磁体组件的磁极件具有交变的北极和南极。对于任意给定的定子磁极件，工作周期D1相应于转子装置从一个转子磁体的北极和给定的定子磁极件的上死点相邻并对准的一点转动到下一个相继的转子磁体的南极和给定定子磁极件的上死点相邻对准时所需的时间。在工作周期D1期间，电磁体组件被激励，使得给定定子磁极件作为北极，图中用标号N表示。工作周期D2相应于转子装置从在工作周期D1结束时转子磁体的南极和给定定子磁极件的上死点对准的一点转动到下一个相继的转子磁体的北极和给定定子磁极件的上死点对准时所需的时间。在工作周期D2期间，电磁体组件被激励，使得给定定子磁极件作为南极，由标号S表示。

如图5A所示工作周期激励时间是在一个给定的工作周期期间转子装置的电磁体组件34被激励的连续的时间间隔。在图5A-C中工作周期激励时间由字母T表示。工作周期激励时间的开始点和停止点是在工作周期期间相对于转子的旋转位置工作周期激励时间开始的时刻(由标号60表示)和停止的时刻(由标号62表示)。如图5B所示，开始时刻和停止时刻在保持工作周期激励时间T恒定时可以被改变，或者在改变工作周期激励时间T的长度时可以被改变。并且最后，工作周期激励时间的调制是在工作周期激励时间T期间在其开始点和停止点之间电磁体组件34的脉宽调制。如图5C所示，这通过在不调制时将是连续的工作周期激励时间T的期间激励或去激励电磁体组件34来实现。虽然脉宽调制被表示为相等的导通和截止脉冲，但是导通脉冲的持续时间可以和截止脉冲的持续时间不同。此外，每组脉冲可以在其本身当中被改变，以便在时间T内提供所需的总的激励时间。按照本发明，可以利用控制装置44，使用这些参数的任意组合，或者使用在一些组合下的任何其它的预定的激励和去激励参数，控制装置10的速度、效率和功率以及转矩输入和输出。

当装置10被停止时，控制器46使用编码器盘50和光检测器阵列52确定转子装置16相对于定子装置18的相对位置。在电动机的情况下，控制器46使用所述位置信息通过激励电磁体组件34，使得磁极件36具有合适的极性，从而使转子按照所需的方向旋转，启动转子装置的旋转。控制器46激励或去激励电磁体组件34，使得每个磁极件的极性在每个连续的工作周期期间反向。一旦电动机以足够的速度旋转，控制器46就只使用编码器盘50的外部轨迹确定转子部件相对于定子部件的转速用于校准计数器装置49。控制器46通过使用计数器装置49和由编码器盘50产生的信号继续控制装置10，以便选择和使用预定的装置控制参数，这些参数可以被在控制器46中编程，或者被提供给控制器46，以便控制电磁体组件34的激励或去激励。因为控制装置44能够以计数器装置的任何一个计数激励或去激励电磁体组件34，所以控制装置44能够使用上述的激励或去激励参数的任何组合非常精确地控制装置10的速度、效率、转矩和功率。

控制装置44的精度、速度和可靠性使得按照本发明设计的装置能够被用于大量的场合。此外，通过在转子部件中使用超磁体和无定形金属磁心，和常规的电动机以及发电机相比所述装置能够实现非常高的功率密度和非常高的转速。这些优点使得按照本发明设计的装置能够以使用常规的装置不能实现的方式被使用。

在第一实施例中，本发明的一个优选实施例是用于数字控制机床中的电动机，其中使用同一个主轴和卡盘驱动许多刀具。在电动机直接驱动主轴和电动机与主轴被支撑着在工件表面上运动的情况下，主轴和全部刀具不会被设计成那么笨重，因为电动机的重量轻，功率密度大。此外，因为电动机的控制装置的可靠性，对于大量的特殊应用，电动机可以被编程。例如，在开始时刀具可以在高速下使用，例如在相当低的功率的程序下以20000RPM的转速旋转。此时，通过沿相反的方向驱动电动机，可以使电动机和主轴非常快地停止，使得可以在卡盘中自动地插入不同的刀具。例如，如果下一个操作是较低的速度，但较高的功率的钻孔操作，则电动机的控制装置可以被编程，使得提供所需的速度、效率、功率和转矩输出。使用按照本发明的电动机，和常规的电动机相比，可以得到更宽的速度、功率和转矩的调节范围。

在图6所示的另一种应用中，装置10被用作发电机，其被风车100驱动。在这种情况下，控制装置44被设计用于转换电磁体组件34被激励或去激励的方式，以便根据从风车100得到的功率输入改变由装置10产生的功率。和使用常规的发电机相比，使用这种装置使得发电机能够在更宽的操作条件下操作。

一般的风力发电机被设计具有预定的电输出。当风来到时，在风速达到最小的操作速度之前发电机不能操作。因为一般的风车被设计在其被安装的地区的平均风速下操作，这意味着，当风速低于风车的最小操作速度以下时，风车不能产生任何功率。当风速增加到超过设计的操作速度时，风车必须被减速，或者使制动机构消耗一些风能，以便阻止风车超速。在一些情况下，在非常高的风速的情况下，风车必须被关闭，以便避免制动机构过热或被破坏。因此，在高风速或者在非常高的风速的情况下，所有的或者大部分的风能被浪费掉，因为风力发电机只能够产生其预定的电输出。

按照本发明，装置10可以被设计使其具有更适应于可利用的高的风能而不是平均风能的最大功率输出。在这种情况下，当风处于其平均风速时，控制装置44便这样连接和断开电磁体组件34，使得装置10具有大大低于其最大功率输出的功率输出。事实上，在低风速的情况下，装置10可以用作电动机以便使风车启动。一旦在合适的速度下旋转，装置10便可以作为具有极低的功率输出的发电机操作。随着风速增加到高于平均风速，控制装置44直接地激励或去激励电磁体组件34，使得功率输出增加以便和风能的输入相匹配。在风能甚至大于装置10的最大功率输出的非常高的风速的情况下，装置10可以在一部分时间内作为电动机，用于沿着相反的方向驱动风车，从而作为制动器。这种设计和使用常规的发电机相比能够在更宽范围的风力条件下操作和产生功率输出。

装置10的功率输出通过激励或去激励电磁体组件34被控制，如上所述。可以使用包括工作周期激励时间、工作周期激励时间的开始和停止点以及工作周期激励时间的调制的激励或去激励参数的任意组合控制装置10的功率输出。通过控制这些激励或去激励参数，对于任何给定容量的装置，可以得到非常宽范围的功率输出。此外，因为装置10在其操作期间的任何所需的一部分时间内，可以通过激励电磁体组件34使其具有合适的极性，从而使其可以沿着每方向被驱动而作为电动机操作，所以装置10能够减少或增加使装置作为发电机所需的力的数量。因此，该装置能够作为功率输出范围极宽的发电机。

当装置10作为发电机操作时，由控制装置44提供的灵活性使得装置10被设置能够调整其功率输出，而不需使用附加的功率调节装置。使用上述的图6示出的风车应用的例子，控制装置44能够激励或去激励电磁体组件34，以便控制装置10的功率输出。这是因为这种控制装置44能够控制风车运行的速度。此外，控制装置44能够控制激励或去激励参数，如上所述。这使得控制装置44能够被设计用于以这种方式激励或去激励电磁体组件，使得这种10的输出被调节到所需的电输出而不需使用附加的电功率调节装置。这是通过控制装置的速度和在正确的定时激励或去激励电磁体组件从而产生一个被调节到所需电输出的电输出来实现的。在需要输出脉动直流的情况下，例如在对电池充电时，可以利用H桥控制器把装置的交流输出转换为脉动直流。这被称为“有功整流”。

如图7所示，本发明的装置也适应于汽轮机驱动的发电机。因为涡轮发动机的转速极高，一般常规的发电机使用减速齿轮和涡轮机相连，这大大减少了被涡轮机驱动的发电机的转速。这些减速齿轮装置增加了整个系统的成本，引起能量损失，因而减少整个系统的效率。按照本发明，上述的发电机被汽轮机直接驱动而不使用减速齿轮或任何其它的装置降低涡轮机驱动发电机的速度。如图7所示，装置10直接由涡轮机200驱动。装置10也可以用作涡轮机的启动电动机。如上所述，因为装置10的无定形金属磁心能够以极高的速度响应磁场的改变，并且由于控制装置44的极快的转换能力，所以装置10能够在极高的转速下以高的效率操作。这使得装置10能够直接由涡轮机200驱动，因而消除了任何减速齿轮或任何其它用于减少涡轮机驱动装置10的转速的装置。

上述的盘形或轴形装置提供了一种体积小的整体部件，所述部件可以被设计使得能够经受极高的离心力。这使得这种构型的装置能够以极高的转速操作，因此对于给定尺寸的装置可以提供极高的功率输出。在一种特别有趣的应用中，所述装置被用作电动机以极高的转速直接驱动制冷装置的涡轮压缩机。其转速可以高达50000-100000RPM或更高。通过在这些转速下操作涡轮压缩机，可以大大改善压缩机的效率。当使用在低得多的转速下操作的一般电动机时，和高速涡轮压缩机相关的大部分或所有的效率增加都被损失在和为实现高的转速所需的齿轮相关的机械损耗中。通过利用按照本发明设计的高速电动机直接地驱动压缩机，和常规的齿轮装置相关的效率损失被消除了。这提供了一种比常规的装置的效率高得多的整体装置。

虽然上面说明了装置10的整体的无定形金属磁心36，其具有整体上呈圆环的形状，具有从圆环的一个表面上伸出的磁极，如图3A所示，但是这不作为要求。而是，整体的无定形金属磁心可以呈任何所需的形状，只要其由被磁心壳体彼此相邻地支撑着的多个单独形成的无定形金属磁心件构成，便落在本发明的范围内。

参看图8，整体无定形金属磁心可以呈U形的整体无定形金属磁心的形状。在一个特定实施例中，3个单独的U形整体磁心代替图3A所示的环形结构。每个磁心300由3个单独制成的无定形金属磁心件300a-c构成。磁心件300a和300b是和图3A的磁心件36a-f类似的圆柱形磁心件。不过，磁心件300c是具有延长的椭圆截面的磁心件。在本实施例中，定子壳体应当具有被如此设置的磁心件开孔，使得每对磁心件300a和300b被保持在一个相关的磁心件300c附近。用于本实施例的电磁线圈阵列和上面对于装置10所述的类似。使用圆环磁心件的上述结构和U形结构之间的唯一区别是，圆环结构在机械上连接由磁心件36a-f构成的所有6个磁心件，而U形结构在机械上只连接由磁心件300a和300b构成的每对相关的磁心件。

图9说明用于提供本发明的磁心的另一种可能的结构。如上所述，图1的装置10包括具有整体无定形金属磁心36的两个定子装置，每个定子装置位于转子装置16的每一侧。图9说明具有5个单独形成的无定形金属磁心件400a-e的基本上呈C形的整体无定形金属磁心。图1的两个圆环整体磁心可以用围绕转子装置沿径向设置的6个整体无定形金属磁心400代替。在本实施例中，6个磁心件600a形成类似于在转子装置的一侧上的磁极件36a-f的磁极件。磁心件400b形成类似于位于转子装置另一侧上的相应的磁极件。对于每个C形的整体无定形金属磁心400，磁心件400c-e形成以磁的方式和其相关的磁心件400a，400b相连的磁轭。此外，在本实施例中，定子壳体应当被设计用于支撑所有的各个磁心件在其各自的位置，使得形成6个整体的C形的磁心。如同上述的U形磁心，本实施例和图1的实施例之间的唯一的区别在于，代替被圆环磁心件以磁的方式相连的在转子装置的一侧上的所有的磁极件，由在转子装置的相对侧上的相关的磁心件400a，400b形成的每对磁极件以磁的方式相连。

图10说明用于提供本发明的磁心的另一种可能的结构。在这种情况下，所述装置呈筒形或者辐射形的而不是盘形或者轴形的装置。在这种结构中，转子部件500采取筒形而不是盘形的形状。在本例中，如果所述装置是直流无刷电动机，则转子部件500应当包括6个被固定在转子部件的外圆周边缘上的转子磁体502。此外，如果所述装置是感应电动机，则不包括磁体502，并且转子装置500应当由基于铁的被合适地形成的材料或者其它的磁性材料磁心构成。

这种筒形的实施例的定子装置只包括基本上呈管状的整体无定形金属磁心形状的一个整体无定形金属磁心504。磁心504由管状的被单独形成的无定形金属磁心件504a和6个被单独形成的无定形金属磁心件或齿504b-g构成。磁心件504a通过缠绕具有所需宽度的连续的无定形金属材料带使得成为所需形状的管形而被制成。磁心件504b-g可以通过层叠各个无定形金属材料带从而形成所需的磁心件形状而被制成，或者可以通过缠绕连续的无定形金属带成为细长的椭圆形状而被制成。在本实施例中，定子壳体506具有这样设置的磁心件开孔，使得每个磁心件504b-g被保持在磁心件504a的内表面附近。这种实施例的电磁线圈阵列将类似于上述的装置19的电磁线圈阵列。在上述的使用圆环形磁心件的结构和所述筒形或辐射形的结构之间的唯一的区别在于，在筒形结构中，线圈是和转子部件的轴线平行地沿纵向被拉长的线圈，并且被围绕每个磁心件或齿504b-g设置。

虽然在本说明中说明了具有各种特定的截面形状的磁心件，但是应当理解，本发明不限于这些特定的截面形状。而是，如图11A-F所示，被单独形成的磁心件可以具有任何截面形状，包括圆形、椭圆形、卵形、圆环形、具有圆角的三角形或者具有圆角的梯形，分别如图11A-F中磁心件510，512，514，516，518和520所示。

虽然所述的磁心件以连续的无定形金属材料带绕制而成，但是这不作要求。此外，磁心件可以通过层叠被单独形成的无定形金属带或无定形金属片使得细长所需形状的例如矩形磁心件522或梯形截面的磁心件524而被制成，如图11G和11H所示，或者形成各种其它的截面形状的磁心件。如图中所示，可以利用具有相同的尺寸和形状的每个片使各个带被逐个地层叠在一起，如图11G所示。此外，可以利用具有不同尺寸和形状的各个片使各个带被并列地层叠在一起，如图11H所示。这些不同的方法能够形成各种形状的磁心件。

正如本领域技术人员所知，当生产无定形金属材料时，一般具有一个特定的方向，沿着这个方向能够最有效地引导磁通。对于无定形金属材料带，这个方向一般是沿着带的长度或者沿着带的宽度方向。通过利用上述合适的方法形成整体无定形金属磁心的每个磁心件，可以这样制成单个的磁心件，使得无定形金属材料总是被这样定向，使得磁通通过磁心件沿着无定形金属材料能够高效地引导磁通的方向被导向。例如，在图3A所示的圆环形的情况下，圆环形的磁心件36g应当通过缠绕无定形金属带使其能够高效地引导磁通的方向和带的长度对准而被制成。不过，每个磁极件36a-f应当通过缠绕无定形金属带材料使得其能够高效引导磁通的方向和带的宽度对准而被制成。这种结构这样设置无定形金属材料，使得磁通通过磁心沿着材料能够高效地引导磁通的方向被引导。

虽然本发明以单相装置进行了说明，其中所有的定子部件的电磁体被同时激励，但是这不作要求。本领域技术人员显而易见，本发明的装置可以采取多相的形式。图12说明一种用于提供多相电动机600的方法。在本实施例中，如上按照装置10所述进行设计的3个装置10a-c被在一个公共轴上安装成一排。装置10a-c的每一个相对于前一个被转动20度。换句话说，装置10b相对于装置10a转动20度，使得装置10b中的定子装置的每个磁极件被固定在超前装置10a的定子装置的相应的磁极件20度的位置。装置10c相对于装置10b也是如此。因为装置10a-c的工作周期可以延长到60度弧，如上所述，所以这种结构使得3个装置彼此的相位相差其工作周期的三分之一。因而，3个装置10a-c可以作为一个整体的三相装置操作，装置10a-c中的每一个相应于一个相。

此外，如图13所示，通过构成一种装置可以提供三相装置，所示装置包括定子装置，其具有由单独形成的磁心件和3个单独可控的线圈阵列构成的电磁体组件700。在本实施例中，转子部件(图13中没有示出)仍然具有6个转子磁体，和图1的装置10的情况一样。类似地，所述装置包括两个定子装置，每个位于转子装置的每一侧，也和图1的装置10的情况一样。不过，如图13所示，该图是电磁体组件700的平面图，所述电磁体组件包括由19个被单独形成的无定形金属磁心件702a-s构成的整体无定形金属磁心702。19的磁心件中的第一个磁心件702a是一个圆环形磁心件，和图3所示的磁心件36g类似。18个磁心件702b-s是被单独绕制的磁心件，其一端位于圆环形磁心件702a附近，借以形成18个磁极凸起。电磁体组件700还包括3个单独可控的线圈阵列704a-c。每个单独可控的线圈阵列和图1的线圈阵列38类似，每个阵列包括围绕磁心件702b-s中的每个相继的第三个缠绕的线圈。利用这种结构，每个线圈阵列相应于三相装置中的一个相。

虽然上面以三相装置进行了说明，但是应当理解，该装置也可以作为两相装置被提供。在这种情况下，整体无定形金属磁心702将包括13个磁心件而不是19个磁心件，其中12个磁心件形成磁极件，一个磁极件作为磁轭，如上所述。此外，所述两相装置将只包括两个单独可控的线圈阵列。此外，应当理解，多相装置不限于上述的圆环形磁心结构。而是可以采用各种结构的磁心，这些都落在本发明的范围内。

虽然上面以具有各自的特定方向的各个元件说明了上述的实施例，但是应当理解，本发明也可以采取其它的特定结构，其中各个元件可以按照不同的方位被设置，这些都落在本发明的范围内。例如，虽然装置10的每个定子装置包括6个磁极件，转子包括6个磁体，但这不作要求。而是定子装置可以具有任何所需数量的磁极件，转子可以具有任何数量的磁体，这些都落在本发明的范围内。

此外，本发明同样适用于各种电动机和发电机，只要这些装置的定子装置包括由单独形成的被绝缘壳体支撑定位的磁心件构成的整体无定形金属磁心即可。这些不同的电动机和发电机包括但不限于直流无刷形的电动机和发电机，直流同步型的、可变磁阻或开关磁阻型的、感应型的、以及许多其它类型的发电机、电动机和交流发电机。因此，所述的例子只用于说明本发明而不用于限制本发明，本发明不限于所述的实施例的细节，在所附权利要求的范围内可以作出各种改型。

Claims (64)

1．一种从由电动机、发电机或再生电动机构成的组中选择的装置，所述装置包括一转子装置，至少一个定子装置，以及一装置壳体，其用于以预定的相互位置关系支撑转子装置和定子装置，并用于支撑转子装置使其沿一预定转动路径绕一给定的转子轴线旋转，定子装置包括：

a)至少一个可激励的电磁体组件，其包括一整体的无定形金属磁心和电线圈阵列，它们共同限定了至少一个磁极件，整体的无定形金属磁心由多个单独形成的无定形金属磁心件构成；以及

b)一绝缘的电磁体壳体，用于支撑电磁体组件，使得磁极件位于转子装置的旋转路径附近，绝缘的电磁体壳体具有在电磁体壳体中形成的磁心件开孔，用于保持被单独形成的无定形金属磁心件处于彼此相邻的位置，以形成整体的无定形金属磁心；以及

c)电磁体组件具有多个磁极件，其中电磁体组件的每个磁极件是一被单独形成的无定形金属磁心件，并且其中至少其中一个被单独形成的无定形金属磁心件是一个圆环，其构成使每个磁极件彼此以磁的方式相连的电磁轭。

2．如权利要求1所述的装置，其中转子装置包括至少一个具有北极和南极的转子磁体，该转子装置包括用于支撑转子磁体使其围绕给定的转子轴线旋转的装置，使得至少其中一个磁极沿着围绕给定转子轴线的预定旋转路径是可以接近的。

3．如权利要求1所述的装置，其中在用于保持无定形金属磁心件的电磁体壳体的磁心件开孔中的任何空隙都充有绝缘油。

4．如权利要求1所述的装置，其中至少一些被单独形成的无定形金属磁心件是由连续的无定形金属带制成的无定形金属绕组。

5．如权利要求4所述的装置，其中连续的无定形金属带具有基本上恒定的带宽。

6．如权利要求1所述的装置，其中至少一些被单独形成的无定形金属磁心件由单个被切割成所需形状的无定形金属材料带的层叠体构成的。

7．如权利要求4所述的装置，其中无定形金属磁心件是油浸的。

8．如权利要求5所述的装置，其中至少两个被单独形成的无定形金属件是用于形成电磁体组件的两个磁极件的圆柱形件。

9．如权利要求5所述的装置，其中除去圆环形的磁心件之外每个被单独形成的的无定形金属磁心件具有从由圆形，椭圆形，卵形，环形，具有圆角的三角形和具有圆角的梯形构成的截面形状的组中选择的截面形状。

10．如权利要求5所述的装置，其中电磁体组件包括多个磁极件，其中电磁体组件的每个磁极件是一个被单独形成的无定形金属磁心件，并且其中至少其中一个被单独形成的无定形金属磁心件是一个圆环，其构成使每个磁极件彼此以磁的方式相连的电磁轭。

11．如权利要求1所述的装置，其中圆环电磁轭包括在无定形金属带被绕制之后由一连续的无定形金属带的一个连续的边沿限定的环形表面，其中电磁体组件的每个磁极件具有位于转子磁体的预定旋转路径附近的第一端，并且其中电磁体组件的每个磁极件具有位于圆环电磁轭的环形表面附近的第二端。

12．如权利要求4所述的装置，其中定子装置的电磁体组件包括基本上呈U形的限定了两个磁极的整体无定形金属磁心，其中两个磁极件的每一个单独地由无定形金属磁心件构成并且其中整体磁心包括一个附加的被单独制成的无定形金属磁心件用于形成电磁轭，其以磁的方式使两个磁极件彼此相连，使得磁心件共同限定了U形的整体磁心。

13．如权利要求4所述的装置，其中

a)转子装置包括支撑装置，用于支撑至少一个转子磁体，使得转子磁体的北极和南极围绕给定的转子轴线沿着不同的预定的旋转路径是可以接近的；

b)整体磁心是一种基本上呈C形的整体无定形金属磁心，其限定两个磁极件，使得每个磁极件位于不同的预定旋转路径中的相应的一个路径附近；

c)两个磁极件是各是单独地形成的无定形金属磁心件，和

d)附加的被单独形成的无定形金属磁心件形成一个电磁轭，其以磁的方式使两个磁极件彼此相连，使得磁心件共同限定了C形的整个磁心。

14．如权利要求1所述的装置，其中

a)转子装置是具有外圆周表面的一筒形转子装置；

b)转子装置包括支撑装置，用于支撑至少一个转子磁体，使得所述磁体基本上和给定的转子轴线平行地沿着转子装置的外圆周表面延伸；以及

c)整体磁心是基本上呈管形的整体无定形金属磁心，其具有和给定的转子轴线一致的中心纵向轴线，整体磁心限定至少两个磁极件，使得每个磁极件径向向内向着整体磁心的中心轴线延伸，每个磁极件是被单独形成的无定形金属磁心件，整体磁心包括被单独形成的管状的无定形金属磁心件，用于形成电磁轭，其以磁的方式使磁极件彼此相连，使得所有的被单独形成的磁心件共同限定了基本上呈管状的整体磁心。

15．如权利要求2所述的装置，其中转子磁体是稀土磁体。

16．如权利要求1所述的装置，其中所述装置是一多相装置。

17．如权利要求16所述的装置，其中所述多相装置由多个离散的装置构成，它们在一个公共轴上被安装成一排，其中每个装置被固定到另一个装置上面，使得所述多个装置的各个定子装置被保持在围绕给定的转子轴线彼此相互转动一个预定角度的位置。

18．如权利要求1所述的装置，其中电磁体壳体还包括在电磁体壳体中形成的冷却剂开孔，用于使冷却剂流体通过壳体循环。

19．如权利要求1所述的装置，其中电磁体壳体还包括在电磁体壳体中形成的线路通路开孔，用于容纳用于互连线圈阵列的导线。

20．如权利要求1所述的装置，其中所述装置是一感应电动机。

21．一种用于制造整体无定形金属磁心的方法，该整体无定形金属磁心用于从由电动机、发电机或再生电动机构成的组中选择的装置的电磁体组件，所述方法包括以下步骤：

a)形成多个单独形成的无定形金属磁心件，每个所述无定形金属磁心件具有所需的心件形状，其中电磁体组件的每个磁心件是单独形成的无定形金属磁心件，并且其中至少一个被单独形成的无定形金属磁心件是一个圆环，用于形成一电磁轭，其以磁的方式使其它的磁心件彼此相连；

b)提供一个绝缘的磁心壳体，其包括磁心件开孔，用于限定所需的整体磁心的形状；以及

c)把多个被单独形成的无定形金属磁心件装配在绝缘的磁心壳体的磁心件开孔中，使得绝缘的磁心壳体保持磁心件彼此相邻，从而形成所需的整个磁心的形状。

22．如权利要求21所述的方法，还包括在磁心壳体的磁心件开孔中的任何空隙中填充绝缘油的步骤。

23．如权利要求21所述的方法，其中用于形成具有所需磁心件形状的多个被单独形成的无定形金属磁心件的步骤包括通过把连续的无定形金属材料带绕制成具有所需截面形状的线圈而形成至少一些无定形金属磁心件的步骤。

24．如权利要求23所述的方法，其中用于形成具有所需磁心件形状的多个被单独形成的无定形金属磁心件的步骤包括油浸所述无定形金属磁心件的步骤。

25．如权利要求23所述的方法，其中除去圆环形的磁心件之外的每个磁心件的所需截面形状是从由圆形，椭圆形，卵形，环形，具有圆角的三角形和具有圆角的梯形构成的截面形状的组中选择的截面形状。

26．如权利要求23所述的方法，其中连续的无定形金属材料带除去把连续的无定形金属材料带切割成所需的长度之外，不再进行切割、刻蚀或其它的机加工。

27．如权利要求21所述的方法，其中用于形成具有所需磁心件形状的多个被单独形成的无定形金属磁心件的步骤包括通过层叠被切割成所需形状的各个无定形金属材料带而形成磁心件来形成至少一些被单独形成的无定形金属磁心件的步骤。

28．一种用于控制从由电动机、发电机和再生电动机构成的组中选择的的一种装置的转速、效率、转矩和功率的设备，所述装置包括转子，其被支撑着以便沿着围绕给定的转子轴线的预定的转子路径转动，所述装置还包括定子，其具有多个具有无定形金属磁心的可以被动态地激励和去激励的电磁体，所述电磁体被相互分开地设置，和预定的转子路径相邻，使得在转子上的一个特定点从一个电磁体附近的给定点到下一个相继的电磁体附近的给定点的运动限定一个工作周期，所述设备包括：

a)一个位置检测器装置，其在工作周期中的任何给定的时刻确定转子相对于定子的位置和转速，并产生相应的信号；以及

b)响应所述信号的一个控制器，其使用预定的装置控制参数控制定子的电磁体的激励和去激励，对于每个工作周期，所述控制器能够控制多个激励和去激励参数的任意组合，以便控制所述装置的速度、效率、功率以及转矩。

29．如权利要求28所述的设备，其中激励和去激励参数包括(ⅰ)工作周期激励时间，其是连续延续的时间，在此时间内，对于每个工作周期，定子的电磁体被激励，(ⅱ)工作周期激励时间的开始点和结束点，即在工作周期期间，相对于转子的转动位置，工作周期激励时间开始和结束的时刻，以及(ⅲ)工作周期激励时间的调制，这是一种对电磁体进行的脉宽调制，其中通过在如果不进行调制，电磁体将连续地被激励的时间间隔内对电磁体进行激励和去激励。

30．如权利要求28所述的设备，其中位置检测器装置包括一个编码器盘，其被支撑着和转子一道转动，还包括靠近编码器盘设置的光检测器阵列，编码器盘具有多个同心的轨迹，分开的位置指示孔形成在各轨迹上，每个光检测器对应于相关的一个同心轨迹，并且光检测器位于其相关的同心轨迹附近，使得检测器能够检测到在其相关的同心轨迹中形成的位置指示孔的存在，从而能够检测转子相对于定子的位置。

31．如权利要求30所述的设备，其中控制器包括用于当转子旋转时利用该速度的装置，在该速度所述位置检测器装置的编码器盘检测转子相对于定子的位置变化以确定转子相对于定子的速度。

32．如权利要求31所述的设备，其中控制器还包括一个计数器装置，所述计数器装置能够以时间的增量进行计数，这使得每个工作周期能够被分成多个时间间隔，控制器使用这些时间间隔控制对电磁体进行激励和去激励的时间。

33．如权利要求28所述的设备，其中所述转子包括至少一个永久超磁体。

34．一种用于控制从由电动机、发电机和再生电动机构成的组中选择的一种装置的转速、效率、转矩和功率的方法，所述装置包括一转子，其被支撑着以便沿着围绕给定的转子轴线的预定转子路径转动，所述装置还包括一定子，其具有多个具有无定形金属磁心的可以被动态地激励和去激励的电磁体组件，所述电磁体被相互分开地设置，它们和预定的转子路径相邻，使得在转子上的一个特定点从一个电磁体附近的给定点到下一个相继的电磁体附近的给定点的运动限定一个工作周期，所述方法包括以下步骤：

a)在工作周期中的任何给定的时刻确定转子相对于定子的位置和转速，并产生相应的信号；以及

b)使用所述信号选择并利用预定的装置控制参数以控制定子的电磁体的激励和去激励，使得对于每个工作周期期间，所述控制器能够控制多个激励和去激励参数的任意组合，以便控制所述装置的速度、效率、功率以及转矩。

35．如权利要求34所述的方法，其中激励和去激励参数包括(ⅰ)工作周期激励时间，这是一个连续的时间延续，在此时间内，对于每个工作周期，定子的电磁体被激励，(ⅱ)工作周期激励时间的开始点和结束点，即在工作周期期间，相对于转子的转动位置，工作周期激励时间开始和结束的时刻，以及(ⅲ)工作周期激励时间的调制，这是一种对电磁体进行的脉宽调制，其中通过在如果不进行调制，电磁体将连续地被激励的时间间隔内对电磁体进行激励和去激励。

36．如权利要求34所述的方法，其中确定转子位置的步骤包括这样一个步骤，其中使用一个编码器盘，其被支撑着和转子一道转动，并使用靠近编码器盘设置的光检测器阵列以检测转子的位置。

37．如权利要求36所述的方法，其中编码器盘具有多个同心的轨迹，在每个轨迹中形成有位置指示孔，并且其中每个光检测器位于相关一个同心轨迹附近，使得光检测器能够检测到在与其相关的同心轨迹中形成的位置指示孔的存在，从而能够检测转子相对于定子的位置。

38．如权利要求37所述的方法，其中用于控制电磁体的激励和去激励的步骤包括当转子旋转时利用下述速度的步骤，在此速度所述编码器盘检测转子相对于定子的位置变化以确定转子相对于定子的转速。

39．如权利要求38所述的方法，其中用于控制电磁体的激励和去激励的步骤包括以下步骤：使用(ⅰ)转子的转速和(ⅱ)计数器装置的组合对电磁体进行激励和去激励的时刻，所述计数器装置能够以时间增量进行计数，这使得每个工作周期能够被分成多个时间间隔。

40．如权利要求34所述的方法，其中所述转子包括至少一个永久超磁体。

41．一种发电装置，包括以下部分的组合：

a)汽轮机；和

b)直接由汽轮机驱动的发电机，其中不使用减速齿轮或其它的装置降低涡轮机驱动发电机的速度，所述发电机包括具有至少一个转子超磁体的转子装置和具有至少一个包括无定形金属磁心的可以动态地激励和去激励的电磁体组件的定子装置。

42．一种用于发电的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供一汽轮机；和

b)直接由汽轮机驱动发电机，其中不使用减速齿轮或其它的装置降低涡轮机驱动发电机的速度，所述发电机包括具有至少一个转子超磁体的转子装置和具有至少一个包括无定形金属磁心的可以动态地激励和去激励的电磁体组件的定子装置。

43．一种用于调节由输入驱动装置驱动的发电机的电输出的方法，所述发电机包括具有至少一个可动态地激励与去激励的定子线圈的定子装置和转子装置，所述方法包括以下步骤：

a)确定转子组件相对于定子组件在任何给定的时刻的位置和转速，并产生相应的信号；以及

b)使用所述信号，可变地控制定子线圈的激励与去激励，使得发电机的电输出被调节到一个所需的电输出而不需要使用附加的电功率调节装置。

44．如权利要求43所述的方法，其中输入驱动装置是风车。

45．如权利要求43所述的方法，还包括使用由发电机发出的一部分电功率驱动发电机作为电动机。

46．如权利要求45所述的方法，其中发电机以使得减少发电机加于输入驱动装置上的阻力的一种方式被作为电动机驱动。

47．如权利要求45所述的方法，其中发电机以使得增加发电机加于输入驱动装置上的阻力的一种方式被作为电动机驱动。

48．一种用于发电机中调节发电机的电输出的装置，所述发电机包括具有至少一个可动态地激励与去激励的定子线圈的定子装置和转子装置，所述装置包括：

a)一位置检测器装置，用于确定转子装置相对于定子装置在任何给定的时刻的位置和转速，并产生相应的信号；以及

b)一控制器，其响应所述信号，可变地控制定子线圈的激励与去激励，使得发电机的电输出被调节到一个所需的电输出而不需要使用附加的电功率调节装置。

49．如权利要求48所述的装置，其中输入驱动装置是风车。

50．如权利要求49所述的装置，其中控制器使用由发电机发出的一部分电功率驱动发电机作为电动机。

51．如权利要求50所述的装置，其中发电机以使得减少发电机加于输入驱动装置上的阻力的一种方式被作为电动机驱动。

52．如权利要求50所述的装置，其中发电机以使得增加发电机加于输入驱动装置上的阻力的一种方式被作为电动机驱动。

53．一种用于从包括电动机、发电机、和再生发电机的装置组中选择的装置的定子装置，从所述组中选择的所述装置包括所述一定子装置、一转子装置以及一装置壳体，所述装置壳体用于支撑转子装置和定子装置处于相互的预定位置，并用于支撑所述转子装置沿着围绕给定转子轴线的预定旋转路径旋转，所述定子装置包括：

a)至少一个可激励的电磁体组件，其包括整体无定形金属磁心和导电线圈阵列，它们共同限定一个或几个磁极件，整体无定形金属磁心由多个被单独形成的无定形金属磁心件构成；以及

b)一绝缘的电磁体壳体，用于支撑所述电磁体组件，使得磁极件位于转子结构的旋转路径附近，绝缘的电磁体壳体具有在电磁体壳体中形成的磁心件开孔，用于保持被单独形成的无定形金属磁心件处于彼此相邻但是不相连接的位置，以形成整体的无定形金属磁心。

54．如权利要求53所述的定子装置，其中所述磁心件包括至少一个具有第一端和第二端的磁极件，以及磁轭，其在所述壳体开孔内被这样设置，使得所述磁极件的第一端处于和所述磁轭相邻并面对的关系，并且所述的一端从磁轭上伸出。

55．如权利要求53所述的定子装置，其中所述磁心件包括多个具有第一端和第二端的磁极件，以及磁轭，它们都被保持在所述壳体开孔内，使得每个所述磁极件的第一端处于和所述磁轭相邻并面对的关系，并且每个磁极件的第二端从磁轭上伸出。

56．如权利要求55所述的定子装置，其中所述每个磁极件是由连续的无定形金属带制成的无定形金属绕组，所述无定形金属带具有相对的边沿，使得所述相对边沿形成磁极件的第一端和第二端。

57．如权利要求56所述的定子装置，其中所述磁轭是由连续的无定形金属带制成的无定形金属绕组，所述无定形金属带具有相对的边沿，所述边沿限定相对的磁轭表面，并且其中每个所述磁极件的第一端被所述壳体保持处于和所述磁轭表面的一个相邻不面对的关系。

58．如权利要求57所述的定子装置，其中所述磁轭是这样的形状，使得其限定一个圆环。

59．如权利要求57所述的定子装置，其中每个磁极件具有从由圆形，椭圆形，卵形，环形，具有圆角的三角形和具有圆角的梯形构成的截面形状的组中选择的截面形状。

60．如权利要求55所述的定子装置，其中至少一些被单独形成的无定形金属磁心件是由各个被切割成所需形状的无定形金属材料带的层叠体构成的。

61．如权利要求55所述的定子装置，其中所述磁心件包括两个并且只有两个磁极件，它们和所述磁轭共同限定一种U形结构。

62．如权利要求53所述的定子装置，其中所述磁心件包括两个磁极件，每个磁极件具有第一端和第二端，两个面对的磁轭，和一个用于连接具有相对端的部件的磁轭，它们都被保持在所述壳体开孔内，相互之间呈相邻而不连接的关系，使得(1)一个磁极件的第一端和所述磁轭中的一个呈相邻且面对的关系，而其第二端从所述磁轭沿另一个磁轭的方向伸出，(2)所述磁极件的另一个的第一端和其它的一个所述磁轭呈相邻且面对的关系，而其第二端从所述磁轭沿一个磁轭的方向伸出，以及(3)用于连接部件的磁轭的相对端分别和所述面对的磁轭相邻，从而使磁心件限定一个C形结构。

63．一种用作定子装置的零件的无定形金属磁心，所述定子装置可用于从包括电动机、发电机和再生发电机的装置组中选择的装置中，从所述组中选择的所述装置包括所述定子装置、转子装置以及装置壳体，所述装置壳体用于支撑转子装置和定子装置处于相互的预定位置，并用于支撑所述转子装置沿着围绕给定转子轴线的预定旋转路径旋转，所述无定形金属磁心包括：

a)多个被单独形成的无定形金属磁心件，当和协同操作的导电线圈组合时，所述无定形金属磁心件中的一个或几个作为磁极件；以及

b)绝缘的电磁体壳体，用于支撑所述磁心件，使得它们彼此处于相邻而不相连接的关系，从而使得当和协同操作的导电线圈组合时而形成的一个或几个磁极件可以位于和转子装置的旋转路径相邻的位置，所述绝缘的电磁体壳体具有被形成在电磁体壳体中的磁心件开孔，用于把被单独形成的无定形金属磁心件保持相互之间呈相邻而不相连接的关系。

64．如权利要求63所述的无定形金属磁心，其中所述磁心件包括至少一个具有第一端和第二端的磁极件和磁轭，所述磁轭被保持在所述壳体开孔中，使得所述磁极件的第一端和所述磁轭呈相邻而不相连接的关系，并且第二端从所述磁轭伸出。

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