CN1465124A - 电动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机构，该电动机构包括一个定子组件和一个转子组件。定子组件设置有多个定子环，在这些定子环之间限定了一个环形孔。一个转子组件可被安装在环形孔内并可在环形孔之间转动。在优选实施例中，定子组件包括一个绕线定子，转子组件包括一个绕线转子。

Description

电动机构

相关申请的交叉引用

本申请是一个非临时申请，其要求申请日为2001年5月23日、名称为“两相电动机”的美国临时申请第60/293339号的优先权。

发明领域

本发明涉及到对两相交流电动机及类似物的改进，具体而言，本发明涉及到一种不需要永磁铁转子或定子的两相变速交流电动机。

发明背景

本发明的电动机可被称为两相电动机。一个相位一般被认定为电流通路，该电流通路能够产生电动势(磁通量)，而且与安装在同一电动装置内的其它绕组绝缘并独立设置。上述电动机的一个方面在于：转子绕组通过滑环受到激励，这样就使一个电机相能够由相互串联或并联的定子绕组和转子绕组构成。安装在定子和转子中的所有绕组都是绝缘的，这样就能够分别受到激励或独立地提供电输出。此外，绕线转子还消除了与永磁铁转子有关的“磁极死区”问题。

滑环向转子绕组传输恒定连续的电流。因此，滑环不是一个交换装置。整流器被划分成多个部分，每当电刷或接触刷移过一个整流片或一个整流条时，整流器就会以机电方式切换电流。因此，可将本发明划入具有动态转子/电枢性能的无刷电机类中。这种电机结构既未包括机械式的整流器，也不拥有内部的残留磁性。

一般情况下，两相电机由于其偶数的相数和对称的绕组，因此其所在的方向是不可预知的。本发明某些实施例的一个特征在于：磁偏由靠近一个或多个绕组的物理中心偏置的额外线圈匝和偏移量构成，目的是产生一个预加倾向(predisposition)当“加电”时，使转子倾向于沿预定方向位于下述位置上：使转子绕组朝向并进入转动进程的定子绕组侧。

本发明某些实施例的另一特征在于：将磁通量梯度导入一个以上的绕组中，以使转子能够通过由驱动电子设备产生的相移而移动到一个平衡状态下，而平衡位置介于当前位置和最终的转动方向之间。

本发明的一个显著方面在于：能够激励转子或定子，或者同时激励转子和定子。在每个相中都会形成双极磁场，这些磁场交替吸引和排斥。两个相可被一个双极驱动器同时激励并相互吸引/排斥。这样，就降低了功率损失，因为所有的绕组都用于将磁通量导入每个电机循环中。在每个相中形成的功率都相互成比例。

本发明的另一显著方面在于：不需要永磁铁结构。永磁铁电机是根据下述前提条件设计出来的：安装在该装置内的永磁铁部件的磁能量乘积通过相等的磁通量乘积建立了所需扭矩/力所必需的磁通量水平的基线，磁通量乘积又是由绕组中的电流形成的。此外，永磁铁在受热时，其磁性下降。此外，当受到极性相反的强磁场的作用时，永磁铁还会退磁。

本发明的一个方面在于：其并非局限于旋转式电机，而是可应用到线性装置和部分转动的装置上。

本发明的另一方面在于：与采用一永磁铁并以电动机模式应用的传统电机不同，或者与由磁场或定子绕组激励的感应式电机转子不同，本发明能够分别激励每个绕组。

本发明的另一新颖方面在于：无需励磁绕组作用或反作用于一个预先确定或预先计算好的任意磁场上。相反，对于电动机模式下的每个相而言，优选实施例有利于通过相与相之间的相互作用产生扭矩或力。

本发明的又一方面在于：能够采用无铁心或无心的绕组。或者，在要求磁通量方向和/或集中的应用条件下，例如某些伺服电动机领域，不使用铁心或叠片结构。

本发明的再一方面在于优选实施例不需要安装所谓的不起作用的部分(inactive segment)：该结构的优点提高了“铜的充填”(程度)，从而提高了效率并消除了所有的磁通量死区。该结构的这一方面提供了较高的起动扭矩。

本发明优选实施例的另一方面在于一种电动机，在这种电动机内，转子绕组与内和外定子绕组同心转动，从而减少磁通路线的总量，这样就提高了起动扭矩并减小了惯性。

发明内容

本发明提供一种包括有一定子组件和一转子组件的电动机构。定子组件设置有多个定子环，在这些定子环之间形成有一环形孔。一个转子组件可设置在环形孔内并可在其间转动。在优选实施例中，定子组件包括一个绕线定子，转子组件包括一个绕线转子。定子组件可包括多个沿轴向分成几部分的定子线圈，转子组件可包括多个沿轴向分成几部分设置的转子线圈。定子线圈部分和转子线圈部分可设置在彼此相对的对应空间内，其中转子线圈部分可设置在大体邻近定子线圈部分的位置上。

定子线圈和转子线圈可被一个由切换电路发出的共用切换信号所激励。定子线圈和转子线圈可以相互串联或相互并联。

定子线圈和转子线圈可被激励，以在其间辐射出一个同轴的磁通分布图，而磁通量的分布又会产生能够使转子组件转动的旋转力。

在未设置永磁性芯或其它铁芯的情况下，作用于转子上的旋转力将大体保持在相同的方向上，这样就不受转子相对线圈的激励时限或线圈的激励速度而产生的相关位置的影响。这样，转速和转动位置相对线圈的激励就相对地不是同步的。

在优选实施例中，定子组件可被制造成包括一个由绝缘材料制成的定子支撑部件的结构形式，在这种结构中，定子线圈被完全或部分封装。类似地，转子组件可包括一个由绝缘材料制成的主体，该主体支承着转子线圈，而且部分或全部地封装转子线圈。

该机构还包括一个导电的圆筒形回路部件，该部件以下述方式设置：沿其内表面与定子组件抵靠接触。该回路部件相对定子组件可以是固定不动的，并可工作以助于返回路线。

定子线圈还包括一个或多个偏压线圈，这些偏压线圈与定子线圈相连接并从定子线圈上伸出。偏压线圈能够工作以将转子/转子线圈顶推到一个偏离定子线圈的位置上，以利于转子组件的单向或双向转动。

附图说明

参照附图，将会清楚本发明的上述特征和其它特征，其中附图：

图1为根据本发明优选实施例的一个两相交流电机的剖视图；

图2为图1所示的电动机沿剖面线2-2的剖视图；

图3是一张照片，该照片示出了如图1和2所示的电动机的定子绕组和转子绕组的绕组样本的透视图；

图4为一张照片，照片中示出了图3所示的绕组的前部正视图；

图5为一张照片，照片中示出了图3所示的绕组的端部正视图；

图6为图1所示的电动机的滑环和电刷的顶部正视图；

图7示出了由定子绕组产生的磁场的极性方向的示意图；

图8示出了由转子绕组产生的磁场的极性方向的示意图；

图9为图1所示的电动机的转子的剖视图；

图10为图1所示的电动机的定子的剖视图；

图11为具有更多绕线匝数的绕组的透视图，这些额外匝数的绕线能够产生单向启动电动机所需的磁偏；

图12为图11所示的绕组的前部正视图；

图13为图11所示的绕组的端部正视图；

图14为在每个相中形成的双极磁场的示意图；

图15为一个电路图，图中示出了串联在一起的定子和转子绕组；

图16是一个电路图，图中示出了并联在一起的定子和转子绕组；

图17是一个电路图，图中示出了每个绕组分别由一个控制电路驱动的情形；

图18为设置有四个定子绕组和四个转子绕组的两相电动机的剖视图；

图19为设置有六个定子绕组和六个转子绕组的两相电动机的剖视图；

图20为根据本发明制成的短轴型电动机的绕组的顶部正视图；

图21为短轴型电动机(pancake motor)的剖视图；

图22为设置有定子绕组的电动机的剖视图，其中定子绕组从两个极性方位与转子磁性交界；

图23A为分开式定子组件的正视图；

图23B为分开式定子组件的剖视图；

图24A为转子组件的正视图；

图24B为转子端盖组件的剖视图；

图25为包括有附加的单向偏压线圈的转子和定子组件的正视图；

图26为包括一对用于双向转动的偏压线圈的转子和定子组件的正视图；

图27为转子组件的启动偏移到30度的示意图；

图28示出了转子组件转动60度的情形；

图29示出了转子组件转动90度的情形；

图30示出了用于使转子组件单向转动的示意性布线图；

图31示出了有利于转子组件双向转动的示意性布线图；

图32示出了根据本发明的一个特征产生的同轴场分布图。

对最佳实施例的详细说明

参照图1、2、9和10，两相电动机20包括一个圆筒形的定子壳体21和一个圆筒形的转子壳体22。定子21和转子22可由磁性钢加工而成，例如由海波可(hyperco)加工而成，这种海波可是一种铁钴合金。或者，定子或/和转子可被加工成具有多个薄钢板叠片的结构形式。圆形的端板23和滑环座24被固定到转子壳体22的相对两端上或附近。输出轴25被固定在端板23和支座24的中心处并与壳体22的纵向轴线同心。

被连接到定子壳体21上的圆形端板30、31封闭着电动机20的相对两端。滚柱轴承35、36分别被固定到端板30、31上并可转动地支承着输出轴25及与其相连接的转子壳体22。

图3、4和5示出了用于电动机20中的绕组(winding)40的整体结构。在图示的特定实施例中，多圈绝缘的铜线41被缠绕成一个大体成椭圆形的结构。为确保定子21或转子22的曲率半径，对这种椭圆形结构进行弯曲，决定于线圈所用于的部件。应该知道：最佳的绕组可通过机器完成缠绕，这在本领域内是公知的。

根据本发明的优选实施例的一个显著特征已在图1和2所示的剖视图中示出。如图所示，在一个预定的区域内形成了最大的“铜填充”(copper fill)，从而在给定的横截面区域内形成额外的绕组，这样就提高了效率，增加了启动转矩并消除了磁通量死区。还可以利用横截面形状为方形的铜线进一步增加铜填充，从而减小相应的绕组间的气隙。带状电线是可用于绕组40的另一种金属线的实例。

参照图1和2，一对定子线圈40a和40b围绕定子21的内壁相对而置。类似地，一对转子线圈40c和40d围绕转子22的外壁相对而置。有利的是，定子21和线圈40a、40b通过利用一种热固性塑料树脂浇铸在一起而永久结合起来。类似地，转子线圈40c和40d利用热固性塑料被粘接到转子22的外部上。

本发明的一个显著特征在于：定子和转子绕组可分别受到激励。这一点是通过分别把转子线圈的端部连接到同心的滑环50、51、52和53上的方式完成的，如图1、6和9所示。这样，转子线圈40C的端部引线45A、45B就分别连接到滑环50、53上。转子线圈40D的端部引线45C、45D分别连接到滑环51和52上。

滑环50-53是由铜材或其它导电材料制成的连续圆环。合适的电刷或其它导电触点60、61、62和63被有利地安装到定子的端板31上。滑环和电刷的具体实例如图6所示。滑环和电刷用于将电流连续、不间断地输送给电动机。

上述电动机的操作如下所述。交变流过各个定子和转子电磁线圈的电流产生了磁场。如图7和8所示，磁性钢定子21和转子22形成了磁通量回路。参照图14，交变作用于定子和转子绕组上的电流在每个相内都形成了双极磁场，而且这些磁场交替吸引和排斥。根据优选实施例构造的电动机设置有绕组和内部电机线路，这些内部线路有利于使一个相由一个包含在定子和转子内的绕组构成。例如，定子绕组和转子绕组可按下述方式相互连接：以致仅通过激励定子绕组就能够产生一个相，而另一相通过激励转子绕组形成。将电流输送给转子绕组的操作是通过滑环实现的。在图15所示的一个实施例中，定子绕组40A和转子绕组40C通过滑环50和53与一个交流电源75串联。电源75还可借助于一个相移电路通过滑环51、52作用于定子绕组40B和转子绕组40D上。

图16示出了另一实施例，其中定子绕组和转子绕组相互并联。

如果各个绕组是对称设置的，那么对于两相交流电机而言，就不能预测电机的启动方向。在图11、12和13所示的线圈实施例中，一个方向上的磁偏是通过额外匝数的导线80形成的，这些额外匝数的导线偏离一个或多个绕组40的物理中心，目的是产生一个倾向位置(predisposition)，该倾向位置使转子22能够倾向于沿预定的方向处于“加电”位置上。

在图17所示的另一实施例中，每个绕组分别独立地受到激励，这样就可以对由各个绕组产生的磁通量密度分别独立地进行控制。这种控制能够实现对两相电动机的速度进行精确的控制，而且可通过步进式电动机的集成电路来实现这种控制，其中集成电路设置有一个通常用于驱动步进电机的H桥输出级(H-bridge output stage)。

图16和19所示的本发明又一实施例在保持两相操作特性的同时，还包括有附加的转子和定子绕组。这样，图18所示的电动机就具有四个定子绕组和四个转子绕组，而图19所示的电动机就具有六个定子绕组和六个转子绕组。

图20和21示出了一个根据本发明构造而成的“扁平型”两相交流电动机。

在图18、19、20和21所示的各个实施例中，各个转子绕组与连续的滑环有利地连接，从而实现上述的优点。

图22示出了根据本发明构造而成的电动机的另一优选实施例，在该实施例中，定子绕组被划分为两个部分100和102，这两个部分从两个极性方位以“同轴”的结构方式与转子103磁性交界。转子103与输出轴105相连接。

电机壳体110构成了外部磁通量回路，而内部磁通量回路由一个与定子相连接的圆筒形磁性部件115构成。与前面的实施例相同，滑环120起到与转子绕组保持连续连接的作用。

图22的电动机的一个特征是提高了效率和转矩。在无铁心电动机或没有叠片的电动机中存在的一个固有问题涉及到：需要较小的导线尺寸，以使平均气隙保持最小。叠片大体形成了一个芯体，导线缠绕在该芯体上并在该芯体上相互叠加，而且将磁通量传递给一个(凸)极。就无铁心(无芯)的电动机而言，理想地，可以利用可能的直径最大的导线降低线圈的电阻，从而降低电动机所消耗的功率。这一点可以简单地表示成1²R损失。根据磁学的基本定律，以及为到达所需扭矩而要求足够的安培匝数，导线尺寸、所需的绕组高度和线圈之间的折中接近程度的平衡有时是一个难以解决的设计问题，即问题在于是否为减小电阻而增加导线的尺寸，是否有必要接受较高的绕组或采用较小的导线，从而使平均气隙较小，同时允许电阻较大。

图22所示的电动机是能够解决该难题的一种有效补救措施。将定子线圈划分成两个或更多个同轴单元，同时使转子绕组能够从同轴单元之间穿过，这样就能够采用尺寸明显更大的导线，同时保证使累积气隙减少30％。应该考虑的一个重要物理定律在于：磁通量密度与平均气隙或距离的平方成反比(下降)。结合反比平方函数进行考虑，对在物理上相互作用的线圈间的接近程度的改进提高了线圈磁通量的相互作用效果，从而提高了电动机的整体性能和效率。这样，平均空气间隙可减小约30％，这样就能够使磁通量密度显著增加，因为磁通量密度与距离的平方成反比减小。

图22所示的电动机的另一特征在于：由部件15形成的内部返回通路是固定不动的，而且不会转动。最终结果就在于某些降低了转子的惯性。其优点在于：显著降低了转子的惯性，而转子惯性的降低又极大地降低了机械时间常数(将转子加速到预定速度的63.2％时所需的时间)或缩短了加速时间。另外，这样还可以选择采用大质量的磁通量回路，以利于采用极大的磁通量密度，从而实现快速加速和/或制动。因此，图22所示的电动机的优点包括：

a)磁通量与转子绕组的两侧相互均匀作用。磁通量回路的总距离得以减小。

b)对称的拉力和排斥力与转动的基本方向保持一致。这样就可以提高启动扭矩；降低电动机产生的听觉噪音，减小电动机在低速运转时的振动。

c)固定不动的内部磁通量回路可以使电动机部件的质量大到所需的大小，从而不会增加转子的惯性就能够支持所需的电动机磁通量密度。

d)磁力线被导入转子线圈的两侧。活性磁力线从两平面导入，从而以两侧相等的量穿过转子，同时保持两个定子绕组在朝向转子绕组中心的方向上具有平衡的梯度。

根据本发明构造而成的机器可利用驱动电路/控制器电路以下述方式用作电动机、发电机、电力制动器：一个相由流过相互串联或并联的定子和转子绕组的电流构成。转子的激励可通过使用滑环或其它能够用于将电流传输给动态电磁组件的装置来完成。

此外，本发明还可被划分为步进电机的一种新型实施例，这种电机能够基本没有限制地调整所有磁通量源的能量乘积，从而就电力应用而言，具有很高的通用性，这样就能够提高可以实现的效率。另外，本发明还能够不提供“反向驱动”该装置所需的扭矩。对于传统的永磁铁部件电动机而言，这一点一般都是不可能做到的。对步进式电动机的特性所作的适当说明被清楚地描述成一种能够替代可变磁阻式或永磁铁式结构的通用设备。因此，本发明的机器可用于令使用者能够完全控制所有磁通量密度的双极或单极励磁。当本发明被用作发电机/交流发电机时，频率和电压输出都可由使用者来控制。

这样，本发明的一个主要特征在于采用绕线的定子和绕线的转子。在本文中，术语“绕线的”是指定子组件和转子组件不包含永磁铁材料或不包括象叠片这样的铁芯，当相关的线圈被激励时，其能够产生特性化的磁通量(磁力线)分布图。采用绕线的定子和绕线的转子在下述方面具有显著的优点：减轻重量、提高加工的容易程度，使磁通量分布图的旋转均匀性更好，减少控制电路，以使线圈能够随转子旋转位置的变化而同步变化。但是，如下所述，应该理解：本发明的许多方面还可以有利地应用到包括有铁芯或永磁材料的电动机/发电机上。

图23A、B示出了一个可用于图22所示结构中的示例的分开式定子组件140。如图所示，该定子组件包括一个或多个设置在圆筒形外环135周围的线圈和一个或多个设置在圆筒形内环137周围的线圈。这些线圈限定了一个用于容纳安装转子组件150的环形孔139(如图24所示)。圆环135、137同轴并同心地处于相对轴线160沿径向(半径)设置在间隔一定距离的位置上。从图中可看出，定子绕组沿径向被划分为介于内环127和外环135之间的多个部分。如图23B所示，这些绕组也可沿轴线分成几部分。线圈部分141和143沿轴向分成几部分并设置在外环135上的线圈。线圈部分142、144沿轴向分成部分并设置在内环137上。外环135和内环137可以共同地为定子支承部件133的一部分。如上所述，定子组件可通过将定子线圈的至少一部分封装在支承部件133内而形成，这样就能够使线圈构成支承部件的一个整体部分，从而降低了制造成本并易于装配。

内环135可与被加工成套环145的圆筒形返回部件摩擦接合，该套环145构成了定子的磁通量返回通路。套环145相对定子组件140保持固定不动，这样就避免了摩擦损失，从而提高效率。

在本优选的实施例中，定子绕组被连接成多个线圈(coil)对130、132、134和136。线圈的具体布线方式是可以变化的，如上所述。

图30和31分别示出了有利于定子单向转动和双向转动的布线示意图。图30和31所示的布线图是按照使定子线圈和转子线圈相互串联的方式设置的。但是，应该知道：本发明还包括其它方式的布线图。

图24示出了适合于在如图23所示的定子环形凹槽139内转动的转子组件150的示意性结构。转子组件150可被制造成包括一个转子和多个转子线圈的结构形式，这些线圈可以成对连接，例如134、136。这些线圈围绕一个公共的轴线160同心设置。线圈142、144可以与定子线圈141、143(图23B)相同的方式沿轴向分成几部分。

转子组件150可包括一个支承部件，定子线圈就设置在该支承部件上。在一个实施例中，定子线圈与转子的支承部件一体制成，这样就使转子线圈的至少一部分嵌入支承部件内。支承部件可由如热固性塑性树脂这样的材料制成。如图24B所示，可设置一个端盖170，该端盖可邻近转子组件定位，从而当转子组件围绕轴线160转动时，有利于与转子组件导电连接。

图25示出了被接合在一起的定子和转子组件。如图所示，定子组件可包括附加的偏压线圈或屏蔽(shading)142、144，偏压线圈可在开始启动时沿顺时针方向旋转转子组件。偏压线圈142、144是不对称设置的，这样当首次加电时，就能够使转子组件朝向偏压线圈产生移动。由于电力转换、极性，转子组件受到排斥力的顶推，从而继续沿同一方向即顺时针方向朝偏压线圈移动，这样就产生了顺时针旋转。如图27、28和29所示，转子组件可被偏压到多个不同的启动位置上，这样就使偏压角α¹可以为30度、60度、90度，或者相对定子组件作一些其它形式的相对径向转动。具体的偏压角度可根据具体的应用要求来选择，而且可以按照能够提高排斥力的方式作出选择，而排斥力的增加又会在信号转换和转子组件开始转动时，产生较高的扭矩。实际上，转子的偏压或预加倾向可以远小于图示的位移范围，例如在10度的范围内。当开始加电时，转子位于一个根据定子绕组的偏压确定的方位上。在下一电力循环中，所有绕组的极性将反向，这样就产生了排斥和吸引的磁动态。

图26示出了一种结构，在这种结构中，定子组件包括一对偏压线圈142、144，这对线圈用来促进转子组件有选择的双向旋转。

定子组件140和转子组件150最好以精密公差的形式被制造成形，这样就使空气间隙151、153(图25)很小。狭窄的空气间隙和分开的设置的定子线圈能够在一个旋转角度部分内提供更大的磁通量密度，从而提高转动扭矩。我们相信：转子线圈和布置在转子线圈两侧上的非常接近的定子线圈之间的磁通量感应将远大于一个环的定子线圈能够达到的感应程度。

图32示出了由本发明产生的同轴磁通量分布图。图中示出了转子部分180、182和定子部分184、186。当定子和转子部分受到激励时，就会产生同轴磁场190、192，同时形成的力对转子施加一个转动力，这样就可以使转子沿方向R旋转。当转子旋转并产生切换时，相对而置的转子部分和定子部分将相对地保持相同的改变的极性，虽然处于不同的位置。如图2所示，转子部分180处于吸引磁场内，而转子部分182处于排斥磁场内。

此外，如上所述，定子组件和转子组件可被加工成经模压成形的塑料部件，在该塑料部件内封装有线圈。这种结构易于制造加工，而且易于装配。由于未设置永磁铁或铁芯，因此进一步提高了经济性，同时还避免由铁或永磁铁材料的饱和特性引发的性能极限问题的产生。

在本优选的实施例中，线圈是被一种通用于磁场中的H型桥接电路激励的。H型桥接电路例如可以是一种集成电路，例如SGSThompson L203控制器。改变电路的电压将会改变通向线圈的频率和电流，进而改变转子组件的转速。只要转子组件优选地不包括永磁材料或铁芯(布线的转子)，那么转子组件就不会预倾向于一个具体的方位，而且还可避免相关的速度极限问题。在本优选的实施例中，转子组件通常以1000至5000rpm的速度旋转，线圈以每秒2000至10000个循环的速度工作。当增加线圈的数量时，工作频率也会相应地提高。

本领域的技术人员应该知道：切换电路不必是一个H型桥接电路，而可以是任意一种其它的切换电路。只要能够将相同的切换电流作用于定子和转子线圈上。还可以预想线圈可以通过与一个交流电源直接相连而工作，但效率会低一些。但是，安装信号调整电流将减少振动并提高直接的交流信号的效率。常用的切换电路将会提供更高的效率。

尽管上面的说明主要是针对绕线定子和转子(即没有永磁铁或铁心)进行的，但是应该理解：本发明包括对铁心电动机或永磁铁结构有益处的所有结构设计和特征。例如，将由分开式定子结构而得以提高的磁通量密度应用到铁心式电动机上也会产生积极效果。这样，本发明并非局限于绕线电动机、发电机或其它电磁设备。

但，本发明的某些特征对绕线定子和转子尤其有利。只要铁心式电动机具有一个主要的磁性方位，那么线圈切换电路就可通过保持磁场生成分布图形和切换速度之间的有效同步的需要来被限制。霍尔效应传感器通常用于这些领域内。

一般情况下，交互式的电机磁极或线圈从侧向平行的平面相互接近，这些平行平面的矢量有望从小的角度值过渡到垂直的角度位置。在这种过渡过程中，沿力矢量的侧向力从圆弧起逐渐变大或不断移动到接近完全垂直的位置上，如果不是为了整流操作而使相关的绕组断电的话。但是，在本发明中，主要的力矢量保持主要沿转动方向定向，这样就使力的方向基本保持相同，即使切换电路超过转子的转速，或者转子的转速超过切换电路。只要转子和定子线圈被相同切换电路切换信号所激励，那么相关的磁极仍保持相同，而且电动机的方向是预定方向的函数。这样，切换电路就可以相对转子的转速/位置相对异步地操作。这样就减轻了电动机操作时的限制并降低了制造成本。没有铁心还消除了磁饱和极限的问题，因为磁饱和将限制切换速度或其它功能。因此，将本发明应用到无芯电动机上能够节约成本，提高电动机与高速切换电路的兼容性。

本领域的技术人员应该认识到：本发明的主要特征已结合具体的实施例和某些现代应用作出了说明。但是，本发明可以许多不同的实施方式被实施。虽然主要是对应用到电动机上的情形进行了说明，但本发明的特征还可以类似方式应用到发电机、电动制动器和采用常用部件的其它设备上。此外，本发明的特征还可以其它替代方式实施，这包括对部件特征进行系统的重新分配和对等效电路或等效结构的部件进行替换。

Claims (20)

1.一种电动机构，其包括：

(a)一个定子组件，该定子组件设置有多个定子环，所述定子环在其之间限定了一个环形孔；

(b)一个转子组件，该转子组件能设置在环形孔内并可在该环形孔内转动。

2.根据权利要求1所述的机构，还包括：设置在定子环的每一个上的一个(多个)定子线圈和设置在转子上的一个(多个)转子线圈。

3.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈和一个(多个)转子线圈能设置在相对的环形部分的对应空间内，一个(多个)转子线圈环形部分可相对一个(多个)定子线圈环形部分转动。

4.根据权利要求3所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)转子线圈环形部分和一个(多个)定子线圈环形部分可受到激励，以产生一个施加于转子上的转动力，所述转动力能够工作使转子相对定子产生旋转。

5.根据权利要求4所述的机构，还包括：一个切换电路，该切换电路用于调整一个(多个)定子线圈和一个(多个)转子线圈的激励，以使转子的转速可变。

6.根据权利要求5所述的机构，其特征在于：当切换电路的激励作用超过转子的转速时，作用于转子上的主要转动力基本保持在同一方向上。

7.根据权利要求5所述的机构，其特征在于：当转子的转速超过切换电路的激励作用时，主要的转动力大体沿相同的方向移动。

8.根据权利要求1所述的机构，其特征在于：所述转子的转动位置相对线圈的激励时限是异步的。

9.根据权利要求5所述的机构，其特征在于：所述转子的转速相对线圈的激励速度是异步的。

10.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述定子是一个绕线定子。

11.根据权利要求9所述的机构，其特征在于：所述转子是一个绕线转子。

12.根据权利要求1所述的机构，还包括：一个由绝缘材料制成的定子支承部件，定子线圈的至少一部分被封装在其中，所述绝缘材料制成了定子支承部件。

13.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈和一个(多个)转子线圈工作以在其间辐射出一个(多个)同轴的磁通量分布图形。

14.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈包括多个沿轴向间隔一定距离设置的定子线圈。

15.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)转子线圈包括多个沿轴向间隔一定距离设置的转子线圈。

16.根据权利要求2所述的机构，还包括：一个导电的圆筒形返回部件，该部件与定子组件相互抵靠接触，所述返回部件相对定子组件是固定不动的，而且可以操作以便能够促进形成一条磁通量返回通路。

17.根据权利要求2所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈还包括一个(多个)偏压线圈，该偏压线圈与定子线圈的至少一个相连接并从该定子线圈中伸出，该一个(多个)偏压线圈能够工作以将一个(多个)转子线圈顶推到一个偏离一个(多个)定子线圈的位置上，以利于转子组件的单向转动。

18.根据权利要求3所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈包括多个偏压线圈，每个偏压线圈都与相关的定子线圈相连接并从相关的定子线圈上伸出，所述偏压线圈可以有选择地受到激励，以使转子组件能够相对定子组件双向转动。

19.根据权利要求5所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈和一个(多个)转子线圈被串联到切换电路上。

20.根据权利要求5所述的机构，其特征在于：所述一个(多个)定子线圈和一个(多个)转子线圈接收一个来自切换电路的共同的切换信号。

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