TW201626694A - 可變轉矩電動機／發電機／傳動裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明針對於一種能夠在高能、廣泛操作範圍及極端可變轉矩與RPM條件下操作之發電機及電動機傳動系統。根據各項實施例，該所揭示系統可操作以：藉由隨動力需求增加或減少而模組化地嚙合及解嚙合轉子/定子組來動態地改變該電動機/發電機之輸出「大小」；隨轉矩/RPM或安培數/電壓需要改變而啟動該等轉子/定子組內之一個定子或另一者；及/或遍及若干組之2個、4個、6個或6個以上並聯、三相非絞合式線圈繞組自並聯繞組組態改變至串聯繞組組態或相反情況以高效地滿足轉矩/RPM或安培數/電壓需要。

Description

可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置 相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C.§119(e)之規定主張以下美國臨時申請案之權益：於2014年8月1日提出申請且標題為「VARIABLE TORQUE GENERATOR/MOTOR」之序號為62/032,468之美國臨時申請案；於2015年4月13日提出申請且標題為「VARIABLE TORQUE GENERATOR/MOTOR」之序號為62/146,694之美國臨時申請案；及於2015年4月13日提出申請且標題為「HYBRID MARINE PROPULSION SYSTEM」之序號為62/146,725之美國臨時申請案。序號為62/032,468；62/146,694；及62/146,725之美國專利申請案以全文引用方式併入本文中。
旋轉動力與電力之間的轉換早已開始。經證實之第一台發電機係在1831與1832年之間由Michael Faraday研發之一「法拉第圓盤」。同樣在1832年，「電機(Dynamo)」由Hippolyte Pixii提出且因此證實工業中所使用之發電機系統具有一場、轉子及換向器(其中大部分在現代發電機、交流發電機及電動機中仍常見)。在此同一年(1832年)期間，一位名為William Sturgeon的英國發明家證實第一台能夠轉動機械之直流(DC)電動機，且在1837年之後不久，Emily與Thomas Davenport取得換向器類型DC電動機之第一個商業化版本。
最現代發電機及電動機類似於早期數者，惟除「氣隙」距離之 巨大改良，其中較老機器由於大「氣隙」而損失大量效率。數年來，已取得改良效率及商業價值之其他進展。
本發明揭示一種電動機/發電機/傳動裝置。在某些實施例中，該電動機/發電機/傳動裝置包含：一定子支撐件，其沿一第一方向縱向延伸，該定子支撐件具有一第一互動場元件及沿該第一方向與該第一互動場元件間隔開之一第二互動場元件；一轉子，其以可旋轉方式與該定子支撐件耦合，該轉子具有一旋轉軸及沿該第一方向延伸之一縱向支撐結構；及至少一第三互動場元件，其以可滑動方式與該縱向支撐結構耦合以沿著該縱向支撐結構平行於其旋轉軸在其中該第一互動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第一定向、其中該第二互動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第二定向以及其中該第一互動場元件及該第二互動場元件兩者皆不與該第三互動場元件嚙合之一第三定向之間平移。
本發明亦揭示一種推進系統。在某些實施例中，該推進系統包含：一推進裝置；一引擎，其用以選擇性地為該推進裝置提供動力；一可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置，其用以選擇性地為該推進裝置提供動力；一能量儲存裝置，其用以儲存能量以用於為該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置提供動力；及一控制器，其用以使該推進系統以其中該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置供應動力至該推進裝置之一第一模式及以其中該引擎供應動力至該推進裝置及該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置兩者之一第二模式選擇性地操作，其中當該推進系統以該第二模式操作時該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置供應能量以儲存於該能量儲存裝置中。
本發明亦揭示一種操作一電動機/發電機/傳動裝置之多相定子繞組之方法。在某些實施例中，該方法包含：使一電動機/發電機/傳動 裝置之一定子之兩個或兩個以上多相定子繞組彼此串聯地連接；在該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此串聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第一轉矩操作；使該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯地連接；及在該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第二轉矩操作，該第二轉矩不同於該第一轉矩。
在本發明之某些實施例中，一電動機/發電機/傳動裝置可機械且電子地重新組態以適應可變轉矩。電動機/發電機/傳動裝置可包含：一定子，其具有一第一多相定子繞組及一第二多相定子繞組；一轉子，其以可旋轉方式與該定子耦合，該轉子具有一旋轉軸，該定子或該轉子中之至少一者經組態以平行於該旋轉軸在其中該定子與該轉子嚙合之一第一定向與其中該定子與該轉子解嚙合之一第二定向之間平移；及切換電路，其經組態以在該電動機/發電機/傳動裝置以一第一轉矩操作時使該第一多相定子繞組及該第二多相定子繞組沿該第一定向串聯地連接，且在該電動機/發電機/傳動裝置以一第二轉矩操作時使該第一多相定子繞組及該第二多相定子繞組沿該第一定向並聯地連接，該第二轉矩不同於該第一轉矩。
本發明內容經提供以以一簡化形式引入在下文詳細說明中進一步闡述之概念之一選擇。此發明內容不意欲識別所主張標的物之關鍵特徵或本質特徵，亦不意欲用於協助判定所主張標的物之範疇。
1a‧‧‧中心連接
1b‧‧‧中心連接
1c‧‧‧中心連接
2a‧‧‧中心連接
2b‧‧‧中心連接
2c‧‧‧中心連接
3a‧‧‧中心連接
3b‧‧‧中心連接
3c‧‧‧中心連接
4a‧‧‧中心連接
4b‧‧‧中心連接
4c‧‧‧中心連接
5a‧‧‧中心連接
5b‧‧‧中心連接
5c‧‧‧中心連接
6a‧‧‧中心連接
6b‧‧‧中心連接
6c‧‧‧中心連接
100‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置
102‧‧‧轉子/定子殼體
104‧‧‧轉子
106‧‧‧旋轉軸
108‧‧‧縱向支撐結構/軸件
110‧‧‧第一定子/定子
112‧‧‧第二定子/定子
114‧‧‧磁鐵
116‧‧‧轉子軸件
118‧‧‧轉子軸件磁鐵滑道
120‧‧‧致動器
122‧‧‧螺紋軸件/軸件
124‧‧‧齒輪
126‧‧‧腔
128‧‧‧端板/轉子端板
130‧‧‧缺口
132‧‧‧突出部
134‧‧‧中心開口
200‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置/第一電動機/發電機/傳動裝置/第二電動機/發電機/傳動裝置
202‧‧‧定子
204‧‧‧轉子
206‧‧‧旋轉軸
208‧‧‧縱向支撐結構/轉子軸件
210‧‧‧第一互動場元件/定子繞組
212‧‧‧第二互動場元件/定子繞組
214‧‧‧互動場元件/磁鐵
216‧‧‧端板/轉子端板
218‧‧‧驅動部件
220‧‧‧初級驅動齒輪/齒輪
222‧‧‧齒輪
224‧‧‧螺紋軸件
226‧‧‧固持器
228‧‧‧轉子軸件磁鐵滑道
230‧‧‧致動器
232‧‧‧驅動端
234‧‧‧安裝板
300‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置/第一電動機/發電機/傳動裝置/第二電動機/發電機/傳動裝置
302‧‧‧定子
304‧‧‧轉子
306‧‧‧旋轉軸
308‧‧‧縱向支撐結構/轉子軸件
310‧‧‧第一互動場元件/定子繞組
312‧‧‧第二互動場元件/定子繞組
314‧‧‧互動場元件/磁鐵
316‧‧‧端板/轉子端板
318‧‧‧驅動部件
320‧‧‧中心開口
322‧‧‧致動器
400‧‧‧推進系統
402‧‧‧輪
404‧‧‧內燃機
406‧‧‧可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置/電動機/發電機/傳動裝置
408‧‧‧運輸工具驅動系
410‧‧‧控制器/電腦處理器
412‧‧‧電池/電池組
416‧‧‧第二內燃機
500‧‧‧推進系統
502‧‧‧船舶推進器
504‧‧‧內燃機
506‧‧‧可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置/電動機/發電機/傳動裝置
508‧‧‧電池
510‧‧‧控制器
512‧‧‧電池組
514‧‧‧第二電動機/發電機/傳動裝置
516‧‧‧第二內燃機
518‧‧‧第二電池
550‧‧‧處理器
552‧‧‧記憶體
554‧‧‧通信介面
A‧‧‧定子位置/中性定子位置
B‧‧‧定子位置
C‧‧‧定子位置
A1‧‧‧有電端/繞組
A2‧‧‧有電端/繞組
A3‧‧‧有電端/繞組
A4‧‧‧有電端/繞組
A5‧‧‧有電端/繞組
A6‧‧‧有電端/繞組
B1‧‧‧有電端/繞組
B2‧‧‧有電端/繞組
B3‧‧‧有電端/繞組
B4‧‧‧有電端/繞組
B5‧‧‧有電端/繞組
B6‧‧‧有電端/繞組
C1‧‧‧有電端/繞組
C2‧‧‧有電端/繞組
C3‧‧‧有電端/繞組
C4‧‧‧有電端/繞組
C5‧‧‧有電端/繞組
C6‧‧‧有電端/繞組
參考附圖闡述實施方式。在說明中的不同例項及各圖中使用相同元件符號可指示類似或相同物項。
圖1係圖解說明根據本發明之實例性實施例之可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一透視圖。
圖2係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖1中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一分解透視圖。
圖3係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖1中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一部分側視立面圖。
圖4係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖1中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一部分分解透視圖。
圖5係用於諸如圖1中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一部分側視立面圖，其中經展示在一中性位置之磁鐵可成組移動。
圖6係圖5中所圖解說明之轉子之一透視圖，其中三(3)個含四(4)個磁鐵之組各自自中性位置移動以與一定子嚙合。
圖7係圖5中所圖解說明之轉子之一透視圖，其中額外三(3)個含四(4)個磁鐵之組各自自中性位置移動以與一定子嚙合。
圖8係圖5中所圖解說明之轉子之一透視圖，其中所有磁鐵組自中性位置移動以與一第二定子嚙合。
圖9係根據本發明之一實例性實施例的諸如圖5中所圖解說明之轉子之用於一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一部分分解透視圖，其中詳細顯示用於使一磁鐵組沿著一滑道平移之一致動器。
圖10係根據本發明之一實例性實施例的諸如圖5中所圖解說明之轉子之用於一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一部分分解透視圖，其中詳細顯示經組態以沿著一滑道平移之磁鐵組。
圖11係根據本發明之一實例性實施例的諸如圖5中所圖解說明之轉子之用於一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一俯視平面圖，其 中轉子包含用於接納複數個致動器及對應磁鐵組之腔。
圖12係根據本發明之一實例性實施例之用於諸如圖1中所圖解說明之電動機/發動機/傳動裝置之一電動機/發動機/傳動裝置之模組化轉子之兩個轉子護環之一透視圖，其中轉子護環包含用於將兩個或兩個以上毗鄰轉子之轉子護環連結在一起之相對表面特徵。
圖13係圖解說明根據本發明之實例性實施例之可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一透視圖。
圖14係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖13中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一分解透視圖。
圖15係根據本發明之一實例性實施例的用於諸如圖13中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一分解透視圖。
圖16係根據本發明之一實例性實施例的用於諸如圖13中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一轉子之一透視圖。
圖17係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖13中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一剖面側視立面圖，其中一轉子包含經展示在一中性位置之一磁鐵組。
圖18係圖17中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之剖面側視立面圖，其中該磁鐵組自中性位置移動以與一第一定子嚙合。
圖19係圖解說明根據本發明之實例性實施例之可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一透視圖。
圖20係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖19中所圖解說明 之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一分解透視圖。
圖21係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖19中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一部分分解透視圖。
圖22係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖19中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一部分分解透視圖。
圖23係根據本發明之一實例性實施例之諸如圖19中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一剖面側視立面圖，其中一轉子包含經展示在一中性位置之一磁鐵組。
圖24係圖23中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之剖面側視立面圖，其中該磁鐵組自中性位置移動以與一第一定子嚙合。
圖25係根據本發明之實例性實施例之單獨中心三相定子繞組總成之一圖式圖解說明。
圖26係根據本發明之實例性實施例之一雙線單獨定子繞組總成之一圖式圖解說明。
圖27係根據本發明之實例性實施例之一四線單獨定子繞組總成之一圖式圖解說明。
圖28係根據本發明之實例性實施例之一六線單獨定子繞組總成之一圖式圖解說明。
圖29係根據本發明之實例性實施例之呈一並聯齒輪組態之定子繞組組之一圖式圖解說明。
圖30係根據本發明之實例性實施例之呈一部分並聯/部分串聯齒輪組態之定子繞組組之一圖式圖解說明。
圖31係根據本發明之實例性實施例之呈一部分並聯/部分串聯齒 輪組態之定子繞組組之另一圖式圖解說明。
圖32係根據本發明之實例性實施例之呈一串聯齒輪組態之定子繞組組之一圖式圖解說明。
圖33係在根據本發明之實例性實施例之一混合動力車輛中之諸如圖1至圖24中任一者中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一圖式圖解說明。
圖34係在根據本發明之實例性實施例之一混合動力船舶推進系統中之諸如圖1至圖24中任一者中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之一圖式圖解說明。
圖35係在根據本發明之實例性實施例之一混合動力船舶推進系統中之諸如圖1至圖24中任一者中所圖解說明之電動機/發電機/傳動裝置之一電動機/發電機/傳動裝置之另一圖式圖解說明。
迄今為止，超過99.9%之全球所產生電力係來自藉助旋轉移動之某一形式之發電機。太陽能板計及約0.05%。介於65%與70%之間的全球工業用電及約57%之所有消耗功率係由電動機使用。此關於全球之一估計16,000以上兆瓦時(TWh)年用電量。由於此消耗趨勢及效率改良，因此習用現代發電機及電動機可在接近其額定每分鐘轉數(RPM)及轉矩規格之90%至98%效率範圍內操作。出於此原因，認為現代發電機及電動機行業係非常成熟且可進行較小漸進式改良。然而，雖然發電機及電動機之狹窄高效率範圍評級係較高的，但當此等相同發電機及電動機在規定RPM及/或轉矩額定值範圍外操作時，效率顯著減少，有時低達30%至60%。
雖然最習用發電系統使用一連續RPM及轉矩動力源，但現在新興之可再生能源具有更大RPM及轉矩改變，此乃因動力源係可變的、不適時的且大部分時間不可預測的。隨著達到習用發電及配電之能 力，在可再生能源中對此轉矩較敏感且仍高效之發電機之需求可係一非常高優先考量事項。同樣在電動機部分中且尤其在輸送部分中隨著對混合動力及「插入式」電動車輛之需求以指數方式增加，存在對具有較高效率之較廣泛操作範圍之一較大需求。一電動機之效率很少保持恆定，此乃因現實世界操作條件需要起動、停止及可變負載。
現代車輛交流發電機將燃機之某些旋轉動力轉換成電力以便操作電子器件及維持電池電量。此等交流發電機通常係50%至60%高效。在2007年，存在約806百萬車輛且現今估計在操作中的超過十億。幾乎16%之人為CO2來自此等車輛。此等交流發電機之甚至小量效率改良可使得較少排放量之一劇烈改良及燃料燃燒之一顯著減少。此交流發電機效率損失主要由於轉子線圈系統(電磁體)中之氣隙及低效。轉子中之永久磁鐵通常不用於車輛交流發電機中，此歸因於不具有針對可變負載高效地調節輸出的能力。
永久磁鐵交流發電機(PMA)現今用於小型風力機中。該等永久磁鐵交流發電機通常具有一高起動速度，此乃因轉子之齒槽效應及定子之天然磁吸引往往需要一實質上最小風速以便克服此限制。此亦缺乏在較低速度範圍中產生高效電力所需之RPM範圍以及在非常高風速下具有一電流限制。其不具有調節器輸出之能力，此乃因構造在一給定RPM下允許最大電力產生。定子選擇限制最大電流或電壓；其具有一非常有限效率範圍。
在中型至大型風力系統之情況下，其使用經轉換成DC之大型發電機，且接著使用沿循電網將此電流分配至電網之功率逆變器。此轉換伴隨損失效率及熱產生。此亦限制渦輪機起動速度及最大輸出功率。在大型風力渦流及中，可使用通常具有由電網供電以便依賴於電網頻率之轉子之同步3相發電機。雖然使用功率逆變器系統來調節輸出功率，但其損失效率以及限制渦輪機RPM範圍。其他可再生能源系 統發電機(諸如潮汐及波浪發電機)具有相同問題，其中針對此等系統之RPM及轉矩範圍之廣泛變化而由於有限RPM及轉矩範圍導致效率損失。
永久磁鐵電動機在混合動力及「插入式」電車輛中之使用亦具有一極其有限效率範圍。此等電動機(如同其PMA對應體)在RPM、轉矩及當前使用方面受其構造限制。其亦具有關於在處於慣性模式中時由於永久磁鐵連續通過定子之鐵芯而導致反電動勢及極端阻力之一問題。
本發明針對於一種能夠在高能、廣泛操作範圍以及極其可變轉矩與RPM條件下操作之發電機與電動機傳動系統。本發明利用可再生資源之可變性(諸如不一致風速)、不適時海浪運動或一混合動力車輛中之制動能量且更高效地增加習用發電機無法做到之發電位勢。在電動機方面，本發明產生轉矩/RPM之一可變範圍可能性以更高效滿足混合動力車輛之要求。系統可藉由隨動力需求增加或減少而模組化地嚙合及解嚙合轉子/定子組來動態地改變該電動機/發電機之輸出「大小」，且隨轉矩/RPM或安培數/電壓需要改變而啟動該等轉子/定子組內之一個定子或另一者，且遍及若干組之2個、4個、6個或6個以上並聯、三相非絞合式線圈繞組自並聯繞組改變至串聯繞組或相反情況從而以最佳或幾乎最佳效率滿足轉矩/RPM或安培數/電壓需要。所揭示電動機系統亦增加混合動力及「插入式」電車輛之可變性，例如，藉由增加操作範圍、電池壽命、裝置之耐用年限、成本效率及改造容易性。
實例性實施方案-包含具有可選擇性移動之互動場元件之轉子之電動機/發電機
大體參考圖1至圖12，根據本發明之實施例闡述電動機/發電機/傳動裝置。圖1展示一電動機/發電機/傳動裝置100，其在某些實施例 中可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置100。如圖2中所示，電動機/發電機/傳動裝置100包含一轉子/定子殼體102及以可旋轉方式與轉子/定子殼體102耦合之一轉子104。轉子104具有一旋轉軸106及沿一第一方向(例如，沿旋轉軸106之方向)延伸之一縱向支撐結構108。轉子/定子殼體102亦沿第一方向縱向延伸且包含兩個或兩個以上定子(例如，一第一定子110、一第二定子112及可能一第三定子等等)，其中每一定子包含一組互動場元件(例如，定子線圈或繞組)。在本發明之實施例中，互動場元件沿第一方向彼此間隔開。在某些實施例中，可使用一殼體及/或外殼來實施轉子/定子殼體102，其可提供(舉例而言)三個或三個以上定子位置，諸如參考圖3所闡述之定子位置A、B及/或C。在此實例中，定子110及/或定子112可穩固地固定至一外殼之一內壁在定子位置A、B及/或C中。
轉子104包含以可滑動方式與縱向支撐結構108耦合以沿著縱向支撐結構108平行於旋轉軸106平移之多個互動場元件(例如，磁鐵114，其可為(舉例而言)永久磁鐵、電磁鐵等等)。在某些實施例中，轉子104可(舉例而言)為磁鐵114提供三個或三個以上位置。舉例而言，一磁鐵114可定位於定子位置A、B及/或C中之一者處。如本文中所闡述，位置中之一者可係一中性位置，諸如未對應於一定子之定子位置A。在此實例中，定子位置B對應於定子110，且定子位置C對應於定子112。
如本文中所使用，術語「互動場元件」可包含經組態以與一互補場元件以電磁方式互動之一轉子或一定子之一場元件。舉例而言，互動場元件可包含經組態以與線圈互動之磁鐵(例如，永久磁鐵或電磁鐵)或反之亦然。在某些實施例中，一轉子可包含經組態以與定子線圈互動之磁鐵。在其他實施例中，定子可包含經組態以與轉子線圈互動之磁鐵。前述實施例係藉由實例之方式提供；然而，應注意，互 補互動場元件之任一組合可實施於一轉子/定子組中。
在本發明之實施例中，定子110及定子112可各自具有不同芯及/或繞組組態以使得當一磁鐵114在對應於其中定子112與磁鐵114嚙合之定子位置C之一定向；對應於其中定子110與磁鐵114嚙合之定子位置B之一定向；及對應於其中定子110及定子112兩者皆不與磁鐵114嚙合之定子位置A之一定向之間平移時可改變一電動機/發電機/傳動裝置100之操作特性。應注意，定子位置A、B及C之次序係藉由實例之方式提供且並不意欲限制本發明。在其他實施例中，一中性定子位置可定位於兩個定子之間。一中性定子位置亦可位於電動機/發電機/傳動裝置100之一不同端處。此外，一電動機/發電機/傳動裝置100可包含一個以上中性位置及諸如此類。
現在參考圖4至圖8，一電動機/發電機/傳動裝置100可包含界定轉子軸件磁鐵滑道118之一中心軸件(例如，一大直徑轉子軸件116)。在某些實施例中，轉子軸件116可為中空，從而界定一或多個腔，該一或多個腔可包含用於一電動機/發電機/傳動裝置100之額外設備。在某些實施例中，磁鐵114中之一或多者可包含支撐於固持器中之多個永久磁鐵，固持器可以可滑動方式附接至轉子軸件116之一外表面，形成圍繞轉子軸件116之一圓周之周邊環。磁鐵114可以軸向定位於中性定子位置A中之軸件上，且可移動(例如，以磁鐵組方式)至定子位置B及/或定子位置C。舉例而言，參考圖6，三(3)個含四(4)個永久磁鐵之組各自自中性定子位置A移動以由定子110嚙合。在本發明之實施例中，磁鐵114可在轉子軸件116之周邊上相等地間隔且可藉由一致動器移動至定子位置B，其中磁鐵114之外周邊表面在距定子110芯表面之內周邊表面之一經界定最小距離(例如，間隙)處，從而在充當一發電機之情況下致使電力隨轉子104旋轉流入於定子110中，或在將電流自一外部源供應至定子110之情況下致使轉子104旋轉。
參考圖7，額外三(3)個含四(4)個永久磁鐵之組各自可自中性定子位置A移動以由定子110嚙合。在此組態中，當關於參考圖6所闡述之組態充當一發電機時，電動機/發電機/傳動裝置100之功率輸出可至少大約加倍。在另一實例中，當關於參考圖6所闡述之組態在恆定電壓下充當一電動機時，電動機/發電機/傳動裝置100之轉矩可至少大約加倍。此外，當剩餘三(3)個含四(4)個永久磁鐵之組各自自中性定子位置A移動以由定子110嚙合時，當充當一發電機時電動機/發電機/傳動裝置100之功率輸出可係至少大約三倍，及/或當在恆定電壓下充當一電動機時電動機/發電機/傳動裝置100之轉矩可係至少大約三倍。
然而，此等實例並不意欲限制本發明。在其他實施例中，可每固持器實施一個磁鐵，其中一致動器使每一磁鐵獨立移動。在又一實例中，所有磁鐵可包含在一單個環形固持器中，該環形固持器可使磁鐵作為一單元逐位置移動(例如，由一單個致動器及/或多個致動器致動)。舉例而言，一磁鐵組態可經選擇以平衡作用於系統上之離心力、磁力及/或電力。參考圖8，轉子軸件116之周邊上之所有組之永久磁鐵(例如，總計九(9)個)可自中性定子位置A移動至定子位置C以由定子112嚙合。注意，其可自中性作為一群組或個別地移動至第二定子但當自一第一定子移動至一第二定子時，在嚙合第二定子之前使通至或來自第一定子之電連接斷開連接，惟第一及第二定子單獨佈線之情況除外。在另一實施例中，系統包含通至及來自第二定子之一第二電匯流排。如本文中所闡述，不同定子繞組110及112可提供不同功率、轉矩、安培數及/或電壓電容及效率。在某些實施例中，一控制器可用於發送命令至每一磁鐵組之致動器以使其移動進出定子位置以在廣泛變化輸入及輸出條件下達成增強效率，諸如風力發電機、城市公交之電動機及諸如此類。
現在參考圖9至圖11，一致動器120(例如，一步進式電動機、線 性致動器或諸如此類)可與一磁鐵或磁鐵114組直接或間接耦合。在某些實施例中(例如，如圖9中所示)，致動器120可經組態以使一或多個齒輪124旋轉以使一螺紋軸件122轉動，藉此致使磁鐵114使軸件122向上或向下移動至一所要位置。如在圖10及圖11中所示，轉子軸件116可包含用於接納複數個致動器120及相關聯組件(例如，螺紋軸件122及一或多個齒輪124)之複數個腔126。
在本發明之實施例中，多個電動機/發電機/傳動裝置100可連接在一起(例如，如參考圖1所闡述之端對端)。舉例而言，轉子104之縱向支撐結構108可經組態為一模組化軸件，且多個模組化軸件可連接在一起以形成(舉例而言)一共同軸。在某些實施例中，每一電動機/發電機/傳動裝置100可包含一或多個端板128(例如，圖12中所圖解說明之此等端板128)，其可包含用於轉子104之軸承(例如，旋轉軸承)。在某些實施例中，兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置100之端板128可連接在一起以允許將電動機/發電機/傳動裝置100添加在一直線上(例如，在一共同控制系統下以形成具有可變轉矩及/或功率容量之較大及更強機組)。
在某些實施例中，當(例如)藉由以下步驟來連接固定連接至個別轉子104之模組化轉子端板128時可將端板128連接在一起：將一個轉子端板128之一表面上之一或多個特徵(諸如，經機械加工缺口130)與另一轉子端板128之一表面上之一或多個匹配特徵(諸如，突出部132)介接(例如，如參考圖12所闡述)。突出部132可在一個電動機/發電機/傳動裝置100之端部接合至一第二電動機/發電機/傳動裝置100之端部時與缺口130配對，致使將一個轉子/定子組之轉子104之轉矩及旋轉透過轉子端板128轉移至第二轉子/定子組之轉子104，且致使兩個電動機/發電機/傳動裝置100之大直徑轉子軸件充當一共同軸。在某些實施例中，一轉子端板128亦可包含用於轉子104之軸承(例如，旋轉軸 承)。在某些實施例中，與另一端板128結合之一轉子端板128可包含轉子軸承。
然而，參考圖12所闡述之組態僅係藉由實例之方式提供且並不意欲限制本發明。在其他實施例中，一個電動機/發電機/傳動裝置100組可使用一不同技術連接至另一電動機/發電機/傳動裝置100。舉例而言，在某些實施例中，一轉子端板128中之一中心開口134可經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置100之多個轉子端板128可連接至(舉例而言)延伸穿過電動機/發電機/傳動裝置100之中心之一共同軸。在此組態中，轉子端板128可在結構上適應有一單個電動機/發電機/傳動裝置100產生之最大轉矩，例如，如與由配對轉子端板128轉移之多個機組之組合轉矩相反(如參考圖12所闡述)。此外，在某些實施例中，一電動機/發電機/傳動裝置100可未必包含轉子端板128，例如，其中轉子104之縱向支撐結構108之一內部經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置100之多個縱向支撐結構108可連接至(舉例而言)一共同軸。在某些實施例中，轉子端板128上所示之匹配鍵槽可不需要，舉例而言，其中軸件108經開栓槽或以其他方式連接至一穿過式軸。應注意，具有大中心孔之中空軸件亦可起到改造一現有車輛之目的，此乃因將其連接至驅動系統之構件欲使驅動軸件延續穿過中空軸件且使其與摩擦軸承或其他連接。
實例性實施方案-包含可選擇性移動之轉子之電動機/發電機
大體參考圖13至圖18，根據本發明之額外實施例闡述電動機/發電機/傳動裝置。圖13展示一電動機/發電機/傳動裝置200，其在某些實施例中可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置200。如圖14中所示，電動機/發電機/傳動裝置200包含一定子202及以可旋轉方式與定子202耦合之一轉子204。轉子204具有一旋轉軸206及沿一第一方 向(例如，沿旋轉軸206之方向)延伸之一縱向支撐結構208。定子202亦沿第一方向縱向延伸且包含一或多個互動場元件(例如，一第一互動場元件210、一第二互動場元件212，及可能一第三互動場元件、一第四互動場元件等等)。在本發明之實施例中，互動場元件沿第一方向彼此間隔開。轉子204包含以可滑動方式與縱向支撐結構208耦合以沿著縱向支撐結構208平行於旋轉軸206平移之一或多個互動場元件(例如，一互動場元件214)。
在本發明之實施例中，定子繞組210及定子繞組212可各自具有不同芯及/或繞組組態以使得當互動場元件214在對應於其中定子繞組212與互動場元件214嚙合之一第一定子位置之一定向；對應於其中定子繞組210與互動場元件214嚙合之一第二定子位置之一定向；及對應於其中定子繞組210及定子繞組212兩者皆不與互動場元件214嚙合之一第三定子位置之一定向之間平移時可改變一電動機/發電機/傳動裝置200之操作特性。應注意，定子位置之次序係藉由實例之方式提供且並不意欲限制本發明。在其他實施例中，一中性定子位置可定位於兩個定子之間。一中性定子位置亦可位於電動機/發電機/傳動裝置200之一不同端處。此外，一電動機/發電機/傳動裝置200可包含一個以上中性位置及諸如此類。
現在參考圖15至圖18，電動機/發電機/傳動裝置200可包含界定轉子軸件磁鐵滑道228之一中心軸件(例如，一大直徑轉子軸件208)。在某些實施例中，轉子軸件208可為中空，從而界定一或多個腔，該一或多個腔可包含用於一電動機/發電機/傳動裝置200之額外設備。在某些實施例中，互動場元件214可包含由固持器支撐之多個永久磁鐵，固持器可以可滑動方式附接至轉子軸件208之一外表面，形成圍繞轉子軸件208之一圓周之周邊環。磁鐵214可以軸向定位於中性定子位置中之軸件上，且可移動(例如，以磁鐵組方式)至第一定子位置及/ 或第二定子位置。舉例而言，參考圖17及圖18，互動場元件214可自中性定子位置移動以由定子繞組210嚙合。在本發明之實施例中，磁鐵214可係在轉子軸件208之周邊上相等地間隔且可藉由一致動器移動，其中磁鐵214之外周邊表面處於距定子繞組210芯表面之內周邊表面之一經界定最小距離(例如，間隙)處，從而在充當一發電機之情況下隨著轉子204旋轉而致使電力流入定子繞組210中，或在將電流自一外部源供應至定子繞組210之情況下致使轉子204旋轉。
如本文中所闡述，不同定子繞組210及212可提供不同功率、轉矩、安培數及/或電壓電容及效率。在某些實施例中，一控制器可用於發送命令至磁鐵之致動器以使其移動進出定子位置以在廣泛變化輸入及輸出條件下達成增強效率，諸如風力發電機、城市公交之電動機及諸如此類。在實施例中，一致動器230(例如，一步進式電動機、線性致動器或諸如此類)可與互動場元件214直接或間接耦合。舉例而言，致動器230可包含一驅動端232及經組態以嚙合一初級驅動齒輪220之一安裝板234。在某些實施例中，致動器230可經組態以使一或多個齒輪(例如，驅動齒輪222之齒輪220)旋轉以使螺紋軸件224(其使固持器226安裝至互動場元件214)轉動，藉此致使互動場元件214使軸件208向上或向下移動至一所要位置。在實施例中，轉子軸件208可包含用於接納致動器230之一中心腔且可包含用於接納相關聯組件(例如，與齒輪222耦合之螺紋軸件224)之額外腔。
在本發明之實施例中，多個電動機/發電機/傳動裝置200可連接在一起(例如，如參考圖13所闡述之端對端)。舉例而言，轉子204之縱向支撐結構208可經組態為一模組化軸件，且多個模組化軸件可連接在一起以形成(舉例而言)一共同軸。在某些實施例中，每一電動機/發電機/傳動裝置200可包含一或多個端板216，其可包含用於轉子204之軸承(例如，旋轉軸承)。在某些實施例中，兩個或兩個以上電動機/ 發電機/傳動裝置200之端板216可連接在一起以允許將電動機/發電機/傳動裝置200添加在一直線上(例如，在一共同控制系統下以形成具有可變轉矩及/或功率容量之較大及更強機組)。
在某些實施例中，一轉子端板216中之一中心開口可經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置200之多個轉子端板216可連接至(舉例而言)延伸穿過電動機/發電機/傳動裝置200之中心之一共同軸。舉例而言，一第一電動機/發電機/傳動裝置200之縱向支撐結構208(例如，轉子軸件)可包含經組態以延伸至一毗鄰定位之第二電動機/發電機/傳動裝置200之一轉子端板216之一接納腔中之一驅動部件218。在其他實施例中，一電動機/發電機/傳動裝置200可未必包含轉子端板216，例如，其中轉子204之縱向支撐結構208之一內部經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置200之多個縱向支撐結構208可連接至(舉例而言)一共同軸。
實例性實施方案-包含可選擇性移動之定子之電動機/發電機
大體參考圖19至圖24，根據本發明之額外實施例闡述電動機/發電機/傳動裝置。圖19展示一電動機/發電機/傳動裝置300，其在某些實施例中可連接至一或多個額外電動機/發電機/傳動裝置300。如圖20至圖24中所示，電動機/發電機/傳動裝置300包含一定子302及以可旋轉方式與定子302耦合之一轉子304。轉子304具有一旋轉軸306及沿一第一方向(例如，沿旋轉軸306之方向)延伸之一縱向支撐結構308。定子302亦沿第一方向縱向延伸且包含一或多個互動場元件(例如，一第一互動場元件310、一第二互動場元件312，及可能一第三互動場元件、一第四互動場元件等等)。在本發明之實施例中，互動場元件沿第一方向彼此間隔開。轉子304包含一或多個互動場元件(例如，與縱向支撐結構308耦合之一互動場元件314)。
在本發明之實施例中，定子繞組310及定子繞組312可在三個或三個以上位置之間致動。定子繞組310及定子繞組312可容納於一定子機內或耦合至可由一致動器移動之任何其他支撐結構。定子繞組310及定子繞組312可各自具有不同芯及/或繞組組態以使得當定子繞組310及定子繞組312在對應於其中定子繞組312與互動場元件314嚙合之一第一定子位置之一定向；對應於其中定子繞組310與互動場元件314嚙合之一第二定子位置之一定向；及對應於其中定子繞組310及定子繞組312兩者皆不與互動場元件314嚙合之一第三定子位置之一定向之間平移時可改變一電動機/發電機/傳動裝置300之操作特性。應注意，定子位置之次序係藉由實例之方式提供且並不意欲限制本發明。在其他實施例中，一中性定子位置可定位於兩個定子之間。一中性定子位置亦可位於電動機/發電機/傳動裝置300之一不同端處。此外，一電動機/發電機/傳動裝置300可包含一個以上中性位置及諸如此類。在本發明之實施例中，磁鐵314可係在轉子軸件308之周邊上相等地間隔，其中磁鐵314之外周邊表面處於距定子繞組310芯表面之內周邊表面之一經界定最小距離(例如，間隙)處，從而在充當一發電機之情況下隨著轉子304旋轉而致使電力流入定子繞組310中，或在將電流自一外部源供應至定子繞組310之情況下致使轉子轉子304旋轉。
如本文中所闡述，不同定子繞組310及312可提供不同功率、轉矩、安培數及/或電壓電容及效率。在某些實施例中，一控制器可用於發送命令至定子繞組之致動器以使其移動進出定子位置以在廣泛變化輸入及輸出條件下達成增強效率，諸如風力發電機、城市公交之電動機及諸如此類。在實施例中，一致動器322(例如，一步進式電動機、線性致動器或諸如此類)可與定子繞組310及定子繞組312直接或間接耦合。在某些實施例中，致動器230可包含經組態以驅動含有定子繞組310及定子繞組312之定子機之一臂，藉此致使定子繞組310及 定子繞組312相對於互動場元件314移動至一所要位置。
在本發明之實施例中，多個電動機/發電機/傳動裝置300可連接在一起(例如，如參考圖19所闡述之端對端)。舉例而言，轉子304之縱向支撐結構308可經組態為一模組化軸件，且多個模組化軸件可連接在一起以形成(舉例而言)一共同軸。在某些實施例中，每一電動機/發電機/傳動裝置300可包含一或多個端板316，其可包含用於轉子304之軸承(例如，旋轉軸承)。在某些實施例中，兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置300之端板316可連接在一起以允許將電動機/發電機/傳動裝置300添加在一直線上(例如，在一共同控制系統下以形成具有可變轉矩及/或功率容量之較大及更強機組)。
在某些實施例中，一轉子端板316中之一中心開口320可經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置300之多個轉子端板316可連接至(舉例而言)延伸穿過電動機/發電機/傳動裝置300之中心之一共同軸。舉例而言，一第一電動機/發電機/傳動裝置300之縱向支撐結構308(例如，轉子軸件)可包含經組態以延伸至一毗鄰定位之第二電動機/發電機/傳動裝置300之一轉子端板316之一接納腔中之一驅動部件318。在其他實施例中，一電動機/發電機/傳動裝置300可未必包含轉子端板316，例如，其中轉子304之縱向支撐結構308之一內部經塑形(例如，經機械加工以形成一栓槽及/或一鍵接耦合)以使得各別電動機/發電機/傳動裝置300之多個縱向支撐結構308可連接至(舉例而言)一共同軸。
實例性實施方案-可變定子繞組組態
現在參考圖25至圖32，一定子組態可包括一單獨中心3相導線(例如，如圖25中所示)。3相定子之中心連接1a、1b及1c經組態以在耦合在一起時將三個相位(例如，相位1、2及3)連結至一點。相位1之有電端經圖解說明為A1，相位2之有電端經圖解說明為B1，且相位3之有 電端經圖解說明為C1。如圖25中所展示，相位可為單獨的使得將選擇性連接中心連接1a、1b及1c(例如，端1a、1b及1c可連接在一起或連接至其他3相繞組)。
在某些實施例中，一單獨中心3相導線包含一2線組態(例如，如圖26中所示)。兩個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3具有單獨中心連接(例如，用於一第一繞組之中心連接1a、1b及1c及用於一第二繞組之中心連接2a、2b及2c)。相位1之有電端針對第一及第二繞組中之每一者分別圖解說明為A1及A2。相位2之有電端針對第一及第二繞組中之每一者分別圖解說明為B1及B2。相位3之有電端針對第一及第二繞組中之每一者分別圖解說明為C1及C2。在此2線情景中，繞組A1及A2圍繞鐵芯並聯且以中心連接1a及2a結束，B1與B2、中心連接1b與2b同樣如此，C1與C2、中心連接1c及2c同樣如此。
在2線組態中，存在可用之並聯(齒輪#4)及串聯(齒輪#1)模式。在以並聯模式(齒輪#4)操作時個別繞組區段可包含：將A1連接至A2，將B1連接至B2，將C1連接至C2，且可將中心連接1a、1b、1c、2a、2b及2c連接在一起。在以串聯模式(齒輪#1)操作時個別繞組區段可包含：將1a連接至A2，將1b連接至B2，將1c連接至C2，且可將中心連接2a、2b及2c連接在一起。在此組態中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的一半及並聯模式組態中發現之電流的兩倍。
在另一實施例中，一定子組態包括包含一4線組態之一單獨中心3相導線(例如，如圖27中所示)。四個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3可具有單獨中心連接(例如，用於一第一繞組之中心連接1a、1b及1c，用於一第二繞組之中心連接2a、2b及2c，用於一第三繞組之中心連接3a、3b及3c以及用於一第四繞組之中心連接4a、4b及4c)。相位1之有電端針對第一、第二、第三及第四繞組中之每一者分別圖解說明為A1、A2、A3及A4。相位2之有電端針對第一、第二、 第三及第四繞組中之每一者分別圖解說明為B1、B2、B3及B4。相位3之有電端針對第一、第二、第三及第四繞組中之每一者分別圖解說明為C1、C2、C3及C4。在此4線情景中，繞組A1、A2、A3及A4圍繞鐵芯並聯且以中心連接1a、2a、3a及4a結束，B1、B2、B3及B4同樣以中心連接1b、2b、3b及4b結束，C1、C2、C3及C4同樣以中心連接1c、2c、3c及4c結束。
在4線組態中，存在可用之並聯(齒輪#4)、並聯/串聯(齒輪#2)及串聯(齒輪#1)模式。在以並聯模式(齒輪#4)操作時個別繞組區段可包含：將A1、A2及A3連接至A4，將B1、B2、B3連接至B4，將C1、C2、C3連接至C4，且可將中心連接1a、2a、3a、4a、1b、2b、3b、4b、1c、2c、3c及4c連接在一起。在以串聯地/並聯模式(齒輪#2)操作時個別繞組區段可包含：將A1連接至A2；連接1a、2a、A3及A4；將B1連接至B2；連接1b、2b、B3及B4；將C1連接至C2；連接1c、2c、C3及C4；連接3a、4a、3b、4b、3c及4c。在此組態(齒輪#2)中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的一半及並聯模式(齒輪#4)組態中發現之電流的兩倍。在以串聯模式(齒輪#1)操作時個別繞組區段可包含：將1a連接至A2、將2a連接至A3、將3a連接至A4、將1b連接至B2、將2b連接至B3、將3b連接至B4、將1c連接至C2、將2c連接至C3、將3c連接至C4以及將4a、4b及4c連接在一起。在此組態(齒輪#1)中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的四分之一及並聯模式組態中發現之電流的四倍。
在另一實施例中，定子組態包含包含一6線組態之一單獨中心3相導線(例如，如圖28中所示)。六個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3可具有單獨中心連接(例如，用於一第一繞組之中心連接1a、1b及1c，用於一第二繞組之中心連接2a、2b及2c，用於一第三繞組之中心連接3a、3b及3c以及用於一第四繞組之中心連接4a、4b及4c、用 於一第五繞組之中心連接5a、5b及5c及用於一第六繞組之中心連接6a、6b及6c)。相位1之有電端針對第一、第二、第三、第四、第五及第六繞組中之每一者分別圖解說明為A1、A2、A3、A4、A5及A6。相位2之有電端針對第一、第二、第三、第四、第五及第六繞組中之每一者分別圖解說明為B1、B2、B3、B4、B5及B6。相位3之有電端針對第一、第二、第三、第四、第五及第六繞組中之每一者分別圖解說明為C1、C2、C3、C4、C5及C6。在此6線情景中，繞組A1、A2、A3、A4、A5及A6圍繞鐵芯並聯且以中心連接1a、2a、3a、4a、5a及6a結束，B1、B2、B3、B4、B5及B6同樣以中心連接1b、2b、3b、4b、5b及6b結束，C1、C2、C3、C4、C5及C6同樣以中心連接1c、2c、3c、4c、5c及6c結束。
在6線組態中，存在可用之並聯(齒輪#4)、第一並聯/串聯(齒輪#3)、第二並聯/串聯(齒輪#2)及串聯(齒輪#1)模式。在以並聯模式(齒輪#4，圖29中所圖解說明)操作時個別繞組區段可包含：將A1、A2、A3、A4、A5及A6連接在一起，將B1、B2、B3、B4、B5及B6連接在一起，將C1、C2、C3、C4、C5及C6連接在一起，且可將中心連接1a、1b、1c、2a、2b、2c、3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b、5c、6a、6b及6c連接在一起。
在串聯模式(齒輪#3，圖30中所圖解說明)操作時個別繞組區段可包含：將A1、A2及A3連接在一起，將1a、2a、3a、A4、A5及A6連接在一起，將B1、B2及B3連接在一起，將1b、2b、3b、B4、B5及B6連接在一起，將C1、C2及C3連接在一起，將1c、2c、3c、C4、C5及C6連接在一起，將4a、5a、6a、4b、5b、6b、4c、5c及6c連接在一起。在此組態(齒輪#3)中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的一半及並聯模式(齒輪#4)組態中發現之電流的兩倍。
在以另一串聯地/並聯模式(齒輪#2，圖31中所圖解說明)操作時 個別繞組區段可包含：將A1連接至A2；將1a、2a、A3及A4連接在一起；將3a、4a、A5及A6連接在一起；將B1連接至B2；將1b、2b、B3及B4連接在一起；將3b、4b、B5及B6連接在一起；將C1連接至C2；將1c、2c、C3及C4連接在一起；將3c、4c、C5及C6連接在一起；及將5a、6a、5b、6b、5c及6c連接在一起。在此組態(齒輪#2)中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的三分之一及並聯模式(齒輪#4)組態中發現之電流的三倍。
在以串聯模式(齒輪#1，圖32中所圖解說明)操作時個別繞組區段可包含：將1a連接至A2；將2a連接至A3；將3a連接至A4；將4a連接至A5；將5a連接至A6；將1b連接至B2；將2b連接至B3；將3b連接至B4；將4b連接至B5；將5b連接至B6；將1c連接至C2；將2c連接至C3；將3c連接至C4；將4c連接至C5；將5c連接至C6；將6a、6b及6c連接在一起。在此組態(齒輪#1)中，每一主動繞組區段攜載並聯模式(齒輪#4)之電壓的六分之一及並聯模式(齒輪#4)組態中發現之電流的六倍。
進一步舉例而言，由一12伏六線系統之芯線圈中之每一者攜載之電壓將：在齒輪1(全部串聯)中為2伏；在齒輪2中為4伏；在齒輪3中為6伏；及在齒輪4(全部並聯)中為12伏。如上文所闡釋，對應安培數亦將隨每一齒輪改變，而功率保持恆定。出於說明性目的而提供前述電壓，且熟習此項技術者將瞭解可提供不同電壓及額外組態以達成任何數目個齒輪。
在某些實施例中，針對一三相電動機/發電機，六個(或四個或八個或八個以上)並行非絞合導線以與將用一個導線纏繞定子芯相同之方式纏繞每一定子之定子芯。然而，在填充可用空間之前，六個導線可圍繞每一芯具有較少纏繞。在一三相電動機中，每一電路之導線(有時稱作一引線或支線)通常在一共同點處集合。根據本發明之各項 實施例，六個導線在共同點處斷開連接或分開且延續穿過經組態以致使導線為串聯、並聯或其一組合但保持處於三相組態(如上文所闡述)中之一切換系統(例如，複數個邏輯控制切換器)。除了定子內之導線之間的連接外，相同或一類似切換系統亦可應用於連續組中之共同定子之間的連接。
在某些實施例中，一單個電動機/發電機/傳動裝置可具有每組兩個或兩個以上以不同方式纏繞之定子及一個轉子且機械位移以將轉子之磁場放置成與一個或另一定子之磁場接觸之一或多個轉子定子組。在某些實施例中，一電子位移能力經提供用於任何定子及轉子組合之每一定子，任何定子及轉子組合包含以下兩者：具有多個定子及用於每一定子之一轉子且無機械位移之一電動機/發電機；如上文所闡述具有一或多個轉子/定子組之一電動機/發電機/傳動裝置。在兩種情形中，藉助多個定子或多個定子組，可將類似佈線之定子並聯或串聯地佈線在一起。當存在四個定子時，定子可如下組態：所有定子可並聯(齒輪#4)連接；兩個定子組可並聯連接且該等組串聯(齒輪#3)連接；或所有定子可串聯(齒輪#1)連接。當存在六個定子時，定子可如下組態：全部可並聯(齒輪#4)連接；可存在兩組並聯佈線之三個定子且該等組串聯(齒輪#3)連接；存在三組並聯佈線之兩個定子且該等組串聯(齒輪#2)連接；或所有組串聯(齒輪#1)連接。
當定子在一共同軸件上電連接至彼此時，轉子可需要為相同的且定子可需要為經相同佈線且徑向定向或來自每一定子轉子組合之電壓、轉矩及相位可衝突。在某些實施例中，舉例而言，在具有六個經共同佈線之定子之一系統中，所有定子可需要一起致能。若一或多者電斷開連接，則電動機/發電機可經受來自誘導阻力之低效率且不存在中性。當定子之間的連接如上文所闡述切換時存在四個轉矩/電壓位準，但定子自身內不存在進一步轉矩/電壓調整，亦不存在調整電 動機/發電機之功率容量之一能力。
在每組具有兩個或兩個以上定子之六個轉子/定子組之實施例中，電動機/發電機之總功率可藉由在機組內啟動更多或更少轉子/定子組來增加或減少且藉由使轉子之磁場位移至不同佈線之下一定子而進一步經調整且甚至藉由如上文所闡述調整旋轉磁場中之磁鐵之數目而進一步經調整。在其中存在操作中之兩個或兩個以上轉子定子組之情形中，該等組中之每一者之主動定子、該等組中之每一者之轉子磁鐵及該等組中之每一者之定子佈線必須經相同設定且徑向定向，接著可藉由如上文所闡述切換定子之間的並聯/串聯連接來進行轉矩及電壓之額外調整。
在某些實施例中，藉助定子佈線之電子位移來實施轉子/定子組中之機械位移，且當存在多個定子組時，該等組經連接具有將其之間的連接自串聯切換至並聯及其所述組合之能力。為進一步闡明，當將一第二組兩個或兩個以上定子添加至一第一組兩個或兩個以上定子時，兩個組必須針對運行穿過其兩者之相同電壓而處於串聯或並聯且針對共同軸件產生相同轉矩。如上文所闡明，定子可全部串聯或全部並聯運行或兩個或三個定子之相同組並聯運行，其中該等組串聯連接。當在串聯與並聯之間位移時，定子應全部一起位移。
此外，當將額外定子組添加至電動機/發電機時，發電機之功率容量增加且電動機/發電機亦將具有一不同轉矩。此可藉由具有各自具有一中性或閒置位置之多個轉子/定子組來進行，其中轉子之磁場不與多組電動機/發電機中之定子中之任何者之電磁場嚙合，且接著隨著可用或所需功率增加，視需要使該等組中之定子開始運行(on line)。電動機/發電機之功率容量亦可藉由位移至組內之以不同方式纏繞之定子來增加或減少且藉由在任一時間處調整磁通場中嚙合之轉子磁鐵之數目來進一步微調。自電動機/發電機添加或減去主動定子 且在定子繞組之間改變，及將磁鐵自轉子添加及減去且接著進一步將該等繞組自串聯改變至並聯及其組合之能力為電動機/發電機提供動態適應廣泛變化之能量來源之一能力。此用於使電動機/發電機組態最佳化以用於經改良發電且適於混合動力車輛及類似用途中之對電動機功率之廣泛變化之需求。
如本文中所闡述之電動機/發電機可包含模組化組件，包括模組化定子機及殼體區段、轉子、定子、護環、致動器、電連接、電力切換、電子感測器、控制裝置及使用者介面，其中電動機/發電機可經組裝以包括用作電動機/發電機之每組具有兩個或兩個以上定子之單個或多個轉子/定子組。在某些實施例中，電動機發電機可包含五個或五個以上轉子/定子組。
在實施例中，如本文中所闡述之電動機/發電機可具有轉子區段，該轉子區段由層壓式鋼外罩構成，層壓式鋼外罩包含以自北極至南極之交替極性定位於最外半徑上(例如，均勻間隔)之多個永久磁鐵。轉子及/或定子可包含由釹鐵硼(NdFeB)或相當磁強度及/或矯頑磁性組合物之磁鐵或具有增強磁強度及/或矯頑磁性之磁鐵構成之永久磁鐵。
如本文中所闡述之電動機/發電機可具有含有用於旋轉移動之軸及轉子總成但限制相對於護環及主殼體之線性移動之軸承。在某些實施例中，軸承可具有足夠準確度以便將旋轉搖晃及振動限制至0.003英吋且將線性移動限制至0.001英吋以便提供並維持轉子與定子之間0.010英吋之最大氣隙以便提供高效率，其中較小氣隙可提供較佳效率。
如本文中所闡述之電動機/發電機可具有由一3相定子繞組或多個類似3相定子繞組構成之一線性致動定子區段以匹配若干個轉子區段。在實施例中，定子區段可由層壓式鐵芯及3相導線繞組構成，該 等3相導線繞組定位於層壓式鐵芯之最內直徑內部且分成在最內半徑上相等地間隔之多個(例如，14個或14個以上)位置。在某些實施例中，鐵芯可具有大於該等轉子區段0.010英吋之一內徑以維持足以允許一操作距離間隔開之容限、移動及變形之一氣隙且仍提供一高效功率轉換。包括多個該等個別導線繞組區段(2、4、8、16、24個別導線區段等等)之3相導線繞組可係電分離、非絞合式、具有較小直徑但仍為3相設計以便具有等於電動機/發電機之最大電流要求之並聯之總組合導線區段。當該等繞組切換成串聯/並聯或串聯組態時，其可以較低RPM增加電壓。
在某些實施例中，如本文中所闡述之電動機/發電機可具有多個轉子區段，其中該等多個轉子/定子組包含高達5個組，每一組其中該等轉子區段無徑向偏移以包含徑向對準之定子區段。
如本文中所闡述之電動機/發電機可具有定子殼體滑環，該定子殼體滑環包括一鋁殼體以徑向包繞定子，藉此允許定子在主殼體內部線性移動同時維持徑向穩定性至0.003英吋以便在最外轉子直徑與最內定子直徑之間支撐0.010英吋之一氣隙。殼體滑環可包含可線性互連結以便作為一個定子機總成移動之多個定子區段(例如，自2至5或5個以上區段)。
本文中所闡述之致動器或致動總成可包含機械機構，該等機械機構用於使定子總成線性移動以與該轉子總成或多個轉子總成之組合嚙合或解嚙合操作，而此等移動可藉助於外部導螺桿、內部導螺桿、線性電動機、液壓致動器或其他機械機構來操作。此定子移動係可變的以便在一個極端與轉子完全嚙合或成直線且在另一極端與轉子磁通路徑解嚙合或自其完全離開。
如本文中所闡述之電動機/發電機可一主殼體，該主殼體構成鋁、鋼、塑膠或其他堅固材料之一剛性外罩以穩固地含納定子總成及 轉子總成，其中在正常操作條件下具有小於0.001英吋變形以維持氣隙要求及電動機/發電機功能。模組化護環或端板可包含鋁、鋼、塑膠或其他堅固材料之剛性外罩以便穩固地含納並對準軸承且將主殼體連接至其他機械及框架。如上文所闡述，模組化護環可包含用於多個電動機/發電機組合之連接，其中其在經附接時可作為一個電動機/發電機操作。此等可包含轉子連接及線性致動定子連接。
如本文中所闡述之電動機/發電機可具有構成標準電連接器之模組化電連接，該等標準電連接器可經修改以附接至該等模組化護環以便將多個電動機/發電機機組電連接在一起作為一個單元。如本文中所闡述之電動機/發電機針對發電機模式亦可具有功率切換電晶體，該等功率切換電晶體針對電動機功能利用可變頻率及脈衝寬度調變方案兩者亦構成用於各種電動機模式(如上文所闡述)之標準3相電動機控制逆變器。在實施例中，功率切換電晶體呈其中發電機模式中之一15相輸出包括用於15個相位中之每一者之單獨輸出電晶體之一組態，其中輸出頻率可選自15個相位且獨立於轉子RPM經調整以在最小RPM可支援所要之一最大頻率時構建新頻率。
如本文中所闡述之電動機/發電機可具有可計算轉子或多個轉子總成之RPM、方向及實際位置並將其報告至控制單元之電子感測器，諸如附接至轉子之霍爾效應、光學或其他解析感測器。電動機/發電機可具有構成一電腦之控制裝置及一使用者介面，藉此根據使用者預先設定參數計算並調整RPM、方向、加速度、轉矩、發電機模式、慣性模式、電動機模式及定子多導線串聯/並聯組態；以及其他輸入裝置，諸如風速指示器、制動裝置、加速器裝置、故障安全裝置及其他輸入裝置。
在某些實施例中，定子組或用於每一組之轉子彼此徑向偏移達組數目除以360度，且相對定子組或轉子徑向對準，其中每組之3相繞 組產生一正弦功率曲線，該正弦功率曲線自毗鄰功率曲線偏移達定子或轉子徑向偏移之度數，其中多個相位之輸出頻率可選自多個相位且獨立於轉子RPM經調整以構建一新頻率，只要可維持最小RPM。
本文中已闡述電動機/發電機以及電動機/發電機/傳動裝置之各項實施例。此等電動機/發電機以及電動機/發電機/傳動裝置可實施於各種發電及電力管理應用中。舉例而言，本文中所闡述之電動機/發電機以及電動機/發電機/傳動裝置可實施於發電裝置(例如，風力機、水力發電機及諸如此類)以及具有多個動力源之車輛或電動機驅動裝置(諸如混合動力車輛(例如，汽車、摩托車等等))、混合動力海上船舶、混合動力飛機及諸如此類。下文論述某些實例性應用。
實例性實施方案-風力發電系統
在其中如本文中所闡述之一電動機/發電機實施於一風力機或風力渦輪機中之一實例性應用中，一操作情景可以在風力渦輪機處無風且定子機處於不作用「停止」狀況中來開始。在此情景中，一致動器已使定子機(或轉子場元件)移動至其中空白空間位於轉子上方之最遠位置且定子繞組與轉子之磁場解嚙合。隨著風速開始增加，感測器可量測RPM及「位移」或使第一定子區段(或轉子場元件)自中性模式移動至其中轉子之磁場嚙合最小量之定子線圈且係需要最小量之轉矩之100%並聯之一位置，從而允許風力機之旋轉以極低風速開始且比習用發電機可「起動」快得多地產生電力。電腦介面可收集來自風速感測器之資料及風力機之旋轉速度。隨著風速增加，電腦可自齒輪#4(100%並聯)位移至齒輪#3(兩組三個並聯導線串聯連接)，以此類推至齒輪#2及#1，從而使轉動風力機葉片所需之轉矩增加直至達成一預先設定旋轉速度或定子/轉子組之抵抗轉矩等於風之動力且風力機葉片以一恆定速度轉動為止。在位移至全串聯繞組及定子/轉子組中之第一定子之最大轉矩時，電腦可致使致動器定子/轉子組中之具有較 大數目個定子線圈之第二定子位移與轉子成直線且經歷相同並聯至串聯位移程序直至第二定子中之定子繞組係完全串聯繞組及最大抵抗轉矩為止。若該組中存在一第三定子，則可重複程序。
隨著電腦監視風速及自風可獲得之電力，其可嚙合1個、2個、3個或3個以上定子/轉子組之致動器以匹配透過定子/轉子組之各種齒輪及定子/轉子使其每一者同時位移(如上文所闡述)之風之動力直至達成風力機葉片之旋轉速度之平衡且風之動力與風力發電機之一最佳或幾乎最佳發電容量匹配且維持所需線路電壓。隨著風速增加及期望使額外定子組開始運行，即自三個組至四個組，電腦可判定四個組可處於哪個齒輪中及哪個定子經啟動，接著使三個組暫時斷開電連接，將四個組置於新組態且重新電連接四個組以藉助自每一定子組發出之相同電壓同時位移。藉由精細調整定子與該等組中之轉子之對準來達成最終調整及微調。當需要較小調整以適應風速之較小變化時上述情況亦適用。
當風速消退且運行中之定子組之數目將自四個減少至三個，使最後開始運行之定子斷開電連接，其定子重新定位至中性且三個剩餘定子組經調整以匹配風力，接著由風力機發電。以此方式，根據本發明之系統及技術可準確地、敏捷地且高效地平衡電動機發電機之功率輸出與風速等級下之可用風速並以高效率產生自風所產生之電力。一般而言，一起以全串聯設定動作之電動機發電機中之定子/轉子組之總數目可對應於風力機及其葉片之最大結構及機械能力。在如同某些發電機之最大電容點處，其可自動停機。但與具有一窄風速範圍(其中發電機高效操作)之發電機不同，根據本發明之技術可貫穿整個風速範圍以高效率自風提取增加動力高達風力機之結構能力。當風速開始減速且輸出電壓下降時，機組可向下切換至下一定子佈線模式以增加電壓/電力收集且使用線性定子移動來微調輸出。當風速下降至一 極慢狀況且產生不多電力時，但機組仍可在習用發電機可必需停機之情況下擷取此情況並有助於年度風力渦輪機輸出實現較大總體機械效率。
另一操作功能可在一較大經放大版本中(諸如在百萬瓦風力渦輪機中)予以闡述。此情景可與小型風力發電實例相同地行為，但發電機之組態可係較大的，可在一3相組態中具有多達12個或12個以上定子/轉子組以使得RPM改變之一平滑轉變能夠處置高度變化風。定子嚙合程序亦可係相同或類似的，惟除以下各項：額外使用者控制裝置、用於電網控制之感測器及用以感測負載並調整以適應消費者需求之監視系統。
本發明之另一特徵係添加較大定子/轉子組及以旋轉方式使定子/轉子組中之每一者偏移數度以便使定子及轉子區段之數目等於均勻間隔之旋轉偏移之能力。此可有助於發電機「齒槽效應」並實現本發明之一設計，藉此多個定子繞組可經控制以使一機載絕緣閘雙極電晶體(IGBT)選擇不同高及低電壓點且使用脈衝寬度調變(PWM)方案，以60hz之一設定頻率構建並形成一3相正弦波。當感測到RPM改變及波動時，控制裝置可調整定子繞組區段以甚至在注意到適度RPM改變時保持並維持此頻率。上述情形係無由於AC至DC及大逆變器系統功率消耗所致之轉換損失的針對用於一局部電網或緊急電源之一可變旋轉動力源及一恆定頻率產生輸出之一解決方案。為理解此程序，提供多極3相繞組及12個定子與轉子組之一大定子組之一實例。在此實例中，定子組經彼此對準但轉子組以旋轉方式偏移達多極旋轉角度之1/12。此可在振盪偏移中提供相等地間隔之12個單獨3相輸出。電腦系統可接著獲取當前RPM、加速度、反電動勢(電磁力)、輸出頻率及目標頻率並使用PWM切換IGBT來自多個相位選擇傳入電力電位並自所產生之多個相位之高點及低點產生目標頻率，而可能不管源RPM如 何(例如，只要RPM足以維持目標電壓及功率輸出即可)。定子區段之相同線性致動可調節轉矩，且針對陣風及極低風速之狀況以及介於其間之狀況改變風速轉子RPM同時產生高效電力。
本發明在諸如潮汐及波浪發電機之其他可再生能源之應用中之操作功能可利用RPM之此相同可變性來在能源係間歇性且不可靠之情況下增加效率，舉例而言，其中波浪及可能潮汐發電機亦可使一發電機沿一個方向轉動且接著立即改變旋轉方向且繼續高效產生功率。本發明具有以下能力：添加額外轉子/定子組以增加及/或減少功率容量且接著藉助定子線性移動來微調輸出以與逐漸振盪輸出動力源及方向改變一致以及藉由在定子與並聯或串聯繞組之間切換來進一步調整伏特/安培比率以增加機組之效率以匹配一時刻處之可變輸入。
實例性實施方案-混合動力車輛推進系統
大體參考圖33，闡述一混合動力車輛(例如，混合動力汽車或摩托車)推進系統400。推進系統400包含一推進裝置(例如，經組態以使一或多個輪402加速之運輸工具驅動系408)及一引擎(例如，一內燃機404，諸如一柴油引擎或燃氣引擎)以選擇性地為運輸工具驅動系408提供動力。推進系統400亦包含一可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置406(例如，如本文中先前參考圖1至圖32所闡述)以選擇性地為運輸工具驅動系408提供動力，以及包含一能量儲存裝置(例如，一電池或電池組412)以儲存能量以用於為電動機/發電機/傳動裝置406提供動力。
推進系統400亦包含一控制器410，控制器410使推進系統400以其中電動機/發電機/傳動裝置406供應動力至運輸工具驅動系408之一第一模式(例如，一電模式)及其中內燃機404供應動力至運輸工具驅動系408及電動機/發電機/傳動裝置406兩者之一第二模式(例如，一混合動力模式)選擇性地操作。在本發明之實施例中，當推進系統400以混合動力模式操作時，電動機/發電機/傳動裝置406供應能量以儲存於 電池412中。舉例而言，電動機/發電機/傳動裝置406可用於為電池412再充電。當推進系統400以電模式操作時，電動機/發電機/傳動裝置406可由儲存於電池412中之能量提供動力。
在某些實施例中，電動機/發電機/傳動裝置406在電模式中可單獨供應動力至推進系統400。在其他實施例中，電動機/發電機/傳動裝置406可在供應動力至運輸工具驅動系408方面補充內燃機404。舉例而言，電動機/發電機/傳動裝置406及內燃機404可皆在第一模式中供應動力至運輸工具驅動系408。如本文中所闡述，電動機/發電機/傳動裝置406可以增強效率在一廣泛轉矩及功率要求範圍內為運輸工具驅動系408提供動力。以此方式，舉例而言，一混合動力車輛之操作成本(例如，一總實際操作成本)可減少。
如本文中所闡述，控制器/電腦處理器410可包含與一或多個感測器以通信方式耦合之控制電路，該一或多個感測器監視一車輛之功能，包含但未必限於：引擎速度、軸件速度、一內燃機404處之軸件轉矩、一電動機/發電機/傳動裝置406處之軸件轉矩、車輛速度、RPM、電池狀態、操作者輸入及諸如此類。控制電路可比較車輛及/或驅動系效能與操作者輸入及對內燃機404及/或電動機/發電機/傳動裝置406進行調整以使車輛效能與操作者輸入匹配。舉例而言，控制電路可操作內燃機404以促進增強效率及/或預期壽命，用在經選擇以滿足操作者輸入要求之一轉矩及速度下來自一電動機/發電機/傳動裝置406之動力來補償引擎動力。
在某些實施例中，當操作者輸入(例如，施加至一氣動踏板之壓力)指示一所要加速度及/或原本無法自內燃機404獲得之高功率時，由電動機/發電機/傳動裝置406供應之動力可用於補償由內燃機404供應之動力，例如，其中電動機/發電機/傳動裝置406使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以滿足所要動力、轉矩及/或速度。當操作者輸入 指示期望較少動力、轉矩及/或速度來自內燃機404時，電動機/發電機/傳動裝置406可使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以在軸件旋轉時滿足軸件之轉矩及速度以為電池412提供充電功率。隨著操作者期望使車輛減速，該操作者將壓按制動踏板且由測力器感測之此壓力將接通定子繞組且使定子線圈及轉子磁鐵彼此對準地線性移動以形成轉矩並產生能量以為電池或其他儲存裝置充電。轉子之實際rpm及電腦演算法將判定發電機/電動機發明之串聯/並聯設定。此設定之一實例將以公路速度行駛，定子將經組態以75%並聯且25%串聯。在對減速之需求由操作者要求時，該操作者將以更多力壓低制動踏板且此將進一步使定子繞組與轉子區段嚙合。亦隨著rpm改變，定子繞組將在串聯/並聯組態方面改變以試圖匹配操作者所需之最佳轉矩。在完全停止時，發電機/電動機將完全嚙合定子組且將定子繞組切換至預期加速度之100%串聯模式。
此外，若控制電路判定內燃機404及電動機/發電機/傳動裝置406不足以滿足操作者之所要輸入及/或維持電池組412上之一操作者所判定電量，則控制電路可啟動一第二內燃機416及一第二電動機/發電機/傳動裝置以補償動力至電動機/發電機/傳動裝置406及/或為電池組412充電。
實例性實施方案-混合動力船舶推進系統
大體參考圖34及圖35，闡述推進系統500。一推進系統500可實施為(舉例而言)用於一海上船舶之一混合動力推進系統。推進系統500包含一推進裝置(例如，一船舶推進器502，諸如一螺旋槳或噴水器)及一引擎(例如，一內燃機504，諸如一柴油引擎)以選擇性地為船舶推進器502提供動力。推進系統500亦包含一可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置506(例如，如本文中先前參考圖1至圖32所闡述)以選擇性地為船舶推進器502提供動力，以及包含一能量儲存裝置(例如，一 電池508，一電池組512)以儲存能量以用於為電動機/發電機/傳動裝置506提供動力。
推進系統500亦包含一控制器510，控制器510使推進系統500以其中電動機/發電機/傳動裝置506供應動力至船舶推進器502之一第一模式(例如，一電模式)及其中內燃機504供應動力至船舶推進器502及電動機/發電機/傳動裝置506兩者之一第二模式(例如，一混合動力模式)選擇性地操作。在本發明之實施例中，當推進系統500以混合動力模式操作時，電動機/發電機/傳動裝置506供應能量以儲存於電池508中。舉例而言，電動機/發電機/傳動裝置506可用於為電池508再充電。當推進系統500以電模式操作時，電動機/發電機/傳動裝置506可由儲存於電池508中之能量提供動力。
在某些實施例中，電動機/發電機/傳動裝置506在電模式中可單獨供應動力至推進系統500。在其他實施例中，電動機/發電機/傳動裝置506可在供應動力至船舶推進器502方面補充內燃機504。舉例而言，電動機/發電機/傳動裝置506及內燃機504可皆在第一模式中供應動力至推進系統500。如本文中所闡述，電動機/發電機/傳動裝置506可以增強效率在一廣泛轉矩及功率要求範圍內為船舶推進器502提供動力。以此方式，舉例而言，一海上船舶之操作成本(例如，一總實際操作成本)可減少。
如本文中所闡述，控制器510可包含與一或多個感測器以通信方式耦合之控制電路，該一或多個感測器監視一海上船舶之功能，包含但未必限於：引擎速度、軸件速度、一內燃機504處之軸件轉矩、一電動機/發電機/傳動裝置506處之軸件轉矩、穿過水之船速、電池狀態、操作者輸入及諸如此類。控制電路可比較船及/或推進器效能與操作者輸入且對內燃機504及/或電動機/發電機/傳動裝置506進行調整以使船效能與操作者輸入匹配。舉例而言，控制電路可操作內燃機 504以促進增強效率及/或預期壽命，用在經選擇以滿足操作者輸入要求之一轉矩及速度下來自一電動機/發電機/傳動裝置506之動力來補償引擎動力。
在某些實施例中，當操作者輸入指示一所要加速度及/或原本無法自內燃機504獲得之高功率時，由電動機/發電機/傳動裝置506供應之動力可用於補償由內燃機504供應之動力，例如，其中電動機/發電機/傳動裝置506使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以滿足所要動力、轉矩及/或速度。當操作者輸入指示期望較少動力、轉矩及/或速度來自內燃機504時，電動機/發電機/傳動裝置506可使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以在軸件旋轉時滿足軸件之轉矩及速度以為電池508提供充電功率。
應注意，採用一單個推進系統、一單個引擎、一單個電動機/發電機/傳動裝置、一單個能量儲存裝置及諸如此類之系統僅係藉由實例之方式提供且並不意欲限制本發明。在其他實施例中，一推進系統500可使用一或多個船舶推進器502、用以選擇性地為一或多個船舶推進器502提供動力之一或多個內燃機504、用以選擇性地為一或多個船舶推進器502提供動力(且可能補充由一或多個內燃機504供應之動力)之一或多個電動機/發電機/傳動裝置506、用以儲存能量以用於為一或多個電動機/發電機/傳動裝置506提供動力之一或多個電池等等。
在某些實施例中，兩個或兩個以上船舶推進器502可選擇性地由兩個或兩個以上內燃機504提供動力，且兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506亦可選擇性地為兩個或兩個以上船舶推進器502提供動力(且可能補充由兩個或兩個以上內燃機504供應之動力)。兩個或兩個以上內燃機504亦可供應動力至兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506，該等電動機/發電機/傳動裝置可供應能量以儲存於一或多個電池(例如，一電池組512)中。兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動 裝置506中之每一者可由儲存於電池組512中之能量及/或由來自另一電動機/發電機/傳動裝置之能量提供動力，該另一電動機/發電機/傳動裝置繼而可由一或多個額外內燃機提供動力。舉例而言，在某些實施例中，一推進系統500可包含可由一第二引擎(例如，一第二內燃機516，諸如具有一高功率重量比之一燃氣動力渦輪機引擎)提供動力之一第二電動機/發電機/傳動裝置514，其中第二電動機/發電機/傳動裝置514可用於供應動力至電動機/發電機/傳動裝置506(例如，除由一或多個電池供應之電力之外或替代由一或多個電池供應之電力)。當需要持續高速及/或當廣泛波動動力需求將電池組512耗盡至其中電動機/發電機/傳動裝置506無法使電池組512以一預定電量充電之一電量時可使用第二電動機/發電機/傳動裝置514及第二內燃機516。
此外，與監視一海上船舶之功能(例如，引擎速度、軸件速度、一內燃機504處之軸件轉矩、一電動機/發電機/傳動裝置506處之軸件轉矩、穿過水之船速、電池狀態、操作者輸入及諸如此類)之一或多個感測器以通信方式耦合之控制電路可比較船及/或推進器效能與操作者輸入且對兩個或兩個以上內燃機504及/或兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506進行調整以使船效能與操作者輸入匹配。舉例而言，控制電路可操作兩個或兩個以上內燃機504以促進增強效率及/或預期壽命，用在經選擇以滿足操作者輸入要求之一轉矩及速度下來自兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506之動力來補償引擎動力。此外，一第二電動機/發電機/傳動裝置514可用於供應動力至一電動機/發電機/傳動裝置506(例如，除由一或多個電池供應之電力之外或替代由一或多個電池供應之電力)，如基於操作者輸入需求而判定。
在某些實施例中，當操作者輸入指示一所要加速度及/或原本無法自兩個或兩個以上內燃機504獲得之高功率時，由兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506供應之動力可用於補償由兩個或兩個以上 內燃機504供應之動力，例如，其中兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以滿足所要動力、轉矩及/或速度。當操作者輸入指示期望較少動力、轉矩及/或速度來自兩個或兩個以上內燃機504時，兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506可使其組態(例如，線圈/佈線組態)位移以在軸件旋轉時滿足軸件之轉矩及速度以為電池組512提供充電功率。
此外，若控制電路判定兩個或兩個以上內燃機504及兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506不足以滿足操作者之所要輸入及/或維持電池組512上之一操作者所判定電量，則控制電路可啟動第二內燃機516及第二電動機/發電機/傳動裝置514以補償動力至兩個或兩個以上電動機/發電機/傳動裝置506及/或為可由第二電動機/發電機/傳動裝置514充電之電池組512(或一第二電池518)充電。
在某些實施例中，本文中所闡述之推進系統500可與柴油引擎一起使用，當與(舉例而言)汽油動力引擎相比，該等柴油引起可係加速相當緩慢且因此可具有較緩慢油門回應時間。較緩慢油門回應時間可對包含如下各項之某些應用而言較不期望：高速攻擊型應用、河川應用、緊急回應應用及警衛船應用。如本文中所闡述，根據本發明之系統及技術可提速柴油引擎組態之油門回應時間。本發明之電動機/發電機/傳動裝置506具有如下能力：在不同繞組之定子之間位移，且可使繞組自串聯內部位移至並聯以及部分並聯與部分串聯，從而使得電動機/發電機/傳動裝置506能夠用作具有選擇性動力範圍及在每一動力設定內選擇性可變轉矩/速度比率之一電/機械動力源。
一高效能柴油內燃機可具有較低轉矩及起動動力且可在負載下需要時間來增加足夠每分鐘轉數(RPM)及轉矩以使一船加速，此可比一等效動力汽油內燃機慢。一高速柴油內燃機亦具有其將高效運行之一最佳速度，在其最佳速度下通常燃燒較少燃料(與一等效動力汽油 引起相比)。在一報修期滿及/或引擎使用壽命之前，高效能柴油引擎亦通常具有有限數目個小時來以最高速度運行。因此，例如，當以下各項需要快速加速及/高速度時可將補充動力供應至一高效能柴油船：一快速回應船、逆風行駛之一巡邏船、其中靠舷中油門回應係關鍵之一搜索與抓捕任務、在其中在洶濤海面中油門回應係關鍵且期望高速持續巡遊之一持續任務中之一高速攻擊船及諸如此類。雖然一電動機可用於提供起動之補充動力，但電動機在以高速提供動力時可並非高效，惟除在一複雜傳動裝置之輔助下才可能，該複雜傳動裝置不能夠足夠快速地往返位移。當在快速加速度情況中需要高轉矩時，一高速電動機可具有相反結果，相當低效且可能燃耗。本文中所闡述之電動機/發電機/傳動裝置506可在高端及低端兩者處高效地提供補充動力，且可快速地自一個位置位移至另一位置及其間之諸多位置。
在一些例項中，較大巡邏船可使用柴油內燃機來巡遊(例如，以低速)且接著可切換至燃氣渦輪機動力發電機及電動機用於高速運輸。柴油及電引擎之一組合可導致傳動裝置之過度轉矩，此可能失敗。如本文中所闡述，一傳動裝置(例如，在除一離合器以外的情況下)介於內燃機504與電動機/發電機/傳動裝置506之間。電動機/發電機/傳動裝置506在施加補充動力時自身係船舶推進器502之傳動裝置且當系統僅或間歇性處於柴油機巡遊模式中時可自驅動線路自行斷開連接或變成中性而無需離合器或其他裝置。若使用另一傳動裝置，則其可係內燃機504之一傳動裝置或離合器且可僅經受內燃機504動力/轉矩而非內燃機504與電動機/發電機/傳動裝置506兩者之組合動力/轉矩。藉由使用電動機/發電機/傳動裝置506來補充內燃機504之動力，內燃機504及電動機/發電機/傳動裝置506兩者可係較小設計，此乃因其在需要時可一起而非獨立地工作。
本文中所闡述之第二電動機/發電機/傳動裝置514可具有一廣泛 轉矩/速度操作位準範圍，其中其可係高度高效且當以巡遊或較低速度操作時可調整其功率及轉矩以匹配(舉例而言)一電動機/發電機/傳動裝置506之速度及功率設定且當需要時繼續調整以在任何速度下獲得高效電池充電。第二電動機/發電機/傳動裝置514可在其提供動力至電動機/發電機/傳動裝置506同時供應充電電力至電池組512(例如，惟除當電動機/發電機/傳動裝置506需要來自第二電動機/發電機/傳動裝置514之所有動力)。繼續調整以適應於廣泛變化速度及動力需求之此能力可允許推進系統500來監視柴油機、燃氣渦輪機與電氣並在其之間選擇一高效動力源來推進船隻，且可在其不需要全部動力來推進船之情況下允許系統在各種速度下以一高效方式為電池組512再充電。一電動機可不能夠完成上述情況，此乃因當其不以其預定設計速度轉動時，電動機遞送較不高效動力至一推進器或遞送較不高效電力至一電池。
一推進系統500(包含某些或所有其組件)可在電腦控制下操作。 舉例而言，一處理器可與一推進系統500一起被包含或被包含於一推進系統500中以使用軟體、韌體、硬體(例如，固定邏輯電路)、人工處理或其一組合來控制本文中所闡述之推進系統500之組件及功能。如本文中所使用之術語「控制器」、「功能性」、「服務」及「邏輯」通常標示軟體、韌體、硬體或結合控制推進系統500之軟體、韌體或硬體一組合。在一軟體實施方案之情形中，模組、功能性或邏輯標示當在一處理器(例如，中央處理單元(CPU)或若干CPU)上執行時執行規定任務之程式碼。程式碼可儲存於一或多個電腦可讀記憶體裝置(例如，內部記憶體及/或一或多個有形媒體)等等中。本文中所闡述之結構、功能、方法及技術可實施於具有各種處理器之各種商用計算平臺上。
控制器510可包含一處理器550、一記憶體552及一通信介面 554。處理器550為控制器510提供處理功能性且可包含任何數目個處理器、微型控制器或其他處理系統，以及用於儲存由控制器510存取或產生之資料及其他資訊之駐存或外部記憶體。處理器550可執行實施本文中所闡述之技術之一或多個軟體程式。處理器550並不受形成其之材料或其中所採用之處理機制之限制且如此可經由半導體及/或電晶體(例如，使用電子積體電路(IC)組件)及諸如此類來實施。
記憶體552係有形、電腦可讀儲存媒體之一實例，其提供儲存功能性以儲存於控制器510之操作相關聯之各種資料，諸如軟體程式及/或碼段，或指示處理器550及可能控制器510之其他組件執行本文中所闡述之功能性之其他資料。因此，記憶體552可儲存資料，諸如用於操作推進系統500(包含其組件)之指令之一程式及諸如此類。應注意，雖然闡述一單個記憶體552，但可採用廣泛各種類型及組合之記憶體(例如，有形、非暫時性記憶體)。記憶體552可與處理器550成整體，可構成獨立記憶體，或可係兩者之一組合。
記憶體552可包含但未必限：可抽換及不可抽換記憶體組件，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體(例如，一安全數位(SD)記憶體卡、一迷你SD記憶體卡、及/或一微型SD記憶體卡)、磁性記憶體、光學記憶體、通用串列匯流排(USB)記憶體裝置、硬碟記憶體、外部記憶體及諸如此類。在實施方案中，控制器510及/或記憶體552可包含可抽換積體電路卡(ICC)記憶體，諸如由一用戶身份模組(SIM)卡、一通用用戶身份模組(USIM)卡、一通用積體電路卡(UICC)等等提供之記憶體。
通信介面554以操作方式經組態以與推進系統500之組件通信。舉例而言，通信介面554可經組態以傳輸資料以用於推進系統500中之儲存器件，自推進系統500中之儲存器件擷取資料及諸如此類。通信介面554亦與處理器550以通信方式耦合以促進推進系統500之組件與 處理器550之間的資料傳送(例如，用於將自與控制器510以通信方式耦合之一裝置接收之輸入傳遞至處理器550)。應注意，雖然通信介面554經闡述為一控制器510之一組件，但通信介面554之一或多個組件可實施為經由一有線及/或無線連接以通信方式耦合至推進系統500之外部組件。推進系統500亦可包括及/或連接至一或多個輸入/輸出(I/O)裝置(例如，經由通信介面554)，包含但未必限於：一顯示器、一滑鼠、一觸控板、一鍵盤等等。
在本文中所闡述之混合動力車輛或海上船舶之實施例中，輸入感測器可包含用於感測以下各項之感測器：引擎RPM、傳動齒輪比、燃料流量、燃料剩餘量、油門位置或壓力、制動位置或壓力、電池狀態、電量、KWH剩餘量、來自電池(放電)之電流、至電池中(充電)之電流、傳動裝置與電動機/發電機/傳動裝置之間的前向軸件轉矩及RPM、在電動機/發電機/傳動裝置內之每一定子/轉子組之定子/轉子位置、針對每一定子之定子相位繞組設定(並聯或串聯)、地面上之車輛速度或在水中之一船速之情況下，電動機車輛操作之個別輪速、VTMG與驅動輪或水推進單元之間的後向軸件轉矩及RPM。感測器亦可包含用於偵測資料(諸如，行程裡數、先前目的地記憶、軌道及諸如此類)之一GPS或類似導航單元。控制器記憶體可包含用以記錄關於先前目的地之在途中所消耗及再充電之能量以及峰值負載要求及頻率之軟體、用於記錄區域中所行駛之每米的一般能量消耗以及峰值需求及頻率之軟體及諸如此類。操作者輸入裝置可包含：系統開/關(人工或自動)切換器、可與行程軟體通信之GPS導航單元、前進/倒車/齒輪比選擇器、油門、制動器及諸如此類。
實例性操作序列
在一實例性操作序列中，一操作者進入車輛，處於控制位置並將系統自關斷切換至自動。此致能系統電子監視及控制模組。操作者 可採用GPS導航單元並輸入目的地並註明是單程還是往返行程。自動之系統控制器可運行一下檢查序列：引擎RPM(可為零，尚未起動)；引擎傳動齒輪比/位置(可為中性軸件解嚙合，停機協定之一部分)；電動機/發電機/傳動裝置之軸件之轉矩可為零；電動機/發電機/傳動裝置檢查：具有最大數目個鐵芯定子之低速齒輪定子可針對最大磁通/轉矩與轉子嚙合以防止車輛之意外移動，自動停機協定之一部分；鐵芯繞組可針對最大磁通/轉矩而串聯以防止車輛之意外移動，自動停機協定之一部分；自電池至電動機/發電機/傳動裝置之電流關斷，自動停機協定之一部分；電池電量狀況，若插入於外部電源整夜則其可處於滿量充電，但若近期被使用或未被插入則可並非滿量充電；車輛速度可為零；若操作者將一目的地輸入至GPS系統中，則控制器可計算行程及回程之能量要求，量測目前燃料及KWH剩餘量並在期望燃料觸止之情況下向操作者提出建議。計算可基於先前目的地歷史記錄(若知曉)或區域歷史記錄(若無一先前目的地)。
當操作者選擇自動駕駛模式時。若電池經充電至一高電量(超過80%)，則控制器可旁通燃機起動，且藉助驅動軸件與引擎解嚙合而使引擎傳動裝置處於中性。操作者壓低制動器並選擇前進或倒車。藉助選擇前進或倒車，控制器確認制動器經壓低且車輛速度為零。操作者釋放制動器並加油門，致使電流自電池穿過3相功率之逆變器控制單元至電動機/發電機/傳動裝置，從而致使轉子及車輛驅動軸件沿所選擇前進或倒車方向旋轉。操作者進一步加油門，從而將更多電流自電池發送至電動機/發電機/傳動裝置。
控制器監視車輛之速度、驅動軸件上之RPM及轉矩以及來自電池之電流對油門之壓力或位置。若操作者正透過油門上之壓力或其位置而請求更多速度以使車輛加速或爬升一山丘，則驅動軸件上之RPM/轉矩經量測並添加至使車輛加速所需之額外電力之量。若所預 測動力需求在第一定子組之轉矩/RPM範圍內，則控制器可將定子之鐵芯繞組中之並聯導線組中之第一者自串聯切換至並聯且接著切換第二組等等直至獲得所要速度為止，具有與將齒輪自較低齒輪比切換至較高齒輪比相同之效應，但實際上自串聯切換至並聯改變電壓/安培數比率以在鐵芯佈線自串聯至並聯之每一改變下產生較低轉矩及較高RPM。若所預測動力需求不在第一定子組之轉矩/RPM範圍內，則電腦可使第一定子組斷開電連接且致使第二定子致動器嚙合第二定子/轉子組與第三及更多定子/轉子組(如可用且自油門上之壓力或其位置及目前轉矩/RPM負載而計算為所期望)並將其置於適當齒輪及定子位置以用於實現轉矩及速度之一連續平穩加速度，同時重新電連接所選擇定子組並如所闡述使主動定子組位移以產生所期望速度。在其他實施例中，每一定子組可具有其自己之起動器，藉此可消除使主動定子停機並使其一起返回運行，從而允許單獨地啟動每一定子組；因此，主動轉子/定子組可經調整以使得每一組中之主動定子處於增強(例如，最佳化)效率所期望之範圍中且藉由藉助來自控制器之命令而自串聯切換至並聯來經進一步微調直至達到所要速度。控制器可連續監視車輛之動力及速度要求(如自油門及道路狀況所判定)以在定子與並聯及串聯組合之間調整以達成最小量之功率消耗及最大效率。
當操作者減弱油門時，控制器可致使定子致動器將定子自轉子解嚙合，從而允許車輛在無電流至電動機/發電機/傳動裝置之情況下慣性滑行。當操作者輕輕地接觸制動器時，第一定子組可在其高速齒輪模式中與充當一發電機之電動機/發電機/傳動裝置嚙合。隨著制動壓力增加，電腦可使繞組及定子組快速地位移至越來越低並聯/串聯組合或具有最大磁性反電動勢、所產生電力及所產生電磁制動力之位置直至車輛停止為止。在其他實施例中，可在油門減弱之情況下發生高並聯/串流模式與最少定子組之嚙合，從而用油門之減弱之一定義 減速速率(亦即，制動控制)來替換慣性模式。
隨著車輛繼續在滿電池電力下操作，其可最終達到其中剩餘KWH電池容量係大約80%或某些其他電量之點，此取決於其中其可如上文所闡述更容易且高效地自車輛制動及減速接受電荷之電池設計。此時(其可在起動時)，若電池未事先經滿充電，則控制器可在操作者輸入一目的地(新的或先前的)之情況下評估完成行程之能量要求，並比較其與電池電量剩餘量。若針對形成剩餘足夠電池電力，則不需要進一步改變且行程可以全電功率完成。若電池電量在某一臨限值(例如，大約10%或20%)之儲存量之情況下不足以完成行程，則控制器可計算電池功率消耗速率及再充電速率以判定燃機何時可起動並嚙合以充分地完成行程-假定在行程結束時電池可自外部源再充電。若未輸入任何目的地，則控制器可假定行程長度係不確定的且使其能量消耗之計算基於其所處之區域之先前歷史記錄，或若無先前歷史記錄，則可使用國家之不同區域之一預定因素，諸如海平面、山丘、內地多山、險要難行之城市或農村。在行程被認為具有不確定/未知長度時，燃機可視期望起動並開始運行以在一連續基礎上維持動力之一經濟且高效使用，從而在燃燒燃料與電力之間的保持平衡。儘管本文中闡明用於採用燃機之計算可在80%標記處進行，此乃因其可係低於其可更高效地為電池再充電之位準，但計算可使用電池電量、放電速率及再充電速率自系統接通之時刻進行且此後以規則間隔繼續以判定何時燃機可嚙合，除非由替代自動之人工選擇電池再充電而更動控制。此外，本文中所提供之任何臨限值或範圍可在實施方案需要如此要求之情況下由另一值取代。
當控制器計算並判定燃機可經起動且開始運行時，燃機變成車輛之主要動力源。燃機經定大小以提供足以使車輛在水平地面上以最大負載且以一預定速度(例如，70mph公路駕駛)移動之動力外加能夠 使車輛加速以使其達到速度且爬升適度山丘而不損失過量速度之一額外預定量之動力。燃機可經定大小以便用一小型燃料高效引擎為一車輛提供動力以滿足普通級驅動動力要求外加用於適度加速度用途之一遞增額外量之功率。
當內燃機嚙合時，引擎及相關聯引擎傳動裝置可對油門壓力或位置作出回應。監視在電動機/發電機/傳動裝置之前來自引擎之軸件上之轉矩及RPM，當由操作者透過油門位置所使用之RPM超過引擎之容量時，電腦可計算使軸件之RPM自其當前轉矩/RPM位準增加至油門位置所需要之位準所需要之動力並判定欲嚙合以滿足額外動力要求之定子組之數目、組內之適當定子及能夠在當時RPM下使應用於軸件之轉矩增加之適當並聯/串聯組合。隨著RPM增加，電腦可使定子組及並聯/串聯繞組位移以如其在上文所闡述之電模式之情況下可進行般提供動力之高效使用。然而，在此情形中，除由燃機供應之動力(其係主要的)外，電動機/發電機/傳動裝置亦提供補充動力。當加速並超過另一車輛，進入交通流量或使車輛速度增加快於低動力燃機可產生之速度需要額外動力時，電動機/發電機/傳動裝置可開始被使用。若遇到一較大山丘則情形可係相同的且使用額外轉矩來維持速度。當超過其他車輛或到達山丘的山頂且用以維持速度之額外動力開始減少時，控制器可減少所採用之定子組之數目，且藉由在組內之定子之間位移且改變並聯/串流來使電動機/發電機/傳動裝置降檔直至不在需要額外動力要求且可使電動機/發電機/傳動裝置停機。控制器自始至終連續監視系統以透過使用電動機/發電機/傳動裝置來維持動力及燃料之高效/經濟使用。上述情形在其中燃機由油門位置需要以在其最佳效率範圍外部操作且電腦判定存在用以補充燃機之充足電池電力之情形中亦可應用。
當在燃機動力下減速及/或制動時，操作者可減少油門壓力或位 置，燃機可解嚙合(在一預定義停滯可停止之後)且電動機/發電機/傳動裝置中之定子致動器可使定子移動且如上文所闡述使並聯/串聯繞組位移。當在減速或制動之後油門壓力增加時，引擎在停機之情況下重新啟動且視需要VTMG用電力補充燃機，如上文所闡述。
當在燃機動力下行進且電腦判定電池電量並未經維持足以如由車輛之最近操作歷史記錄及區域或目的地之過去歷史記錄(若可用)所定義為操作提供輔助動力時，控制器可在發電機模式中嚙合一或多個定子組以便在當車輛在水平地面上操作時期間利用遞增額外動力且使此遞增動力在燃機之容量內可用。上述情形及減速或制動模式係其中以下情形之一區域：根據本發明之技術可提供不同線圈數目之兩個或兩個以上定子線圈繞組及將一定子內之導線組自並聯切換至串聯以高效地收集在最佳效率下可用之能量(無論動能或是燃燒/機械能)之能力，其可容易且高效地補充電池電量。上述情形係藉由以下操作來完成：自動切換至經設計用於彼用途之燃機傳動裝置中之一下部機械齒輪(若期望)且使燃機以較高RPM運行，其中驅動軸件速度在典型操作之情況下恆定但在較高引擎速度及較大轉矩之情況下存在再筆直且水平非加速操作期間所產生之過量引擎動力以由電動機/發電機/傳動裝置收集以為電池再充電連同將所收集動力快速往回引導至車輛操作且進一步補充其之能力，如上文所闡述。
在其中典型操作與峰值需求之間的差係高的某些例項中，電池系統之容量及包含來自引擎之再充電之再充電之頻率及位準可不足以提供補充動力以滿足極端需求。上述情形之實例可係向上爬升一長山路之一重負載卡車或通常以空轉速度或緩慢巡遊速度巡邏且接著進入一高速追逐或其他極端軍事演習之一軍事巡邏船。在此等例項中，一第三動力源可係期望的。在一卡車之情形中，其可係為一第二電動機/發電機/傳動裝置單元提供動力之一第二柴油引擎，第二電動機/發電 機/傳動裝置單元可獨立於初級電動機/發電機/傳動裝置為電池再充電或提供額外動力至自初級電腦控制之初級電動機/發電機/傳動裝置。在一巡邏船之情形中，該巡邏船可具有：雙柴油引擎，其為螺旋槳或其他推進單元(諸如噴水器)提供動力，每一柴油引擎具有如所示經配置用於混合動力車輛及其引擎之一電動機/發電機/傳動裝置；及一第三較大噴射渦輪機引擎，其具有為兩個初級電動機/發電機/傳動裝置單元提供電力或提供動力以為電池組再充電之一第三較大電動機/發電機/傳動裝置。
供在工業電動機功能中使用，本發明可緩慢嚙合定子致動且使繞組自高轉矩/低速位移至高速較低轉矩以便在諸如大型空調之大量使用情況中「軟起動」活塞壓縮機、傳送帶、大型水幫浦及液壓幫浦。此可有助於節省能量及成本，此乃因初始動力尖峰可減少且來自電力公司之較低最大安培汲取可導致一較低電費。
通常，本文中所闡述之功能中之任何者可使用硬體(例如，固定邏輯電路，諸如積體電路)、軟體、韌體、人工處理或其一組合來實施。因此，上文所揭示內容中所論述之區塊通常表示硬體(例如，固定邏輯電路，諸如積體電路)、軟體、韌體或其一組合。在一硬體組態之例項中，上文所揭示內容中所論述之各種區塊可實施為積體電路連同其他功能性。此些積體電路可包含一給定區塊、系統或電路之所有功能或包含區塊、系統或電路之功能之一部分。此外，可跨越多個積體電路實施區塊、系統或電路之元件。此等積體電路可包括各種積體電路，包含但未必限於：一單體式積體電路、一覆晶積體電路、一多晶片模組積體電路及/或一混合信號積體電路。在一軟體實施方案之例項中，上文所揭示內容中所論述之各種區塊表示當在一處理器上執行時執行規定任務之可執行指令(例如，程式碼)。此等可執行指令可儲存於一或多個有形電腦可讀媒體中。在某些此等情形中，可使用 其軟體或韌體等效物來實施整個系統、區塊或電路。在其他例項下，可以軟件或韌件來實施一給定系統、區塊或電路之一個部分，而以硬體來實施其他部分。
儘管已以專用於結構特徵及/或程序操作之語言闡述了標的物，但應理解，在所附申請專利範圍中界定之標的物未必限定於上文所闡述之特定特徵或動作。而是，上文所闡述之特定特徵及動作係作為實施申請專利範圍之實例形式而揭示。
100‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置
102‧‧‧轉子/定子殼體
104‧‧‧轉子
110‧‧‧第一定子/定子
112‧‧‧第二定子/定子

Claims (25)

  1. 一種電動機/發電機/傳動裝置，其包括：一定子支撐件，其沿一第一方向縱向延伸，該定子支撐件具有一第一互動場元件及沿該第一方向與該第一互動場元件間隔開之一第二互動場元件；一轉子，其以可旋轉方式與該定子支撐件耦合，該轉子具有一旋轉軸及沿該第一方向延伸之一縱向支撐結構；及至少一第三互動場元件，其以可滑動方式與該縱向支撐結構耦合以沿著該縱向支撐結構平行於其旋轉軸在其中該第一互動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第一定向、其中該第二互動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第二定向以及其中該第一互動場元件及該第二互動場元件兩者皆不與該第三互動場元件嚙合之一第三定向之間平移。
  2. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其中該第一互動場元件、該第二互動場元件或該第三互動場元件中之至少一者包括一永久磁鐵。
  3. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其中該第一互動場元件包括具有一第一繞組組態之一第一導線繞組且該第二互動場元件包括具有不同於該第一繞組組態之一第二繞組組態之一第二導線繞組。
  4. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其中該縱向支撐結構包括一中心軸件，其中該定子支撐件之該第一互動場元件及該第二互動場元件經安置成圍繞該中心軸件之至少一部分。
  5. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其中該轉子經組態以與一第二電動機/發電機/傳動裝置之至少一第二轉子耦合以形成具 有由該轉子及該第二轉子形成之一共同軸之一多組電動機/發電機/傳動裝置。
  6. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其進一步包括至少一第四互動場元件，該第四互動場元件以可滑動方式與該縱向支撐結構耦合以沿著該縱向支撐結構平行於其旋轉軸在該第一互動場元件與該第四互動場元件嚙合、該第二互動場元件與該第四互動場元件嚙合以及該第一互動場元件及該第二互動場元件兩者皆不與該第四互動場元件嚙合之間平移。
  7. 如請求項6之電動機/發電機/傳動裝置，其中該第三互動場元件及該第四互動場元件在該轉子之一外表面之一周邊處彼此間隔開。
  8. 如請求項6之電動機/發電機/傳動裝置，其進一步包括至少一第五互動場元件，該第五互動場元件以可滑動方式與該縱向支撐結構耦合以沿著該縱向支撐結構平行於其旋轉軸在該第一互動場元件與該第五互動場元件嚙合、該第二互動場元件與該第五互動場元件嚙合以及該第一互動場元件及該第二互動場元件兩者皆不與該第五互動場元件嚙合之間平移。
  9. 如請求項8之電動機/發電機/傳動裝置，其中該第三互動場元件、該第四互動場元件及該第五互動場元件在該轉子之一外表面之一周邊處彼此相等地間隔開。
  10. 如請求項1之電動機/發電機/傳動裝置，其進一步包括經組態以使該第三互動場元件在該第一定向、該第二定向及該第三定向之間移動之一致動器。
  11. 如請求項10之電動機/發電機/傳動裝置，其中該致動器包括一螺線管、一線性運動螺絲、一氣壓缸或一液壓缸中之至少一者。
  12. 一種推進系統，其包括： 一推進裝置；一引擎，其用以選擇性地為該推進裝置提供動力；一可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置，其用以選擇性地為該推進裝置提供動力；一能量儲存裝置，其用以儲存能量以用於為該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置提供動力；及一控制器，其用以使該推進系統以其中該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置供應動力至該推進裝置之一第一模式及以其中該引擎供應動力至該推進裝置及該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置兩者之一第二模式選擇性地操作，其中當該推進系統以該第二模式操作時該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置供應能量以儲存於該能量儲存裝置中。
  13. 如請求項12之推進系統，其中該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置僅在該第一模式中供應動力至該推進裝置。
  14. 如請求項12之推進系統，其中該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置及該引擎兩者皆在該第一模式中供應動力至該推進裝置。
  15. 如請求項12之推進系統，其中該可變轉矩電動機/發電機/傳動裝置包括：一定子支撐件，其沿一第一方向縱向延伸，該定子支撐件具有一第一互動場元件及沿該第一方向與該第一互動場元件間隔開之一第二互動場元件；一轉子，其以可旋轉方式與該定子支撐件耦合，該轉子具有一旋轉軸及沿該第一方向延伸之一縱向支撐結構；及至少一第三互動場元件，其以可滑動方式與該縱向支撐結構耦合以沿著該縱向支撐結構平行於其旋轉軸在其中該第一互動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第一定向、其中該第二互 動場元件與該第三互動場元件嚙合之一第二定向以及其中該第一互動場元件及該第二互動場元件兩者皆不與該第三互動場元件嚙合之一第三定向之間平移。
  16. 如請求項12之推進系統，其中該推進裝置包括一船舶推進器，且該推進系統包括用於一海上船舶之一混合動力推進系統。
  17. 如請求項12之推進系統，其中該引擎包括一內燃機。
  18. 如請求項12之推進系統，其中該引擎包括一電池。
  19. 一種方法，其包括：使一電動機/發電機/傳動裝置之一定子之兩個或兩個以上多相定子繞組彼此串聯地連接；在該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此串聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第一轉矩操作；使該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯地連接；及在該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第二轉矩操作，該第二轉矩不同於該第一轉矩。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包括：使該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯且與該定子之一第二組兩個或兩個以上多相定子繞組串聯地連接；及在該兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯且與該第二組兩個或兩個以上多相定子繞組串聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第三轉矩操作，該第三轉矩在該第一轉矩與該第二轉矩之間。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包括：使該定子之一第三組兩個或兩個以上多相定子繞組彼此並聯且與該兩個或兩個以上多相定子繞組及該第二組兩個或兩個以 上多相定子繞組串聯地連接；及使該電動機/發電機/傳動裝置以在該第一轉矩與該第三轉矩之間的一第四轉矩操作。
  22. 如請求項19之方法，其中該兩個或兩個以上多相定子繞組包括該定子之三個或三個以上多相定子繞組，該方法進一步包括：使該三個或三個以上多相定子繞組彼此並聯且與該定子之一第二組三個或三個以上多相定子繞組串聯地連接；及在該三個或三個以上多相定子繞組彼此並聯且與該第二組三個或三個以上多相定子繞組串聯地連接時使該電動機/發電機/傳動裝置以一第三轉矩操作，該第三轉矩在該第一轉矩與該第二轉矩之間。
  23. 一種電動機/發電機/傳動裝置，其包括：一定子，其具有一第一多相定子繞組及一第二多相定子繞組；一轉子，其以可旋轉方式與該定子耦合，該轉子具有一旋轉軸，該定子或該轉子中之至少一者經組態以平行於該旋轉軸在其中該定子與該轉子嚙合之一第一定向與其中該定子與該轉子解嚙合之一第二定向之間平移；及切換電路，其經組態以在該電動機/發電機/傳動裝置以一第一轉矩操作時使該第一多相定子繞組及該第二多相定子繞組沿該第一定向串聯地連接，且在該電動機/發電機/傳動裝置以一第二轉矩操作時使該第一多相定子繞組及該第二多相定子繞組沿該第一定向並聯地連接，該第二轉矩不同於該第一轉矩。
  24. 如請求項23之電動機/發電機/傳動裝置，其中該定子包括一第三多相定子繞組及一第四多相定子繞組，該切換電路經組態以使該第一多相定子繞組及該第二多相定子繞組彼此並聯且與該第 三多相定子繞組及該第四多相定子繞組串聯地連接。
  25. 如請求項23之電動機/發電機/傳動裝置，其進一步包括一第二定子，該第二定子或該轉子中之至少一者經組態以平行於該旋轉軸在其中該第二定子與該轉子嚙合之一第三定向、其中該定子與該轉子嚙合之該第一定向以及其中該定子及該第二定子與該轉子解嚙合之該第二定向之間平移。
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