TWI837108B - 可變轉矩線性電動機、發電機及傳動裝置 - Google Patents

Abstract

一種線性電動機/發電機/傳動裝置系統包含：一導槽，其具有軌道；及複數個定子芯及線圈，其係沿著該導槽之長度均勻地安置且係安置在該導槽之中心。該系統亦包含經組態以沿著該導槽行進之一托架，該托架具有具交替極磁鐵之至少兩個磁條，每一磁條之每一連續磁鐵係在該托架之一行進方向上彼此前後地安裝。在實施例中，該等磁條係平行於該托架之一縱向中心線安裝且係安裝於該縱向中心線之兩側上，使得當毗鄰於該中心線且彼此毗鄰時，該至少兩個磁條係定位於該等定子線圈上方，且經組態而以可滑動方式遠離該托架之該中心線平移至其中該至少兩個磁條不在該等定子線圈上方之一位置。

Description

可變轉矩線性電動機、發電機及傳動裝置

本發明係關於電動機及發電機，且特別是關於一種線性電動機/發電機/傳動系統。

電動機及發電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。同樣地，線性電動機可在以其額定線性速度及磅拉力操作時以此相同效率操作。雖然徑向電動機及發電機以及線性電動機中之此窄高效額定值範圍係高的，但當此等相同電動機及發電機超過規定RPM、轉矩、線性速度及拉力額定值而操作時，效率有時顯著減少低至30%至60%。

在運輸部門中，貨物及人員自一個點移動至另一點需要顯著開始、停止及速度變化。線性電動機最常用於使貨物及/或人員自一個點移動至另一點。永久磁鐵對於線性電動機而言有吸引力之處在於：僅需要將外部電力供應至線性電動機之固定或定子側，從而簡化構造且大大增加速度及拉力之效率範圍。但永久磁鐵線性電動機在其效率範圍方面仍受限。其亦具有關於在處於慣性模式中時由於永久磁鐵連續經過定子之鐵芯而導致反電動勢及極端曳力之一問題。

相關申請案之交叉參考

2014年8月1日提出申請之第62/032,468號美國臨時申請案；2015年4月13日提出申請之第62/146,694號美國臨時申請案；2015年4月13日提出申請之第62/146,725號美國臨時申請案；2016年4月13日提出申請之第62/322,052號美國臨時申請案；2016年6月22日提出申請之第62/353,413號美國臨時申請案；2016年9月26日提出申請之第62/399,907號美國臨時申請案；2015年7月31日提出申請之第14/815,733號美國非臨時專利申請案(第9,479,037號美國專利)；2016年10月24日提出申請之第15/332,824號美國非臨時專利申請案；及2017年4月13日提出申請之第15/486,727號美國非臨時專利申請案係以其全文引用的方式併入本文中。概述

永久磁鐵電動機及發電機之當前技術水平係：轉子之磁場係不可調整的，而是固定的。因此，大多數電動機及發電機針對一特定速度及轉矩以一非常窄之最佳效率範圍來設計。一電動機或發電機中之高轉矩要求需要更強大永久磁鐵，該等更強大永久磁鐵又形成一大反電動勢，又以高電壓及安培數來克服該大反電動勢。當電動機速度及轉矩係恆定的時，電動機或發電機可經設計以在其設計速度及轉矩下達到最佳效率。此效率多次超過90%。因此，在製造此等電動機時，定子芯、芯繞組及永久磁鐵全部經選擇而以可能最高效方式共同作用以在一最佳或臨限效率下產生選定設計轉矩、rpm與伏特、安培比。一旦此等關鍵組件經選擇且放置於電動機或發電機中，其在目前技術水平下便無法改變。僅可改變一發電機中之驅動力之功率及速度以及進入電動機之電之伏特及安培數。但當此相同電動機或發電機投入使用(其中速度及轉矩諸如在陸上交通工具及/或風力或水力發電機中變化很大)時，固定磁鐵之反電動勢在速度及轉矩要求小於所設計之最大值時仍然必須經克服且定子佈線在速度及轉矩大於所設計之最大值時係充足的且適當地經定大小。當其並非如此時，對於例如捷運交通工具、汽車或風力/水力發電機及諸如此類，電動機或發電機之總體效率在諸多情形中顯著下降低至20%。

本發明針對於一種能夠以高效率寬廣伏特及安培數操作範圍以及極其可變轉矩及RPM條件操作之發電機及/或電動機傳動系統。本發明在一混合動力交通工具中利用可再生資源(諸如不一致風速)、過早海浪移動或制動能量之可變性且更高效地增加發電電位(習用發電機無法做到)。在電動機方面，本發明產生一可變範圍之轉矩/RPM可能性以更高效地滿足混合動力交通工具之要求。系統可(例如)藉由以下操作動態地改變電動機/發電機之輸出「大小」：藉由使定子中之多個非絞合併聯線圈導線在全部串聯連接、全部並聯連接或其組合之間切換而使在定子中所感應之磁場變化，且相應地使作用於定子上之永久磁鐵之磁場變化、對該磁場進行調整或將該磁場聚焦，且在功率需求增加或減小時以模組化方式將轉子/定子組嚙合及解嚙合。而且在轉矩/RPM或安培數/電壓要求改變時，系統可啟動轉子/定子組內之一個定子或另一者(在連接至一共同電腦處理器之多個MGT機組中)且透過2個、4個、6個或更多個並聯三相非絞合線圈繞組之組自並聯繞組改變至串聯繞組或自串聯繞組改變至並聯繞組以滿足轉矩/RPM或安培數/電壓要求從而改良(例如，最佳化或幾乎最佳化)效率。

如本文中先前所論述，永久磁鐵電動機及發電機之當前技術水平係：一轉子之磁場係不可調整的，而係固定的。雖然一永久磁鐵之磁場確實係固定的，但轉子之永久磁鐵與定子之芯之間的磁通量之交變流及定子芯之導線中之電之交變流判定一永久磁鐵電動機或發電機將如何操作。在存在在轉子磁鐵與定子芯之間流動之小量磁通量之情況下，好似電動機/發電機之轉子裝配有小或較低強度永久磁鐵。若在轉子磁鐵與定子芯之間流動之通量之量係大的，則相反情形成立。當小的永久磁鐵用於一電動機之轉子中時，定子芯線圈中之導線以必要匝數適當地經定大小以在定子齒狀件(或芯)中產生將與轉子磁鐵之磁場高效地發生反應之一磁場以在其之間產生最佳(或幾乎最佳)通量流或相互作用以及最佳(或幾乎最佳)轉矩或rpm。在一發電機之情形中，導線以必要匝數經定大小以高效地容納由旋轉轉子上之永久磁鐵在定子芯中感應到之交變通量所產生之電且在諸多情形中甚至在永久磁鐵係相同大小時將不同於電動機之導線。當在轉子中使用大的永久磁鐵時，電動機及發電機兩者中之定子芯之導線以必要匝數適當地經定大小同樣成立。然而，大的永久磁鐵電動機中之導線及安匝數不同於小的永久磁鐵電動機/發電機中之導線及安匝數，且兩個電動機/發電機之輸出大小係動態地不同的。

本發明揭示一種電動機/發電機/傳動裝置(MGT)系統，其具有可在一預定義範圍內以比先前在目前技術水平下可能之效能更高效之效能動態地改變之一輸出。自轉子磁鐵流動至定子芯或與定子芯相互作用的永久磁鐵之交變通量可藉助數個不同技術而變化或經調整，舉例而言：(1)藉由使轉子磁鐵與定子芯之對準變化，其中來自轉子磁鐵之徑向通量在不同程度上與定子芯部分地嚙合；(2)利用兩個轉子，在定子之中心平面之兩側上各有一個轉子，其中包圍轉子之交替南北磁極相對於彼此在相同徑向位置中，自定子之中心平面至轉子之中心平面之距離可變化，來自兩個轉子上之磁鐵之極磁場彼此相對，其中使兩個轉子之間的經組合極磁場在徑向方向上偏轉、扭曲或聚焦，從而在徑向方向上形成比將自單獨作用之兩個轉子及其各別磁鐵之場之總和所獲得之通量場或流大的進入定子芯中之一通量場或流-藉由使轉子移動為更靠近於彼此且移動至定子之中心平面或藉由使轉子進一步移動漸遠而調整此場；及(3)技術(1)與(2)之一組合共同作用於相同定子上。利用此等技術中之任一者來調整定子與轉子之間的磁通量之流具有能夠在其操作期間任何時間改變MGT系統之永久磁鐵之大小的一相同或類似效應。

改變佈線及匝數以修改一定子芯之通量且在一芯線圈導線中流動之電並不像自轉子永久磁鐵流動之通量那樣容易調整或變化。然而，本發明提供用以達成定子芯線圈中之明顯不同伏特/安培特性之若干個方法及組態，其中每一定子芯可經組態以藉由調整因轉子作用於定子上而產生之極磁通量而達成轉子與定子之間的一最佳化(或幾乎最佳化)通量流從而改良效率。此可藉由以下操作來完成：在一中心分接頭處分開多相定子佈線且在芯繞組中為每一相引線提供多個非絞合併聯導線(且在某些情形中具有不同大小之導線)，其中能夠以全部串聯組態、全部並聯組態及並聯組態與串聯組態之組合切換且連接該多個導線。在某些實施方案中，可將一或多個導線斷開連接以提供額外組態(例如，自一個六導線系統下降至一個四導線系統或諸如此類)。在某些實施方案中，相繞組亦可自一星形或Y字形(Y)組態切換至一Δ (例如，三角形)組態。在某些實施方案中，系統可提供具有在同一定子上之單獨控制器之兩個單獨多相佈線組態，且在某些實施方案中將每一相引線中之線圈(其中包含多個導線)分開使得任一單獨多相組態中之定子相位中之任一者可經切換(例如，使用電子開關)而以星形(Y)或Δ組態來串聯、並聯或以其組合方式連接。

在實施例中，MGT系統亦可藉由將多個模組化MGT機組(例如，每一者具有各別定子及轉子)接合在一起而經調整以使總體系統輸出變化。舉例而言，該等MGT機組可在來自一中央處理器之共同控制下接合在一起，其中MGT機組可共同操作以達成經增加功率或至少一個MGT機組可操作而另一MGT機組處於空檔中。該等MGT機組亦可經組態以在不同串聯、並聯或組合(亦即，串聯與並聯)佈線及切換組合之間前後換檔以提供各種組合之間的平滑過渡。該等MGT機組亦可在Δ或星形相位組態與每一相位中之多個導線之串聯/並聯切換之間前後換檔。

在本發明之實施例中，任一單個MGT機組可具有本文中所闡述之多重佈線及切換之組合中之任何或全部組合，包含使多個導線繞組在Δ與Y字形組態之間切換，該多個導線繞組係串聯的或並聯的或呈彼此串聯連接的並聯之兩個或兩個以上導線之組之形式，且在MGT機組/系統係多極之情況下，一相繞組之個別線圈可串聯連接或並聯連接或以彼此串聯連接的並聯之兩個或兩個以上線圈之組之形式連接，從而在可以電子方式重新組態以滿足廣泛變化條件之一單個電動機/發電機中提供一寬廣伏特/安培與轉矩速度比範圍。與轉子磁場在一或多個MGT機組中之第一定子、第二定子或更多定子之間的機械換檔耦合之此特徵(例如，能夠控制任一定子之不嚙合及/或兩個定子中之一個定子或任一組合之局部嚙合)及將該或該等轉子之磁場聚焦於定子芯上之能力透過一電腦系統處理器提供如下之一能力：選擇及快速改變定子之繞組組態以滿足可在最佳(或接近最佳或以其他方式選定)能量效率下對MGT機組/系統施加之廣泛可變速度及轉矩要求。在一第一佈線組態中使轉子之磁場與一第一定子嚙合、將第二定子切換至一第二佈線組態且然後使轉子之磁場自第一定子過渡至第二定子之能力提供第一設定之轉矩/速度與第二設定之轉矩/速度之間的一平滑功率轉移且藉由微調轉子磁鐵與定子線圈之間的嚙合程度而進一步允許電腦系統調整、增加或減小轉子磁鐵與定子之間的磁場之強度從而在幾乎任何所要速度及轉矩下最佳化MGT機組/系統之功率效率。相同平滑功率過渡適用於使兩個定子與轉子之磁場嚙合且藉由切換第一定子及然後第二定子而將定子自一個佈線組態切換至另一佈線組態時，且在切換之間的間隔中，磁場與一個或兩個定子之嚙合經調整以適應兩個佈線組態之間的一平滑過渡且改良MGT機組/系統之功率效率。

本發明亦提供用於調整一電動機或發電機中之永久磁鐵轉子之磁場之系統及方法。其藉由以下方式如此操作：調整或聚焦作用於定子芯上之磁場以在任一給定時間處滿足電動機或發電機之轉矩速度要求。藉由減小或增加作用於定子芯上之磁場，MGT系統又減小或增加反電動勢且需要更低或更高電壓及安培數(功率)來運行電動機，或使轉動一發電機所需要之轉矩(例如，風速)變化，因此允許採用MGT系統之電動機/發電機調整反電動勢以滿足變化之條件且在比以往可能之範圍更寬廣之範圍內以更大效率操作電動機/發電機。在具有此等能力之情況下，MGT系統可以高效率將轉子及定子兩者之磁場之相互作用之強度控制在一相對均勻可變功率要求範圍內。任一電動機之效率取決於定子之電磁場與轉子(與定子相互作用)之電磁場之間的平衡。MGT機組中之逆變器/控制器之當前技術水平可調節來自電池或其他電源之電壓，此又在導線及電壓源之容量內調節定子線圈導線中之安培數。MGT機組可在不同佈線組合之間切換，每一佈線組合中具有一不同電阻從而在每一佈線組合中形成一不同安匝範圍，此乃因逆變器/控制器透過電腦處理器將每一佈線組態中之電壓自低增加至高。然後藉助電壓調節來組態、組合且協調不同佈線組態，使得可在一大大延伸之範圍內均勻地調節(增加或減小)在定子線圈中流動之安培數之總體範圍，此乃因電腦處理器將佈線自一個組態切換至下一組態，從而相應地改變定子線圈中之安匝之值及所得磁場強度。在MGT機組能夠藉由使該或該等轉子相對於定子移動而在自低至高之一更大範圍內聚焦或控制與定子線圈相互作用之轉子磁鐵之磁場之情況下，電腦程序可經組態以使轉子相對於定子之位置隨定子線圈中之安匝而變，使得轉子經定位以提供最佳效率或定子線圈與轉子永久磁鐵之磁場之間的平衡。

亦揭示一種線性電動機/發電機/傳動裝置(LMGT)系統，該線性電動機/發電機/傳動裝置(LMGT)系統經組態以主動地變化且自其永久磁鐵聚焦磁場。在實施例中，該LMGT系統包含：一導槽，其具有軌道或其他線性運動導引機構；及複數個定子芯及線圈，其沿著該導槽之長度均勻地安置且安置在該導槽之中心。該複數個定子線圈之每一相位以三個或三個以上線圈之組之形式包含並聯非絞合線之一各別組，其中電子開關用於將該三個或三個以上定子線圈之每一相位之並聯非絞合線全部串聯、全部並聯或以串聯與並聯之一組合方式連接。該LMGT系統亦包含：托架，其可藉助輪或其他線性運動裝置沿著導槽行進；及至少兩個或兩個以上磁鐵固持桿(在本文中亦稱為「磁條」)，其上面安裝有交替極磁鐵。每一磁條上之每一連續磁鐵(若不止一個)在托架行進之方向上安裝在另一者前面，其中兩個或兩個以上磁條以可滑動方式安裝至托架，平行於托架之縱向中心線且位於托架之縱向中心線之兩側上，使得當毗鄰於中心線且彼此毗鄰時其定位於定子線圈上方且可以可滑動方式遠離托架之中心線平移至其不位於定子線圈上方之一位置。實例性實施方案 — 包含可選擇性地移動之定子之 MGT

一般參考圖1至圖6，根據本發明之某些實施例闡述MGT機組及系統。圖1展示一MGT機組300，其在某些實施例中可連接至一或多個額外MGT機組300以形成一較大MGT系統。如圖2至圖6中所展示，MGT機組300包含可旋轉地耦合至一軸308之一轉子314。轉子314及軸308 (轉子固定至其)具有一旋轉軸線306，其中軸308在一第一方向上沿著旋轉軸線306縱向延伸。MGT機組300亦包含亦在第一方向上縱向延伸之定子機座302且包含一或多個定子環(例如，一第一定子環310、一第二定子環312及可能一第三定子環、一第四定子環及諸如此類)，其中該等定子環中之每一者包含複數個定子芯，其中定子芯之各別線圈/繞組圍繞定子環之一周邊安置。在本發明之實施例中，定子環在第一方向上彼此間隔開。轉子304包含至少一個轉子環314，其中永久磁鐵圍繞轉子環314之周邊安置。轉子環314可與軸308耦合。

在本發明之實施例中，定子環310及定子環312可在三個或三個以上位置之間致動。定子環310及定子環312可容納於定子機座302內或耦合至可由一致動器移動之任何其他支撐結構。定子環310及定子環312可各自具有不同芯及/或繞組組態，使得當定子環310及定子環312在一第一定子位置(其中定子環312與轉子環314嚙合)、一第二定子位置(其中定子環310與轉子環314嚙合)及一第三位置(其中定子環310及定子環312兩者皆不與轉子環314嚙合)之間平移時可改變一MGT機組300之操作特性。應注意，定子位置之次序藉由實例方式而提供且不意欲限制本發明。在其他實施例中，一空檔定子位置可定位於兩個定子之間。一空檔定子位置亦可位於MGT機組300之一不同端處。此外，一MGT機組300可包含一個以上空檔位置等等。在本發明之實施例中，轉子環314之磁鐵可在轉子環314之周邊上相等地間隔開，其中磁鐵之外周邊表面距定子環310/312芯表面之內周邊表面為一經定義最小距離(例如，間隙)，從而致使在轉子環314旋轉時電在定子繞組中流動(若充當一發電機)，或致使轉子環314旋轉(若電流自一外部源供應至定子繞組)。

定子環310及312可係完全相同的、可重新組態的及/或結構不同的。舉例而言，定子環310及312可採用不同定子繞組或可選擇性地重新組態之定子繞組(例如，如本文中所闡述)以提供不同功率、轉矩、安培數及/或電壓容量及效率。在某些實施例中，一電腦系統可用於發送命令至定子環之致動器以使定子環進出於定子位置而移動以在廣泛變化之輸入及輸出條件下達成增強效率，諸如風力發電機、用於城市公交之電動機等等。在實施例中，一致動器322 (例如，一步進電動機、線性致動器或諸如此類)可與定子環310及定子環312直接或間接耦合。在某些實施例中，致動器322可包含經組態以驅動含有定子環310及定子環312之定子機座302之一臂，藉此致使定子環310及定子環312相對於轉子環314移動至一所要位置。

在本發明之實施例中，多個MGT機組300可連接在一起(例如，如參考圖1所闡述之端對端)。舉例而言，軸308可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MGT機組300可包含一或多個端板316，端板316可包含軸承(例如，旋轉軸承)。在某些實施例中，兩個或兩個以上MGT機組300之軸308可連接在一起以允許將額外MGT機組300添加在線內(例如，在一共同控制系統下以形成具有可變轉矩及/或功率能力之更大且更強大機組)。一第一MGT機組300之軸308可包含經組態以延伸至一毗鄰定位之第二MGT機組300之一端板316之一接納腔中之一凸端318，藉此凸端318可連接至一第二MGT機組300之一軸308之一凹端320。實例性實施方案 — 包含可選擇性地移動之轉子之 MGT

一般參考圖16至圖24，根據本發明之額外實施例闡述MGT機組400及系統。圖16至圖24展示採用可變轉矩磁聚焦之一MGT機組400/系統之一實施例。舉例而言，一MGT機組400可經組態以聚焦且調節轉子環444與至少一個定子環439之間的磁通量之相互作用。為進行此操作，MGT機組400採用至少兩個轉子，在定子環439之一中心平面之兩側上各有一個轉子，使得該等轉子可各自朝向定子之中心平面或遠離定子之中心平面平移。當轉子環444自其距定子之中心平面之最遠點朝向定子之中心平面平移時，轉子環444與定子環439之間的磁通量之相互作用增加，因此允許磁通量經聚焦(例如，調整)使得可控制轉子環444與定子環439之間的磁相互作用以最佳化或改良系統效率。

在一實例性實施方案中，轉子環444可在至少以下位置之間平移：(1)一第一位置，其中轉子環444之內側邊緣距定子環439之外側邊緣為大致一個轉子長度或更多(永久磁鐵443在軸向方向上之長度) (例如，如圖22中所展示)；(2)一第二位置，其中轉子環444之內側邊緣與定子環439之外側邊緣對齊(例如，如圖23中所展示)；及一第三位置，其中轉子環444之內側邊緣與定子環439之中心平面對齊(例如，如圖24中所展示)。在第一位置(1)中，當藉由外部力使轉子轉動時存在最少的或不存在轉子環444與定子環439之間的磁通量之相互作用且不存在或存在最少的在定子導線中流動之電。可將此視為MGT機組400之一空檔位置。當轉子環444自第一位置(1)平移至第二位置(2)時，轉子環444上之永久磁鐵443之極磁場開始彼此相對且在徑向方向上朝向定子芯偏轉或聚焦，從而在轉子磁鐵443與定子芯之間形成比兩個轉子及其各別磁鐵443之總和將僅僅自同一位置所產生的大之一相互作用或磁通量流，且其中自轉子環444至定子環439之磁場之相互作用在轉子環444自第一位置(1)移動至第二位置(2)時以指數方式增加，但具有低值，但作為一發電機足以提供低或涓流電力以隨著時間將一混合動力交通工具中之電池再充電，該混合交通工具在不具有或具有最少額外拖延之燃燒功率或一燃機所必需之額外功率下操作。在轉子環444自第二位置(2)平移至第三位置(3)時，自轉子環444至定子環439之磁場或通量流之相互作用線性增加至轉子磁鐵443與定子芯之間的最大相互作用或通量流，在充當一發電機或電動機時產生之電力亦如此。

一般參考圖16至圖24，MGT機組400可具有一殼體，該殼體包含一封蓋430、一前端板420、一後端板420及一端板封蓋422。如圖19中所展示，前端板420及端板封蓋422為一電動機控制盒424提供一圍封件，電動機控制盒424可包含線性致動器步進電動機432及462以及佈線連接(未展示)。MGT機組400可包含一軸410，軸410具有一有槽凸連接端及一有槽凹連接端以及用於接合MGT機組400與其他MGT機組400之螺栓連接。連接端可係為允許兩個或兩個以上MGT機組400實體地配合之任一類型，藉此MGT機組400之軸410經接合且作為一個共同軸而轉動。一端板420亦可接受用於接合其他所製造設備(包含汽車發動機及傳動裝置)之符合工業標準之一適配器板。兩個或兩個以上MGT機組400之前端板及後端板420可螺栓連接在一起以確保任一數目個模組之實體連續性。

後端板420可係為允許另一MGT機組400配合至其之任一類型，藉此MGT機組400之軸410經接合且作為一個共同軸而轉動。後端板420為軸410之一有槽凹端及用於將軸410接合至其他MGT機組400之螺栓連接提供一殼體。後端板亦可接受用於接合其他所製造設備(包含汽車發動機及傳動裝置)之符合工業標準之一適配器板。兩個或兩個以上MGT機組之前端板及後端板可螺栓連接在一起以確保任一數目個模組之實體連續性。

轉子環444以可滑動方式耦合至一轉子支撐結構446，轉子支撐結構446耦合至軸410。轉子支撐結構446可包含：兩個端盤448，其間隔開且垂直於穿過其中心點之軸410而固定；複數個(例如，三個或三個以上)線性滑動棒447，其平行於軸410，自軸410徑向向外且圍繞軸410相等地間隔開，在每一端上固定至一端盤448。轉子支撐結構446與軸410一起旋轉。在一項實施方案中，前部端盤448在端板420附近固定至軸410，且後端盤448包含在軸向方向上穿過後盤之三個或三個以上孔，該等孔自軸410向外且圍繞軸410與套管或線性軸承(未展示)相等地間隔開以允許轉子推棒在軸向方向上穿過後端盤448通過及自由移動但相對於軸410維持其徑向位置。

一轉子推動器/拉動器471可包含間隔開且自後轉子環444及後轉子支撐端盤448向後之一推動盤472。推動盤472藉助於一套管或線性軸承(未展示)以可滑動方式固定至穿過其中心點之軸410以允許推動盤472在軸向方向上平移。轉子推動器/拉動器471亦包含複數個(例如，三個或三個以上)線性滑動棒475，線性滑動棒475間隔開且自軸410向外，圍繞軸410相等地間隔開從而穿過轉子支撐後端盤448中之套管或線性軸承，且固定至後轉子。

一平移桿467可包括一扁平桿，該扁平桿具有在桿之中心垂直於桿之扁平面之一孔。平移桿467在兩個方向上延伸遠離中心孔(直徑稍微大於MGT軸410直徑之一孔)，其中軸410可垂直於平移桿467穿過該桿中之孔，且其中該桿藉由推力軸承固定至推動盤472之後面且在每一端上固定至轉子線性致動器螺桿465。線性致動器螺桿465平行於軸410安裝在轉子環444、轉子支撐結構端板420及定子外部，且其延伸穿過平移桿467之每一端中之螺紋孔，使得當轉子支撐結構446及轉子推動器/拉動器471與軸410一起旋轉時-當使線性致動器螺桿465順時針或逆時針轉動時平移桿467未必但可在軸向方向上移動或平移。因此，當平移桿467在軸向方向上移動時，轉子推動器/拉動器471在與後轉子環444相同之方向上移動。

MGT機組400亦包含轉子線性致動器461，轉子線性致動器461接收來自電腦系統之命令以啟動延伸穿過平移桿467中之螺紋孔之兩個或兩個以上螺紋轉子線性致動器螺桿465且使螺紋轉子線性致動器螺桿465轉動，從而在使螺紋桿465轉動時致使平移桿467在軸向方向上前後移動。螺紋轉子線性致動器螺桿465平行於軸410且在轉子環444、定子環439、轉子推動器/拉動器471及轉子支撐結構446外部，且以可旋轉方式固定至MGT端板420從而延伸穿過前端板420，其中步進電動機462作為一直接驅動(每一螺紋轉子線性致動器螺桿465具有一個步進電動機)或作為一單個步進電動機與鏈式驅動或帶式驅動附接至每一螺紋轉子線性致動器螺桿465。平移桿467與致動器螺桿465之間的連接可係一習用凸螺紋螺桿及平移桿467中之凹螺紋孔或者一習用滾珠螺桿配置。

一定子支撐結構440可包含兩個或兩個以上線性滑動棒442，線性滑動棒442圍繞軸410相等地間隔開，平行於軸410，在轉子、定子、轉子推動器/拉動器471及轉子支撐結構446外部。定子支撐結構440在前端板420與後端板420之間延伸。線性承載塊438可以可滑動方式固定至定子支撐結構440以在兩個方向上在端板420之間平移，其中線性承載塊438又固定至定子環439，從而將定子環439固持於其中其中心軸線與MGT軸410之軸線同軸之一位置中，且其定子芯之圓周面與圓周轉子磁鐵面分開一小氣隙。

MGT機組400亦可包含接收來自電腦系統之命令以啟動且轉動兩個或兩個以上螺紋定子線性致動器螺桿435之定子線性致動器431 (例如，步進電動機432)。螺紋定子線性致動器螺桿435平行於軸410且在轉子環444、定子環439、轉子推動器/拉動器471及轉子支撐結構446外部，且以可旋轉方式固定至MGT端板420，從而延伸穿過前端板420，其中步進電動機432作為一直接驅動(每一螺紋定子線性致動器螺桿435具有一個步進電動機)或作為一單個步進電動機與鏈式或帶式驅動附接至每一螺紋定子線性致動器螺桿435。線性螺桿或滾珠螺桿軸承塊437固定至每一螺桿435以在藉由步進電動機432使螺桿轉動時在軸向方向上前後平移，線性螺桿或滾珠螺桿軸承塊437又固定至定子環439從而致使定子環439基於來自電腦系統之命令而相對於轉子環444定位於一經界定點中。

在實施例中，定子環439可包括在軸向方向上堆疊在一起之層壓鐵板環，其中穿過板之狹槽在定子環439之內表面上形成齒狀件(芯)，使得當堆疊在一起時導線可插入於在平行於MGT軸410之軸向方向上伸展定子之長度之狹槽中(例如，以與電動機之定子之目前最佳技術之正常行業慣例一致之一方式)。藉由以下操作(例如)以與多相電動機定子之佈線之目前最佳技術之正常行業慣例一致之一方式將導線放置於狹槽中：將導線纏繞在一或多個齒形件(芯)上以形成一線圈441及圍繞定子環439之周邊均勻地間隔開之連續的一系列線圈441，除每一線圈441相引線之導線包含彼此並聯且在一切換系統(其可將多個導線放置為全部串聯、全部並聯或串聯與並聯之一組合以取決於導線數目而達成若干個不同佈線組態)中之中心分接頭處分開之兩個或兩個以上非絞合線之外。該切換系統亦可經組態以將相位佈線放置於星形/Y字形(「Y」)或Δ佈線組態中，其中根據電腦系統之命令控制去往線圈441之電力之電壓安培數及頻率。本文中進一步論述各種定子繞組組態之實例性實施方案。定子繞組及切換系統實施方案中之任一者可應用於本文中所闡述之一MGT機組400之任一實施例。

轉子環444包含永久磁鐵443，永久磁鐵443可圍繞一或若干鐵盤之周邊均勻地間隔開。轉子環444固定至轉子支撐結構446之線性滑動棒447，且轉子環444中之至少一者以可滑動方式固定至伸展穿過轉子盤中之套管或線性軸承從而緊固轉子環444之線性滑動棒447，使得轉子環444之旋轉軸線與軸410旋轉軸線共線。當轉子環444定位在定子環439下面時，轉子環444之外表面與定子環439之內表面分開一小氣隙。以可滑動方式固定之轉子環444可基於自電腦系統至轉子線性致動器461之命令而在軸向方向上移動以相對於定子環439定位於一經界定點中。

如本文中先前所論述，圖22至圖24展示轉子環444相對於定子環439之實例性定位。舉例而言，圖22展示藉由在定子環439之兩側上之線性致動器定位之轉子環444 (在軸向方向上與定子環439之邊緣分開大致一個轉子長度)，其中轉子磁鐵443與定子繞組之間的通量之相互作用係非常低的(例如，可以忽略或不存在的)且MGT機組400有效地處於一空檔位置中。

圖23展示定位於定子環439之兩側上之轉子環444，其中定子環439之外邊緣與轉子環444之內邊緣接近對準。在此定位中，轉子磁鐵443與定子繞組之間的通量之相互作用與用以使轉子環444轉動之力一樣係低的。若在一發電機中採用MGT機組400，則此使得(例如)在混合動力交通工具中當在燃燒功率下操作交通工具且在不具有或具有最少的來自燃機(基本上基於來自移動中交通工具之浪費慣性功率而操作)之額外功率之情況下如此操作時產生對電池之再充電電力係可行的。當轉子環444自空檔位置移動至定子對準之邊緣時，在作為一發電機以恆定RPM操作時產生之電壓自零或接近零以指數方式增加至在轉子環444之內邊緣與定子環439之外邊緣對準時達成之低值。

圖24展示在或實質上在定子環439之覆蓋範圍內被放在一起之轉子環444，例如，其中轉子環444之內邊緣定中心於定子環439之中心平面上。在此定位中，轉子磁鐵443與定子繞組之間的通量之相互作用可處於其最大值且在作為一發電機操作時產生之電壓亦可處於其最大值。在其中轉子環444之內邊緣位於定子環439之外邊緣處與其中轉子環444之內邊緣位於定子環439之中心平面處之間的任一點處，所產生之電壓與內轉子環邊緣自外定子環邊緣至定子環439之中心平面(此可係最大值)之距離成比例。

應注意，雖然本文中闡述轉子環444相對於定子環439之三個不同位置，但轉子環444及視情況定子環439可重新定位於MGT機組400之組件(例如，滑動桿、平移桿、致動器等)所允許之任一數目個位置處。就此而言，MGT機組400可以一高精確度經磁聚焦以最佳化總體系統效率，無論用作一電動機還是一發電機。

圖25至圖36展示採用可變轉矩磁聚焦之一MGT機組500/系統之另一實施例。圖25至圖36中所展示之實施例與圖16至圖24中所展示之實施例之間的差異在於：平移轉子環544及可能定子環539以將組件重新組態至位置1、2及3 (上文所闡述)及其之間的任何位置之方法及方式。進一步預期，可在不背離本發明之範疇之情況下採用重新定位轉子環544及可能定子環539之額外方法。

圖25展示具有一殼體之MGT機組500之一實施例，該殼體包含一封蓋530及端板520 (例如，類似於圖16至圖24之MGT機組400之彼等)。圖26及圖27展示在封蓋530經移除且定子環539之各別定子繞組(線圈541)纏繞在其定子芯上之情況下之MGT機組500。定子環539可由包括複數個(例如，三個或三個以上)定子支撐桿542之一定子支撐結構540支撐，定子支撐桿542可圍繞定子環539之周邊均勻地間隔開從而在兩個端板520之間延伸，固定至端板520及定子環539以將定子固持於一固定位置中，該固定位置可在MGT機組500之中心附近(其中MGT機組500之中心平面垂直於軸510之軸線)、與轉子支撐結構546之中心平面一致(其中轉子支撐結構546之中心軸線與軸510之中心軸線共線)。

圖28至圖31展示滑動轉子支撐結構546之各種視圖，其中轉子支撐結構546藉助複數個(例如，三個或三個以上)線性滑動棒547被固定至軸510，線性滑動棒547可圍繞轉子支撐結構546之周邊均勻地間隔開，從而平行於軸510伸展穿過轉子支撐結構546之內側邊緣，以距軸510之中心軸線相等的距離剛性固定至轉子支撐結構546，其中滑動桿端板環548被固定至線性滑動棒547之端。兩個轉子環544藉由轉子環544中之套管或線性軸承(未展示)，以可滑動方式被固定至線性滑動棒547，從而允許轉子環544在軸向方向上，於轉子支撐結構546之中心平面與滑動桿端板520之間朝向或遠離彼此移動。永久磁鐵543係圍繞每一轉子環544的周邊安裝成使交替南北極徑向面向外而均勻地間隔開。轉子磁鐵543之外圓周面可距軸510之中心軸線有一恆定距離，從而在定子之中心平面(垂直於轉子軸510)與轉子環544之內側邊緣共面時，提供轉子磁鐵543之圓周面與定子環539之內圓周面之間之一小氣隙。每一轉子上之轉子磁鐵543的南北極圍繞每一轉子環544的周邊被固定於相同徑向位置中，使得當轉子環544一起平移時，第一轉子環544上的北極磁鐵543係位於與第二轉子環544上之北極磁鐵543相同的徑向位置中，從而直接彼此相對。

圖32至圖36展示轉子線性致動器550之一實施例。在此實施例中，存在針對每一轉子環544之一個轉子線性致動器550。在其他實施例中，可存在針對兩個轉子環544之僅一個轉子線性致動器，或可存在針對轉子環544之至少一個線性致動器及針對定子環539之至少一個線性致動器。轉子線性致動器550可包含一步進電動機552、一驅動帶553、一驅動齒輪554、兩組行星齒輪556、一螺桿致動器551，及一行星齒輪殼體555。螺桿致動器551係在其外部表面上螺紋連接達其長度之大部分之一空心管。螺桿致動器551圍繞伸展穿過其，從而自轉子支撐結構546向外延伸之軸510裝配。螺桿致動器551藉由在每一端上之套管或旋轉軸承(未展示)以可旋轉方式被固定至軸510。螺桿致動器551在面對轉子支撐結構546之端上與在轉子環544之中心之一孔中之匹配螺紋進行螺紋配合，使得當螺桿致動器551相對於軸510轉動時，轉子環544將在軸向方向上取決於螺桿致動器551順時針還是逆時針轉動而在任一方向上平移。螺桿致動器551在遠離轉子支撐結構546之端上被固定至最靠近於轉子支撐結構546之內組行星齒輪558的太陽齒輪。螺桿致動器551及第一太陽齒輪一般與軸510一起旋轉，從而使具有共同軸510之行星齒輪與外組行星齒輪557上之行星齒輪一起轉動，外組行星齒輪557之太陽齒輪被固定至轉子軸件，且其環形齒輪被固定至行星齒輪殼體，該行星齒輪殼體又被固定至端板520。當藉由來自電腦系統之命令啟動步進電動機552時，驅動帶553使行星組556上之環形齒輪轉動，從而致使螺桿致動器551相對於軸510之軸線轉動，從而致使轉子環544在本文中先前所闡述之位置1、2及3 (及任何其他位置)之間平移，如由電腦系統基於透過一使用者介面接收之感測器資訊及/或命令而選擇。實例性實施方案 — 可變定子繞組組態

現在參考圖7至圖14，一定子組態(例如，用於本文中所闡述之定子環中之任一者)可包括一分開中心3相佈線(例如，如圖7中所展示)。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)鏈接至一個點。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7中所展示，相位可為分開的使得將選擇性地連接中心連接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，一分開中心3相佈線包含一2線組態(例如，如圖8中所展示)。兩個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3具有分開中心連接(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與2c同樣如此。

在2線組態中，存在可用之並聯(檔位#4)及串聯(檔位#1)模式。個別繞組區段在以並聯模式(檔位#4)操作時可包含：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。個別繞組區段在以串聯模式(檔位#1)操作時可包含：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，每一主動繞組區段在於恆定功率下用作一發電機時載運並聯模式(檔位#4)之電壓之二分之一及存在於並聯模式組態中之電流之¼。

在另一實施例中，一定子組態可包括包含一4線組態之一分開中心3相佈線(例如，如圖9中所展示)。四個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3可具有分開中心連接(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(檔位#4)、並聯/串聯(檔位#2)及串聯(檔位#1)模式。個別繞組區段在以並聯模式(檔位#4)操作時可包含：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。個別繞組區段在以串聯/並聯模式(檔位#2)操作時可包含：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(檔位#2)中，每一主動繞組區段載送並聯模式(檔位#4)之電壓之二分之一及存在於並聯模式(檔位#4)組態中之電流之1/4。個別繞組區段在以串聯模式(檔位#1)操作時可包含：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(檔位#1)中，每一主動繞組區段在於恆定功率下用作一發電機時載運並聯模式(檔位#4)之電壓之四分之一及存在於並聯模式組態中之電流之1/8。

在另一實施例中，定子組態包含一分開中心3相佈線，該分開中心3相佈線包含一6線組態(例如，如圖10中所展示)。六個繞組中之每一者之相位1、相位2及相位3可具有分開中心連接(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(檔位#4)、第一並聯/串聯(檔位#3)、第二並聯/串聯(檔位#2)及串聯(檔位#1)模式。個別繞組區段在以並聯模式(檔位#4，圖11中所圖解說明)操作時可包含：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。

個別繞組區段在以串聯/並聯模式(檔位#3，圖12中所圖解說明)操作時可包含：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(檔位#3)中，每一主動繞組區段在於恆定功率下用作一發電機時載運並聯模式(檔位#4)之電壓之二分之一及存在於並聯模式(檔位#4)組態中之電流之1/4。

個別繞組區段在以另一串聯/並聯模式(檔位#2，圖13中所圖解說明)操作時可包含：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(檔位#2)中，每一主動繞組區段在於恆定功率下用作一發電機時載運並聯模式(檔位#4)之電壓之三分之一及存在於並聯模式(檔位#4)組態中之電流之1/6。

個別繞組區段在以串聯模式(檔位#1，圖14中所圖解說明)操作時可包含：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；及將6a、6b及6c連接在一起。在此組態(檔位#1)中，每一主動繞組區段在於恆定功率下用作一發電機時載運並聯模式(檔位#4)之電壓之六分之一及存在於並聯模式(檔位#4)組態中之電流之1/12。

具有一100伏特電位之20 ohm線圈之六線系統之安培數在第一檔位(全部串聯)中將係49.8安匝；在第二檔位中將係199.8安匝；在第三檔位中將係451.2安匝且在第四檔位(全部並聯)中將係1800安匝。隨後，電腦可致使處於全部並聯模式中之導線或導線組斷開連接，從而在第三檔位與第四檔位之間形成額外檔位。舉例而言，四個全部並聯導線係800安匝，且五個全部並聯導線係1250安匝。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檔位。此外，一或多個電子開關除經組態以將該等導線連接於上文所闡述之配置中之外亦可經組態以將導線/繞組中之一或多者斷開連接，例如，以實施一6線系統中之一4線組態等等(例如，如圖11B及圖11C中針對將兩個中間檔位放置於第三檔位與第四檔位之間的一六線系統所展示)。當自第三檔位(檔位#3)切換至第四檔位(檔位#4-全部並聯)之後，可需要不僅移除相位之每一引線中之一個或兩個導線以在第三檔位與第四檔位之間添加兩個或兩個以上檔位，而且對該等導線使用一脈寬調變方案以作為一百分比部分地包含該等導線以在第三檔位與第四檔位之間提供一可變(例如，無限可變)檔位。

在某些實施例中，針對一個三相電動機/發電機，六個(或四個或八個或八個以上)並聯非絞合線以與將用一個導線纏繞定子芯相同之方式纏繞在每一定子環之定子芯上。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。在一個三相電動機中，每一電路之導線(有時稱作引線或支線)通常在一共同點處集合在一起。根據本發明之各種實施例，六個導線在共同點處斷開連接或分開且伸展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，複數個邏輯控制之電子開關)。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MGT機組可具有每組兩個或兩個以上以不同方式纏繞之定子與一或多個轉子之一或多個轉子定子組，且具有機械換檔以將該或該等轉子之磁場放置成與一個或另一定子之電磁場接觸。在某些實施例中，一電子換檔能力經提供用於任何定子與轉子組合之每一定子，包含以下兩者：一MGT機組，其具有多個定子及用於每一定子之一轉子且無機械換檔；及一電動MGT機組，其具有如本文中所闡述之一或多個轉子/定子組。在兩種情形中，藉助多個定子或多個定子組，可將類似地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：所有定子可並聯連接(檔位#4)；兩組定子可並聯連接且該等組串聯連接(檔位#3)；或所有定子可串聯連接(檔位#1)。當存在六個定子時，定子可如下組態：全部定子可並聯連接(檔位#4)；可存在兩組並聯佈線之三個定子且該等組串聯連接(檔位#3)；存在三組並聯佈線之兩個定子且該等組串聯連接(檔位#2)；或所有組串聯連接(檔位#1)。

當定子在一共同軸件或軸上彼此電連接時，轉子可需要為完全相同的且定子可需要完全相同地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經致能。若一或多個定子斷開電連接，則電動機/發電機可在不存在空檔時因所引入曳力而經歷低效，然而MGT機組可具有一空檔且連續定子或機組可放置於空檔中且斷開電連接。當如上文所闡述而切換定子之間的連接時存在四個位準之轉矩/電壓。

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啟動機組內之更多或更少轉子/定子組來增加或減少且藉由使轉子之磁場換檔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轉子環之數目而進一步經調整。在其中在操作中存在兩個或兩個以上轉子定子組之情形中，該等組中之每一者中之主動定子、該等組中之每一者中之轉子磁鐵及該等組中之每一者中之定子佈線必須完全相同地經設定且徑向定向，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換檔來實施轉子/定子組中之機械換檔，且當存在多個定子組時，連接該等組以能夠將其之間的連接自串聯切換至並聯及其所述組合。為進一步闡明，當將兩個或兩個以上定子之一第二組添加至兩個或兩個以上定子之一第一組時，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。如上所述，定子可全部串聯或全部並聯地運行或兩個或三個定子之相等組並聯地運行(其中該等組串聯連接)。當在串聯與並聯之間換檔時，定子應全部一起換檔，除非與單獨(獨立控制之)定子組一起使用多個控制器。

此外，當將額外定子組添加至電動機/發電機時，增加發電機之功率容量且電動機/發電機亦將具有一不同轉矩。此可藉由具有各自具有一空檔或空轉位置之多個轉子/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換檔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何一個時間處調整通量場中嚙合之轉子磁鐵之數目來進一步微調。添加主動定子或自電動機/發電機減去主動定子且在定子繞組之間改變及添加轉子且聚焦轉子與定子相互作用之磁場及添加磁鐵且自轉子減去磁鐵及然後將繞組自串聯進一步改變至並聯及其組合會使電動機/發電機具備動態地適應於廣泛變化之能量源之一能力。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應於混合動力交通工具、風力發電機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MGT機組可具有包括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端蓋以便將多個MGT機組作為一個機組電連接在一起。如本文中所闡述之MGT機組亦可具有用於發電機模式之功率切換電晶體，該等功率切換電晶體亦包含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，該等標準3相電動機控制逆變器針對電動機功能利用可變頻率及脈寬調變方案兩者。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MGT機組可具有可計算轉子或多個轉子總成之RPM、方向及實際旋轉位置並將其報告給控制單元之電子感測器，諸如附接至轉子之霍耳效應、光學或其他解析感測器。電動機/發電機可具有控制件及包括一電腦之一使用者介面，藉此根據使用者預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、加速度器裝置、故障安全裝置及其他輸入裝置。

在某些實施例中，每一組之定子環或轉子環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。

在實施方案中，電控制開關經組態以將每一相位之兩個或兩個以上非絞合線全部並聯連接，從而在電動機/發電機呈星形或Y字形佈線組態時產生一第一轉矩/速度且在電動機/發電機呈Δ佈線組態時產生一第二轉矩/速度。

在實施方案中，電控制開關經組態以將每一相位之兩個或兩個以上非絞合線全部串聯連接，從而在電動機/發電機呈星形或Y形佈線組態時產生一第三轉矩/速度且在電動機/發電機呈Δ佈線組態時產生一第四轉矩/速度。

在實施方案中，兩個或兩個以上非絞合線包含多組之兩個導線，其中電控制開關經組態以將每一組之兩個導線並聯連接且經組態以將多個組彼此串聯連接，從而在電動機/發電機呈星形或Y字形佈線組態時產生一第五轉矩/速度且在電動機/發電機呈Δ佈線組態時產生一第六轉矩/速度，此不同於兩個或兩個以上非絞合線之全部並聯及全部串聯組態。

在實施方案中，兩個或兩個以上非絞合線包含多組之三個導線，其中電控制開關經組態以將每一組之三個導線並聯連接且經組態以將多個組彼此串聯連接，從而在電動機/發電機呈星形或Y字形佈線組態時產生一第七轉矩/速度且在電動機/發電機呈Δ佈線組態時產生一第八轉矩/速度，此不同於兩個或兩個以上非絞合線之全部並聯及全部串聯組態。

在實施方案中，兩個或兩個以上非絞合線包含多組之四個導線，其中電控制開關經組態以將每一組之四個導線並聯連接且經組態以將多個組彼此串聯連接，從而在電動機/發電機呈星形或Y字形佈線組態時產生一第九轉矩/速度且在電動機/發電機呈Δ佈線組態時產生一第十轉矩/速度，此不同於兩個或兩個以上非絞合線之全部並聯及全部串聯組態。

在實施方案中，電控制開關經組態以將兩個或兩個以上非絞合線中之至少一個導線自一串聯或並聯組態斷開連接而電流不流動穿過至少一個經斷開連接導線但流動穿過以串聯或並聯組態連接之剩餘導線，其中一相位中之每一經斷開連接導線減小芯中之每一者中之安匝數且產生不同於以串聯或並聯組態連接所有導線之情況之一轉矩/速度。

在實施方案中，定子芯之一中心平面及轉子磁鐵之一旋轉平面可在一軸向方向上以變化之受控量彼此偏移，其中自一共面位置增加兩個平面之間的距離減小由芯上之磁鐵產生之一反電動勢量，從而提供用以平衡藉由自並聯組態切換至串聯組態及/或自Y字形佈線組態切換至Δ佈線組態而在繞組中形成之高斯與由永久磁鐵形成之高斯以在每次設定電控制開關時達成能量效率的一手段。

在實施方案中，定子芯繞組係多級的且每一相位中之極圍繞定子之周邊相等地間隔開，其中每一極芯繞組在兩端上由電控制開關之各別者端接，使得一相繞組中之極可串聯連接或並聯連接或以彼此串聯連接的與該等組並聯連接之兩個或兩個以上極之組之形式連接。

在實施方案中，一或多個定子包括至少一第一定子環及一第二定子環，其中該第一定子環及該第二定子環之各別定子繞組在一軸向方向上間隔開且以不同方式裝芯及/或纏繞以形成轉矩/速度及安培/伏特之兩個相異效能範圍，該兩個相異效能範圍中之每一者對應於轉子與第一定子環及第二定子環中之一選定者之一對準。

在實施方案中，定子環及/或轉子環之平移受來自一電腦系統之命令控制，該電腦系統可自各種轉矩、速度、伏特、安培、熱、近接度及其他輸入感測器及/或人類啟動之控制裝置(例如，一電腦介面裝置)接受資訊。該電腦系統可經組態以執行一或多個演算法以控制定子環及/或轉子環自或至位置1、2、3及其之間的其他位置之移動以影響定子環與轉子環之間的磁相互作用從而改變MGT機組之速度/轉矩與伏特/安培比，從而致使其作為一傳動裝置而執行。

在實施方案中，定子環及轉子環可係層壓鐵板、鐵粉及樹脂或者電動機或發電機技術中已知之任何其他材料中之至少一者。沿著轉子環之周邊之永久磁鐵可由以下各項組成：釹鐵硼(NdFeB)或者具有相當或更佳磁強度及/或矯頑力材料組成之磁鐵；或者具有經增加磁強度及/或矯頑力之磁鐵。

在實施方案中，以任一Y字形或Δ組態串聯連接之兩個或兩個以上非絞合併聯導線中之任何一或多者可與該串聯斷開連接，而電流不流動穿過該或該等導線但流動穿過串聯連接之剩餘導線。其中，在相位中斷開連接之導線中之每一者會減小芯中之每一者中之安匝數且針對斷開連接之導線中之每一者產生不同於全部導線包含於串聯繞組中之情況的一轉矩/速度與伏特/安培比。舉例而言，圖11B及圖11C展示其中每一相引線中之非絞合併聯導線之一部分並聯連接且一或多個導線與導線之所連接部分斷開連接之實例。

在實施方案中，芯相繞組中之多個導線可係為不同直徑從而具有不同安培載運能力及電阻，從而在進行切換時達成芯繞組中之不同安培與安匝組合之實施。

在實施方案中，定子芯繞組係多極的，且每一相位中之極圍繞定子之周邊間隔開，其中每一極芯繞組在兩端上端接在電控制開關處，使得一相繞組中之極可串聯連接或並聯連接或以並聯連接之兩個或兩個以上極之組及彼此串聯連接之組之形式連接且使得線圈可獨立地經致能。

在某些實施例中，定子環係雙纏繞的。舉例而言，圖37A圖解說明單纏繞之一分裂定子，且圖37B圖解說明雙纏繞之一分裂定子。參考圖37A，此圖展示正常模式中作為一個單定子之一個三相定子之連接。圖37A中所展示之定子環具有42個單獨線圈(14個三相組)。每一相位之中心分接頭(亦即A、B及C)連接至對應相位，其中所有A連接係一起的，所有B連接係一起的且所有C連接係一起的。A中心分接頭連接係用於來自控制器之相位1或L1輸入。B中心分接頭連接係用於來自控制器之相位2或L2輸入。C中心分接頭連接係用於來自控制器之相位3或L3輸入。現在參考圖37B，此圖展示分裂模式中作為一雙定子之一個三相定子之連接。舉例而言，圖37B中之定子環在定子環中可用之線圈空間之多達二分之一中組態有圍繞該環交替地間隔開之一第一組定子線圈。該第一組定子線圈由一第一控制器伺服。該定子環進一步在定子環之線圈空間之一剩餘二分之一中組態有一第二組定子線圈。該第二組定子線圈由一第二控制器伺服。一共同電腦處理器經組態以彼此獨立地控制該第一控制器及該第一組定子線圈與該第二控制器及該第二組定子線圈。在圖37B中所展示之一實施例中，定子環具有42個單獨線圈(7個三相組之兩個單獨例項)。其等圍繞定子框架之周邊均勻地間隔開且平衡。每一相位之中心分接頭(亦即A、B及C)連接至對應相位，其中所有A連接係一起的，所有B連接係一起的且所有C連接係一起的。每一相位之中心分接頭(亦即X、Y及Z)亦連接至對應相位，其中所有X連接係一起的，所有Y連接係一起的且所有Z連接係一起的。A中心分接頭連接係用於來自控制器之相位1或L1輸入。B中心分接頭連接係用於來自控制器之相位2或L2輸入。C中心分接頭連接係用於來自控制器之相位3或L3輸入。X中心分接頭連接係用於來自控制器之相位1或T1輸入。Y中心分接頭連接係用於來自控制器之相位2或T2輸入。Z中心分接頭連接係用於來自控制器之相位3或T3輸入。圖37B中所展示之組態使得能夠在一單個定子框架內同時利用兩個控制器，因此在一個控制器(亦即，連接至未經重新組態之導線之一控制器)仍在操作中時允許串聯/並聯內部切換。

已論述切換式定子繞組之使用，其中定子線圈纏繞有呈Y字形或Δ組態之可自全部串聯、全部並聯或其一組合切換之多個導線。下文係已遇到之某些問題。在切換之時間間隔期間可存在一轉矩損失，從而導致被推進之交通工具中之一碰撞或顛簸。不存在用以調整或削弱磁場或一永久磁鐵電動機之方式。兩個以上導線雖然係可能的，但並非始終實際的。

發明人已發現，不僅在切換間隔中存在一轉矩損失，而且全部並聯與全部串聯之間的速度/轉矩比差與在Δ組態與Y字形組態之間切換一樣係相當嚴重的。轉矩及速度之此大差亦導致一碰撞或突然傾側。在本發明之某些實施方案(例如，圖1至圖6)中，MGT機組具有兩個或兩個以上多導線纏繞之定子環及一個永久磁鐵轉子環。該等定子環及該轉子環可在定子繞組經電重新組態以形成一協同關係時經重新定位，藉此MGT機組可自一個檔位電換檔至下一檔位且亦機械換檔以使檔位之間的過渡平滑化。舉例而言，第一定子環之定子繞組可組態於一第一檔位中，且第二定子環之定子繞組可組態於一第二檔位中。轉子環可自一第一位置(嚙合第一定子環)移動至一第二位置(嚙合第二定子環)以提供自第一檔位至第二檔位之一平滑換檔。類似地，第一定子環之定子繞組可切換至一第三檔位中，且轉子環可回到嚙合第一定子環之一位置中以提供自第二檔位至第三檔位之一平滑換檔。可重複此程序以在任一方向上自一個檔位平滑地過渡至下一檔位(例如，使檔位向上或向下)。

在某些實施例中，導線及定子極之切換受電腦系統控制，該電腦系統可自各種轉矩、速度、伏特、安培、熱、近接度及其他輸入感測器及/或人類啟動之控制裝置(例如，一電腦介面裝置)接受資訊。該電腦系統可經組態以藉由以下操作而處理資訊：執行一或多個演算法以改變一MGT機組之速度/轉矩與伏特/安培比，從而致使其作為一傳動裝置而執行。

在某些實施例中，一轉子總成包含具有各別組永久磁鐵之兩個轉子環(例如，如本文中所闡述及圖16至圖24或圖25至圖36中所展示)，其中兩個轉子環以可滑動方式耦合至其縱向轉子支撐結構，且其中由一線性運動裝置(例如，線性致動器) (諸如由位於轉子環、螺線管、液壓或氣壓缸或諸如此類中之腔內之步進電動機提供動力之固定螺桿)在電腦系統之控制下使該兩個轉子環移動或平移為更靠近在一起或更進一步分開。此等機組亦可具有兩個定子及三個轉子，兩個轉子在於定子之間前後切換之一時間處與任何一個定子嚙合以完成在如上文所闡述之佈線組態之間的切換時之平滑過渡。

在用以實施全部並聯、全部串聯Δ及Y形連接之間的切換之某些所嘗試組態中，程序在對於完成自一個佈線組態至另一佈線組態之切換必要之短時間間隔期間且緊接在該短時間週期之後因對於機械程序一般不可接受之電力中斷、大電力突波及振動而受阻撓且已進一步限於用以形成多速度電動機之嘗試。

本發明消除中斷、電力突波及振動問題且進一步集中於針對在其下將使用電動機或發電機之每一速度及轉矩範圍獲得最高效能量消耗/產生。當前電動機技術以設計電動機/發電機之恆定速度及轉矩設定形成高度高效電動機/發電機。本發明在一寬得多之速度/轉矩譜內形成多個高度高效點且允許電動機/發電機調整或微調定子線圈與轉子磁鐵之間的磁場以滿足(或幾乎滿足)採用MGT機組之一電動機或發電機之最佳安培及轉矩要求且在可廣泛變化條件(諸如一公交車或運送車上之一電動機/發電機或一風力機上之一發電機在廣泛變化風力條件下，或具有可變轉矩/速度要求之任何其他電動機/發電機部署)下在任一時間處最佳化效率。實例性實施方案 -MGT 機組及 / 或系統控制件

一MGT機組(諸如本文中所闡述之彼等MGT機組中之任一者，包含其組件中之某些或所有組件)可在電腦控制下操作。舉例而言，圖15展示用於操作一或多個MGT機組之一控制系統100。一MGT機組電腦系統102可經組態以與以下各項介接：一控制器120 (例如，H橋控制器、逆變器及/或轉換器)，其用於控制供應至定子線圈或自定子線圈供應之電壓、頻率及/或安培數；致動器110 (例如，線性定子及/或轉子致動器)；電子開關112，其用於將定子繞組重新組態成如本文中所闡述之星形/Y字形及Δ組態以及並聯及串聯組態及組合；感測器116 (例如，用以偵測旋轉頻率(RPM)之霍耳效應或光學感測器、電壓感測器、電流感測器、頻率感測器等)；煞車/油門控制件118等等。在某些實施例中，MGT機組包含電腦系統102。在其他實施例中，電腦系統102可以通信方式耦合至MGT機組。可與電腦系統102一起包含一處理器104或處理器104包含於電腦系統102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MGT機組之組件及功能。如本文中所使用之術語「電腦系統」、「功能性」、「服務」及「邏輯」一般表示軟體、韌體、硬體或者軟體、韌體或硬體之一組合而且控制MGT機組。在一軟體實施方案之情形中，模組、功能性或邏輯表示當在一處理器(例如，一或若干中央處理單元(CPU))上執行時執行規定任務之程式碼(例如，一非暫時性電腦可讀媒體中所體現之演算法)。程式碼可儲存於一或多個非暫時性電腦可讀記憶體裝置或媒體(例如，內部記憶體及/或一或多個有形媒體)等等中。舉例而言，記憶體可包含但不限於揮發性記憶體、非揮發性記憶體、快閃記憶體、SRAM、DRAM、RAM及ROM。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運算平台上。

電腦系統102可包含一處理器104、一記憶體106及一通信介面108。處理器104提供至少用於電腦系統102之處理功能性且可包含任一數目個處理器、微控制器、電路、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他處理系統以及用於儲存資料、可執行碼及由電腦系統102存取或產生之其他資訊的常駐或外部記憶體。處理器104可執行實施本文中所闡述之技術之體現於一非暫時性電腦可讀媒體中之一或多個軟體程式。處理器104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)等等來實施。

電腦系統102可包含一記憶體106 (例如，快閃記憶體、RAM、SRAM、DRAM、ROM等)。記憶體106可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與電腦系統102之操作相關聯之各種資料或程式碼(諸如軟體程式及/或碼段)或用以指令處理器104及可能MGT機組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106可儲存資料，諸如用於操作MGT機組(包含其組件)之一指令程式等等。應注意，雖然闡述一單個記憶體106，但可採用各種各樣類型及組合之記憶體(例如，有形非暫時性記憶體)。記憶體106可與處理器104成整體，可包括獨立記憶體，或可係兩者之一組合。

記憶體106之某些實例可包含：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)記憶卡、一迷你SD記憶卡及/或一微型SD記憶卡)、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、外部記憶體等等。在實施方案中，電腦系統102及/或記憶體106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。

電腦系統102可包含一通信介面108。通信介面108可以操作方式經組態以與MGT機組之組件通信。舉例而言，通信介面108可經組態以傳輸資料以用於儲存於MGT機組中，自MGT機組中之儲存器擷取資料等等。通信介面108亦可與處理器104以通信方式耦合以促進MGT機組之組件與處理器104之間的資料傳送(例如，用於將自與MGT機組/電腦系統102以通信方式耦合之一裝置接收之輸入傳遞至處理器104)。應注意，雖然通信介面108經闡述為電腦系統102之一組件，但通信介面108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MGT機組之外部組件。MGT機組亦可包含及/或連接至一或多個輸入/輸出(I/O)裝置(例如，經由通信介面108)，諸如一顯示器、一滑鼠、一觸控板、一觸控螢幕、一鍵盤、一麥克風(例如，用於語音命令)等等。

通信介面108及/或處理器104可經組態以與各種不同網路通信，諸如一廣域蜂巢式電話網路，諸如一蜂巢式網路、一3G蜂巢式網路、一4G蜂巢式網路或一全球行動通信系統(GSM)網路；一無線電腦通信網路，諸如一WiFi網路(例如，使用IEEE 802.11網路標準操作之一無線區域網路(WLAN))；一特設無線網路，一網際網路；網際網路；一廣域網路(WAN)；一區域網路(LAN)；一個人區域網路(PAN) (例如，使用IEEE 802.15網路標準操作之一無線個人區域網路(WPAN))；一公用電話網路；一外部網路；一內部網路；等等。然而，此清單僅藉由實例之方式提供且不意欲限制本發明。此外，通信介面108可經組態以跨越不同存取點與一單個網路或多個網路通信。在一特定實施例中，一通信介面108可將資訊自電腦系統102傳輸至一外部裝置(例如，一電話、連接至一WiFi網路之一電腦、雲端儲存器等)。在另一特定實施例中，一通信介面108可自一外部裝置(例如，一電話、連接至一WiFi 網路之一電腦、雲端儲存器等)接收資訊。

控制器120經組態以控制供應至定子線圈114 (在一電動機之情形中)或自定子線圈114供應(在一發電機之情形中)之信號(例如，穿過圖1至圖14及圖16至圖36中之任一者中之定子線圈之導線之信號)之電壓、安培數及/或頻率。舉例而言，控制器120可經組態以基於來自煞車/油門118及/或感測器116之一輸入信號(例如，基於轉子環之所偵測RPM或徑向位置)而調整電壓、安培數及/或頻率。電腦系統102經組態以監測控制器120及可能其他資料源(例如，用於RPM讀取之感測器116、煞車/油門118輸入等等)。基於自此等資料源接收之資訊，電腦系統102可操作致動器110、電子開關112及控制器120。舉例而言，當控制器120已達到一預定操作臨限值(例如，最小/最大電壓、安培數、頻率等)時，電腦系統102可經組態以致使控制器120經放置於一空檔狀態中同時電腦系統102致使致動器110及/或電子開關112重新組態定子及/或轉子環(如關於圖1至圖14及圖16至圖36中之任一者所闡述)。電腦系統102經組態以然後致使控制器120以提供與在轉子及/或定子環之機械及/或電重新組態之前所提供的大致相同之安匝(At)數的一安培數、電壓及/或頻率繼續去往或來自定子線圈之傳輸。控制器120可然後繼續操作直至達到另一操作臨限值為止，其中電腦系統102可然後重複MGT機組組件之相同重新組態及重新程式化。

電腦系統102可經組態以致使電子開關112至少部分地基於第一轉子環及第二轉子環之旋轉頻率(例如，RPM)而切換定子線圈之一佈線或相位組態。舉例而言，電腦系統102可控制電子開關112及/或致動器110以基於旋轉頻率或指示系統功率要求之其他資訊而改變系統之電及/或機械組態。電腦系統102可實施複數個檔位(亦即，不同機械及/或電組態)以相繼地增加或減小安匝容量，藉此增加或減小定子線圈之一磁場之一對應強度，此乃因對MGT機組/系統上之功率之一需求增加或減小。電腦系統可經組態以致使電子開關112將定子線圈之多個並聯非絞合線全部串聯、全部並聯或以串聯與並聯之一組合方式連接。電腦系統102亦可經組態以致使電子開關112將多個並聯非絞合線之一部分全部串聯、全部並聯或以串聯與並聯之一組合連接且經方式組態以致使電子開關112將一或多個導線與多個並聯非絞合線之該部分斷開連接(例如，參見圖11B及圖11C)。電腦系統102可經組態以致使電子開關112在星形(Y)組態與Δ組態之間切換相位佈線且經組態以將多個並聯非絞合線全部串聯、全部並聯或以串聯與並聯之一組合方式連接。電腦系統102可經組態以致使電子開關112在星形(Y)組態與Δ組態之間切換相位佈線，經組態以致使電子開關112將多個並聯非絞合線之一部分全部串聯、全部並聯或以串聯與並聯之一組合方式連接，且經組態以致使電子開關112將一或多個導線與多個並聯非絞合線之該部分斷開連接。在諸如圖16至圖24或圖25至圖36中所展示之一實施方案中，電腦系統102可經組態以致使致動器：將第一轉子環及第二轉子環放置於在定子環之中心平面之兩側上之一第一位置中，在該第一位置中，自定子環之中心平面至每一轉子環之內表面之距離；將第一轉子環及第二轉子環放置於在定子環之兩端上之一第二位置中，在該第二位置中，第一轉子環及第二轉子環之內表面與定子環之各別外表面共面；將第一轉子環及第二轉子環放置於一第三位置中，在該第三位置中，第一轉子環及第二轉子環之內表面與定子之中心平面共面；且將第一轉子環及第二轉子環放置於除第一位置、第二位置及第三位置以外之一或多個位置處。此等係電及/或機械組態之某些實例，該等電及/或機械組態可受電腦系統102影響以便改變MGT機組/系統中之磁場強度及相互作用。前述操作之任一組合可由MGT控制系統100實施以改良/最佳化總體系統之效率。

在實施例中，一MGT系統可包含另一MGT系統電腦，該另一MGT系統電腦亦可包含一處理器、一記憶體及一通信介面，諸如本文中所闡述之彼等。該MGT系統電腦可與包含電腦系統102之MGT機組以及可能一或多個額外MGT機組及其各別電腦系統通信以提供用於MGT系統之中央處理。該MGT系統電腦可經組態以接收操作者命令及參數，諸如RPM、速度、轉矩參數等等，且該MGT系統電腦可基於所接收資訊而控制MGT機組以控制定子及/或轉子定位以及定子繞組及/或相位佈線組態以便達成所要(例如，最佳或接近最佳)系統要求。

一般而言，本文中所闡述之功能中之任一者可使用硬體(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，上文揭示內容中所論述之區塊一般表示硬體(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，上文揭示內容中所論述之各種區塊可實施為積體電路以及其他功能性。此等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該區塊、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。在某些此等例項中，整個系統、區塊或電路可使用其軟體或韌體等效物來實施。在其他例項中，可以軟體或韌體來實施一給定系統、區塊或電路之一個部分，而以硬體來實施其他部分。

本文中已闡述MGT機組之各種實施例。可在各種電力產生及電力管理應用中實施此等MGT機組。舉例而言，本文中所闡述之MGT機組可實施於發電裝置(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交通工具或電動機驅動裝置(諸如混合動力交通工具(例如，汽車、摩托車等等)、混合動力海上船舶、混合動力飛機等等)中。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MGT機組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環及轉子環處於不作用「停止」條件中來開始。在此情形中，一致動器已將定子環及/或轉子環移動至其中定子繞組自轉子磁鐵之磁場解嚙合之一位置。隨著風速開始增加，一感測器可量測RPM及「換檔」或使定子環及/或轉子環自空檔模式移動至其中轉子磁鐵之磁場嚙合最小量之定子線圈且係100%並聯從而需要最小量之轉矩之一位置中，從而允許風力機之旋轉以非常低風速開始且比習用發電機可「起動」快得多地產生電。電腦系統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，電腦系統可將MGT機組自檔位#1 (100%並聯)換檔至檔位#2 (三組之兩個並聯導線串聯連接)，以此類推至檔位#3及#4等等(及可能中間檔位)，從而使轉動風力機葉片所需之轉矩增加直至達成一預設定旋轉速度或定子/轉子組之抵抗轉矩等於風之功率且風力機葉片以一恆定速度轉動為止。

隨著電腦系統監測風速及自風可獲得之功率，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風之功率同時使定子/轉子組中之每一者透過其各種檔位及定子/轉子換檔(如上文所闡述)直至達成風力機葉片之旋轉速度之平衡且風之功率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。隨著風速增加且期望使額外定子組開始運行(例如，自三個組至四個組)，電腦可判定四個組可在什麼檔位中且啟動什麼定子，然後暫時將三個組斷開電連接，將四個組放置於新組態中且重新電連接四個組從而以出自每一定子組之相同電壓同時換檔。藉由對各組中之定子與轉子之對準之精細調整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時，使開始運行之最後定子斷開電連接，其定子重新定位至空檔且三個剩餘定子組經調整以匹配接著由風力機產生之風力。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處於若干風速等級之可用風速並以高效率產生自風所產生之電力。一般而言，設定為一起作用之完全串聯的電動機/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。在與某些發電機一樣之最大容量點處，其可自動關閉。但與具有一窄風速頻帶(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高達風力機之結構容量之整個風速範圍以高效率自風提取增加功率。當風速開始減慢且輸出電壓下降時，機組可向下切換至下一定子佈線模式以增加電壓/功率收集。當風速下降至一非常緩慢狀況時且儘管未產生太多電力，機組仍可捕獲到此情況並有助於年度風力渦輪機輸出以達成較大總體機械效率，其中習用發電機可能不得不關閉。

另一操作功能可在一較大經放大版本中(諸如在百萬瓦大小之風力渦輪機中)予以闡述。此情景可表現為與小風實例相同，但發電機之組態可係更大的，可在一3相組態中具有多達12個或12個以上定子/轉子組以達成對高度可變風進行之RPM改變之一平滑過渡。定子嚙合程序亦可係相同或類似的，惟以下各項除外：額外使用者控制件、用於電網控制之感測器及用以感測負載並按照消費者需求進行調整之監測系統。

本發明之另一特徵係添加較大定子/轉子組及能夠以旋轉方式使定子/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地間隔開的旋轉偏移。此可有助於發電機「齒槽效應」，並達成本發明之一設計，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，且使用脈寬調變(PWM)方案來以60 hz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，控制件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。此係在不具有由於AC至DC及大逆變器系統功率消耗所致之轉換損失的情況下，針對一可變旋轉動力源及用於一局部電網或緊急電源之一恆定頻率產生之輸出之一解決方案。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。此可提供以振盪偏移相等地間隔開之12個單獨3相輸出。電腦系統可然後獲取當前RPM、加速度、負載、反電動勢(電磁力)、輸出頻率及目標頻率，並使用切換IGBT之PWM自多個相位來選擇即將來臨之電力電位，並自所產生之多個相位的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，且針對陣風及非常低風速之狀況以及介於其之間的狀況，改變風速轉子RPM同時產生高效電力。

在諸如潮汐及波浪發電機器之其他可再生能源之應用中，本發明之操作功能可利用RPM之此相同可變性來增加效率，其中源係間歇性且不可靠的，舉例而言，其中波浪及可能潮汐發電機器亦可使一發電機沿一個方向轉動，且然後立即改變旋轉方向且繼續高效地產生電力。本發明具有進行以下操作之能力：添加額外轉子/定子組以增加及/或減小功率容量且然後藉助定子及/或轉子線性移動來對輸出進行微調，以與逐漸振盪輸出動力源及方向改變一致，而且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/安培比以增加機組之效率，從而在某一時刻匹配可變輸入。實例性實施方案 - 混合動力交通工具推進系統

圖38展示一混合動力交通工具(例如，汽車、輪船或其他運輸交通工具)中之MGT機組之一實施方案，其中藉由一習用交通工具組件(諸如一油門、煞車踏板、點火開關、前進及回動桿或諸如此類)將操作者輸入600供應至電腦系統601。MGT機組之一優點係：其具有一空檔及空檔與全動力之間的速度與動力之諸多組合且不需要在其與燃機603之間的一離合器互連606且係其自身的傳動。而且，多個MGT機組可接合在一起以大大增加可用功率，如圖38中所展示(例如，MGT機組604及605)。

當交通工具僅在燃燒功率下操作時，可將MGT機組604及605兩者皆放置於空檔中且將交通工具駕駛為當今道路上之任一其他交通工具，除了MGT機組604及/或605之任一者或兩者可使其轉子自位置1 (空檔)移動至位置2 (例如，如圖23中所展示)，其中產生涓流電力以用於在漫長高速公路旅行中給電池再充電且自燃機603獲得可以忽略電力。若更迅速地需要一完全充電，則可基於來自一電腦系統601 (例如，諸如本文中所闡述之MGT機組電腦系統102及/或MGT系統電腦)之一或多個命令而使MGT機組604及/或MGT機組605中之轉子環朝向位置3 (例如，如圖24中所展示)前進，其中平衡對電池儲備之需要與經增加燃料消耗之費用及可用性以及操作者要求/輸入。而且當在燃燒功率下時，由於操作者將壓力施加至煞車踏板，因此一個或兩個MGT機組604及605中之轉子環迅速地朝向位置3前進從而產生用以將電池再充電之電同時將與由操作者施加至煞車踏板以使交通工具停止之壓力量相稱之煞車力施加至驅動軸件。MGT之此特徵藉助於以下事實而優於一混合動力電動交通工具中之任一類似應用：MGT轉子中之永久磁鐵可大於將在一習用電動機中使用之永久磁鐵，此乃因轉子與定子之間的磁場之相互作用可在0與最大值之間變化，從而在操作為一電動機時利用較低值且在某些情形中在操作為一煞車從而產生電時利用一較高值。而且，當以高速度應用煞車時，顯著電量可在一短時間週期內產生且超過定子線圈導線之安培數容量。當此情況發生於MGT機組604及605中時，其定子線圈切換至將適應突然安培數增加之全部並聯或串聯與並聯之一組合。在任何習用電動機/發電機中此係不可能的。

在諸如捷運之某些應用中，可期望具有燃機603，燃機603將動力提供至第一MGT機組604 (其充當將供應電力以給電池組602充電之一發電機)及第二MGT機組605 (其將機械動力提供至輪系之驅動輪)。在此等情形中，一離合器606將裝設於MGT機組604與605之間。MGT機組604用作發電機且MGT機組605用作推動單元，其中在任一時間點處包含燃機603之所有三者可將機械動力提供至驅動軸件607從而提供至驅動輪且在任一時間點處兩個機組(MGT機組604及MGT機組605)可產生用以給電池602充電之電同時供給制動能量以使交通工具(例如，一輪系)停止。

在某些應用中，一混合動力交通工具可配備有一燃機，該燃機操作起來非常經濟，但僅具有足以在平地上以慢速度或在州際公路上以較高速度推進交通工具而不足以用於迅速加速或爬坡之動力。在此一應用中，MGT機組之理想之處在於：其具有一空檔且在燃機以其最經濟模式操作時將不汲取電力，但當藉由地形或藉由操作者對加速度計之額外壓力經加應力時中央處理器將啟動一或多個MGT機組且使其轉子移動且切換其定子導線以用充足機電動力補充燃機之動力以滿足即將發生之條件或情況。此相同交通工具亦將具有相同電池再充電及上文所闡述之煞車特徵。

當MGT機組用於推進不包括燃機之交通工具時，其係高度高效的，在可變速度及轉矩應用下與一習用電動機相比較更是如此。習用電動機在一非常狹窄速度及轉矩範圍(針對其設計習用電動機)下係高效的。高效率需要平衡轉子與定子之間的通量流動或通量之相互作用。一習用電動機可在一狹窄範圍內使定子線圈中之電之電壓及安培數變化且在程序中改變定子磁場之強度，但其在一永久磁鐵電動機中無法改變轉子之磁場之強度且在其他AC電動機中僅低效地改變轉子之磁場之強度。因此，當一習用電動機中之定子之磁場之強度自其經設計值變化時，其損失效率，此乃因其與轉子之磁場不平衡。所揭示MGT機組可使來自轉子之磁通量隨定子之磁通量變化且藉由在其定子線圈中自全部串聯切換至全部並聯或其組合而進一步增加定子之可變性，藉此藉由來自電腦系統之命令維持轉子與定子之磁場之間的平衡以使轉子位置移動，在串聯與並聯之組合之間切換定子導線且增加或減小流動至定子線圈之電之電壓、安培數及頻率。實例性實施方案 – 線性電動機 / 發電機 / 傳動裝置 (LMGT)

一般參考圖39至圖55，闡述LMGT系統之各種實施例。在先前技術永久磁鐵電動機及發電機中，轉子之磁場係不可調整的，而係固定的。在先前技術永久磁鐵線性電動機之情形中，「托架」之磁場係固定的且係不可調整的。因此，大多數先前技術電動機及發電機針對一特定速度及轉矩以一非常窄之最佳效率範圍來設計。在線性電動機(通常在出現頻繁停止及起動以及廣泛可變速度及拉力之情況下既定用於運輸)之情形中，具有挑戰的係：使用先前技術設計一線性電動機而不在速度及拉力之參數不同於經設計最佳值時引發一顯著效率損失。使大型重物移動之一線性電動機之高拉力要求採用強大永久磁鐵，其又形成通常以高電壓及安培數來克服之一大的反電動勢。當電動機速度及轉矩係恆定的時，先前技術電動機或發電機可經設計以在經設計速度及轉矩下達成最佳效率。此效率多次超過90%。因此，在製造此等先前技術電動機時，定子芯繞組及永久磁鐵經選擇而以可能最高效方式共同作用以在一最佳或臨限效率下產生選定設計轉矩、rpm與伏特、安倍比或(在線性電動機之情形中)選定設計線性托架速度及拉力與伏特安倍比。一旦此等關鍵組件經選擇且放置在先前技術電動機、發電機或線性電動機中，其便無法改變。僅可改變一先前技術發電機中之驅動力之功率及速度以及進入一先前技術電動機之電之伏特及安培數。當先前技術電動機、發電機或線性電動機投入使用(其中速度及轉矩諸如(舉例而言)在陸上交通工具或風力發電機中變化很大)時，固定磁鐵之反電動勢在速度及轉矩或拉力要求偏離此等參數之設計值時必須經克服。當此等先前技術系統不以選定設計參數操作時，先前電動機或發電機之總體效率在諸多情形中顯著降低從而低至20%，舉例而言在捷運交通工具、汽車或風力發電機及諸如此類中。

揭示能夠以高效寬伏特及安培數操作範圍以及極其可變拉力及速度條件來操作之一電LMGT系統。該LMGT系統產生一可變拉力、速度及磁制動(再生)可能性範圍以更高效地滿足一線性電動機運輸或傳送系統之規格。該LMGT系統可藉由以下操作動態地改變線性電動機/發電機之輸出大小：藉由使定子中之多個非絞合併聯線圈導線在全部串聯連接、全部並聯連接或其組合之間切換而使在定子中所感應之磁場變化，且相應地藉由在功率需求增加或減少時以模組化方式將磁條嚙合及解嚙合來使作用於定子上之永久磁鐵之磁場變化、對該磁場進行調整或將該磁場聚焦。當兩個或兩個以上托架連接至一單個平台、容器或捷運車輛(交通工具)時此係尤其成立的。舉例而言，藉由一致行動，一交通工具之第一托架及第二托架之磁條可提供使交通工具在起動期間移動之電力，且當交通工具以一所要速度沿著導槽運行時，可使第一托架之磁條聚焦以提供維持所要速度之最佳功率同時可將第二托架之磁條與定子解嚙合，藉此實質上減少用於維持交通工具之所要速度之總電量。此在先前技術系統下並非不可能的，此乃因第二托架之磁鐵將越過定子線圈，從而產生電及相當大之曳力或反電動勢。

如本文中先前所論述，在先前技術永久磁鐵電動機及發電機中，一轉子之磁場係不可調整的，而係固定的。雖然一永久磁鐵之磁場確實係固定的，但轉子之永久磁鐵與定子之芯之間的交變磁通量流以及定子芯之導線中之交變電流判定一永久磁鐵電動機或發電機將如何操作。在存在在轉子磁鐵與定子芯之間流動之小量磁通量之情況下，系統操作，好似電動機/發電機之轉子裝配有小或較低強度永久磁鐵。若在轉子磁鐵與定子芯之間流動之磁通量之量係大的，則相反情形成立。當小的永久磁鐵用於一電動機之轉子中時，定子芯線圈中之導線以必要匝數適當地經定大小以在定子齒狀件(或芯)中產生將與轉子磁鐵之磁場高效地發生反應之一磁場以在其之間產生最佳(或幾乎最佳)通量流或相互作用以及最佳(或幾乎最佳)轉矩或rpm。在一發電機之情形中，導線以必要匝數經定大小以高效地容納由旋轉轉子上之永久磁鐵在定子芯中所感應到之交變通量產生之電且在諸多情形中甚至在永久磁鐵係相同大小時將不同於電動機之導線。當在轉子中使用大的永久磁鐵時，電動機及發電機兩者中之定子芯之導線以必要匝數適當地經定大小同樣成立。大的永久磁鐵電動機/發電機中之導線及安匝數不同於小的永久磁鐵電動機/發電機中之導線及安匝數，且兩個電動機/發電機之輸出大小係動態地不同的。

參考圖39及圖40，展示LMGT系統700之一實施例。圖39圖解說明LMGT系統700之一剖面圖且圖40圖解說明LMGT系統700之一透視圖。在一實施例中，LMGT系統700包含一支撐結構702及一或多個托架704。在一實施例中，支撐結構702耦合至一導槽706。在一實施例中，導槽706懸掛在支撐結構702下面。在一實施例中，導槽706在導槽706之角落處附接至支撐結構702。在替代實施例中，導槽706可經由導槽706之其他區域附接至支撐結構702。

導槽706包含沿著導槽706之一長度伸展之一對導軌708。該對導軌708相對於彼此大體平行。導槽706包含一定子總成座架709。一定子總成710經由定子總成座架709耦合至導槽706。經安裝定子總成710大體定中心於導槽706內且沿著導槽706之長度伸展。

托架704包含軌輪712。托架704之軌輪712騎在支撐結構702之導軌708上，使得導軌708沿著支撐結構702之長度導引托架704之移動。該托架具有一第一側714及一相對第二側716。托架704包含沿著托架704之第一側714之長度伸展之一磁條總成718及安置於托架704之第二側716上之一負載附接板719。雖然已闡述一單個托架704，但LGMT系統700可包含經組合成一單個交通工具之多個托架704。

在一實施例中，導槽706包含沿著導槽706之長度伸展之安全輪導引件720。在一實施例中，導槽706包含相對於彼此大體平行之一對安全輪導引件720。托架包含安全輪722。安全輪導引件720導引導槽706之托架704之安全輪722以阻止磁條總成718與定子總成710接觸。

參考圖41、圖42及圖43，展示一LMGT系統700之一導槽706之一實施例。圖41圖解說明頂部導槽706之一透視圖。圖42繪示導槽706之一剖面圖。如上文所提及，導槽706包含沿著導槽706之長度伸展之導軌708及定子總成座架709。定子總成710經由定子總成座架709安裝至導槽706。在一實施例中，導槽706包含沿著導槽706之長度伸展之一對安全輪導引件720。

導槽706包含沿著導槽706之長度伸展之至少一個電纜管道724。在一實施例中，一對電纜管道724安置於導槽706之任一端上且相對於彼此大體平行。電纜726安置於電纜管道724內。在替代實施例中，導槽706可包含更少或更大數目個電纜管道724。在替代實施例中，電纜管道724可具有在導槽706內之替代組態。

在一實施例中，複數個接線盒728安置於導槽706之一頂部表面上。該複數個接線盒728沿著導槽706之長度相對於彼此以一間隔開關係來安置。在替代實施例中，接線盒728可安置於不同位置處且以替代組態安置於導槽706上。

圖43繪示在定子總成710安裝至導槽706上之情況下導槽706之底部之一透視圖。定子總成710經由定子總成座架709安裝至導槽706上。定子總成710包含複數個定子芯730及定子線圈732。

在一實施例中，LMGT系統經顛倒，使得導槽安置於一支撐結構上方。該支撐結構包含耦合至導槽之角落且向下朝向地面延伸之支腿及支架。在一實施例中，LMGT系統包含在不具有一支撐系統之情況下直接由地面支撐之一導槽。在一實施例中，導槽之一側或兩側係一運輸平台。在一實施例中，接線盒毗鄰導槽而安裝。在一實施例中，隱藏接線盒。

在一實施例中，導槽706 (包含定子芯730、定子線圈732、電纜726、導軌708及接線盒728)在經預製區段中經製造以迅速連接至支撐結構702。在一實施例中，在大致四十英尺長之導槽區段中製造導槽706。多個導槽區段可經連接以形成一完整導槽706。

參考圖44，展示供在LMGT系統700之一實施例中使用之一定子總成710之一實例之一透視圖。定子總成710包含一定子芯730及複數個定子線圈732。每一定子線圈732之導線734之端電耦合至一接線盒728內之一或多個組件。定子總成710包含複數個霍耳效應感測器736。一霍耳效應感測器736安置於與一定子線圈732相關聯之定子芯730之每一節段之一端處。霍耳效應感測器736中之每一者電耦合至一接線盒728內之一或多個組件。在一實施例中，定子線圈732中之每一者安裝於一定子狹槽中，該定子狹槽貫穿導槽706之長度垂直於導槽706之中心線而切入層壓軟鐵中。

參考圖45，展示一托架704之一實施例之一底側之一透視圖。托架704包含一托架框架738。軌輪712安裝於托架框架738之兩側上。在一實施例中，一對軌輪712安裝於托架框架738之兩側上。軌輪712在與導槽706成一整體之平行導軌708上運行。安全輪722毗鄰軌輪712安裝於托架框架738之兩側上。在一實施例中，一對安全輪722安裝於托架框架738之兩側上。安全輪722在與導槽708成一整體之平行安全輪導引件720上運行。負載附接板718安置於托架704之相對側上。托架704包含一次級功率單元739。

托架框架738支撐磁條總成718。在一實施例中，磁條總成718包含兩個或兩個以上磁條740、一側向滑動板742、側向驅動單元744及螺紋致動器棒746。側向驅動單元744使用螺紋致動器棒746使磁條740中之每一者朝向托架704之一中心線且朝向托架704之外邊緣平移。在一實施例中，側向驅動單元744包含一步進電動機。

每一磁條740包含在每一磁條740之長度內端對端地固定之兩個或兩個以上磁鐵748，其中磁鐵748之各別北極及南極交替地背對上面安裝有磁鐵748之磁條表面。磁條740平行於彼此而安裝於托架704之表面上，使得其長度沿著導槽706係在托架行進方向上。磁條740之北極表面及南極表面背對托架704。每一磁條740上之相似極磁鐵彼此毗鄰。

雖然磁條740固定在托架行進方向上，但磁條740在托架框架738之中心線之兩側上以可滑動方式固定至托架框架738，使得磁條740可朝向中心線且緊挨著彼此或遠離中心線及彼此而移動或平移。在改變每一磁條740上之相似極磁鐵748之間的距離時，對應地改變由磁鐵748產生之經組合磁場。在某些實施例中，LMGT系統700可包含彼此相同縱向對準之多個磁條740，舉例而言在兩端上的兩組之四個磁條740，各組磁條740彼此前後地位於托架704上，其中一個或所有磁條740可在任一時間處與定子芯730嚙合。

參考圖46，展示一托架704之一實施例之底側之一透視圖。在一實施例中，將磁條740沿著其長度分割或劃分成兩個區段，從而提供磁條740與定子芯730及定子線圈732之完全嚙合之八個可能組合以及使部分嚙合變化以將一寬廣磁場功率範圍提供至托架704之八個例項。

參考圖47，展示一個別磁條740之磁條總成718之一實施例之一透視圖。磁條740包含使北極及南極交替之表面安裝式磁鐵748。如上文所提及，側向驅動單元744使用螺紋致動器棒746使磁條740朝向及遠離托架704之一中心線平移。

在一實施例中，每一螺紋致動器棒746具有耦合至一側向驅動單元714之一第一端及由一端致動器棒軸承塊749支撐之一第二端。磁條740中之每一者具有複數個致動器棒間隙孔750及致動器棒螺帽752以接納螺紋致動器棒746且在藉由側向驅動單元744中之步進電動機使螺紋致動器棒746轉動時將側向運動提供至磁條740。囊括線性滑道756之線性滑動軸承754提供磁條740朝向及遠離托架704之中心線之精密移動同時維持對磁條740相對於托架704之垂直及水平位置的精確控制。

參考圖48，展示LMGT系統700之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽706之定子總成710嚙合之托架704之磁條740中之一者。已使磁條740朝向托架704之中心線移動，使得磁條740具有對定子總成710之定子芯730及定子線圈732之一最大(或幾乎最大)磁效應。

參考圖49，展示LMGT系統700之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽706之定子總成710嚙合之托架704之磁條740中之兩者。已使兩個磁條740朝向托架704之中心線移動，使得兩個磁條740具有對定子總成710之定子芯730及定子線圈732之一最大(或幾乎最大)磁效應。

參考圖50，展示LMGT系統700之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽706之定子總成710嚙合之托架704之磁條740中之三者。已使三個磁條740朝向托架704之中心線移動，使得三個磁條740具有對定子總成710之定子芯730及定子線圈732之一最大(或幾乎最大)磁效應。

參考圖51，展示LMGT系統700之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽706之定子總成710嚙合之托架704之磁條740中之四者。已使四個磁條740朝向托架704之中心線移動，使得四個磁條740具有對定子總成710之定子芯730及定子線圈732之一最大(或幾乎最大)磁效應。

應注意，當使任一單個磁條740移動同時托架704沿著導槽706朝向定子芯730及定子線圈732之邊緣移動時，任一單個磁條740將首先嚙合定子線圈732之外環圈，其中電將開始在定子線圈732中流動且隨著磁條740朝向定子芯730之邊緣平移而增加。定子線圈732中之電流將繼續增加直至磁條740完全地經嚙合或完全在定子芯730及定子線圈732下方為止。

定子線圈732中之此電流相對於托架704之移動形成一相對磁場。稱為反電動勢之此相對磁場隨著托架704沿著導槽706之速度而增加。藉由增加在相反方向上自外側電源進入定子線圈732之電流而克服反電動勢。托架704之速度愈高，用於克服反電動勢之電力量愈大。

甚至在慣性滑行時，電力用於維持托架704之速度或逐漸降低托架704之速度以克服反電動勢。承載重量之大系統通常使用大磁鐵及在起動時之一大電力施加以克服慣性力。一旦交通工具處於其既定速度且僅需要足以維持彼速度之電力，此等大磁鐵便可成為對非常快速系統之一危害。此在磁懸浮(Mag Lev)系統中尤其成立，其中摩擦及滾動阻力大大減小。本文中所揭示之LMGT系統700可平衡及/或聚焦且控制在起動時克服慣性力且然後高速地減小反電動勢但然後出於磁破壞目的而迅速地增加反電動勢量所需要之磁力量，此在某些例項中可需要比對於正常操作將為必需之磁條多之磁條740。在其中系統經組態為一磁懸浮系統之某些實施方案中，用磁懸浮艙(例如，每一側上至少一個)替換托架704之每一側上之軌輪712。

定子線圈732中之每一者安裝於一定子狹槽中，該定子狹槽貫穿導槽706之長度垂直於導槽706之中心線而切入層壓軟鐵中，且在托架704沿著導槽706移動時位於磁條總成718之表面正上方。在定子狹槽之間的定子芯730之表面藉由一小間隙與磁條總成718之表面分開。定子線圈732之橫向中心線在托架框架738之中心線正上方。定子狹槽及各別定子芯730等於或稍微長於磁條總成718中之總數目個磁條740之經組合寬度，使得當磁條740共同位於托架704之中心時，磁條740位於定子芯730正下方，且其中在允許磁條740之間具有空間以用於磁場調整之某些例項中，磁條740可稍微分開且仍保持在定子芯730下方。定子線圈732可安裝於定子芯730中之狹槽中，使得定子線圈環圈在定子芯730之每一側上稍微延伸超過定子芯材料之端，從而在磁條740部分地或完全地定位於定子線圈端上方時提供不同於在完全地定位於定子芯自身上方時之一磁場強度。定子線圈佈線可包含兩個或兩個以上非絞合線，該兩個或兩個以上非絞合線透過一切換系統可串聯、並聯或以串聯與並聯之一組合方式連接。一相位中之個別線圈可在連接至電源之兩個或兩個以上線圈之一群組內彼此串聯連接或者以串聯與線圈之組合方式連接至該電源，藉此可透過電腦控制之開關有效地改變每一線圈群組內之電阻。

在某些實施例中，可在允許經濟高速長距行進的基本組態之一變化形式中用經擴展定子芯/定子線圈及磁鐵748來實施LMGT系統700。舉例而言，可用如本文中所闡述之標準定子芯及線圈、間距、大小及佈線來實施LMGT系統700，其中此間距及大小經設計以滿足預期廣泛變化之條件。以預定間距、大小及佈線開始以滿足標準條件且自擁擠的市區行程過渡至長距高速行程，可增加定子線圈大小，且改變佈線大小，包含在特定情形中芯材料之消除。藉由一次一個線圈地改變定子軌道中之定子線圈732而逐漸完成定子線圈大小及佈線之改變，直至達成所要大小，該所要大小在此實例中不超過其原始長度之兩倍。定子線圈大小之改變可需要磁鐵748對應地經改變以匹配變化之定子線圈大小改變。此藉由如下方式來完成：將托架704上之在縱向方向上之磁條740數目限制於1，但仍允許可在定子芯730下方共同移動或側向分開之多個並聯組之磁條740，從而在線性定子之每一側上自定子芯730下方一次移除一個磁鐵組。每一磁條740然後配備有一線性運動裝置以逐漸增加每一磁條740上之磁鐵748之間的縱向距離。磁條740兩個成組地經協調，使得第一磁條740上之北極磁鐵748與南極磁鐵748之間的空間之中心直接毗鄰於下一毗鄰磁條740上之磁鐵748之中心。因此，當磁鐵748於其各別磁條740上完全地延伸時向下或直接看磁鐵748之面時且在托架704與跨越導槽706之一假想線交叉時，左及右磁條740上之磁鐵748與該線交叉作為北左、北右、南左、南右、北左、北左等。如定子所見之北極及南極磁鐵之長度已有效地增加高達其原始長度之兩倍以匹配定子線圈732之經改變長度。感測器放置於每一定子線圈732上，使得托架704上之一感測裝置可量測定子線圈732之間的距離且隨著該距離沿著導槽706改變而對每一磁條740上之磁鐵748之間的距離做出調整。與此特徵相輔相成的係嚙合額外磁條740組以達成經增加或經減少功率且進一步使定子繞組之佈線組態在所有導線呈串聯、並聯或呈其組合之間改變之持續能力。

LMGT系統700具有一輸出，該輸出可在一預定義範圍內以比在當前技術水平下先前可能之效能更高效之效能動態地改變。可以數種不同技術來調整自線性磁條磁鐵748流動至定子芯730的永久磁鐵之交變通量。舉例而言，可藉由使線性磁條磁鐵748之對準變化而調整交變通量，其中來自線性磁條磁鐵748之通量以變化程度與線圈端環圈及定子芯730部分地嚙合。在另一實例中，可藉由利用兩個線性磁條740 (定子之中心平面之兩側上各有一個)而調整交變通量，其中線性磁條740上之磁鐵748之交替北及南磁極相對於彼此位於相同線性位置中(彼此正對著-橫向於托架行進方向)。可使自定子之中心平面至磁條740之中心平面之距離變化。來自兩個線性磁條740上之磁鐵748之極磁場面對彼此，其中兩個轉子之間的經組合極磁場經偏轉、扭曲或聚焦至定子芯730中，從而形成比將自單獨作用之兩個磁條740及其各別磁鐵748之總和可獲得之通量場或流大的進入定子芯730之一通量場或流。藉由使磁條740移動為更靠近於彼此及定子中心平面或藉由使轉子移動為進一步遠離定子中心平面及彼此而調整此場。在另一實例中，可藉由利用以與先前實例相同之方式對準之兩個以上線性磁條740而調整交變通量。若使用奇數數目個線性磁條740，則可藉由將一個磁條740放置於中心平面上且使兩個或兩個以上線性磁條740移動為更靠近於彼此及中心平面或進一步遠離中心平面而調整通量。若使用偶數數目個線性磁條740，則可藉由使四個或四個以上線性磁條740移動為更靠近於中心平面及彼此或遠離中心平面及彼此而調整通量。在另一實例中，可藉由三種以上技術之一組合調整交變通量，其中最外線性磁條740中之一者或兩者以變化程度與線圈端環圈及定子芯730部分地嚙合。利用此等技術中之任一者來調整磁通量在定子與線性磁條磁鐵之間的流動具有能夠在其操作期間任何時間改變LMGT系統700之永久磁鐵之大小之相同或類似效應。

改變佈線及匝數以修改一定子芯730之通量及在一定子線圈732中流動之電不像自線性磁條永久磁鐵流動之通量一樣容易調整或變化。然而，本發明提供數個方法及組態以達成定子線圈732中之明顯不同伏特/安培特性，其中每一定子芯730可經組態以藉由調整因線性磁條740作用於定子而產生之極磁通量而達成線性磁條與定子之間的一經最佳化(或幾乎經最佳化)通量流從而改良效率。在某些實施方案中，此可藉由以下操作來完成：將多相定子佈線分開且在芯繞組中為每一相引線提供多個非絞合併聯導線(且在某些情形中具有不同大小之導線)，其中能夠以全部串聯組態、全部並聯組態及並聯組態與串聯組態之組合(例如，如本文中參考圖7至圖15所闡述)來切換及連接多個導線。在某些實施方案中，可將一或多個導線斷開連接以提供額外佈線組態(例如，自一個六導線組態或一個四導線組態或類似者下降)。在某些實施方案中，系統可在同一定子上提供具有單獨控制器之兩個單獨多相佈線組態，且在某些實施方案中將每一相引線中之線圈(其中包含多個導線)分開使得任一單獨多相組態中之定子相位中之任一者可經切換(例如，使用電子開關)而串聯、並聯或以其組合方式來連接。在定子線圈佈線系統中，線圈自身(每一線圈中包含多個並聯非絞合線)藉助開關來連接以連接彼此串聯的一相位中之三個或三個以上連續線圈之群組以及並聯連接之在一控制區塊內連接之群組。此可顯著地改變一線圈群組內之電阻及個別線圈之安匝容量。

在實施例中，亦可藉由將多個LMGT托架機組704 (在相同導槽706及定子上前後地)組合於一個交通工具或運輸平台上而調整LMGT系統700，每一LMGT托架機組704具有如本文中所闡述之作用於同一導槽706中之同一定子以使總體系統輸出變化之各別多個線性磁條系統。舉例而言，可在來自一中央處理器之共同控制下將LMGT托架機組704放置於同一交通工具上，其中LMGT托架機組704可共同操作以達成經增加功率或者一個LMGT托架機組704可操作而另一LMGT托架機組704在其磁鐵748與定子線圈732解嚙合之情況下處於空檔中。LMGT機組亦可經組態以在不同串聯佈線組態、並聯佈線組態或其組合佈線組態之間前後移位，該等佈線組態在一或多個控制器之命令下起作用以提供各種佈線組合之間的平滑過渡。可由於能夠和與第二定子嚙合之線圈分開而選擇性地啟動與第一定子嚙合之線圈或將第一或第二托架704中之磁鐵748與導槽定子完全解嚙合而實施一個交通工具上之兩個或兩個以上托架704。

在本發明之實施例中，任一單個LMGT機組可具有本文中所闡述之多個佈線及切換之組合中之任何或所有組合，包含切換彼此串聯連接的串聯或並聯之多個導線繞組。在LMGT機組/系統係多極之情況下，一相繞組之個別線圈可串聯連接或並聯連接或以彼此串聯連接的並聯之兩個或兩個以上線圈之組之形式連接，從而在可以電子方式重新組態以滿足廣泛變化條件之一單個電動機/發電機中提供一寬廣伏特/安培及轉矩速度比範圍。與磁條740之機械移位相結合以使個別磁條740與定子芯730及定子線圈732嚙合、部分地嚙合(任何一個或兩個磁條)或解嚙合之此特徵藉由精細調諧磁條磁鐵748與定子線圈732之間的嚙合程度而允許電腦系統調整(例如，增加或減少)磁條磁鐵748與定子之間的磁場之強度從而以幾乎任何速度及拉力改良LMGT機組/系統之功率效率。可藉由採用兩個逆變器/控制器而促進一個佈線組態與另一佈線組態之間的平滑過渡，每一逆變器/控制器透過電腦輸入控制作用於磁條磁鐵748之定子中之交替線圈組。藉由在對電壓、電流及脈寬調變進行對應調整之情況下首先用第一控制器且然後用第二控制器進行自一個佈線組態至另一佈線組態之切換，可在兩個佈線組態之間具有一平滑過渡，從而在托架行進中消除可能振動或跳動。

LMGT機組/系統中之逆變器/控制器可調節傳入電壓，此又在導線及電壓源之容量內調節定子線圈導線中之安培數。LMGT機組/系統具有在不同佈線組合之間進行切換之能力，在每一佈線組合中具有不同電阻，從而在每一佈線組合中形成一不同安匝範圍，此乃因逆變器/控制器透過電腦系統將每一佈線組態中之電壓自低增加至高。然後藉助電壓調節來組態、組合且協調不同佈線組態，使得可在一較大經延伸範圍內均勻地調節(例如，增加或減少)在定子線圈中流動之安培數之總體範圍，此乃因電腦系統將佈線自一個組態切換至下一組態，從而對應地改變定子線圈732中之安匝之值及所得磁場強度。在LMGT機組/系統能夠藉由使磁條740相對於定子移動而在自低至高之一較大範圍內聚焦或控制與定子線圈732相互作用之轉子磁鐵之磁場之情況下，電腦系統可經組態以使磁條740相對於定子之位置隨定子線圈732中之安匝而變，使得磁條740經定位以提供最佳(或幾乎最佳)效率或定子線圈732之磁場與磁條永久磁鐵748之間的平衡。

LMGT系統700亦可經組態以自高速度至較低速度而施加托架704之磁制動及/或減慢且相應地產生電。LMGT系統700作為一發電機可係高度高效的。可由LMGT如下執行制動。(1)電腦系統阻止電流進入定子線圈732。(2)電腦系統調整或聚焦作用於定子芯730之磁場以產生反電動勢(此又成為對托架704之移動之曳力或制動力)。此藉由以下方式來完成：致使螺紋棒致動器746將連續磁條740 (若其未就位)移動至更靠近於或更遠離定子之中心線之一位置，從而增加、減小或聚焦作用於定子芯730之磁場以產生使托架行進以一預定速率減速所必要之反電動勢。(3)由於電腦系統阻止電流到達定子線圈732，因此電腦系統可將定子線圈732之連接自控制器切換至連接至一DC線路之一逆變器。電腦系統可經組態以藉助感測器量測自定子線圈732至逆變器之電流且經組態以將定子繞組自串聯切換至並聯或其組合以藉由使磁條磁鐵748之磁場在定子線圈732上方經過而對托架704沿著導槽706之向前移動形成(反電動勢)阻力或曳力(制動力)來處置現在在定子線圈732中產生之電流。(4)在托架704減速時，不斷地監測減速速率及自定子線圈732流動之電之伏特及安培且調整磁場及線圈佈線組態，以首先維持必要減速速率且其次改良因LMGT之破壞動作而產生之電流。以如本文中針對LMGT操作所闡述之與一線性電動機相同之方式針對破壞而調整磁場及佈線組態。本發明之一優點係能夠藉由使更多或更少磁鐵與定子嚙合而調整磁場且在特定例項中具有比對於原動力將必要的大之一磁鐵破壞能力且然後透過多個可能並聯及串聯佈線組合進一步調整在線圈中流動之電之電壓及安培數。若破壞係一意外緊急情況且可能產生比線圈導線可處置的多之電，則可減少磁場，且施加備用機械制動。

圖52圖解說明具有一次級功率單元760之一LMGT系統700之一實施例之一透視圖。圖53繪示圖52中所圖解說明之LMGT系統700之一次級功率單元760之一實例之一透視圖。圖54係圖52中所圖解說明之一LMGT系統700之次級功率單元760之一側視圖。次級功率單元760包含轉子磁鐵762、一線性定子764及一步進電動機766。

在一實施例中，LMGT系統700包括一整體發電機(例如，一次級功率單元760)以用於將電力供應至包含步進電動機766之側向驅動單元744及托架704上之其他裝置。舉例而言，LMGT系統700可包含或可至少部分地可操作為包含一轉子(其中轉子磁鐵762匹配至系統之線性定子764之定子芯及定子線圈)之一發電機且經定位使得轉子磁鐵762之外表面與系統定子芯之平面成切線(分開一小間隙，其中其旋轉軸線垂直於行進方向)且經安裝使得轉子磁鐵762之全寬度完全在系統之線性定子764之外邊緣下方。發電機轉子部分地由一習用旋轉定子芯與線圈系統包圍，除了僅僅且大約其周長三分之二，其中當托架704沿著導槽706移動時，發電機轉子磁鐵與經致能系統定子線圈發生反應，從而致使發電機轉子以等於托架704之行進速度之一圓周速度轉動，從而又致使在發電機之定子線圈中產生電，該電又藉由習用手段轉化為DC且用於給電池充電從而將電供應至步進電動機766及托架704中之控制件。發電機轉子經安裝使得其可在其軸上平移遠離完全地在中心系統芯及線圈下方以在必要時部分地或完全地與系統定子及發電機定子764解嚙合從而適應托架704之功率要求。同時除發電機與系統定子及發電機定子764之相互關係之外，發電機亦全部地或部分地符合包含與其相關之佈線及控制系統之第9,479,037、9,748,886及9,819,296號美國專利。第9,479,037、9,748,886及9,819,296號美國專利以全文引用方式併入本文中。

本發明亦提供供在諸如一磁懸浮系統可遇到之高速長距運輸線上使用之一輔助特徵。在此等情形中，LMGT系統700可完全相同或非常類似於本文中所闡述之LMGT系統，其中LMGT系統700在頻繁停止之間具有短距離之區域中操作，除了其磁條740不可在縱向方向(如在某些實施例中所闡述)上分段且個別磁鐵748安裝於每一磁條740上使得其可在縱向方向上經平移(例如，使用一線性運動裝置)以便在縱向上彼此習用地緊密接觸，其中交替北極及南極磁鐵面朝定子。在導槽706延伸至涉及停止之間的長距離之區域且需要非常高速度之情況下，定子磁鐵線圈732之長度逐漸增加至其為短距離模式之兩倍長之點且保持在彼長度直至接近其長度逐漸縮短回到短距離模式之下一停止點。具有可縱向平移之磁鐵748之磁條740安裝於滑動桌742上，使得其可以與本文中先前所闡述的相同之方式朝向定子之中心線移動且與定子線圈732嚙合或遠離檯面之中心線且與定子線圈732部分地或完全地解嚙合。具有可縱向平移之磁鐵748之磁條740成對配置。每一磁條740上之線性運動裝置使得可按照來自電腦系統之命令以高達每一磁鐵748之長度之增量將每一磁條 748上之磁鐵748彼此分開，使得最中心磁條740之北磁鐵748在最外磁條740上之北磁鐵748前面一個磁鐵長度，使得最外部磁鐵748之前端在托架704中縱向地與最中心磁鐵748之後端具有相等距離。南磁鐵748可以相同方式配置，使得在托架704沿著導槽706移動時磁條740對中之磁鐵748以如下次序與跨越導槽706之一橫向線交叉：北中心、北外、南中心、南外、北中心、北外、南中心、南外等，此乃因在每一磁條 740上安裝有多個磁鐵748。此配置有效地拉長托架704上之磁鐵748以匹配導槽706之高速部分中之線圈之長度，從而有效地使隨著每一交流電改變之行進距離加倍，從而使行進速度加倍。依據自霍耳效應感測器至電腦系統之信號判定每一線圈之間的距離，此又致使每一磁條740上之線性運動裝置將磁條740上之磁鐵748之間的縱向距離增加為等於定子線圈732之間的距離，從而在定子線圈732之間的距離增加時增加磁鐵748之間的距離且在定子線圈732之間的距離減少時減小磁鐵748之間的距離。

圖55係一LMGT系統800之一實施例之一端視圖。LMGT系統800包含一支撐結構802、若干感應線圈804及安置在托架808側面之Halbach環陣列806。

儘管已以特定於結構特徵及/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制於上文所闡述之特定特徵或動作。相反地，揭示上文所闡述之特定特徵及動作作為實施申請專利範圍之實例性形式。

100‧‧‧控制系統/電動機/發電機/傳動裝置控制系統 102‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組電腦系統 /電腦系統 104‧‧‧處理器 106‧‧‧記憶體 108‧‧‧通信介面 110‧‧‧致動器 112‧‧‧電子開關 114‧‧‧定子線圈 116‧‧‧感測器 118‧‧‧煞車/油門控制件 /油門 120‧‧‧控制器 300‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組/第一電動機/發電機/傳動裝置機組/第二電動機/發電機/傳動裝置機組 302‧‧‧定子機座 304‧‧‧轉子 306‧‧‧旋轉軸線 308‧‧‧軸 310‧‧‧第一定子環/定子環 312‧‧‧第二定子環/定子環 314‧‧‧轉子環 316‧‧‧端板 318‧‧‧凸端 320‧‧‧凹端 322‧‧‧致動器 400‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組 410‧‧‧軸/電動機/發電機/傳動裝置軸 420‧‧‧前端板/後端板/端板/轉子支撐結構端板/ 電動機/發電機/傳動裝置端板 422‧‧‧端板封蓋 424‧‧‧電動機控制盒 430‧‧‧封蓋 431‧‧‧定子線性致動器 432‧‧‧線性致動器步進電動機/步進電動機 435‧‧‧螺紋定子線性致動器螺桿/螺桿 437‧‧‧線性螺桿或滾珠螺桿軸承塊 438‧‧‧線性承載塊 439‧‧‧定子環 440‧‧‧定子支撐結構 441‧‧‧線圈 442‧‧‧線性滑動棒 443‧‧‧永久磁鐵/磁鐵/轉子磁鐵 444‧‧‧轉子環/後轉子環 446‧‧‧轉子支撐結構 447‧‧‧線性滑動棒 448‧‧‧端盤/前部端盤/後端盤/後轉子支撐端盤/轉子支撐後端盤 461‧‧‧轉子線性致動器 462‧‧‧線性致動器步進電動機/步進電動機 465‧‧‧轉子線性致動器螺桿/線性致動器螺桿/螺紋轉子線性致動器螺桿/螺紋桿/致動器螺桿 467‧‧‧平移桿 471‧‧‧轉子推動器/拉動器 472‧‧‧推動盤 475‧‧‧線性滑動棒 500‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組 510‧‧‧軸/轉子軸 520‧‧‧端板/滑動桿端板 530‧‧‧封蓋 539‧‧‧定子環 540‧‧‧定子支撐結構 541‧‧‧線圈 542‧‧‧定子支撐桿 543‧‧‧永久磁鐵/轉子磁鐵/北極磁鐵 544‧‧‧轉子環 546‧‧‧滑動轉子支撐結構/轉子支撐結構 547‧‧‧線性滑動棒 548‧‧‧滑動桿端板環 550‧‧‧轉子線性致動器 551‧‧‧螺桿致動器 552‧‧‧步進電動機 553‧‧‧驅動帶 554‧‧‧驅動齒輪 555‧‧‧行星齒輪殼體 556‧‧‧行星齒輪/行星組 557‧‧‧外組行星齒輪 558‧‧‧內組行星齒輪 600‧‧‧操作者輸入 601‧‧‧電腦系統 602‧‧‧電池組/電池 603‧‧‧燃機 604‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組 /第一電動機/發電機/傳動裝置機組 /第二電動機/發電機/傳動裝置機組 605‧‧‧電動機/發電機/傳動裝置機組 /第一電動機/發電機/傳動裝置機組 /第二電動機/發電機/傳動裝置機組 606‧‧‧離合器互連/離合器 607‧‧‧驅動軸件 700‧‧‧線性電動機/發電機/傳動裝置系統 702‧‧‧支撐結構 704‧‧‧托架/線性電動機/發電機/傳動裝置系統托架機組/第一托架/第二托架 706‧‧‧導槽 708‧‧‧導軌 709‧‧‧定子總成座架 710‧‧‧定子總成 712‧‧‧軌輪 714‧‧‧第一側 716‧‧‧第二側 718‧‧‧磁條總成 719‧‧‧負載附接板 720‧‧‧安全輪導引件 722‧‧‧安全輪 724‧‧‧電纜管道 726‧‧‧電纜 728‧‧‧接線盒 730‧‧‧定子芯 732‧‧‧定子線圈 734‧‧‧導線 736‧‧‧霍耳效應感測器 738‧‧‧托架框架 739‧‧‧次級功率單元 740‧‧‧磁條/線性磁條/中心磁條/最外磁條 742‧‧‧側向滑動板/滑動桌 744‧‧‧側向驅動單元 746‧‧‧螺紋致動器棒 748‧‧‧磁鐵/極磁鐵/表面安裝式磁鐵/北極磁鐵/南極磁鐵/線性磁條磁鐵/磁條磁鐵/磁條永久磁鐵/可縱向平移磁鐵/最外部磁鐵/最中心磁鐵 749‧‧‧端致動器棒軸承塊 750‧‧‧致動器棒間隙孔 752‧‧‧致動器棒螺帽 754‧‧‧線性滑動軸承 760‧‧‧次級功率單元 762‧‧‧轉子磁鐵 764‧‧‧線性定子/發電機定子 766‧‧‧步進電動機 800‧‧‧線性電動機/發電機/傳動裝置系統 802‧‧‧支撐結構 804‧‧‧感應線圈 806‧‧‧Halbach環陣列 808‧‧‧托架 1a-6a‧‧‧中心連接 1b-6b‧‧‧中心連接 1c-6c‧‧‧中心連接 A1-A6‧‧‧繞組 B1-B6‧‧‧繞組 C1-C6‧‧‧繞組

參考附圖闡述實施方式。在說明中之不同例項及各圖中使用相同元件符號可指示類似或完全相同物項。

圖1係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一電動機/發電機/傳動裝置(MGT)機組之一透視圖，該電動機/發電機/傳動裝置(MGT)機組可連接至一或多個額外MGT機組；

圖2係根據本發明之一實例性實施例之一MGT機組(諸如圖1中所圖解說明之MGT機組)之一分解透視圖；

圖3係根據本發明之一實例性實施例之一MGT機組(諸如圖1中所圖解說明之MGT機組)之一部分分解透視圖；

圖4係根據本發明之一實例性實施例之一MGT機組(諸如圖1中所圖解說明之MGT機組)之一部分分解透視圖；

圖5係根據本發明之一實例性實施例之一MGT機組(諸如圖1中所圖解說明之MGT機組)之一剖面側視立面圖，其中一轉子包含經展示在一空檔位置中之一磁鐵集；

圖6係圖5中所圖解說明之MGT機組之剖面側視立面圖，其中使磁鐵集自空檔位置移動以使第一定子與轉子嚙合；

圖7係根據本發明之一實例性實施例之單獨中心三相定子繞組總成之一圖解說明；

圖8係根據本發明之一實例性實施例之一雙線單獨定子繞組總成之一圖解說明；

圖9係根據本發明之一實例性實施例之一四線單獨定子繞組總成之一圖解說明；

圖10係根據本發明之一實例性實施例之一六線單獨定子繞組總成之一圖解說明；

圖11係根據本發明之一實例性實施例之呈一並聯齒輪組態之定子繞組集之一圖解說明；

圖11B係根據本發明之一實例性實施例之呈一並聯齒輪組態之定子繞組集之一圖解說明，其中多個並聯非絞合線之一部分並聯連接且一或多個導線與該多個並聯非絞合線之經連接部分斷開連接；

圖11C係根據本發明之一實例性實施例之呈一並聯齒輪組態之定子繞組集之一圖解說明，其中多個並聯非絞合線之一部分並聯連接且一或多個導線與該多個並聯非絞合線之經連接部分斷開連接；

圖12係根據本發明之一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集之一圖解說明；

圖13係根據本發明之一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集之另一圖解說明；

圖14係根據本發明之一實例性實施例之呈一串聯齒輪組態之定子繞組集之一圖解說明；

圖15係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之用於一MGT機組/系統之控制組件之一方塊圖；

圖16係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之MGT機組之一透視圖；

圖17係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組之另一透視圖；

圖18係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之一透視圖；

圖19係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之另一透視圖；

圖20係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之另一透視圖；

圖21係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之另一透視圖；

圖22係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之一側視立面圖，其中兩個轉子經展示為彼此分開、處於距MGT機組之一定子有一距離之位置(位置1)中；

圖23係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之一側視立面圖，其中兩個轉子經展示為彼此分開且每一轉子之一內邊緣與定子之一外邊緣共面(位置2)；

圖24係根據本發明之一實例性實施例之圖16中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之一側視立面圖，其中將兩個轉子放在一起且兩個轉子之內邊緣與定子之一中心平面共面(位置3)；

圖25係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之MGT機組之一透視圖；

圖26係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之另一透視圖；

圖27係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組在其殼體之一部分經移除之情況下之另一透視圖；

圖28係根據本發明之一實例性實施例之由圖25中所圖解說明之MGT機組之一定子環至少部分地環繞之一轉子總成之一透視圖；

圖29係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組之一轉子總成之一透視圖；

圖30係根據本發明之一實例性實施例之由圖25中所圖解說明之MGT機組之一定子環至少部分地環繞之一轉子總成之一剖面側視圖；

圖31係根據本發明之一實例性實施例之由圖25中所圖解說明之MGT機組之一定子環至少部分地環繞之一轉子總成之另一透視圖；

圖32係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組之一轉子致動器之一透視圖；

圖33係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組之轉子致動器之另一透視圖；

圖34係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組之轉子致動器之一第一齒輪組之一側視立面圖；

圖35係根據本發明之一實例性實施例之一行星齒輪之一透視圖；

圖36係根據本發明之一實例性實施例之圖25中所圖解說明之MGT機組之轉子致動器之一第二齒輪組(包含圖35之行星齒輪)之一側視立面圖；

圖37A係根據本發明之一實例性實施例之一3相定子之一定子繞組組態之一示意圖；

圖37B係根據本發明之一實例性實施例之在一共同定子總成中實施多個單獨控制之分極3相定子之一雙纏繞定子組態之一示意圖；

圖38係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之採用一MGT機組(諸如圖1至圖37B所圖解說明之MGT機組中之任一者)之一混合動力交通工具之一方塊圖；

圖39係一LMGT系統之一實施例之一剖面圖；

圖40係一LMGT系統之一實施例之一透視圖；

圖41係一LMGT系統之一實施例之一導槽之一實例之一透視圖；

圖42係一LMGT系統之一實施例之一導槽之一實例之一剖面圖；

圖43係一LMGT系統之一實施例之一導槽之一實例之一底側之一透視圖；

圖44係一LMGT系統之一實施例之一定子總成之一實例之一透視圖；

圖45係一LMGT系統之一實施例之一托架之一實例之一底側之一透視圖；

圖46係一LMGT系統之一實施例之一托架之一實例之一底側之一透視圖；

圖47係一個別磁條740之磁條總成之一實施例之一透視圖；

圖48係LMGT系統之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽之定子總成嚙合之托架之磁條中之一者；

圖49係LMGT系統之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽之定子總成嚙合之托架之兩個磁條；

圖50係LMGT系統之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽之定子總成嚙合之托架之三個磁條；

圖51係LMGT系統之一實施例之一剖面圖，其圖解說明與導槽之定子總成嚙合之托架之四個磁條；

圖52係具有一次級功率單元之一LMGT系統之一實施例之一透視圖；

圖53係一LMGT系統之一實施例之一次級功率單元之一實例之一透視圖；

圖54係一LMGT系統之一實施例之一次級功率單元之一實例之一側視圖；及

圖55係一LMGT系統之一實施例之一端視圖。

300:電動機/發電機/傳動裝置機組/第一電動機/發電機/傳動裝置機組/第二電動機/發電機/傳動裝置機組

Claims (32)

1. 一種線性電動機/發電機/傳動裝置(LMGT)系統，其包括：一導槽(guideway)，其包含導軌(guide rails)；一托架(carriage)，其經組態以沿著該導槽行進；複數個定子芯(stator cores)及線圈，其係沿著該導槽之長度安置，該複數個定子線圈之每一相位包含至少若干線圈之若干組；並聯非絞合線(non-twisted wires)之一各別組，其中電子開關用於將該三個或三個以上定子線圈之每一相位之該等並聯非絞合線全部串聯、全部並聯，或以串聯與並聯之一組合方式連接；及至少兩個磁條，其具有交替極磁鐵(alternating pole magnets)，每一磁條之每一連續(successive)磁鐵係在該托架之一行進方向上彼此前後地(in front of the other)安裝，該至少兩個磁條係以可滑動方式安裝至該托架，平行於該托架之一縱向中心線且在該縱向中心線之兩側上，使得當毗鄰於該中心線且彼此毗鄰時，該至少兩個磁條係定位於該等定子線圈上方，且經組態而以可滑動方式遠離該托架之該中心線平移至其中該至少兩個磁條不在該等定子線圈上方之一位置。
2. 如請求項1之LMGT系統，其中該托架包括一托架框架，該托架框架係由經安裝於該托架框架之兩側上的軌輪支撐，且其中該等軌輪在該導槽之該等導軌上運行。
3. 如請求項2之LMGT系統，其中該托架框架支撐兩個或兩個以上磁 條，兩個或兩個以上磁鐵在每一磁條之長度內經端對端地固定於該等磁條上，其中該等磁鐵之各別北極及南極交替地背對上面經安裝有該等磁鐵之條表面。
4. 如請求項3之LMGT系統，其中該等磁條係彼此平行地安裝於該托架之表面上，使得其長度係在該托架行進方向上，其中該等磁鐵之北極表面及南極表面背對該托架。
5. 如請求項1之LMGT系統，其中該等定子線圈係安裝於定子狹槽中，該等定子狹槽係貫穿該系統之長度垂直於該導槽之中心線而切入層壓軟鐵中，當該托架沿著該導槽移動時係位於該等托架磁條磁鐵之表面正上方。
6. 如請求項5之LMGT系統，其中在該等定子狹槽之間之該等芯的表面係藉由一小間隙來與該等磁鐵之該等表面分開。
7. 如請求項6之LMGT系統，其中該等定子線圈之橫向中心線位於托架框架之中心線正上方。
8. 如請求項7之LMGT系統，其中該等定子狹槽及各別定子芯等於或稍微長於總數目個磁條之經組合寬度，使得當該等磁條共同位於該托架之中心時，其位於該等定子芯正下方。
9. 如請求項8之LMGT系統，其中該等磁條稍微分開且仍保持在該等定 子芯下方，以允許該等磁條之間具有空間以用於磁場調整。
10. 如請求項5之LMGT系統，其中該等定子線圈係安裝於該定子芯中之狹槽(slots)中，使得線圈環圈稍微延伸超過該定子芯之每一側上的芯材料之端，從而在該等磁鐵部分地或完全地定位於線圈端上方時，提供不同於在經完全地定位於該等定子芯自身上方時之一磁場強度。
11. 如請求項5之LMGT系統，其中一相位中之該等個別線圈可在經連接至一電源之兩個或兩個以上線圈之一群組內彼此串聯連接，或者以串聯與並聯之組合方式連接至該電源，藉此可由電腦控制之開關有效地改變每一線圈群組內的電阻。
12. 如請求項1之LMGT系統，進一步包括經安裝於該托架之表面上以阻止定子芯與托架磁鐵之間之接觸的安全輪。
13. 如請求項1之LMGT系統，其中導槽區段經預製於包含定子芯、線圈繞組、電纜、軌道、定子線圈與功率切換電路之至少一部分及一體式接線盒的固定長度單元中，該等導槽區段經組態以迅速連接至一結構支撐系統且彼此連接。
14. 一種線性電動機/發電機/傳動裝置(LMGT)系統，其包括：一導槽，其具有平行軌道；複數個定子芯及定子線圈，其係沿著該導槽之長度均勻地安置且係 安置在該導槽之中心；一托架，其經組態以沿著該導槽行進；及至少兩個磁條，其具有交替極磁鐵，每一磁條之每一連續磁鐵在該托架之一行進方向上彼此前後地安裝，該至少兩個磁條係以可滑動方式安裝至該托架，平行於該托架之一縱向中心線且在該縱向中心線之兩側上，使得當毗鄰於該中心線且彼此毗鄰時，該至少兩個磁條係定位於該等定子線圈上方，且經組態而以可滑動方式遠離該托架之該中心線平移至其中該至少兩個磁條不在該等定子線圈上方之一位置。
15. 如請求項14之LMGT系統，其中該托架包括由軌輪支撐之一托架框架，該等軌輪係安裝於該托架框架之兩側上，且其中該等軌輪在該導槽之平行軌道上運行。
16. 如請求項15之LMGT系統，其中該托架框架支撐兩個或兩個以上磁條，兩個或兩個以上磁鐵在每一條之長度內端對端地被固定於該等磁條上，其中該等磁鐵之各別北極及南極交替地背對上面經安裝有該等磁鐵的條表面。
17. 如請求項16之LMGT系統，其中該等磁條係彼此平行地安裝於該托架之表面上，使得其長度係在該托架行進方向上，其中該等磁鐵之北極表面及南極表面背對該托架。
18. 如請求項14之LMGT系統，其中該等定子線圈係安裝於定子狹槽 中，該等定子狹槽係貫穿該系統之長度垂直於該導槽之中心線而切入層壓軟鐵中，當該托架沿著該導槽移動時係位於該等托架磁條磁鐵之表面正上方。
19. 如請求項18之LMGT系統，其中在該等定子狹槽之間之該等定子芯的表面係藉由一小間隙來與該等磁鐵之表面分開。
20. 如請求項19之LMGT系統，其中該等定子線圈之橫向中心線位於托架框架之中心線正上方。
21. 如請求項20之LMGT系統，其中該等定子狹槽及各別定子芯等於或稍微長於總數目個磁條之經組合寬度，使得當該等磁條共同位於該托架之中心時，其位於該等定子芯正下方。
22. 如請求項21之LMGT系統，其中該等磁條稍微分開且仍保持在該等定子芯下方，以允許該等磁條之間具有空間以用於磁場調整。
23. 如請求項18之LMGT系統，其中該等定子線圈係安裝於該定子芯中之狹槽中，使得線圈環圈稍微延伸超過該定子芯之每一側上的芯材料之端，從而在該等磁鐵部分地或完全地定位於線圈端上方時，提供不同於在經完全地定位於該等定子芯自身上方時之一磁場強度。
24. 如請求項18之LMGT系統，其中一相位中之該等個別線圈可在經連 接至一電源之兩個或兩個以上線圈之一群組內彼此串聯連接，或者以串聯與並聯之組合方式連接至該電源，藉此可由電腦控制之開關有效地改變每一線圈群組內之電阻。
25. 如請求項14之LMGT系統，進一步包括經安裝於該托架之表面上以阻止定子芯與托架磁鐵之間之接觸的安全輪。
26. 如請求項14之LMGT系統，其中導槽區段經預製於包含定子芯、定子線圈繞組、電纜、軌道、線圈與功率切換電路之至少一部分及一體式接線盒的固定長度單元中，該等導槽區段經組態以迅速連接至一結構支撐系統且彼此連接。
27. 一種線性電動機/發電機/傳動裝置(LMGT)系統，其包括：一導槽，其具有平行軌道；複數個定子芯及定子線圈，其係沿著該導槽之長度均勻地安置且係安置在該導槽之中心，其中該複數個定子線圈之每一相位以三個或三個以上線圈之組的形式包含並聯非絞合線之一各別組，其中電子開關用於將該三個或三個以上定子線圈之每一相位之該等並聯非絞合線全部串聯、全部並聯，或以串聯與並聯之一組合方式連接；一托架，其經組態以在一第一方向上沿著該導槽行進；複數個線性滑道(slideways)，其安置在該托架上且沿著至少實質地垂直該第一方向之一第二方向延伸；及至少兩個磁條，其在該第二方向上彼此毗鄰，該至少兩個磁條之每 一者具有交替極磁鐵，每一磁條之每一連續磁鐵係在該第一方向上彼此前後地安裝，該至少兩個磁條具有複數個線性滑動軸承(bearings)，該複數個線性滑動軸承安置在相對該等交替極磁鐵之一側上且與該複數個線性滑道嚙合(engaged with)。
28. 如請求項27之LMGT系統，其中該托架包括由軌輪支撐之一托架框架，該等軌輪係安裝於該托架框架之兩側上，且其中該等軌輪在該導槽之平行軌道上運行。
29. 如請求項28之LMGT系統，其中該托架框架支撐兩個或兩個以上條(磁條)，兩個或兩個以上磁鐵在每一條之長度內端對端地被固定於該等磁條上，其中該等磁鐵之各別北極及南極交替地背對上面經安裝有該等磁鐵之條表面。
30. 如請求項29之LMGT系統，其中該等磁條係彼此平行地安裝於該托架之表面上，使得其長度係在該托架行進方向上，其中該等磁鐵之北極表面及南極表面背對該托架。
31. 如請求項27之LMGT系統，進一步包括經安裝於該托架之表面上以阻止定子芯與托架磁鐵之間之接觸的安全輪。
32. 如請求項27之LMGT系統，其中導槽區段經預製於包含定子芯、線圈繞組、電纜、軌道、定子線圈與功率切換電路之至少一部分及一體式接 線盒的固定長度單元中，該等導槽區段經組態以迅速連接至一結構支撐系統且彼此連接。