專利名稱：電機(jī)和磁場(chǎng)更改組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于更改其磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)更改組件的電機(jī)。
本發(fā)明還涉及用于改進(jìn)電機(jī)的磁場(chǎng)更改組件。
背景技術(shù)：
電機(jī)通常用于在作為電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并在作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這些機(jī)器通常具有設(shè)置有載流導(dǎo)體的電樞元件，以及安排為施加磁場(chǎng)以與電樞元件相互作用的磁場(chǎng)生成元件。電樞元件可相對(duì)于磁場(chǎng)生成元件移動(dòng)。其電樞被配置成相對(duì)于磁場(chǎng)生成元件線性地移動(dòng)的電機(jī)被稱為線性電機(jī)，而其電樞被配置成相對(duì)于磁場(chǎng)生成元件旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)的電機(jī)被稱為旋轉(zhuǎn)電機(jī)。磁場(chǎng)生成元件可由至少一個(gè)永久磁鐵和/或至少一個(gè)電磁鐵構(gòu)成。在本文使用時(shí)，對(duì)電機(jī)的引用旨在包括作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)工作的線性和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
一般而言，發(fā)電機(jī)的輸出通過(guò)其輸出電壓和/或電功率測(cè)量，且該輸出可隨著可移動(dòng)元件的速度而變化。因而，該發(fā)電機(jī)必須耦合到驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置使其可移動(dòng)元件以產(chǎn)生期望輸出的速度移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置可以是諸如電動(dòng)機(jī)的電氣設(shè)備，或者是諸如內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械設(shè)備。為了從發(fā)電機(jī)提供可變輸出，該驅(qū)動(dòng)裝置的速度必須是可調(diào)的。這種驅(qū)動(dòng)裝置的購(gòu)買和維護(hù)是昂貴的。
電動(dòng)機(jī)的輸出性能通過(guò)其速度和/或扭矩測(cè)量，該速度和/或扭矩通常通過(guò)更改施加于電樞元件的導(dǎo)體的電流和/或電壓、或通過(guò)更改來(lái)自磁場(chǎng)生成元件的磁場(chǎng)而改變。電動(dòng)或電氣開(kāi)關(guān)、和/或轉(zhuǎn)換器通常用于更改施加在電樞元件上的電流和/或電壓。當(dāng)磁場(chǎng)生成元件由至少一個(gè)電磁鐵構(gòu)成時(shí)，磁場(chǎng)可通過(guò)更改施加其上的電流和/或電壓來(lái)改變。這些開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)換器將向電動(dòng)機(jī)制造增加巨大成本，并且這些電動(dòng)機(jī)需要頻繁的維護(hù)。
當(dāng)磁場(chǎng)生成元件由至少一個(gè)永久磁鐵構(gòu)成時(shí)，永久磁鐵的磁性保持趨于隨時(shí)間退化，并且需要替代永久磁鐵來(lái)保持所需的機(jī)器性能。永久磁鐵的替換是昂貴的主要操作，并且需要機(jī)器停止動(dòng)作相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。
用于電機(jī)的材料的磁性和電氣屬性可能會(huì)不一致。因此，發(fā)生與制造公差的偏離和/或與給定機(jī)器的材料規(guī)格的偏離會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)比例的不符合設(shè)計(jì)規(guī)格的電機(jī)。有時(shí)，所制造的不符合設(shè)計(jì)規(guī)格的機(jī)器將需要召回和替換，并且這些動(dòng)作對(duì)制造商和用戶而言都是昂貴的。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁場(chǎng)更改組件，該磁場(chǎng)更改組件被安排成將現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)減輕或至少降低到一定程度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有磁場(chǎng)更改組件的電機(jī)，該磁場(chǎng)更改組件被安排成將現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)減輕或至少降低到一定程度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在一方面中本發(fā)明駐留于一種電機(jī)，包括磁場(chǎng)生成元件，它被安排成生成主磁場(chǎng)；電樞元件，它被安排成與主磁場(chǎng)相互作用并可相對(duì)于主磁場(chǎng)生成元件移動(dòng)；以及磁場(chǎng)更改組件，使輔助磁場(chǎng)生成裝置安排成可相對(duì)于磁場(chǎng)生成元件放置，以生成更改主磁場(chǎng)的輔助磁場(chǎng)，從而使與經(jīng)更改磁場(chǎng)相互作用的電樞元件以目標(biāo)輸出特性工作。
因此，在本發(fā)明的另一方面中本發(fā)明駐留于一種用于電機(jī)的磁場(chǎng)更改組件，具有被安排成生成主磁場(chǎng)的主磁場(chǎng)生成元件；以及電樞元件，它被安排成于所述主磁場(chǎng)相互作用、并可相對(duì)于所述主磁場(chǎng)生成元件移動(dòng)；該組件包括輔助磁場(chǎng)生成裝置，它被安排成可相對(duì)所述磁場(chǎng)生成元件放置，以生成更改所述主磁場(chǎng)的輔助磁場(chǎng)，從而使所述電樞元件與所述經(jīng)更改磁場(chǎng)相互作用以在目標(biāo)輸出特性下工作。
電樞可被安排成可旋轉(zhuǎn)、往復(fù)、或線性地移動(dòng)。
在一種形式中，電機(jī)是電動(dòng)機(jī)而輸出特性是電樞元件的目標(biāo)移動(dòng)速度或扭矩。在另一種形式中，電機(jī)是發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)，并且輸出特性是來(lái)自電樞元件的目標(biāo)輸出電壓或功率。在又一種形式中，電機(jī)包括具有所述主磁場(chǎng)生成元件和所述電樞元件的電動(dòng)機(jī)，以及耦合所述電樞以驅(qū)動(dòng)之的發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)。該電動(dòng)機(jī)可以是直流(DC)或交流(AC)電動(dòng)機(jī)，或DC或AC螺線管致動(dòng)器。
主磁場(chǎng)生成元件可由至少一個(gè)電磁鐵和/或至少一個(gè)永久磁鐵構(gòu)成。
在一種形式中，電機(jī)是一螺線管致動(dòng)器，其中主磁場(chǎng)生成元件構(gòu)成為磁心上的線圈，可移動(dòng)電樞元件構(gòu)成為可相對(duì)磁心移動(dòng)的棒或桿。該桿可在直線方向上或以鐘擺方式移動(dòng)。
磁場(chǎng)更改組件可配置有用于容納所述主磁場(chǎng)生成元件或所述電樞元件的腔室?；蛘?，所述主磁場(chǎng)生成元件或所述電樞元件可構(gòu)成為具有用于容納所述磁場(chǎng)更改組件的凹槽。較佳地是，輔助磁場(chǎng)生成裝置被安排成朝腔室/凹槽生成基本徑向的所述輔助磁場(chǎng)。
當(dāng)電機(jī)是螺線管致動(dòng)器時(shí)，磁場(chǎng)更改元件可接近線圈或磁心放置。較佳的是該更改元件可相對(duì)于線圈或磁心選擇性地放置。
還較佳的是磁場(chǎng)更改組件或所述電機(jī)能可調(diào)節(jié)地放置，用于可控制地更改所述經(jīng)更改磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
較佳地，磁場(chǎng)更改組件包括被配置成支持所述輔助磁場(chǎng)生成裝置的主體元件。所述輔助磁場(chǎng)生成裝置可包括一個(gè)或多個(gè)輔助永久磁鐵，它們被安排成提供所述輔助磁場(chǎng)用于更改主要磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
主體元件可被安排成可調(diào)節(jié)地放置成輔助磁場(chǎng)生成裝置相對(duì)于主要磁場(chǎng)生成元件的位置是可調(diào)的。在一較佳形式中，主體元件由各自支持至少一個(gè)輔助磁場(chǎng)生成元件的多個(gè)部分構(gòu)成，并且這些部分能可伸縮地放置。
組件可使開(kāi)關(guān)元件排列成當(dāng)電樞元件在接近于主磁場(chǎng)生成元件的限定區(qū)域內(nèi)時(shí)，提供電源與所述主磁場(chǎng)生成元件之間的電流路徑。
電樞元件可使一個(gè)或多個(gè)其它永久磁鐵排列成可移入所述區(qū)域，以使該主磁場(chǎng)生成元件產(chǎn)生電流用于將所述開(kāi)關(guān)元件切換成提供所述電流路徑，從而該主磁場(chǎng)生成元件產(chǎn)生一主磁場(chǎng)。或者，輔助磁場(chǎng)生成裝置可使一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵固定于電樞元件的至少一端，并被安排成對(duì)一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵的沖擊力使主磁場(chǎng)生成元件產(chǎn)生所述主磁場(chǎng)，用于使所述電樞振動(dòng)。
較佳的是所述輔助磁場(chǎng)生成裝置使至少一對(duì)輔助元件磁鐵排列成陣列。更佳地，在該陣列中，該對(duì)或各對(duì)輔助永久磁鐵被排列成其相反極相面對(duì)。該陣列可使一層或多層所述成對(duì)輔助永久磁鐵排列成類似相對(duì)極的組，從而使一個(gè)組的北極面對(duì)另一個(gè)組的南極。
主體元件可使所述腔室配置其中，并且主磁場(chǎng)生成元件和/或電樞元件在該腔室中得到支承。較佳地，該組件具有用于支承主磁場(chǎng)生成元件和/或電樞元件的支承元件，并且該支承元件可相對(duì)主體元件放置，以更改主磁場(chǎng)。


為了便于理解本發(fā)明并將其付諸實(shí)踐，下文中將參照示出本發(fā)明非限制實(shí)施例的附圖進(jìn)行描述，且附圖中圖1是公知DC電動(dòng)機(jī)的電路圖；圖2是公知螺線管的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的示意性前視圖，其中在該組件中將要放置電動(dòng)機(jī)；圖4是圖3中沿X-X示出的組件的橫截面視圖；圖5示出圖3所示組件，其中電動(dòng)機(jī)置于該組件中；圖6是圖5中沿Y-Y示出的組件的橫截面視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的示意性前視圖，其中發(fā)電機(jī)將要耦合到置于該組件中的電動(dòng)機(jī)；圖8是圖7所示組件的俯視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的又一磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的示意性前視圖，其中發(fā)電機(jī)將要耦合到置于該組件中的電動(dòng)機(jī)；圖10是圖7和9所示的發(fā)電機(jī)的前視圖，以及沿Z-Z的各個(gè)橫截面視圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的一磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的輸出特性的視圖，其中發(fā)電機(jī)耦合到處于相對(duì)于該組件不同位置上的電動(dòng)機(jī)；圖12示出輔助磁鐵和定子磁鐵的相對(duì)位置，其中圖中標(biāo)號(hào)“1”的度量與圖9的相同；圖13是示出應(yīng)用到處于相對(duì)組件的不同位置上的電動(dòng)機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的一磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的輸出特性的示圖；圖14-19示出在電動(dòng)機(jī)相對(duì)于磁場(chǎng)更改組件的各個(gè)位置上的經(jīng)更改磁場(chǎng)，以及該輸出信號(hào)在所述位置上的示圖；圖20和21是示出具有和不具有根據(jù)本發(fā)明的磁場(chǎng)更改組件實(shí)施例的特定電動(dòng)機(jī)的輸出性能系數(shù)的可比示圖；圖22和23示出在主體元件的0°和180°上的相應(yīng)更改通量密度；圖24是示出在電樞的各個(gè)位置上的經(jīng)更改電樞電阻的表格；圖25示出具有單個(gè)輔助永久磁鐵的組件的一個(gè)實(shí)施例；圖26示出具有等間距地圍繞主體元件放置的三個(gè)輔助永久磁鐵的組件的一個(gè)實(shí)施例；圖27示出具有等間距地沿著主體元件的一個(gè)扇形放置的三個(gè)輔助永久磁鐵的組件的一個(gè)實(shí)施例；圖28-30示出根據(jù)本發(fā)明的用于具有可線性移動(dòng)電樞桿的螺線管致動(dòng)器的一種組件形式；圖31示出根據(jù)本發(fā)明的用于具有可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)電樞桿的螺線管致動(dòng)器的一種組件形式；圖32示出具有用于向螺線管線圈供電的開(kāi)關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)螺線管致動(dòng)器；圖33-35是體現(xiàn)為根據(jù)本發(fā)明的磁場(chǎng)更改組件的振動(dòng)螺線管形式；圖36-38是示出振動(dòng)螺線管中的經(jīng)更改磁場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式
為有助于理解本發(fā)明的電機(jī)，提供有關(guān)簡(jiǎn)單的DC永久磁鐵電動(dòng)機(jī)100(其電路如圖1所示)的一些信息被視為是有用的。該電動(dòng)機(jī)具有帶有永久磁鐵的定子，以及帶有線圈的電樞。換向器102被安排成連接線圈的端部，并且電刷104與DC電源相連。Vapplied被安排成接觸換向器的間隔段。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，換向器段將轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，線圈中的電流方向周期性倒轉(zhuǎn)。因此，永久磁場(chǎng)與線圈中電流之間的相互作用使該電樞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
DC電動(dòng)機(jī)速度通常取決于在電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)流動(dòng)的電壓和電流的組合、以及電動(dòng)機(jī)負(fù)載或制動(dòng)扭矩。該速度通常通過(guò)使用電動(dòng)機(jī)線圈的接頭或通過(guò)具有可變電壓電源改變電壓或電流來(lái)控制。因?yàn)樵擃愲妱?dòng)機(jī)可在低速上形成相當(dāng)高的扭矩時(shí)，所以它常常用于牽引應(yīng)用。
典型DC機(jī)器的定子磁場(chǎng)包括由在繞組中流動(dòng)的直流電所激勵(lì)的偶數(shù)數(shù)量的磁極、和/或永久磁鐵定子磁場(chǎng)。電樞轉(zhuǎn)子由載有嵌入槽內(nèi)并與轉(zhuǎn)換器分段相連的圓柱形鐵心的有效導(dǎo)體組成。直流電由駐留在轉(zhuǎn)換器的定子電刷從電樞往返傳送。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)換器切換在導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)的電流的方向。定子和電樞磁場(chǎng)彼此靠近。
通常有三種控制DC電動(dòng)機(jī)的速度的方法。它們是勵(lì)磁電流控制、電樞電阻控制、以及電樞電壓控制。
電動(dòng)機(jī)的速度通過(guò)以下電動(dòng)機(jī)方程和變換函數(shù)給出Va＝所施加的電壓Vb＝所感生的反向電動(dòng)勢(shì)電壓Ia＝電動(dòng)機(jī)電流 T＝電動(dòng)機(jī)輸出扭矩L＝電樞線圈電感器ω＝電動(dòng)機(jī)輸出速度R＝電樞電阻這些變量之間的電關(guān)系由以下給出F2(f)＝F1(f)FS(t)(1.2.1)其中內(nèi)部生成電壓Vb與電動(dòng)機(jī)速度ω成比例，并由以下給出FSτ(ω)=t0sin(ωt02)ωt02---(1.2.2)]]>電動(dòng)機(jī)反向電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Kb是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的每個(gè)單位速度的電壓的度量。Kb的大小和極性分別是樞軸角速度ω、以及旋轉(zhuǎn)方向的函數(shù)。組合以上方程產(chǎn)生Va=LdIadt+RIa+Kbω---(1.2.3)]]>這被稱為DC電動(dòng)機(jī)的電方程。
電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)方程由以下給出FS(ω)=2πTt0Σn=-∞∞sin(nπt0T)nπt0Tδ(ω-2πnT)---(1.2.4)]]>其中Kt是作為由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的每個(gè)單位電流扭矩的度量的電動(dòng)機(jī)扭矩常數(shù)。在永久磁鐵DC電動(dòng)機(jī)中，扭矩是電動(dòng)機(jī)電流的線性函數(shù)。
以下術(shù)語(yǔ)確定該電動(dòng)機(jī)的機(jī)械屬性(在該討論中略去電動(dòng)機(jī)的負(fù)載)·Jo[電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量]·Tf[電動(dòng)機(jī)中不變摩擦扭矩；極性的函數(shù)]·D[電動(dòng)機(jī)的粘滯摩擦(阻尼)；電動(dòng)機(jī)的速度和極性的函數(shù)]電動(dòng)機(jī)所看到的反向扭矩由以下給出Topp＝Tfsgn(ω)+Dω(1.2.5)當(dāng)電動(dòng)機(jī)耦合到負(fù)載時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由JL表示而反向負(fù)載扭矩由TL給出。描述電動(dòng)機(jī)的機(jī)械屬性的方程變成FS(f)=t0TΣn=-∞∞sin(nπt0T)nπt0Tδ(f-nT)---(1.2.6)]]>該方程假設(shè)負(fù)載本身不是動(dòng)態(tài)的，并且電動(dòng)機(jī)的速度與負(fù)載的速度相同。
從電動(dòng)機(jī)方程中略去所有負(fù)載項(xiàng)。扭矩摩擦Tf是非線性項(xiàng)，以便于形成線性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移函數(shù)。
為了導(dǎo)出描述從所施加電壓到電動(dòng)機(jī)速度的關(guān)系的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移函數(shù)，拉普拉斯變換被應(yīng)用于如下三個(gè)電動(dòng)機(jī)方程Va(s)＝(sL+R)I(s)+Kbω(s)(1.2.7)Tm(s)＝KtI(s)(1.2.8)Tm(s)＝(J0)s·ω(s)+Dω(s)(1.2.9)組合(1.2.8)和(1.2.9)，以獲得電流的表達(dá)式Ia(s)=1Kt(sJ0+D)ω(s)---(1.2.10)]]>接著，組合(1.2.10)和(1.2.7)以形成Va(s)=1Kt[(sL+R)(sJ0+D)ω(s)]+Kbω(s)---(1.2.11)]]>并且對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Gm=ω(s)Va(s)=Kt[(sL+R)(sJ0+D)+KbKt]---(1.2.12)]]>鐵心永久磁鐵DC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)移函數(shù)具有可通過(guò)估算特征方程的根來(lái)確定的兩個(gè)實(shí)數(shù)負(fù)極值s2LJ0+s(LD+RJ0)+RD+KbKt＝0(1.2.13)該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移函數(shù)可使用τ1和τ2來(lái)寫成時(shí)間常數(shù)形式Gm(s)=1Kb(sτ1+1)(sτ2+1)---(1.2.14)]]>其中時(shí)間常數(shù)與(1.2.13)的極值相關(guān)為τ1=-1p1,τ2=-1p2---(1.2.15)]]>可對(duì)(1.2.13)的極值作一些觀察，以便于標(biāo)識(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)。對(duì)于大多數(shù)永久磁鐵DC電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)系數(shù)L較小而粘滯阻尼可略去。如果這兩項(xiàng)都取為0，則轉(zhuǎn)移函數(shù)可建模為具有一個(gè)時(shí)間常數(shù)τ1的一階系統(tǒng)。作出這些簡(jiǎn)化假設(shè)的適當(dāng)性將變得清楚。但是現(xiàn)在，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移函數(shù)將保持二階。
(1.2.13)的極值根據(jù)以下計(jì)算p1,2=-LD+RJ02LJ0±12LJ04LJ0(RD+KbKt)---(1.2.16)]]>在大多數(shù)DC電動(dòng)機(jī)中，感應(yīng)系數(shù)L和粘滯阻尼D值相對(duì)(1.2.16)中的其它項(xiàng)較小。其結(jié)果LD≈0總是在大于零的根下產(chǎn)生一項(xiàng)，因?yàn)闃O值是負(fù)實(shí)數(shù)。假設(shè)LD≈0允許(1.2.16)的極值減為p1=[-RJ0+RJ0(1-2LKbKtR2J0)]2LJ0]]>p1=-KbktRJ0---(1.2.17)]]>并且p2=[-RJ0-RJ0(1-2LKbKtR2J0)]2LJ0≈-2RJ02LJ0]]>或者p2=-RL---(1.2.18)]]>通過(guò)使用方程(1.2.15)，機(jī)械和電時(shí)間常數(shù)可用電動(dòng)機(jī)參數(shù)表示。
τ1=τm=RJ0KbKt]]>(機(jī)械時(shí)間常數(shù))(1.2.19)τ2=τe=LR]]>(電時(shí)間常數(shù))(1.2.20)該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)將τm和τe標(biāo)識(shí)為組成時(shí)間常數(shù)的項(xiàng)。粘滯阻尼(D)和非線性摩擦(Tf)項(xiàng)需要通過(guò)(1.2.19)標(biāo)識(shí)，并且僅當(dāng)τm＞10τe時(shí)才可應(yīng)用(1.2.20)，并且電動(dòng)機(jī)感應(yīng)系數(shù)L是相對(duì)較小的數(shù)。
從通量隨勵(lì)磁電流線性增大的假設(shè)中，速度可與電樞電壓成正比而與建立電流成反比。
在感應(yīng)勵(lì)磁電流控制的情形中，DC勵(lì)磁電流可使用具有可調(diào)串聯(lián)電阻或脈寬調(diào)制的固定電源電壓來(lái)控制。
DC電動(dòng)機(jī)的電樞電阻控制降低了電樞電壓，并因此降低了速度。該方法的嚴(yán)重缺點(diǎn)是電阻中的電損失。效率因此受限，并且在X％的額定速度上運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)導(dǎo)致低于X％的效率。
電樞電壓控制是DC電動(dòng)機(jī)速度控制的最通用形式。這可使用DC電源的連續(xù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且該速度近似與DC電壓成比例。脈寬調(diào)制可用于電樞電壓控制，并且DC電動(dòng)機(jī)的扭矩控制可通過(guò)控制電樞電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。
典型的線性電機(jī)是由電感器構(gòu)成的螺線管106，該電感器具有圍繞可磁穿透的圓柱心或圓環(huán)柱心(未示出)的電線的螺旋繞組108。當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，強(qiáng)化電磁場(chǎng)110在磁心內(nèi)創(chuàng)建并從其極點(diǎn)向外發(fā)散，如圖2所示。
用于動(dòng)力輸出的螺線管機(jī)械轉(zhuǎn)換通常通過(guò)將鐵磁棒112部分地置入繞組的磁心內(nèi)、并使鐵磁心或棒在上述繞組通電時(shí)移動(dòng)來(lái)提供。由此該棒將通過(guò)線性移動(dòng)的結(jié)果電磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)一步插入螺線管、或抽出螺線管。該螺線管可用于施加動(dòng)力，以便驅(qū)動(dòng)可在遠(yuǎn)處產(chǎn)生較大機(jī)械動(dòng)作的杠桿或力矩臂。
用于獲得螺線管致動(dòng)器的定義為螺線管電樞的力、速度和方向的期望可控輸出特性的方法受典型設(shè)計(jì)限制，籍此這種控制矢量相關(guān)于由通電螺線管產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的值，并且該磁場(chǎng)強(qiáng)度由以下方程給出B＝u0nI其中B是磁場(chǎng)強(qiáng)度，u0是自由空間的可穿透性，n是每單位長(zhǎng)度電線的匝數(shù)，而I是流經(jīng)電線的電流。
對(duì)于半徑a的有限長(zhǎng)度圓柱形螺線管，磁場(chǎng)通過(guò)本方程以c.g.s為單位給出B=4πINcz^;]]>其中c是光速，且z是沿螺線管軸的單位矢量，而磁通量為ΦB=N∫SB·da=NBπα2=4π2IN2α2c;]]>另外螺線管的磁場(chǎng)值給出為ΦB＝N∫SB·da＝NBπα2＝μ0IN2πα2B＝u0nI的等式和導(dǎo)數(shù)表示當(dāng)安培I增大時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度B增大。然而，該過(guò)程將需要螺線管上電壓的增大，從而將導(dǎo)致產(chǎn)生更多熱量，并因繞組電線的固有電阻引起能量浪費(fèi)。
另一種增大B的方法是增大n。但對(duì)于特定尺寸的螺線管，該增大僅可通過(guò)使用相對(duì)較小直徑的電線以在磁心上更緊密地纏繞繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此，它還導(dǎo)致給定電流所需的電阻的增大以及電壓的增大，以及因電線的電阻所產(chǎn)生的熱量的增大。
另一種增大n的方法是纏繞若干層電線。這還增大電線的電阻，增加絕緣問(wèn)題，并減小螺線管的長(zhǎng)度與直徑之比。
為了減弱B磁場(chǎng)以便更改螺線管電樞的速度和力矢量的大小來(lái)影響其輸出特性，反向取得所有上述參數(shù)。
由典型螺線管生成的磁力通過(guò)諸如電子的帶電粒子移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生。移動(dòng)電荷在出現(xiàn)磁場(chǎng)時(shí)將加快或加速，使該電荷改變穿行的速度或速率以及方向。
現(xiàn)在參看圖3所示的磁場(chǎng)更改組件10的實(shí)施例，組件10使主體元件12排列成支承由分隔板15分開(kāi)的兩層永久磁鐵14的陣列。如可在圖4和6中更清楚地可見(jiàn)，層1和2中的磁鐵14被排列成圍繞插入電動(dòng)機(jī)18的腔室16間隔排列。磁鐵是其相反極彼此面對(duì)地成對(duì)的，并且相對(duì)極靠近腔室16放置。在所示實(shí)施例中，北極面對(duì)的磁鐵14在一個(gè)組內(nèi)，而南極面對(duì)的其它磁鐵14在第二個(gè)組內(nèi)。磁鐵14在腔室16內(nèi)生成一輔助磁場(chǎng)。為了提供穩(wěn)定性，主體元件12具有相對(duì)較大的基座29。
圖3所示的電動(dòng)機(jī)18固定于安裝板22上，從而電動(dòng)機(jī)18可在腔室16內(nèi)得到支承。安裝板可設(shè)置有索引指示器(未示出)，從而可簡(jiǎn)便地確定與主體元件12相關(guān)的期望位置。在該實(shí)施例中，安裝板22被安排成可相對(duì)于主體元件12旋轉(zhuǎn)以便于更改電動(dòng)機(jī)18的主磁場(chǎng)。
再參看圖4，電動(dòng)機(jī)18具有帶有兩個(gè)弓形永久磁鐵26和28的永久磁鐵定子24，以及置于在磁鐵26和28之間存在的主磁場(chǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)子30。轉(zhuǎn)子30具有線圈32，以及用于要提供給線圈32的電流的分段轉(zhuǎn)換器34。當(dāng)電動(dòng)機(jī)18置于如圖3所示的腔室16中時(shí)，從磁鐵26和28發(fā)出的主磁場(chǎng)通過(guò)來(lái)自輔助永久磁鐵14的輔助磁場(chǎng)的施加來(lái)更改。經(jīng)更改主磁場(chǎng)的強(qiáng)度可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)18相對(duì)于輔助磁鐵14的位置而改變。在所示實(shí)施例中，這種強(qiáng)度變化通過(guò)旋轉(zhuǎn)安裝板22來(lái)執(zhí)行。
參看圖5，電動(dòng)機(jī)18具有固定于電動(dòng)機(jī)樞軸38上的適配器36。適配器36是用于將電動(dòng)機(jī)18耦合到發(fā)電機(jī)40，從而電動(dòng)機(jī)18可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)40產(chǎn)生輸出電壓。如圖7和8所示，發(fā)電機(jī)40固定于錐形安裝臺(tái)42上，該錐形安裝臺(tái)42放置或安裝在安裝板22上。發(fā)電機(jī)40在定子中具有永久磁鐵46和48，并且在轉(zhuǎn)子41中具有線圈50，與電動(dòng)機(jī)18中的相似。線圈50與分段轉(zhuǎn)換器或滑動(dòng)環(huán)相連，該分段轉(zhuǎn)換器或滑動(dòng)環(huán)排列成與連接到輸出端子52和54的電刷相接觸。
圖9示出耦合以驅(qū)動(dòng)較小版本發(fā)電機(jī)40的較小版本電動(dòng)機(jī)18。兩個(gè)版本的發(fā)電機(jī)40的細(xì)節(jié)如圖10所示。沿Z-Z的橫截面視圖顯露出轉(zhuǎn)換器56、以及與端子52和54相連的電刷58。
腔室16內(nèi)的電動(dòng)機(jī)18的輸出速度和/或扭矩可通過(guò)相對(duì)于磁場(chǎng)更改組件10旋轉(zhuǎn)安裝板22來(lái)更改。當(dāng)電動(dòng)機(jī)18耦合到發(fā)電機(jī)40時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)18的速度將改變發(fā)電機(jī)40的輸出電壓。圖11的示圖示出耦合到電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)的輸出，該電動(dòng)機(jī)置于組件10的腔室16中。圖12示出測(cè)量標(biāo)號(hào)“1”處的輸入功率、輸出功率和旋轉(zhuǎn)速度時(shí)主體12和電動(dòng)機(jī)18的位置。電動(dòng)機(jī)18每步45度地在順時(shí)鐘方向逐步移動(dòng)，并且標(biāo)號(hào)“2”到“8”處的測(cè)量按所述步驟進(jìn)行。如圖所示，輸出功率在電動(dòng)機(jī)18處于對(duì)應(yīng)于標(biāo)號(hào)“4”的位置時(shí)最高為108焦耳/秒，并且輸出功率在電動(dòng)機(jī)18處于對(duì)應(yīng)于標(biāo)號(hào)“5”的位置時(shí)最低為0.3焦耳/秒。然而，當(dāng)電動(dòng)機(jī)18處于對(duì)應(yīng)于標(biāo)號(hào)“5”的位置時(shí)電動(dòng)機(jī)速度最高為11532RPM。
圖13中的示圖示出在電動(dòng)機(jī)18未耦合到發(fā)電機(jī)40時(shí)電動(dòng)機(jī)18的測(cè)量速度，并且主體12和電動(dòng)機(jī)18在標(biāo)號(hào)“1”的相對(duì)位置如前面段落中所述。如圖所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)18處于在對(duì)應(yīng)于稍在標(biāo)號(hào)“4”之前的標(biāo)號(hào)“5”的位置時(shí)，最高速度為80600RPM。標(biāo)號(hào)“6”與45度上在對(duì)應(yīng)于標(biāo)號(hào)“4”的位置之前的位置相對(duì)應(yīng)。標(biāo)號(hào)“7”和“8”與電動(dòng)機(jī)18在距離相關(guān)先前位置22.5度步距的位置相對(duì)應(yīng)。
圖14示出DC電動(dòng)機(jī)18內(nèi)的磁場(chǎng)60。電動(dòng)機(jī)18具有如上所述的永久定子磁鐵26和28，以及電樞線圈32。它還具有電動(dòng)機(jī)外殼62。磁場(chǎng)60由線條表示。某些背景電動(dòng)勢(shì)輻射64還穿透外殼62與磁場(chǎng)60相互作用。圖15是一示波器圖，其中通道1為源電壓而通道2為電動(dòng)機(jī)端電壓。如圖所示，所測(cè)電壓讀數(shù)為16.4V和13.1V RMS。如圖16所示，電動(dòng)機(jī)14置于根據(jù)本發(fā)明組件10的實(shí)施例的腔室16中。組件10的輔助磁場(chǎng)66通過(guò)施加對(duì)主磁場(chǎng)60起作用，從而扭曲主磁場(chǎng)60。結(jié)果的磁場(chǎng)產(chǎn)生26.7V RMS(參見(jiàn)圖17)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)18和主體12的相對(duì)位置處于圖18所示的位置中時(shí)，所測(cè)電壓如圖19所示地改變。
圖20中的隨機(jī)曲線示出可在澳大利亞購(gòu)買的特定DC永久磁鐵電動(dòng)機(jī)(DickSmith型號(hào)P9004)的某些工作參數(shù)。如圖21所示，當(dāng)它插入組件10的腔室16時(shí)工作參數(shù)有相當(dāng)大的改變。
圖22和23示出當(dāng)主體12轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)結(jié)果磁場(chǎng)中的變化。圖24示出P9004電動(dòng)機(jī)自身和具有組件10的P9004電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)電樞電阻。
圖25示出具有固定于主體12的單個(gè)輔助永久磁鐵14的組件10的一個(gè)實(shí)施例。圖26是具有固定于并圍繞主體12的三個(gè)等間距輔助永久磁鐵14的組件10的另一個(gè)實(shí)施例。圖27示出磁鐵14固定于主體12的弧的另一個(gè)組件10。
圖28示出磁場(chǎng)更改組件10的一個(gè)實(shí)施例，該磁場(chǎng)更改組件10被配置成有選擇地改變諸如本文所示的螺線管致動(dòng)器70的線性電機(jī)機(jī)器的輸出特性。輸出特性可以是速度、加速度和力。組件10具有帶有向上翻轉(zhuǎn)的U型安裝元件72的主體12，該U型安裝元件72上固定有保持支架74。支架74帶有環(huán)狀磁鐵76。螺線管致動(dòng)器70置于U型元件72內(nèi)的空間或腔室78中。螺線管致動(dòng)器70具有圓柱形元件80，它被排列成容納其螺線管線圈86，并具有其鐵磁傳動(dòng)桿84延伸通過(guò)的開(kāi)口端。該圓筒80通過(guò)螺釘82固定于U型元件72。螺釘82用于沿螺線管致動(dòng)器的軸向調(diào)節(jié)磁鐵76的位置。這樣，作用于傳動(dòng)裝置70的鐵磁桿84上的磁力可通過(guò)改變經(jīng)由將次要磁場(chǎng)施加于螺線管磁場(chǎng)上而由通電線圈86產(chǎn)生的主電磁場(chǎng)矢量來(lái)調(diào)節(jié)，由此來(lái)最優(yōu)化所制造的線性電機(jī)機(jī)器的輸出特性和輸出性能系數(shù)。
本實(shí)施例中的U型元件72由具有低磁穿透性的材料制成的。
圖29示出組件10的第二實(shí)施例。該組件10具有安裝于U型元件并可各自沿軸向調(diào)節(jié)的兩個(gè)輔助永久磁鐵76A和76B。圖30示出第三實(shí)施例，其中組件10具有單個(gè)可調(diào)的永久磁鐵76B，并且安裝主體是L型元件72A。
組件10可用于更改螺線管致動(dòng)器70的主磁場(chǎng)，螺線管致動(dòng)器70被排列成使其鐵磁桿84以擺動(dòng)或鐘擺方式往復(fù)。在圖31中示出的是用于往復(fù)螺線管致動(dòng)器70的組件10的第四實(shí)施例。傳動(dòng)裝置70的圓筒80具有錐形開(kāi)口端81，且桿84具有置于該開(kāi)口端81的球狀端部，從而形成球狀回轉(zhuǎn)接頭。桿84的另一端帶有輔助永久磁鐵76C。當(dāng)線圈86通電時(shí)，使桿84圍繞回轉(zhuǎn)接頭擺動(dòng)。由該線圈86生成的磁通量可通過(guò)調(diào)節(jié)輔助永久磁鐵76A和76B的任一個(gè)的位置來(lái)更改。
圖32示出的是Andrews的美國(guó)專利3,783,550中所述的電動(dòng)機(jī)的橫截面視圖。該現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)具有電樞桿84，其中永久磁鐵85附于其自由端。桿84的另一端通過(guò)樞軸連接于支座。桿84因而可以鐘擺方式繞樞軸擺動(dòng)。提供了螺旋狀線圈繞在鐵磁心71上的螺線管致動(dòng)器70，用于通過(guò)磁鐵85的磁通量與通電線圈86所產(chǎn)生的電場(chǎng)之間的相互作用加速桿84。晶體管開(kāi)關(guān)Q1用于切換從DC電源87到線圈86的電流。該開(kāi)關(guān)使其基極連接到線圈86的一端，其集電極連接到電源端子，且其發(fā)射極連接到線圈的接頭。電源87的另一個(gè)電源端子與線圈的另一端相連。線圈有效地形成電感器L1-施加瞬時(shí)電磁脈沖的內(nèi)部線圈，以及電感器L2-用來(lái)讀出外部輔助永久磁場(chǎng)的磁通量變化、由此這種變化感生所生成的電壓以與通量變化的頻率成比例地瞬時(shí)導(dǎo)通晶體管的外部拾取線圈。循環(huán)移動(dòng)的、相對(duì)于電感器線圈L1和L2附近的變化距離的永久磁鐵85使晶體管循環(huán)開(kāi)關(guān)向電感器L1供電，從而提供瞬時(shí)磁場(chǎng)脈沖以移動(dòng)磁鐵85。由線圈86生成的電磁場(chǎng)是固定的。這樣，對(duì)桿85的磁作用也是不變的。當(dāng)桿84和磁鐵85是固定的或在磁鐵85的磁場(chǎng)可使線圈70提供開(kāi)關(guān)晶體管的足夠電流的距離之外時(shí)，晶體管Q1不開(kāi)關(guān)。
在此公開(kāi)的是通過(guò)將永久磁鐵或永久磁鐵陣列限制和放置到螺線管電磁場(chǎng)影響的相近和可實(shí)踐接近處的方法和裝置，來(lái)控制現(xiàn)有技術(shù)專利US03783550中所述的螺線管電路的輸出特性并從中獲得另一能量變換的另一方法，由此固定永久磁鐵施加于上述螺線管磁性電路，施加于永久磁場(chǎng)的上述固定輔助磁鐵應(yīng)當(dāng)通過(guò)保持輔助磁鐵的可調(diào)安裝來(lái)提供對(duì)螺線管電磁場(chǎng)強(qiáng)度或極性的大小和方向的調(diào)節(jié)，所述輔助磁鐵可置于指定位置附近，并相對(duì)于螺線管和磁心組件設(shè)置距離。由此在L1電感器線圈通電時(shí)生成主電磁場(chǎng)，從而將由固定永久磁鐵生成的輔助磁場(chǎng)加入接近螺線管線圈處，由此隨后主磁場(chǎng)和第二輔助磁場(chǎng)之間的磁反應(yīng)將使永久磁鐵基層分子對(duì)齊位移，并且因?yàn)檩o助磁鐵和電感器線圈受到機(jī)械限制以防止在空間中的物理移動(dòng)，還影響通電的電感器線圈金屬基層內(nèi)分子對(duì)齊的位移。
關(guān)聯(lián)于由螺線管線圈生成的電磁脈沖的主磁場(chǎng)與次要輔助磁場(chǎng)可進(jìn)行這種集成，以偏轉(zhuǎn)或扭曲彼此的磁場(chǎng)，并通過(guò)制造這種磁場(chǎng)的分子雙極磁域?qū)R的磁感應(yīng)來(lái)改變螺線管輸出特性。
在圖33中，是用于螺線管致動(dòng)器70的組件10的第五實(shí)施例。組件10具有安裝支架12，它被配置成保持輔助磁鐵76A和76B使該輔助磁鐵76A和76B接近螺線管70的相應(yīng)端部。本實(shí)施例中的組件10更改所述螺線管的輸出特性。磁場(chǎng)脈沖通常經(jīng)由鐵磁心71形成電路，并傳送到附于和限于鐵磁心端部的固定輔助磁鐵76A和76B用于更改從中獲得可選能量轉(zhuǎn)變的螺線管內(nèi)空間的可穿透性，以通過(guò)固定磁場(chǎng)將輔助磁場(chǎng)施加在電路上來(lái)?yè)?dān)當(dāng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)和電輸出的功率輸出工作。為了獲得用于工作的有用輸出，可將瞬時(shí)動(dòng)力沖擊施加在主體12上，從而這種沖擊使瞬時(shí)壓縮波穿過(guò)磁性基層分子，并瞬時(shí)地改變輔助永久磁鐵和鐵磁心71的磁性雙極磁域?qū)R。從而，由分子雙極磁域生成的結(jié)果永久磁場(chǎng)線在方向和大小上偏離，并且在移動(dòng)時(shí)由電感器線圈L2檢測(cè)。L2電感器中的感應(yīng)電流使晶體管導(dǎo)通，以將電流抽吸到L1電感器線圈中，從而生成導(dǎo)向輔助永久磁鐵76A和76B的電磁脈沖。該脈沖反饋提供分子雙極磁域的進(jìn)一步位移和振動(dòng)，并且機(jī)械振動(dòng)的諧振聲頻不確定地保持在固定輔助永磁鐵磁心和螺線管線圈之間。只要向螺線管電路提供電勢(shì)差就可保持振動(dòng)，從而L1電磁脈沖線圈就可通過(guò)晶體管和電荷感應(yīng)L2傳感器線圈調(diào)制。
線圈可具有作為圍繞管狀磁心71的電線的螺旋形纏繞的若干匝松散繞組。這些松散線匝在通電后具有相應(yīng)的磁力矩，并且通過(guò)極性吸引使松散線匝彼此磁性耦合，并且向彼此微觀或宏觀地移動(dòng)。在空間通過(guò)電磁吸引向彼此移動(dòng)的平行線匝的增量旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的距離取決于纏繞在管狀磁心周圍的繞組的張力。由此在L2電感器通電、以及L2傳感電感器繞組相對(duì)于固定輔助磁鐵或輔助磁場(chǎng)移動(dòng)之后，應(yīng)激勵(lì)晶體管并允許電流激發(fā)電感器L1和向輔助磁鐵提供電磁脈沖。然后該電磁脈沖和相應(yīng)的往復(fù)輔助永久磁場(chǎng)偏離脈沖由L2傳感電感器檢測(cè)。這些往復(fù)磁性脈沖反應(yīng)在L2傳感電感器之間發(fā)生，輔助永久磁鐵和L1脈沖電感器通常通過(guò)鐵磁心和空間形成電路。
在固定輔助永磁鐵磁心和螺線管線圈之間發(fā)生的擺動(dòng)脈沖磁反饋在由螺線管組件和磁場(chǎng)更改組件構(gòu)成的組件體上具有機(jī)械振動(dòng)的感應(yīng)諧振聲頻。這種振動(dòng)可在一般組件物理接觸之后傳送給剛性體，并在諸如板狀結(jié)構(gòu)、管或斜槽的剛性體上施加用于傳送微粒子材料的高頻振動(dòng)，從而這種聲學(xué)機(jī)械振動(dòng)應(yīng)減小嚙合于這種剛性傳送工具的表面的流體物質(zhì)的摩擦阻力和粘力的系數(shù)。
能量變換還被獲取為脈沖頻率調(diào)制DC電功率，從而頻率調(diào)制功率輸出可從L1電感器脈沖線圈和L2感應(yīng)傳感器線圈上抽頭。
DC電輸入的脈沖頻率調(diào)制通過(guò)由在固定輔助永磁鐵磁心內(nèi)出現(xiàn)的分子雙極磁域的位移和振動(dòng)所引起的擺動(dòng)脈沖磁反饋來(lái)感應(yīng)。這引發(fā)具有在對(duì)附于鐵磁心上的輔助磁鐵的初始動(dòng)力撞擊之后調(diào)制螺線管線圈內(nèi)電流的射頻諧波的諧波聲頻，以激勵(lì)感應(yīng)傳感器線圈L2。L2對(duì)晶體管柵極充電以激勵(lì)脈沖線圈L1，其中L1磁脈沖反饋回輔助磁鐵并且還施加與自然諧振頻率成比例的分子振動(dòng)，該分子振動(dòng)在受敲擊力擊打時(shí)開(kāi)始在螺線管組件和磁場(chǎng)更改組件的整個(gè)主體上建立。此外，脈沖頻率調(diào)制可通過(guò)垂直于電感器線圈長(zhǎng)度軸放置的遠(yuǎn)程輔助磁鐵的近似調(diào)節(jié)來(lái)改變，其中該遠(yuǎn)程輔助永磁磁場(chǎng)可用來(lái)衰減或強(qiáng)化與線圈感應(yīng)觸發(fā)輔助磁鐵的主電磁場(chǎng)反應(yīng)，上述組件還通過(guò)諧波電磁脈沖頻率調(diào)制器的作用限定為適于DC電輸入，以獲得期望調(diào)制電壓和電荷輸出的增量頻率調(diào)節(jié)。
電荷輸出的這種增量脈沖頻率調(diào)節(jié)通過(guò)置于圍繞上述電機(jī)的磁場(chǎng)更改組件上的可移動(dòng)輔助磁鐵的調(diào)節(jié)來(lái)獲得，由此可移動(dòng)輔助磁鐵可選擇性地通過(guò)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械限制來(lái)放置和固定，從而可從可近似調(diào)節(jié)的遠(yuǎn)程輔助磁鐵獲得期望輸出頻率調(diào)制和/或電勢(shì)差。圖34示出第六實(shí)施例，其中另一個(gè)輔助永久磁鐵76C固定于如圖33所示的組件10的主體12上。磁鐵76C固定在可通過(guò)螺釘12C可調(diào)節(jié)地固定于主體12的L形元件12A上。為了提供更寬的可調(diào)節(jié)性，主體12可由圖35所示的兩個(gè)可伸縮調(diào)節(jié)主體部分構(gòu)成。
圖36-38示出用于更改螺線管致動(dòng)器70的組件10的某些實(shí)施例的相應(yīng)經(jīng)更改通量密度。
因而，組件10提供經(jīng)改進(jìn)的電動(dòng)機(jī)效率，并允許控制標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)的速度和功率。組件10可簡(jiǎn)便地改進(jìn)現(xiàn)有電機(jī)以更改其主磁場(chǎng)，以便在該機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生諸如其速度和/或扭矩的期望輸出特性，而在該機(jī)為發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)時(shí)產(chǎn)生其輸出功率或能量，其范圍都比現(xiàn)有機(jī)器提供的更寬。
因而，組件10可用于更改或扭曲通常由靠近組件的相隔離磁場(chǎng)的電子激發(fā)導(dǎo)體所產(chǎn)生的對(duì)稱主磁場(chǎng)的對(duì)稱性或非對(duì)稱主磁場(chǎng)的非對(duì)稱性。這種更改可通過(guò)耦合輔助磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)主磁場(chǎng)強(qiáng)度以向主磁場(chǎng)提供極性吸引，由此這種磁性耦合將導(dǎo)致由于更大通量集中的更大反應(yīng)，以影響反應(yīng)場(chǎng)和機(jī)械輸出功率的運(yùn)動(dòng)的并發(fā)固有轉(zhuǎn)換矢量。相反，它可被安排為提供極性排斥以減小通量集中。
該組件增強(qiáng)主磁場(chǎng)反應(yīng)以獲得對(duì)功率輸出的原動(dòng)力的適當(dāng)轉(zhuǎn)換，并且通過(guò)將輔助永磁磁場(chǎng)施加于主反應(yīng)磁場(chǎng)上來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的能量節(jié)約。因?yàn)槭强煞胖玫?，它可通過(guò)調(diào)節(jié)極性對(duì)齊來(lái)調(diào)節(jié)和影響主磁場(chǎng)反應(yīng)，從而使作出反應(yīng)的主磁場(chǎng)變換成對(duì)稱或非對(duì)稱的以強(qiáng)化或弱化主磁反應(yīng)場(chǎng)，并為了實(shí)質(zhì)上改進(jìn)輸出性能和轉(zhuǎn)換能量控制的系數(shù)，諸如電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分量的、或電磁致動(dòng)器或螺線管內(nèi)部的線性諧波運(yùn)動(dòng)的速度而改變電機(jī)的電磁屬性。因而該組件可選擇性地調(diào)諧電磁機(jī)器的性能，以最優(yōu)效率或更大效率地承擔(dān)變化的工作負(fù)載。
輔助磁場(chǎng)可被調(diào)節(jié)成為了啟用固定速度和額定負(fù)載上的最優(yōu)性能，在電機(jī)包含于組件中或接近該組件時(shí)連續(xù)扭曲和固定偏轉(zhuǎn)主磁反應(yīng)場(chǎng)。它還可用于補(bǔ)償因不一致的制造規(guī)格而與指定機(jī)器規(guī)格的任何偏離。
該組件可適合結(jié)合于和固定于電機(jī)內(nèi)，或者改進(jìn)成電機(jī)。由此，輔助磁影響及相關(guān)聯(lián)的其發(fā)出磁場(chǎng)被永久地設(shè)置成產(chǎn)生具有典型電機(jī)的主磁影響的固定對(duì)稱或非對(duì)稱輔助磁場(chǎng)反應(yīng)。由此，可獲得最優(yōu)輸出特性，并作標(biāo)準(zhǔn)化以設(shè)置電機(jī)的效率限制。
該組件還可以適合與AC整流DC電動(dòng)機(jī)或任何AC電機(jī)一起使用以增強(qiáng)性能，或者用作磁場(chǎng)控制器，以更改電磁機(jī)器的主電磁場(chǎng)反應(yīng)。該組件可放置成減速或加速由這種電機(jī)產(chǎn)生的平移原動(dòng)力和牽引力。它可被改進(jìn)成操作電機(jī)，這些電機(jī)因由老化和熱量引起的永磁磁場(chǎng)強(qiáng)度的損失而有降低的效率，或者因腐蝕或由摩擦機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的過(guò)量熱量所引起的增大電阻而有由電子激發(fā)導(dǎo)體所產(chǎn)生的弱化通量密度。這種改進(jìn)需要現(xiàn)有電機(jī)內(nèi)裝有的內(nèi)部機(jī)構(gòu)的有限或零分解。
盡管以上內(nèi)容已通過(guò)本發(fā)明的說(shuō)明性示例給出，但不背離在權(quán)利要求中闡述的廣泛界限和范圍的許多變體和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括被安排成產(chǎn)生主磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生元件；電樞元件，它被安排成與所述主磁場(chǎng)相互作用、并可相對(duì)于所述主磁場(chǎng)發(fā)生元件移動(dòng)；以及具有輔助磁場(chǎng)生成裝置的磁場(chǎng)更改組件，所述磁場(chǎng)更改組件被安排成可相對(duì)所述磁場(chǎng)生成元件放置，以生成輔助磁場(chǎng)來(lái)更改所述主磁場(chǎng)，從而使所述電樞元件與所述經(jīng)更改磁場(chǎng)相互作用以在目標(biāo)輸出特性下工作。
2.一種用于電機(jī)的磁場(chǎng)更改組件，所述電機(jī)包括被安排成生成主磁場(chǎng)的主磁場(chǎng)生成元件以及被安排成于所述主磁場(chǎng)相互作用、并可相對(duì)于所述主磁場(chǎng)生成元件移動(dòng)的電樞元件；所述組件包括輔助磁場(chǎng)生成裝置，它被安排成可相對(duì)所述磁場(chǎng)生成元件放置，以生成輔助磁場(chǎng)來(lái)更改所述主磁場(chǎng)，從而使所述電樞元件與所述經(jīng)更改磁場(chǎng)相互作用以在目標(biāo)輸出特性下工作。
3.如權(quán)利要求1或2所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電樞被安排成可旋轉(zhuǎn)、往復(fù)、或直線地移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電機(jī)是電動(dòng)機(jī)，且所述輸出特性是所述電樞元件的目標(biāo)移動(dòng)速度或扭矩。
5.如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)是DC或AC電動(dòng)機(jī)、或者DC或AC螺線管致動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電機(jī)是發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)，且所述輸出特性是所述電樞元件的目標(biāo)輸出電壓或功率。
7.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電機(jī)包括具有所述主磁場(chǎng)發(fā)生元件和所述電樞元件的電動(dòng)機(jī)，以及耦合到所述電樞元件以得到驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)。
8.如權(quán)利要求1到7的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述主磁場(chǎng)生成元件由至少一個(gè)電磁鐵和/或至少一個(gè)永久磁鐵構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電機(jī)是螺線管致動(dòng)器，它具有形成為磁心上的線匝的主磁場(chǎng)生成元件、以及形成為可相對(duì)于磁心移動(dòng)的棒或桿的可移動(dòng)電樞元件。
10.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，所述桿被安排成可在直線方向上或以鐘擺方式移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求1到10的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述磁場(chǎng)更改組件配置有用于容納所述主磁場(chǎng)生成元件或所述電樞元件的腔室。
12.如權(quán)利要求1到10的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述主磁場(chǎng)生成元件或所述電樞元件可形成有用于容納所述磁場(chǎng)更改組件的凹槽。
13.如權(quán)利要求11或12所述的本發(fā)明，其特征在于，所述輔助磁場(chǎng)生成裝置被安排成朝所述腔室/凹槽生成基本上徑向的所述輔助磁場(chǎng)。
14.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，所述磁場(chǎng)更改元件靠近所述線圈或磁心放置。
15.如權(quán)利要求14所述的本發(fā)明，其特征在于，所述更改元件被安排成可選擇性地相對(duì)所述線圈或磁心放置。
16.如權(quán)利要求1到15的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述磁場(chǎng)更改組件和/或所述電機(jī)被安排成可調(diào)節(jié)地放置，以便可控制地更改所述經(jīng)更改磁場(chǎng)的密度。
17.如權(quán)利要求16所述的本發(fā)明，其特征在于，所述磁場(chǎng)更改組件包括主體元件，它被配置成支承所述輔助磁場(chǎng)生成裝置，所述輔助磁場(chǎng)生成裝置包括被安排成提供所述輔助磁場(chǎng)以便更改主磁場(chǎng)強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)輔助永久磁鐵，并且所述主體元件被安排成可調(diào)節(jié)地放置使得所述輔助磁場(chǎng)生成裝置相對(duì)于所述主磁場(chǎng)生成元件的位置是可調(diào)節(jié)的。
18.如權(quán)利要求17所述的本發(fā)明，其特征在于，所述主體元件由分別支承至少一個(gè)輔助磁場(chǎng)生成元件的部分構(gòu)成，并且各部分能夠可伸縮地放置。
19.如權(quán)利要求1到18的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述組件具有開(kāi)關(guān)元件，所述開(kāi)關(guān)元件被安排成當(dāng)所述電樞元件在靠近所述主磁場(chǎng)生成元件的限定區(qū)域內(nèi)時(shí)，在電源和所述主磁場(chǎng)生成元件之間提供電流路徑。
20.如權(quán)利要求19所述的本發(fā)明，其特征在于，所述電樞元件還具有一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵，它們被安排成可移入所述區(qū)域以使所述主磁場(chǎng)生成元件生成電流來(lái)切換所述開(kāi)關(guān)元件以提供所述電流路徑，從而所述主磁場(chǎng)生成元件生成所述主磁場(chǎng)。
21.如權(quán)利要求19所述的本發(fā)明，其特征在于，所述輔助磁場(chǎng)生成裝置具有一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵，它們固定于所述電樞元件的至少一端、并被安排成所述一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵上的沖擊力使所述主磁場(chǎng)生成元件生成所述主磁場(chǎng)，用于使所述電樞振動(dòng)。
22.如權(quán)利要求1到21的任一項(xiàng)所述的本發(fā)明，其特征在于，所述輔助磁場(chǎng)生成裝置使至少一對(duì)輔助永久磁鐵排列成陣列，并且在所述陣列中所述各對(duì)成對(duì)輔助永久磁鐵以其相反極相對(duì)排列。
23.如權(quán)利要求22所述的本發(fā)明，其特征在于，所述陣列具有一層或多層所述成對(duì)輔助永久磁鐵，它們被排列成類似相對(duì)極的組，從而使一個(gè)組的北極面對(duì)另一個(gè)組的南極。
24.如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明，其特征在于，所述主體元件具有配置在其中的所述腔室，并且所述主磁場(chǎng)生成元件和/或所述電樞元件在所述腔室中得到支承。
25.如權(quán)利要求24所述的本發(fā)明，其特征在于，所述組件具有支承元件，用于支承所述主磁場(chǎng)生成元件和/或所述電樞元件，并且所述支承元件可相對(duì)于所述主體元件放置以更改所述主磁場(chǎng)。
全文摘要
所提供的是用于電機(jī)(18)的磁場(chǎng)更改組件(10)，它具有安排成產(chǎn)生主磁場(chǎng)的定子(24)，以及安排成與定子所產(chǎn)生的主磁場(chǎng)交互并可相對(duì)定子移動(dòng)的轉(zhuǎn)子(30)。該組件包括輔助磁場(chǎng)生成磁鐵(14)，它被安排成可相對(duì)于定子可調(diào)地放置以產(chǎn)生更改主磁場(chǎng)的輔助磁場(chǎng)，從而使電樞元件與所更改的磁場(chǎng)交互，以在目標(biāo)輸出特性下工作。
文檔編號(hào)H02K21/00GK1977441SQ200580011509
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
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