專利名稱：一種電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及通過電動機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力而進行的機械發(fā)電。本實用新型尤其涉及一種電動機，其利用了轉(zhuǎn)子上的多個永磁體設(shè)備的磁場與定子上的多個電磁線圈的平行磁場之間的相互作用所施加的力。
背景技術(shù)：
電動機廣泛地應(yīng)用在全世界的許多器械中，其具有不同的尺寸和操作模式類型。傳統(tǒng)地，將電動機分為交流型和直流型。典型的直流電動機由外部靜止不動的定子和內(nèi)部轉(zhuǎn)子構(gòu)成，該外部定子具有以交流電供應(yīng)的線圈，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該內(nèi)部轉(zhuǎn)子連接在輸出軸上，該輸出軸由旋轉(zhuǎn)磁場限定了扭矩。電動機的發(fā)展趨勢是逐漸模糊這種區(qū)分，因為在現(xiàn)代的驅(qū)動器中，整流器移出至電動機殼外。在這種新型的電動機中，依賴驅(qū)動器電路來產(chǎn)生正弦交流驅(qū)動電流或其它任何理想形狀的波形。兩個最佳的例子是無刷直流電動機和步進式電動機，二者都是需要外部電動控制的多相位交流電動機。由電動機通過電磁感應(yīng)力將電能轉(zhuǎn)換為機械能，這一過程與發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能的操作相反。由于電動機和發(fā)電機往復(fù)進行機械能和電能的轉(zhuǎn)換，基于物理原理，電動機的操作與發(fā)電機的操作之間具有本質(zhì)的相關(guān)性。電能向機械能的轉(zhuǎn)換與相反的機械能向電能的轉(zhuǎn)換，這二者之間的聯(lián)系弓I領(lǐng)近年來的電動機研發(fā)者來設(shè)計這種還能作為發(fā)電機進行操作的電動機。在此以引用的方式納入US5903082，其公開了一種諸如電動機、發(fā)電機或再生電動機這樣的設(shè)備，該設(shè)備包括轉(zhuǎn)子裝置和定子裝置。所述定子裝置具有絕緣性電磁體外殼和至少一個可供能式電磁體組件，該電磁體組件包括整體非晶態(tài)金屬磁芯。所述整體非晶態(tài)金屬磁芯由多個單獨形成的非晶態(tài)金屬核心件組成。所述絕緣性電磁體外殼具有形成于電磁體外殼上的核心件開口，用于將單獨形成的非晶態(tài)金屬核心件保持在相互相鄰的位置，以形成整體的非晶態(tài)金屬磁芯。所述設(shè)備進一步包括控制裝置，通過使用多個激活參數(shù)和去活參數(shù)的任意組合，可變地控制電磁體的激活與去活，從而控制設(shè)備的速度、效率、扭矩和功率。在此以引用的方式納入US6259233，其公開了一種諸如電動機、發(fā)電機或再生電動機這樣的設(shè)備，該設(shè)備包括轉(zhuǎn)子裝置和定子裝置。所述定子裝置具有介質(zhì)電磁體外殼和至少一個可供能式電磁體組件，該可供能式電磁體組件包括整體非晶態(tài)金屬磁芯。所述整體非晶態(tài)金屬磁芯由多個單個形成的非晶態(tài)金屬核心件組成。所述介質(zhì)電磁體外殼具有形成于電磁體外殼上的核心件開口，用于將單個形成的非晶態(tài)金屬核心件保持在相互相鄰的位置，以形成整體非晶態(tài)金屬磁芯。所述設(shè)備進一步包括控制裝置，其能通過使用多個激活參數(shù)和去活參數(shù)的任意組合而可變式控制電磁體的激活與去活，從而控制設(shè)備的速度、效率、扭矩和功率。在此以引用的方式納入US7105974，其公開了一種同步交流電動機，該同步交流電動機具有定子，該定子具有以多個環(huán)狀延伸定子磁極組形式設(shè)置的定子磁極，每個定子磁極組具有一對相應(yīng)的環(huán)狀延伸的回路型定子繞組，這對定子繞組相鄰地分布在任一側(cè)，或者，每個定子磁極組只具有位于相鄰一側(cè)的單個上述繞組，相鄰的定子磁極組相互周向移動一固定量，該固定量與特定電相位角度相對應(yīng)。對繞組分別作用多相交流電壓，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，從而在每對繞組中產(chǎn)生方向相反的電流。因此，長期以來仍需求一種高效率的電動機，以通過利用類似發(fā)電機的配置來使給定尺寸的機械能輸出最大化。
發(fā)明內(nèi)容相應(yīng)地，本實用新型的一個主要目的是，公開一種電動機，該電動機可通過對與定子相連的傾斜電磁線圈陣列施加電壓以進行工作。傾斜線圈的磁場與相應(yīng)的傾斜磁場(該傾斜磁場位于電磁設(shè)備陣列的匹配對之間)之間相互作用，產(chǎn)生傾斜的力矢量，該力矢量具有切向分量，該切向分量對電動機轉(zhuǎn)子作用轉(zhuǎn)矩。因此，通過將每對設(shè)備的磁場以及相應(yīng)的線圈進行傾斜，具有垂直磁場和垂直線圈裝置的發(fā)電機可毫不費力地轉(zhuǎn)換為電動機。
通過多個具有高磁通密度的強大的、不同的、均勻的磁場，以及充分利用電動機容積的匹配傾斜線圈，這種配置能使電動機的效率最高，并使電動機每給定物理尺寸的機械能輸出最大。對應(yīng)于本實用新型的優(yōu)選實施例，本實用新型的目的是公開一種電動機，其包括(i)多個表面，每個表面上連接有磁體陣列，以容納位于任意兩個相鄰表面的偏移磁性元件相反對之間的多個傾斜磁場；(ii)多個靜止不動的支撐結(jié)構(gòu)，每個固定支撐結(jié)構(gòu)都支撐一個電磁線圈陣列；每個線圈都位于每對匹配磁體之間；(iii)與所述表面相連的旋轉(zhuǎn)軸。作用在線圈上的電壓在每個線圈內(nèi)產(chǎn)生軸向的磁場。線圈磁場與相應(yīng)設(shè)備對的磁場之間相互作用，產(chǎn)生力矢量，該力矢量軸向地作用于傾斜的電磁場，該力矢量具有轉(zhuǎn)矩分量，對與旋轉(zhuǎn)軸相連的磁陣列表面產(chǎn)生作用。其中，通過設(shè)置多個強大的、不同的、均勻的磁場以及匹配電磁線圈，能使所述電動機效率最高、機械功率密度最大。本實用新型的一個目的是，提供一種用于產(chǎn)生機械能的電動機，同時提高電動機效率和機械功率密度，其中，所述電動機包括(i)多個具有主縱軸的圓盤表面，每個圓盤表面都連接至偏移磁體陣列；所述磁體設(shè)置為位于兩個相鄰圓盤表面上的匹配磁體對，以在所述匹配磁體對之間產(chǎn)生多個磁場；所述磁場相對于所述主縱軸傾斜角度A ;(ii)多個靜止不動的支撐結(jié)構(gòu)，每個固定支撐結(jié)構(gòu)都具有位于每一對所述匹配磁體對之間的電磁線圈陣列,在對所述電磁線圈施加電壓時,所述電磁線圈陣列產(chǎn)生軸向磁場；每個所述電磁線圈陣列都相對于所述主縱軸傾斜角度A ;以及(iii)與所述圓盤表面相連的旋轉(zhuǎn)軸。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述角度A大于0°且小于180°。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，根據(jù)IEC 60034-30標(biāo)準(zhǔn)，所述電動機的發(fā)電效率提高至約90%。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，根據(jù)Edict 553/2005標(biāo)準(zhǔn)，所述電動機的發(fā)電效率提高至約90%。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體的形狀選自圓形或多邊形。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，所述電動機包括多種磁性設(shè)備尺寸。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體為由例如釤或釹等稀土材料制成的磁場源。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體為鑄鐵構(gòu)件。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，對所述電動機進行設(shè)置，以使所述磁體與所述線圈之間的空氣間隙最小，從而減少磁場損失。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述圓盤表面具有非磁性層，以使每個所述匹配磁體對之間的所述磁場相互區(qū)別并分隔。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，所述電動機包括多個所述線圈支撐結(jié)構(gòu)，用于懸置所述線圈陣列。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，所述電動機包括按一個方向或雙向纏繞的線圈，這些線圈設(shè)置在陣列中，用于優(yōu)化發(fā)電機的效率。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁性設(shè)備陣列安裝在所述圓盤表面上。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述圓盤表面的全部所述磁體具有相同的磁極朝向。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體對的相反的磁極產(chǎn)生引力磁場。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，頂部圓盤的頂面和底部圓盤的底面與發(fā)電機封包的鐵壁相接觸，以提供到磁場的低損耗介質(zhì)路徑。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體在兩條相鄰徑向線上是交錯設(shè)置的。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體設(shè)置在從所述圓盤中心到所述圓盤邊緣的任意形狀的曲線上。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述磁體置在從所述圓盤中心到所述圓盤邊緣的螺旋線上。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，對整個電動機來說，每個所述匹配磁體對和線圈傾斜角度是相同的。 本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，圓盤表面的各同心環(huán)的所述傾斜角度是不同的。[0044]本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述電動機具有球形結(jié)構(gòu)，且包括位于第一球內(nèi)的第一表面和位于第二球外表面的第二表面，所述第二球位于所述第一球內(nèi)。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述電動機為橢球形結(jié)構(gòu)，且包括位于第一橢球內(nèi)的第一表面和位于第二橢球外表面的第二表面，所述第二橢球位于所述第一橢球內(nèi)。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，所述電動機包括位于內(nèi)部的第一波浪形表面，以及位于外部的第二波浪形表面。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，所述第一表面和所述第二表面與所述鐵制旋轉(zhuǎn)軸相接觸，以提供閉合磁場的低損耗介質(zhì)路徑。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的電動機，其中，每個所述靜止不動的電動機線圈位于由一對磁體之間產(chǎn)生的磁場所界定的方向上。本實用新型的另一個目的是，提供一種提高電動機效率和機械功率密度的方法。該方法包括選自以下的步驟a.提供多個具有主縱軸的圓盤表面；b.將所述磁體陣列連接至每個所述圓盤表面，獲得位于兩個相鄰圓盤表面上的匹配磁體對，以產(chǎn)生多個位于所述匹配磁體對之間的磁場；所述磁場關(guān)于所述主縱軸傾斜角度A;d.定位多個靜止不動的支撐結(jié)構(gòu)，每個固定支撐結(jié)構(gòu)具有位于每個所述匹配磁體對之間的電磁線圈陣列；e.將旋轉(zhuǎn)軸與所述圓盤表面相連；f.使所述線圈與所述磁體之間的空氣間隙最小化，從而使磁場損耗最小化，并提高所述電動機的效率和所述機械密度。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述電動機效率增加約90% (根據(jù)EC 60034-30)的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述電動機效率增加約90% (根據(jù)Edict 553/2005)的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述角度A調(diào)整至大于0°、小于180°的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括從以下組中選擇所述磁體形狀的步驟，所述組由圓形或多邊形構(gòu)成。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括配置所述電動機、以使所述磁體與所述線圈之間的空氣間隙最小化，從而減少磁場損耗的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括用非磁性層包覆所述圓盤表面、以區(qū)別和分割每個所述匹配磁體對之間的所述磁場的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述磁性設(shè)備安裝在所述圓盤表面的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括調(diào)整圓盤表面上的全部所述磁體，以使其具有相同的磁極朝向的步驟。、[0063]本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括調(diào)整所述磁體對的相反磁極，以產(chǎn)生引力磁場的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括使頂部圓盤的頂面與底部圓盤的地面與發(fā)電機封包的金屬壁相接觸，以提供到磁場的低損耗路徑的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述磁體設(shè)置在從所述圓盤中心到所述圓盤邊緣的任意形狀的曲線上。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述磁體設(shè)置在從所述圓盤中心到所述圓盤邊緣的螺旋線上。 本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述電動機設(shè)置為球結(jié)構(gòu)的步驟。本實用新型的另一個目的是，提供如上所述的方法，該方法還包括將所述電動機設(shè)置為橢球的步驟。

為更好地理解本實用新型及其實施例，可參照以下附圖，其中同一附圖標(biāo)記通篇指同一相應(yīng)部件，其中圖I為根據(jù)本實用新型一個實施例的電動機以及驅(qū)動該電動機的交流電壓或直流電壓的示意框圖；圖2為根據(jù)本實用新型一個實施例的匹配磁體對陣列和傾斜線圈陣列的非尺寸比例橫截面視圖，其中所述匹配磁體對陣列分布于電動機轉(zhuǎn)子的兩個相鄰表面上，所述傾斜線圈陣列分布于每對匹配磁體對之間的電動機定子上；圖3a為根據(jù)本實用新型一個實施例的電動機圓盤的非尺寸比例俯視圖，其中所述電動機圓盤由兩個同心區(qū)組成，這兩個同心區(qū)具有兩個不同的磁場傾斜；圖3b為根據(jù)本實用新型一個實施例的兩個相鄰表面的非尺寸比例橫截面視圖，其中包括有四對相互面對的不同設(shè)備；圖4為根據(jù)本實用新型一個實施例的圓柱形電動機的非尺寸比例橫截面視圖，該電動機具有三個圓盤，這三個圓盤具有四個表面，其上連接有磁性設(shè)備陣列，在每對相鄰圓盤之間具有支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多個電磁線圈；圖5a為根據(jù)本實用新型一個實施例的電動機的非尺寸比例橫截面視圖，該電動機為第一球，其具有連接在第二球內(nèi)的外表面上的磁性設(shè)備陣列，該第二球具有連接在內(nèi)表面的磁性設(shè)備陣列，以及位于各表面之間的支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多個電磁線圈；圖5b為根據(jù)本實用新型一個實施例的電動機的非尺寸比例橫截面視圖，該電動機為第一橢球，其具有連接在第二橢球內(nèi)的外表面上的磁性設(shè)備陣列，該第二橢球具有連接在內(nèi)表面的磁性設(shè)備陣列，以及位于各表面之間的支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多個電磁線圈；圖5c為根據(jù)本實用新型一個實施例的電動機的非尺寸比例橫截面視圖，該電動機具有第一波浪形表面，該第一波浪形表面具有連接在第二波浪形表面內(nèi)的外表面的磁性設(shè)備陣列，該第二波浪形表面具有連接在內(nèi)表面的磁性設(shè)備陣列，以及位于各表面之間的支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多個電磁線圈；[0078]圖6a為圓盤表面的非尺寸比例俯視圖，該圓盤表面具有相等尺寸的磁性設(shè)備陣列，這些磁性設(shè)備陣列連接在表面上，并沿從中心到邊緣的徑向線設(shè)置；圖6b為圓盤表面的非尺寸比例俯視圖，該圓盤表面具有連接在表面上的磁性設(shè)備，沿從中心到邊緣的徑向線，這些磁性設(shè)備的尺寸逐漸増大；圖6c為圓盤表面的非尺寸比例俯視圖，該圓盤表面具有相等尺寸的磁性設(shè)備陣列，這些磁性設(shè)備陣列連接在表面上，并沿從中心到邊緣的曲線設(shè)置；圖6d為圓盤表面的非尺寸比例俯視圖，該圓盤表面具有相等尺寸的磁性設(shè)備陣列，這些磁性設(shè)備陣列連接在表面上，并沿從中心到邊緣的螺旋線設(shè)置。
具體實施方式
以下各章節(jié)說明書部分使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠使用本實用新型，并將發(fā)明人設(shè)計的最佳實施例付諸實踐。當(dāng)然，由于本實用新型總的原則已限定為提供一種電動機，因此，各種修正例對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。在以下具體描述中，大量的特定細(xì)節(jié)都用于徹底地理解本實用新型的實施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，這些實施例無需特定細(xì)節(jié)也可實施。說明書通篇的“某ー實施例”或“一個實施例”的意思是，與該實施例相關(guān)聯(lián)的ー個特定特征、結(jié)構(gòu)或特點包含與本實用新型的至少ー個實施例中。因此，說明書中各處的“在某一實施例中”或“在一個實施例中”這些表述無需全都指同一實施例或?qū)嵱眯滦?。另外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特點也可按適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個或多個實施例中。附圖給出了本實用新型的優(yōu)選實施例。在此公開的本實用新型的實施例都是發(fā)明人所設(shè)計的用于在商業(yè)環(huán)境中實施其實用新型的最佳模式，當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，各種修正例都在本實用新型的參數(shù)范圍內(nèi)所完成的。術(shù)語“電動機”或“電機”在下文中非限制地指ー種將電壓轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械カ的機器。術(shù)語“轉(zhuǎn)子”在下文中非限制地指電動機的旋轉(zhuǎn)部分，其圍繞電動機軸旋轉(zhuǎn)。術(shù)語“定子”在下文中非限制地指電動機的固定部分，其對轉(zhuǎn)子施加磁場力。術(shù)語“電磁線圏”或“線圈”在下文中非限制地指一種由多個圍繞鐵磁芯的導(dǎo)線繞組構(gòu)成的部件。術(shù)語“線圈支撐結(jié)構(gòu)”或“支撐結(jié)構(gòu)”在下文中非限制地指ー種可用于支撐線圈陣列的電動機定子結(jié)構(gòu)。術(shù)語“鐵磁芯”在下文中非限制地指一種物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)，例如鐵、鎳或鈷及各種展現(xiàn)出極高磁導(dǎo)率、特征飽和點及磁滯性的合金。 術(shù)語“永磁場源”在下文中非限制地指ー種由特殊材料制成的設(shè)備，這種特殊材料自身能產(chǎn)生長期磁場。術(shù)語“磁性設(shè)備”或“磁體”在下文中非限制地指一種永磁場源或匹配鑄鐵構(gòu)件。磁場產(chǎn)生于任何相互朝向的匹配磁體對之間。術(shù)語“非磁性材料”在下文中非限制地指ー種材料，該材料的單個原子的磁場隨機排列，因而整體磁場趨向于抵消。術(shù)語“大約”在下文中非限制地指在參考值上下25%的范圍。[0095]術(shù)語“國際電エ委員會(InternationalElectrotechnical Commission (IEC)60034-30)”在下文中指由IEC制定的一種新標(biāo)準(zhǔn)IEC 60034-30，單速三相籠型感應(yīng)電動機 1! 效分級(Efficiency Classes of single-speed three-phase cage inductionmotors)。該標(biāo)準(zhǔn)的目的是，提供一組全球通用的性能標(biāo)簽，以對單速三相籠型感應(yīng)電動機的能效等級進行分類。所考慮的電動機范圍為頻率50Hz或60Hz的三相籠感應(yīng)電動機· 其額定功率為0. 75kff至200kW ；· 其額定電壓最大為1000V ;· 其連續(xù)負(fù)荷等級為SI級；· 其防護等級為IP4X或更高。術(shù)語“Edict 553/2005”在下文中指從2005年底開始的更新的規(guī)則。于2002年首次制定的第一個用于電動機的規(guī)定“能效法案(Energy Efficient Act)”建立了兩組最低效率性能標(biāo)準(zhǔn)(MEPS)，分別用于“標(biāo)準(zhǔn)電動機”(強制性)和“高效電動機”(自愿性)(參見Agenor Gomes Pinto barciaa, Alexandre b. Szkloa, Roberto Schaeifera and MichaelA. McNeilb, Energy-efficiency standards for electric motors in Brazilianindustry", Energy Policy, Volume 35, Issue 6, June 2007, Pages 3424-3439)。本實用新型為ー種可通過對連接在定子上的傾斜電磁線圈施加電壓而進行工作的電動機。所述傾斜線圈的磁場與相應(yīng)的傾斜磁場(位于任意匹配磁體對之間)之間相互作用，產(chǎn)生傾斜的カ矢量，該カ矢量具有對電動機轉(zhuǎn)子作用轉(zhuǎn)矩的切向分量。因此，通過納入任意匹配磁體對之間的傾斜磁場、并在其之間分布傾斜線圈，具有垂直磁場和垂直線圈的等效發(fā)電機裝置將轉(zhuǎn)化為電動機。多個具有高磁通密度的強大的、不同的、均勻的磁場，以及充分利用電動機的容積的匹配傾斜線圈，這種配置能使電動機的效率最高，并使電動機每給定物理尺寸的機械能輸出最大。參見圖1，其為電動機系統(tǒng)10的示意框圖。電動機14為本實用新型的一個實施例，是由交流電壓驅(qū)動的交流電動機。如果具有可用的交流電壓源11，則電動機14由該交流電壓直接驅(qū)動。如果驅(qū)動電壓為直流電壓源12，則利用現(xiàn)有技術(shù)的電子直流交流轉(zhuǎn)換模塊13將直流電壓12轉(zhuǎn)換為交流電壓。電動機14的定子由連接在相互面對的相鄰表面上的磁體對陣列(匹配磁體對)組成。電動機14的定子由分布于相應(yīng)的匹配磁體對之間的匹配電磁線圈陣列組成。當(dāng)交流電壓作用于線圈時，作用在轉(zhuǎn)子的水平矢量力分量使轉(zhuǎn)子圍繞轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。參見圖2，其為本實用新型的圓柱形電動機實施例的非尺寸比例橫截面視圖。磁體201、202、203、204和205連接在圓盤200上，形成磁體的ニ維陣列。同樣，磁體221、222、223、224和225連接在圓盤220上，形成磁體的ニ維陣列。連接在圓盤200上的磁體201與連接在磁體220上磁體221形成一對磁體(匹配磁體對)。連接在圓盤200上的每個磁體都具有一個連接在圓盤220上的匹配磁體對。所述磁體對彼此相對偏移。這樣，每ー對磁體對都產(chǎn)生傾斜磁場。所述匹配磁體對之間的任何偏移都將在二者之間產(chǎn)生傾斜磁場。如果所述偏移在圓盤平面上的突出不沿著徑向線，則將對圓盤施加切向力。例如，匹配磁體對201與221、202與222、203與223、204與224以及205與225彼此之間偏移的距離和方向相同，則各磁體對之間的磁場也以相同方式傾斜。傾斜角度可以為相對于圓盤的主縱軸大于0°、小于180°的任意值。所描述的電動機包括三個圓盤，具有四個磁性陣列表面。當(dāng)然，任何可行的圓盤數(shù)量都在本實用新型的范圍之內(nèi)。分布在定子支撐結(jié)構(gòu)210內(nèi)的電磁線圈211、212、213、214和215以與匹配磁體對之間的磁場相同的方式進行傾斜，且這些線圈具有相似的物理尺寸。當(dāng)電壓作用于定子線圈陣列時，所有匹配磁體對的傾斜磁場與作用于線圈的電壓所產(chǎn)生的電磁場之間相互作用，在每對匹配磁體對與相應(yīng)的線圈之間施加力矢量，該カ矢 量具有相同的傾斜角度。所述カ矢量具有豎直分量和水平分量。所述カ矢量的水平分量對電動機轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)矩。所述傾斜角度可以是相對于圓盤的主縱軸大于0°且小于180°的任意方向上的角度值，該角度在電動機容積內(nèi)不同位置可以不同，以優(yōu)化電動機運轉(zhuǎn)，提高其效率。所述磁體可以為多邊形或圓形，通常為由例如釤、釹等稀土材料或鑄鐵構(gòu)件制成的磁場源。該構(gòu)件封裝在低磁損耗的鑄鐵壁封包內(nèi)，這種鑄鉄壁封包用于閉合磁力線，同時使損耗最低。所述圓盤由磁性材料制成，與鐵制電動機軸和鐵制電動機外圍相接觸，所述外圍用于提供通向每ー對的磁場的低磁阻路徑。線圈與相應(yīng)的匹配磁體對之間的空氣間隙減少至最小，以將通過二者的磁場損耗最小化。本實用新型采取以下方式來提供高效率和高功率密度的電動機多個匹配磁體對形成高磁通密度，匹配磁體對與匹配電動機線圈的緊密結(jié)構(gòu)，以及線圈與磁體之間最小程度的空氣間隙使得磁場損耗最小等。參見圖3a，其為圓盤的俯視圖。區(qū)段36的所有磁體與其匹配磁體對形成第一磁場傾斜角。同樣，區(qū)段37的所有磁體與其匹配磁體對形成第二磁場傾斜角。這樣，不同的力作用于這兩個區(qū)段，以優(yōu)化電動機的操作。電磁線圈的繞組可在兩個相反方向上進行，以產(chǎn)生相反的磁場以及由此的相反力矢量。在一個實施例中，線圈陣列可包括以優(yōu)化電動機-發(fā)電機效率的方式而雙向繞組的線圈。參見圖3b，其為兩個相鄰圓盤的橫截面視圖，這兩個圓盤具有相互面對的磁體對，這些磁體對相對偏移地連接在圓盤上。連接在圓盤30a上的磁體35a和連接在圓盤30b上的磁體35b是一對永磁場源。永磁場源35b具有朝上的北磁極,而偏移的永磁場源35a具有朝下的南磁極。這樣，這對永磁場源之間的磁場產(chǎn)生傾斜的引力。磁體34a和磁體34b為永磁體，二者相互偏移且都具有北磁極。因此,這ー對磁體之間的磁場產(chǎn)生傾斜的斥力。磁體33a為鑄鐵構(gòu)件，磁體33b為任意磁極方向的永磁場源。永磁場源33b將鑄鐵構(gòu)件33a磁化，從而在這對磁體之間產(chǎn)生傾斜磁場。磁體32a為永磁場源，磁體32b為鑄鐵構(gòu)件。因此，這對磁體的設(shè)置與磁體對33a和33b相反，但也具有傾斜磁場。電磁線圈的磁場分布在匹配磁體對之間，且被施加有電壓，該磁場與匹配磁體對的傾斜磁場之間發(fā)生相互作用。匹配磁體對之間的偏移不與圓盤的徑向線重合。因此,匹配磁體對的磁場與相關(guān)線圈的磁場之間相互作用，產(chǎn)生カ矢量，該カ矢量具有在圓盤上的切向分量，該切向分量對電動機轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)矩。不同匹配磁體對的最佳設(shè)計和傾斜組合實現(xiàn)優(yōu)選的系統(tǒng)系能。參見圖4，其為圓柱形電動機40的橫截面視圖。電動機40的轉(zhuǎn)子由圓盤41a、41b和41c組成，這些圓盤連接在旋轉(zhuǎn)軸40上。磁體陣列連接在圓盤41a的第一表面上。第一磁體陣列連接在圓盤41b的第一側(cè)，第二磁體陣列連接在圓盤41b的第二表面。另ー磁體陣列連接在圓盤41c上。連接在圓盤41a上的陣列面對圓盤41b的第一陣列，且彼此面對的裝置形成匹配磁體對，這些磁體對之間具有磁場。同樣，連接在圓盤41b的第二表面的第ニ陣列面對連接在圓盤41c上的陣列，且彼此面對的裝置形成匹配磁體對，這些磁體對之間具有磁場。由于匹配磁體對彼此偏移，因此，匹配磁體對之間的磁場相對于圓盤的主縱軸發(fā)生傾斜。電動機定子包括線圈支撐結(jié)構(gòu)42a和42b。線圈支撐結(jié)構(gòu)42a支撐多個電磁線圈。每個線圈由于相應(yīng)的磁體對之間的磁場發(fā)生傾斜。同樣，線圈支撐結(jié)構(gòu)42a支撐多個電磁線圈。每個線圈由于相應(yīng)的磁體對之間的磁場發(fā)生傾斜。 當(dāng)電壓作用于全部線圈時,在姆個線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場。多個匹配磁體對的磁場與相應(yīng)的線圈磁場之間相互作用，產(chǎn)生多個カ矢量，這些カ矢量具有對電動機轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)矩的切向分量。由于有效地優(yōu)化了發(fā)電機容積，使發(fā)動機具有低損耗和高機械能量密度，因此，這種配置可實現(xiàn)電能向機械能的高效轉(zhuǎn)換。參見圖5a,其為球形電動機的橫截面視圖。所述電動機的轉(zhuǎn)子包括外部球表面52和內(nèi)部球表面51。磁體陣列連接在內(nèi)部表面52上。同樣，磁體陣列連接在外部表面51上。外部表面51上的每個磁體都具有位于內(nèi)部表面52上的適配磁體，這些互相面對的適配裝置構(gòu)成匹配磁體。任意一對磁體之間的磁場都關(guān)于徑向線在同一方向上傾斜。電動機定子包括線圈支撐結(jié)構(gòu)53，用干支撐電磁線圈陣列。對應(yīng)于每ー對匹配磁體對的每個線圈都在相應(yīng)磁體對的磁場的方向上傾斜。當(dāng)電壓作用于這些線圈時，匹配磁體對的磁場與相應(yīng)線圈的磁場發(fā)生相互作用，產(chǎn)生平行于磁場的力矢量。該カ矢量具有切向分量，該切向分量作用轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)子圍繞電動機軸50旋轉(zhuǎn)。參見圖5b，其為橢球形電動機。該橢球形為圖5a的球形電動機的變形例。第一磁體陣列連接在內(nèi)表面55上,該內(nèi)表面55為電動機轉(zhuǎn)子的一部分。第二磁體陣列連接在外部表面54上，該外部表面54為電動機轉(zhuǎn)子的一部分。第一陣列的每個磁體在第二陣列中都具有匹配的磁體對。所有匹配磁體對在突出于圖5b的平面的方向上傾斜，每對的磁場也以同樣方式傾斜。線圈支撐結(jié)構(gòu)55支撐電磁線圈陣列，使匹配磁體對陣列相互關(guān)聯(lián)。每個線圈都在相應(yīng)的匹配磁體對之間的磁場的方向上傾斜，即，線圈傾斜以突出于圖5b的平面。當(dāng)電壓作用于線圈時，電磁線圈產(chǎn)生軸向磁場。匹配磁體對的磁場與相應(yīng)的線圈磁場之間相互作用，施加軸向的力矢量。該カ矢量具有切向分量，該切向分量作用轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)子圍繞電動機軸50旋轉(zhuǎn)。圖5c為具有ー對任意波浪形表面的電動機的橫截面視圖。第一磁體陣列連接在內(nèi)表面58上,該內(nèi)表面58為電動機轉(zhuǎn)子的一部分。第二磁體陣列連接在外部表面57上，該外部表面57為電動機轉(zhuǎn)子的一部分。第一陣列的每個磁體在第二陣列中都具有匹配的磁體對。所有匹配磁體對在突出于圖5b的平面的方向上傾斜，每對的磁場也以同樣方式傾斜。線圈支撐結(jié)構(gòu)59支撐電磁線圈陣列，使匹配磁體對陣列相互關(guān)聯(lián)。每個線圈都在相應(yīng)的匹配磁體對之間的磁場的方向上傾斜，即，線圈傾斜以突出于圖5c的平面。當(dāng)電壓作用于線圈吋，電磁線圈產(chǎn)生作用于線圈的磁場。匹配磁體對的磁場與相應(yīng)線圈的磁場之間相互作用，施加軸向的力矢量。該カ矢量具有切向分量，該切向分量作用轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)子圍繞電動機軸50旋轉(zhuǎn)。參見圖6a，其為圖4的圓柱形電動機的圓盤俯視圖，展示了電動機圓盤60上磁體設(shè)置的一個實施例。磁體陣列可沿著圓盤上相鄰的徑向線交錯設(shè)置。例如，圓形磁體61的 線沿著徑向線設(shè)置，而相鄰的磁體線關(guān)于該徑向線61交錯分布。同樣，可將六邊形磁體66沿徑向線設(shè)置。相鄰的六邊形徑向線無需交錯分布，只需ー齊并排分布在相鄰徑向線上即可。圓盤材料為磁性的，以提供對磁體磁場的低磁場阻力。圓盤表面包覆有非磁性材料，以對磁體之間進行磁性隔離。所述磁性圓盤與鐵制軸和電動機外圍相接觸，以提供對匹配磁體對的低磁場阻力。參見圖6b，其為圖4中的圓柱形電動機的俯視圖，展示了電動機圓盤60上設(shè)備設(shè)置的一個實施例。磁體陣列可沿著圓盤的徑向線設(shè)置。例如，圓形磁體62的線沿著徑向線設(shè)置。沿徑向線設(shè)置的磁體的尺寸逐漸増大。這使磁體沿相鄰徑向線的設(shè)置更加容易。圓盤材料為磁性的，以提供對磁體磁場的低磁場阻力。圓盤表面包覆有非磁性材料，以對磁體之間進行磁性隔離。所述磁性圓盤與鐵制電動機外圍相接觸，以提供對匹配磁體對的低磁場阻力。參見圖6c，其為圖4中的圓柱形電動機的圓盤的俯視圖，展示了電動機圓盤60上的另ー種磁體設(shè)置。磁體陣列沿著從圓盤表面至圓盤邊緣的曲線(而非直的徑向線)設(shè)置，如前圖所示。圓盤材料為磁性的，以提供對磁體磁場的低磁場阻力。圓盤表面包覆有非磁性材料，以對磁體之間進行磁性隔離。所述磁性圓盤與鐵制電動機外圍相接觸，以提供對匹配磁體對的低磁場阻力。參見圖6d，其為圖4中的圓柱形電動機的圓盤俯視圖，展示了電動機圓盤60上的另ー種磁體設(shè)置。磁體陣列沿著從圓盤中心開始、以各種方式延伸至圓盤邊緣的螺旋線65設(shè)置。圓盤材料為磁性的，以提供通向磁體磁場的低磁場阻力。圓盤表面包覆有非磁性材料，以對磁體之間進行磁性隔離。所述磁性圓盤與鐵制電動機軸和電動機外圍相接觸，以提供到匹配磁體對的低磁場阻力。本實用新型范圍內(nèi)的磁體設(shè)置的實施例可包括多種設(shè)備尺寸和形狀，這些都可設(shè)置為不同的磁體陣列。匹配磁體對的各種磁場傾斜的實施例都在本實用新型的范圍之內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，前述方法可在許多方面有所不同，包括可改變步驟的順序，和/或同時執(zhí)行多個步驟。[0144]應(yīng)當(dāng)理解，前述的方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)解釋為包括用于實施所述方法的裝置，以及使用所述裝置的方法。對于本實用新型主要的實施例，類型和模式的特定選擇并非決定性的，除非是在特別指出時。本實用新型通過對實施例的具體描述來展開闡述，實施例通過舉例的方式，并不意在限制本實用新型的范圍。不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為總體上具有限制，也不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為例如“可能”、“應(yīng)當(dāng)”、“優(yōu)選地”、“必須”等其它表征重要性或動機程度的表達限制了權(quán)利要求及其等同例的范圍，除非是在對范圍進行了書面限制的那些權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)理解的是，關(guān)于一個實施例的特征和步驟可以用于其它實施例，并不是本實用新型的所有實施例都具有某一特定圖中或某一實施例所描述的全部特征和/或步驟。即，應(yīng)當(dāng)從組合的角度來理解所述公開，應(yīng) 當(dāng)認(rèn)為每個部件的每個實施例都與每個部件的每個其它實施例共同公開(事實上，是在同一部件變形例的相兼容實施的各種組合中進行公開)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出所描述的實施例的變形。另外，術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”及其同義詞在權(quán)利要求中的意思都是“包括但不限干”。權(quán)利要求中単數(shù)形式的每個部件都是指ー個或ー個以上部件，當(dāng)具有ー組的ー個或多個可選項時，應(yīng)當(dāng)解釋為，權(quán)利要求只需要一個選自各種可選項的部件，并不需要每種可選項都選擇ー個。摘要也不構(gòu)成對本申請或權(quán)利要求范圍的限制。應(yīng)當(dāng)注意到，上述的一些實施例可能描述了由發(fā)明人設(shè)計的最佳模式，因而可能包含有對本實用新型而言并非必須的結(jié)構(gòu)、行為或結(jié)構(gòu)和行為的細(xì)節(jié)，而這些都作為例子進行了描述。在此描述的結(jié)構(gòu)和行為就算在現(xiàn)有技術(shù)中是不同的，其仍可由實現(xiàn)同樣功能的等同例來替代。因此，本實用新型的范圍只受權(quán)利要求所使用的部件和限定的限制。
權(quán)利要求1.一種電動機，用于產(chǎn)生機械能、同時提高電動機效率和機械功率密度，其中，所述電動機包括 a.多個具有主縱軸的圓盤表面，每個圓盤表面都連接至偏移磁體陣列；所述磁體以相互匹配的磁體對的形式排列于兩個相鄰圓盤的表面上，以在匹配磁體對之間產(chǎn)生多個磁場；所述磁場相對于所述主縱軸傾斜角度A ； b.多個靜止不動的支撐結(jié)構(gòu)，每個支撐結(jié)構(gòu)都具有位于每ー對所述匹配磁體對之間的電磁線圈陣列，當(dāng)電壓作用于電磁線圈吋，所述電磁線圈陣列用于提供軸向磁場；每個所述電磁線圈陣列都關(guān)于所述主縱軸傾斜角度A ；以及 c.連接在所述圓盤表面的旋轉(zhuǎn)軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述角度A大于0°且小于180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述磁體的形狀選自圓形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述磁體為由稀土材料釤或釹制成的磁場源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述磁體為鑄鐵構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于對所述電動機進行配置，使所述磁體與所述線圈之間的空氣間隙最小，以減少磁場損耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述圓盤表面具有非磁性涂層，以使每個所述匹配磁體對之間的所述磁場相互區(qū)別并分隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述電動機還包括多個線圈支撐結(jié)構(gòu)，用于懸置所述線圈陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其中，所述電動機包括按ー個方向或雙向纏繞的線圈，這些線圈設(shè)置在陣列中，用于優(yōu)化發(fā)電效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述磁體陣列安裝在所述圓盤表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于所述圓盤表面的全部所述磁體具有相同的磁極朝向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于所述磁體對的相反磁極產(chǎn)生引力磁場。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動機，其特征在于頂部圓盤的頂面和底部圓盤的底面與發(fā)電機封包的鉄壁相接觸，以提供通向磁場的低損耗介質(zhì)路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于所述磁體在兩條相鄰徑向線上是交錯設(shè)置的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于所述磁體置在從圓盤中心至圓盤邊緣的螺旋線上。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于整個電動機中的每個所述匹配磁體對和線圈傾斜角度是相同的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機，其特征在于所述圓盤表面的各同心環(huán)上的所述傾斜角度是不同的。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述電動機具有球形結(jié)構(gòu)，其包括位于第一球內(nèi)部的第一表面和位于第二球外表面的第二表面，所述第二球位于所述第一球內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述電動機為橢球形，且包括位于第ー橢球內(nèi)部的第一表面和位于第二橢球外表面的第二表面，所述第二橢球位于所述第一橢球內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機，其特征在于所述電動機包括位于內(nèi)部的第一波浪形表面，以及位于外部的第二波浪形表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的電動機，其特征在于所述第一表面和所述第二表面與所述鐵制旋轉(zhuǎn)軸相接觸，以提供閉合磁場的低損耗路徑。
專利摘要本實用新型涉及一種用于產(chǎn)生機械能、同時提高電動機效率和機械功率密度的電動機，其中，所述電動機包括a.多個具有主縱軸的圓盤表面，每個圓盤表面都連接至偏移磁體陣列；所述磁體以相互匹配的磁體對的形式排列于兩個相鄰圓盤的表面上，以在所述匹配磁體對之間產(chǎn)生多個磁場；所述磁場相對于所述主縱軸傾斜角度A；b.多個靜止不動的支撐結(jié)構(gòu)，每個固定支撐結(jié)構(gòu)都具有位于每一對所述匹配磁體對之間的電磁線圈陣列，當(dāng)電壓作用于所述電磁線圈時，所述電磁線圈陣列用于提供軸向磁場；每個所述電磁線圈陣列都關(guān)于所述主縱軸傾斜角度A；以及c.連接在所述圓盤表面的旋轉(zhuǎn)軸。
文檔編號H02K1/18GK202395532SQ201120328138
公開日2012年8月22日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者尤里·拉波波特 申請人:尤里·拉波波特