专利名称：合并式电动机-发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及一种集成式电动机和发电机装置，该装置返还可用来驱动电动机的电能。本实用新型尤其涉及一种高 效强力电动机，其通过利用基本类似发电机部段的配置，从而将将发电机部段包括在内。
背景技术：
电子线路的无功设备(Reactive devices)(即电感和电容)是已知的忙能设备。再生电动机产生电能，该电能再被反馈至电动机，因此，再生电动机是一种机械式贮能的无功设备。电动机是能量转换设备，能进行任意方向的能量转换。当电动机与发电机联合时，发电机的电压输出便作为功率放大器的电源，该电压输出还降低了驱动电动机所需的电量。不用向发电机输入电能，而是将该电能作为电源，从供给其的机械能中汲取。该可测量结果是线圈感应的有效再生，这是新时代的电动机驱动设计所具有的性能。随着全世界对环境保护的日益关注，再生电动机控制的优点变得逐渐明显，并成为这类电动机发展的驱动力。在此以引用的方式纳入US4684814，其公开了一种紧凑高效的非中断式电动机-发电机电力系统，用于产生和供应频率基本恒定的负载交流和电压基本恒定的负载交流，该电动机为同步交流电动机，可利用非规则和非中断式交流线性电源供能，该电动机还能够在交流线性电源中断后将其旋转能量转换为持续多秒的交流输出。所述电力系统包括高效同步的永磁体交流电动机和交流发电机，该发电机连接至电动机并由该电动机驱动。所述电动机和发电机都具有大的转动惯量共用转子，其中，外部圆柱形外壳包括电动机和发电机转子部件，所述转子部件由高透气性软磁性材料制成，并具有可磁化的永磁性材料表面层，在每个定子上具有激励线圈，可在交流电作用下磁化，所述激励线圈具有邻接永磁性材料层的磁极片，以按照选择模式将所述层磁化为北磁极和南磁极。所述电动机定子位于共用转子内，并由该共用转子包围，所述定子具有电源绕组，以产生旋转磁场，同时发电机定子具有用于在所述磁化转子的旋转期间向负载产生交流电的绕组。这些定子都具有反馈绕组。在电动机定子中，所述反馈绕组产生选择幅度和相位的交流电，谐振电路将该交流电传输至激励线圈并在该处联合以提供磁化，从而借助交流的能量和相位将永磁性材料层磁化为所选择的模式。在发电机中，反馈绕组产生的交流电由电路传输至发电机的激励线圈，该激励线圈将从本质上中和任何由于同步速度的改变而导致磁场感生的交流。在此以引用的方式纳入US4684814，其公开了一种例如电动机、发电机或再生电动机这样的设备，该设备包括转子装置和定子装置。所述定子装置具有介质电磁体外壳和至少一个可供能式电磁体组件，该电磁体组件包括整体非晶态金属磁芯。该整体非晶态金属磁芯由多个单独形成的非晶态金属核心件形成。该介质电磁体外壳具有核心件开口，形成于电磁体外壳，用于将所述单独形成的非晶态金属核心件保持在彼此邻接的位置上，以形成所述整个非晶态金属磁芯。所述设备进ー步包括控制装置，该控制装置能够可变地控制所述磁体的激活和去活，使用多个激活和去活參数的组合，以控制所述设备的速度、效率、扭矩和功率。在此以引用的方式纳入WIPO W0/2006/108146，其公开了ー种发明，该发明旨在实现这样一种目标在来自外部的任意旋转频率的驱动カ产生的旋转期间，在机器内部额外且恒定地产生ー种新的驱动力。该发明包括用于同步旋转或移动(线性驱动)发电机和电动机的系统，该系统具有永磁体或磁体；所述系统配备有外部驱动力，以使发电机能产生电能；所述电能直接或通过相位调整设备同步地供给电动机，以引起由电动机定子产生的旋转磁极与转子磁极之间的相位差，从而使电动机转子在外部驱动カ的任意旋转频率上额外地产生驱动力。因此，长期以来仍需求一种高效率的、与相似配置的发电机联合的电动机，其使得 姆给定物理尺寸的机械能输出最大。
发明内容相应地，本实用新型的总的目的是，公开ー种集成式电动机-发电机，其具有匹配磁体对的可移动式封装阵列，在匹配磁体对之间具有磁场，该集成式电动机-发电机还具有分布于每ー对所述磁体对之间的匹配静止封装阵列。所述电动机-发电机的电动机部段使用了每对磁体对的倾斜磁场和匹配倾斜电磁线圈。电动机的发电机部段使用了每对匹配磁体对与匹配电磁线圈之间的垂直磁场。因此，通过结合两种位置变化阵列，毫不费力地组成了集成式电动机-发电机系统。这种配置理念提供了高效率、高功率密度的电动机。同样，这种配置理念也提供了高效率、高功率密度的发电机。通过降低由反馈电压引起的电能需求，所述集成式电动机-发电机系统提高了效率。对应于本实用新型的ー个优选实施例，本实用新型的目的是公开—种合并式电动机-发电机，其包括(i)多个圆盘表面,所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围电动机部段和至少一个中央发电机部段；所述圆盘表面的每个所述外围电动机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ;每个所述圆盘表面的所述中央发电机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布；(ii)多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每ー对所述匹配磁体对之间；分布于每个所述外围电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A ；分布于所述中央发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及[0020](iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。多个表面和多个线圈阵列中的每一个都包括第一同心电动机部段和第二同心发电机部段。所述电动机部段具有匹配磁体对的倾斜磁场，以及由此的倾斜电磁线圈。所述发电机部段具有匹配磁 体对的垂直磁场，以及由此的垂直线圈。作用于电动机部段的倾斜线圈的电压在每个线圈内产生轴向的磁场。线圈磁场与相应的匹配磁体对之间相互作用，产生轴向地作用于倾斜磁场的力矢量。该力矢量具有转矩分量，作用于与旋转轴相连的磁性阵列表面的。当所述轴旋转时，移动匹配磁体对使其穿过发电机线圈，通过随时间变化的磁通量，在所述发电机部段的每个垂直线圈中产生电能。配置多个强大、不同的、均匀的磁场和匹配线圈，并通过将发电机部段的电压输出反馈至电动机部段的驱动电压，能使所述电动机_发电机的效率最高，功率密度最大。本实用新型的目的是,提供一种合并式电动机-发电机(incorporated electricmotor-generator, IEMG),其中，所述 IEMG 包括(i)多个圆盘表面,所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围电动机部段和至少一个中央发电机部段；所述圆盘表面的每个所述外围电动机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ;每个所述圆盘表面的所述中央发电机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布；(ii)多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每一对所述匹配磁体对之间；分布于每个所述外围电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A ；分布于所述中央发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及(iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述角度A大于0° 且小于 180°。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，根据IEC60034-30标准，所述IEMG的发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，根据Edict553/2005标准，所述IEMG的发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的形状选自圆形或多边形。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的形状具有任意尺寸。[0041]本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体至少部分地由铸铁或其它任何铁磁成分制成。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的相反磁极相互面对。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的相同磁极相互面对。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，对所述IEMG进行设置，以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小，从而減少磁场损失。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，由于所述圆盘表面具有非磁性层，每ー对所述匹配磁体对之间的所述磁场是相互区别并分隔的。 本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述IEMG包括多个所述线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述线圈在第一方向或在相反方向双向地缠绕，以使相同电流产生相反的磁场。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述IEMG还包括位于同一阵列中反向缠绕的线圈，以优化发电机效率。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述外围电动机部段是所述圆盘的外围，所述发电机部段是圆盘的中央。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述两部分之间的分割线是可变的，以此来优化所述IEMG的操作。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所有磁体以相似磁极方向定位在圆盘上。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，匹配磁体对以相反磁极相互面对，产生引力磁场。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的鉄壁或其它任何低磁场电阻材料制成的壁相接触，以提供到磁场的低损耗介质路径。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述外围电动机部段的所述倾斜角度在圆盘表面上各同心环处是不同的。本实用新型的另ー个目的是，提供一种用于合并电动机与发电机的方法，该方法包括选自以下的步骤(i)提供合并式电动机-发电机(IEMG)，其具有a.多个圆盘表面,所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围电动机部段和至少一个中央发电机部段；所述圆盘表面的每个所述外围电动机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ;每个所述圆盘表面的所述中央发电机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布；b.多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每一对所述匹配磁体对之间；分布于每个所述外围电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A ；分布于所述中央发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及c.与所述圆盘表面相连的旋转轴；(ii)对所述倾斜电磁线圈施加电压,从而在所述线圈内产生轴向磁场；(iii)使所述倾斜线圈产生的磁场与所述匹配磁体对发生相互磁性作用；(iv)所述中央发电机部段的每个所述垂直线圈产生电能；(v)使所述垂直线圈产生的所述磁场与所述匹配磁体对发生相互磁性作用；(Vi)旋转所述旋转轴，以使得所述匹配磁体对旋转穿过所述线圈；从而产生随时间变化的磁通量，同时提高所述IEMG的效率和功率密度。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，根据IEC 60034-30标准，所述方法将发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，根据Edict 553/2005标准，所述方法将发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括选择角度A、使其大于0°且小于180°的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括从圆形或多边形中选择所述磁体形状的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括调整所述磁体、使其相反的磁极相互面对的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括调整所述磁体、使其相同的磁极相互面对的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括配置所述IEMG、以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小化、从而减少磁场损耗的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括用非磁性层包覆所述圆盘表面、以区别和分隔每一对所述匹配磁体对之间的所述磁场的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括划分所述区段、以优化所述IEMG的操作的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所有磁体以相似磁极方向定位在圆盘上的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上的步骤。[0081]本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括根据IEC 60034-30标准、将发电效率提高至约90%的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括根据Edict 553/2005标准、将发电效率提高至约90%的步骤。本实用新型的目的是,提供一种合并式电动 机-发电机(incorporated electricmotor-generator, IEMG),其中，所述 IEMG 包括(i)多个圆盘表面,所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围发电机部段和至少一个中央电动机部段；所述圆盘表面的每个所述外围发电机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ；每个所述圆盘表面的所述中央电动机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布；(ii)多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每ー对所述匹配磁体对之间；分布于每个所述外围发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A ；分布于所述中央电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及(iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述角度A大于0°且小于180°。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，根据IEC60034-30标准，所述IEMG的发电效率提高至约90%。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，根据Edict553/2005标准，所述IEMG的发电效率提高至约90%。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的形状选自圆形或多边形。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的形状具有任意尺寸。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体至少部分地由铸铁或其它任何铁磁成分制成。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的相反磁极相互面对。本实用新型的另ー个目的是，提供ー种如上所述的IEMG，其中，所述磁体的相同磁极相互面对。[0100]本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，对所述IEMG进行设置，以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小，从而减少磁场损失。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，由于所述圆盘表面具有非磁性层，每一对所述匹配磁体对之间的所述磁场是相互区别并分隔的。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述IEMG包括多个所述线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述线圈在第一方向或在相反方向双向地缠绕，以使相同电流产生相反的磁场。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述IEMG还包括位于同一阵列中反向缠绕的线圈，以优化发电机效率。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述外围发电机部段是所述圆盘的外围，所述电动机部段是圆盘的中央。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述两部分之间的分割线是可变的，以此来优化所述IEMG的操作。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所有磁体以相似磁极方向定位在圆盘上。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，匹配磁体对以相反磁极相互面对，产生引力磁场。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的铁壁或其它任何低磁场电阻材料制成的壁相接触，以提供到磁场的低损耗介质路径。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述磁体置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。本实用新型的另一个目的是，提供一种如上所述的IEMG，其中，所述外围发电机部段的所述倾斜角度在圆盘表面上各同心环处是不同的。本实用新型的另一个目的是，提供一种用于合并电动机与发电机的方法，该方法包括选自以下的步骤(i)提供合并式电动机-发电机(IEMG)，其具有a.多个圆盘表面,所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围发电机部段和至少一个中央电动机部段；所述圆盘表面的每个所述外围发电机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ;每个所述圆盘表面的所述中央电动机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布；b.多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每一对所述匹配磁体对之间；[0118]分布于每个所述外围发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A ；分布于所述中央电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及c.与所述圆盘 表面相连的旋转轴；(ii)对所述倾斜电磁线圈施加电压,从而在所述线圈内产生轴向磁场；(iii)使所述倾斜线圈产生的磁场与所述匹配磁体对发生相互磁性作用；(iv)所述中央发电机部段的每个所述垂直线圈产生电能；(v)使所述垂直线圈产生的所述磁场与所述匹配磁体对发生相互磁性作用；(Vi)旋转所述旋转轴，以使得所述匹配磁体对旋转穿过所述线圈；从而产生随时间变化的磁通量，同时提高所述IEMG的效率和功率密度。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，根据IEC 60034-30标准，所述方法将发电效率提高至约90%。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，根据Edict 553/2005标准，所述方法将发电效率提高至约90%。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括选择角度A、使其大于0°且小于180°的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括从圆形或多边形中选择所述磁体形状的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括调整所述磁体、使其相反的磁极相互面对的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括调整所述磁体、使其相同的磁极相互面对的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括配置所述IEMG、以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小化、从而减少磁场损耗的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括用非磁性层包覆所述圆盘表面、以区别和分隔每ー对所述匹配磁体对之间的所述磁场的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括划分所述区段、以优化所述IEMG的操作的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所有磁体以相似磁极方向定位在圆盘上的步骤。本实用新型的另ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上的步骤。本实用新型的最后ー个目的是，提供如上所述的方法，其中，所述方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上的步骤。
为更好地理解本实用新型及其实施例，可參照以下附图，其中同一附图标记通篇指同一相应部件，其中[0139]图I为根据本实用新型一个实施例的系统的示意框图，该系统包括由功率放大器驱动的集成式电动机_发电机；图2为根据本实用新型一个实施例的圆柱形集成式电动机_发电机的非尺寸比例横截面视图；图3为根据本实用新型一个实施例的圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面用于连接磁体阵列，并具有外围电动机部段和中央发电机部段；图4为根据本实用新型一个实施例的圆盘的两个相 邻区段的非尺寸比例横截面视图，该圆盘与具有电动机装置和发电机装置的磁体相连；图5a为根据本实用新型一个实施例的圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面与沿第一径向线设置的圆形磁体、以及沿第二径向线设置的六边形磁体相连；图5b为根据本实用新型一个实施例的圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面与沿径向线设置的圆形磁体相连，所述磁体的尺寸从圆盘中心到圆盘边缘逐渐增大；图5c为根据本实用新型一个实施例的圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面与沿弯曲径向线设置的圆形磁体相连；图5d为根据本实用新型一个实施例的圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面与沿着从圆盘中心到圆盘边缘的螺旋线设置的圆形磁体相连。
具体实施方式
以下各章节说明书部分使本领域任何技术人员能够使用本实用新型，并将发明人设计的最佳实施例付诸实践。当然，由于本实用新型总的原则已限定为提供一种电动机-发电机，因此，各种修正例对本领域技术人员来说都是显而易见的。在以下具体描述中，大量的特定细节都用于彻底地理解本实用新型的实施例。然而，本领域技术人员将能理解，这些实施例无需特定细节也可实施。说明书通篇的“某一实施例”或“一个实施例”的意思是，与该实施例相关联的一个特定特征、结构或特点包含与本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书中各处的“在某一实施例中”或“在一个实施例中”这些表述无需全都指同一实施例或实用新型。另外，特定的特征、结构或特点也可按适当的方式组合在一个或多个实施例中。附图给出了本实用新型的优选实施例。在此公开的本实用新型的实施例都是发明人所设计的用于在商业环境中实施其实用新型的最佳模式，当然，应当理解的是，各种修正例都在本实用新型的参数范围内所完成的。术语“电动机”或“电机”在下文中非限制地指一种将电压转化为旋转机械力的机器。术语“转子”在下文中非限制地指电动机的旋转部分，其围绕电动机轴旋转。术语“定子”在下文中非限制地指电动机的固定部分，其对转子施加磁场力。术语“电磁线圈”或“线圈”在下文中非限制地指一种由多个围绕铁磁芯的导线绕组构成的部件。术语“线圈支撑结构”或“支撑结构”在下文中非限制地指一种可用于支撑线圈阵列的电动机定子结构。术语“铁磁芯”在下文中非限制地指一种物质材料结构，例如铁、镍或钴及各种展现出极高磁导率、特征饱和点及磁滞性的合金。术语“永磁场源”在下文中非限制地指一种由特殊材料制成的设备，这种特殊材料自身能产生长期磁场。术语“磁性设备”或“磁体”在下文中非限制地指一种永磁场源或匹配铸铁构件。磁场产生于任何相互朝向的匹配磁体对之间。术语“非磁性材料”在下文中非限制地指一种材料，该材料的单个原子的磁场随机排列，因而整体磁场趋向于抵消。术语“大约”在下文中非限制地指在参考值上下25%的范围。术语“国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission (IEC) 60034-30)”在下文中指由IEC制定的一种新标准IEC 60034-30，单速三相笼型感应电动机倉泛效分级(Efficiency Classes of single-speed three-phase cage inductionmotors)。该标准的目的是，提供一组全球通用的性能标签，以对单速三相笼型感应电动机的能效等级进行分类。所考虑的电动机范围为频率50Hz或60Hz的三相笼感应电动机其额定功率为0. 75kff至200kW ；其额定电压最大为1000V ；其连续负荷等级为SI级；其防护等级为IP4X或更高。术语“Edict 553/2005”在下文中指从2005年底开始的更新的规则。于2002年首次制定的第一个用于电动机的规定“能效法案(Energy Efficient Act)”建立了两组最低效率性能标准(MEPS)，分别用于“标准电动机”(强制性)和“高效电动机”(自愿性)(参见Agenor Gomes Pinto Garciaa, Alexandre S. Szkloa, Roberto Schaeffera and MichaelA. McNeilb， 〃Energy_efficiency standards for electric motors in Brazilianindustry"， Energy Policy, Volume 35， Issue 6， June 2007， Pages 3424-3439)。本发明利用匹配磁体对的可移动式封装阵列，该匹配磁体对阵列之间具有磁场以及分布于匹配磁体对之间的匹配静止封装阵列。所述电动机-发电机的电动机部段使用了每对磁体对与匹配倾斜电磁线圈的倾斜磁场。电动机的发电机部段使用了每对匹配磁体对与匹配电磁线圈之间的垂直磁场。因此，可毫不费力地组成集成式电动机-发电机设备。这种配置理念提供了高效率、高功率密度的电动机。同样，这种配置理念也提供了高效率、高功率密度的发电机。所述集成式电动机-发电机设备的效率从本质上进一步得以提高。参见图1，其为集成式电动机-发电机系统的示意框图。该集成式电动机-发电机10具有独特配置，通过对基本配置做出细微改变，该集成式电动机_发电机10适于在第一部段作为电动机操作，而在第二部段作为发电机操作。电动机的输入电压14与电动机部段的电磁线圈相连，以旋转电动机转子。发电机部段的朝向不同的类似电磁线圈产生输出电压11。该输出电压11反馈至功率放大器12，该功率放大器12也与输入电压13相连。通过从输入电压13中减去反馈电压11，功率放大器12将输入电压13的相位和具有更低电能的发电机输出电压11的相位进行匹配，从而提高电动机的效率。参见图2，其为电动机-发电机实施例的非尺寸比例横截面视图。圆柱形电动机-发电机围绕位于圆柱对称轴线上的轴22旋转。与电动机轴22相连的圆盘23a、23b和23c为电动机-发电机转子的基础构件。磁体阵列与圆盘23a的底面相连。同样，磁体阵列与圆盘23b的顶面相连。这些相邻表面的磁体阵列以匹配对(匹配磁体对)的形式相互面对地设置。同样，相互面对的磁体对与圆盘23b的底面以及圆盘23c的顶面相连。线圈支撑机构24a和24b为电动机-发电机定子的基础构件。线圈支撑结构24a支撑多个位于姆ー对磁体对之间且与圆盘23a和23b相连的电磁线圈。同样，线圈支撑结构24a支撑多个位于姆ー对磁体对之间且与圆盘23b和23c相连的电磁线圈。匹配磁体对的磁场与分布于外围部段20a和20b的相应线圈进行同样的倾斜。作用于该部段的线圈的电压产生轴向倾斜的磁场。线圈磁场与匹配磁体对的磁场相互作用，在同一方向上产生カ矢量，该カ矢量具有对转子作用转矩的分量。因此，该部段为设备的电动机部段。匹配磁体对的磁场与分布于中央部段21a和21b的相应线圈都是垂直分布的。当转子旋转时，匹配磁体对之间的垂直磁场感生随时间而变化的磁通量，该磁通量穿过垂直线圈并在该线圈中产生电压。所述垂直线圈连接至发电机部段的电压输出。因此，通过使用垂直设置而非倾斜设置，该电动机装置转化为发电机。在上述实施例中，所述电动机非限制性地包括三个圆盘，这三个圆盘具有四个表面。当然，使用任何可行数量的圆盘都包含在本发明的范围内。所述倾斜角度可以为相对于圆盘主纵轴的大于0°、小于180°的任意值。该角度值在电动机-发电机容积内的不同位置可能会有所不同，从而优化电动机操作和效率。所述磁体可以为多边形或圆形，通常为由例如钐、钕等稀土材料或铸铁构件制成的磁场源。该构件封装在低磁损耗的铸铁壁封包内，这种铸鉄壁封包用于闭合磁力线，同时使损耗最低。所述圆盘由磁性材料制成，与铁制电动机轴和铁制电动机外围相接触，以提供到每ー对的磁场的低磁阻路径。线圈与相应的匹配磁体对之间的空气间隙減少至最小，以将通过二者的磁场损耗最小化。本实用新型采取以下方式来提供高效率和高功率密度的电动机多个匹配磁体对形成高磁通密度，匹配磁体对与匹配电动机线圈的紧密结构，以及线圈与磁体之间最小程度的空气间隙使得磁场损耗最小等。电磁线圈的绕组可在两个相反方向上进行，以产生相反的磁场以及由此的相反力矢量。在一个实施例中，线圈阵列可包括以优化电动机-发电机效率的方式而双向绕组的线圈。參见图3，其为电动机-发电机圆盘的俯视图，该圆盘描绘出电动机部段和发电机部段。外围电动机部段30从圆盘边缘向内延伸。所述发电机包含在圆盘的较小中央部段30中。作用于转子的转矩在圆盘边缘处达到最大。因此，电动机使用旋转圆盘的外部段，而发电机使用圆盘的中央内部段。參见图4，其为两个相邻圆盘的部分横截面视图，这两个相邻圆盘具有与其相连且彼此相互面对的磁体对。匹配磁体对在电动机部段移位，以形成倾斜磁场，而在发电机部段不移位，以形成位于其之间的垂直磁场。在发电机部段,与圆盘40a相连的磁体45a和与圆盘40b相连的磁体45b为一对永磁场源。永磁场源45b具有朝上的北磁极，而偏移的永磁场源45a具有朝下的南磁极。这样,这对永磁场源之间的磁场产生垂直的引力。[0180] 同样也是在发电机部段，磁体44a和磁体44b为具有它们的共同北磁极的永磁体。因此,这对永磁体之间的磁场产生垂直的斥力。 在电动机部段,磁体43a为铸铁构件，磁体43b为任意磁极方向的永磁场源。永磁场源43b将铸铁构件43a磁化，从而在这对磁体之间产生倾斜磁场。在电动机部段，磁体42a为永磁场源，磁体42b为铸铁构件。因此，这对磁体的设置与磁体对43a和43b相反，但也具有倾斜磁场。在电动机部段，电磁线圈的磁场分布在匹配磁体对之间，且被施加有电压，该磁场与匹配磁体对的倾斜磁场之间发生相互作用。匹配磁体对之间的偏移不与圆盘的径向线重合。因此，匹配磁体对的磁场与相关线圈的磁场之间相互作用，产生力矢量，该力矢量具有在圆盘上的切向分量，该切向分量对电动机转子施加转矩。在发电机部段，当转子正在旋转时，随时间而变化的垂直磁通量作用于垂直线圈，并在每个发电机线圈中产生电压。·参见图5a，其为电动机圆盘的俯视图，展示了电动机-发电机圆盘50上的磁体设置的一个实施例。磁体阵列可沿着圆盘上的相邻径向线交错设置。例如，圆形磁体51的线沿着径向线设置，而相邻的磁体线关于该径向线51交错分布。同样，可将六边形磁56沿径向线设置。相邻的六边形径向线无需交错分布，只需一齐并排分布在相邻径向线上即可。圆盘由磁性材料制成，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与铁制轴和电动机外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。参见图5b,其为圆盘的俯视图，展不了电动机-发电机圆盘50上的磁体设置。磁体阵列可沿着圆盘的径向线设置。例如，圆形磁体52的线沿着径向线设置。沿径向线设置的磁体的尺寸逐渐增大。这使磁体沿相邻径向线的设置更加容易。圆盘由磁性材料制成，以提供对匹配磁体对的磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与电动机的铁制外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。参见图5c，其展示了电动机-发电机圆盘60上的另一种磁体设置。磁体阵列沿着从圆盘中心至圆盘边缘的曲线(而非直的径向线)设置，如前图所示。圆盘由磁性材料制成，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与电动机的铁制外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。参见图5d,其为一个圆盘实施例的俯视图，展不了电动机圆50上的另一种磁体设置。磁体阵列沿着从圆盘中心开始、以各种方式延伸至圆盘边缘的螺旋线55设置。圆盘由磁性材料制成，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与电动机的铁制外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。本发明范围内的磁体设置实施例可包括多个设备尺寸和形状，这些都能设置为不同的磁体阵列。磁体对磁场的倾斜角度可以是关于圆盘的主纵轴不同的角度和方向。应当理解，前述方法可在许多方面有所不同，包括可改变步骤的顺序，和/或同时执行多个步骤。应当理解，前述的方法和设备应当解释为包括用于实施所述方法的装置，以及使用所述装置的方法。对于本实用新型主要的实施例，类型和模式的特定选择并非决定性的，除非是在特别指出时。本实用新型通过对实施例的具体描述来展开阐述，实施例通过举例的方式，并不意在限制本实用新型的范围。不应当认为总体上具有限制，也不应当认为例如“可能”、“应当”、“优选地”、“必须”等其它表征重要性或动机程度的表达限制了权利要求及其等同例的范围，除非是在对范围进行了书面限制的那些权利要求中。应当理解的是，关于一个实施例的特征和步骤可以用于其它实施例，并不是本实用新型的所有实施例都具有某一特定图中或某一实施例所描述的全部特征和/或步骤。即，应当从组合的角度来理解所述公开，应当认为每个部件的每个实施例都与每个部件的每个其它实施例共同公开(事实上，是在同一部件变形例的相兼容实施的各种组合中进行公开)。本领域技术人员可作出所描述的实施例的变形。另外，术语“包含”、“包括”、“具有”及其同义词在权利要求中的意思都是“包括但不限干”。权利要求中単数形式的每个部件都是指ー个或ー个以上部件，当具有ー组的ー个或多个可选项时，应当解释为，权利要求只需要一个选自各种可选项的部件，并不需要每种可选项都选择ー个。摘要也不构成对本申请或权利要求范围的限制。应当注意到，上述的一些实施例可能描述了由发明人设计的最佳模式，因而可能包含有对本实用新型而言并非必须的结构、行为或结构和行为的细节，而这些都作为例子进行了描述。在此描述的结构和行为就算在现有技术中是不同的，其仍可由实现同样功能的等同例来替代。因此，本实用新型的范围只受权利要求所使用的部件和限定的限制。
权利要求1.一种合并式电动机-发电机，其特征在于，包括 (i)多个圆盘表面，所述圆盘表面具有主纵轴、至少ー个外围电动机部段和至少ー个中央发电机部段； 所述圆盘表面的每个所述外围电动机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ; 每个所述圆盘表面的所述中央发电机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布； (ii)多个静止的支撑结构，每个支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈均设置于每ー对所述匹配磁体对之间； 分布于所述外围电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A; 分布于所述中央发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及 (iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。
2.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在干所述角度A大于0°且小于180°。
3.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的形状选自圆形或多边形。
4.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体至少部分地由铸铁制成。
5.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的相反磁极相互面对。
6.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的相同磁极相互面对。
7.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在干由于所述圆盘表面具有非磁性层，每ー对所述匹配磁体对之间的所述磁场是相互区别并分隔的。
8.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机,其特征在于所述合并式电动机-发电机包括多个所述线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。
9.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述线圈在第一方向或在相反方向双向地缠绕，以使相同电流产生相反的磁场。
10.根据权利要求I或7所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述合并式电动机-发电机还包括位于同一阵列中反向缠绕的线圈，以优化发电机效率。
11.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述外围电动机部段是所述圆盘的外围，所述发电机部段是圆盘的中央。
12.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于两个所述部段之间的分割线是可变的，以此来优化所述合并式电动机-发电机的操作。
13.根据权利要求I所述的合并式电动机-发电机，其特征在于全部磁体以相似磁极方向定位在圆盘上。
14.根据权利要求I所述的合并式电动机_发电机，其特征在于匹配磁体对以相反磁极相互面对，产生引力磁场。
15.根据权利要求I所述的合并式电动机_发电机，其特征在于顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的铁壁相接触，以提供通向磁场的低损耗介质路径。
16.根据权利要求I所述的合并式电动机_发电机，其特征在于所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的曲线上。
17.根据权利要求I所述的合并式电动机_发电机，其特征在于所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。
18.根据权利要求12所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述外围电动机部段的所述倾斜角度在圆盘表面上各同心环处是不同的。
19.一种合并式电动机-发电机,其特征在于,包括 (i)多个圆盘表面，所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围发电机部段和至少一个中央电动机部段； 所述圆盘表面的每个所述外围发电机部段都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个倾斜磁场；所述倾斜磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ; 每个所述圆盘表面的所述中央电动机部段连接至磁体阵列；所述磁体以匹配磁体对的形式设置于两个相邻圆盘表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个垂直磁场；所述垂直磁场相对于所述主纵轴垂直分布； (ii)多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每一对所述匹配磁体对之间； 分布于所述外围发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A; 分布于所述中央电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及 (iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。
20.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述角度A大于0°且小于180°。
21.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的形状选自圆形或多边形。
22.根据权利要求19所述的合并式电动机_发电机，其特征在于所述磁体至少部分地由铸铁制成。
23.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的相反磁极相互面对。
24.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体的相同磁极相互面对。
25.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于由于所述圆盘表面具有非磁性层，因此每一对所述匹配磁体对之间的所述磁场是相互区别并分隔的。
26.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述合并式电动机-发电机包括多个所述线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。
27.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述线圈在第一方向或在相反方向双向地缠绕，以使相同电流产生相反的磁场。
28.根据权利要求19或25所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述合并式电动机-发电机还包括位于同一阵列中反向缠绕的线圈，以优化发电机效率。
29.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述外围发电机部段是所述圆盘的外围，所述电动机部段是圆盘的中央。
30.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于两个所述部段之间的分割线是可变的，以此来优化所述合并式电动机-发电机的操作。
31.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于全部磁体以相似的磁极方向定位在圆盘上。
32.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于匹配磁体对以相反磁极相互面对，产生引力磁场。
33.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的鉄壁相接触，以提供通向磁场的低损耗介质路径。
34.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的曲线上。
35.根据权利要求19所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。
36.根据权利要求30所述的合并式电动机-发电机，其特征在于所述外围发电机部段的所述倾斜角度在圆盘表面上各同心环处是不同的。
专利摘要本实用新型涉及一种合并式电动机-发电机，包括(i)多个圆盘表面，所述圆盘表面具有主纵轴、至少一个外围电动机部段和至少一个中央发电机部段；所述圆盘表面的每个所述外围电动机部段都连接至偏移磁体阵列；每个所述圆盘表面的所述中央发电机部段连接至磁体阵列；(ii)多个静止的支撑结构，每个静止支撑结构支撑电磁线圈阵列；每个线圈都分布于每一对所述匹配磁体对之间；分布于所述外围电动机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴倾斜角度A；分布于所述中央发电机部段的所述匹配磁体对之间的所述线圈相对于所述主纵轴垂直分布；以及(iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。
文档编号H02K57/00GK202798424SQ201120328140
公开日2013年3月13日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年6月16日
发明者尤里·拉波波特 申请人:尤里·拉波波特